تحليل وآلية التسرب الناجم عن التجميد في مبادلات حرارة الطبق المتصدع

Original: ENGLISH HEXNOVAS المادة

تحليل وآلية التسرب الناجم عن التجميد في مبادلات حرارة الطبق

تحليل وآلية التسرب الناجم عن التجميد في مبادلات حرارة الطبق المتصدع

1. أولا - مقدمة

وتستخدم مبادلات التدفئة على نطاق واسع في التبريد، ومضخات الحرارة، والتبريد الصناعي، واسترداد الطاقة بسبب هيكلها المدمج وكفاءتها العالية في نقل الحرارة. غير أنه في ظل ظروف منخفضة الحرارة، قد يؤدي منطق السيطرة غير السليمة أو ظروف التشغيل غير الشاذة إلى تجميد متوسط العملية داخل المبادلات.

التجميد هو طريقة فشل عالية المخاطرة وكثيرا ما يحدث فجأة، ويتسبب في أضرار ميكانيكية شديدة، ولا يمكن عكس اتجاهها عادة. وبمجرد حدوث تشوهات في الهيكل الداخلي، يمكن أن يتطور الوصل بين الدوائر.

2. الظروف التي تؤدي إلى التجميد

نقطة التجميد المتوسطة

• مياه التبريد أو المياه المخففة المستخدمة بدلاً من التجمّد
• تركيز مضادات التجميد أقل من المطلوب
• نقطة التجميد الفعلية أعلى من افتراض التصميم

غير كاف أو متدفق غير مسمى

• معدل التدفق دون الحد الأدنى من المواصفات
• مساحات محلية أو مسببات
• توزيع غير مسمى
• انخفاض السرعة أثناء البدء أو الإغلاق

نظام المراقبة

• إمدادات المبردات الزائدة
• الاستجابة في صمامات درجة الحرارة المؤجلة
• حواجز مضادة للتجميد لم تُنشَط

حتى لو بقيت درجة حرارة منفذ فوق 0°Cوقد تصل أسطح الصفائح المحلية إلى درجات حرارة تحت الصفر، وهذه " البقع القديمة " هي أكثر الأماكن شيوعاً، ولكن كثيراً ما تغفل عن الزناد المتجمد.

3. آلية وقف إطلاق النار

3.1 التوسع في الجليد

وتوسع المياه نحو 9 في المائة خلال التجميد. وداخل قنوات الطبق الضيقة، يولد هذا التوسع ضغطاً محلياً عالياً للغاية.

لأن سماكة الصفائح عادة 0.3 إلى 0.6 ملم، يمكن أن يسبب التجميد:

• التحميل الميكانيكي المباشر على أسطح الصفائح
• التشويه البلاستيكي
• الدقائق الدقيقة عند نقاط تركيز الإجهاد

3.2 التشهير الدائم وفقدان النزاهة في الملاحة

وعادة ما يبدأ التجميد محلياً وينشر على امتداد المناطق المنخفضة التدفق أو المناطق الرطبة. وقد يؤدي ذلك إلى ما يلي:

• التفجر أو التثبيط
• التغير الدائم في المباعدة بين القنوات
• زيادة الضغط على المفاصل المُحمَّلة أو المُحْمَلة

بعد التثبيت، لا تعود اللوحات إلى الهندسة الأصلية، مما يخلق مخاطر التسرب المتأخر.

3.3 خصائص التسرب

• الضرر يقتصر على لوحات أو عدة
• التسرب المحلي بدلا من العشوائية
• التسرب الأولي قد يكون طفيفاً
• ارتفاع معدلات التسرب أثناء استمرار العملية

وفي مبادلات حرارة باللوحات المُحمَّلة أو المُغلَقة بالكامل، لا يمكن عموماً إصلاح الضرر المجمّد ويتطلب استبدالاً كاملاً.

4. لماذا تتجمد الأضرار تظهر فجأة

وخلافا للتآكل أو الإهمال، فإن التجميد هو آلية ميكانيكية فورية للفشل.

• يمكن أن يحدث خلال حدث غير طبيعي واحد
• مجموع ساعات التشغيل قد تكون منخفضة
• يمكن أن يصبح التسرب مرئياً فقط بعد التهوية

ولذلك، فإن التسرب بعد فترة وجيزة من التكليف لا يستبعد التجميد باعتباره السبب الجذري.

5. عوامل المساهمة النموذجية

• يختلف متوسط التشغيل عن الأساس التصميمي
• تركيز غير كاف مناوئة للتجميد
• زيادة القدرة على التبريد مع تأخير التنظيم
• دورات إيقاف بدء التشغيل المتكررة
• الدافع الداخلي إلى الحد من التدفق المحلي

6. توصيات الوقاية والهندسة

التحقق من نقطة التجميد

• نوع وتركيز مضادات للتجميد
• حساب ظروف التشغيل الحقيقية

ضمان الحد الأدنى لمعدلات الإنفاق

• لا تعمل أبداً تحت الحد الأدنى لتدفقات الصانع
• المناطق الرطبة

تحسين منطق الحماية

• حواجز متفرقة بين درجات الحرارة المنخفضة
• وقف التشغيل الآلي لمصدر التبريد
• تشغيل مضخة التداول القسري

الحفاظ على سلامة مارجين

• درجة حرارة المنافذ المصممة مع ارتفاع الهامش فوق التجميد
• تجنب التشغيل المستمر قرب نقطة التجميد

العلاقة بين تصميم مبادلات تبديل النفايات وتجميد المخاطر

الاستنتاجات الرئيسية

• وتزداد درجة حساسية مبادلات التدفئة في الطوابق في جوهرها للتجميد من المبادلات الحرارية التي تُدفع بالطلقات والتدفئة بسبب الخصائص الهيكلية.
• ويمكن أن تؤدي معايير التصميم إلى زيادة مخاطر التسرب المتصلة بالتجميد أو التخفيف من حدتها بدرجة كبيرة.

عوامل التصميم ذات الصلة المباشرة بتجميد المخاطر

1. الركود

ويحسن سماكة الصفائح النموذجية من 0.3 إلى 0.6 ملم نقل الحرارة، ولكنه يقلل من مقاومة الإجهاد الميكانيكي. ويمكن أن يتجاوز التوسع الجليدي قوة الغلة ويتسبب في تشوه دائم.

2 - ثغرة القنوات والكيمياء الجيولوجية

• فجوة القنوات النموذجية: 2-4 ملم
• تركيز العديد من نقاط الاتصال على الإجهاد
• قوة التوسع تعمل مباشرة على سطح الطبق
• ضغط كبير على ذروة شيفرون ومفاصل مُتحمّلة

3. منطقة توزيع التدفقات

وغالبا ما تكون مناطق التوزيع القريبة من الموانئ أقل سرعة. وهذه المناطق معرضة لبقع باردة ولبدء التجميد، ولا سيما في ظل ظروف منخفضة التدفق.

4. ترتيب التصاريح وتشغيل الكائنات الحية

• التجاوزات المتعددة: ارتفاع السرعة ولكن انخفاض الضغط العالي
• ممر واحد: انخفاض الضغط ولكن أكثر حساسية لعملية منخفضة الحمولة

وإذا كانت العملية الفعلية تحدث في كثير من الأحيان عند انخفاض التدفق، فإن المخاطرة المجمدة تزداد حتى عندما يكون التصميم سليما نظريا.

5 - هامش السلامة المتجمد

• درجة حرارة المخرج قريبة جداً 0°C زيادة المخاطر
• الحد الأقصى للألغام المختار قرب الحدود النظرية يقلل من الهامش
• قد يتسبب خطأ في التوثيق وتأخر الرقابة في التجميد على الصعيد المحلي

وإذا لم يُدرج هامش الأمان الكافي والتحقق من الحد الأدنى للتدفق، يصبح خطر التجميد في مرحلة التصميم.

خاتمة

والتسرب المتصل بالتجمد في مبادلات حرارة الصحون هو فشل ناجم ميكانيكياً عن تغير المرحلة. ويرتبط وجودها ارتباطا وثيقا بشروط التشغيل، ومنطق السيطرة، وتصميم المبادلات.

وبمجرد حدوث التجميد، قد يكون هناك بالفعل ضرر هيكلي لا رجعة فيه. ولذلك، يجب أن يُعامل التجميد على أنه خطر هندسي بالغ الأهمية خلال مرحلتي التصميم والتشغيل على السواء.