تصميم مبادل حراري لوحي لمعالجة المياه عالية الملوحة

تُعَدّ مياه البحر عالية الملوحة إحدى أشد البيئات تحدياً لتشغيل المبادلات الحرارية البحرية. ففي مناطق مثل الخليج العربي والبحر الأحمر وبعض أجزاء البحر الأبيض المتوسط، قد تتجاوز ملوحة المياه ٤٠ جزءاً في الألف (ppt)، إلى جانب ارتفاع درجة حرارة المياه ومستويات الأكسجين المذاب فيها ونشاطها الحيوي الكثيف، وكلُّ هذه العوامل تتضافر لزيادة معدل التآكل وترسيب الرواسب، ولإحداث مستويات كبيرة من الترسبات على المبادل الحراري اللوحي (PHE). ولا يمكن لمشغِّلي السفن العاملة في هذه المياه القاسية الاعتماد على التصاميم التقليدية. وتتميَّز مجموعة SME بخبرة تزيد على عشرين عاماً في هندسة المنشآت البحرية، ويمكنها تقديم حلولٍ تلبّي هذه المتطلبات باستخدام مزيج من منتجاتها، بدءاً من أنظمة الحماية الكاثودية بالتيار المُستمر (ICCP) وأنظمة حماية المعادن من التآكل بالمعدن المُضحّي (MGPS) ووحدات إزالة الرواسب (SED) والمبادلات الحرارية اللوحية (PHE)، ووصولاً إلى التصميم الخاص بالمبادل الحراري اللوحي (PHE) المُكيَّف خصيصاً لمياه عالية الملوحة.

١. اختيار مواد متقدمة لبيئات الملوحة الشديدة

يُعَدُّ اختيار المواد الأساس لأي مبادل حراري لوحي مصمم للعمل في بيئات ذات ملوحة عالية. وقد تكون الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣١٦إل كافية في ظروف مياه البحر النموذجية، لكنها تتعرّض بسهولة للتآكل النقري والتآكل التشققي في البيئات شديدة الملوحة. وتوصي شركة إس إم إي باستخدام التيتانيوم باعتباره الخيار الأمثل لمادة الصفائح في المبادلات الحرارية اللوحية المخصصة للتطبيقات عالية الملوحة. وفي الواقع، فإن طبقة الأكسيد الساكنة على سطح التيتانيوم مستقرةٌ إلى درجة استثنائية حتى في وجود كلوريدات ذات درجات حرارة مرتفعة، ما يمنحها عمر خدمة نظريًّا غير محدود في مياه البحر، مع ضمان عدم حدوث ثقوب كارثية في الأنابيب.

حيث يكون التيتانيوم مكلفًا جدًّا لبعض التطبيقات، نقترح استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الفائق مثل 254 SMO أو السبائك القائمة على النيكل مثل Alloy C-276. وعلى الرغم من أن هذا يوفِّر مقاومةً أفضل للتآكل الموضعي الناتج عن الكلوريد، فإنَّه يجب اتخاذ الحيطة والحذر عند تحديد درجة الحرارة والسرعة أثناء الاستخدام. ويعمل مهندسونا مع كل عميلٍ من عملائنا، وبشكل فرديٍّ لكل وعاء، لتحليل ملامح ملوحة المياه ونطاقات درجات الحرارة وسرعات التشغيل، وذلك لاختيار الأنسب من حيث التكلفة. وفي مصنعنا في نانتونغ، الذي تبلغ مساحته ٥٠٠٠ متر مربع ومرخَّص وفق معيار ISO 9001، نلتزم بأدق مواصفات المواد عند تصنيع وحدة التبادل الحراري المُكمَّلة (PHE) لتلبية الظروف القاسية التي تواجهها السفن العاملة في أقسى البيئات حول العالم.

٢. منع الترسبات وإدارة الحرارة

كلما زادت كمية الملح في السائل، زادت نسبة كربونات الكالسيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم والعوامل الأخرى المسببة للتَّرسبات. وعند تسخين ماء البحر على جانبي المبادل الحراري اللوحـي (PHE)، تترسب هذه المواد على الألواح مكونة طبقة من الترسبات التي تعيق انتقال الحرارة وتؤدي إلى زيادة فقدان الضغط. وإذا سُمح لتلك الترسبات بالتراكم دون رقابة، فإن الطبقة الناتجة قد تؤدي فعليًّا إلى انسداد.

تتعامل شركة SME مع مشكلة الترسبات عبر عدة أساليب تصميمية. فأنماط تجعيد الألواح مصممة لتحقيق اضطراب عالٍ في تدفق السائل، ما يعزز إجهاد القص على سطح انتقال الحرارة ويقلل احتمال التصاق الترسبات. كما أن الألواح مزودة بقنوات تدفق أكبر من اللازم في أشد المناطق حرارة داخل حزمة الألواح، مما يقلل من التسخين الموضعي المفرط ويمنع الترسب. وتوفر شركة SME أيضًا إرشادات بشأن درجات حرارة ماء التبريد عند المدخل، استنادًا إلى درجة حرارة التشبع بالترسبات بكربونات الكالسيوم في منطقة التداول.

في البيئات التي تتصف بظروف مياه البحر القاسية بشكل خاص، يمكن لشركة إس إم إي تحديد مبادلات حرارية ذاتية التنظيف من نوع بي.إتش.إي، أو اقتراح إجراءات كيميائية مناسبة للتنظيف آمنة الاستخدام على مواد الألواح الخاصة بنا. وباستخدام نظام منع نمو الكائنات البحرية (إم جي بي إس) لإدارة النمو البيولوجي الذي قد يفاقم ظاهرة الترسبات، يمتلك المشغل أكثر الطرق كفاءةً للحفاظ على الأداء الحراري في البيئات البحرية القاسية.

٣. خفض سرعة التدفق والتحكم في التآكل

ستؤدي هذه السرعات العالية للتدفق جزئيًّا إلى تقليل الترسبات، لكنها من ناحية أخرى ستزيد من معدل التآكل الناتج عن التآكل والانحلال. وفي المياه عالية الملوحة التي تهاجم فيها أيونات الكلوريد بقوة، قد يصبح هذا الأمر بالغ الصعوبة. وتُصمِّم شركة «إس إم إي» هذه الأنظمة بحيث تحقِّق توازنًا مثاليًّا بين الحصول على معدل انتقال حراري جيِّد، وعدم الإفراط في ذلك لدرجة تؤدّي إلى استهلاك الصفائح بسرعةٍ كبيرةٍ جدًّا. وبالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، فإنَّ المعايير التي يمكن ضبطها لتحقيق توازنٍ بين السرعة العالية ومعدل التآكل الناتج عن التآكل والانحلال تكون أكثر مرونةً بكثيرٍ عند استخدام صفائح التيتانيوم.

نستخدم نمذجة ديناميكا الموائع الحاسوبية (CFD) لأنماط التدفق عبر حزمة الألواح لتحديد ما إذا كانت هناك مناطق داخل الحزمة قد تتعرض لسرعات تدفق مرتفعة عند نقاط محددة. ثم يستخدم الخبراء ذوو المهارة الخاصة (SME) خبرتنا في هندسة الألواح وأحجام المنافذ وتكوين الجوانات لتحسين توزيع التدفق بحيث يقلل من التآكل مع ضمان أن تظل السرعة كافية للتحكم في التلوث البيولوجي. ويؤدي هذا إلى تقليل عدد الألواح في الوحدات العاملة في المناطق ذات الملوحة العالية، حيث قد يشكّل التلوث البيولوجي مشكلة.

٤. حماية متكاملة من التآكل لضمان موثوقية النظام بالكامل

قد تُضعف المواد المعدنية عالية الجودة المستخدمة في الألواح بسبب هجمات تبدأ في أماكن أخرى من الهيكل، نتيجة تفاعلات كهروكيميائية ناجمة عن ملامسة المياه ذات الملوحة العالية للأنابيب والتجهيزات والوصلات. وقد تتسرب تيارات كهربائية غير مرغوب فيها ناتجة عن أنظمة الحماية الكاثودية أو أعطال كهربائية أو حتى عن فرق جهد يتولد في عمود الدوران، فتدخل إلى أنظمة الأنابيب التي تحتوي على ماء البحر وتسبب تآكلًا سريعًا لأجزاء مبادل الحرارة، بغضّ النظر عن نوع المادة المعدنية المستخدمة في الألواح.

المخاطر التي تتعامل معها نهج الحماية المتكاملة للشركات الصغيرة والمتوسطة. وتُوفَّر حماية الهيكل الخارجي المُوجَّهة بدقة بواسطة نظام الحماية الكاثودية بالتيار المُدرَج (ICCP)، ما يضمن عدم وصول التيارات المتناثرة من الهيكل الخارجي إلى وحدات التوليد الكهربائية المدمجة في المحرك (PHE) أو التأثير فيها. وقد يؤدي تراكم الشحنة الساكنة على محور الدوران بسبب الحركة الدورانية إلى مستويات جهدٍ تسبب تآكل دوائر التبريد بالماء البحري. ويُحيِّد جهاز تأريض المحور (SED) الكهرباء الساكنة على المحور، وبالتالي يمنع تدفق التيارات التآكلية المحتملة عبر المحور إلى مولد المحور، ثم إلى الماء البحري عبر الغلاف الخارجي لمولد المحور. وعند دمجه مع نظام الحماية المعدنية المُثبَّتة (MGPS) — الذي يمنع التلوث البيولوجي على الأسطح، والذي قد يتسبب في خلايا تهوية تفاضلية على الأسطح المعدنية — فإن النظام المدمج يتصدى بفعالية لتهديد العوامل التآكلية والبيولوجية في الظروف ذات الملوحة العالية.

فريق الدعم الفني في شركة إس إم إي يعمل معك لتحليل سفينتك بالكامل، بما في ذلك مواد الأنابيب والوصلات الكهربائية والحماية القائمة، ويصمّم حلاً شاملاً يُحسّن عمر المبادلات الحرارية المُبردة بالهواء (PHEs) إلى أقصى حد. وبفضل تنفيذ أكثر من ٥٠٠ مشروع جديد وقائم سنويًّا، ووجود أكثر من ١٠٠ مهندس كهربائي وميكانيكي، تتمتّع مجموعة إس إم إي بالموقع المثالي لتطوير حلٍّ مخصّص للمبادلات الحرارية المُبردة بالهواء (PHEs) الخاص بك، حتى في أشد البيئات المالحة قسوةً، ولتوفير الطمأنينة التي تحتاجها. ومعنا، يتجاوز الحلّ الذي نقدّمه همومك.