في العديد من القطاعات الصناعية ، تواجه أنظمة الأنابيب بيئات تشغيل قاسية ، مع مشاكل متكررة مثل التآكل والتآكل ، مما يؤثر بشدة على عمر خطوط الأنابيب واستقرار النظام. تعد أنابيب الصلب السيراميك المبطنة بالسيراميك الخاص SIC ، بأدائها المتفوق ، حلاً مثاليًا لهذه المشكلات ، إحداث ثورة في تطبيقات الأنابيب الصناعية.

1. خصائص المواد من بطانات السيراميك كذا

(ط) صلابة عالية ومقاومة تآكل ممتازة

تتميز السيراميك SIC بصلابة MOHS 9.5 ، والثانية فقط إلى الماس والأعلى بين جميع الأكاسيد. يوفر Microhardness ، HV 2500-3000 ، الأنابيب مع مقاومة التآكل لا مثيل لها. في التعدين ، وتوليد الطاقة ، والمعادن ، وغيرها من التطبيقات التي تنطوي على نقل مواد حبيبية عالية ، مثل المخلفات التي تحتوي على كميات كبيرة من رمال الكوارتز ، تعاني الأنابيب التقليدية من التآكل الشديد. ومع ذلك ، فإن الأنابيب المبطنة بالسيراميك SIC تقاوم تآكل المواد بشكل فعال ، مما يمتد بشكل كبير عمر خدمتها وتقليل التآكل بأكثر من 90 ٪ مقارنة مع الأنابيب الفولاذية العادية.

(2) مقاومة تآكل ممتازة

من منظور كيميائي ، يتكون SIC من السيليكون (SI) والكربون (C) الذي يشكل شبكة ثلاثية الأبعاد مستقرة من خلال روابط تساهمية عالية الطاقة (طاقة بوند 318 كيلو جول/مول). يستقرها الكيميائي يتجاوز بكثير استقرار المعادن (طاقة الرابطة المعدنية 50-200 كيلو جول/مول). طاقتها السطحية منخفضة تصل إلى 25-40 ميجا جول/متر مربع (الفولاذ المقاوم للصدأ طاقة سطحية تبلغ حوالي 1000 ميجا جول/متر مربع) ، مما يجعل من الصعب على الوسائط المسببة التآكل الالتزام والاختراق. سواء تعرضت للأحماض القوية (مثل حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك) والقواعد القوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم) في الصناعة الكيميائية ، أو الأملاح المنصهرة في درجات الحرارة العالية والغازات المسببة للتآكل في صناعة المعادن ، لا تزال بطانات السيراميك المستقرة. تقاوم مقاومة التآكل أكثر من 10 مرات من المقاومة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، مما يمنع بشكل فعال تسرب خطوط الأنابيب بسبب التآكل وضمان سلامة الإنتاج واستمرارية.

(3) مقاومة ممتازة عالية درجة الحرارة

أداء السيراميك SIC بشكل جيد بشكل استثنائي في بيئات درجات الحرارة العالية. يمكن أن تعمل بشكل ثابت وللمدة طويلة من الوقت في نطاق درجة حرارة تتراوح بين -50 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية. عندما تتجاوز درجة الحرارة 800 درجة مئوية ، يشكل تفاعل الأكسدة طبقة زجاجية SIO₂ كثيفة على السطح (صيغة التفاعل: SIC + 2O₂ → SiO₂ + CO₂ ↑). سمك حوالي 1-5μm. يعمل فيلم الأكسيد هذا باعتباره "درعًا حراريًا" ، ويمنع بشكل فعال المزيد من انتشار الأكسجين ويقلل من معدل الأكسدة (<0.01 مم/سنة ، وفقًا لاختبار ASTM G54). كما أنه يحافظ على استقرار هيكل السيراميك ، مما يضمن التشغيل العادي لخط الأنابيب في ظل ظروف درجات الحرارة العالية ، وتلبية متطلبات الصناعات ذات درجة الحرارة العالية مثل صهر الصلب والتصنيع الزجاجي.

(4) الموصلية الحرارية العالية ومعامل التمدد الحراري المنخفض

تتمتع السيراميك SIC بتوصيل حراري يتراوح بين 120-200 واط/(م ・ k) ، مما يتيح نقل الحرارة السريع ، وتوزيع درجة الحرارة الموحدة داخل خط الأنابيب ، ومنع ارتفاع درجة الحرارة المترجمة. في الوقت نفسه ، يبلغ معامل التوسع الحراري حوالي 4.5 × 10⁻⁶/K ، فقط حوالي نصف الفولاذ. وهذا يعطي الأنبوب مقاومة صدمة حرارية ممتازة ، مما يسمح له بتحمل دورات التبريد والتدفئة السريعة المتكررة. إنه أقل عرضة للتكسير والتشويش بسبب الإجهاد الحراري أثناء تقلبات درجات الحرارة الحادة ، مما يجعله مناسبًا للعمليات الخاضعة لتقلبات درجات الحرارة الكبيرة ، مثل بدء التشغيل وإغلاق غلايات محطات الطاقة.

الثاني. التصميم الهيكلي لبطانات كذا لأنابيب الصلب السيراميك

(ط) بنية مركبة

تستخدم بطانات SIC لأنابيب الصلب السيراميك بنية مركبة تتكون من "طبقة السيراميك الشهيرة - طبقة الانتقال - مصفوفة فولاذية." تعرض طبقة السيراميك الداخلية مباشرة لتآكل وتآكل المواد ، وتستفيد من ارتداءها ومقاومة التآكل. عادةً ما تكون طبقة الانتقال المتوسطة مصنوعة من مواد مثل Cermets ، التي تجمع تكوينها وهيكلها بين خصائص السيراميك والمعادن. هذا يعزز بشكل فعال الإجهاد الناتج عن الفرق في معاملات التمدد الحراري بين طبقة السيراميك والركيزة الفولاذية ، مما يعزز الرابطة بين الاثنين ومنع الطبقة السيرامية من السقوط بسبب تقلبات درجة الحرارة أو التأثير الميكانيكي. توفر الركيزة الفولاذية الخارجية القوة والمتانة المطلوبة لخط الأنابيب ، مع الضغط الخارجي والقوى الميكانيكية أثناء التثبيت والنقل ، مما يضمن الاستقرار الهيكلي العام لخط الأنابيب.

(2) عملية التصنيع تضمن الاستقرار الهيكلي

عمليات التصنيع للأنابيب المبطنة بالسيراميك SIC متنوعة ومتطورة. على سبيل المثال ، يتضمن تلبيد التفاعل أولاً الاتصال بفارغ الفراغ المحتوي على الكربون مع السيليكون المنصهر. يتفاعل السيليكون والكربون مع شكل SIC ، الذي يملأ المسام ويشكل طبقة خزفية صلبة. هذه الطريقة فعالة من حيث التكلفة ومناسبة لتصنيع المكونات واسعة النطاق ومعقدة. يستخدم التلبيد غير الملحوم مسحوق كربيد السيليكون الفوري العالي النقاء ، ويضاف مع أدوات تلبد مثل البورون والكربون ، وتلبس في جو خامل في درجات حرارة تزيد عن 2100 درجة مئوية. ينتج عن ذلك جسمًا ثنائيًا كثيفًا تقريبًا ، ويحسن أداء السيراميك بشكل كبير. أثناء العملية المركبة ، يتم استخدام الضغط الساخن والضغط المتساوي الساخن لربط الطبقات بإحكام ، مما يضمن السلامة الهيكلية والاستقرار.

ثالثا. مجالات التطبيق والمزايا

(ط) صناعة التعدين

في التعدين ، تخضع المخلفات التي تنقل خطوط الأنابيب للتآكل على المدى الطويل وارتداء من التركيز العالي ، والهدوء العالي. إن استخدام الأنابيب المبطنة بالسيراميك SIC يقلل بشكل كبير من معدل التآكل ، مما يزيد من عمر خدمة الأنابيب إلى 5-10 أضعاف أنابيب الفولاذ العادية ، مما يقلل من تواتر استبدال الأنابيب وتكاليف الصيانة ، وضمان إنتاج الألغام المستمر. علاوة على ذلك ، يمكن لمقاومة التآكل أن تصمد أمام الوجود المحتمل للمواد الحمضية في الملاط ، مما يمنع تآكل وتثقيب الأنابيب وتخفيف مخاطر التلوث البيئي.

(2) صناعة الطاقة

نقل الفحم المسحوق: في محطات توليد الطاقة ، يتدفق الفحم المسحوق بسرعات عالية داخل الأنابيب ، مما يسبب التآكل الشديد على جدران الأنابيب. بطانات السيراميك الشهيرة ، مع صلابة عالية وسطح أملس ، تقلل بشكل فعال من التآكل على الأنابيب الناتجة عن الفحم المسحوق ، وتقليل التسريبات والإصلاحات الناتجة عن التآكل ، وتحسين كفاءة نقل الفحم المسحوقة ، وضمان إمدادات الفحم المستقرة إلى غلايات النبات.

تصريف الرماد والخبث: يحتوي الرماد والخبث على عدد كبير من الجزيئات الحادة ويتآكلون إلى حد ما. يمكن أن تصمد الأنابيب المبطنة بالسيراميك السيراميك على التآكل والتآكل من الرماد والخبث ، مما يضمن التشغيل المستقر على المدى الطويل لنظام تصريف الرماد والخبث ، مما يقلل من معدلات فشل المعدات ، وتحسين الكفاءة الاقتصادية الإجمالية لعمليات محطة توليد الطاقة.

(3) صناعة المعادن

حقن الفحم في فرن الصهر: درجة الحرارة العالية والسرعة العالية لتدفق غاز الفحم المسحوق تسبب التآكل والدموع على أنابيب حقن الفحم. تحافظ الأنابيب المبطنة على السيراميك على صلابة عالية ومقاومة للارتداء في بيئات درجات الحرارة العالية ، مما يضمن نقل الفحم المستقر ، وضمان صناعة الحديد على فرن الصهر ، وتقليل إغلاق فرن الصهر بسبب تآكل الأنابيب ، وتحسين كفاءة الإنتاج.

النقل الخبث: الخبث ساخن وصعب ومتآكل ، مما يجعل من الصعب على الأنابيب العادية تحملها. إن ارتفاع درجة الحرارة وارتداء التآكل ومقاومة التآكل للأنابيب المبطنة بالسيراميك السيراميك تجعلها خيارًا مثاليًا لنقل الخبث ، وتوسيع عمر خدمة الأنابيب بشكل فعال وتقليل تكاليف الإنتاج. (رابعا) الصناعة الكيميائية

في الإنتاج الكيميائي ، غالبًا ما تنقل خطوط الأنابيب الوسائط المسببة للتآكل مثل الأحماض القوية والقواعد القوية والمذيبات العضوية. يتيح لهم الاستقرار الكيميائي لبطانات السيراميك SIC تحمل تآكل هذه الوسائط ، مما يمنع تآكل خطوط الأنابيب والتسرب ، مما يضمن سلامة الإنتاج الكيميائي وتقليل خسائر الإنتاج الناتجة عن استبدال خطوط الأنابيب. تستخدم بطانات السيراميك على نطاق واسع في صناعة الكلور ألكالي ، وإنتاج الأسمدة ، والبتروكيماويات ، وغيرها من المجالات.