الملاحون من الدرجة البحرية الذين يقاومون الظواهر الهيدروكربونية

مهندسو القاع البحرية لبيئات الهيدروكربون

فالعمليات البحرية تفرض مطالب استثنائية على المواد، ومن غرفة محركات سفينة حاوية إلى سطح منصة حفر بحرية، يجب أن تتحمل العناصر التعرض المستمر للمياه المالحة، والإشعاع فوق البنفسج، والتدوير الحراري، والمواد الكيميائية العدوانية، ومن بين التهديدات الأكثر تحدياً هي الهيدروكربونات - الوقود، والزيوت المشحونة، والسوائل الهيدروليكية، والجرعات التي يمكن أن تتدهور بسرعة في تطبيقات السائل البحري الأقل.

وعندما يفشل أحد الفارين في بيئة بحرية، تتراوح النتائج بين وقت الانكماش المكلّف إلى مخاطر الانسكاب البيئي والسلامة البيئية، ولهذا السبب، فإن مهندسي المواصفات ومديري الأسطول ومهنيين المشتريات يطالبون بصورة متزايدة بالمواد التي تُثبت من مقاومة الهيدروكربون، ويتوسع ما يلي في تكوينها وخصائصها وخصائصها التطبيقية ومعايير اختيارها للمصابين بالارتفاع البحري التي تُسرّب في البيئات الغنية بالكربونات.

تحديد الملاحين - العتاد البحري

فالذرات هي بوليمرات عالية الوزن، تُظهر مرونة في الإجهاد، وتُعد إلى شكلها الأصلي عندما يُزال الإجهاد، وتجعلها هذه الممتلكات لا غنى عنها بالنسبة للأختام، والغاز، والهوامات، والأدغال، وأجهزة إطفاء الثيران، والثبات، والثبات، والثبات، والثباتات الحرارية، هي فئة متميزة صيغت للحفاظ على هذه الخواصق الإشعاعي تحت الاعتداء المشترك للمياه البحرية.

وما يفصل بين مركب ذي قيمة عامة من تركيبة من الدرجة البحرية ليس مجرد علامة تسويق، بل يعكس خيارات متعمدة في مجال علوم المواد: فاختيار البوليمرات الأساسية ذات المقاومة الكيميائية المتأصلة، وإدماج البلاستيك المتخصص والمثبطات التي تقاوم القفز في المياه المالحة، وتقوية المواسير التي تحتفظ بقوة ميكانيكية في ظل التدوير الحراري، ونظم معالجة تنتج كثافة وصلية قادرة على سد البُعد الكربوني في المرونات.

التعرض الهيدروكربوني: آلية التحلل الأولي

وتتكون مركبات الهيدروكربون - العضوية أساسا من ذرات الهيدروجين والكربون - وهي خامات ملوثة في العمليات البحرية، ووقود الديزل وزيوت الوقود الثقيل والزيوت الهيدروليكية والزيوت التشحيم وعوامل التنظيف المذيبة تنتمي جميعها إلى هذه الفئة، وعندما يتصل أحد الفلزات بمركبات الهيدروكربون، يحدث آليتان رئيسيتان للتدهور.

التفشي والتجميل

وتهاجر جزيئات الهيدروكربون غير القطبية إلى مصفوفة البوليمر، حيث تعمل كعامل بلاستيكي يزيد من الحجم الحر بين السلاسل المتعددة المردودة، مما يؤدي إلى تكبير البذور، وفي حين أن التورم المعتدل يمكن أن يساعد أحيانا على اختراق التطبيقات الثابتة، فإن التورم المفرط يؤدي إلى التسلل، والمجموعة الدائمة، وفقدان السلامة الميكانيكية، فإن التركيبات التي تستخدم الهيدروكربونات ذات الصفات العالية تحقق مقاومة من خلال استخدام البوليمرات ذات الراقية العالية أو الارتداد.

الهجوم الكيميائي والتشعب الشاين

بعض الهيدروكربونات، خاصة الأنواع المُنتَجة في الوقود العالي التخدير وبعض الزيوت الاصطناعية، يمكنها أن تستجيب كيميائياً لعظمة البوليمر، مما يسبب تمزقاً في السلاسل، كسراً للسندات المتعمّدة التي تشكل هيكلية الكيمياء البشعة، ويؤدي إلى قذف، وكسر، وفشل الفلوريد في نهاية المطاف.

نظم البوليمر الأساسية لمقاومة الهيدروكربون

وأساس أي من هذه العواصف هو البوليمر الأساسي لكل أسرة من أسر البوليمرات، وهو يوفر توازناً متميزاً من الممتلكات، ويجب أن يكون الاختيار متسقاً مع نوع الهيدروكربون المحدد، ونطاق درجة الحرارة، وظروف الضغط، ومدة الاتصال المتوقعة في الخدمة.

Fluorocarbon (FKM, FPM)

ويعتبر الفلوروكربون المحتوي على ذخيرة، المعروف باسم تجاري مثل فيتون، على نطاق واسع معياراً للذهب لمقاومة الهيدروكربون في التطبيقات البحرية ذات الحرارة العالية، ويوفر العمود الفقري للمركبات الكربونية الفلورية عائقاً كيميائياً استثنائياً، وتقاوم مركبات الفلور الارتحال والتدهور في الهيدروكربونات الخافتة، وحافظ على قوة ختمية مفيدة (#) عند ارتفاع حرارة عالية(6).

مطاط نتريل بوتاديين الهيدروجيني (HNBR)

وتنتج هذه المادة عن طريق إنتاج سندات مزدوجة الكربون الكربون الكربون في المطاط النتريلي الموحد، مما يؤدي إلى تحسين استقرار الحرارة ومقاومة المواد الكيميائية بشكل كبير، وتظهر HNBR مقاومة ممتازة للهيدروكربونات غير القطبية، بما في ذلك النفط الخام والديزل والكثير من السوائل الهيدروليكية، مع الاحتفاظ بقوة ميكانيكية جيدة ومقاومة للدماغ، كما أن نطاق درجات الحرارة في الخدمة في ما بين عامي 40 و176؛

المطاط الأكليلي

وتُعرض ذرات الأكريكة مقاومة أعلى للزيوت الساخنة وسوائل النقل ومواد التشحيم ذات الضغط الشديد التي تحتوي على مواد الإضافات الكبريت والكلورية، وفي حين أن مرونة هذه المواد المنخفضة الحرارة محدودة (من الناحية التقليدية - نقلها 20: 176؛ جيم إلى - 30؛ 176؛ جيم)، فإنها تُستخرج في بيئات زيوتية عالية الحرارة تصل إلى 175#176؛ C.

كلوروبرين روبر (CR, Neoprene)

ويوفر هذا النوبيرين مزيجا متوازنا من المقاومة المعتدلة للهيدروكربونات ومقاومة الطقس الممتازة والأوزون والشعلة، وهو يؤدي إلى حد كبير إلى وجود هودروكربونات خلوية مثل البروبين والبوان، وفي الوقود المنخفض الطراز، ويجعله مثبط للهب ذا قيمة بالنسبة لأغطية هوس وقطع الكابلات في المقصورات البحرية التي تثير القلق، غير أنه لا يوصى باستمرار الاتصال بالوقود العالي.

Polytetrafluoroethylene (PTFE) and Modified PTFE

على الرغم من أن (بي تي) من الناحية التقنية هو مُضخم الفلوروبوليمر وليس من النوع التقليدي، فإنه يُستخدم في كثير من الأحيان في تطبيقات الختم البحري حيث يكون العُسر الكيميائي في الأغلب، و(بي تي) غير مُتعاطٍ تقريباً بجميع المواد الهيدروكربونية، ويُعرض المقاومة الكيميائية على أوسع نطاق لأي مادة من مواد الإحكام، وهُوَضْعُ إلى استقرارِ الكمِيِ الكيميائيِ الممتازِ.

الاستراتيجيات المتطورة للمقارنة

بالإضافة إلى اختيار البوليمرات الأساسية، يؤدي التراكم دوراً حاسماً في مقاومة الهيدروكربونات إضافة مشغلات محددة، بلاستيكية، ونظم ربطية يمكن أن تغير بشكل كبير استجابة المواد للتعرض الهيدروكربوني.

نظم الأفلام

ولا يزال السود الكربوني هو المشغل المهيمن المقوى في المناشف البحرية، حيث توجد درجات مختارة للمقاومة الكيميائية وقابلية الارتحال المنخفضة، وفي البيئات العالية الهيدروكربونية، يؤدي وجود سود كربون ثنائي الغرامات ذات بنية عالية إلى إنشاء شبكات حامضة بدنية تعطل الدخان، ويمكن لملئات الحرير، التي تستخدم في كثير من الأحيان بالاقتران مع عوامل السوائل السليلانية، أن تقلل في السوائل القطبية مع تحسين قوة الدموع.

كثافة الكثافة

فالوصلات الصليبية هي جسور كيميائية بين السلاسل المتعددة المربعات التي تعطي النسيجات مرونة، وتحسن كثافة الوصلات المتقاطعة بشكل عام مقاومة الهيدروكربونية بتشديد شبكة البوليمر، وتخفض الحجم الحر، وتحد من حركة السلاسل. وكثيرا ما تستهدف مركبات من الدرجة البحرية الكثافة المتقاطعة في الطرف الأعلى من النطاق العملي لبوليمر القاعدة.

Antioxidant and Antiozonant Protection

وفي البيئات البحرية التي يمكن فيها للختم أن يتصل بالهيدروكربونات، كما يتعرض للإشعاع الأشعة فوق البنفسجية والأوزون، تعتبر المواد المضادة للأكسدة والمعادن الازدهارية ضرورية، وتشمل هذه المواد التي تُضاف إلى أعلى درجة تثبيت الحرارة في الأجل الطويل.

معايير اختبار الأداء والمؤهلات

ويتطلب اختيار منحدر من الدرجة البحرية أكثر من استعراض صحائف البيانات، وتتيح بروتوكولات الاختبار الموحدة للمهندسين إمكانية مقارنة المواد والتنبؤ بالسلوك أثناء الخدمة.

اختبارات الزمر المعياري

وينظم نظام ASTM D471 (ISO 1817) اختبارات قياسية من أجل التوافق بين السوائل، وتوضع العينات في الهيدروكربونات المستهدفة بدرجات حرارة محددة، وعادة ما تكون 70 ساعة أو 168 ساعة، وتشمل القياسات الرئيسية التغير في الحجم، والتغير في الصلابة (IRHD أو الشورى ألف)، والتغيرات في قوة النسيج والارتحال عند الكسر.

اختبارات الضغط

(أ) (أ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.إ.

المرونة المنخفضة القدرة على العمل

(د) يحدد اختبار الترميز (الانتكاس المؤقت) لكل نظام آلي D1329 درجة الحرارة التي يتراجع فيها جهاز الإرسال الممتد بنسبة 10 في المائة و70 في المائة أثناء الاحترار، وهذه البيانات، إلى جانب اختبار نقاط الرشوة (ASTM D2137)، تكفل بقاء البلازمر مرنا في البيئات البحرية الباردة مثل العمليات البحرية في القطب الشمالي أو منشآت المياه الفرعية في أعماق البحار.

مقاومة

ويمكن أن يؤدي ارتفاع مستوى انتشار الهيدروكربونات من خلال الفقمات المنوية إلى حدوث انبعاثات وفقدان في السوائل، ويُفضل اختبار كل من SAE J1737 أو ISO 6179 معدل انتقال بخار الهيدروكربون من خلال عينة مادية، وتُفضل المواد ذات معدلات منخفضة في الارتفاع، مثل مركبات FKM و PTFE، بالنسبة لنظم الوقود والتطبيقات الحرجة للانبعاثات.

التطبيقات البحرية الحرجة

ويستخدم جهاز استشعار درجة حرارية بمقاومة متفوقة للهيدروكربون في أدوار لا يكون فيها الفشل خياراً، وتُسترشد في عملية اختيار المواد بالمطالب المحددة لكل طلب.

نظم بحارة غرف المحركات

فغروف المحرك هي أكثر الأماكن كثافة من حيث الهيدروكربون على أي سفينة، إذ يجب أن تقاوم جميع غرف حقن الوقود، وأجهزة غسيل الرأس الملوّنة، وختم الصمامات، وغازات الزيت، وختم الزيت التوريني، استمرار الاتصال بالزيوت الساخنة والوقود، مع وجود تذبذبذبات دفقية وثعب حراري، كما أن مناطق الكيماوي والهنيدرونيدرونيدروجيني هي الخياران السائدة هنا، حيث توجد أعلى مكونات من حيث توجد بها أعلى درجات الحرارة.

الوقود وأجهزة الحفر النفطية

ويجب أن تستوفي خراطيم الوقود البحري المعايير الدولية مثل المعيار إيزو 7840 بالنسبة لخرطوم الوقود ورقم ISO 15540 بالنسبة لمقاومة الحريق، وهذه الخوامس عادة ما تتضمن أنبوبا داخليا من طراز FKM أو NBR مركبا لمقاومة الهيدروكربون، وطبقات تعزيز من المنسوجات الاصطناعية أو المكابلات السلكية، وغطاء خارجي من البوليثيلين المكلوروسولين بالنسبة لمقاومة الطقس والشعلة.

النظم الهيدروليكية

وتمارس النظم الهيدروليكية الخارجية في ضغط يتجاوز 350 بارا (5,000 psi) وكثيرا ما تستخدم سوائل مضبوطات الفوسفات أو السوائل ذات المحتوى العالي من المياه لمقاومة الحرائق، كما أن الأختام المعالجة من القضبان والأختام الدوارة والختم المسدود والممسحات في هذه النظم يجب أن تقاوم السوائل الهيدروليكية المحددة مع الحفاظ على تسرب منخفض على ملايين من السلاسل.

مركبي الشبهات وأجهزة التخزين

وتستخدم معدات إنتاج الهيدروكربون في منطقة البحر الفرعي ختماً غير طبيعي في أجهزة الربط الكهربائي، والأزواج الهيدرولين، وأجهزة التغلغل في الرأس التي يجب أن تقاوم النفط الخام، ومياه التكوين، والضغط العالي (حتى 300 بار) ويجب أن تعمل هذه الختم لمدة 20-30 سنة دون تدخل، والمتطلبات المادية شديدة: انخفاض مستوى النفط الخام، ومقاومة الكساد السريع (لمنع حدوث ضرر في إنتاج المواد المتفجرة).

نظم البرمجيات المتحركة ومضخات السفن

وفي حين أن المصابين بالهيدروكربونات لا يتعرضون مباشرة، فإن المولدات والمصابات البحرية كثيرا ما تصطدم بالوقود والزيوت أثناء عمليات النقل ونقل البضائع، ويجب على العتاد المستخدم في هذه التطبيقات مقاومة التدهور السطحي والارتفاع من الاتصال المتقطع بالهيدروكربونات، كما أن التركيبات العالية الوزن المتعدد الكلور والبوليوريثان الخاصة توفر التركيبات اللازمة لاستيعاب الطاقة، ومقاومة الطقس، والتسامح إزاء الهيدروكربون.

معايير الاختيار للزبائن البحرية - الغرادية

ويتطلب اختيار المادة المثلى لتطبيق مستهلك للهيدروكربون تقييماً منهجياً لظروف الخدمات.

التكوين المفلط والتركيز

ويتسبب خليط الهيدروكربونات المحدد في ارتفاع حراري أكثر من الهجائيات، فالوقود ذات المحتوى العالي من المواد الحرارية، مثل البنزين أو بعض خلايا الديزل البحرية، تتطلب من FKM مستويات أعلى من الفلور (66 في المائة أو أكثر) وتواجه زيوت وقودية ثقيلة تحتوي على الأسفلتين ومركبات الكبريت تحديات مختلفة عن التشفير الفعلي في الخدمة الموصى بها.

موجز درجة الحرارة

وتؤثر درجة الحرارة القصوى للتشغيل ودرجة الحرارة على الأداء البهائي، إذ يمكن أن تصبح المواد التي تؤدي أداءً جيداً في 150#176؛ وC في درجة الحرارة القصوى للتشغيل في - 20#176؛ وC تحت الإكتئاب السريع، ويجب أن تكون درجة الحرارة في الانتقال الزجاجي (الدرجة الثالثة) من الفاصوليا أقل من درجة الحرارة الدنيا المتوقعة للخدمة، ويجب أن يتجاوز الحد المستمر لدرجات الحرارة التشغيلية القصوى مع هامش السلامة المناسب.

معدل الضغط والاكتئاب

وتُعرض نظم الهيدروكربون العالية الضغط لخطر الاكتئاب المتفجر، وعندما تُصاب الختم المضغط بالإكتئاب فجأة، يتسع نطاق الغاز الهيدروكربوني الممتص في مصفوفة الفاصولياء بسرعة، مما يتسبب في تمزق في المزروعات والكارثة، وتُقدَّم المواد ذات القوة العالية للدموع، والشعار العالي، والكثافة المتقاطعة المثلى التي تقاوم التلف الناجم عن المبيدات الوبائية.

الامتثال التنظيمي

يجب أن تفي المواد من الدرجة البحرية بمتطلبات مجتمع التصنيف، كما أن سجل لويد، وديت نورسك فيريتاس، والمكتب الأمريكي للشحن، والمكتب فيريتاس ينشران قواعد للمواد المستخدمة في نظم معينة للسفن، وبالنسبة لنظم الوقود، والامتثال للرقم ISO 7840، و ISO 15540، أو SAE J1942، قد يكون مطلوباً أيضاً، أنظمة بيئية مثل نظام المعالجة فيسبيتو العام.

اعتبارات التركيب والصيانة

وحتى أفضل الملاحين سيفشلون قبل الأوان إذا أساءوا التصرف أو تم تركيبهم بطريقة غير صحيحة، ويمكن لمشغلي المارينز أن يمددوا حياة الخدمات من خلال الممارسات السليمة.

تخزين وحياة الشولف

وينبغي تخزين الختم المسدود في بيئة باردة ومظلمة وجافة بعيدا عن مصادر الأوزون مثل المحركات الكهربائية والإضاءة الفلورية، ومعظم القاع من الدرجة البحرية يعيش في الرف لمدة 5-10 سنوات عندما يخزن تخزينا سليما، ولكن الضغط يُحدث مقاومة وخصائص ميكانيكية في مرحلة التحلل مع العصر المادي، وتُقلل ممارسات تناوب المخزونات باستخدام إدارة المخزون أولا أو أولا إلى أدنى حد من مخاطر تركيب المواد القديمة.

أفضل الممارسات في مجال التركيب

ويجب أن تكون الختم، أثناء التركيب، خالية من النيكس والقطع والتلوث، وينبغي استخدام التطهير الذي يتفق مع كل من الباخرة وهيكروس الكربون في الخدمة لمنع حدوث ضرر أولي أثناء التجمع، وبالنسبة للأختام الدينامية، فإن الانتهاء من الزراعة السطحية السليمة للخصوم أو المغلي (من الناحية العملية 0.2-0.8 إلى 181؛م را) والتقريب بين الحواف لمنع قطع الأشجار أثناء التركيب أمران.

رصد الحالات

ويمكن أن يحدد التفتيش المنتظم للختم والخراطيم في خدمة الهيدروكربونات التدهور قبل الفشل، وتشمل المكعبات البصرية التشقق السطحي، والارتفاع (المرئي كتفجير أو تهجير)، أو التصلب (الممكن كشفه بقياس المقياس)، أو التنظيف، ويوفر اختبارات التسرب، واختبار ضغط الدم، وتحليلات النفط لكشف الجسيمات المضغوطة بيانات كمية عن حالة الفقمة.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا الماستور البحرية

وما زال علم المواد يمضي قدما، مدفوعا بتشديد الأنظمة البيئية، والدفع نحو الوقود البديل، والحاجة إلى فترات صيانة أطول على السفن غير المأهولة والمستقلة.

ألف - قابلية التطابق البديلة في استخدام الوقود

وتكتسب شركة LNG والميثانول والأمونيا والهيدروجين محركات من الوقود البحري، ويطرح كل منها تحديات واضحة في مجال التوافق بين الحيوانات والنباتات، وتحتاج شركة LNG إلى مواد تحافظ على المرونة في درجات الحرارة المبردة (162#176؛ جيم).

تعزيزات نانويكسيت

إن إدماج مشغلات النانويكات مثل أكسيد الغرافيني، ونانووب الكربون، والأعضاء العضوية في مصفوفات الفاصوليا، يبشر بتخفيض نسبة الهيدروكربون إلى ثلاثة أوامر من الحجم، مع تحسين القوة الميكانيكية، وتبدأ هذه الندوات البحرية في التبديل المبكر، ولكنها قد تصبح معيارا في الفقمات البحرية ذات الأداء العالي خلال العقد المقبل.

أخصائيو العلاج الذاتي

ويجري تطوير كيميائيات التعافي الذاتي التي يمكن أن تصليح المايكروكاك والضرر السطحي بصورة مستقلة، ويمكن أن تتيح السندات المتناثرة ووكلاء معالجة الكهرمليين إمكانية استرداد الختم من الأضرار الارتطامية الناجمة عن الهيدروكربونات أو اللبس الميكانيكي، وتوسيع فترات الخدمة، وتخفيض تكاليف الصيانة.

التوائم الرقمية والنماذج الافتراضية

ويتيح تحليل العناصر الحيوية، بالاقتران مع قواعد بيانات الممتلكات المادية للمهندسين التنبؤ بالأداء الختمي تحت تأثير الحرارة المشتركة والضغط والتعرض الهيدروكربوني على مدى سنوات الخدمة، وتسمح التكنولوجيا الرقمية التوأم باستراتيجيات الصيانة القائمة على الظروف التي يؤدي فيها استبدال الختم إلى نماذج للأضرار المتراكمة بدلا من فترات ثابتة، مما يؤدي إلى تحقيق أقصى قدر من السلامة وتكاليف التشغيل.

خاتمة

إن الازدهار في درجة حرارية، الذي يُقاوم بدرجة أعلى التعرض للهيدروكربون، عناصر أساسية في التشغيل الآمن والفعال للأصول البحرية، ومن اختيار البوليمرات الأساسية مثل FKM، وHNBR، وPTFE إلى المركب المتقدم مع نظم الكثافة المتشابكة المُثلى ونظم تثبيت الكثافة، فإن كل جانب من جوانب التصميم المادي يؤثر على الأداء في البيئات الهيدروكربونية العنيفة، وترتيبات التنظيمية، وأجهزة الصيانة البديلة،