تحلية المياه في قطر: مبادلات Accessen الحرارية في محطة رأس قرطاس لإنتاج الكهرباء والمياه

مشكلة المعدات القديمة: استهلاك مرتفع للطاقة وصيانة صعبة

في تحلية المياه والصناعات الكيميائية والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء، يواجه كثير من مديري المحطات والمهندسين المشكلة نفسها: المبادلات الحرارية القديمة منخفضة الكفاءة ومكلفة الصيانة.

كثيرًا ما تعمل المبادلات التقليدية ذات الغلاف والأنابيب والمبادلات اللوحية سيئة التصميم بسرعات تدفق غير مناسبة، مما يسمح بتراكم الترسبات. وبمجرد تكوّن القشور ينخفض انتقال الحرارة بشدة، ويلزم توفير حرارة أكبر للحفاظ على درجة حرارة العملية، فيرتفع استهلاك الطاقة. كما يصعب تنظيف الوحدات القديمة، ويتطلب استبدال الحشيات وقتًا وجهدًا كبيرين. وهذا يرفع تكاليف الصيانة ويسبب توقفات غير مخطط لها تؤخر الإنتاج.

المشروع: شركة رأس قرطاس للطاقة (Ras Girtas Power Company) في قطر

تشغّل شركة رأس قرطاس للطاقة محطة لإنتاج الكهرباء والمياه في راس لفان على ساحل قطر، وهي من أهم مزودي الكهرباء والمياه في البلاد. وتبلغ القدرة التوليدية للمحطة 2,730 ميغاواط، وهو ما تقدّره Accessen بنحو 30% من القدرة الكهربائية في قطر، وتبلغ قدرة التحلية 63 مليون جالون إمبراطوري يوميًا، أي نحو 286,000 م³ من مياه الشرب يوميًا.

وفي مشروع بهذا الحجم كانت الأسئلة الأساسية واضحة: كيف يمكن استرداد أكبر قدر ممكن من الطاقة في محطة مشتركة كبيرة للكهرباء والمياه، وكيف يمكن إبقاء المعدات تعمل بموثوقية لسنوات طويلة؟

تستخدم المحطة تقنية التقطير متعدد التأثيرات (MED) من الشركة الفرنسية Sidem. وتشغيل MED أسهل من التحلية بالأغشية، لكنها تفرض متطلبات عالية على معدات التبادل الحراري. ففي كل تأثير تنتقل الحرارة وتتحول مرة بعد مرة، ولا يمكن خفض استهلاك الطاقة وتكلفة كل متر مكعب من المياه إلا بمبادلات حرارية عالية الكفاءة تسترد هذه الحرارة.

ما الذي وردته Accessen ولماذا

في عام 2009 اختار المشروع المبادلات اللوحية ذات الحشيات من سلسلة AN15 من Accessen، وفي عام 2016 المبادلات الملحومة بالكامل من سلسلة AWD80. وتفسر ثلاث خصائص سبب اختيار Accessen لهذا المشروع من بين علامات دولية كثيرة:

1. حشيات بالتثبيت السريع لتسهيل الصيانة. استبدال الحشيات من أكثر الأعمال إرهاقًا لفرق الصيانة. وتستخدم Accessen حشيات تُثبّت بالمشابك (clip-on) دون حاجة إلى لاصق، مما يبسّط الفك وإعادة التركيب كثيرًا. ومع تصميم يمنع التسرب، يطيل ذلك عمر الحشيات ويجعل التنظيف الدوري أسهل بكثير، فتنخفض تكاليف العمالة ومدة التوقف.
2. تصاميم ألواح تحوّل هبوط الضغط إلى أداء. تضحي مبادلات كثيرة بانتقال الحرارة لتقليل المقاومة. وبالمقاس نفسه للفتحات، توفر Accessen ألواحًا بزوايا تموج وأعماق أخاديد ونسب طول إلى عرض مختلفة، حتى يُستفاد من هبوط الضغط المتاح بالكامل. وتنشر منطقة التوزيع المحسنة التدفق بالتساوي على اللوح وتزيل المناطق الميتة التي تتراكم فيها الترسبات. وتولد التموجات اضطرابًا قويًا في التدفق وتسمح بفرق حرارة أدنى لا يتجاوز 0.5–1 °C، فتُسترد الحرارة المفيدة كلها تقريبًا.
3. السلامة والموثوقية في ظروف التشغيل القاسية. لتطبيقات التحلية المسببة للتآكل وعالية الضغط، تتوفر الألواح من AISI 304 و316 و316L والتيتانيوم و254 SMO. وتحافظ عناصر ذاتية القفل في الزوايا الأربع لكل لوح على اصطفاف حزمة الألواح خلال دورات التسخين والتبريد المتكررة. وصُممت الوحدات لما يصل إلى 200 °C و25 بار، وتتعامل وحدات فردية في رأس قرطاس مع أحمال حرارية تصل إلى 7,341 كيلوواط.

نطاق الاختيار

بالنسبة إلى فرق الهندسة والمشتريات، الحدود الرئيسية لمبادلات Accessen اللوحية الصناعية ذات الحشيات هي:

• معدل تدفق حتى 5,000 م³/ساعة
• ضغط تصميم حتى 25 بار
• حمل حراري حتى 80 ميغاواط
• درجة حرارة تشغيل حتى 200 °C، مع فرق حرارة أدنى لا يتجاوز 0.5–1 °C
• مواد الألواح: AISI 304 و316 و316L والتيتانيوم و254 SMO وغيرها
• السلاسل النموذجية: AU وAN وAS وAP وAC

كيف تُسترد الحرارة في محطة MED

في محطة MED يتكثف بخار التسخين في كل تأثير ويطلق حرارته الكامنة، فتتبخر بها كمية من مياه البحر على الجانب الآخر من سطح انتقال الحرارة. ويصبح البخار الناتج بخار التسخين للتأثير التالي، ويصبح البخار المتكثف ماءً مقطرًا هو المنتج. ويُكثّف بخار التأثير الأخير في مكثف نهائي.

ولأن الألواح تولد اضطرابًا قويًا في التدفق، يحافظ المبادل الحراري اللوحي على معامل انتقال حرارة مرتفع حتى عند السرعات المنخفضة. وعند دمج عملية MED مع محطة كهرباء فإنها تستخدم البخار القادم من التوربينات. وترى Accessen أن هذا الإنتاج المشترك للكهرباء والمياه من أكثر طرق التحلية كفاءة في استخدام الطاقة، مع كثافة رأسمالية منخفضة نسبيًا.

القديم مقابل الجديد

• قبل: مع المعدات التقليدية كانت القنوات تنسد بسهولة، وكان التنظيف يتطلب مواد كيميائية أو جلسات طويلة بنفاثات المياه عالية الضغط. وكانت الحشيات تتقادم وتتسرب، مع خطر اختلاط المائعين.
• بعد: مع المبادلات اللوحية ذات الحشيات من Accessen اختفت المناطق الميتة التي تتراكم فيها الترسبات، وأصبحت سرعات التدفق مناسبة، وقصرت فترات التوقف للصيانة. وتحقق الحشيات التي لا تحتاج إلى لاصق إحكامًا أكثر موثوقية، وتنشر منطقة التوزيع المحسنة التدفق بالتساوي.

من رأس قرطاس في قطر إلى المرحلة الثانية لمجموعة Shougang في تساوفيديان ومصنع Baosteel في تشانجيانغ، أثبتت مبادلات Accessen الحرارية جدارتها في تحلية المياه والصناعات الثقيلة. وهي تُستخدم في توليد المياه العذبة على متن السفن، وفي محطات الكهرباء بما فيها النووية، وفي البتروكيماويات، وفي التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. وللاطلاع على المجموعة الكاملة، راجع المبادلات اللوحية ذات الحشيات من سلاسل AU وAN وAS وAP وAC من Accessen.