سبائك التنتالوم في مكونات ضاغط الغاز المقاوم للتآكل

يعد اختيار المواد للمكونات المختلفة لضواغط الغاز أمرًا مهمًا من أجل المتانة والموثوقية والكفاءة على مدى فترة طويلة. في المكونات المعرضة للهجوم من قبل الوسائط العدوانية، برزت سبائك التنتالوم كخيار أول بسبب مقاومتها الاستثنائية للتآكل، بالإضافة إلى ثباتها في درجات الحرارة العالية.

الشكل 1 مخطط ضاغط الغاز [1]

لماذا استخدام التنتالوم في البيئات المسببة للتآكل؟

1. مقاومة التآكل الاستثنائية

يعد التنتالوم من بين أكثر المعادن مقاومة للتآكل، خاصة في الوسائط الحمضية القوية والكواشف الكيميائية العدوانية. في الواقع، إنه مقاوم للغازات والسوائل الحمضية مثل أي عنصر آخر، مما يجعله مناسبًا لضواغط الغاز مع وجود أجزاء تآكل محتملة في الهواء أو الغاز. على سبيل المثال، في معامل تكرير البتروكيماويات، يمكن للغاز الحامل للكبريت أن يدمر بسرعة المواد الأقل مقاومة في غضون ساعات. ويمنع التنتالوم التآكل من خلال تكوين طبقة أكسيد مستقرة وحامية على سطحه؛ مما يزيد من عمر أجزاء الضاغط ويقلل من فترات الخمول.

قراءة ذات صلة: مقاومة التآكل في التنتالوم للماء والمحاليل المائية وغير المعدنية

2. أداء متميز في درجات الحرارة العالية

تتعرض معظم ضواغط الغاز لظروف درجات الحرارة المرتفعة، خاصة في الصناعات العاملة في مجال الطاقة. يمكن أن يعمل التنتالوم تحت درجات حرارة عالية للغاية بسبب درجة انصهاره العالية للغاية التي تبلغ 3017 درجة مئوية (5463 درجة فهرنهايت). ولذلك، تعتبر سبائك التنتالوم مثالية لتصنيع أجزاء الضواغط مثل الدوارات والمكابس التي تعمل في درجات حرارة عالية، مما يضمن أقصى قدر من الكفاءة.

3. متانة وقوة فائقة

إن القوة والمتانة المتأصلة في التنتالوم تجعله مناسبًا للغاية للمكونات التي تتعرض لضغط ميكانيكي مستمر. في ضواغط الغاز، تتعرض أجزاء مثل الدوارات والصمامات لقوى قص عالية جدًا وتآكل ميكانيكي. تميل مقاومة التنتالوم الممتازة للشد ومقاومة الإجهاد إلى تقليل التآكل، مما يجعل المكونات تدوم لفترة أطول حتى في ظروف التشغيل القاسية.

التطبيقات الشائعة للتنتالوم في ضواغط الغاز

1. دوارات وشفرات الضاغط

تتعرض الدوارات والشفرات في ضواغط الغاز للتآكل والتلف المستمر بسبب الدوران عالي السرعة مع القصف المستمر بالجسيمات الكاشطة في تيار الغاز. نظرًا لكون التنتالوم مقاومًا جدًا للتآكل، يتم استخدامه في الدوارات والشفرات التي تحتاج إلى تحمل التآكل والضغوط الميكانيكية في وقت واحد. وتضمن درجة انصهار التنتالوم العالية احتفاظ هذه المكونات بسلامتها الهيكلية، حتى في الضواغط التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة.

2. موانع التسرب ومكونات الصمامات

توفر موانع التسرب والصمامات في ضواغط الغاز مانع التسرب المحكم المطلوب للحفاظ على الضغط وتجنب تسرب الغاز. تتسبب العديد من البيئات المسببة للتآكل في تآكل هذه المكونات، عادةً من الغازات التي صممت من أجلها موانع التسرب. يُستخدم التنتالوم لتصنيع موانع التسرب ومقاعد الصمامات وأجسام الصمامات؛ وتسمح مقاومته للغازات المسببة للتآكل بأداء طويل الأمد وتمنع التسرب أو التعطل. وتتيح قابليته للطرق وقابليته للتشكيل إمكانية التصنيع الدقيق للأشكال الهندسية المعقدة المطلوبة في أنظمة الضواغط الحالية.

3. مكونات الضغط العالي

تعمل ضواغط الغاز تحت ضغوط عالية جدًا، مما يضع ضغوطًا عالية جدًا على أجزاء مثل حجرات الضغط والشفاه ورؤوس الأسطوانات. إن مقاومة التنتالوم للتشوهات، إلى جانب قدرته على تحمل تغيرات الضغط الشديدة، تجعله مناسبًا للغاية لمثل هذه الأجزاء الحرجة. يمكن للتطبيقات التي قد تشهد عادةً فشلًا بسبب الإجهاد المادي أو التآكل أن تحافظ على السلامة الهيكلية وطول العمر باستخدام التنتالوم.

4. مكونات المبادل الحراري

تُستخدم ضواغط الغاز جنبًا إلى جنب مع المبادلات الحرارية في العديد من الصناعات التي قد تحدث فيها تغيرات في درجات الحرارة إما أثناء الضغط أو بعده. وتستفيد أنابيب وحواجز المبادلات الحرارية التي تتلامس مع الغازات الساخنة المسببة للتآكل من مقاومة التنتالوم الاستثنائية للتآكل إلى جانب مقاومته الجيدة للصدمات الحرارية. ويضمن ذلك السلامة الهيكلية وأداء نقل الحرارة الموثوق به في ظل التدوير الحراري العنيف، حيث قد يؤدي التآكل إلى تدهور المواد الأخرى.

مقاومة التآكل: التنتالوم والمواد الأخرى

على الرغم من أن الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والسبائك القائمة على النيكل تجد تطبيقات واسعة في ضواغط الغاز، إلا أنها لا تصمد أمام التنتالوم في مقاومة التآكل والاستقرار في درجات الحرارة العالية. وفيما يلي مقارنة موجزة بين التنتالوم والمواد الأخرى. لمزيد من المنتجات المعدنية، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الاستنتاج

توفر سبائك التنتالوم أكبر فائدة في تطبيقات الضواغط التي تتطلب مقاومة فائقة للتآكل والثبات في درجات الحرارة العالية. أما المواد الأخرى، بما في ذلك تلك المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم، فلها مكانها، ولكن يظل التنتالوم المادة الرئيسية للبيئات الصناعية القاسية للغاية التي يكون فيها الأداء العالي والموثوقية وعمر الخدمة الطويل أمرًا بالغ الأهمية.

مرجع:

[1] يوجين "بودي" برورمان، وتيم مانثي، ويورغن وينمار، وجوستين هولينجسورث، الفصل 6 - الضواغط اللولبية، المحرر (المحررون): كلاوس برون، وراينر كورتس، ماكينات الضغط للنفط والغاز، دار الخليج للنشر الاحترافي، 2019، الصفحات 253-307، ISBN 9780128146835.