I. خلفية التآكل في محطات الطاقة الحرارية

الصين هي دولة تعتمد هيكل الطاقة فيها بشكل أساسي على الفحم، وهذه الميزة في هيكل الطاقة أدت إلى حالات تآكل شديدة، مثل الأمطار الحمضية وغيرها من حالات التلوث. يعد التلوث الجوي الناجم عن محطات توليد الطاقة الحرارية خطيرًا للغاية ويعود إلى نوع التلوث الناتج عن الدخان. الغبار، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، وأكاسيد النيتروجين (NOx) هي الملوثات الرئيسية في الجو. محطة توليد الطاقة الحرارية هي بيئة معقدة للتآكل. بالإضافة إلى التآكل الجوي الشديد الناجم عن احتراق الفحم، تشمل أيضًا تآكل الجدران الداخلية للخزانات، تآكل الجدران الخارجية والداخلية لخطوط الأنابيب، والأجزاء العازلة ذات درجات الحرارة المرتفعة، وكذلك النظام الأكثر تآكلًا، وهو نظام إزالة الكبريت من غازات العادم (FGD).

بيئة التآكل الجوية للإنشاءات الفولاذية

تستخدم محطات توليد الطاقة الحرارية وقودًا مثل الزيت الثقيل والفحم، الذي يطلق أثناء تشغيله كميات كبيرة من الغازات المسببة للتآكل مثل مركبات الكبريت. تتفاعل هذه الغازات مع بخار الماء أو مياه الأمطار في الجو لتشكيل محاليل حمضية. يؤدي ترسب الرماد الفحم على الهياكل الفولاذية إلى تشكيل محاليل كهربائية، مما يسرع من تآكل الهياكل الفولاذية. لذلك، تصبح حماية محطات الطاقة الحرارية من التآكل أحد الجوانب الرئيسية للإنتاج والصيانة. في محطات الطاقة، تشمل الإنشاءات الفولاذية المعرضة للتآكل الجوي بشكل رئيسي:

(1) الهيكل الفولاذي للغلايات

(2) الهيكل الفولاذي للمبنى الرئيسي للمحطة

(3) نظام نقل الفحم: آلة تفريغ الفحم، جهاز التخزين والاسترجاع، الرافعة وجسر ناقل الفحم

(4) الجدران الخارجية للأنابيب

(5) الجدران الداخلية للأنابيب

يتم تصنيف مستوى التآكل لهذه الهياكل الفولاذية في البيئات الجوية، بسبب وجودها في بيئة تآكل محطات الطاقة الحرارية، على أنه بيئة عالية المستوى C4 وفقًا للمعيار الدولي "حماية التآكل للهياكل الفولاذية باستخدام أنظمة الطلاء" ISO 12944-2.

I. المراجع

المعايير الوطنية الحالية، اللوائح ذات الصلة، والبنود الإلزامية؛

"معايير البناء لمقاومة التآكل وأعمال القبول" (GB50212-2002)

"معايير درجة التآكل ومستوى إزالة الصدأ من سطح الفولاذ قبل الطلاء" (GB8923-1988)

"أنظمة السلامة لأعمال الطلاء، قواعد إدارة السلامة" (GB6514-1995)

"متطلبات الجودة للدهانات المضادة للتآكل" (GB6514-1991)

"أنظمة السلامة لأعمال الطلاء، سلامة عملية الطلاء وتنقية التهوية" (DJ/T6931-1999)

"معايير البناء لمقاومة التآكل لأعمال المعدات الصناعية وأنابيب التوصيل" (HGJ229-91)

"أنظمة السلامة لأعمال الطلاء، سلامة عملية التحضير المسبق للطلاء" (GB7692-87)

"حدود الضوضاء على حدود مواقع البناء" (GB12523-90)

وثائق نظام إدارة الجودة ISO9001

وثائق نظام إدارة البيئة ISO14001

وثائق نظام إدارة الصحة والسلامة المهنية GB/T28001

I. أساسيات التصميم

الظروف البيئية: يمكن تحديد مستوى التآكل في البيئة الجوية على الهياكل الفولاذية للمباني تحت التأثير طويل الأمد وفقًا للجدول 1.

I. الحماية من التآكل للمصنع الرئيسي

المصنع الرئيسي لمحطة توليد الكهرباء الحرارية هو المبنى الذي يحتوي على المعدات الرئيسية والمعدات المساعدة. نظام هيكل المصنع الرئيسي معقد، ويتحمل أحمالًا كبيرة، ويتميز بأبعاد أفقية وعمودية كبيرة، ووزن ذاتي ضخم. الوقود المستخدم في محطات الطاقة الحرارية، مثل الزيت الثقيل والفحم، يطلق كمية كبيرة من الغازات المسببة للتآكل مثل مركبات الكبريت أثناء التشغيل، والتي تتفاعل مع الرطوبة أو مياه الأمطار في الهواء لتكوين محاليل حمضية. الرواسب الناتجة عن الرماد الفحم على الهياكل الفولاذية تشكل محاليل إلكتروليتية، مما يعجل من تآكل الفولاذ الكيميائي الكهربائي.

في المدن الساحلية، تقع محطات الطاقة الحرارية في بيئات بحرية شديدة الملوحة والرطوبة والتآكل، مع تصنيف بيئي C5. يتطلب ذلك أن يتمتع الهيكل الفولاذي للمصنع الرئيسي بعمر خدمة إجمالي لمقاومة التآكل يتراوح بين 10 إلى 15 عامًا، مع مقاومة عالية للزمن. يمكن اختيار النظام الأمثل لحماية الهياكل الفولاذية وفقًا لـ GB/T30790.5، ويجب أن تكون سماكة الفيلم الجاف لا تقل عن 300 ميكرومتر. تلبي الطلاءات المقاومة للتآكل المصنوعة من الجرافين، مثل DreamZinc، هذه المتطلبات.

الجدول I: المصنع الرئيسي بدون متطلبات الحماية من الحرائق باستخدام تقنية الطلاء الجرافيني

أولاً: خطة مكافحة التآكل لبرج إزالة الكبريت وإزالة أكاسيد النيتروجين

من خلال نظرة عامة على ظروف تشغيل برج إزالة الكبريت، يمكن ملاحظة أن البرج يشهد تغييرات حادة في درجة الحرارة تشمل غاز العادم الساخن وغاز العادم البارد؛ بالإضافة إلى بيئة تآكل مزدوجة تشمل المواد القاعدية المعتدلة والمواد الحمضية القوية؛ كما يشمل تأثير التآكل الشديد بسبب المواد الجسيمية والسوائل والغازات. إنه بيئة تشغيل معقدة للغاية.

في التطبيق الفعلي، أنابيب الرش في برج إزالة الكبريت مصنوعة من مواد الألياف الزجاجية، وتتأثر بمقدار نقاء الماء الجير والمحتوى الجسيمي الذي يسبب التآكل الزائد في الأنابيب، مما يؤدي إلى حدوث ثقوب ووجود انسدادات بسبب التكلسات الداخلية، مما يؤثر على تأثير الرش والتبخير ويقلل من كفاءة إزالة الكبريت؛ الطبقة الواقية في الأسفل من المطاط البيوتيلي، التي تتحمل درجات حرارة تصل إلى 110 درجة مئوية فقط، بينما تكون درجة حرارة الغاز الخام (الغاز الذي سيتم إزالة الكبريت منه) تتراوح عادة بين 110 درجة مئوية و160 درجة مئوية، مما يتسبب في احتراق الأجزاء السفلى بشكل متكرر، ومنطقة طبقة الرش الزجاجية في الأعلى تتعرض لتغيرات كبيرة في درجات الحرارة بسبب مشاكل الأنابيب. هناك أيضًا مشاكل في جودة تنفيذ الأعمال الواقية، مما يؤدي إلى تساقط طبقة الرش الزجاجية في كثير من الأحيان. بعض محطات الطاقة التي تستخدم الفحم تحتوي على مستويات عالية من الفلور، مما يتسبب في تآكل طبقة الرش الزجاجية بسرعة.

الجدول 1: استخدام تكنولوجيا الطلاء بالغرافيت في الجدران الداخلية لبرج إزالة الكبريت وإزالة أكاسيد النيتروجين

ثانياً: خطة مكافحة التآكل للمدخنة

الأجهزة الرئيسية الشائعة في مكافحة التآكل في محطات إزالة الكبريت وإزالة أكاسيد النيتروجين هي برج الامتصاص، والقنوات، والمدخنة، ومضخات إزالة الكبريت، ومراوح التعزيز، حيث يتم تنفيذ حماية فعالة ضد التآكل والتآكل الميكانيكي في مناطق مثل مضخات إزالة الكبريت، وبرج الامتصاص، والقنوات، والمدخنة.

الوقاية من التآكل في برج إزالة الكبريت تعتمد بشكل أساسي على استخدام فيلكو الزجاج الذي يمكنه منع تأثيرات التآكل الناتج عن بخار الماء والمذيبات الكيميائية على المواد الأساسية. بالإضافة إلى ذلك، يشكل هذا الغطاء طبقة مستقرة حراريًا، مما يساعد في تجنب التشقق والتقشير للسطح الداخلي للبرج. كما أن لديها قدرة ممتازة على تحمل درجات الحرارة، مع معامل تمدد حراري منخفض، كما تمتاز بقدرتها على مقاومة التآكل الميكانيكي. يجب أن تتمتع طبقة الطلاء بمقاومة للغازات الحارة ومواد الحموضة والتآكل الناتج عن اصطدام الأبخرة والأملاح المائية المتكاثفة، بالإضافة إلى تحمل التغيرات الحرارية والتآكل الناتج عن اهتزاز برج إزالة الكبريت.

تعد حماية الجدران الداخلية للبرج ضد التآكل أمرًا بالغ الأهمية لضمان عمل المعدات بشكل سليم ومنع التآكل المفرط للمواد، وبالتالي خفض التكاليف وزيادة الإنتاجية.

الجدول 3: الجدران الداخلية للمدخنة الفولاذية حتى 200 درجة مئوية

تستخدم محطة توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم الهيكل الفولاذي لمعدات الغلايات، والمنصات الفولاذية للغلاية تقع في بيئات قاسية للتآكل. تستخدم محطة توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم وقودًا مثل النفط الثقيل والفحم، وخلال عملية التشغيل، يتم إطلاق كمية كبيرة من الغازات التآكلية مثل كبريتيد الهيدروجين، والتي تتفاعل مع بخار الماء أو الأمطار في الهواء لتكوين محاليل حمضية. تترسب رماد الفحم على الهيكل الفولاذي، مما يشكل محاليل كهربائية، مما يسرع من التآكل الكهربائي للهيكل الفولاذي. لذلك، تصبح مشكلة مكافحة التآكل للهيكل الفولاذي للغلاية في محطات توليد الكهرباء من القضايا المهمة في الإنتاج والصيانة.

التآكل هو ظاهرة تدمير الهيكل الفولاذي للغلاية نتيجة لتفاعله مع البيئة المحيطة. المواد الرئيسية المستخدمة في الغلاية هي الفولاذ المصنوع من الحديد، ويتم الحصول على الحديد من خلال تقليص خام الحديد في الفرن العالي باستخدام الكوك. يحدث هذا التفاعل تحت درجات حرارة مرتفعة جدًا، والمنتج النهائي والفولاذ الناتج غير مستقر. عندما يتعرض الفولاذ لبيئة رطبة تحتوي على أكسجين، فإنه يتعرض للأكسدة بسهولة.

الجدول 1: استخدام تقنية الطلاء بالجرافين لمنصة الهيكل الفولاذي للغلاية

الجدول 2: استخدام تقنية الطلاء بالجرافين للأنابيب في درجات الحرارة العادية (أقل من 120℃)

يعتبر نظام نقل الفحم واحدًا من الأنظمة المساعدة الرئيسية في محطة الطاقة الحرارية، ويتميز بتنوع المعدات وطرق التشغيل والتحكم الفريدة. مع تطور صناعة الكهرباء، زادت القدرة المركبة لمحطات الطاقة الحرارية، وزادت قدرة نظام نقل الفحم من عشرات الأطنان في الساعة إلى آلاف الأطنان. هذا التغيير المفاجئ في الكمية وضع ضغطًا كبيرًا على مكافحة التآكل في معدات نظام نقل الفحم. لم تعد الطرق التقليدية المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية المتوسطة والصغيرة لمكافحة التآكل قادرة على تلبية احتياجات أنظمة نقل الفحم في محطات الطاقة الحرارية الكبيرة. لذلك، أثرت مشكلة التآكل على التشغيل الآمن والموثوق للمعدات. وقد وضعت شركة Mengneng Technology خطة لحماية معدات نقل الفحم باستخدام مواد الطلاء الزيتية والمائية.

نظرًا لوجود الكبريت والسلفات (SO2، SO3) في الفحم، وعند حدوث تفاعلات كيميائية مع الماء تحت تغييرات في درجات الحرارة، يتم تكوين حمض الكبريتيك وحمض السولفيت. وعند ملامسة هذه الأحماض مباشرةً مع المواد المعدنية، يتسبب ذلك في تآكل سطح المعدن بشكل كبير. علاوة على ذلك، فإن البيئة القاسية المحيطة بنظام نقل الفحم وتغير درجات الحرارة والرطوبة في الهواء، فضلاً عن التشغيل المتقطع للنظام، يسرع من عملية التآكل. في الحالات الشديدة، قد تتشقق سطح المعدن وتصبح غير مستوية، وقد يتقشر مناطق كبيرة أثناء التشغيل، مما يؤثر على العمر الافتراضي للمعدات.

الجدول 1: تكنولوجيا الطلاء بالجرافين لهيكل جسر نقل الفحم

الجدول 2: تكنولوجيا الطلاء بالجرافين لمخزن الفحم

I. أنابيب المياه العذبة المتداولة

تختلف خصائص تآكل الجدران الداخلية لأنابيب المياه العذبة المتداولة عن خصائص تآكل أنابيب المياه المالحة بشكل كبير. تآكل الأنابيب الفولاذية المدفونة في المياه العذبة يتسبب أساسًا في تآكل كيميائي كهربائي بسبب الأوكسجين المذاب، وهو العامل الأساسي في تآكل الحديد. وتتحكم عملية التآكل أساسًا في عملية انتشار الأوكسجين نحو سطح المعدن. مقارنة بالمياه المالحة، تحتوي المياه العذبة على نسبة منخفضة جدًا من الأملاح، وبالتالي فهي أقل قدرة على توصيل الكهرباء، مما يقلل من تآكل الأنابيب بشكل كبير.

تآكل الجدار الخارجي لأنابيب المياه العذبة المدفونة ناتج بشكل رئيسي عن التآكل الناتج عن التربة. التربة هي خليط معقد من مواد متعددة، حيث يحتوي الفراغ بين الجسيمات على هواء وماء وأملاح متنوعة، مما يعطي التربة خصائص الإلكتروليتات. حالة السطح للجدار الخارجي للأنابيب، والعيوب في الأنابيب، والمواد غير المتجانسة التي تحتوي عليها، يمكن أن تسبب فارقًا في الجهد عند ملامستها للتربة، مما يخلق تآكلًا كهربائيًا يشبه البطارية. كما يمكن أن يسبب التنوع في خصائص التربة فرقًا كبيرًا في الجهد، مما يؤدي إلى تآكل البطارية الكبيرة.

الجدول 1: الجدار الداخلي لأنابيب المياه العذبة المتداولة

الجدول 2: الجدار الخارجي لأنابيب المياه العذبة المتداولة المدفونة والجدران العلوية

II. أنابيب مياه البحر المتداولة

تواجه أنابيب مياه البحر المتداولة تحديات كبيرة بسبب تلامسها المستمر مع مياه البحر، ما يعرضها لبيئة تآكل معقدة. تتمثل خصائص التآكل لهذه الأنابيب في عدة جوانب رئيسية. أولاً، تتكون مياه البحر من مكونات معقدة تحتوي على تركيزات عالية من كلوريد الصوديوم وأملاح أخرى، ما يسرع من عملية تآكل المعدن. علاوة على ذلك، تحتوي مياه البحر على أكسجين مذاب بنسبة عالية، خصوصاً في حالة تدفق الماء، حيث يعمل الأوكسجين على تسريع التفاعل الكيميائي للأكسدة مما يزيد من سرعة التآكل. كما توجد العديد من الكائنات الدقيقة والطحالب في مياه البحر، التي قد تخلق طبقات بيولوجية على جدران الأنابيب، مما يغير من بيئة الأجزاء المحلية ويسبب تآكلًا موضعيًا.

ثانياً، لحالة تدفق المياه تأثير كبير على التآكل. تدفق المياه بسرعة قد يؤدي إلى تآكل ميكانيكي نتيجة للاحتكاك بالمعدن، بينما التدفق البطيء يسهل تراكم الرواسب ما يؤدي إلى تآكل تحت الطبقة المتراكمة. التغيرات في درجة الحرارة أيضًا تؤثر بشكل كبير على التآكل، حيث تسهم درجات الحرارة المرتفعة في تسريع التفاعلات الكيميائية، بما في ذلك تفاعل التآكل، كما أن الحرارة العالية قد تؤدي إلى تقليل قدرة الطلاءات الواقية على التحمل. غالبًا ما تحدث ظواهر التآكل الموضعية مثل التآكل النقطي، التآكل في الفجوات، وتآكل تحت الرواسب، التي تصيب مناطق محددة على جدران الأنابيب مما يؤدي إلى تدمير موضعي.

بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي الاتصال بين المعادن المختلفة إلى تأثير زوجي كهربائي، مما يسرع من تآكل المعدن الذي له جهد كهربائي أقل. كما أن الإجهاد المتبقي والإجهاد المطبق يمكن أن يزيد من قابلية المعدن للتآكل الناتج عن الإجهاد. لمواجهة هذه التحديات، يمكن اتخاذ عدة تدابير للحماية من التآكل مثل اختيار مواد مقاومة للتآكل (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، سبائك التيتانيوم)، واستخدام الطلاءات المقاومة للتآكل أو الطبقات الداخلية، وتطبيق تقنية الحماية الكاثودية، والتحكم في سرعة التدفق بشكل مناسب، وتنظيف الأنابيب بانتظام، بالإضافة إلى المراقبة والصيانة الدورية. من خلال استخدام هذه التدابير بشكل متكامل، يمكن تمديد عمر أنابيب مياه البحر المتداولة بشكل فعال وضمان التشغيل الآمن والمستقر للنظام.

الجدول 4: السطح الداخلي لأنابيب مياه البحر المتداولة

I. متطلبات حماية الأبراج التبريد من التآكل

يشمل تآكل الأبراج التبريد تآكل الخرسانة المسلحة والمكونات الفولاذية.

تظهر مكونات الخرسانة في الأبراج التبريد الهرمية، بما في ذلك جدران البرج، مجاري الهواء، العوارض، الأعمدة، حمامات جمع المياه، حوض فصل الزيت، إلخ، علامات التآكل مثل التفكك، التقشر، أو تعريض القضبان الحديدية، أو زيادة الفراغات في جدران الخرسانة بسبب التآكل أو التدمير بسبب التجمد والانصهار في الشتاء، مما يعزز التآكل، بالإضافة إلى التآكل الميكروبي، مما يؤدي في النهاية إلى فشل البرج التبريد.

متطلبات المواد الواقية من التآكل للأبراج التبريد:

(1) التصاق جيد مع سطح الخرسانة.

(2) مقاومة ممتازة للماء، مقاومة للتآكل الناتج عن المياه، الرش، والانسكاب.

(3) أداء ممتاز في مقاومة التآكل.

يتم تقسيم نطاق الطلاء للأبراج التبريد باستخدام المياه البحرية كما هو موضح في الجدول أدناه:

بعد التشغيل، يتعرض سطح الخرسانة في المنطقة الرطبة من برج التبريد إلى بيئة مياه بحرية ديناميكية، بما في ذلك التدفق، الرش، والانسكاب. يجب أن يكون سطح الطلاء مقاومًا لمياه البحر، رذاذ الملح، القلويات، التأثيرات والتآكل.

يجب أن يكون الطلاء في المنطقة الجافة للخرسانة مقاومًا جدًا للتآكل ومقاومًا للعوامل الجوية، مع الحفاظ الجيد على اللمعان، استقرار اللون، ومقاومة التشققات.

II. استخدام تقنية الطلاء بالجرافين لجدران الأبراج التبريد الداخلية

قامت شركة Mengneng Technology بتطوير حلول الحماية من التآكل المتعلقة بمواصفات تصميم الأبراج التبريد لمحطات الطاقة، بالاعتماد على عقود من الخبرة في حماية التآكل لمحطات الطاقة عبر مناطق مختلفة، بما في ذلك عمليات التصميم والبناء التي تهدف إلى ضمان مقاومة التآكل طويلة الأجل ودوام جمالية الأبراج التبريد.