الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في أنظمة التدفئة

مع تغير التركيبة السكانية العالمية وتحسن مستويات المعيشة، داخلي  وارتفعت التدفئة بنحو 25% منذ عام 2010. لتحقيق أهدافنا المناخية، لا بد من تقليل استهلاك الوقود وبالتالي تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة. ولذلك، يجب أن تعمل أنظمة التدفئة على تحسين كفاءتها بشكل مستمر.

© istockphoto.com/rglinsky

تختلف أنظمة التدفئة السكنية التقليدية بشكل كبير، اعتمادًا على المناخ وتوافر الوقود والتكنولوجيا السائدة في ذلك الوقت. لكن معظم الأنظمة تعمل عن طريق حرق نوع من الوقود لتسخين الماء في المرجل أو الهواء في الفرن. يتم بعد ذلك توزيع الماء الساخن في جميع أنحاء المبنى من خلال نظام الأنابيب، وغرف التدفئة من خلال مشعات أو أرضيات مشعة، في حين يتم تدوير الهواء الساخن من خلال القنوات إلى مساحة المعيشة.

  تنبعث معظم أنواع الوقود، سواء كان الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز والفحم، أو الوقود المتجدد مثل الخشب أو الغاز الحيوي، على شكل غازات مداخن. اعتمادًا على الوقود، تتكون الانبعاثات بشكل أساسي من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، مع كميات صغيرة من أكاسيد النيتروجين (NOx) وثاني أكسيد الكبريت SO2 والمواد الجسيمية. يتم تفريغ هذه الغازات الضارة المحتملة إلى الخارج من خلال المداخن أو المدخنة. عندما تبرد غازات المداخن إلى ما دون نقطة الندى (حوالي 56°ج)، يتكثف بخار الماء ويتحول إلى ماء، والذي يتحد مع مركبات أخرى لإنتاج أحماض أكالة. كل نظام تدفئة له خصائصه ومتطلباته الخاصة. درجات حرارة غاز المداخن باردة نسبيا أقل من 60°C في غلاية غاز التكثيف تختلف كثيرًا عن درجات حرارة غاز المداخن التي تصل إلى 600°ج- في موقد الحطب. الأول يتطلب مدخنة مقاومة للمكثفات الحمضية، بينما يتطلب الأخير مدخنة مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. والمثير للدهشة أن كلاهما يمكنهما استخدام نفس الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم لضمان عمر الخدمة.

بالإضافة إلى غازات المداخن، تشكل المياه المتداولة ومياه الصنبور أيضًا خطرًا كبيرًا لتآكل أنظمة التدفئة السكنية وتؤثر على كفاءتها. المواد المسببة للتآكل الموجودة في المياه المعالجة، وخاصة الكلوريدات والكلور الحر، سوف تؤدي إلى تآكل أسطح نظام تدوير مياه الغلايات. يشكل الكالسيوم والمغنيسيوم في الماء العسر رواسب على نطاق واسع، مما يقلل من الكفاءة الحرارية ويؤدي إلى الشيخوخة المبكرة   عنصر   الفشل. بفضل سطحه الأملس ومقاومته العالية للتآكل، يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم حلاً كاملاً لجميع المعدات في أنظمة التدفئة المنزلية والمياه الساخنة القائمة على الاحتراق: الغلايات والمواقد والمدافئ ومداخن المداخن وخزانات الماء الساخن.

الغلايات: الفولاذ المقاوم للصدأ يساعد على تحسين الكفاءة

المرجل هو جوهر  من نظام تسخين الماء الساخن. تولد الغلاية الحرارة عن طريق حرق الغاز أو الزيت أو الخشب أو حتى الفحم، اعتمادًا على التكنولوجيا. يتم بعد ذلك نقل معظم الحرارة إلى نظام تدوير المياه عبر مبادل حراري، في حين يتم تفريغ الحرارة المهدرة غير المستخدمة في غازات المداخن إلى الخارج. ومن أجل زيادة كفاءة الغلاية وتقليل التأثير على البيئة، يجب تقليل الحرارة المفقودة إلى الخارج بهذه الطريقة واستخدامها لتسخين المياه المتداولة. كلما انخفضت درجة حرارة غازات المداخن، تم استخدام المزيد من الطاقة لتدفئة المنزل والمياه الساخنة للحمام والمطبخ. ولذلك، فإن غلاية التكثيف الحديثة الموضحة في الشكل أدناه هي واحدة من أكثر أجهزة التدفئة كفاءة في السوق اليوم. تعتمد متانة وأداء الغلاية أيضًا على نوع الوقود وكيفية تشغيله وصيانته والمواد المستخدمة.

مخطط وظيفي للغلاية التقليدية وغلاية التكثيف

  تحتوي الغلايات التقليدية على موقد ومبادل حراري في غرفة الاحتراق. تقوم الغازات الساخنة بتسخين الماء في نظام التدوير ثم يتم تفريغها من خلال المدخنة وهي لا تزال ساخنة، مما يؤدي إلى فقدان الكثير من الطاقة الحرارية القيمة للعالم الخارجي. في المقابل، تعتبر غلاية التكثيف أكثر كفاءة في استخدام الطاقة لأنها تستخدم مكثفًا بعد غرفة الاحتراق لاستخراج المزيد من الحرارة من غازات المداخن عن طريق التسخين المسبق للمياه الواردة في دائرة التسخين. يؤدي هذا إلى تقليل درجة حرارة غاز المداخن إلى أقل من "نقطة الندى". 60°ج، وتتكثف غازات المداخن وتكون أحماض. تم تصميم غرفة الاحتراق والمكثف لمقاومة التآكل الناتج عن غازات المداخن المسببة للتآكل والمكثفات الحمضية على التوالي. ويمكن للمكثف أن يجمع المتكثفات بدلا من إطلاقها إلى الغلاف الجوي، وبالتالي يقلل من تلوث الهواء.

  المواد المستخدمة في غرفة الاحتراق والمبادل الحراري تحدد إلى حد كبير عمر الخدمة وأداء الغلاية. كانت هذه المكونات تُصنع تقليديًا من الألومنيوم المصبوب والسيراميك والفولاذ، وأصبحت الآن مصنوعة بشكل متزايد من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. 316L، بمحتوى موليبدينوم 2%، يتمتع بمقاومة جيدة جدًا للتنقر وقوة جيدة لدرجات الحرارة العالية. في أحدث غلايات التكثيف عالية الكفاءة، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316Ti، وفي بعض النماذج عالية الكسر، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 904L. يحتوي 904L على 4% من الموليبدينوم، والذي يتمتع بمقاومة أفضل للتآكل ويمكن أن يضمن عمر خدمة طويل.

  الفولاذ المقاوم للصدأ للمداخن

يجب تفريغ غازات المداخن الساخنة التي تنتجها الغلايات والأفران وغيرها من أنظمة التدفئة من نوع الاحتراق من خلال المداخن. نادرًا ما تكون مداخن مداخن البناء التقليدية مانعة للتسرب، لذا فإن المكثفات المسببة للتآكل وغازات المداخن الحمضية ستؤدي إلى تآكل وإتلاف مفاصل الملاط، مما يسمح للرطوبة والغازات الخطرة والدخان بدخول الغرفة. ولذلك، يجب أن تصطف المداخن. ومع ذلك، فإن العديد من أنظمة التدفئة القديمة تحتوي على بطانات قديمة جدًا أو لا تحتوي على أي بطانة على الإطلاق. عادة ما تكون البطانات الحديثة ذات طبقتين، مع وجود طبقة عازلة بين البطانتين. يُستخدم الآن الفولاذ المقاوم للصدأ 316L كبطانة داخلية للمداخن عالية الأداء. يمكن لهذه الدرجة من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة المكثفات الحمضية وغازات المداخن الحمضية ودرجات الحرارة المرتفعة. في البيئات المعتدلة، يمكن تصنيع البطانة الخارجية من نفس المادة أو من الفولاذ المقاوم للصدأ 304. تتميز بطانات المداخن المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بسطح أملس، مما يزيد من صعوبة التصاق الدخان، مما يسمح بالعادم بشكل أسرع وتراكم أقل للدخان وتقليل خطر الحريق.

  الفولاذ المقاوم للصدأ خفيف نسبيًا وسهل التركيب، مما يجعله مناسبًا لتبطين مداخن المداخن الموجودة بالإضافة إلى مداخن المداخن المثبتة حديثًا. يمكن تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ 316L إلى أغطية ومنافذ مدخنة بأشكال وأقطار مختلفة. يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ أن يتحمل جميع أنواع الوقود وهو مثالي لغلايات الخشب والزيت والغاز، حيث يطرد غازات المداخن الجافة أو الرطبة في درجات الحرارة العالية والمنخفضة. يتم استخدام البطانات المزدوجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل تقليدي لتجنب ارتفاع درجات حرارة الأنابيب الداخلية بشكل خطير، ولكن أيضًا للحفاظ على درجة حرارة غاز المداخن، وضمان التهوية الجيدة وتجنب التكثيف. بالنسبة لغلايات التكثيف، فإن العزل يحل مشكلة مختلفة. درجات حرارة غاز المداخن منخفضة للغاية وهناك القليل من التهوية الطبيعية، لذا فإن الحفاظ على درجة حرارة غاز المداخن أمر في غاية الأهمية بالنسبة لعادم غاز المداخن.

©يواكيم  نيكولاس

عند استبدال أنظمة التدفئة القديمة في المباني القائمة، يجب تبطين مداخن البناء بسبب انخفاض درجات حرارة غاز المداخن. بطانة الفولاذ المقاوم للصدأ، المثبتة من الأعلى، ليست متينة ومقاومة للماء فحسب، بل تتجنب أيضًا أعمال البناء الكبرى داخل المبنى.

يمكن أيضًا استخدام الأنابيب المزدوجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بمفردها، دون الحاجة إلى مدخنة حجرية تقليدية كدعم. هذا الحل منخفض التكلفة وخفيف الوزن وسهل التثبيت ويوفر المساحة ويمكن أن يضيف عنصرًا جماليًا وملفتًا للنظر إلى الأماكن الداخلية والخارجية.

تقوم صهاريج تخزين الماء الساخن بتخزين الماء الساخن لاستخدامه في  الصفحة الرئيسية الحمامات والمطابخ. يلبي الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أعلى المتطلبات من حيث النظافة والمتانة ويقاوم مخاطر التآكل لجميع أنواع مياه الشرب. على عكس الخزانات الفولاذية المطلية بالمينا، والتي تتطلب استبدالًا منتظمًا لأنودات المغنيسيوم، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ 316L يتطلب الحد الأدنى من الصيانة. مثل بطانة مداخن المداخن، فإن بطانة الخزانات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تكون أيضًا ناعمة، مما يقلل من تراكم الترسبات وبالتالي يقلل من الصيانة ويمنع الشيخوخة المبكرة للخزان. تتمتع ملفات التبادل الحراري، المصنوعة أيضًا من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، بنفس المزايا بالإضافة إلى التوصيل الحراري الجيد. يمثل التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC) دائمًا خطرًا في الماء الساخن المحتوي على الكلوريدات. لمكافحة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي، غالبًا ما يتم استخدام الحديديك 444 الذي يحتوي على 2% من الموليبدينوم والدوبلكس 2205 الذي يحتوي على 3% من الموليبدينوم في البطانات وملفات التسخين لخزانات الماء الساخن. تعتبر خزانات الماء الساخن المزدوجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أخف بكثير من الخزانات التقليدية بسبب قوتها العالية.

 ©فيسمان 

يدخل الماء الساخن من الغلاية إلى خزان الماء الساخن من خلال ملف المبادل الحراري، وينقل حرارته إلى الماء الموجود في خزان التخزين المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ

  في الوقت الحاضر، نظام التدفئة الأكثر كفاءة، وتصميمه واتجاه تطوير المواد هو استخدام الموليبدينوم الذي يحتوي على مواد الفولاذ المقاوم للصدأ. يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316L في مجموعة متنوعة من تطبيقات التدفئة، مما يحسن كفاءة ومتانة الغلايات وتجهيزات المداخن والأغلفة والمنافذ وأنابيب وبطانات المداخن وخزانات الماء الساخن وملفات التبادل الحراري لخزان المياه. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 904L، والفولاذ المقاوم للصدأ من الحديديك 444، والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 أيضًا في بعض التطبيقات المحددة. ومع ذلك، ومع نمو المضخات الحرارية الكهربائية الخالية من الانبعاثات بمعدل يتجاوز 10%، فإن التدفئة المنزلية تبتعد بسرعة عن حرق الوقود الأحفوري ــ ولكن ليس بعيداً عن الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على الموليبدينوم. تعتبر المقاومة الممتازة للتآكل والخصائص الصحية للفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم ضرورية للمضخات الحرارية.