تعتمد كل سفينة، بدءًا من قاطرات الميناء وحتى السفن السياحية الكبيرة{0}}المبحرة في المحيط، على التدفق المستمر لمياه البحر لإزالة الحرارة المهدرة من محركاتها والمولدات الموجودة على متنها. ويجب أن تتحمل المبادلات الحرارية المسؤولة عن نقل تلك الحرارة إلى المحيط التعرض المستمر للمياه المالحة والكائنات البحرية وظروف التشغيل المتقلبة دون تآكل أو انسداد. في معظم أنظمة التبريد البحرية، يتم التعامل مع هذه المهمة الصعبة بواسطة سبيكة مثبتة الكفاءة: 90-10 نحاس-نيكل.
النجاح الطويل-الذي حققهالنحاس والنيكل 90-10 تبريد المحرك البحريتأتي الأنظمة من قدرة السبائك الفريدة على مقاومة التآكل بمياه البحر مع تثبيط التلوث البيولوجي داخل أنابيب المبادل بشكل طبيعي.
فهم سبائك النحاس والنيكل 90-10
التكوين والتصميم المعدني
تتكون سبيكة 90-10 من النحاس والنيكل بشكل أساسي من:
90% نحاس
10% نيكل
تحتوي السبيكة أيضًا على إضافات طفيفة مهمة من:
حوالي 1.5% حديد
حوالي 1% منجنيز
تلعب هذه الإضافات الصغيرة للسبائك دورًا رئيسيًا في تحسين أداء مياه البحر.
يساعد الحديد على تثبيت طبقة الأكسيد الواقية التي تتشكل على سطح الأنبوب، بينما يساهم المنغنيز في القوة ومقاومة التآكل في ظل ظروف مياه البحر المتدفقة.
وبدون هذه الإضافات، لن تحقق السبيكة نفس-المتانة طويلة المدى في الخدمة البحرية.
كيف تعمل أنظمة تبريد المحركات البحرية
مياه البحر كمشتت للحرارة
في ترتيب التبريد البحري النموذجي، تتدفق مياه البحر عبر أنابيب الغلاف-و-المبادل الحراري للأنبوب بينما تمر دائرة المياه العذبة-المغلقة من المحرك حول جانب الغلاف.
تعمل العملية على النحو التالي:
يدخل سائل تبريد المحرك الساخن إلى غلاف المبادل
تمر مياه البحر الباردة عبر الأنابيب
تنتقل الحرارة عبر جدار الأنبوب
تحمل مياه البحر الحرارة المهدرة إلى البحر
يمنع هذا الترتيب مياه البحر المسببة للتآكل من الدخول مباشرة إلى كتلة المحرك مع السماح بالتبريد الفعال.
ونظرًا لأن مياه البحر تظل محصورة في جانب الأنبوب، تصبح مادة الأنابيب هي الحاجز الأساسي بين البيئة البحرية ونظام دفع السفينة.
تشكيل فيلم أكسيد واقية
طبقة سطحية ذاتية الإصلاح-.
واحدة من الخصائص المميزة لالنحاس والنيكل 90-10 تبريد المحرك البحريالمعدات هي قدرة السبيكة على تطوير طبقة سطحية واقية رقيقة وملتصقة بإحكام عند تعرضها لمياه البحر النظيفة المتدفقة.
تشكل أنابيب النحاس-والنيكل طبقة واقية حية خاصة بها مع استمرار التشغيل.
طبقة الأكسيد الخضراء-البنية اللون هذه:
يقلل من التآكل العام
يقمع هجوم تأليب
يحد من تدهور السطح
يحمي من التعرض لمياه البحر
يعمل على استقرار أداء الأنبوب-على المدى الطويل
الفيلم الواقي رقيق للغاية ولكنه فعال للغاية في ظل ظروف التشغيل المناسبة.
على عكس الطلاءات التي قد تتقشر أو تتشقق، فإن طبقة الأكسيد تتجدد بشكل مستمر أثناء الخدمة العادية.
مقاومة الحشف الحيوي
سلوك طبيعي مضاد-للقاذورات
تواجه أنظمة التبريد البحرية باستمرار التلوث البيولوجي من:
البرنقيل
بلح البحر
طبقات السلايم
الطحالب
البكتيريا البحرية
يؤدي القاذورات الثقيلة إلى تقليل كفاءة نقل الحرارة وتقييد تدفق مياه البحر عبر أنابيب المبادلات.
تتمتع سبائك النحاس- والنيكل بمقاومة طبيعية قيمة للحشف الحيوي لأن أيونات النحاس المنبعثة على السطح تثبط ارتباط الكائنات البحرية.
نتيجة ل:
يتطور انسداد الأنبوب بشكل أبطأ
يتم تقليل وتيرة التنظيف
يظل نقل الحرارة أكثر استقرارًا
تظل مقاومة التدفق أقل بمرور الوقت
هذه الخاصية المضادة-للنمو الفطري جعلت سبائك النحاس-والنيكل جذابة بشكل خاص للعمليات البحرية طويلة الأمد-.
مقاومة التآكل والتآكل
الاستقرار في مياه البحر المتدفقة
90-10 النحاس والنيكل يُظهر مقاومة ممتازة لـ:
التآكل العام بمياه البحر
تأليب موضعي
هجوم الشق
تآكل الاصطدام
الأمونيا التي تنتجها الكائنات البحرية
تعمل طبقة أكسيد الحديد-المثبتة أيضًا على تحسين مقاومة التآكل في ظل ظروف تدفق مياه البحر.
تقع سرعات أنابيب مياه البحر النموذجية الموصى بها ضمن:
v≈1−2.5 م/sv \\حوالي 1-2.5\\ \\mathrm{m/s}v≈1−2.5 م/ث
ضمن نطاق التشغيل هذا، يظل الغشاء الواقي ثابتًا مع الحفاظ على أداء جيد لنقل الحرارة.
أهمية ظروف التدفق
الركود يمكن أن يلحق الضرر بالسبائك
على الرغم من أن أداء النحاس- والنيكل جيد جدًا في تحريك مياه البحر، إلا أن الركود الطويل يؤدي إلى مخاطر.
عندما تبقى مياه البحر ساكنة لفترات طويلة:
تتطور تغيرات تركيز الأكسجين
الودائع تتراكم
الأفلام الواقية تزعزع الاستقرار
قد يبدأ الحفر الموضعي
لهذا السبب، تم تصميم أنظمة التبريد البحرية بشكل عام للحفاظ على الدورة الدموية المنتظمة كلما أمكن ذلك.
تعتبر إجراءات رمي الكرة المناسبة مهمة أيضًا أثناء إغلاق السفن الممتدة.
مذكرة التكليف
تشكيل الفيلم الأولي أمر بالغ الأهمية
تتطلب 90-10 مبادلات من النحاس والنيكل تم تركيبها حديثًا فترة تشغيل مناسبة لإنشاء طبقة الأكسيد الواقية بشكل صحيح.
خلال هذه المرحلة الأولية:
وينبغي تعميم مياه البحر النظيفة بشكل مستمر
يجب أن تظل سرعة التدفق ضمن النطاق الموصى به
ومن الأفضل تجنب مياه الميناء الملوثة
ينبغي التقليل من التعرض للتلوث بالكبريتيد
تعتبر عملية تشكيل طبقة الأكسيد الأولية ضرورية لتحقيق أقصى قدر من المقاومة للتآكل على المدى الطويل-.
إذا تشكلت الطبقة الواقية في ظل ظروف مائية سيئة، فقد يحدث هجوم موضعي سابق لأوانه قبل أن يستقر الفيلم بالكامل.
لماذا يظل 90-10 من النحاس والنيكل مستخدمًا على نطاق واسع
موازنة الموثوقية وعمر الخدمة
يتم أحيانًا استخدام مواد بديلة مثل التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ في المبادلات البحرية، ولكن 90-10 من النحاس والنيكل يستمر في تقديم العديد من المزايا العملية:
سجل ميداني طويل الأمد-مثبت
مقاومة ممتازة للتآكل بمياه البحر
المقاومة الطبيعية للقاذورات
الموصلية الحرارية الجيدة
تكلفة تصنيع معقولة
خصائص ميكانيكية موثوقة
بالنسبة للعديد من أنظمة تبريد المحركات البحرية، تظل السبيكة واحدة من أكثر الخيارات المتاحة توازنًا وموثوقية.
خاتمة
90-10 أصبح النحاس والنيكل هو المعيار العالمي لتبريد المحركات البحرية نظرًا لقدرته الرائعة على تحمل التعرض المستمر لمياه البحر مع مقاومة التآكل والتلوث البيولوجي. تسمح تركيبة السبائك المتوازنة بعناية، بما في ذلك الإضافات الهامة للحديد والمنغنيز، بتكوين طبقة أكسيد واقية مستقرة بشكل طبيعي أثناء التشغيل.
تحمي هذه الطبقة السطحية الرقيقة من التآكل العام والنقر والتآكل بينما يثبط محتوى النحاس ارتباط الكائنات البحرية التي قد تسد أنابيب المبادل. يظل التدفق المناسب لمياه البحر والتشغيل الدقيق أمرًا ضروريًا لأن السبيكة تعتمد على بيئة صحية متدفقة للحفاظ على كيمياء السطح الواقية.
في أنظمة الدفع البحرية حول العالم، يستمر 90-10 من النحاس والنيكل في العمل كعامل هادئ وموثوق في مواجهة تحدي التآكل المستمر الذي تمثله مياه البحر. في كثير من النواحي، يعتمد التشغيل الموثوق لمحركات السفينة في نهاية المطاف على طبقة الحماية غير المرئية التي تتكون على طول السطح الداخلي لأنبوب سبيكة مصمم خصيصًا.
