ماذا أفعل إذا تسربت مبردات التبادل الحراري؟ يخبرك هذا المقال بأسباب التسرب وإجراءات المعالجة

Thread Content

غالبًا ما يؤدي تسرب المبادلات الحرارية إلى توقف النظام بأكمله، مما لا يؤثر فقط على كفاءة الإنتاج، بل يشكل أيضًا تهديدًا مباشرًا للعمل الآمن للمحرك الرئيسي أو المعدات الأخرى، وقد يتسبب حتى في حوادث تلف خطيرة في المعدات. مقدمة عن مبادلات الحرارة ذات الأنابيب: تعتبر مبادلات الحرارة ذات الأنابيب أكثر أنواع معدات تبادل الحرارة استخدامًا في الوقت الحالي. مقارنةً بأنواع أخرى من مبادلات الحرارة ذات الجدران الفاصلة، فإن المساحة المتاحة لنقل الحرارة في وحدة الحجم أكبر بكثير، كما أن كفاءة نقل الحرارة أفضل أيضًا. يتكون مبدل التبريد ذو الأنابيب من أنابيب، ولوحات الأنابيب، وألواح توجيه التيار، والهيكل الخارجي، والأغطية النهائية (صناديق الأنابيب)، وغيرها. أثناء عملية تبادل الحرارة، يدخل أحد السوائل من خلال الأنابيب الموجودة في الغطاء، ويتدفق داخل الأنابيب، ثم يخرج من الأنبوب الموجود في الطرف الآخر من الغطاء. ويُطلق على هذه العملية اسم “مسار الأنابيب” ； يدخل سائل آخر عبر فتحة في الهيكل، ويخرج من فتحة أخرى في نفس الهيكل، ويُطلق على هذا المسار اسم “مسار الهيكل”. أسباب تسرب مبادلات الحرارة ذات الأنابيب: ينقسم تسرب الأنابيب داخل مبادلات الحرارة ذات الأنابيب إلى تسرب في الأنابيب نفسها وتسرب عند مواصلات الأنابيب. أسباب تسرب مواصلات أنابيب مبدل الحرارة: 1. الإجهاد الحراري المفرط؛ فأثناء تشغيل مبدل الحرارة من النوع ذو الأنابيب، يؤدي اختلاف درجات حرارة السوائل الباردة والساخنة إلى اختلاف درجات حرارة الهيكل وجدران الأنابيب. يؤدي هذا الاختلاف إلى تمدد حراري مختلف للهيكل والأنابيب، وعندما يكون الفرق في درجات الحرارة كبيرًا، قد يؤدي ذلك إلى انحناء الأنابيب، أو إلى تخفيف تثبيتها على اللوحة، بل وقد يدمر المبادل الحراري بأكمله. لذلك، يجب أخذ تأثير التمدد الحراري في الاعتبار من الناحية الهيكلية، واستخدام طرق مختلفة للتعويض عنه. أثناء عمليات التشغيل والإيقاف، يتجاوز معدل ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة في مبادل الحرارة القيم المحددة، مما يؤدي إلى تعرض أنابيب ولوحات الأنابيب في المرحلة الحرارية العالية لإجهاد حراري كبير؛ وهذا يتسبب في تلف اللحامات أو نقاط التمدد التي تربط الأنابيب بلوحات الأنابيب، مما يؤدي إلى تسرب من الفتحات. تشوه لوحة الأنابيب: يعود ذلك بشكل أساسي إلى التشوه الناتج عن معالجة لوحة الأنابيب والتشوهات التي تحدث أثناء عملية المعالجة. ترتبط الأنابيب بلوحة الأنابيب، ويؤدي تشوه لوحة الأنابيب إلى حدوث تسربات في نهايات الأنابيب. عملية سد الأنابيب الثلاثة غير صحيحة، حيث يتم عادةً استخدام سدادات مخروطية ملحومة لسد الأنابيب. يجب استخدام قوة معتدلة عند إدخال السدادة المخروطية ； قوة الضرب مرتفعة جدًا، مما يسبب تشوه فتحات الأنابيب ويؤثر على نقاط التوصيل بين الأنابيب المجاورة ولوح الأنابيب، مما يؤدي إلى تلفها وظهور تسريبات جديدة. أثناء عملية اللحام، إذا كان التسخين المسبق أو موضع وحجم اللحام غير مناسبين، فقد يؤدي ذلك إلى تلف نقاط الربط بين الأنابيب ولوحة الأنابيب المجاورة. استخدام طرق أخرى لسد الأنابيب، مثل سد الأنابيب بالتوسيع أو بالانفجار، قد يؤدي أيضًا إلى تسرب المادة من المنافذ المجاورة في حال عدم استخدام الطريقة بشكل صحيح. لذلك، يجب اتباع عملية إغلاق الأنابيب بدقة. أسباب تسرب أنابيب مبدلات الحرارة نفسها:
1. التآكل الناتج عن التدفق: أحد الأسباب هو عندما يكون معدل تدفق البخار مرتفعًا ويحتوي تيار البخار على قطرات ماء كبيرة، فإن الجدار الخارجي للأنابيب يتعرض لتأثير تدفق البخار والماء معًا، مما يؤدي إلى ترقق الجدار وحدوث ثقوب فيه، أو قد ينفجر الجدار بسبب ضغط الماء الوارد. السبب الآخر هو التأثير المباشر للبخار أو المواد الكارهة للماء. بسبب عدم ملاءمة مواد لوح الحماية وطريقة تثبيته. يتكسر أو ينفصل أثناء التشغيل، مما يفقده وظيفة الحماية من الغسل ； مساحة لوح الحماية غير كافية، فتتحرك قطرات الماء مع التيارات الهوائية السريعة وتصطدم بالأنابيب الموجودة خارج لوح الحماية ； المسافة بين الهيكل وحزمة الأنابيب صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى ارتفاع سرعة تيار البخار عند نقطة الدخول. اهتزاز الأنابيب: في حالات مثل انخفاض درجة حرارة الماء المستخدم أو تحميل الوحدة بأكثر من طاقتها، وعندما يتجاوز تدفق البخار وسرعته بين أنابيب المبادل الحراري القيم المخطط لها، فإن مجموعة الأنابيب التي تتمتع بمرونة معينة قد تهتز تحت تأثير قوى الاضطراب في السائل الموجود على جانب الغلاف. وعندما يتطابق تردد هذه القوى مع تردد الاهتزاز الطبيعي للأنابيب أو أضعافه، فإن ذلك يؤدي إلى رنين الأنابيب، مما يزيد من مستوى الاهتزاز، ويسبب ضغوطًا متكررة على نقاط الربط بين الأنابيب ولوحات الدعم، مما يؤدي إلى تلف مجموعة الأنابيب. تآكل طرف مدخل المياه في الأنابيب الثلاثة: يحدث تلف طرف مدخل الأنبوب فقط في مبادلات الحرارة المصنوعة من الفولاذ الكربوني، وهو عملية تلف ناتجة عن تأثير التآكل والتخريب معًا. ميكانيزم ذلك هو أن الطبقة الأكسيدية التي تتشكل على سطح جدار الأنبوب تتم تدميرها بسبب التيارات المائية عالية الاضطراب، مما يؤدي إلى فقدان المعدن تدريجيًا. وفي النهاية، يؤدي ذلك إلى تلف الأنابيب. عندما يكون مادة أنابيب مبدل الحرارة ذو الضغط المنخفض من النحاس، فإن أنابيب النحاس في هذه الأجهزة غالبًا ما تضطر إلى استبدالها بسبب التسريبات الشديدة. عندما يكون الرقم الهيدروجيني بين 8.5 و8.8، يكون معدل تآكل النحاس في أدنى مستوياته. أما الفولاذ الكربوني فيتطلب أن لا يقل الرقم الهيدروجيني عن 9.5. أدى ارتفاع قيمة الرقم الهيدروجيني لمياه التغذية في الغلاية إلى تآكل أنابيب النحاس. 5. جودة المواد والعملية الإنتاجية غير جيدة: جودة مواد الأنابيب سيئة، وسمك جدران الأنابيب غير متساوٍ، كما أن الأنابيب تحتوي على عيوب قبل عملية التجميع، بالإضافة إلى تمدد مفرط في مناطق الاتصال بين الأنابيب، ووجود آثار تلف ناتجة عن الشد على السطح الخارجي للأنابيب. وعند مواجهة المبادل الحراري لظروف تشغيل غير طبيعية، فإن ذلك يؤدي إلى تلف كبير في الأنابيب. إجراءات معالجة تسربات مبادلات الحرارة ذات الأنابيب: إجراءات المعالجة بعد حدوث التسرب، حيث يؤدي التسرب إلى انخفاض ضغط المياه المُستخدمة، مما يقلل من كمية المياه المرسلة إلى الغلاية. لذلك، عند اكتشاف تسرب في أنابيب مبدل الحرارة، يجب إيقاف تشغيله فورًا لتقليل عدد الأنابيب التالفة وتخفيف حدة الضرر. عند توقف وحدة التشغيل، يجب فحص ما إذا كان هناك تسرب في جهاز التسخين العالي، وإيجاد طريقة للتخلص منه. في حالة تسرب المنافذ، يجب إزالة المعدن الناتج عن اللحام الأصلي ثم إعادة اللحام، مع تطبيق معالجة حرارية مناسبة للتخلص من الإجهاد الحراري. أما في حالة تسرب الأنابيب نفسها، فيجب أولاً تحديد نوع وموقع التسرب، ثم اختيار طريقة مناسبة لإغلاق فتحتي الأنبوب. بغض النظر عن تقنية سد الأنابيب المستخدمة، من أجل ضمان جودة عملية السد، يجب معالجة طرف الأنبوب المراد سده بشكل جيد، بحيث تكون لوحة الأنبوب وفتحاته مستوية ونظيفة، مع وجود سطح اتصال جيد مع جزء السد. في حالة وجود تشققات أو تآكل في نقطة اتصال الأنبوب بلوح الأنابيب، يجب إزالة مادة الأنبوب الأصلية ومعدن اللحام من الطرفين، حتى يتمكن السدادة من الاتصال بشكل محكم بلوح الأنابيب. إجراءات الوقاية من تسربات المبادلات الحرارية 1. إجراءات الوقاية من تسربات مواصلات الأنابيب: يجب أن يكون لدى المبادل الحراري، بالإضافة إلى جودة التصنيع مع وجود لوحات أنابيب بسمك كافٍ، عمليات معالجة جيدة لفتحات الأنابيب وعمليات اللحام المناسبة. كما يجب أن يتم التحكم في معدلات ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة أثناء تشغيل وإيقاف المبادل الحراري حتى لا تتجاوز القيم المحددة، ويجب وجود صمامات أمان على جانب الماء لمنع حدوث ضغط زائد، بالإضافة إلى استخدام طرق صحيحة لإغلاق الأنابيب أثناء الصيانة. إجراءات الوقاية من تسرب الأنابيب نفسها، إجراءات الوقاية من التآكل الناتج عن التدفق، تحديد سرعة تدفق البخار أو الماء في جانب الغلاف، بالإضافة إلى منع حدوث عملية التبخر داخل أجزاء التبريد ； يجب أن يكون للبخار الخارج من قسم التبريد بالبخار درجة حرارة زائدة كافية ； يجب أن يكون تثبيت لوح الحماية متينًا، وأن تكون مساحته كافية، بالإضافة إلى أن يكون المادة المصنوع منها عالية الجودة ； يجب الحفاظ على مستوى الماء في جانب القشرة ضمن الحدود الطبيعية، ويُمنع التشغيل في حالة انخفاض مستوى الماء أو عدم وجود ماء. إجراءات الوقاية من اهتزاز الأنابيب: تركيب بوابات أمان على جانب البخار في وحدة التسخين ； تقييد سرعة تدفق البخار أو المواد المائية على جانب القشرة ； يجب أن يكون المسافة بين الأنابيب كبيرة بما فيه الكفاية، فهذا من ناحية يقلل من سرعة تدفق السائل على جانب الغلاف، ومن ناحية أخرى يقلل من احتمالية تلف الأنابيب نتيجة التصادم والاحتكاك فيما بينها: وذلك عن طريق تحديد طول الجزء الحر من مجموعة الأنابيب. تدابير الوقاية من التآكل في مدخل تزويد المياه للأنابيب: يؤثر معدل تدفق السائل داخل الأنابيب ليس فقط على قيمة معامل نقل الحرارة بالانتقال الحراري، بل أيضًا على مقاومة الحرارة الناتجة عن الترسبات، وبالتالي يؤثر ذلك على قيمة معامل نقل الحرارة الكلي. من المهم جدًا اختيار سرعة التدفق المناسبة. عند تقييد سرعة تدفق الماء، أو عند تعطيل أحد مبادلات الحرارة، أو في حالة وجود عدد كبير من الأنابيب المسدودة في مبادلات الحرارة، فإن ذلك يؤدي إلى ارتفاع كبير في سرعة التدفق داخل الأنابيب. في هذه الحالة، يجب السماح لجزء من الماء بالدخول إلى الغلاية عبر مسار جانبي، أو يجب تقليل حمل الوحدة الإنتاجية. تدابير الوقاية من التآكل: إزالة الإجهادات، والتي يمكن أن تنشأ من مصادر مختلفة مثل الإجهادات الخارجية، والإجهادات المتبقية، وإجهادات اللحام، بالإضافة إلى الإجهادات الناتجة عن منتجات التآكل. عند اختيار المواد، يتم جعل الوحدة نظامًا خاليًا من النحاس، وهو ما يفيد في مقاومة التآكل والتحكم في تبلور البخار في الوحدة بأكملها ； يجب وجود نظام فعّال لتصريف الغازات، ويُنصح عمومًا بعدم استخدام التوصيل المتسلسل خطوة بخطوة في ربط الأنابيب، لمنع تراكم الغازات غير المكثفة داخل المبادلات التي تعمل تحت ضغط منخفض ； ضمان العمل السليم لنظام تفريغ الهواء، فعند التشغيل يجب تفريغ الهواء من جانب الماء وجانب البخار، كما يجب أن تكون جودة المياه المستخدمة مقبولة ； يجب أن تكون هناك إجراءات وقائية جيدة ضد التآكل عند مغادرة المنتج المصنع، لمنع التآكل أثناء عملية التخزين والنقل. أما بالنسبة لمبادلات الحرارة المصنوعة من الأنابيب الفولاذية الكربونية، فعادةً ما يتم استخدام غاز النيتروجين لحماية كل من الجانب الخاص بالبخار والجانب الخاص بالماء من التآكل ； عند تعطيل مبدلات الحرارة، يتم عادةً اتخاذ تدابير وقائية ضد التآكل بحسب مدة التعطيل، سواء بملء المبدل بالماء أو البخار أو النيتروجين، كما يتم تعديل قيمة الرقم الهيدروجيني لمياه إزالة الأكسجين على جانب الماء بشكل مناسب لتوفير الحماية. إجراءات الوقاية من تسرب الأنابيب الناتج عن سوء جودة المواد والعمليات الإنتاجية: يجب أن يكون سمك جدار الأنبوب لا يقل عن 2.0 مم لزيادة قدرته على مقاومة التآكل. يجب إجراء فحوصات لكل أنبوب قبل التجميع، مثل فحص العيوب واختبارات الضغط بالماء ； يجب معالجة الأنابيب حراريًا، ولا يجوز وجود عيوب ظاهرية فيها ； يجب أن تحافظ فتحات الأنابيب في لوحة الأنابيب على درجة معينة من الخشونة والدقة والتماسك، كما يجب أن تكون حواف فتحات الأنابيب ناعمة خالية من الزوائد. السد الوقائي للأنابيب: يتم إجراء سد وقائي للأنابيب. يُنصح بفتح فتحات تخطي بحجم معين على لوحة الأنابيب، أثناء سد جزء من الأنابيب، وذلك لتقليل سرعة تدفق الماء وبالتالي تقليل التآكل. لقد تم استخدام هذه الطريقة في العديد من محطات التوليد في الداخل والخارج، وقد أثبتت فعاليتها في إطالة عمر المبادلات الحرارية وتقليل عدد حالات التسرب. اختيار المسار: في مبادلات الحرارة، يمكن اختيار أي سائل يتدفق داخل الأنابيب وأي سائل يتدفق خارجها، ويمكن اعتماد النقاط التالية كمبادئ عامة للاختيار: أ) يجب أن يتدفق السوائل غير النظيفة أو التي تتكون عليها الرواسب بسهولة في الجانب الذي يسهل تنظيفه. بالنسبة لمجموعات الأنابيب المستقيمة، يجب عادةً أن تمر المواد المذكورة داخل الأنابيب، ولكن عندما يمكن فك مجموعة الأنابيب لتنظيفها، فيمكن أيضًا أن تمر هذه المواد خارج الأنابيب. ب) يجب أن تمر السوائل التي تحتاج إلى زيادة سرعة تدفقها لرفع معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري داخل الأنابيب، وذلك لأن مساحة المقطع العرضي داخل الأنابيب عادةً ما تكون أصغر من مساحة المقطع العرضي بين الأنابيب، كما أنه من السهل استخدام تعدد مسارات الأنابيب لزيادة سرعة التدفق. ج) يجب أن تمر المواد المسببة للتآكل عبر الأنابيب، وبهذه الطريقة يمكن استخدام مواد عادية في صناعة الهيكل، بينما يجب استخدام مواد مقاومة للتآكل فقط في الأنابيب والألواح الواقية والأغطية. د) تمر المواد ذات الضغط العالي داخل الأنابيب، وبهذه الطريقة لا يحتاج الغلاف إلى تحمل الضغط العالي. هـ) يجب نقل المواد ذات درجة الحرارة المرتفعة جداً أو المنخفضة جداً عبر الأنابيب لتقليل فقدان الحرارة. بالطبع، إذا كان الهدف هو تحسين عملية التبريد، فيمكن أيضًا أن تمر المواد ذات درجة الحرارة العالية عبر المسار الخارجي للأنابيب. و) عادةً ما يتم تمرير البخار في المسار الخارجي للغلاية، لأن ذلك يسهل إزالة السوائل المكثفة، كما أن البخار نظيف نسبيًا، ومعامل نقل الحرارة بالتبادل الحراري لديه علاقة ضعيفة بسرعة التدفق. ز) السوائل ذات اللزوجة العالية، عادةً ما تتدفق في المسار الخارجي للأنابيب، وذلك لأن التدفق في هذا المسار، حيث توجد حواجز، يؤدي إلى تغير مستمر في مقطع المسار واتجاه التدفق. وفي القيم المنخفضة لمعامل رينولدز (حيث يكون رينولدز أكبر من 100)، يمكن الوصول إلى حالة التيار المتدفق، مما يساعد على تحسين معامل نقل الحرارة بالتبادل الحراري للسائل خارج الأنابيب.