الفولاذ المقاوم للصدأ لأنظمة غسل غازات العادم لإزالة الكبريت (FGD)

تُعَدّ أنظمة تنقية غازات العادم الرطبة (FGD) من أكثر الأماكن تآكلاً في محطة توليد الطاقة، ويتحكّم في اختيار المواد فيها وجود الكلوريدات وانخفاض درجة الحموضة (pH) والأحماض المتكثّفة والاحتكاك، وليس ارتفاع الحرارة وحدها. ويعتمد اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ المناسب على المنطقة المُراد تغطيتها: فقد يكفي درجـة 316L في المناطق ذات التآكل الخفيف، لكن ماصّ الغاز (الامتصاصي)، ومناطق الانتقال بين الحالة الرطبة والجافة، ومناطق تركيز الكلوريدات تتطلّب عادةً درجات 317L أو الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور 2205 أو الدرجات السوبر أستينيتية والسوبر ثنائية الطور المحتوية على ٦٪ موليبدنوم. فإذا اخترت سبيكة ضعيفة جدًّا، فإنها ستتآكل بسرعة عبر التآكل النقطي والتآكل الشقي؛ أما إذا اخترت الدرجة المناسبة بدقة، فهي ستستمر في العمل لعقودٍ عديدة. وتقدّم شركة تشجيانغ ونكيانغ للفولاذ المقاوم للصدأ المحدودة الدعم للمشغلين في رسم خريطة التوزيع البيئي مقابل التوزيع المناسب للسبيكات حسب كل منطقة.

البيئة الرطبة لأنظمة تنقية غازات العادم
في غسّالة الحجر الجيري الرطبة، يلتقي غاز العادم الساخن بمعلّق يمتص ثاني أكسيد الكبريت، ويكون الناتج خليطًا كيميائيًّا عدائيًّا. والكلوريدات، التي تدخل من الفحم وتتركّز بسبب التبخر والتداول المتكرر، هي العامل الرئيسي المسبِّب لتآكل النقاط والشقوق، وقد تصل تركيزاتها إلى آلاف أو عشرات الآلاف من الأجزاء لكل مليون في سائل التداول. وقيمة الأس الهيدروجيني منخفضةٌ غالبًا ما بين ٤ و٦ في المعلّق العام، وأقلُّ من ذلك بكثير في التكثُّف المحلي، كما أن الأنواع المتبقية من الكبريت بالإضافة إلى الأكسجين المذاب تضيف حمضيةً مؤكسدة.
تتضافر الهجمات الفيزيائية مع التفاعلات الكيميائية. فتؤدي المواد الصلبة مثل الحجر الجيري والجبس إلى تآكل الأسطح، كما يؤدي مرور المعلق عبر رؤوس الرش والفوّهات وأنابيب إعادة التدوير إلى تآكل الأغشية الواقية. وأسوأ المناطق هي تلك التي تتقاطع فيها الظروف الرطبة والجافة، مثل مدخل النظام، حيث يلتقي الغاز الساخن لأول مرة بالسائل، وتتركز كلوريدات والأحماض بفعل التبخر مشكِّلةً أفلامًا عدوانية قادرةً على إحداث حفرٍ حتى في المواد ذات السبائك عالية الجودة. وتنخفض درجة الحرارة تدريجيًّا من الحرارة العالية عند المدخل إلى ما يقارب درجة حرارة الجو في أنابيب المخرج، لذا يتغير نمط التآكل على امتداد مسار التدفق.

لماذا تفشل الدرجات القياسية
يُقاس مقاومة الفولاذ الأوستنيتي أو الفولاذ ذي البنية الثنائية لمهاجمة الكلوريد باستخدام رقم معادل مقاومة الحفر (PREN)، الذي يُحسب تقريبيًّا كمجموع نسبة الكروم زائد ٣,٣ ضرب نسبة الموليبدنوم زائد ١٦ ضرب نسبة النيتروجين. وكلما ارتفع هذا الرقم، زادت قدرة الفولاذ على التحمُّل أمام تركيزات أعلى من الكلوريد وقيم أقل من الأس الهيدروجيني قبل بدء ظاهرة الحفر.

الفولاذ المقاوم للصدأ ٣١٦ل، الذي يبلغ مؤشر مقاومته للتآكل (PREN) فيه نحو ٢٥، يتحمل فقط مستويات متواضعة من الكلوريد، ويتأثر بالثقوب بسرعة في سوائل أنظمة إزالة غازات العادم المركزة. أما الفولاذ ٣١٧ل، الذي يحتوي على نسبة أعلى من الموليبدنوم، فيوسع نطاق التحمل قليلًا. أما السبيكة ثنائية الطور ٢٢٠٥ فتوفر مؤشر مقاومة أعلى (PREN) ومقاومة خارجية تصل إلى ضعف مقاومة الفولاذ ٣١٦ل تقريبًا، مما يسمح باستخدام أقسام أنابيب طينية وأجزاء داخلية لجهاز الامتصاص أرق وأقوى. وفي الحالات التي ترتفع فيها تركيزات الكلوريد إلى عشرات الآلاف من الجزء في المليون وتنخفض درجة الحموضة (pH)، لا تبقى سوى السبائك الأوستنيتية الفائقة المحتوية على ٦٪ موليبدنوم أو السبائك ثنائية الطور الفائقة ٢٥٠٧ قادرة على مقاومة التآكل النقطي والتآكل في الشقوق بشكل موثوق.

المناطق المصنوعة من مواد مختلفة عبر النظام
يُفهَم نظام إزالة غازات الكبريت (FGD) على أفضل وجه على أنه سلسلة من البيئات. وتُعَد منطقة المدخل ومنطقة التبريد بالرشّ أشد المناطق تحمّلاً، وهي منطقة انتقال رطبة-جافة تتعرّض لغاز ساخن وتكثّف حمضياً وتتركّز فيها أملاح الكلوريد، ولذلك تتطلّب عادةً مواد بناء فائقة الأوستنيتية تحتوي على ٦٪ موليبيدنيوم أو مواد مبطّنة. أما وعاء المُمتصّ ومكوّناته الداخلية ورؤوس الرشّ وأنابيب إعادة التدوير، فهي تتعرّض لطين مركز كاشط غني بالكلوريد عند درجة حرارة معتدلة، ما يجعل الصلب غير القابل للصدأ ثنائي الطور ٢٢٠٥ أو الدرجات فائقة الأوستنيتية الخيار الشائع لها. وتستفيد أنابيب إعادة تدوير الطين والأنابيب التي تُفرّغ جزءاً منه، والتي تتعرّض لتآكل الناتج عن التآكل الميكانيكي، من قوة الصلب غير القابل للصدأ ثنائي الطور وقيمة مؤشر مقاومة التآكل (PREN). أما قناة المخرج ومنطقة مزيل الضباب، فهي أبرد نسبياً وأقل تركيزاً في الكلوريد عادةً، لكنها رطبة وحمضية، ما يسمح باستخدام درجة الفولاذ ٣١٧L أو الصلب ثنائي الطور حسب الظروف المحلية. أما القنوات اللاحقة التي تُسخّن مجدداً أو تكون جافة، فهي أقل تشدّداً، وبالتالي تكفيها درجات فولاذية أقل احتواءً على العناصر السبائكية.
بما أن كل منطقة تختلف عن الأخرى، فإن سبيكة واحدة نادرًا ما تكون مناسبة للنظام بأكمله. فالإفراط في تحديد المواصفات في كل مكان يؤدي إلى هدر المال؛ أما التقليل من تحديد المواصفات عند المدخل أو الممتصِّ فسيؤدي إلى الفشل. ورسم خرائط تركيز الكلوريد والأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة والتآكل في كل موقع هو الأسلوب المنضبط للاختيار.

الشقوق واللحامات والتصنيع
حتى السبيكة المناسبة قد تفشل مبكرًا إذا أُهمِلت الشقوق واللحامات. فتُشكِّل الحشوات والوصلات المربوطة بالبراغي والرواسب واللحامات غير المكتملة الاختراق شقوقًا تتراكم فيها أيونات الكلوريد وتبدأ فيها ظاهرة التآكل النقطي عند مستويات أقل مما تتحمله المادة المعدنية في حالتها العامة. ولذلك يجب تصميم النظام بحيث يقلل الشقوق قدر الإمكان، ويُفضَّل فيه اللحام الكامل الاختراق، مع ضمان إمكانية التصريف لمنع تراكم المواد الصلبة.
يجب أن تحمي عملية اللحام مقاومة التآكل. وفي درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة، يُحافظ إدخال الحرارة المنضبط والملحق الصحيح على توازن الطور الفريتي-الأوستنيتي ويمنع تشكُّل الأطوار التي تُضعف المادة؛ أما في الدرجات فائقة الأوستنيتية، فإن الملحقات القائمة على النيكل والمُفرطة السبائك تعوّض انفصال الموليبدنوم في منطقة اللحام. ويجب إزالة طبقة التلوّن الناتجة عن الحرارة وإعادة تمرير السطح كهربائيًّا، لأن مناطق اللحام التي شحّ فيها الكروم هي بالضبط الموضع الذي تصل إليه سوائل غسل الغازات (FGD) أولًا. كما أن التعرُّف الإيجابي على المواد عند استلام الأنابيب والتجهيزات يجنب وقوع خطأ مكلف يتمثّل في تركيب درجة فقيرة في منطقة ذات تركيز عالٍ من الكلوريدات.

لماذا تُجرى الترقيات غالبًا؟
شُيِّدَت عديدٌ من أنظمة إزالة غازات الكبريت (FGD) في الأصل باستخدام بطانات أو فولاذ مقاوم للصدأ أقل سماكةً، ثم جرى ترقية هذه الأنظمة مع ارتفاع نسبة الكلوريدات في الوقود، أو مع تزايد التكثيف الناتج عن تنوّع الأحمال التشغيلية، أو بعد فشل البطانات وكشفها عن الطبقة الأساسية. كما أن استخدام الفحم ذي المحتوى الأعلى من الكلوريدات، وإعادة تدوير المياه التي تركّز الأملاح، والقيود الأشد صرامةً على الانبعاثات والتي تتضمّن مراحل رطبةً، كلّ ذلك يدفع البيئة التشغيلية نحو استخدام سبائك ذات قيمة أعلى لمؤشر مقاومة التآكل (PREN). وترقية المواد إلى درجات الديوبلكس أو الأوستنيتي الفائق تقلّل سماكة الجدران بفضل مقاومتها الأعلى، وتقلّل فترات التوقّف الصيانية، وتزيد عمر النظام التشغيلي، ما يجعل تكلفة السبائك الأعلى مبرَّرةً غالبًا على مدى السنوات المتبقية من عمر المحطة.

إرشادات عملية
اختر مواد وحدات إزالة الغازات الضارة (FGD) منطقةً تلو الأخرى استنادًا إلى مستوى الكلوريد ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة ومقاومة التآكل، مستخدمًا مؤشر مقاومة التآكل المُحسَّن (PREN) كدليل أولي للاختيار: ففولاذ 316L يُستخدم فقط في المناطق المعتدلة جدًّا، بينما يُستخدم فولاذ 317L والفولاذ غير القابل للصدأ ثنائي الطور 2205 في المناطق ذات تركيز الكلوريد المتوسط إلى المرتفع، أما مدخل الوحدة ووحدة الامتصاص ومحلول التركيز العالي فيتطلبان فولاذ 6Mo عالي المقاومة أو الفولاذ غير القابل للصدأ ثنائي الطور عالي الأداء 2507. وقلِّل من وجود الشقوق والتجويفات قدر الإمكان، واستخدم حشوات اللحام المناسبة، وأزل طبقة التلوّن الناتجة عن الحرارة. وتوفِّر شركة ون تشيانغ أنابيب وأنابيب ملحومة وتجهيزات مصنوعة من سبائك 316L و317L وثنائي الطور 2205 وثنائي الطور عالي الأداء 2507/S32750 مع إجراء فحوصات التحليل المعدني بالطيف (PMI) والتحليل الكيميائي والاختبارات الميكانيكية واختبارات مقاومة التآكل، مما يمكن المشغلين من تخصيص السبيكة المناسبة لكل منطقة في وحدة الغسيل بدقةٍ وفق شهادات مُوثوقة ومُعتمدة.

الأسئلة الشائعة
س: لماذا يُعتبر فولاذ 316L غالبًا غير كافٍ لوحدات غسيل الغازات الضارة (FGD)؟
ج: يتمتّع فولاذ 316L بمؤشر مقاومة التآكل المُحسَّن (PREN) يبلغ نحو 25، وبالتالي فهو يقاوم فقط تركيزات الكلوريد المعتدلة. أما محاليل وحدات إزالة الغازات الضارة (FGD) فتركّز الكلوريدات لتصل إلى آلاف أو عشرات الآلاف من أجزاء في المليون عند درجات حموضة منخفضة، ما يؤدي إلى تشكل الحفر والتآكل في الشقوق بسرعة في فولاذ 316L، باستثناء أكثر المناطق اعتدالًا.
س: كيف تختار الفولاذ غير القابل للصدأ المناسب لمناطق وحدة إزالة الغازات الضارة المختلفة؟
أ: رسم خرائط تركيز الكلوريد ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة والتآكل في كل موقع، ثم مطابقة رقم مؤشر مقاومة التآكل (PREN): الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣١٦ل في المناطق المعتدلة، والدرجة ٣١٧ل والفولاذ المزدوج ٢٢٠٥ في المناطق ذات تركيز الكلوريد المتوسط إلى المرتفع، والصلب الأوستنيتي فائق التحمل المحتوي على ٦٪ موليبدنوم أو الفولاذ المزدوج فائق التحمل ٢٥٠٧ في مناطق المدخل والامتصاص ومحاليل التركيز العالية.

لأنابيب وأنابيب وتجهيزات الفولاذ المقاوم للصدأ الخاصة بأنظمة إزالة غازات العادم (FGD) من الدرجات ٣١٦ل و٣١٧ل و٢٢٠٥ و٢٥٠٧ مع إجراء فحص المواد الكامل (PMI) واختبارات التآكل، يُرجى التواصل مع شركة تشجيانغ ونكيانغ للفولاذ المقاوم للصدأ المحدودة على الرقم +٨٦ ٥٧٧ ٨٩٢٢ ٢٥٩٥ \/ https://www.chinawqsteel.com/