تُصنَع أنابيب الفولاذ المركبة المبطنة بالسيراميك، والتي تُعرف أيضًا باسم الأنابيب المركبة المقاومة للتآكل والمبطنة بالكوراندوم وأنابيب الفولاذ المركبة السيراميكية أو الأنابيب السيراميكية المقاومة للتآكل، باستخدام عملية التصنيع الاندفاعية ذاتية الانتشار بدرجة حرارة عالية. وتتكون من طبقة داخلية من سيراميك الكوراندوم (α-Al₂O₃)، وطبقة انتقالية، وأنبوب فولاذي خارجي. تُستخدم هذه المنتجات بشكل رئيسي في أنظمة نقل المواد السائبة في قطاعات الطاقة والتعدين والمناجم والفحم، حيث تقوم بنقل مواد شديدة التآكل مثل الرمل ومسحوق الفحم والرماد، بالإضافة إلى الوسائط المتآكلة.

تتمتع الطبقة الخزفية الداخلية بصلابة موس تبلغ 9.0، وتتميز بمقاومة للتآكل تزيد بأكثر من 20 مرة عن تلك الخاصة بأنابيب الفولاذ الكربوني. كما أنها مقاومة للتآكل الحمضي والقلوي ولتكوين الجير، ويمكنها العمل بثبات في درجات حرارة تتراوح بين -50°C و700°C. كما أن الجدار الداخلي الأملس للأنبوب ومعامل التمدد الحراري المنخفض يقللان من مقاومة السائل ويضمنان مقاومة فائقة للصدمات الحرارية مقارنةً بالخزفيات العادية. أما الأنبوب الفولاذي الخارجي فيتم تشكيله باستخدام هيكل إجهادي خاص، إما من خلال عملية التكليس الحراري-الطرد المركزي أو التكليس الأحادي، مما يضمن ارتباطًا آمنًا بين الخزف والمعدن ويوفر مقاومة قوية للصدمات الميكانيكية. هذا الأنبوب يدعم طرقًا مختلفة للتوصيل، بما في ذلك اللحام والشفاه، كما يتميز بتكلفة إجمالية أقل مقارنةً بالمواد التقليدية المقاومة للاهتراء. ويستخدم بشكل واسع في تطبيقات مثل نقل الفحم لمسافات طويلة وتعبئة المناجم.

مناطق التطبيق

بسبب مقاومتها للتآكل والحرارة، تُستخدم هذه الأنابيب على نطاق واسع في صناعات الطاقة والتعدين ومعالجة المعادن والفحم والصناعات الكيميائية لنقل المواد الحبيبية الكاشطة والوسائط المسببة للتآكل، مثل الرمل والحجر والفحم المسحوق والرماد والألومنيوم المنصهر. إنها أنبوب مثالي مقاوم للتآكل.

1. التطبيقات في صناعة المعادن والطاقة
تستهلك صناعة المعادن والطاقة كميات كبيرة من الأنابيب المعدنية سنويًا لنقل الفحم المسحوق والرماد والطين وطين الجبس والحجر الجيري وغيرها من السوائل. ويوفر استخدام الأنابيب المركبة الخزفية بدلاً من الأنابيب الأخرى مقاومة عالية للتآكل، وعمرًا طويلًا، وسهولة في التركيب، بالإضافة إلى فوائد اقتصادية كبيرة. وبعد التشغيل الصناعي في محطة ليتشنغ تشانغرون للطاقة الحرارية، ومحطة ليتشنغ تونغهاوا للطاقة، ومجموعة بكين بايشين لمواد البناء، ومحطة خنان هيبى للطاقة، ومحطة قانسو بينغلانغ للطاقة، ومحطة تاييوان لتحضير الفحم، ومحطة هوونان شيمين للطاقة، وشركة خبي جينيو إنرجي المحدودة، ومحطة شينغتاى لتحضير الفحم، وغيرها، بلغ عمر خدمتها أكثر من عشرة أضعاف أو حتى عشرات الأضعاف مقارنة بالأنابيب الفولاذية.

2. التطبيق في صناعة التعدين والفحم

(1) التعدين: يؤدي تعبئة المناجم ونقل مسحوق التركيز والمخلفات إلى تآكل خطوط الأنابيب بشكل كبير. إن العمر التشغيلي لخطوط أنابيب نقل مسحوق الخام التي استُخدمت سابقًا، مثل مناجم بانجيهوا وداييه، يقل عن عام واحد. ويمكن أن يؤدي الاستبدال بهذه الأنبوب إلى زيادة العمر التشغيلي بنحو 5 أضعاف.

(2) الفحم: عادةً ما تُعتمد عمليتا تحضير الفحم ونقله عبر خطوط أنابيب طويلة المدى على النقل الرطب، مما يتطلب أن تكون أنبوب النقل مقاومة للتآكل والتلف. ويمكن استخدام هذه الأنابيب كأنابيب نقل طويلة الأمد توفر فوائد اقتصادية كبيرة.

3. آخرون

(1) لا تلوث هذه الأنابيب ولا تلتصق بسائل الألمنيوم المنصهر. إنها مادة مثالية لتصنيع معدات صهر الألمنيوم وأنابيب نقل سائل الألمنيوم وأنابيب الرفع السائلة الحساسة لتلوث الحديد والتي تتطلب عمالة كثيفة للتنظيم والإصلاح بعد الاستخدام. (2) تتمتع الأنابيب بمقاومة جيدة للتآكل ومقاومة جيدة للتآكل الحراري. وهي مناسبة لنقل المواد المسببة للتآكل التي تحتوي على جزيئات صلبة، والغازات العدوانية ذات درجات الحرارة العالية، ومياه حرارية جوفية تحتوي على الكبريت وغيرها من الوسائط العدوانية. خصائص العملية: أنبوب سيراميك مقاوم للتآكل بالرقع: تُستخدم طريقة الانفجار الحراري-الطرد المركزي لدمج السيراميك والمعادن بشكل عضوي. كما تُستخدم طريقة الانفجار الحراري-الطرد المركزي لإعداد أنابيب فولاذية مبطنة بالسيراميك. وتتسبب الحرارة العالية الناتجة عن التفاعل نفسه في ذوبان منتجات التفاعل وفصلها تحت تأثير قوة الطرد المركزي، مما يؤدي إلى تشكيل أنبوب فولاذي مبطن بسيراميك أكسيد الألومنيوم. أنبوب مركب ذاتي الانتشار: يتم خلط مسحوق السيراميك مع مسحوق أكسيد الحديد وأكسيد المغنيسيوم بنسب محددة (المكون الرئيسي هو أكسيد الحديد، اللون أسود)، ثم تُغلق نهايتا الأنبوب، ويُضاف المسحوق، ويُدار الأنبوب، ويُجرى الإشعال الإلكتروني، ليتم تلبيد المسحوق على الجدار الداخلي للأنبوب بواسطة طريقة الطرد المركزي. أنبوب سيراميك متكلس بشكل متكامل: وفقًا للقالب، يُسخَّن مسحوق السيراميك حتى يتصلب في شكل أنبوب سيراميك، ثم يُربط بالأنبوب الفولاذي. يتم تجميع الجدار الخارجي للأنبوب السيراميكي والجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي عن طريق صب مادة حشو خاصة (إما أسمنت أو راتنج إيبوكسي) داخل الأنبوب الفولاذي، ثم يتم الضغط عليه بطريقة متساوية الضغط.

الأداء والخصائص

1. مقاومة ممتازة للتآكل

البطانة الداخلية للأنبوب المركب الخزفي مصنوعة من سيراميك الكوروندوم (a-Al₂O₃)، مما يحقق صلابة بمقياس موس تبلغ 9.0، وهي تعادل أكثر من HRC90. هذا يجعله شديد التحمل أمام الوسائط الكاشطة المستخدمة في صناعات مثل المعادن وتوليد الطاقة والتعدين وتعدين الفحم. وقد أثبتت العمليات الصناعية بالفعل أن عمره الافتراضي ضد التآكل يفوق، بل ويصل إلى عشرات المرات، عمر الفولاذ المتصلب.

2. مقاومة التآكل والتكلس

لأن الطبقة الفولاذية-السيراميكية هي (a-Al₂O₃)، فإنها تتمتع بخصائص محايدة. فهي مقاومة للتآكل من قبل الأحماض والقلويات ومياه البحر، كما تتميز بخصائص مضادة لتراكم الترسبات.

3. مقاومة تشغيل منخفضة

تتميز أنابيب مركبات السيراميك من SHS بسطح داخلي أملس ومقاوم للصدأ، وتفتقر إلى الخطوط اللولبية المحدبة الموجودة في الأنابيب الفولاذية غير الملحومة. وكشفت الاختبارات التي أجرتها وحدات اختبار معنية حول خشونة السطح الداخلي وخصائص مقاومة المياه النقية عن أن نعومة السطح الداخلي للأنبوب تفوق أي أنبوب معدني آخر. كما يبلغ معامل مقاومة المياه النقية لديه 0.0193، وهو أقل قليلاً من ذلك الخاص بالأنبوب غير الملحوم. وبالتالي، يقدم هذا الأنبوب مقاومة تشغيل منخفضة، مما يقلل من تكاليف التشغيل.

4. مقاومة ممتازة للحرارة ومقاومة الصدمات الحرارية

نظرًا لأن سيراميك الكوروندوم (a-Al₂O₃) يتمتع ب構造 بلورية واحدة مستقرة، يمكن للأنبوب المركب أن يعمل بشكل طبيعي ضمن نطاق درجات حرارة من -50°C إلى 700°C لفترات طويلة. يبلغ معامل التمدد الخطي للمادة 6-8×10⁻⁶/°C، وهو تقريبًا نصف معامل التمدد لأنبوب الفولاذ. تتميز المادة بثبات حراري ممتاز.

5. تكلفة المشروع المنخفضة

تتميز أنابيب المركبات الخزفية بأنها خفيفة الوزن وميسورة التكلفة. فهي أخف بنسبة 50% من أنابيب الحجر المصبوب التي لها نفس القطر الداخلي، وأخف بنسبة 20 إلى 30% من أنابيب السبائك المقاومة للتآكل. كما تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل والتأكسد، وتساهم فترة خدمتها الطويلة في تقليل تكاليف الدعم والمناولة والتركيب والتشغيل. وكشفت مقارنة بين ميزانيات المشاريع والنتائج الفعلية للإنشاءات من قِبل معاهد التصميم وشركات البناء المعنية، أن تكلفة إنشاء هذه الأنابيب تُقارَن بتكلفة أنابيب الحجر المصبوب، وهي أقل بنحو 20% من تكلفة أنابيب السبائك المقاومة للتآكل.

6. التثبيت والبناء السهلان

بسبب الوزن الخفيف للأنبوب وقابليته الممتازة للحام، يمكن تركيبه باستخدام طرق اللحام والشفاه والتوصيل السريع، مما يجعل التركيب سهلًا ويقلل من تكاليف التثبيت.

المبدأ والوظيفة

تختلف أنابيب الفولاذ الخزفية جذريًا عن أنابيب الفولاذ التقليدية وأنابيب فولاذ الصب ذات السبائك المقاومة للاهتراء وأنابيب الحجر المصبوب وأنابيب الفولاذ والبلاستيك والفولاذ والمطاط. تمتلك أنابيب الفولاذ الخزفي طبقة خارجية من الفولاذ وطبقة داخلية من الكوراندوم. تتمتع طبقة الكوراندوم بصلابة فيكرز تتراوح بين 100 و1500 (تصل صلابة روكويل إلى 90-98)، وهي تعادل صلابة الذهب الصلب المصنوع من التنغستن والكوبالت. كما أن مقاومتها للاهتراء تزيد بأكثر من 20 مرة مقارنة بأنابيب الفولاذ الكربوني، مما يجعلها أفضل بكثير من عجلات الطحن التقليدية المركبة من الكوراندوم. لا تزال عجلات طحن الكوراندوم هي العجلات الرئيسية المستخدمة في مختلف آلات الطحن للفولاذ المتصلب. ومع ذلك، يمكن للطبقة الخارجية من الكوراندوم في أنابيب الفولاذ الخزفي أن تتسبب في تآكل عجلات طحن الكوراندوم نفسها. تعتمد مقاومة التآكل لأنابيب الفولاذ الخزفي بشكل أساسي على الطبقة الداخلية الرقيقة التي يبلغ سمكها عدة مليمترات، وتتميز بصلابة موس تبلغ 9، وهي ثاني أعلى صلابة بعد الماس وكربيد السيليكون، وأعلى صلابة بين جميع الأكاسيد.

تُصنَّع الأنابيب الفولاذية المقاومة للاهتراء والمبطنة بالسيراميك باستخدام عملية طرد مركزي تعتمد على التخليق عالي الحرارة القابل للانتشار ذاتيًا (SHS). يبلغ نقطة انصهار الكوراندوم في أنابيب الفولاذ المطلي بالسيراميك 2045 درجة مئوية. ونظرًا للبنية الفريدة ومجال الإجهاد في طبقتي الكوراندوم والفولاذ، فإن هذه العملية تتميز بخصائص فريدة. ففي درجة حرارة الغرفة، تتعرض الطبقة السيراميكية لإجهاد ضاغط، بينما تتعرض الطبقة الفولاذية لإجهاد شد، مما يؤدي إلى تمدد يترك الطبقتين في حالة من التوازن الحر. وعندما ترتفع درجة الحرارة إلى 900 درجة مئوية وتُغمر الأنابيب الفولاذية المقاومة للاهتراء والمبطنة بالسيراميك بشكل متكرر في مياه باردة، تظل الطبقة المركبة سليمة ولا تتشقق أو تنكسر، مما يظهر مقاومة لا مثيل لها للصدمات الحرارية مقارنةً بالسيراميك العادي. وهذه الخاصية مفيدة جدًا في البناء. ولأن الطبقة الخارجية منها فولاذية، والطبقة الداخلية تبقى مقاومة للتشققات حتى عند درجات حرارة مرتفعة، يمكن لحام أو توصيل الشفاه ومنافذ التنظيف وأبواب الحماية من الانفجارات وغيرها من المكونات مباشرةً أثناء البناء. وهذا يتفوق بشكل كبير على الأنابيب المقاومة للاهتراء المصنوعة من الحجر المصبوب، وأنابيب الفولاذ المصبوب المقاومة للاهتراء، وأنابيب الفولاذ المقاومة للاهتراء التي تحتوي على أرضيات نادرة، وأنابيب التراكب المعدنية المزدوجة، وأنابيب الفولاذ البلاستيكية، وأنابيب الفولاذ المطاطية، والتي يصعب أو يستحيل لحامها أثناء البناء. كما تتمتع الأنابيب الفولاذية المقاومة للاهتراء والمبطنة بالسيراميك بمقاومة ممتازة للتأثيرات الميكانيكية. وتظل الطبقة المركبة قادرة على مقاومة التشققات والتساقط أثناء النقل والتركيب والانحناء نتيجة وزنها الذاتي بين دعمين.

أظهرت عشرات من محطات الطاقة الحرارية أن الأنابيب الفولاذية المقاومة للتآكل والمبطنة بالسيراميك تتمتع بمقاومة عالية للتآكل وتحمل قوي ضد تآكل السوائل. وتعد الانحناءات في قنوات الهواء الرئيسية الأكثر عرضة للتآكل، كما توفر الانحناءات المبطنة بالسيراميك مقاومة للتآكل تزيد بأكثر من خمس مرات عن تلك الموجودة في الانحناءات الفولاذية المصبوبة ذات الجدران السميكة والمقاومة للتآكل.

في الممارسة العملية، تُظهر الأنابيب الفولاذية المقاومة للتآكل والمبطنة بالسيراميك، عند فتحها وفحصها بعد عام إلى عامين من الاستخدام، عدم وجود تآكل ملحوظ أو تساقط للطبقة المركبة. وبالنسبة للأنابيب ذات المواصفات والطول الوحدوي نفسه، تزن الأنابيب الفولاذية المقاومة للتآكل والمبطنة بالسيراميك حوالي نصف وزن أنابيب الفولاذ المصبوب المقاومة للتآكل أو الأنابيب المركبة ثنائية المعدن فقط، مما يقلل تكلفة البناء لكل متر بنسبة 30-40%. كما أنها تزن حوالي خُمسَيْ وزن أنابيب الحجر المصبوب وأنابيب الفولاذ المقاومة للتآكل التي تحتوي على أرضيات أرضية نادرة، مما يخفض تكلفة البناء لكل متر بأكثر من 20%.

يُستخدم نقل الأنابيب السائلة ليس فقط في صناعة الطاقة، بل أيضًا في مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك المعادن والفحم والبترول والمواد الكيميائية ومواد البناء والآلات. وعند نقل المواد شديدة التآكل (مثل الرماد وغبار الفحم والمركزات المعدنية والمخلفات الإسمنتية)، يمكن أن تتآكل الأنابيب بسرعة، خاصة الأكواع. وعند نقل الغازات أو السوائل أو المواد الصلبة شديدة التآكل، قد تتعرض الأنابيب للتآكل وتتلف بسرعة. وبالنسبة للمواد ذات درجات الحرارة العالية، تكون الأنابيب الفولاذية المقاومة للحرارة باهظة الثمن بشكل مفرط. وقد ساهم ظهور الأنابيب الفولاذية المقاومة للتآكل والمبطنة بالسيراميك في معالجة هذه المشكلات.

ملاحظات:
1. تشير مواصفات الأنابيب الفولاذية في هذا الجدول إلى GB8163-87 وهي مصنوعة من فولاذ 20#.
2. يتم تصنيع الأطوال وفقًا لمواصفات العميل. أما الأطوال التي يزيد طولها عن 3 أمتار فتُلحَم (بطريقة الشفة أو التوصيل السريع).
٣. يبلغ سمك الطبقة الخزفية عادةً من 3 إلى 6 مم.
4. D (القطر الخارجي لأنبوبنا الفولاذي) والوزن النظري في الجدول مخصصان للإشارة فقط.
5. يمكن تصنيع مواصفات أخرى وفقًا لمواصفات العميل.