ندا اظهری، خبرنگار گروه دانشگاه: 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. 

ویژگی پودرشدگی منحصربه فرد یک آجر
مدیر این شرکت دانش‌بنیان تأکید کرد: «یکی از مسائلی که در حفاظت و نگهداری از بحث نیروگاهی مطرح بوده و می‌تواند عمر پره‌های توربین را افزایش داده و از بروز خسارت هم جلوگیری کند، توجه به این امر است که لایه لایه شدن آجر‌ها هرگز نباید رخ دهد. یکی از ویژگی‌های مهم این آجر‌ها این است که حتی گرد و غباری که در هوا جریان دارد، نباید در چنین فضایی وجود داشته باشد و روی پره‌های توربین بنشیند؛ بنابراین، کوچک‌ترین گرد و غباری هنگام ورود به محفظه احتراق، توسط فیلتر‌های پیشرفته جذب و فیلتر می‌شوند؛ چرا‌که همین ذرات ریز گرد و غبار مانند ساچمه به پره‌ها برخورد کرده و صدمات و خسارت‌های سنگینی را برای پره‌های توربین به وجود می‌آورند.» 
او‌ این خاصیت آجر‌های نسوز نانویی را به «شیشه‌های سکوریتی» تشبیه کرد و گفت: «این آجر‌ها به شیشه سکوریتی می‌ماند که به صورت ذرات ریز و پودری خرد می‌شود تا از ایجاد بریدگی جلوگیری کند. درواقع، آجر‌های تولید‌شده به این روش نیز مانند همین شیشه‌ها، در اثر ضربه، پودر شده و مانع از بروز آسیب به پره‌های توربین می‌شوند. این خاصیت که مانع از پرتاب شدن قطعات آجر و درنتیجه «پره‌زنی» یا آسیب جدی به پره‌های توربین می‌شود، چالشی است که می‌تواند خسارت‌هایی به ارزش میلیارد‌ها تومان به همراه داشته باشد که به طور قطع، می‌تواند در فرایند نگهداری نیروگاهی خلل وارد کند.»
حسین‌زاده در ادامه عنوان کرد: «به همین دلیل در طراحی این آجر‌ها دقت زیادی صورت می‌گیرد تا حین کار، هیچ قسمتی از آجر جدا نشود. فرایندی که در آجر‌های نسوز نانویی انجام شده، این است که هنگام شکستگی یا خردشدگی، به طور کامل پودر شود. این ویژگی، آجر‌های نانویی تقریباً در هیچ آجر دیگری به ویژه در بخش نیروگاهی مشاهده نشده و ما تنها تولیدکننده این قبیل آجر‌های نسوز در کشور و منطقه خاورمیانه هستیم.» در حال حاضر حدود 70 کارخانه تولید آجر‌های نسوز در کشور در حال فعالیت هستند اما هیچ یک از آن‌ها به دلیل حساسیت بالا و تعهدات سنگینی که تولیدات آن‌ها در قبال نیروگاه‌ها ایجاد می‌کند، به سمت تولید آجر‌های نسوز نانویی نرفته‌اند و همین امر، فرایند تولید این آجر‌ها را دشوار کرده است. 

آجر‌های نسوز چه کار می‌کنند؟ 
آجر‌های نسوزی که در بدنه داخلی محفظه احتراق مورد استفاده قرار می‌گیرند، فضای مناسب را برای احتراق برقرار کرده و محصول احتراق را در این فضا حبس می‌کنند. این آجر‌ها همچنین قادرند خود را با تغییرات سریع دمایی تطبیق داده و در مقابل شوک‌های حرارتی مقاومت بالایی داشته باشند. به عنوان مثال، پس از اتمام ساخت آجر‌ها، تست شوک حرارتی روی آن‌ها انجام می‌شود؛ به گونه‌ای که آجر را داخل کوره‌ای با حرارت 1000 درجه سانتی‌گراد قرار داده و بعد از مدت زمان معینی، بلافاصله آجر را داخل محفظه‌ای آب با دمای 25 درجه سانتی‌گراد قرار می‌دهند تا شوک حرارتی را در این آجر‌ها تست کنند. این آجر‌ها نباید در مواجهه با این تفاوت دمایی دچار شکستگی، ترک‌خوردگی یا هر تغییر دیگری شوند. از دیگر ویژگی‌های این آجر‌ها، مقاومت شیمیایی در درجه بسیار بالا و گاز‌های خورنده است و نیز باید در مقابل سایش و فرسایش حاصل از واکنش‌های شیمیایی مقاومت بالایی داشته باشند. یکی از نکات منفی که در غالب آجر‌های نسوز معمولی وجود دارد، این است که خاکستری که از فرایند سوخت به همراه گوگرد روی سطح آن‌ها می‌نشیند، از جمله عللی است که می‌تواند باعث تخریب آجر شود. 

آجر‌های دیرگداز نانویی برای سلامت توربین‌ها
در کشور، روزانه چیزی حدود 65 هزار مگاوات برق تولید می‌شود که کل تولید 30 روزه آن به حدود یک میلیون و 950 مگاوات انرژی می‌رسد. به گفته مدیر این شرکت دانش‌بنیان، «سال‌ها پیش، تأمین آجر‌های مخصوص توربین‌ها از طریق واسطه و با قیمت‌های بسیار بالا صورت می‌گرفت که این فرایند به دلیل تحریم‌ها و محدودیت‌ها مشکل‌ساز شده بود؛ از این رو، سازمان توسعه برق تصمیم به بومی‌سازی و افزایش ظرفیت تأمین آن گرفت.» آنجا بود که این شرکت بسته به تجربه‌های قبلی در این حوزه، عهده دار این مسئولیت شد تا این پروژه را به سرانجام برساند و توانست مشکل نیروگاه‌ها را برای تولید آجر‌های نسوز و دیرگدازی که تنها در انحصار دو شرکت بزرگ اروپایی «زیمنس» آلمان و «جنرال الکتریک» آمریکا بود، حل کند. این شرکت دانش‌بنیان ایرانی، سومین شرکت دارای این فناوری در دنیاست. 
مدیر این شرکت عنوان کرد: «ما موفق شدیم با دستیابی به گزارش‌های فنی شرکت «زیمنس» که برترین تولیدکننده آجر‌های دیرگداز نانویی در دنیاست، و نیز تحقیق و توسعه داخلی و مهندسی معکوس نمونه‌های خارجی، آجر‌های دیرگداز و نسوز قابل استفاده در توربین‌های گاز طرح زیمنس نیروگاه‌های برق کشور را با استفاده از فناوری نانو و به روش فوق سرمایش تولید کنیم و نیروگاه‌ها را از خسارت‌های چندصد میلیارد تومانی نجات دهیم.» 

عمر 5 سالۀ آجر‌های نانویی
حسین‌زاده در ادامه به طول عمر آجر‌های نسوز نانویی اشاره کرد و گفت: «عمر این آجر‌های نسوز 33 هزار ساعت است که چیزی حدود 5 سال به طول می‌انجامد. در این مدت، سرکشی‌ها و بررسی‌های دوره‌ای به طور مداوم در راستای فرایند نگهداری نیروگاهی انجام می‌شود و افراد متخصص به صورت چشمی، تغییرات احتمالی ایجاد شده روی این آجر‌ها را بررسی می‌کنند تا در صورت نیاز، تا پیش از بروز مشکل و وارد آمدن آسیب به پره‌های توربین، تعویض صورت گیرد.» روش‌ها، استاندارد‌ها، دستورالعمل‌ها و مدارکی وجود دارد که نشان می‌دهد که هر 4000 ساعت باید پایش توربین‌ها و نیروگاه صورت گیرد به طوری که نیروگاه متوقف شده، دوربین‌ها خاموش و سرد شده و تمام قسمت‌ها به دقت مورد بررسی قرار می‌گیرند و مورد مطالعه قرار می‌گیرند و اگر مشکلی داشته باشه حتماً باید توربین‌ها و پره‌ها تعویض شوند. 

اختلال 30 روزه هر توربین در صورت آسیب
حسین‌زاده در پاسخ به «فرهیختگان» درباره تأثیر استفاده از آجر‌های نسوز نانویی در راندمان نیروگاه‌ها عنوان کرد: «آجری که در بخش‌های نیروگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در صورتی که غیر استاندارد باشد، به پره‌های توربین‌ها آسیب جدی وارد می‌کند به طوری که همین آسیب وارده به یک توربین می‌تواند حدود 30 روز، توربین را از مدار خارج کند. شما تصور کنید که یک توربین در هر دقیقه و هر ثانیه تا چه اندازه برق تولید می‌کند. به عنوان مثال، در یک نیروگاه برق، هر توربین روزانه حدود 160 مگاوات برق تولید می کند که فعالیت 240 توربین به طور 24 ساعته روزانه حدود 38 هزار مگاوات برق در کشور تولید می کند. با این اوصاف، اگر فعالیت نیروگاه به دلیل آسیب وارده به توربین یک ماه متوقف شود، تولید 38 هزار مگاوات برق مختل می شود.

به دنبال افق‌های تازه برای صادرات محصول
نصب این آجر‌ها در نیروگاه‌های داخلی در حال انجام است. اما از سوی دیگر، به دلیل انحصاری بودن این دانش که تنها در اختیار سه شرکت در دنیاست، زمینه را برای فعالیت‌های صادراتی نیز فراهم کرده است. جنگ روسیه و اوکراین، بهانه‌ای بود تا نیاز به این آجر‌ها در نیروگاه‌های روسیه دو چندان شود و همین امر باعث شد با وجود چالش‌هایی که وجود داشت، در کنار تأمین نیاز داخل، نمونه‌هایی از این محصول نیز به روسیه ارسال شود. علاوه براین، مذاکراتی هم با آفریقای جنوبی انجام شده و امید می‌رود بین یک تا دو ماه آینده، مذاکره با این کشور بر سر صادرات آجر‌های نسوز نانویی انجام شود. همچنین، عراق، عمان و سایر کشور‌های عربی حوزه خلیج فارس نیز در مسیر صادراتی این شرکت دانش‌بنیان قرار دارند. در حال حاضر صادرات رسمی انجام نشده و فقط نمونه‌هایی به‌صورت رایگان ارسال شده است.