متطلبات نظام التبريد الجديد لمولدات الهواء المضغوط/الديزل الحيوي الهجين

غالبًا ما يتم وصف تحويل مجموعة المولدات إلى HVO، أو وقود الديزل الحيوي المعتمد على FAME، أو مزيج من الاثنين على أنه انتقال بسيط. بالنسبة لنظام الوقود، هذا الوصف دقيق إلى حد كبير. بالنسبة لنظام التبريد، هذا صحيح جزئيًا فقط. يقدم تشغيل الوقود الحيوي مجموعة محددة من اعتبارات التوافق الحراري والكيميائي والمادي التي - إذا تم تجاهلها - يمكن أن تقلل من عمر خدمة الرادياتير، وتؤثر على أداء سائل التبريد، وتخلق أحداث سخونة غير متوقعة في أسوأ لحظة ممكنة.

كيف يغير HVO والديزل الحيوي الملف الحراري للمحرك

يشترك زيت HVO (الزيت النباتي المعالج بالهيدروجين) والديزل التقليدي في بنية هيدروكربونية مشابهة جدًا. من الناحية العملية، ينتج المولد الذي يعمل بنسبة 100% من الهواء المضغوط (HVO) حمولة رفض الحرارة في حدود 2-3% تقريبًا من خط الديزل الأساسي الخاص به - فرق صغير جدًا بحيث لا يتطلب تغيير حجم الرادياتير في معظم التركيبات. السبب الرئيسي هو انخفاض كثافة الطاقة قليلاً في الهواء الطلق (حوالي 34.4 ميجا جول/لتر مقابل 35.7 ميجا جول/لتر للديزل)، مما يسبب زيادة هامشية في استهلاك الوقود لكل كيلووات ساعة مولدة، وبالتالي زيادة هامشية في إجمالي الحرارة المرفوضة إلى دائرة التبريد.

يتصرف وقود الديزل الحيوي المعتمد على FAME (حمض الميثيل الدهني) بشكل مختلف. يغير تركيبه الجزيئي المحتوي على الأكسجين خصائص الاحتراق بطرق تهم مهندسي نظام التبريد:

• درجات حرارة احتراق أعلى عند الحمل المتوسط: يدعم محتوى الأكسجين في جزيئات FAME احتراقًا أكثر اكتمالاً، والذي يمكن أن يرفع درجات حرارة الذروة داخل الأسطوانة ويحول نسبة أكبر من الحرارة إلى دائرة المبرد بدلاً من تيار العادم.
• زيادة استهلاك الوقود في خلطات FAME العالية: تُظهر خلطات B20 (20% FAME) عادةً زيادة في استهلاك الوقود بنسبة 1-2%. يمكن أن يظهر B100 زيادات بنسبة 8-12%، تتناسب بشكل مباشر مع حمل رفض الحرارة الإضافي المفروض على الرادياتير.
• عدم استقرار نسبة المزيج في التشغيل الهجين: مجموعات المولدات التي تعمل على خلطات HVO/FAME المتغيرة - حيث تتغير نسبة المزج بين عمليات توصيل الوقود - سوف تواجه حملًا حراريًا متقلبًا. قد تعمل المشعاعات ذات السعة الثابتة بحجم الديزل على مسافة أقرب إلى هامشها مما يدركه المشغلون.

الاستنتاج العملي: تشغيل نظام التدفئة والتبريد (HVO) فقط لا يتطلب تغيير حجم نظام التبريد. يمزج FAME فوق B20، لا سيما في تطبيقات الطاقة الأولية التي تعمل عند حمل عالٍ مستمر، مما يضمن إعادة حساب رسمي لرفض الحرارة قبل الالتزام بتبديل الوقود.

توافق المبرد: ما الذي يتغير مع تشغيل الوقود الحيوي

يعتبر المبرد نفسه هو الجانب الأكثر إغفالًا في عملية التحول إلى الوقود الحيوي. تصل معظم مجموعات المولدات من المصنع مملوءة بمبرد تكنولوجيا الإضافات غير العضوية التقليدية (IAT)، والذي يستخدم مثبطات السيليكات والفوسفات لحماية الأسطح المعدنية. تم تصنيع هذه المثبطات من أجل كيمياء احتراق الديزل، وهي تتفاعل بشكل سيئ مع تلوث وقود الديزل الحيوي FAME.

وقود الديزل الحيوي FAME استرطابي: فهو يمتص الرطوبة من الغلاف الجوي أثناء التخزين والتشغيل. في المحركات التي بها أي مسار احتراق يؤدي إلى دائرة سائل التبريد، يمكن أن تدخل كميات ضئيلة من منتجات أكسدة FAME - في المقام الأول الأحماض العضوية قصيرة السلسلة - إلى سائل التبريد. تعمل هذه الأحماض على تسريع استنفاد مثبطات السيليكات، مما يؤدي إلى خفض درجة حموضة سائل التبريد وتحويل السائل الواقي إلى سائل يسبب التآكل بشكل طفيف.

بالنسبة لأي مجموعة مولدات تعمل على خلطات FAME أعلى من B10، قم بترقية مواصفات سائل التبريد إلى OAT (تقنية الأحماض العضوية) أو HOAT (Hybrid OAT) قبل إجراء تبديل الوقود. تستخدم مبردات الشوفان مثبطات الكربوكسيل المقاومة كيميائيًا للتلوث بالأحماض العضوية، وتحافظ على درجة حموضة ثابتة عبر نطاق أوسع من الظروف، وتوفر حماية فائقة على المدى الطويل لأسطح المبادلات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم. كما أنها تعمل على تمديد فترات الخدمة من دورة IAT النموذجية التي تبلغ عامين إلى 4-5 سنوات، مما يقلل من تكاليف الصيانة.

بالنسبة لعملية التبريد بالماء فقط، تكون مواصفات سائل التبريد الحالية كافية بشكل عام، لكن الانتقال يمثل فرصة جيدة للتحقق من حالة سائل التبريد - التحقق من الرقم الهيدروجيني وتركيز المانع ونقطة التجمد - واستبدالها إذا كان عمر السائل أكثر من عامين.

اختيار مواد الرادياتير لبيئات الوقود الحيوي

لا تستجيب جميع المواد الأساسية للرادياتير بشكل متساوٍ لظروف تشغيل الوقود الحيوي. يكون التمييز أكثر أهمية عندما يكون وقود الديزل الحيوي FAME جزءًا من مزيج الوقود.

تستخدم نوى المبرد النحاسية التقليدية لحامًا ناعمًا (سبائك الرصاص والقصدير) لربط الأنابيب بالرؤوس. ينتج عن احتراق FAME كميات صغيرة من حمض الفورميك والخليك كمنتجات ثانوية للأكسدة. على مدى آلاف ساعات التشغيل، يمكن لهذه المركبات - حتى عند التركيزات الضئيلة في سائل التبريد - أن تهاجم مفاصل اللحام الناعمة، مما يتسبب في تدهور المفاصل التدريجي وتسرب سائل التبريد في نهاية المطاف في طبقات الأنبوب إلى الرأس. وضع الفشل هذا بطيء وغالبًا ما لا يتم اكتشافه حتى يظهر تسرب مرئي.

إن البناء الأساسي المصنوع من النحاس بالكامل هو اختيار المواد المفضل لمجموعات المولدات التي تعمل بالوقود المحتوي على FAME. تستخدم وصلات الألمنيوم النحاسية سبيكة حشو من الألومنيوم والسيليكون مقاومة كيميائيًا لبيئة الأحماض العضوية المرتبطة بتشغيل وقود الديزل الحيوي. توفر نوى الألومنيوم أيضًا نسبة قوة إلى وزن أفضل وموصلية حرارية فائقة مقارنةً بتصميمات النحاس والنحاس بأحجام أساسية مكافئة. بالنسبة للمنشآت التي تخطط لاستراتيجية طويلة المدى للوقود الحيوي، يجب تحديد المبرد المولد بالكامل من الألومنيوم منذ البداية يزيل خطر تآكل اللحام تمامًا.

بالنسبة للمولدات التي تحتوي على مشعات هجينة من الألومنيوم والبلاستيك - حيث يتم دمج قلب الألومنيوم مع خزانات طرفية من البوليمر - يتحول الاهتمام الأساسي إلى الحشية من الخزان إلى القلب ومواد الحلقة O. تتوافق أختام EPDM القياسية مع كل من HVO وFAME. ومع ذلك، يمكن أن تنتفخ الأختام المطاطية المصنوعة من النيوبرين أو النتريل وتلين عند تعرضها لخلطات عالية الجودة على مدى فترات طويلة. قبل الالتزام بمزيج B20 أو أعلى على المبرد المصنوع من الألومنيوم والبلاستيك، تحقق من مواصفات مادة الختم مع الشركة المصنعة للرادياتير. للحصول على تفاصيل مفصلة عن هيكل الألومنيوم والبلاستيك وسلوك التآكل في بيئات الوقود المختلفة، راجع موقعنا دليل تآكل المبرد الألومنيوم والبلاستيك .

تحجيم رفض الحرارة: هل تحتاج إلى مشعاع أكبر؟

هذا هو السؤال الذي يطرحه معظم المشغلين أولاً، وتعتمد الإجابة كليًا على نوع الوقود ونسبة المزج وملف تعريف حمل التشغيل.

إن عتبة تغيير الحجم لا تتعلق ببساطة بمتوسط الحمل، بل تتعلق بذروة الحمل المستمر. مجموعة المولدات التي تعمل بمتوسط ​​حمل 70% مع طفرات عرضية إلى الخرج الكامل قد تعمل بأمان على B20 مع المبرد الموجود بها. نفس الوحدة في دور الطاقة الرئيسي المستمر عند حمل 85-100٪ سيكون لها هامش حراري أضيق، وقد يؤدي رفض الحرارة الإضافي من مزيج B20 إلى دفع درجات حرارة سائل التبريد إلى منطقة التحذير في الأيام المحيطة الحارة.

بالنسبة لمنشآت الطاقة الأولية التي تخطط للعمل على مزيج FAME فوق B20، فإن الحساب الحراري المخصص باستخدام بيانات رفض الحرارة الخاصة بالشركة المصنعة للمحرك وفقًا لمواصفات الوقود المستهدفة هو الطريقة الوحيدة الموثوقة. بنيت لهذا الغرض مشعات مولد الطاقة الرئيسية تم تصميمها بعمق أساسي أعلى وكثافة زعانف متزايدة للتعامل تمامًا مع أحمال رفض الحرارة المرتفعة للخدمة المستمرة.

قائمة مراجعة التكيف العملية لمجموعات المولدات الموجودة

قبل أن يدخل الخزان الأول من مزيج الزيوت النباتية المهدرجة أو مزيج وقود الديزل الحيوي في الخدمة، اتبع الخطوات التالية للتأكد من أن نظام التبريد جاهز:

1. تحديد المواد الأساسية للرادياتير الخاص بك. يجب فحص النوى النحاسية ذات وصلات اللحام الناعمة بحثًا عن التآكل الموجود والنظر في استبدالها إذا كانت مجموعة المولدات ستعمل على مزيج FAME أعلى من B10 على المدى الطويل. جميع النوى النحاسية المصنوعة من الألومنيوم لا تتطلب أي تعديل.
2. التحقق من مواد الختم والحشية. تحقق من أختام خزان نهاية الرادياتير وجميع وصلات خرطوم التبريد. استبدل أي مكونات من النيوبرين أو النتريل بمكافئات EPDM قبل التحول إلى الوقود المحتوي على FAME.
3. قم بترقية مواصفات سائل التبريد إذا لزم الأمر. قم بتصريف سائل التبريد الموجود وشطفه في حالة التبديل من IAT إلى OAT/HOAT. لا تقم ببساطة بملء الخزان - يمكن أن يؤدي خلط المواد الكيميائية المثبطة إلى تسرب المثبط وتكوين الحمأة.
4. أعد حساب رفض الحرارة في حالة استخدام خلطات B20 أو أعلى. استخدم أرقام رفض الحرارة الواردة في ورقة بيانات المحرك والتي تم تعديلها لتناسب كثافة الطاقة المنخفضة للوقود ومعدل استهلاك الوقود المرتفع. قارن النتيجة مع قدرة التبريد المقدرة للرادياتير عند أقصى درجة حرارة محيطة.
5. راقب عن كثب خلال أول 250 ساعة عمل. بعد مفتاح الوقود، تتبع درجة حرارة سائل التبريد عند التحميل الكامل، وافحص أي تسرب جديد في وصلات الرادياتير ووصلات الخراطيم، وأعد فحص درجة حموضة سائل التبريد عند علامة 250 ساعة. تكتشف نافذة المراقبة الأولية هذه غالبية مشكلات التوافق قبل أن تتطور إلى أخطاء خطيرة.