تجديد محطة Huadian Wusu: كيف حلت مبادلات حرارية صينية الصنع من نوع الألواح والغلاف محل سخانات مستوردة وبلغت كفاءة تكثيف 92%

بالنسبة إلى من يصونون محطة ما، ليس أكثر ما يخشونه ضجيج الآلات، بل الصمت المفاجئ الذي يعني أن معدة ما قد توقفت. وعندما تكون هذه المعدة سخانًا لشبكة التدفئة، فإن العطل يعني انقطاع التدفئة والإنتاج، وهدر الطاقة، وضغطًا لإصلاح الأمر بسرعة. وتواجه محطات كثيرة المعضلة نفسها: معدات مستوردة اشتُريت بتكلفة عالية قبل سنوات تفقد أداءها مع التقادم، ويسوء تصريف المتكثفات فيها، وتهدر الطاقة. واستبدالها مكلف وبطيء، والإبقاء عليها يعني كفاءة منخفضة وأرقام كربون سيئة.

فكيف يمكن تجديد نظام كهذا دون تعطيل الإنتاج؟ يقدم مشروع التجديد في Huadian Xinjiang Wusu Energy (Huadian Wusu) إجابة واحدة.

محطة رائدة تعاني مشكلة في الكفاءة

Huadian Wusu شركة تابعة مملوكة بالكامل لمجموعة China Huadian Corporation، إحدى مجموعات الكهرباء الحكومية الكبرى في الصين، وهي مصدر مهم للكهرباء في شمال شينجيانغ. ومع وحدتين بقدرة 330 ميغاواط لكل منهما تعملان بنظام سحب البخار، تعتمد التوليد المشترك للحرارة والكهرباء لتزويد المجمعات الصناعية القريبة للأغذية الخضراء والمنسوجات والملابس ببخار العمليات والتدفئة، وتعمل منذ زمن طويل على خفض استهلاك الطاقة والانبعاثات.

غير أن عدة مبادلات حرارية من علامة تجارية أوروبية في المحطة الرئيسية لشبكة التدفئة في المحطة كانت قد أصبحت عنق زجاجة. فمع تقادمها صار تصريف المتكثفات صعبًا، ولم تعد قدرتها تكفي للتوسعة المخطط لها. ومن دون حل هذه المشكلات كانت تكاليف التشغيل ستبقى مرتفعة، وكانت المحطة ستجد صعوبة في الحفاظ على مكانتها نموذجًا في الأداء البيئي.

وكانت أمام الفريق الهندسي مهمة صعبة: زيادة القدرة دون قطع توليد الكهرباء أو التدفئة، وإنجاز الاستبدال خلال فترات التوقف المحدودة.

الاختيار: حل جديد وليس مجرد معدات جديدة

جمع الموقع بين فروق كبيرة في درجات الحرارة، ودرجات حرارة عالية على جانب البخار، وحدود صارمة لدرجة حرارة المتكثفات، لذلك لم يكن الاستبدال بمعدات مماثلة ليجدي. وبعد عدة جولات من المراجعة تخلى فريق المشروع عن خطة شراء المنتجات المستوردة نفسها مرة أخرى، وبحث عن بديل صيني الصنع. وكانت معايير الاختيار واضحة:

1. حجم صغير وقدرة كبيرة. كانت مساحة التركيب ضيقة، لذا كان على وحدة أعلى قدرة أن تشغل مكان الوحدة القديمة.
2. ضغط عالٍ ودرجة حرارة مستقرة. كان على الوحدة أن تتحمل ظروف بخار صعبة، بضغط تصميم يزيد على 4.0 ميغاباسكال.
3. تحكم ذكي. تطلّب حل مشكلات التصريف في الوحدات القديمة نظام تحكم مطورًا.

وفاز المبادل الحراري من نوع الألواح والغلاف من سلسلة AWPS من Accessen بالعقد بفضل أدائه في درجات الحرارة والضغوط العالية، وقدرة Accessen على تكييف التصميم مع ظروف الموقع.

أربع مزايا للحل

لم يكن التجديد مجرد استبدال القديم بالجديد، بل تحسينًا للكفاءة على مستوى النظام كله، قام على أربع نقاط:

1. تحمل الضغط وانتقال الحرارة. صُمم المبادل الحراري من نوع الألواح والغلاف من سلسلة AWPS لضغط يزيد على 4.0 ميغاباسكال، لذا يتعامل مع البخار عالي الضغط. ووفقًا لـ Accessen يبلغ معامل انتقال الحرارة فيه 5,000 واط/(م²·كلفن)، وهو أعلى بكثير من المبادل التقليدي ذي الغلاف والأنابيب. ولذلك يمكنه نقل حرارة أكبر في الحجم نفسه، مما حل التعارض بين المساحة الصغيرة والحمل الكبير.
2. تصريف ذكي. لمعالجة مشكلات التصريف في الوحدات المستوردة، زُوّد النظام الجديد بتخطيط ثلاثي الأبعاد وأنابيب محسّنة، وتحكم ذكي في قسم التصريف، وتحكم تكيفي في فرق درجات الحرارة في عدة مناطق. وبذلك يبقى هبوط الضغط تحت السيطرة، وتُحل مشكلة التصريف، وارتفعت كفاءة التكثيف إلى 92%، مما يحافظ على استقرار التشغيل بالبخار على المدى الطويل.
3. مدمج وسهل التركيب. تجمع سلسلة AWPS بين كفاءة المبادل اللوحي وقدرة المبادل ذي الغلاف والأنابيب على تحمل الضغط. وقد ناسب تصميمها المدمج المساحة المحدودة في Huadian Wusu دون أعمال إنشائية كبيرة، مما قصّر مدة التنفيذ كثيرًا.
4. تكلفة أقل على مدى دورة الحياة. لا يحتوي المبادل من نوع الألواح والغلاف على حشيات تتقادم، وتكلفة تشغيله أقل، وتتكون فيه ترسبات أقل، وتنظيفه أسهل، لذا تنخفض تكاليف الصيانة السنوية انخفاضًا كبيرًا.

المرحلتان الأولى والثانية

النتائج تتحدث عن نفسها. بدأت المرحلة الأولى في نوفمبر 2023 باستبدال سخان شبكة التدفئة رقم 2. واجتازت الوحدة الجديدة اختبار أداء مدته 72 ساعة وتشغيلًا تجريبيًا مدته 168 ساعة، وبلغت مؤشرات أدائها الرئيسية التصميم الأصلي أو تجاوزته.

وبعد عام من التشغيل المستقر بدأت في أكتوبر 2024 المرحلة الثانية من التجديد المخصصة لتوفير الطاقة والتوسعة. وفي هذه المرة طوّرت Huadian Wusu السخانين المتبقيين رقم 1 ورقم 3 بمبادلات Accessen ملحومة بالكامل من نوع الألواح والإطار من سلسلة AWD. وركزت هذه المرحلة على توفير أعمق للطاقة: خفض درجة حرارة تصريف المتكثفات للاستفادة القصوى من الطاقة الأولية. وفي الوقت نفسه استُبدلت المستشعرات والأجهزة القديمة في المحطة حتى يمكن جمع بيانات تشغيل كاملة لإدارة الوفورات وتحليلها بدقة أكبر.

ما يمكن أن تتعلمه الصناعة

تقدم Huadian Wusu نموذجًا لتحديث المعدات في صناعات المعالجة. فقد هيمنت العلامات الأوروبية والأمريكية طويلًا على سوق المبادلات الحرارية المتقدمة، لكن المعدات صينية الصنع باتت قادرة على المنافسة في ظروف الحرارة العالية والضغط العالي والفروق الكبيرة في درجات الحرارة. ويحمل هذا المشروع رسالتين لمديري المحطات والمهندسين:

• استبدال الوحدات المستوردة بوحدات صينية الصنع ممكن، وقد يكون أفضل. في الظروف المناسبة، يمكن لمبادل صيني من نوع الألواح والغلاف مصمم حسب الطلب أن يتفوق في الكفاءة والتحكم على وحدات مستوردة أقدم ومتعددة الأغراض.
• مكاسب الكفاءة تأتي من النظام كله. استبدال المبادل الحراري وحده لا يكفي. يجب أيضًا تطوير الأنابيب والتحكم والأجهزة لاسترداد أكبر قدر ممكن من الحرارة من البخار.

لماذا يناسب تصميم الألواح والغلاف هذا التطبيق

يتكون المبادل الحراري من نوع الألواح والغلاف من غلاف وحزمة ألواح لانتقال الحرارة وفوهات الدخول والخروج. وبالمقارنة مع المبادل التقليدي ذي الغلاف والأنابيب، تولد القنوات التي تشكلها الألواح اضطرابًا قويًا في التدفق. ويحقق ذلك فائدتين: معامل انتقال حرارة مرتفع جدًا حتى عند السرعات المنخفضة، وقدرًا من التنظيف الذاتي، لأن إجهاد القص العالي عند الجدار يحد من الترسبات، وهي سبب شائع لارتفاع المقاومة الحرارية في المبادلات ذات الغلاف والأنابيب.

وبالنسبة إلى المحطات التي تريد توفير الطاقة أو خفض الكربون أو تجديد معداتها، فإن اختيار المبادل الحراري المناسب أكثر من مجرد استبدال قطعة. إنه يحدد كفاءة المحطة لسنوات قادمة.