التطبيقات المتنوعة لألواح سبائك التيتانيوم في صناعة الطاقة

لقد أظهرت لوحة سبائك التيتانيوم، نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة، مزايا كبيرة تدريجيًا في مختلف المجالات مثل محطات الطاقة الحرارية الساحلية ومحطات الطاقة النووية، وأصبحت مادة أساسية لا غنى عنها في صناعة الطاقة.

عادة ما تستخدم محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية في المناطق الساحلية مياه البحر كمياه تبريد لمكثفاتها، التي تتمثل وظيفتها الأساسية في تكثيف البخار إلى ماء. تقليديا، اعتمدت المكثفات في الغالب أنابيب النحاس والألومنيوم. ومع ذلك، مع التدهور السريع لبيئة مياه البحر، فإن مياه البحر التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين سوف تسبب تآكلًا شديدًا لأنابيب نحاس الألومنيوم، مما يؤدي إلى تسربات متكررة ويؤثر على التشغيل العادي لمحطات الطاقة.

اللوحة سبائك التيتانيوميتميز المكثف بمقاومته المتميزة للتآكل وعمر الخدمة الطويل. تتمتع سبائك التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل الكيميائي والكهروكيميائي، ولها مقاومة قوية للتآكل الناجم عن مياه البحر والكبريتيدات والكلوريدات، وكذلك التآكل النقطي الناجم عن الكائنات البحرية والرواسب. وفي الوقت نفسه، يمكنه أيضًا مقاومة التآكل المتسارع الناتج عن مياه البحر عالية السرعة- والدوامات المحلية. وذلك لأن سطح التيتانيوم يمكنه إصلاح طبقة الأكسيد الواقية التالفة بسرعة. حتى في مياه البحر التي تحتوي على الرمال وغبار الماس، مع سرعة تدفق تبلغ 2 م/ث، يكون معدل التآكل على سطح التيتانيوم منخفضًا للغاية. لذلك، يمكن للمكثف المصنوع من سبائك التيتانيوم زيادة معدل تدفق مياه البحر لتعزيز تأثير التبريد، وتقليل تكاليف الصيانة ومخاطر التوقف بشكل كبير لضمان التشغيل المستقر لمحطة الطاقة.

إن شفرات التوربينات البخارية، خاصة تلك الموجودة في أقسام الضغط المنخفض-، لها متطلبات عالية للغاية فيما يتعلق بخصائص المادة. تقليديا، تُصنع شفرات التوربينات البخارية من الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوع من الكروم المارتنسيتي، لكن هذه المادة لها عيوب واضحة. يتميز الفولاذ بكثافة عالية، وفي-التوربينات البخارية عالية السرعة، تحتاج الشفرات الفولاذية إلى تحمل قوى الطرد المركزي الهائلة، مما يزيد العبء على المعدات وخطر الفشل. علاوة على ذلك، غالبًا ما يحتوي بخار الماء على كلوريدات وكبريتيدات مختلطة بسبب التسرب من المكثف، ويمكن أن تسبب هذه الوسائط تآكلًا متنقرًا على سطح الشفرات الفولاذية، وتشكل تآكلًا شقوقًا بين جذر الشفرات وأطرافها أو عند أضلاع التوتر، وتصبح مصدرًا للشقوق. بالإضافة إلى ذلك، فإن أداء الكلال للفولاذ Cr13 ليس مثاليًا. في البيئة المسببة للتآكل التي تحتوي على محلول كلوريد الصوديوم المشبع، خاصة في قيمة pH منخفضة ومحلول يحتوي على الأكسجين -، ستنخفض قوة الكلال بشكل ملحوظ.

في المقابل، أصبحت ألواح سبائك التيتانيوم الخيار الأمثل لشفرات التوربينات البخارية. شفرات التيتانيوم خفيفة الوزن، وبنفس سرعة الدوران، يمكن تقليل قوة الطرد المركزي عند جذر الشفرة بنسبة 40%، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك طاقة المعدات وتآكلها. وفي الوقت نفسه، تتمتع شفرات التيتانيوم بمقاومة أفضل بكثير للتآكل بسبب الملح-الذي يحتوي على بخار مقارنة بالفولاذ، مما يؤدي بشكل فعال إلى تجنب المشكلات مثل التآكل المنقر وتآكل الشقوق. علاوة على ذلك، فإن أداء الكلال لسبائك التيتانيوم أعلى بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ. في الهواء، قوة الكلال لسبائك Ti-6A1-4V أعلى بنسبة 30% تقريبًا من الفولاذ Cr13؛ بينما في محلول كلوريد الصوديوم، ستنخفض قوة الكلال للفولاذ Cr13 بمقدار 2/3 - 4/5، في حين أن أداء الكلال لسبائك التيتانيوم لا يتأثر بشكل أساسي. لذلك، وبالنظر إلى أداء الكلال في الظروف المسببة للتآكل، أصبحت ألواح سبائك التيتانيوم مادة مهمة لتحل محل الشفرات الفولاذية، مما يساعد على تحسين كفاءة وموثوقية التوربينات البخارية.

في نظام المولد التوربيني بأكمله، تعد حلقة الحماية أحد المكونات الرئيسية. المولدات الكبيرة لديها متطلبات صارمة للغاية لحلقة الحماية، والتي يجب أن تتمتع بقوة عالية وأداء جيد ضد-الكسر، وأن تكون غير حساسة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في الوسائط المائية، وأن تكون غير-مغناطيسية. حاليًا، حلقات الحماية مصنوعة في الغالب من سبائك Fe-Mn-Cr الأوستنيتي، ولكن هذه السبيكة لديها ميل قوي للتكسير الناتج عن التآكل الإجهادي، وهناك مشكلات معينة تتعلق بموثوقية تحقيق قوة عالية.

حلقات حماية لوحة سبائك التيتانيوم يمكن أن تلبي هذه المتطلبات بشكل جيد. يمكن أن تصل قوتها المحددة بسهولة إلى معايير التصميم، كما أنها غير مغناطيسية، وغير حساسة للتآكل الناتج عن الإجهاد، وتتمتع بأداء شامل وممتاز. ولذلك، فإن استخدام ألواح سبائك التيتانيوم لتصنيع حلقات الحماية يعد خيارًا أكثر ملاءمة. حاليًا، في مجال تصنيع حلقات حماية المولدات، حققت بعض الدول تقدمًا كبيرًا، مما يدل على آفاق التطبيق الواسعة لألواح سبائك التيتانيوم في هذا المجال.