قطع برق کمتر با آجر نسوز نانویی

ندا اظهریخبرنگار

نیروگاه‌ها قلب تپنده هر کشوری هستند به طوری که فرایند تولید بسیاری از انرژی‌های استراتژیک مانند برق، گاز، آب و غیره در همین مراکز استراتژیک تولید می‌شوند. از این رو، با قطعیت می‌توان گفت نیروگاه‌ها نقشی کلیدی در توسعه و مصرف بهینه انرژی کشور دارند. سیستم‌ها، ماشین‌آلات و تجهیزات نیروگاهی جزء جدایی‌ناپذیر فرآیند‌های کاری نیروگاه‌ها هستند که اطمینان پیدا کردن از سلامت آن‌ها و رفع نقص‌های احتمالی، می‌تواند علاوه بر افزایش عمر مفید این تجهیزات و سیستم‌ها، عملکرد آن‌ها را نیز افزایش دهد که در نهایت به بالا رفتن راندمان کار نیروگاه‌ها منجر می‌شود. بهره‌مندی از فناوری‌های روز دنیا به طور قطع می‌تواند نقش بسیار مؤثری در پیشگیری از بروز مشکلات جدی و به دنبال آن توقف فعالیت‌های نیروگاهی ایفا کند.
شاید وقتی حرف از پایش نیروگاه‌ها می‌شود، بیشتر ذهن افراد به سمت بررسی دستگاه‌ها، حسگر‌ها و نرم‌افزار‌هایی منحرف شود که درست است جزء اصلی یک نیروگاه را تشکیل داده و بدون این قابلیت‌ها، روند فعالیت نیروگاه با دشواری پیش می‌رود، اما مسائلی که نیروگاه‌ها با آن دست به گریبان‌اند، تنها محدود به این دستگاه‌ها و ابزار‌ها نمی‌شوند بلکه اجزایی هم ممکن است در بدنه این نیروگاه‌ها مورد استفاده قرار گیرند که شاید به ظاهر ساده به نظر برسند اما تأثیر به‌سزایی در بهبود عملکرد و راندمان نیروگاه‌ها دارند. یکی از آن‌ها، سلامت توربین‌ها و پره‌ها هستند که باید به طور دوره‌ای مورد تست و بررسی قرار گیرند. سلامت این توربین‌ها در طول عمر نیروگاهی و مقوله نگهداری نیروگاه‌ها تأثیر به‌سزایی دارد.

نگهداری نیروگاه‌ها؛ رمز بهره‌وری محصول

توربین‌های کشور بیش از 40 سال عمر دارند و مشعل‌ها حالت اصلی خود را از دست داده‌اند؛ از این رو، پاشش سوخت به صورت مستقیم انجام نشده و تجهیزات بیش از ظرفیت کار می‌کنند. به دلیل فرسودگی ایجاد شده در این تجهیزات، هر ساله بیش از 5 تا 6 حادثه در نیروگاه‌های مختلف کشور رخ می‌دهد. در حالی که با توجه به سنگین بودن خسارت‌های وارد آمده به بخش‌های نیروگاهی، حتی وقوع یک حادثه طی 10 سال هم نباید اتفاق بیفتد چراکه راندمان و تولید برق و انرژی را با مشکل مواجه می‌کند. در این میان، نگهداری نیروگاه‌ها، فعالیت‌هایی هستند که با هدف حفظ کارایی و عملکرد صحیح تجهیزات و سیستم‌ها صورت می‌گیرند. این فعالیت‌ها براساس استاندارد از پیش تعیین شده‌ای موسوم به استاندارد DIN انجام می‌شود که به بالا رفتن کارآیی و بهره‌وری نیروگاه‌ها کمک کرده و نیز ایمنی کار را نیز برای کارکنان شاغل در این مراکز تا حد زیادی افزایش داده و از فرسودگی تجهیزات جلوگیری می‌کند. از آنجایی که خرابی یکی از قطعات نیروگاهی برابر با توقف بخش یا تمام خط تولید می‌شود، بنابراین، فرایند‌های نگهداری نیروگاهی می‌تواند زمان توقف دستگاه‌ها را نیز تا حد زیادی کاهش داده و حتی زمان و میزان مصرف قطعات را نیز پیش‌بینی کند که درنهایت باعث تأمین کیفیت بهتر محصولات و کاهش مشکلات تولیدی می‌شود.

آجر‌های نسوز غیراستاندارد و ناکارآمدی نیروگاه‌ها

تولید برق که در حال حاضر، یکی از چالش‌های اصلی و ناترازی انرژی در کشور محسوب می‌شود، معمولاً به شیوه‌های مختلف بادی، آبی، فسیلی و انرژی هسته‌ای انجام می‌شود. در ایران حدود 240 توربین از کلاس E و تعدادی توربین کلاس F وجود دارد. توربین‌های کلاس F پیشرفته‌تر بوده و راندمان بالاتری دارند. به‌طور کلی، راندمان تولید برق در توربین‌ها حدود 33 درصد است و در کلاس F نیز این راندمان تا حدود 39 درصد افزایش پیدا می‌یابد. در سیکل ترکیبی نیز حدود 10 درصد به این راندمان اضافه می‌شود. به گفته حسین‌زاده، «این مقدار راندمان تقریباً هم سطح با راندمان توربین‌های شرکت زیمنس بوده، به طوری که حدود 35 درصد از انرژی به برق تبدیل شده و بقیه هدر می‌رود. همین امر باعث می‌شود گاز‌های گلخانه‌ای حاصل از نیروگاه‌ها سهم زیادی در آلودگی هوا داشته باشند.»
تمام این 240 توربین حدود 38 هزار مگاوات از مجموع نیاز 85 هزار مگاواتی برق کشور را تولید می‌کنند. در محفظه این توربین‌ها از آجر‌های نسوز استفاده می‌شود که مصرف سالانه کشور برای این آجر‌های نسوز به 35 هزار قطعه می‌رسد. در مخزن احتراق نیروگاه‌ها، تعدادی مشعل وجود دارد که طی فرآیند سوختن با گاز، گازوئیل یا مازوت، تولید حرارت کرده و گاز‌هایی که به این روش تولید می‌شوند، حرارتی ایجاد می‌کنند که موجب به حرکت در آمدن و چرخش پره‌های توربین و درنهایت تولید برق می‌شود. گرمایی که در داخل این محفظه تولید می‌شود قریب 1200 درجه سانتی‌گراد حرارت تولید می‌کند که گاهی این حرارت در قسمت‌هایی از محفظه احتراق یا دیواره، حتی تا 1600 درجه سانتی‌گراد هم می‌رسد. در دیواره فوقانی اتاق احتراق که در بالای توربین قرار دارد، از بلوک‌ها، سرامیک‌ها یا آجر‌های نسوزی استفاده می‌شود. این آجر‌ها در داخل این محفظه با هولدر‌ها یا پایه‌های نگهدارنده، در جای خود ثابت می‌شوند. اما این هولدر‌ها در اثر دما و فرسایش ممکن است ضعیف شده و ممکن است با تحمل نکردن وزن آجر‌ها، باعث جدا و در نتیجه پرتاب شدن آجر‌ها از محل خود شوند. چنانچه آجر‌ها هنگام پرتاب، خرد نشوند، می‌توانند به پره‌ها صدمات سخت و جبران ناپذیری وارد کنند.

خسارت 900 میلیارد تومانی با آجر‌های نسوز غیرنانویی

یکی از مشکلاتی که نیروگاه‌ها با آن مواجه‌اند، آسیب‌های وارده به پره‌های توربین ناشی از آجر‌های نسوزی است که شکست خورده و ریزش این آجر‌ها روی پره‌ها، باعث وارد آمدن خسارت‌های بالایی به سیستم می‌شود. در این میان، برای اولین بار در کشور و منطقه، یک شرکت دانش‌بنیان موفق به تولید آجر‌های نسوز یا دیرگداز نانویی شده است که می‌تواند سلامت پره‌های توربین را تضمین کرده و از بروز مشکل برای آن‌ها جلوگیری کند. این شرکت تاکنون موفق به دریافت تأییدیه‌هایی از آزمایشگاه‌های بین‌المللی شده و توانسته با کمک شرکت توانیر و پژوهشگاه نیرو، این آجر‌های نسوز را در چند نیروگاه نصب کند. این آجر‌ها در تست‌های متعددی که روی آن‌ها انجام شده، توانسته‌اند به خوبی حرارت‌های بسیار بالا را تحمل کنند.
به گفته محمد حسین‌زاده، مدیرعامل شرکت دانش بنیان «اطلس سرام کویر»، «پره‌هایی که درگیر احتراق هستند، در سه ردیف پشت سر هم قرار دارند که هر کدام از این ردیف‌ها دارای ارزش 300 میلیارد تومانی هستند. زمانی که یکی از این پره‌ها دچار آسیب شود، به دلیل چرخش توربین، چند پره دیگر را نیز تخریب می‌کند. با این حساب، اگر هر سه ردیف پره‌های توربین با شکست یا پرتاب تکه‌های آجر دچار آسیب شوند، میزان خسارت وارده به نیروگاه را به رقمی بالغ بر 900 میلیارد تومان می‌رساند. این در حالی است که پره‌ها در داخل کشور تولید نشده و تهیه آن‌ها با مشکلات زیادی همراه است.»

آجرسازی در تونل انجماد

برای تولید این قطعه آجر‌ها، مواد اولیه مختلف با دانه‌بندی‌های متفاوت با نانو ذراتی چون نانو ذرات «آلومینا» و نانو ذرات «سیلیکا» با هم ترکیب شده و در داخل قالب ریخته می‌شود که در این لحظه، فرایند هموژناسیون اتفاق افتاده و مواد در داخل قالب روی میز ویبره پرس می‌شوند. حسین‌زاده با اشاره به روش خاص تولید این آجر‌های نانویی اشاره کرد و گفت: «در حالت کلی، معمولاً آجر‌ها در کوره تولید می‌شوند. اما وجه تمایز آجر‌های نسوز نانویی این است که آن‌ها را در فریزر و در تونل انجماد و در دمای بسیار پایین حدود منفی 70 درجه سانتیگراد تولید کرده و نیز از نیتروژن مایع با منفی 196 درجه سانتیگراد نیز در فرآیند استفاده می‌کنیم. این روش منحصربه‌فرد با عنوان freezecasting، خواص ویژه‌ای را به آجر‌های نسوز می‌دهد.»
این مرحله، مهم‌ترین قسمت کار است به طوری که بعد از بسته شدن پیچ‌های قالب، قالب‌های حاوی آجر به تونل انجماد حاوی نیتروژن مایع فرستاده می‌شوند. در این زمان، پدیده‌ای اتفاق می‌افتد که در آن، مواد تمایل دارد در اثر سرمایش منبسط شوند اما وجود قالب، مانع شده و در واقع نیروی عکس‌العمل قالب به بدنه از هر طرف وارد شده و اصل فشردگی رخ می‌دهد و مواد داخل قالب داخل فریزر دچار ژلاسیون می‌شوند مانند فرایندی که در تولید ژله اتفاق می‌افتد. درواقع، ترکیبات نانویی به کار رفته در این مواد، در فرایند ژلاسیون، ترکیبات را محکم در کنار یکدیگر نگه می‌دارند که همین امر، بافت آجر را مانند زنجیر در برابر ریزش، پوسته شدن و شکستگی تا حد زیادی مستحکم می‌کند.

متن کامل گزارش را در روزنامه فرهیختگان بخوانید.