تقنية إصلاح الختم عالي الحرارة لتسرب أسطوانات التوربينات البخارية

Thread Content

أولاً: مقدمة عن التوربين البخاري
التوربين البخاري (ويُعرف أيضًا بالتوربين البخاري الدوار) هو آلة دوارة تحول طاقة البخار إلى عمل ميكانيكي. يُستخدم بشكل أساسي كمحرك أولي لتوليد الطاقة، كما يمكنه تشغيل مختلف الضواغط والمراوح والمضخات ومراوح دفع السفن مباشرةً. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام البخار الخارج من التوربينة البخارية أو البخار المأخوذ منها في مراحل وسطى لتلبية احتياجات التدفئة في الإنتاج والاستخدامات المنزلية. أثناء تشغيل التوربين البخاري، يعد تسرب البخار وتشوه الأسطوانة من أكثر المشاكل شيوعًا التي تواجه المعدات؛ فإن إحكام سطح اتصال الأسطوانة يؤثر بشكل مباشر على التشغيل الآمن والاقتصادي للوحدة. ويُعد تصليح وسنفرة سطح اتصال الأسطوانة لضمان إحكامه جزءًا هامًا من أعمال صيانتها. وعند معالجة مشكلة تسرب البخار من سطح الاتصال، يجب تحليل الأسباب بعناية، وبناءً على درجة التشوه وحجم الفجوة، يمكن تطبيق مجموعة متنوعة من الطرق بشكل متكامل لتحقيق متطلبات الإحكام في هذا السطح. ثانيًا، أسباب تسرب الهواء من أسطوانة التوربين البخاري: 1. تُصنع الأسطوانة عن طريق الصب، وبعد خروجها من المصنع يجب أن تخضع لمعالجة التقادم، أي أن تُترك لفترة من الزمن حتى يتم القضاء تمامًا على الإجهادات الداخلية التي نشأت أثناء عملية الصب. إذا كانت مدة الزمن قصيرة، فإن الأسطوانات المُعالجة قد تتشوه أثناء التشغيل لاحقًا، ولهذا السبب قد تستمر بعض الأسطوانات في التسرب حتى بعد معالجة التسرب لأول مرة. لأن الأسطوانة لا تزال تتشوه باستمرار. 2. إن حالة تأثر الأسطوانة بالقوى أثناء التشغيل معقدة للغاية؛ فبالإضافة إلى الأحمال الثابتة مثل فرق الضغط بين الغازات داخل وخارج الأسطوانة ووزن الأجزاء والمكونات المثبتة بداخلها، فإنها تتعرض أيضًا لقوة رد الفعل التي تنشأ عند خروج البخار من الدرجات الثابتة على الجزء الساكن، بالإضافة إلى قوى أنابيب الربط التي تؤثر عليها في حالات الحرارة والبرودة المختلفة. وتحت تأثير تفاعل هذه القوى، تحدث تشوهات بلاستيكية في الأسطوانة مما يؤدي إلى التسرب. 3. حدوث تغيرات سريعة جداً في الحمل على الأسطوانة؛ وخاصةً عند البدء والتوقف السريعين وتغير ظروف التشغيل، مما يؤدي إلى تغيرات كبيرة في درجة الحرارة. كما أن طريقة تسخين الأسطوانة غير صحيحة، وكذلك فتح طبقة العزل الحراري مبكراً أثناء أعمال الصيانة بعد التوقف، كل ذلك يسبب إجهادات حرارية وتشوهات حرارية كبيرة داخل الأسطوانة وعلى الفلانشات. ٤. تكون هناك إجهادات في الأسطوانة أثناء عملية المعالجة الميكانيكية أو بعد إجراء عمليات اللحام التصحيحي، لكن لم يتم التخلص من هذه الإجهادات عن طريق معالجة الأسطوانة حراريًا، مما يؤدي إلى وجود إجهادات متبقية كبيرة في الأسطوانة، وبالتالي يحدث تشوه دائم أثناء التشغيل. 5. أثناء عملية التركيب أو الصيانة، وبسبب إجراءات وتقنيات الصيانة، لا تكون فجوات التمدد في الأسطوانة الداخلية، وفاصل الأسطوانة، وغلاف الفاصل، وغلاف الختم البخاري مناسبة، أو لا تكون فجوة التمدد في لوحات الضغط المعلقة مناسبة، مما يؤدي إلى توليد قوى تمدد هائلة بعد التشغيل تتسبب في تشوه الأسطوانة. ٦. جودة مادة ختم الأسطوانات المستخدمة سيئة، أو تحتوي على شوائب كثيرة، أو أن النوع غير مناسب ； إذا كان هناك جزيئات صلبة من الشوائب داخل مادة الختم، فسوف يصعب على سطح الختم أن يلتصق بإحكام. مادة الختم عالية الحرارة من بوكوث هي أحدث مواد لختم أسطوانات التوربينات، ويمكن استخدامها في الأسطوانات ذات الضغط العالي والمتوسط والمنخفض، مما يُعيّن على تجنب تسربات الأسطوانات الناتجة عن اختيار النوع غير المناسب. 7. ضعف قوة شد براغي الأسطوانة أو عدم جودة مادة البراغي. يعتمد مستوى الإحكام في واجهة التوصيل بين الأسطوانات بشكل أساسي على قوة شد المسامير. يمكن أن يؤدي الإجهاد الحراري الناتج عن بدء تشغيل الوحدة أو إيقافها، أو عن زيادة أو نقص الحمل، إلى حدوث ارتخاء في البراغي. وإذا كان الإجهاد غير كافٍ، فإن قوة شد البراغي ستقل تدريجياً. إذا كانت جودة مواد البراغي المستخدمة في الأسطوانة ضعيفة، فإن هذه البراغي تتمدد على مر الوقت تحت تأثير الضغوط الحرارية وقوى التمدد الناتجة عن الأسطوانة، مما يؤدي إلى حدوث تشوهات في شكلها أو انكسارها. ونتيجة لذلك، يقل الضغط المطبق على الأسطوانة، مما يسبب تسرب السوائل منها. 8. ترتيب تثبيت براغي الأسطوانة غير صحيح. عادةً، يتم تثبيت براغي الأسطوانة من المنتصف نحو الجانبين في نفس الوقت، أي من المكان الذي يكون فيه القوس العمودي أكبر أو المكان الذي يحدث فيه أكبر قدر من التشوه تحت الضغط. وبهذه الطريقة، يتم نقل الفجوة في المكان الذي يحدث فيه أكبر قدر من التشوه إلى الأطراف الحرة للأسطوانة، وفي النهاية تختفي الفجوة تدريجياً. إذا تم شد الجانبين نحو الوسط، فإن الفجوة ستتركز في المنتصف، مما يؤدي إلى تكون فجوة على شكل قوس في سطح اتصال الأسطوانة، ويسبب تسرب البخار. ثالثًا: طرق معالجة تسربات أسطوانات التوربينات البخارية
تختلف أسباب حدوث التشوهات والتسربات في واجهات اتصال الأسطوانات، كما يختلف مكان حدوث التسربات ومستوى التشوهات. يجب أولاً استخدام مسطرة طويلة وأداة قياس لفحص حالة التشوهات في واجهات الاتصال. وخلال عملية الصيانة، يجب اتخاذ التدابير المناسبة بناءً على سبب التسرب ومستوى التشوهات. الطريقة المحددة كالتالي: 1. في الحالات التي يكون فيها تشوه الأسطوانة كبيرًا أو هناك تسرب شديد للبخار في نقاط التوصيل، يتم استخدام طريقة صقل هذه النقاط. إذا كان تشوه سطح الأسطوانة العلوية ضمن نطاق 0.05 مم، فيتم اعتبار سطح الأسطوانة العلوية كمرجع، ثم يتم وضع صبغة حمراء على سطح الأسطوانة السفلية أو طباعة ورقة زرقاء عليه، وبناءً على الآثار الناتجة يتم صقل سطح الأسطوانة السفلية. إذا كانت مساحة الاتصال بين الأجزاء المكونة للأسطوانة متشوهة، فيتم طلاء الأسطوانة بالروديوم، ثم استخدام أداة مستوية لإزالة التشوهات وتسوية سطح الأسطوانة. 2. استخدام مواد ختم أسطوانات مناسبة: نظرًا لعدم وجود **معايير موحدة ومعايير صناعية** لمواد ختم أسطوانات التوربينات البخارية حاليًا، فإن المواد الخام والتركيبات المستخدمة تختلف أيضًا، مما يؤدي إلى تفاوت جودة المنتجات ； عند اختيار مادة ختم أسطوانات التوربينات، يجب اختيارها من مصانع موثوقة تضمن جودة المنتج، وذلك لضمان إحكام إغلاق الأسطوانات بعد عمليات الصيانة. مثل مادة الختم عالية الحرارة “بوكوس” الألمانية، وهي مادة ختم أحادية المكونات على شكل معجون، تُستخدم في الأغراض الصناعية. إنها مادة ختم عالية الجودة، مناسبة للاستخدام في الظروف التي تتطلب درجات حرارة وضغوطًا عالية على الأسطح الملساء والمستوية (مثل الوصلات المتصلة ببعضها). ٣. طريقة اللحام الموضعي: نظراً لأن سطح التوصيل في الأسطوانة يتعرض للتآكل أو الخدوش بسبب البخار، يتم استخدام قضيب لحام مناسب لسد هذه الخدوش، ثم يتم استخدام أداة مستوية لتسوية السطح، بحيث يكون خط اللحام وسطح التوصيل في نفس المستوى. عندما يكون هناك تشوه كبير في سطح الاتصال بين الأسطوانات، أو عندما يكون هناك تسرب شديد للغاز، يتم لحام شريط واحد أو اثنين بعرض 10–20 مم على سطح الاتصال في الأسطوانة السفلية، وذلك لإغلاق الفجوات الموجودة. بعد ذلك، يتم قياس السطح باستخدام أداة مستوية، ثم يتم استخدام مادة حمراء لإزالة الفجوات حتى يتم إغلاقها تمامًا. إن عملية التنفيذ بسيطة أيضًا، حيث يتم تسخين الأسطوانة مسبقًا إلى 150 درجة مئوية قبل اللحام، ثم يتم إجراء عملية اللحام المتقطع أو اللحام بشكل جزئي في درجة حرارة الغرفة. يُفضل استخدام قضبان لحام من النوع الأوستينيتي، مثل A407 وA412، وبعد اللحام يتم تغطية المنطقة الملحومة بقماش من الأسبستوس للحفاظ على درجة الحرارة وتبطئ عملية التبريد. بعد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة، يتم الصنفرة والتشذيب. ٤. طلاء أو رش سطح اتصال الأسطوانات: عندما يحدث تسرب كبير للهواء من سطح اتصال الأسطوانات، ويكون الفجوة بينهما حوالي 0.50 مم، فيمكن استخدام تقنية الطلاء لتقليل كمية العمل المطلوبة لإصلاح هذه المشكلة. يُستخدم الأسطوانة كأنود، والأداة المطلية ككاثود، ويتم طلاء سطح التوصيل للأسطوانة مرارًا وتكرارًا بمحلول الكهرباء. يجب أن يتناسب سمك الطبقة المطلية مع حجم الفجوة في سطح التوصيل، كما يجب أن يتحدد نوع الطبقة وفقًا لمادة الأسطوانة وعملية التشذيب المستخدمة. الرش هو طريقة لتكوين طبقة ذات الخصائص المطلوبة، حيث يتم تسخين مسحوق المعدن باستخدام مسدس لهب عالي الحرارة حتى يذوب أو يصل إلى حالة لدنة، ثم رشه على سطح الأسطوانة المعالجة. ميزته تكمن في بساطة الجهاز وسهولة التشغيل، بالإضافة إلى قوة طبقة الطلاء. فبعد عملية الرش، تكون درجة حرارة الأسطوانة بين 70°م و80°م فقط، مما لا يؤدي إلى تشوه الأسطوانة. كما يمكن الحصول على طبقة طلاء مقاومة للحرارة والتآكل. يُراعى أن يتم صنفرة سطح الخزان وإزالة الزيوت والتخريش قبل عمليتي الطلاء بالغمس والرش، كما يجب تخريش الطبقة المطلية بعد العمليتين لضمان إحكام الالتصاق بين الأسطح. 5. طريقة استخدام وسادات في نقاط الاتصال: إذا لم يكن هناك تسرب كبير في الفجوات الموجودة في نقاط الاتصال، فيمكن استخدام شبكة نحاسية بحجم 80–100 شبكة، ويتم معالجتها حراريًا لتقليل صلابتها، ثم يتم قصها إلى أشكال مناسبة ووضعها في الأماكن التي يحدث فيها تسرب البخار، مع استخدام مادة ختم لإغلاق تلك الفجوات. إذا كان الفجوة بين الأسطح المتصلة كبيرة وكان التسرب شديدًا، فيمكن عمل شقوق بعرض 50 مم وعمق 5 مم على الأسطح العلوية والسفلية، ثم وضع وسادات على شكل أسنان مصنوعة من مادة IGr18Ni9Ti في تلك الشقوق. يجب أن يكون سمك هذه الوسادات أكبر بحوالي 0.05–0.08 مم من عمق الشقوق، ويمكن استخدام وسائد من الفولاذ المقاوم للصدأ بنفس الشكل لإجراء التعديلات اللازمة. ٦. طرق التحكم في إجهاد البراغي: إذا كان تشوه سطح اتصال الأسطوانة صغيرًا ومتساويًا، فيمكن استبدال البراغي المتضررة ببراغي جديدة، أو زيادة قوة شد البراغي بشكل مناسب. يتم التثبيت من المنتصف نحو الجانبين في نفس الوقت، أي تثبيت البراغي من المكان الذي يكون فيه القوس العمودي في أقصى حد، أو المكان الذي يحدث فيه أكبر قدر من التشوه بسبب الضغط. نظريًا، يمكن حساب قوة الشد المسبقة للبراغي باستخدام المعادلة d/L ≤ A، ولكن نظرًا لأن بيانات هذا الحساب وطرق القياس لا تزال قيد البحث، فلم يتم تطبيقها على نطاق واسع حتى الآن، وغالبًا ما يتم تحديدها بناءً على التجربة ضمن الإجهاد الأقصى المسموح به للبراغي. رابعًا، تعليمات استخدام مادة الختم الحرارية عالية الحرارة من ميجاهوا-بيركوسيت
1. نبذة تقنية
تُستخدم مادة الختم الحرارية عالية الحرارة (BIRKOSIT Dichtungskitt) بشكل أساسي في ختم الأسطح عند درجات الحرارة العالية، مثل التوربينات البخارية والفلانشات والمفاتيح التي تتطلب ختمًا حراريًا للأسطح. وقد حازت على اعتراف وشهادات تصديق من شركات تصنيع عالمية مثل سيمنس وألستوم وجي إي. مادة بيركوسيت للختم عالي الحرارة (BIRKOSIT Dichtungskitt) هي مادة ختم على شكل معجون، أحادية المكونات، وتُستخدم في الأغراض الصناعية. إنها مادة ختم عالية الجودة، مناسبة للاستخدام في الظروف التي تتطلب درجات حرارة وضغوطًا عالية، وذلك على الأسطح الملساء والمستوية (مثل الوصلات المتصلة ببعضها). استخدم سكين الجص أو مكشطة المطاط لفرده على السطح الجاف. نظرًا لأن المنتج المختوم لا يتصلب، ولكن قوامه يتغير قليلاً مع الحفاظ على مرونته وليونته، فلا توجد متطلبات زمنية للاستخدام؛ حيث يمكن تشغيله فور الانتهاء من التطبيق دون الحاجة إلى انتظار. لإصلاح الأسطح المختومة المعرضة للحرارة والتي بها خدوش، يجب استخدام منتجات الإصلاح من سلسلة F الحرارية لشركة بوكس. 2. البيانات التقنية: (1) مقاومة درجات الحرارة: يمكنه تحمل البخار الساخن والغازات بدرجة حرارة تصل إلى 900 درجة مئوية، بالإضافة إلى المياه الساخنة والباردة، والوقود خفيف الوزن، ومواد التشحيم، والنفط الخام، والغاز الطبيعي. (2) مقاومة الضغط: توفر قوة الالتصاق الممتازة للأغلفة المانعة للتسرب ونقاط الوصل قدرة على تحمل ضغط يصل إلى 250 باسكال (255 كجم/سم²)، بينما تصل قدرة الفلانشات التي لا تحتوي على حلقات ختم إلى 450 باسكال (459 كجم/سم²)، أما نقاط الوصل النوعية فتصل قدرتها على تحمل الضغط إلى 550 باسكال (561 كجم/سم²). (3) التشوه البلاستيكي: لا يوجد حد للتشوه البلاستيكي، ولذلك، حتى في أصعب الظروف، لن تنفجر غشاء الختم. (4) مجالات التطبيق: توربينات البخار وتوربينات الغاز، محطات توليد الطاقة (بما في ذلك المحطات النووية)، مصانع الغاز ومحطات معالجة المياه، مصانع تكرير النفط، مصانع التعدين، مصانع بناء السفن، صناعة الطلاء والمطاط، المصانع الكيميائية وغيرها من الشركات في مختلف الصناعات. كما يتم استخدامه في ختم الأسطح المتصلة بتوربينات البخار وتوربينات الغاز في محطات توليد الطاقة (بما في ذلك المحطات النووية)، بالإضافة إلى ختم الفلانشات المستخدمة في الآلات الصناعية، وختم الروزتات المستخدمة في الأنابيب الحرارية عالية الحرارة. يناسب بشكل خاص المفاصل المعدنية المحكمة الإغلاق: توربينات البخار وتوربينات الغاز، والضواغط، والمضخات، والهياكل الخارجية، ومفاصل الفلانجات، وغيرها. (5) مدة الاستخدام: بالنسبة لتوربينات الضغط العالي، نضمن أن المنتج قادر على تحمل بخار ساخن وغازات وحرارة وماء بارد بدرجة حرارة تصل إلى 900 درجة مئوية، وضغط يصل إلى 250 باسكال، بالإضافة إلى الوقود الخفيف ومواد التشحيم والزيوت المعدنية والغاز الطبيعي. عند الاستخدام وفقًا للإرشادات التطبيقية والتشغيل الطبيعي، نضمن لكم عمرًا افتراضيًا يبلغ 10 سنوات لأسطح الختم المشغولة آليًا (وصلات الالتقاء) في التوربينات البخارية والغازية. خامساً، شرح حالات التطبيق: يقدم هذا القسم شرحاً لتطبيقات الاختبار الميداني التي قامت بها شركة ألستوم باور (سويسرا) باستخدام مادة الختم عالية الحرارة من نوع ميجاوا-بوكس. 1. استخدام مادة الختم من نوع ميجاوا-بوكس لإجراء اختبارات الختم على وصلات التوصيل في التوربينات التالية: (1) التوربينات عالية الضغط؛ تحتوي وصلات التوصيل في التوربينات عالية الضغط على سطحي ختم، هما السطح الداخلي والسطح الخارجي. السطح الداخلي المانع للتسرب هو السطح الذي يتحمل الأحمال (الختم الداخلي). أما في توربينات المتوسطة الضغط وتوربينات المنخفضة الضغط، فإن نقاط الربط الموجودة على توربينات المتوسطة الضغط (IPT) وتوربينات المنخفضة الضغط (LPT) تشكل ختمًا متصلاً، ويوجد فيه فتحة في المنتصف. السطح الختمي الداخلي هو السطح الحامل للحمل، حتى الثقب المركزي. . 2. التلف الانتقائي في سطح الختم لوصلات التوصيل: (1) يجب معالجة نقاط التلف التي يبلغ قطرها ≥0.5-1.0 مم عن طريق خلط مادة “ميجياهوا-بوكوس” مع الجرافيت، لتكوين خليط مرن وذو مقاومة عالية، وبذلك يمكن تسوية نقاط التلف التي يصل قطرها إلى 1.0 مم. (2) يجب معالجة نقاط الضرر التي يبلغ قطرها ≥1.0–2.0 مم باستخدام خليط من المواد السيراميكية والمعدنية؛ حيث يمكن معالجتها ميكانيكيًا بعد تصلب هذا الخليط (عن طريق الطحن أو الشحذ أو الإزالة وغيرها).
3. تعليمات الاستخدام: خلال عمليات الفحص القادمة، سيتم ملاحظة وجود تآكل في الوصلات الأفقية للغلاف الداخلي لتوربينات الضغط المتوسط، ويظهر التآكل عند مدخل التوربين. اقترح ممثل العميل إجراء عملية لحام لإصلاح العطل، بينما اقترح قسم توربينات البخار لدينا استخدام مادة الختم عالية الحرارة من ماركة “ميجاوا-بوكوس”. في البداية، كان العملاء قلقين من أن يتم غسل مادة الختم بعيدًا، لكن بعد حوالي 25000 ساعة من التشغيل، وخلال الفحص التالي، تم إثبات متانة وموثوقية منتج “ميجاهوا-بوكوس”. من خلال الصور، يمكن ملاحظة مناطق التآكل بوضوح شديد. ٤. نطاق التطبيقات
١. التطبيقات في مجال التوربينات البخارية والغازية
٢. التطبيقات في مجال الضواغط
٣. التطبيقات في معدات الموسعات
٤. التطبيقات في معدات المولدات الكهربائية
٥. تطبيقات مختلف أنواع الوصلات الفلانشية وحلقات الختم للحرارة والضغط العاليين
٦. تطبيقات أخرى لمختلف أنواع المعدات