اختراق جديد في توفير الطاقة والماء في صناعة الكيماويات من الفحم: “نظام التبريد بالهواء المغلق وتدوير مياه التبريد” من شركة هوبي تشونغشين”

Thread Content

1. الخلفية التطبيقية: في عام 2012، وضعت “آراء مجلس الدولة بشأن تطبيق أكثر أنظمة إدارة الموارد المائية صرامة” استخدام الموارد المائية وكفاءتها في مركز أساسي وجوهري لتطوير مختلف الصناعات. **حددت الخطة الخمسية الثانية عشرة بوضوح مؤشرات استهلاك المياه في صناعة الكيماويات النفطية، حيث لا يجب أن يتجاوز استهلاك المياه لكل طن من الفحم المعالج 3 أطنان. أما الوضع الحالي لشركات الكيماويات الفحمية في البلاد، فإن معدل استهلاك المياه يبلغ في المتوسط 5 أطنان من المياه لكل طن من الفحم المستخدم في الإنتاج. يُظهر تحليل مؤشرات استهلاك المياه في وحدات شركات الكيماويات النفطية أن نظام التبريد الدوراني هو أكبر مستهلك للمياه، حيث يشكل حوالي 60% من إجمالي كمية المياه المستخدمة. والطريقة المستخدمة في التبريد هي نظام التبريد الدوراني المفتوح، وهي طريقة فعالة في التبريد، لكنها تتطلب استهلاك كميات كبيرة من المياه. مع تسارع وتيرة التنمية في الغرب، زاد عدد مشاريع الكيماويات القائمة على الفحم في المنطقة الشمالية الغربية أيضًا، مما أدى إلى زيادة الطلب على المياه. لكن منطقة الشمال الغربي تعاني من نقص الموارد المائية، كما أن تكلفة تشغيل أبراج التبريد المفتوحة مرتفعة للغاية. من ناحية أخرى، فإن درجات الحرارة في هذه المنطقة منخفضة وسرعة الرياح عالية، مما يجعل استخدام أجهزة التبريد الهوائي خيارًا مناسبًا للغاية. إن دراسة تقنيات توفير المياه في أنظمة التبريد الدوري تعتبر أحد الاتجاهات المهمة لتحقيق أهداف استهلاك المياه في صناعة الكيماويات القائمة على الفحم وفقًا للخطة الخمسية الثانية عشرة. الاستخدام الرشيد للمياه وتوفيرها يعتبران من الأعمال الهامة لشركات الصناعات الكيماوية للفحم في توفير الطاقة والحد من الاستهلاك، وكذلك خفض الانبعاثات وزيادة الكفاءة. في الوقت نفسه، يكتسي ترشيد استخدام المياه أهمية استراتيجية كبيرة في تخفيف ندرة الموارد المائية وضمان التنمية المستدامة للاقتصاد الوطني. ينص مخطط سياسات تقنيات ترشيد استخدام المياه في الصين على أن “ترشيد استخدام المياه واستخدامها بكفاءة هما السبيل الأساسي لحل التناقض بين العرض والطلب على المياه”. جوهر ترشيد استخدام المياه هو تحسين كفاءة وفعالية استخدامها. **يجب التحلي بالترشيد في استخدام المياه. التمسك بمفهوم التنمية العلمي، وإيلاء أهمية أكبر لترشيد استهلاك المياه. **تشجيع البحث والتطوير والتطبيق للتقنيات والعمليات الجديدة والمعدات الرئيسية في مجال ترشيد استهلاك المياه. ويُنص صراحةً في المخطط على “تطوير تقنيات معالجة مياه التبريد الدورانية الفعالة، ونشر تقنية التبريد الدوراني المغلق”. 2. نظام مياه التبريد بالتبريد الهوائي المغلق: استجابةً لسياسات ترشيد استخدام الطاقة وتقليل الانبعاثات، ولدعم تطور الشركات التي تستهلك كميات كبيرة من المياه في المناطق الجافة، قامت شركة هوبي تشونغشينغ المحدودة (المعروفة سابقًا باسم ووهان تشونغشينغ للطاقة، ويشار إليها فيما يلي باسم “هوبي تشونغشينغ المحدودة”) بتطوير نظام مياه التبريد بالتبريد الهوائي المغلق بشكل مستقل. استبدال نظام تبريد المياه التقليدي “ذو الدورة المغلقة” بنظام مبتكر من نوع “دورة تبريد هوائية مغلقة”， كما يتم استبدال أبراج التبريد التقليدية بأجهزة تبريد هوائي ذات طبقة مائية فعالة من حيث استهلاك الطاقة، أو أجهزة تبريد هوائي مركبة. وهذا يضمن درجة حرارة مناسبة لمياه التبريد لتلبية متطلبات العمليات المختلفة، كما يسمح بالتشغيل المستمر على المدى الطويل، بالإضافة إلى توفير المياه والطاقة وتقليل الانبعاثات، والحد من تراكم الرواسب على المعدات، مما يُطيل عمر هذه المعدات. نظام تبريد المياه بالتدوير المغلق يدمج بين التبريد بالماء والتبريد الهوائي، وبين عمليات نقل الحرارة ونقل المواد، وهو نظام جديد فعال وموفر للطاقة لتبريد المياه. 2.1. خصائص العملية: يتم استخدام ماء ناعم أو ماء مقطر كماء تبريد في نظام التبريد بالتبريد الهوائي المغلق، حيث يقوم هذا الماء بامتصاص الحرارة من أجهزة التبادل الحراري في العملية. بعد ارتفاع درجة حرارته، يدخل الماء إلى أنابيب جهاز التبريد بالتبريد الهوائي ذو الغشاء المائي أو الجهاز المركب للتبريد الهوائي (انظر الشكل أدناه، ويُشار إليه اختصارًا باسم “جهاز التبريد الهوائي”). أولاً، يدخل الماء إلى قسم الأنابيب ذات الريشات (وهو موجود في الجهاز المركب للتبريد الهوائي) ليتم تبريده مسبقًا، ثم يدخل إلى قسم الأنابيب المخصصة للرش، حيث يتم امتصاص المزيد من الحرارة من قبل الهواء الخارجي وماء الرش. بعد ذلك، يتم رفع ضغط الماء باستخدام مضخة التدوير، ليصل إلى أجهزة التبادل الحراري في العملية. يتم استخدام الماء الناعم في أنظمة الدوران المغلقة، دون أن يتلامس مع الهواء الخارجي، حيث يتم من خلاله نقل الحرارة عبر عمليات الامتصاص والإطلاق. نظرًا لاستقرار جودة المياه المخففة في الدورة المغلقة أو مياه إزالة الأملاح، فإن هناك خسائر ضئيلة جدًا، ويتم تعويضها فقط بكمية صغيرة من المياه المخففة التي تُفقد بسبب التسريبات في معدات النظام. مبرد هوائي بغشاء مائي موفر للطاقة، مبرد هوائي مدمج. عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة، يتم تشغيل المروحة ومضخة المياه الرذاذية في نفس الوقت. تقوم مضخات المياه بضخ المياه إلى نظام توزيع المياه الموجود فوق أنابيب التبادل الحراري، حيث تتدفق المياه لأسفل نحو أنابيب التبادل الحراري، مما يؤدي إلى تكوين طبقة مائية متساوية على سطح الأنابيب. تقوم هذه الطبقة المائية بامتصاص الحرارة من داخل الأنابيب، ثم تتبخر وتتحول إلى بخار. الحرارة الكامنة لتبخر الماء ** تتجاوز الحرارة الحسية اللازمة لرفع درجة حرارته، وبالتالي فإنها تعزز بشكل كبير عملية نقل الحرارة بأكملها وتقلل من مساحة التبادل الحراري. نظرًا لدخول الماء المتبخر إلى الهواء، فإنه بعد إزالة قطرات الماء المحمولة فيه بواسطة جهاز إزالة الماء عند المخرج، يتدفق عبر الأنابيب ذات الزعانف إلى الغلاف الجوي. يتساقط معظم ماء الرش إلى خزان المياه لإعادة استخدامه، وأثناء سقوطه يبرد الماء بفعل الهواء. مع انخفاض درجة الحرارة، يمكن تقليل عدد المراوح ومضخات الرش، أو تقليل سرعة دوران المراوح عبر تغيير التردد لتعديل كمية الحرارة المنتقلة، وبالتالي الحفاظ على استقرار درجة حرارة الماء الخارج. من خلال تصميم تبادل الحرارة، يمكن إيقاف مياه الرش عند درجات الحرارة 0°م، و5°م، و10°م، و15°م. في هذه الحالة، يعمل جهاز التبريد الهوائي كجهاز تبريد هوائي جاف من نوع يستخدم الهواء لنقل الحرارة. في مشروع إنتاج الميثانول من الفحم التابع لمجموعة داتونغ تونغمي، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من 0 درجة مئوية، لا حاجة لرش الماء، **مما يوفر استهلاك المياه**. 2.2. المزايا التقنية: يتمتع نظام تبريد الماء بالدورة المغلقة والتبريد الهوائي بالعديد من المزايا مقارنةً بأنظمة تبريد الماء الصناعية التقليدية، كما هو موضح في الجدول أدناه. مزايا نظام تبريد الماء بالدورة المغلقة والتبريد الهوائي؛ عيوب أنظمة التبريد الصناعية التقليدية. لا توجد قيود على اختيار موقع المصنع؛ اختيار الموقع يرتبط بشكل كبير بمصدر الماء. استخدام التبريد الهوائي والمائي معًا يقلل من استهلاك الماء بشكل فعال؛ الاعتماد الكامل على التبريد المائي يؤدي إلى استهلاك كبير للماء. الدورة المغلقة تحافظ على استقرار جودة الماء، مما يزيد من كفاءة ونجاعة أجهزة تبادل الحرارة؛ جودة الماء في الدورة المفتوحة غير مستقرة، مما يؤدي إلى ترسبات وتآكل في أجهزة تبادل الحرارة. الصيانة بسيطة وتكاليف التشغيل منخفضة؛ الصيانة معقدة وتكاليف التشغيل مرتفعة. كمية المياه المُطرحَة قليلة، مما يفيد البيئة؛ كمية المياه المُطرحَة كبيرة، مما يتطلب استثمارات كبيرة في معالجة المياه. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي، يظل هناك قدرة تبريد جزئية؛ عند انقطاع التيار الكهربائي، يتوقف الإنتاج بالكامل. 2.3. المزايا الاقتصادية: وفقًا للتصميم التقليدي، فإن محطة تبريد الماء ذات السعة 20000 م³/ساعة، عند استخدام نظام التبريد بالدورة المغلقة والتبريد الهوائي، تظهر مزايا واضحة مقارنةً بأنظمة التبريد المفتوحة وأنظمة التبريد المغلقة التقليدية، من حيث السعة التصميمية والاستثمار في المعدات وبيانات الاستهلاك، كما هو موضح في الجدول أدناه. المشروع | استثمار التركيب (ألف يوان) | استهلاك المواد الكيميائية (كجم/ساعة) | استهلاك الطاقة الكهربائية (كيلوواط) | متوسط استهلاك الماء (م³/ساعة) | تكاليف التشغيل* (ألف يوان/سنة)
---|---|---|---|---|---
نظام تبريد الماء التقليدي المفتوح | 3700 | 6.2 | 4350 | 410 | 5726
نظام تبريد الماء المغلق بالتبريد الهوائي | 6900 | 3.1 | 5550 | 205 | 4213

ملاحظة*: تكاليف التشغيل = تكلفة المواد الكيميائية + تكلفة الكهرباء + تكلفة الماء، ويتم الحساب باستخدام الأسعار التالية: 10 يوان/كجم للمواد الكيميائية، و0.5 يوان/كيلوواط ساعة للكهرباء، و12 يوان/م³ للماء (وفقًا لبيانات إحدى الشركات في منطقة منغوليا الداخلية). يمكن لنظام تدوير المياه المبردة بالهواء المغلق أن يوفر 15.13 مليون يوان سنويًا من تكاليف التشغيل مقارنةً بنظام تدوير المياه المفتوح التقليدي، ويمكن استرداد الاستثمار في غضون 2 إلى 3 سنوات. ٣. إنجازات الشركة البحثية على مر السنين، ظلت شركة هوبي تشونغشنغ المحدودة ملتزمة بالابتكار، وبفضل الجهود المشتركة لفريق التصميم والبحث والتطوير، تم تحسين نظام تبريد الماء بالدورة المغلقة والتبريد الهوائي باستمرار، مما أدى إلى تحقيق الإنجازات التقنية التالية. 1. استخدام نظام التبريد المشترك لتحقيق أفضل نتائج في توفير المياه (ZL200910062950.6). وبالنظر إلى الخصائص المناخية في بلادنا، حيث يكون الجو باردًا في الشتاء وحارًا في الصيف، فإن استخدام منتجات شركة هوبي زونغشينغ المسجلة كبراءات اختراع، وهي أجهزة التبريد المشترك، يساعد على تقليل استهلاك المياه المستخدمة في عملية الرش. ففي الصيف، يتم تشغيل أجهزة الرش مع أجهزة التبريد الجافة، أما في الشتاء فيتم إيقاف أجهزة الرش واستخدام أجهزة التبريد الجافة فقط. أما في الربيع والخريف، فيتم تشغيل أجهزة الرش حسب الحاجة، أو بكميات قليلة، مع تعديل كمية الهواء وزاويته. تُظهر التجارب العملية لتشغيل المنتجات في هذا المشروع أن معدل استهلاك المياه في هذا النظام يبلغ 0.9% فقط، بينما يبلغ معدل استهلاك المياه في أنظمة التبريد الصناعية التقليدية ذات الحجم المماثل في المتوسط 2.5%. يمكن لمنتجات النظام أن توفر من المياه ما بين 30% إلى 70% مقارنة بأنظمة التبريد الصناعية التقليدية. حاليًا، تم تطبيق هذه الابتكار بنجاح في المناطق الشمالية الغربية والشمالية الشرقية من بلادنا، حيث يمكن لأنظمة التبريد ذات الدورة المغلقة التابعة لشركة “زونغشينغ” في مشروعات توليد الطاقة من غاز الفحم في يولين بمقاطعة شانشي وكايجيا في مقاطعة شانشي، أن توقف تدفق المياه عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. كما ستكون شركة “زونغشينغ” سباقة في تطبيق التقنية الجديدة التي تسمح بوقف تدفق المياه عند درجة حرارة أقل من 15 درجة مئوية، في مشروع التصنيع المتقدم للفحم في أوردوس بمنطقة منغوليا الداخلية الذي سيبدأ قريبًا. 2. تعديل تدفق نظام الرش (ZL201420522388.7): يستخدم نظام الرش في أجهزة التبريد بالتبخر الموجودة حاليًا نظام توزيع المياه عبر أنابيب رئيسية وفرعية، كما يتم تركيب رؤوس الرش على الأنابيب الفرعية. يتم تركيب نظام أنابيب الرش في الجزء العلوي من مجموعة أنابيب المبرد الهوائي، حيث يتدفق الهواء والماء في اتجاهين معاكسين خارج مجموعة الأنابيب. في الحزمة العلوية، يتم التلامس بين الماء والأنابيب بشكل متساوٍ، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة نقل الحرارة. في الجزء السفلي من مجموعة الأنابيب، وبسبب تدفق الماء، يكون التلامس بين الماء والأنابيب غير متساوٍ. كما أن عدم اشباع الهواء وارتفاع كمية الهواء يؤديان إلى توزيع غير متساوٍ للماء في الجزء السفلي من الأنابيب، مما يؤدي إلى ظهور نقاط جافة. ويتدفق الماء من مجموعة الأنابيب العلوية إلى مجموعة الأنابيب السفلية، وبسبب امتصاصه للحرارة، ترتفع درجة حرارته تدريجياً، مما يزيد من احتمالية تكون الرواسب. وفي التشغيل الفعلي، يمكن ملاحظة تكون رواسب شديدة على مجموعة الأنابيب السفلية. قامت شركة هوبي تشونغشنغ المحدودة، على أساس التصميم الأصلي، بإضافة نظام رش تحت حزمة الأنابيب، حيث يتم رش الماء مباشرةً على أنابيب التبادل الحراري السفلية لمنع ظهور نقاط جافة على الجدار الخارجي لهذه الأنابيب، كما يساعد ذلك في التخفيف الفعال من ترسبات الكلس عليها. ويمكن ضبط معدل تدفق الماء في نظام الرش السفلي عبر صمام تنظيم التدفق ； يتم إضافة خزان تخفيف الضغط عند مخرج مضخة المياه للرش، لتثبيت ضغط نظام الرش، مما يساعد على التخفيف بشكل فعال من تقلبات الضغط في أنابيب الرش العلوية والسفلية الناتجة عن تنظيم التدفق. 3. إدخال مواد مالئة لتحسين كفاءة التبادل الحراري (ZL201420522389.1) تعتمد برجات التبريد المغلقة بشكل أساسي على الهواء كمصدر لتبادل الحرارة، مما يجعل من الصعب خفض درجة حرارة وسط التبريد إلى ما دون درجة حرارة البيئة المحيطة. لمعالجة هذه المشكلة، صممت شركة هوبي تشونغشنغ إدخال حشوة برج التبريد في برج التبريد المغلق، وذلك لزيادة كفاءة تبادل الحرارة عن طريق خفض درجة حرارة ماء الرش. باستخدام هذه الطريقة، يمكن خفض درجة حرارة وسط التبريد بمقدار 2-3 درجات مئوية مقارنةً بأنظمة تبريد المياه المغلقة العادية، لتحقيق نفس تأثير التبريد الذي تحققه أنظمة تبريد المياه المفتوحة. حاليًا، تستخدم شركة هوبي زونغشينغ للأسهم هذا النظام في مشروع الاستخدام النظيف للفحم الغني بالكبريت في لوآن بمقاطعة شانشي. 4. الأداء التطبيقي: يتم حاليًا استخدام أنظمة تبريد المياه ذات الدورة المغلقة التي صممتها وأنتجتها شركة هوبي تشونغشنغ على نطاق واسع في مجالات المعادن والبتروكيماويات والطاقة والصناعات الكيميائية. كما هناك العديد من الحالات الناجحة لاستخدام هذه الأنظمة في مجال الكيماويات القائمة على الفحم، ويمكن رؤية بعض نتائج الأداء في الجدول أدناه. الرقم التسلسلي العميل اسم الجهاز عدد الوحدات 1 شركة تشونغمي لصناعات الكيماويات الفحمية في شانشي، يوهنغ نظام تبريد مائي مغلق بالتبريد الهوائي 2 2 شركة تونغمي غوانغفا للصناعات الكيماوية المحدودة نظام تبريد مائي مغلق بالتبريد الهوائي 38 3 شركة شانشي كايجيا لتوليد الطاقة من غاز الفحم المحدودة نظام تبريد مائي مغلق بالتبريد الهوائي 2 4 شركة شانشي لوآن لزيت القائم على الفحم برج تبريد مغلق 3 5 مجموعة شانشي لوآن لاستخدام الفحم ذو المحتوى الكبريتي العالي بشكل نظيف برج تبريد مغلق 63 6 شركة تشونغتيان هيتشوانغ لمعالجة الفحم المتقدمة في أوردوس نظام تبريد مائي مغلق بالتبريد الهوائي 38 العنوان: الطابق الرابع، البرج A، مبنى جوشيان، مركز الشركات الدولي، طريق غوانغو، منطقة تطوير بحيرة الشرق، مدينة ووهان، مقاطعة هوبي الهاتف: 027-87526852 / 027-87526979 / 027-87797047 الفاكس: 027-67845121 الرمز البريدي: 430074 الموقع الإلكتروني: www.whzseco.com البريد الإلكتروني: whzsco@163.com (المصدر: شركة هوبي تشونغشين المحدودة)