كيفية اختيار صفائح التيتانيوم مقابل الصفائح المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مقابل صفائح سبيكة SMO 254 لمبادلات الحرارة المستخدمة في مياه البحر

ستُواجه جميع مهندسي البحرية ومديري الأسطول معادلةً عند تحديد المعدات التي يختارونها، وهذه المعادلة هي: عند اختيارك لمبادل حراري مبرَّد بماء البحر، فإن العامل الأساسي الذي يجب أن تأخذه في الاعتبار هو المادة. والحقيقة أن ماء البحر عدوانيٌّ جدًّا؛ فهو شديد التآكل، ويحتوي على تركيز عالٍ من الكلوريدات والأكسجين المذاب، ويعجُّ بالكائنات الحية التي لا تشبع أبدًا من تآكل أي مواد لم تُحدَّد بشكلٍ صحيح. وتقوم شركة SME بإتمام أكثر من ٥٠٠ عملية تحديث وإصلاح سنويًّا، ويظهر باستمرار أن اختيار المادة يؤثر مباشرةً في عمر المبادل الافتراضي والتكلفة النهائية. وفيما يلي سنتناول ثلاث مواد تُستخدم غالبًا: التيتانيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣١٦ لـ، والفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الأوستنيتي SMO ٢٥٤، وذلك من حيث مقاومة التآكل، والخصائص الميكانيكية، والقيمة، والملاءمة للخدمة.

مقاومة التآكل في البيئات البحرية

التآكل الموضعي، على هيئة تآكل نقطي أو تآكل في الشقوق، هو السبب الرئيسي لتلف صفائح المبادلات الحرارية المستخدمة مع ماء البحر.

الطراز الافتراضي هو فولاذ مقاوم للصدأ من النوع ٣١٦ ل. مستوى مقاومة المادة لهجوم الكلوريد متوسط بسبب كمية الموليبدنوم الموجودة فيها (حوالي ٢–٣٪). لكن في التطبيقات التي تستخدم ماء بحري ذا تدفق منخفض أو راكد، تزداد مخاطر التآكل الشقي تحت الرواسب الحيوية والمحشيات. وفي معظم الأوقات، نستبدل لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣١٦ ل. على السفن العاملة في المناطق الاستوائية أو في المياه المالحة أو شبه المالحة، ونجد أن اللوحة تتآكل بعد حوالي ١٢–١٨ شهرًا بسبب التآكل النقطي.

SMO 254 هو درجة فائقة الأوستنيتية كما يحتوي على كمية أكبر بكثير من النيكل. وقيمته (PREN) — أي رقم معادل مقاومة التآكل النقطي — تزيد عن ٤٠، ما يجعله أكثر مقاومة للتآكل النقطي الناتج عن الكلوريدات مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ العادي من النوع ٣١٦ ل. وهو يعمل بكفاءة في ماء مالح دافئ ويقاوم التماس مع الكلور لفترات قصيرة أو في بيئات شبه راكدة. وقد اختلفت مدة عمر سمو ٢٥٤ دون حدوث تآكل كبير، وقد تم تسجيلها فعليًّا بين ٣ إلى ٥ سنوات في مشاريع مختلفة صغيرة ومتوسطة الحجم لبناء السفن في البيئات الساحلية.

التيتانيوم (الدرجة ١ أو ٢) يتمتّع بموثوقية شبه غير محدودة عند استخدامه في ماء البحر. وتكون طبقة الأكسيد السلبية مستقرّة جدًّا حتى عند درجات الحرارة المرتفعة (حتى ١٢٠°م) وفي تدفّق عالي السرعة. وعلى عكس الفولاذ المقاوم للصدأ، يقاوم التيتانيوم مشاكل مثل التآكل الشقي، والتآكل الناتج عن الانسياب، والتشقّق التآكلي الإجهادي. وعندما لا يكون السعر عاملاً حاسماً، ولا يمكن التهاون في وقت التوقف عن التشغيل، فإن التيتانيوم هو الخيار الأمثل.

الخصائص الميكانيكية والتوصيل الحراري

وبجانب مقاومة التآكل، يجب أن تتحمّل صفائح مبادل الحرارة فروق الضغط والاهتزازات والدورات الحرارية.

مقاومة الخضوع لسبيكة ٣١٦ل تبلغ حوالي ١٧٠–٢٢٠ ميجا باسكال. وهي قابلة للطرق وسهلة التشكيل، لكنها أقل صلابة، وبالتالي تتطلّب صفائح أسمك في الأنظمة العالية الضغط، ما يؤدي إلى كفاءة حرارية أقل.

يمكن تحقيق أقصى مقاومة للانحناء بحدود ٣٠٠–٣٥٠ ميغاباسكال باستخدام سبيكة SMO ٢٥٤، ما يسمح باستخدام صفائح أرق وأكثر كفاءة مما كان ممكناً سابقاً، دون التأثير على السلامة الإنشائية. وغالباً ما تفوق نسبة القوة إلى الوزن العالية انخفاض التوصيل الحراري، ما يجعلها تصميماً مثالياً للهياكل الصغيرة.

تتراوح مقاومة الانحناء لتيتانيوم الدرجة ٢ بين ٢٥٠ و٤٠٠ ميغاباسكال، وهو أيضاً مادة ممتازة من حيث المتانة والتحمل للتآكل الناتج عن الإجهادات المتكررة. أما التوصيل الحراري لهذه المادة فهو أقل من ٥٠٪ من نظيره في الفولاذ المقاوم للصدأ، لذا يتطلب استخدام صفائح رقيقة أو تدفقات فعّالة لتحقيق نفس كمية انتقال الحرارة. ويؤدي ذلك إلى انخفاض ملحوظ في درجة الحرارة عبر الصفائح، ولذلك يوصي فريق الخبراء التقني لدينا باعتماد تجعيد مثالي لتعويض هذه الظاهرة أثناء عمليات التحديث التي نقوم بها.

اعتبارات قابلية اللحام وإمكانية الإصلاح

في الواقع، تتعرض الصفائح للتلف بسبب الأضرار الميكانيكية وفشل الحشوات والتآكل. لذا يجب أن تكون عمليات الاستبدال أو الإصلاح في الموقع بسيطة وسهلة الاختيار.

يمكن لصق سبيكة ٣١٦ل بسهولة باستخدام نظام تيغ، وهي سهلة الإصلاح. وتوجد أمثلة عديدة على استخدام سبيكة ٣١٦ل في ورش بناء السفن، كما يمكن شراء صفائح احتياطية من سبيكة ٣١٦ل من المخزون. ومع ذلك، يؤدي اللحام إلى انخفاض مقاومة التآكل في منطقة التأثير الحراري (هاز)، ما قد يستدعي أحيانًا إجراء عملية تنظيف كيميائي بعد اللحام.

من المهم اكتساب مهارة عالية في لحام سبيكة إس إم أو ٢٥٤ باستخدام قضبان حشوة غنية بالنيكل، مع الانتباه جيدًا إلى كمية الحرارة المُدخلة أثناء عملية اللحام. وقد تفقد المادة فائدتها المقاومة للتآكل إذا أدى اللحام غير السليم إلى ترسيب الأطوار بين الفلزية. وقد تلقى فنيو شركة إس إم إي المعتمدون تدريبًا متخصصًا على إجراءات لحام السبائك الأوستينية الفائقة، لكن العديد من ورش الإصلاح العامة لا تمتلك هذه القدرة.

يَتطلّب منع التصلّب حمايةً كاملةً أثناء لحام التيتانيوم، إمّا باستخدام الأرجون أو الهيليوم. وليس هذا عملاً يُنفَّذُ من قِبل أشخاصٍ غير مؤهّلين. ومع ذلك، وبسبب مقاومة التيتانيوم العالية للتآكل، فإنّ عدد المرات التي تتطلّب فيها الإصلاحات يكون أقل عموماً. وتوضّح شركة الخبراء الصغيرة والمتوسّطة أنّ أفضل إجراءٍ عند حدوث تلفٍ هو استبدال اللوحات بواسطة لحام مصنعي، بدل إجراء إصلاحات عاجلة في الموقع.

التكلفة والقيمة على امتداد دورة الحياة

قد تكون التكلفة الاقتصادية الأولية عاملاً حاسماً في شراء منتجٍ ما، لكنّها ليست كذلك عند إجراء تحليل دورة الحياة.

أرخص خيارٍ في المرحلة الأولى هو الفولاذ المقاوم للصدأ ٣١٦L. لكن عمره القصير في المياه المالحة (عادةً سنتان أو ثلاث سنوات) يعني أنّ عمليات الاستبدال والتبديل المطلوبة للأختام والانقطاعات الناتجة قد ترفع التكلفة الإجمالية إلى ثلاثة أضعاف تكلفة تشغيل السفينة خلال عقدٍ من الزمن.

تبلغ تكلفة سبيكة SMO 254 ضعفَ أو ثلاثة أضعاف تكلفة الفولاذ المقاوم للصدأ ٣١٦L، لكنّها تدوم أربع أو خمس سنوات في ظروف مياه البحر النموذجية. وعادةً ما تتحقّق هذه الفائدة خلال سنة ونصف، ما يجعلها خياراً فعّالاً من حيث التكلفة لتلبية الاحتياجات المتوسطة من الأداء.

تَكْلِفَةُ الْمَرْحِلَةِ الْأُولَى هِيَ أَعْلَى تَكْلِفَةٍ، وَتَمْثِلُ اللَّوَاحِظُ التِيتَانِيُّمِ الْأَصْلِيَّةُ تَكْلِفَةَ الْمَرْحِلَةِ الْأُولَى، الَّتِي يُمْكِنُ أَنْ تَكُونَ أَعْلَى بِمَا يَتَرَاوَحُ بَيْنَ ٥ إِلَى ٨ مَرَّاتٍ مُقَارَنَةً بِالْفُولَاذِ الْمُسْتَقْلِبِ ٣١٦L. وَبِمَا أَنَّ هَذِهِ اللَّوَاحِظَ مُعَدَّةٌ لِلْعَمَلِ خِلَالَ ١٥ إِلَى ٢٠ عَامًا، فَإِنَّ احْتِمَالَ اسْتِبْدَالِهَا يَكُونُ نَادِرًا جِدًّا؛ وَلِذَلِكَ، فَإِنَّ هَذَا الْحَلَّ يُعَدُّ الأَقَلَّ تَكْلِفَةً فِي دَوْرَةِ الْحَيَاةِ لِلْسُّفُنِ الَّتِي تَتَطَلَّبُ عُمْرًا طَوِيلًا فِي الْخِدْمَةِ أَوْ مَهَامَّ عَالِيَةَ الْمَتَطَلَّبَاتِ. وَقَد قَدَّمْنَا حَتَّى الْآنَ لَوَاحِظَ تِيتَانِيُمٍ إِلَى أَكْثَرَ مِنْ ١٠٠٠ سَفِينَةٍ، وَلَمْ تَشْكُو أَيَّةُ سَفِينَةٍ مِنْهَا مِنْ فَشَلٍ فِي الْعَشْرِ سَنَوَاتٍ الْمَاضِيَةِ أَوْ أَكْثَرَ.

الْخُلَاصَةُ: اتْرُكْ خِبْرَةَ الْمُتَخَصِّصِينَ فِي الْمُؤَسَّسَاتِ الصَّغِيرَةِ وَالْمُتَوَسِّطَةِ تَهْدِيكَ فِي اتِّخَاذِ قَرَارِكَ

نحن ملتزمون بتحقيق النتائج! في شركة SME، لا توجد حلول وحيدة. فنحن لا نتبع هذا النهج هنا. ويقدّم فريقنا المؤلف من أكثر من مئة مهندس وفني محترف ما يزيد على خمسمئة مشروع منتهٍ سنويًّا في المتوسط. وفي كل عام، نقدّم خدماتنا لكافة أحواض بناء السفن في الصين ومقدّمي الخدمات حول العالم؛ ويتم ضمان كل مشروعٍ من مشاريعكم لمدة اثني عشر شهرًا. وإن لم يكن ذلك ممكنًا: «فالأمر يتعلّق ببساطة بالانخراط الفعّال، حتى لو استدعى ذلك توفير المادة المناسبة لإنجاز مهامكم». ولذلك، نضمن لكم دعمًا تقنيًّا سريع الاستجابة، وخدمات تركيب عالمية ميدانية، وبطبيعة الحال قصّات وتصنيعات دقيقة التوافق تمامًا في مصنعنا الواقع في نانتونغ والبالغ مساحته خمسة آلاف متر مربع — وذلك لتوفير حلول فعّالة من حيث التكلفة وسريعة التنفيذ لمعدن 316L، وأداءٍ موثوقٍ من سبيكة SMO 254، وتسليمٍ مضمونٍ لمعدن التيتانيوم الخاص بكم. ويتطلّب ذلك تقييمًا متعمّقًا لعملية الخدمة ودورة حياة السفينة، بالإضافة إلى ميزانية العميل، للوصول إلى اقتراحٍ مضمونٍ يمنع حدوث الأعطال ويقلّل التكاليف إلى أدنى حدٍّ ممكنٍ لتحقيق الأمثل.