محطة لويانغ صن شاين للطاقة

تفاصيل محطة توليد الطاقة الهيكلية الفولاذية

تُعدّ الهياكل الفولاذية الإطار الأساسي لمحطات توليد الطاقة، حيث تُشكّل الهيكل والدعم للمنشأة بأكملها وآلاتها الثقيلة. وتُستخدم على نطاق واسع في مختلف أنواع محطات توليد الطاقة، بما في ذلك تلك التي تستخدم الوقود الأحفوري، والطاقة النووية، أو مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

لماذا يُعدّ الفولاذ المادة المُفضّلة لمحطات الطاقة؟

يُفضّل الفولاذ على مواد أخرى كالخرسانة المُسلّحة لعدة أسباب جوهرية:

نسبة عالية للقوة إلى الوزن: يُوفّر الفولاذ قوة هائلة مع وزن منخفض نسبيًا. هذا يسمح بإنشاء فواصل طويلة ومفتوحة (وهي ضرورية لقاعات التوربينات)، وأساسات أصغر، والقدرة على حمل معدات ثقيلة جدًا مثل الغلايات والتوربينات والمولدات.

سرعة البناء: تُصنّع مكونات الفولاذ مسبقًا خارج الموقع في ظروف مصنع مُتحكّم بها. هذا يسمح بأنشطة بناء متوازية (أعمال الأساسات في الموقع أثناء بناء الهيكل)، ويؤدي إلى تركيب أسرع وأكثر قابلية للتنبؤ في الموقع، مما يُقلّل من الجداول الزمنية للمشروع.

مرونة التصميم وفواصل كبيرة: يُتيح الفولاذ للمهندسين المعماريين والمهندسين تصميم مساحات شاسعة خالية من الأعمدة. هذا أمر بالغ الأهمية لقاعة التوربينات وبيت الغلايات، حيث تحتاج إلى استيعاب معدات ضخمة وتوفير مساحة للرافعات العلوية المُستخدمة في التركيب والصيانة.

المتانة والمرونة: تتمتع الهياكل الفولاذية، عند تصميمها وحمايتها بشكل صحيح، بقدرة على تحمل ضغوط بيئية كبيرة، بما في ذلك الرياح العاتية والزلازل والاهتزازات التشغيلية الناتجة عن الآلات الثقيلة.

التعديلات والتكيف: غالبًا ما تتطلب محطات الطاقة تحديثات أو تغييرات في المعدات على مدار عمرها الافتراضي. تتميز الهياكل الفولاذية بسهولة تعديلها أو تقويتها أو توسيعها مقارنةً بالهياكل الخرسانية.

الاستدامة: يُعد الفولاذ من أكثر المواد قابلية لإعادة التدوير في العالم. في نهاية عمر المحطة، يمكن تفكيك الهيكل الفولاذي وإعادة تدويره بالكامل.

التطبيقات الرئيسية للهياكل الفولاذية في محطات الطاقة

محطة الطاقة ليست مبنىً واحدًا، بل مجموعة من الهياكل المترابطة. يُستخدم الفولاذ في جميعها تقريبًا.

1. وحدة الطاقة الرئيسية

هذا هو قلب محطة الطاقة.

مبنى غرفة الغلايات/مولد البخار: غالبًا ما يكون أطول مبنى في الموقع، ويضم غلاية ضخمة معلقة من شبكة دعم فولاذية معقدة في الأعلى.

يجب أن يتحمل الهيكل وزنًا هائلاً وتمددًا حراريًا.

قاعة التوربينات: مبنى طويل وواسع النطاق يضم مجموعة التوربينات والمولدات. يدعم الإطار الفولاذي الرئيسي غلاف المبنى، والأهم من ذلك، الرافعات الجسرية العلوية شديدة التحمل (غالبًا ما تزيد سعتها عن 100 طن) المستخدمة لرفع وصيانة مكونات التوربينات.

حوض مزيل الهواء: هيكل فولاذي متعدد المستويات يدعم مزيل الهواء ومعدات تسخين مياه التغذية الأخرى، وغالبًا ما يقع بين منطقتي الغلايات والتوربينات.

٢. مناولة المواد وتخزينها

أنظمة النقل: تدعم الجمالونات الفولاذية طويلة الامتداد سيور النقل التي تنقل الوقود (مثل الفحم، أو الكتلة الحيوية، أو فحم البترول) من مناطق التخزين إلى المرجل.

المستودعات والصوامع: هياكل من صفائح فولاذية، مدعومة بإطار فولاذي ثقيل، تُستخدم لتخزين الوقود قبل تغذيته في المرجل.

آلات التكديس والاسترداد: آلات فولاذية ضخمة متحركة تُستخدم في ساحة الفحم.

٣. البنية التحتية الداعمة

رفوف الأنابيب: تُعتبر "شرايين" المحطة. وهي عبارة عن إطارات فولاذية واسعة ومتعددة المستويات تدعم آلاف الأنابيب التي تحمل البخار، والماء، والوقود، والمواد الكيميائية، بالإضافة إلى صواني الكابلات الكهربائية. يجب تصميمها لتحمل الوزن، والتمدد الحراري، وأحمال الرياح.

أبراج التبريد: في حين أن العديد من أبراج التبريد الكبيرة تستخدم غلافًا خرسانيًا زائديًا، فإن المكونات الداخلية (نظام "التعبئة" وتوزيع المياه) غالبًا ما تكون مدعومة بهيكل فولاذي أو فولاذ مقاوم للصدأ. المكثفات المبردة بالهواء (ACCs) هي هياكل فولاذية ضخمة تشبه المباني المبنية على ركائز.

هياكل ساحات التوزيع: جسور وأبراج فولاذية مجلفنة تدعم قضبان التوزيع عالية الجهد، والعوازل، وقواطع الدوائر الكهربائية لتوجيه الكهرباء المولدة إلى شبكة النقل.

4. الأنظمة البيئية والمساندة

وحدات/أجهزة تنقية غازات المداخن (FGD): هياكل وقنوات فولاذية كبيرة ومعقدة تُستخدم لتنظيف الانبعاثات قبل إطلاقها.

المرسبات والمرشحات الكيسية: هياكل ذات إطارات فولاذية تزيل الجسيمات (الرماد المتطاير) من غازات المداخن.

المدخنة/المدخنة: في حين أن الغلاف الخارجي يمكن أن يكون من الخرسانة، فإن المداخن الداخلية غالبًا ما تكون بطانات فولاذية مدعومة بإطار شبكي فولاذي داخل الهيكل الرئيسي.

اعتبارات التصميم والهندسة

يُعد تصميم الهياكل الفولاذية لمحطات الطاقة تخصصًا عاليًا يتجاوز تصميم المباني التقليدي.

الأحمال الثقيلة: يجب أن تتحمل الهياكل أحمالًا ميتة هائلة (وزن المعدات)، وأحمالًا حية (أعمال الصيانة)، وأحمالًا اهتزازية من الآلات الدوارة، وأحمالًا حرارية من الأنابيب والمعدات عالية الحرارة.

التصميم الزلزالي والرياح: تُعتبر محطات الطاقة بنية تحتية حيوية، لذا فهي مصممة لتحمل أشد الزلازل والرياح المتوقعة في مواقعها.

الحماية من التآكل: البيئة الصناعية، وغالبًا الساحلية، لمحطات الطاقة شديدة التآكل. تتم حماية الفولاذ من خلال:

الجلفنة بالغمس الساخن: للهياكل الأخف وزنًا مثل الدرابزين والشبكات ومكونات ساحة التبديل.

الطلاءات الصناعية عالية الأداء: أنظمة طلاء متعددة الطبقات تُطبق على الفولاذ الهيكلي الرئيسي.

الحماية من الحرائق: على الرغم من أن محطة الطاقة غير قابلة للاشتعال إلى حد كبير، إلا أن الحماية من الحرائق ضرورية في مناطق معينة لمنع انهيار الهيكل أثناء الحريق، مما يسمح بإيقاف التشغيل والإخلاء الآمن. غالبًا ما يتم تحقيق ذلك باستخدام الطلاءات المنتفخة أو التغليف الخرساني.

تصميم الوصلات: تُعد الوصلات (المثبتة بمسامير أو ملحومة) بالغة الأهمية. يجب تصميمها لتحمل القوى المعقدة، بما في ذلك الإجهاد الناتج عن الاهتزازات.

الاتجاهات المستقبلية في محطات توليد الطاقة ذات الهياكل الفولاذية

البناء المعياري: يتزايد تجميع أجزاء كاملة من محطة توليد الطاقة، مثل وحدات رفوف الأنابيب الكبيرة أو زلاجات المعدات، واختبارها وتجهيزها مسبقًا خارج الموقع. ثم تُنقل هذه الوحدات وتُرفع إلى مكانها، مما يُقلل بشكل كبير من وقت البناء في الموقع ويُحسّن السلامة.

المواد المتقدمة: استخدام فولاذ عالي القوة ومنخفض السبائك (HSLA) وفولاذ مقاوم للتآكل لتقليل الوزن وتحسين عمر الهيكل.

الرقمنة (BIM): أصبحت نمذجة معلومات البناء (BIM) الآن معيارًا. يتم إنشاء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد مُفصّل للمحطة بأكملها (بما في ذلك الفولاذ والخرسانة والمعدات والأنابيب). يسمح هذا باكتشاف التعارضات، وتحسين تسلسل البناء، ويُعدّ بمثابة "توأم رقمي" لإدارة الأصول طوال عمر المحطة.

محطات الطاقة المتجددة: الفولاذ هو المادة الأساسية لأبراج توربينات الرياح، والهياكل الداعمة لمزارع الطاقة الشمسية واسعة النطاق، والإطار الهيكلي لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية والكتلة الحيوية.