ما هي تهديدات التآكل المستحث الميكروبيولوجي (MIC) الموجودة في المبادلات المبردة بالمياه المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين؟

أكثر من مجرد تقييد التدفق، فإن الطبقة اللزجة الموجودة داخل أنبوب مزدوج من الفولاذ المقاوم للصدأ هي مستعمرة حية من البكتيريا التي قد تستهلك الثقوب عبر الجدار. حتى الفولاذ عالي السبائك- يكون عرضة لخطر خفي يُعرف بالتآكل الميكروبيولوجي المستحث، أو MIC. لتجنب التسربات غير المخطط لها والتوقف عن العمل باهظ الثمن، من الضروري فهم التآكل الناجم عن الميكروبيولوجيا في المبادلات المبردة بالمياه المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين-.

الأساس البيولوجي للهجوم
بسبب مقاومتها الفائقة للتآكل الناتج عن الإجهاد والتشقق بالكلوريد، يفضل استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (مثل 2205 و2507). ومع ذلك، فهي عرضة للتآكل الذي تسببه الميكروبات. تعتبر البكتيريا المختزلة للكبريتات - (SRB) هي الأكثر شيوعًا. في المياه الراكدة أو المتدفقة ببطء، تزدهر هذه الميكروبات اللاهوائية وتؤسس مستعمرات داخل غشاء حيوي وقائي، وهو عبارة عن مصفوفة لزجة من البروتينات والسكريات ومخلفات الخلايا التي تلتصق بقوة بالسطح المعدني.

تتغير البيئة الموجودة أسفل الأغشية الحيوية مباشرة بشكل جذري عن المياه السائبة بعد تكوينها. تقوم البكتيريا بتحليل أيونات الكبريتات (SO₄²⁻) الموجودة في الماء إلى كبريتيد الهيدروجين (H₂S) عن طريق استهلاك الموارد العضوية. تستهلك البكتيريا الهوائية الموجودة فوق الغشاء الحيوي الأكسجين، بينما تنتج المنتجات الأيضية البكتيرية حموضة موضعية. والنتيجة هي بيئة ميكروية هي:

الحمضية: قد يصل الرقم الهيدروجيني إلى 4.

غير مؤكسج: يمنع إصلاح طبقة الأكسيد السلبي.

وفيرة في كبريتيد الهيدروجين، وهي مادة أكالة تستهدف الطبقات السلبية من الفولاذ المقاوم للصدأ.

في هذه البيئة الدقيقة المعادية، يصبح طلاء أكسيد الكروم السلبي الذي يحمي عادةً الفولاذ المزدوج غير مستقر. يبدأ التنقر عند نقاط الضعف، وفي كثير من الأحيان عند العيوب السطحية أو شوائب الكبريتيد. يتم استعمار الجزء الداخلي من الحفرة، حيث تكون الظروف أقل بكثير وغنية بالكبريتيد-، بواسطة البكتيريا بمجرد بدء الحفرة. نظرًا لأن خلية التآكل مكتفية ذاتيًا-، يتم تسريع الهجوم بواسطة البكتيريا التي تنمو في الحفرة وتنتج المزيد من كبريتيد الهيدروجين.

البيئة السامة التي تنتجها البكتيريا هي التي تسبب الصدأ، وليس البكتيريا نفسها. وفي غضون بضعة أشهر فقط، يمكن للأغشية الحيوية التي يصل سمكها إلى 0.1 ملم أن تنتج ثقبًا يصل عمقه إلى عدة ملليمترات.

الأسباب التي تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين ليس محصنًا
يعتمد الفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ على طبقة رقيقة مؤكسدة سلبية، على عكس التيتانيوم أو بعض سبائك النيكل والنحاس-، والتي تظهر مقاومة قوية لـ MIC بسبب ثبات الأكسيد أو صفات الإبادة البيولوجية المتأصلة. فقط في البيئات المحايدة إلى القلوية قليلاً المؤكسجة يكون هذا الفيلم مستقرًا. يتفكك الفيلم تحت الأغشية الحيوية المختزلة والحمضية والكبريتيدية-المحملة. على الرغم من أن الطباعة المزدوجة تتمتع بمقاومة أعلى لـ MIC مقارنة بـ 316L بسبب محتواها العالي من الكروم والموليبدينوم (22-25% كروم، 3-4% مو)، فإن السبيكة ليست محصنة. على الرغم من أن التآكل العام كان في حده الأدنى، فقد تم الإبلاغ عن عدد من حالات الفشل الميدانية حيث تعرضت 2205 أنابيب في مياه البحر أو خدمة تبريد المياه المالحة إلى حفر MIC عميقة بعد سنتين إلى خمس سنوات فقط من الخدمة.

تم العثور على SRB في العديد من الممرات المائية الطبيعية، بما في ذلك البحيرات والأنهار والمحيطات، وحتى أنظمة مياه التبريد المعالجة ذات مستويات منخفضة من المبيدات الحيوية أو المناطق الراكدة. أي مبادل حراري-مبرد بالماء يعمل عند درجات حرارة تتراوح بين 20 و60 درجة -النطاق الذي تنمو فيه معظم وحدات SRB-يكون عرضة للخطر، خاصة إذا كان تدفق المياه متقطعًا أو تراكمت الرواسب.

أعراض التفتيش والبصرية MIC
يمكن تمييز حفر MIC عن حفر الكلوريد أو أنواع التآكل الأخرى من خلال خصائصها المميزة:

شكل عدواني ومتقوض: يكون التجويف الموجود أسفله واسعًا أو ضحلًا أو غير منتظم الشكل، ويشبه "الثقب الدودي" أو شبكة من -الحفر الصغيرة المتصلة. غالبًا ما يكون فم الحفرة صغيرًا (1-3 مم).

رواسب سوداء أو بنية داكنة: كبريتيد الحديد (FeS)، وهو منتج ثانوي شائع، يعطي الحفرة والأغشية الحيوية المحيطة بها مظهرًا أسود قطرانيًا.

رائحة الكبريتيد: عند إزعاج الرواسب، قد تكون هناك رائحة بيضة فاسدة (كبريتيد الهيدروجين).

المجموعات المحلية: تظهر MIC في كثير من الأحيان كمجموعة من الحفر بدلاً من الحفر الفردية المنتشرة على نطاق واسع.

لا يزال السطح المعدني خارج الغشاء الحيوي لامعًا ولم يصب بأذى؛ لا يوجد تدهور عام.

ومن بين تقنيات التفتيش ما يلي:

افحص الأجزاء الداخلية للأنابيب عن كثب بحثًا عن رواسب بنية أو سوداء أو بقع داكنة لزجة.

بعد إزالة الأغشية الحيوية، يمكن لاختبار اختراق الصبغة تحديد الشقوق الصغيرة أو الحفر.

تسمى الطريقة غير المدمرة لاكتشاف الحفر في الأنابيب باختبار التيار الدوامي (ECT). وعلى النقيض من الأضرار الميكانيكية، تولد حفر MIC إشارات مميزة.

أخذ العينات البكتيرية: يتم تأكيد وجود البكتيريا عن طريق مسح الأغشية الحيوية، أو زراعة SRB، أو عن طريق الاختبارات الجينية (مثل qPCR).

الوقاية: إبقاء البكتيريا خارج منزلك
يلزم وجود-استراتيجية حواجز متعددة لمنع MIC في مبادلات المياه المبردة المزدوجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ-. يعتبر الجمع بين ما يلي فعالاً للغاية، ولكن لا توجد استراتيجية واحدة تضمن الحماية.

1. العلاج المستمر بالمبيدات الحيوية
نظرًا لأن المبيدات الحيوية المؤكسدة تخترق الأغشية الحيوية وتدمر البكتيريا على الفور، فهي الأكثر فعالية. الاختيارات النموذجية:

الكلور أو هيبوكلوريت: احتفظ بمحتوى الكلور المتبقي الحر في مياه التبريد بين 0.1 و0.5 جزء في المليون. عند هذه التركيزات المنخفضة، يكون دوبلكس 2205 مقاومًا للكلور. ومع ذلك، قد ينجم التنقر عن الكلورة المفرطة (أكثر من 2 جزء في المليون).

ثاني أكسيد الكلور: أقل تآكلًا وأكثر كفاءة ضد الأغشية الحيوية من الكلور. الجرعة المعتادة تتراوح بين 0.1 و 0.3 جزء في المليون.

الأوزون هو مؤكسد قوي يتحلل بالكامل إلى أكسجين. تستخدم في أنظمة التبريد ذات الحلقات المغلقة.

لإيقاف المقاومة البكتيرية، غالبًا ما يتم استخدام-المبيدات الحيوية غير المؤكسدة (مثل الجلوتارالدهيد والإيزوثيازولونيس)، وغالبًا ما يتم ذلك مع المواد المؤكسدة. للحفاظ على المستويات المتبقية، ينبغي إعطاء المبيد الحيوي بشكل مستمر أو على الأقل مرتين في اليوم.

2. التنظيف الميكانيكي المنتظم
لا يمكن إزالة الأغشية الحيوية الموجودة بالمعالجة الكيميائية وحدها. يجب تنظيف الأجزاء الداخلية للأنابيب ميكانيكيًا بشكل منتظم (كل ستة إلى اثني عشر شهرًا، على سبيل المثال):

يتضمن تنظيف الأنبوب سحب أو دفع فرشاة دوارة بشعيرات من الفولاذ المقاوم للصدأ أو النايلون عبر كل أنبوب. يتم التخلص من الأغشية الحيوية وأي رواسب سائبة بهذه الطريقة.

التنظيف بالسفع الهيدروليّ: يمكن إزالة الأغشية الحيوية العنيدة بشكل فعال باستخدام نفاثات الماء عالية الضغط (5000–10000 رطل لكل بوصة مربعة). يجب ألا تتضرر نهايات الأنابيب.

تنظيف الكرات الإسفنجية-: للتنظيف عبر الإنترنت، يتم مسح أسطح الأنابيب بشكل مستمر عن طريق تدوير الكرات الإسفنجية بالماء البارد.

لإيقاف إعادة النمو السريع، يجب مسح النظام وإعادة-جرعته باستخدام المبيد الحيوي بعد التنظيف الميكانيكي.

3. حافظ على سرعة الماء عالية
في التدفق المضطرب عالي السرعة-، تواجه البكتيريا صعوبة في الالتصاق وتكوين الأغشية الحيوية. بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في خدمة مياه التبريد، يُنصح باستخدام سرعة جانبية للأنبوب -لا تقل عن 1.5-2.0 م/ث. يزداد خطر MIC بشكل ملحوظ عند السرعات الأقل من 1 م/ث، خاصة في الأنابيب المستقيمة ذات التدفق الصفحي. قلل من السيقان الميتة، ومناطق التدفق المنخفض-، ومناطق التدفق المضطربة المحيطة بصفائح الأنابيب.

4. الابتعاد عن المواقف الراكدة
يجب إزالة مياه التبريد من المبادل أثناء إغلاق المصنع أو أوقات الخمول، ويجب تجفيف الأنابيب وتنظيفها بالمياه العذبة. وكبديل، يمكن استخدام المبيد الحيوي للحفاظ على إعادة تدوير التدفق المنخفض-. يزدهر نمو الأغشية الحيوية في المياه الراكدة، وحتى بضعة أيام من الركود يمكن أن تنشئ مستعمرات SRB.

5. اختيار المواد للحالات الشديدة
يمكن أن تؤخذ في الاعتبار سبيكة أكثر مرونة إذا كان لدى النبات تاريخ من MIC الشديد حتى مع معالجة المياه الكافية. نظرًا لأن التيتانيوم (الدرجة 2) لا يعزز بشكل فعال التصاق الأغشية الحيوية ولأن طلاءه السلبي مستقر حتى في ظل الظروف المتناقصة، فإن التيتانيوم محصن إلى حد كبير ضد MIC. بسبب إطلاق أيونات النحاس، تتمتع سبائك النحاس والنيكل (90/10 أو 70/30) بصفات مبيدة بيولوجية بشكل طبيعي. لكن كلاهما يكلف أكثر بكثير من الطباعة المزدوجة. يعتبر دوبلكس خيارًا يمكن الاعتماد عليه بالنسبة لغالبية{10}تطبيقات التبريد المائي مع التشغيل والصيانة المناسبة.

كيفية المتابعة إذا تم العثور على MIC
يجب تنفيذ الخطوات التالية في حالة ظهور مبادل مزدوج لـ MIC:

تحقق من التشخيص عن طريق إجراء تحليل ميتالوغرافي للمقطع العرضي للتجويف-والثقافة البكتيرية. ابحث عن رواسب الكبريتيد والتشكل المميز.

حدد المدى عن طريق إدخال منظار أو استخدام اختبار التيار الدوامي لفحص كل أنبوب. ما إذا كان يمكن توصيل الأنبوب (إذا كان قليلًا وضحلًا) أو ما إذا كانت إعادة الأنابيب مطلوبة يعتمد على كمية الحفر وعمقها.

قم بتحسين معالجة المياه على الفور عن طريق إضافة برنامج تنظيف ميكانيكي، أو زيادة جرعة المبيد الحيوي، أو التحول إلى مبيد حيوي أكثر فعالية. قم بالتغيير إلى العلاج المستمر إذا كان النبات يتلقى رعاية عرضية فقط.

الإصلاح أو الاستبدال: إذا كان معدل التآكل يتناقص بعد المعالجة، فقد يكون الحفر الضحلة (أقل من 0.3 مم) في الأنابيب ذات الجدران السميكة- مقبولاً. يجب توصيل الأنابيب الفردية في حفر أو مجموعات أعمق. يُنصح بإعادة تركيب المبادل أو استبداله في حالة تأثر أكثر من 10-15% من الأنابيب.

افحص إجراءات التشغيل للتأكد من التعامل مع عمليات إيقاف التشغيل بشكل صحيح (استنزاف وتجفيف المبادل). إذا كان ذلك ممكنًا، قم بزيادة سرعة الماء.

ختاماً
التآكل المستحث الميكروبيولوجي هو معركة بيولوجية ضد المعادن يمكن الفوز بها من خلال الجمع بين التنظيف الجسدي الروتيني والنظافة الكيميائية المناسبة. حتى السبائك عالية الجودة- معرضة لخطر التآكل الناجم عن العوامل الميكروبيولوجية في المبادلات المبردة بالمياه المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين-. توفر الأغشية الحيوية المتكونة من البكتيريا المختزلة للكبريتات- والكائنات الحية الدقيقة الأخرى بيئة حمضية وكبريتيدية وغير مؤكسجة محليًا، مما يؤدي إلى تأليب سريع يمكن أن يخترق جدران الأنابيب في غضون أشهر. يعد الحفاظ على سرعة الماء أعلى من 1.5 م/ث، ومنع الظروف الراكدة أثناء عمليات الإغلاق، والتنظيف الميكانيكي العرضي (بالفرشاة أو التنظيف بالسفع الهيدرولي)، والمعالجة المستمرة أو المنتظمة بالمبيدات الحيوية كلها ضرورية للوقاية. للعيش، حتى أكثر السبائك تطورًا تتطلب جوًا نظيفًا. يمكن للمبادلات المزدوجة أن تقدم خدمة ممتدة وخالية من المتاعب-من خلال التعرف على المخاطر ووضع جدول زمني صارم لمعالجة المياه وتنظيف الأنابيب. ومع ذلك، تصبح السبائك عالية الأداء-منخلًا إذا تم تجاهل MIC.