الأسباب الشائعة لتسرب المبادلات الحرارية ذات الصفائح

من بين جميع المناظر في غرفة المحرك، فإن وجود مبادل حراري لوحي (PHE) يُظهر علامات التسرب مثل البكاء أو التنقيط أو الرش قد يكون أكثرها إثارةً للقلق. فليس فقط تفقد السوائل، بل إن التسرب يمثل خرقًا غير مقبول بين نظامين أساسيين عادةً ما يكونان نظام تبريد المحرك ونظام المياه الراكدة، أو بين زيت التزييت وسائل تبريد المحرك. ويمكن أن يتحول تسرب بحجم ثقب دبوسٍ، إذا لم يُكتشف أو لم يُدار بشكل جيد، بسرعة إلى حدث تلوث متبادل، مما يؤدي إلى تشكُّل زيت تزييت مُستحلب، أو تآكل مكونات بلوك المحرك، أو حتى فشل كامل في نظام ماء الغلاف. وعلى مدار الـ22 سنة الماضية، أنجزت مجموعة SME أكثر من 500 مشروع خدمة وتحديث بحري سنويًّا، وقد رصد خبراؤنا التقنيون مئات حالات تسرب المبادلات الحرارية اللوحية (PHE) على مختلف أنواع السفن، وعزوها إلى نحو ستة أسباب جذرية شائعة. ويعرض المقال أدناه أكثر هذه الأسباب انتشارًا، ويقدِّم نصائح عملية لتقليل احتمال حدوث تسرب في مبادلك الحراري اللوحي (PHE).

تدهور الحشية: الشيخوخة، والصلابة، والانزياح

تُعَدُّ الحشوات العناصر الأساسية لختم المبادل الحراري اللوحـي، وهي الحلقة الأضعف فيه. وعند تقدُّمها في العمر والتعرُّض لدرجات حرارة مرتفعة ومياه بحرية مكلورة مسببة للتآكل وانضغاطات دورية، تفقد المادة المطاطية قدرتها على الاسترداد من الانضغاط الدائم. وقد وُجِد أن حشوة النتريل (NBR) المستخدمة في مبرِّدات الزيت تصبح هشّة عند التعرُّض المستمر لدرجات حرارة تفوق ٩٠°م، ولا تستطيع التكيُّف مع عيوب السطح. أما حشوة الـEPDM فهي مناسبة لجهة المياه البحرية، لكنها قد تتورُّم أو تلين (مما يؤدي إلى خروجها عبر الفراغات بين الصفائح) بسبب تلوُّثها بضباب الزيت أو الشحوم. ويُعَدُّ الخروج ظاهرة خطيرة جدًّا، لأن التشوه يظهر على هيئة شفة رقيقة من المادة تُغيِّر شكل الحشوة بشكل دائم؛ وبمجرد أن تخرج الحشوة المصنوعة من الـEPDM، فإنها لا تستعيد قدرتها على الختم أبدًا، حتى لو أُعيد تشديدها. وفي شركة SME، نجد غالبًا أن مهندسي الصيانة لدينا يزيلون حشوات عمرها حتى خمس سنوات، وقد فقدت أكثر من ٣٠٪ من قدرتها على الاسترداد من الانضغاط الدائم (بغض النظر عن مظهرها الخارجي). ونفضِّل جدول استبدال استباقي يرتبط بإجمالي ساعات التشغيل السابقة والتعرُّض الحراري الذي تعرضت له الحشوة، بدلًا من جدول استبدال انتقائي يتم عند بدء تسرب المبادل الحراري اللوحي وانخفاض أدائه بشكل جسيم. فتاريخ التركيب والدورات الحرارية (أي متتاليات التشغيل والإيقاف) التي مرَّت بها الحشوة تُقدِّر عمرها الافتراضي بدقة أكبر بكثير من الاعتماد على التقويم وحده.

عزم تجميع غير صحيح وانضغاط غير متساوٍ

جهاز التبادل الحراري المضغوط (PHE) هو معدة ميكانيكية دقيقة، وليس مجرد أنابيب عادية تتطلب تطبيق عزم دوران حتى النهاية. ومن أكثر الأسباب شيوعاً التي نكتشفها لتسربات الخدمة في مشاريع الشركات الصغيرة والمتوسطة (SME) طريقة شدّ البراغي الواصلة عند إعادة تركيب الإطار بعد التنظيف أو فكه كاملاً للفحص. ولكل إطار بُعد ضغطي محدَّد — وغالباً ما يُحدَّد هذا البُعد على أنه السماكة الكلية للمانع والألواح مجتمعةً — ويجب تحقيقه بشكل متجانس عبر الألواح باستخدام عزم الدوران وفق نمط قطري. أما الشد الزائد فيؤدي إلى تكسير المانع وانضغاطه، وتلف الألواح المموجة الرقيقة جداً (والتي لا يتجاوز سمكها عادةً ٠٫٥ إلى ٠٫٦ ملم)، وإجهاد العارضة عبر محامل الإطار. أما الشد غير الكافي فيسبب ضغطاً غير كافٍ على المانع، مما يسمح بمرور الوسيط خارج القنوات الفردية أثناء التشغيل، وبالتالي التسرب من الجوانب؛ والأمر الأكثر خطورةً هو أن يكون الشد غير متجانس (أي أقوى من جهة واحدة)، ما يؤدي إلى إمالة الألواح ونشوء فراغات دقيقة تزداد سوءاً مع تمدد المواد الحراري. وعندما نوصي بقيمة عزم الدوران، فإننا نوصي باستخدام مفتاح عزم معايرٍ وفق نمط متصالب أو نجمي عند كل مرحلة تركيب، مع تقسيم عملية الشد إلى ثلاث مراحل على الأقل حتى الوصول إلى الطول المحدد للانضغاط، مع قياس طول تجميع المانع قبل وبعد تطبيق عزم الدوران. فإذا اختلفت هذه القيمة عن المواصفة المدونة على اللوحة التعريفية بمقدار يزيد عن ٢ ملم، فإننا نوصي بالتوقف فوراً وإعادة تقييم تجميع الألواح للتحقق من وجود أي تلوث بين الألواح أو انحناء في إحداها عند نقطة التلوث.

التآكل النقطي على سطح الصفيحة

ورغم أن مبادلات الحرارة اللوحية البحرية الحديثة (PHEs) المصنوعة من التيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة 316L ليست مقاومةً تمامًا للتآكل الموضعي. فالتآكل النقطي، الذي يتجلى على هيئة ثقوب صغيرةٍ عميقةٍ في أسطح الألواح، يبدأ عادةً عند مجرى الحشوة أو في المناطق الراكدة الناتجة عن منطقة توزيع التدفق. ويعود سبب التآكل النقطي أساسًا إلى تركيزات عالية من الكلوريدات (الشائعة في مياه البحر في المناخات الاستوائية أو المياه شبه المالحة) وانخفاض سرعة السائل. فعندما تكون سرعة التدفق بطيئةً بما يكفي للسماح باستقرار الرواسب، يمكن أن تشكّل الرواسب المتراكمة خلية تركيز تحتها. وبمجرد أن يثقب التآكل النقطي اللوح بالكامل، تزول الفاصلة بين تيارَي السائل، ما يؤدي إلى تسرب داخلي (اختلاط) وخارجي. وقد لاحظت شركة SME أن التشخيص الخاطئ لهذا النوع من التآكل يُعتبر غالبًا عطلًا في الحشوة، ما يؤدي إلى استبدال روتيني غير ضروري للحشوات دون معالجة السبب الجذري. أما الكشف المبكر عن التآكل النقطي فيتم عبر إجراء اختبار اختراق الصبغة على الألواح أثناء الصيانة اليدوية، وبخاصة على سطح انتقال الحرارة قرب منافذ الدخول. وبالإضافة إلى ذلك، يجب ألا تقل سرعة تدفق مياه البحر عبر المبادل اللوحي (PHE) أبدًا عن ١,٥ متر/ثانية لمنع الاستقرار. فإذا كانت السفينة تعمل معظم الوقت عند حمل منخفض، فيجب مراعاة تركيب خط تجاوز أو خط إعادة تدوير للحفاظ على سرعة التدفق فوق هذه القيمة الحدّية.

عدم اصطفاف اللوحة وانزياح الحشية أثناء إعادة التجميع

ومع ذلك، توجد مسألةٌ أكبرُ بكثيرٍ — وهي بالتأكيد الأسهلُ تجنُّبًا — تتمثَّلُ في التسريب الناتج عن إعادة تركيب وحدةٍ بشكلٍ رديء. فللوحات اتجاهٌ «صحيحٌ» (مع وجود الحشوات المطاطية على الوجوه الأمامية والخلفية بالتناوب)، ويجب إضافتها إلى التراص وفق تسلسلٍ معيَّن. فإذا وُضِع لوحٌ ما مقلوبًا أو، وبشكلٍ أكثر شيوعًا، عكس اتجاهه (أي بوضع الحشوة المطاطية على الوجه الخطأ)، فإن قنوات السائل على اللوحين المجاورين لن تتطابق، ولن تحقِّق الحشوة المطاطية اتصالًا حقيقيًّا من المعدن إلى المعدن مع اللوح المجاور. وفي كثيرٍ من الحالات، لا يؤدي هذا إلى تجاوز داخلي فوريٍّ فحسب، بل وإذا اقترب اللوح المجاور بما يكفي، فقد ينتج عنه تسريبٌ من الزاوية المقابلة البعيدة للحشوة المطاطية إلى الهواء الخارجي. وأخيرًا، من السهل جدًّا أن تنفلت الحشوة المطاطية أثناء إضافة ألواحٍ لاحقةٍ إلى التراص، فتنزاح عن مكانها في مجرى التثبيت (وخاصةً إذا كان المجرى لا يزال يحتوي على لاصقٍ قديمٍ أو شوائب). فانزياحٌ طفيفٌ قدره ٢–٣ ممٍّ نحو الأعلى يكفي لإبطال فعالية الحشوة المطاطية، ما يؤدي إلى حدوث تجاوز داخليٍّ وتسريبٍ خارجيٍّ محتملٍ. ولذلك، يخضع كل لوحةٍ في إجراءات ورشة عمل شركة SME لتنظيفٍ دقيقٍ، ويتم فحص مجرى الحشوة المطاطية تحت مجهرٍ مكبِّر، وتُطرَق كل حشوةٍ خفيفًا لتثبيتها في مكانها (باستخدام مطرقةٍ ذات رأسٍ ناعم) قبل تركيب اللوح المجاور. كما يُرسَم سهمٌ دائمٌ يشير إلى قمة التراص وقاعدته، ليتيح لفريق الهندسة لدينا التحقُّق البصري من صحة اتجاه التراص.

الاستنتاج: اليقظة هي أفضل وسيلة للإغلاق

ليست المسألة متى أو إذا ما تسرب مبادل الحرارة اللوحي الخاص بي، بل متى تتمكن من التحكم الكامل في ذلك. فبالتطبيق الدقيق لنهج مخطط لإدارة تآكل الحشوات مع مرور الزمن، واتباع إجراءات الشد المناسبة، والتفقد اليقظ لإجهاد المواد وتآكلها، وأخيرًا إعادة التجميع بدقةٍ وعنايةٍ بالغتين، يمكن إطالة عمر المبادل الحراري اللوحي (PHE) التشغيلي لعقودٍ عديدة، كما يساعدك ذلك على تجنّب التلوث المكلف والاستدعاءات الطارئة المكلفة. وتتيح مجموعة SME، التي تضم أكثر من ١٠٠ مهندسٍ وتُطبّق معايير ISO9001 وISO14001 وISO45001، خدمة صيانة أوعيتك مباشرةً على متن السفينة، بما في ذلك عمليات التفتيش الشاملة، وتوفير قطع الغيار، وإعادة التصليح الكاملة في ورش العمل الواقعة في أحواض بناء السفن حول العالم — وبخاصة في البر الصيني الرئيسي. ويشير ضمان الخدمة لمدة ١٢ شهرًا إلى ارتفاع معاييرنا، أما فلسفتنا «التي تتجاوز همومكم» فتجعلنا لا نكتفي إلا بعد رؤية كل حشوةٍ، وتوثيق كل خط تآكل، وتحديد كل مسار محتمل للتسرب.