يولد الفرن التعريفي كمية كبيرة من الحرارة أثناء التشغيل. إذا لم يتم تبديد هذه الحرارة بسرعة وفعالية, سوف يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المعدات, مما يؤثر على أدائها وعمرها, وحتى التسبب في حوادث السلامة. لذلك, يعد نظام التبريد عنصرًا لا غنى عنه وحاسمًا في فرن الحث.
ضرورة التبريد
عندما يعمل الفرن التعريفي, يتم إنشاء مجال مغناطيسي متناوب بواسطة التيار المتدفق عبر ملف الحث, الذي يحفز التيارات الدوامة داخل شحنة الفرن. يؤدي تأثير تسخين جول لهذه التيارات الدوامة إلى إذابة المعدن. معًا, مكونات مثل الملف التعريفي, جسم الفرن, المكثفات, وتولد الكابلات أيضًا فقدانًا للحرارة بسبب التدفق الحالي. إذا لم تتبدد هذه الحرارة في الوقت المناسب, سيؤدي إلى المشاكل التالية:
- ارتفاع درجة حرارة الملف التعريفي: يقلل من توصيلية الملف, يزيد المقاومة, يزيد من تكثيف توليد الحرارة, وربما يحرق الطبقة العازلة, مما يؤدي إلى دوائر قصيرة.
- تلف البطانة المقاومة للحرارة: درجة الحرارة المفرطة تسرع عملية الأكسدة, تآكل, وتكسير مواد البطانة المقاومة للحرارة, تقصير مدة خدمتها.
- فشل المكونات الكهربائية: تؤثر درجات الحرارة المرتفعة على أداء وموثوقية المكونات الإلكترونية للطاقة (مثل الثايرستور و IGBTs), ويمكن أن يسبب الضرر.
- تلف الكابل المبرد بالماء: إذا كان التبريد غير كاف, سوف يسخن الكابل, مما يؤدي إلى شيخوخة وتشقق الطبقة العازلة, وحتى تسرب المياه ودوائر قصيرة.
- انخفاض كفاءة المعدات بشكل عام: يؤثر ارتفاع درجة الحرارة على التشغيل العادي للمعدات, تقليل كفاءة الذوبان وكفاءة الإنتاج.
- أمان المخاطر: يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة الشديد إلى نشوب حريق وحوادث أخرى تتعلق بالسلامة.
لذلك, ومن الضروري استخدام نظام تبريد فعال لتبديد هذه الحرارة على الفور, ضمان التشغيل الآمن والمستقر للفرن التعريفي.
مكونات نظام التبريد
يتكون نظام التبريد الكامل للفرن التعريفي عادة من الأجزاء الرئيسية التالية:
- نظام تداول مياه التبريد:
- مضخة مياه: يوفر القوة الدافعة لتدوير مياه التبريد, ضمان تدفقها في جميع أنحاء النظام. عادةً ما يتم اختيار معدل التدفق المناسب ومضخات الرأس بناءً على متطلبات طاقة الفرن والتبريد, وغالبًا ما يتم توفير المضخات الاحتياطية لمنع الأعطال.
- خزان المياه / بركة المياه: يخزن مياه التبريد ويوفر بعض الترسيب وتبديد الحرارة. يجب أن تلبي سعة خزان المياه متطلبات حجم المياه المتداولة في النظام.
- الأنابيب والصمامات: ربط مكونات التبريد المختلفة والتحكم في اتجاه التدفق ومعدل تدفق مياه التبريد. مواد الأنابيب عادة ما تكون مقاومة للتآكل, مثل الفولاذ الكربوني, الفولاذ المقاوم للصدأ, أو PVC.
- مقياس التدفق و مقياس الضغط: مراقبة معدل تدفق وضغط مياه التبريد للتأكد من أن النظام يعمل ضمن المعدل الطبيعي.
- فلتر: يزيل الشوائب من مياه التبريد لمنع انسداد قنوات مياه التبريد وضمان فعالية التبريد.
- التبادل الحراري نظام (أكثر برودة): تنقل الحرارة الممتصة من مختلف أجزاء الفرن إلى وسط خارجي (عادة الهواء أو مياه التبريد الثانوية). تشمل الأنواع الشائعة من المبادلات الحرارية:
- برج التبريد ذو الدائرة المغلقة: يحدث التبادل الحراري من خلال ملفات التبريد الداخلية مع مياه التبريد المتداولة, بينما تعمل مياه الرش الخارجية والمروحة على تسريع تبديد الحرارة. يدور ماء التبريد داخل أنبوب مغلق, تقليل فقدان المياه والتلوث.
- طبق مبادل حراري: مدمج في الهيكل وذو كفاءة عالية في نقل الحرارة, مناسبة للتبادل الحراري من الماء إلى الماء. غالبًا ما يتم استخدامه لنقل الحرارة من مياه التبريد المتداولة في الفرن إلى نظام مياه التبريد الثانوي.
- مبرد الهواء (تبريد الهواء مبادل حراري): يستخدم مروحة لفرض تدفق الهواء على زعانف تبديد الحرارة, تبريد المياه المتداولة مباشرة. إنها مناسبة للمناطق التي تعاني من ندرة المياه أو متطلبات جودة المياه الأقل صرامة.
- نظام مراقبة درجة الحرارة والحماية:
- مجسات درجة الحرارة: تم تركيبها في نقاط التبريد الرئيسية (مثل مدخل ومخرج الملف التعريفي, المفاعلات, المكثفات, إلخ.) لمراقبة درجة الحرارة في الوقت الحقيقي.
- درجة حرارة المراقب المالي: يستقبل الإشارات من أجهزة استشعار درجة الحرارة ويتحكم في تشغيل نظام التبريد (مثل تشغيل وإيقاف مضخات المياه, ضبط مراوح التبريد, إلخ.) بناءً على نطاق درجة الحرارة المحدد.
- جهاز إنذار وحماية من درجة الحرارة الزائدة: عندما تتجاوز درجة حرارة ماء التبريد النطاق الآمن, فهو يصدر إشارة إنذار وقد يقطع الطاقة تلقائيًا لمنع تلف المعدات.
- نظام معالجة المياه (خياري): اعتمادا على نوعية المياه المحلية ومتطلبات النظام, تليين المياه, تحلية المياه, تثبيط النطاق, وغيرها من المعدات قد تكون ضرورية لمنع التحجيم والتآكل في نظام مياه التبريد, ضمان كفاءة التبريد وإطالة عمر المعدات.
- نظام التبريد الاحتياطي (خياري): لبعض أفران الحث الحرجة, يمكن تركيب مصدر مياه تبريد احتياطي أو معدات تبريد لضمان التبريد المستمر في حالة فشل نظام التبريد الرئيسي. على سبيل المثال, في حالة انقطاع التيار الكهربائي, يمكن لمصدر الطاقة الاحتياطية تشغيل مضخة المياه, أو يمكن للنظام التحول إلى مياه الصنبور أو مصادر المياه الأخرى في حالات الطوارئ.
طرق التبريد
طرق التبريد الرئيسية لأفران الحث هي كما يلي:
- تبريد المياه: هذه هي طريقة التبريد الأكثر شيوعًا والأساسية. إنه يستخدم مياه التبريد المتداولة لإزالة الحرارة الناتجة عن أجزاء مختلفة من الفرن. يتميز التبريد المائي بمزايا كفاءة التبريد العالية وقدرة قوية على تبديد الحرارة.
- تبريد الهواء: يستخدم في المقام الأول لتبريد بعض المكونات الكهربائية مع توليد حرارة أقل, مثل بعض الأجهزة الإلكترونية الموجودة داخل خزانة التحكم. تبريد الهواء له هيكل بسيط وتكلفة أقل, لكن كفاءتها في تبديد الحرارة ليست جيدة مثل تبريد الماء.
- تبريد الزيت: أقل استخدامًا للتبريد الرئيسي لأفران الحث, ولكن يمكن استخدامها في تطبيقات محددة مثل محولات الجهد العالي. يتمتع الزيت بخصائص عزل جيدة, ولكن كفاءة تبديد الحرارة منخفضة نسبيا.
- الماء المختلط و تبريد الهواء: لبعض أفران الحث عالية الطاقة, يمكن استخدام مزيج من تبريد الماء وتبريد الهواء, حيث يتم تبريد المكونات الرئيسية المولدة للحرارة بالماء, ويتم تبريد المكونات المساعدة بالهواء, لتحقيق تأثير تبريد أفضل والاقتصاد.
تبريد متوسط
إن وسيلة التبريد شائعة الاستخدام في أنظمة تبريد الفرن التعريفي هي الماء. نظرا لمتطلبات الجودة العالية لمياه التبريد في أفران الحث, عادةً ما يتم استخدام الماء المخفف أو الماء منزوع الأيونات بعد المعالجة لتقليل تكوين الترسبات والتآكل, ضمان فعالية التبريد وسلامة المعدات.
اعتبارات التصميم لنظام التبريد
يتطلب تصميم نظام تبريد فعال وموثوق بفرن الحث مراعاة العوامل الرئيسية التالية:
- حساب حمل التبريد: حساب الحرارة الناتجة عن كل مكون توليد الحرارة بدقة لتحديد قدرة التبريد المطلوبة.
- اختيار طريقة التبريد: اختر طريقة التبريد ومعدات التبريد المناسبة بناءً على قوة الفرن, بناء, بيئة التشغيل, وظروف نوعية المياه.
- معدل تدفق مياه التبريد وسرعتها: تحديد معدل تدفق مياه التبريد وسرعتها في كل قناة تبريد بشكل معقول لضمان تأثير التبريد الكافي مع تجنب التآكل الناجم عن معدلات التدفق المرتفعة بشكل مفرط.
- التحكم في درجة حرارة مياه التبريد: التحكم في درجة حرارة ماء التبريد ضمن نطاق مناسب لضمان فعالية التبريد وتجنب المشاكل المحتملة مثل التكثيف الناتج عن درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
- متطلبات جودة المياه: رقابة صارمة على صلابة, قيمة الرقم الهيدروجيني, الموصلية, وغيرها من مؤشرات مياه التبريد لمنع التحجيم والتآكل.
- موثوقية النظام: اختر معدات تبريد ومواد أنابيب عالية الجودة, وإعداد التدابير الاحتياطية اللازمة وأجهزة الحماية لتحسين موثوقية النظام وسلامته.
- صيانة راحة: النظر في راحة الصيانة اليومية والتفتيش على النظام, مثل إنشاء منافذ الصرف ومنافذ التفتيش.
- توفير الطاقة وحماية البيئة: حاول اعتماد نظام تبريد مغلق الحلقة لتقليل هدر الموارد المائية والتلوث البيئي.
تشغيل وصيانة نظام التبريد
لضمان التشغيل الطبيعي لنظام تبريد الفرن التعريفي وإطالة عمر الخدمة, الصيانة والإدارة المنتظمة ضرورية:
- التفتيش المنتظم: التحقق من حالة تشغيل مضخات المياه, مبردات, أنابيب, الصمامات, وغيرها من المكونات للتسريبات, انسداد, وغيرها من التشوهات.
- مراقبة جودة المياه ومعالجتها: مراقبة مؤشرات جودة المياه لمياه التبريد بانتظام وإجراء معالجة المياه حسب الحاجة, مثل إضافة مثبطات الحجم ومبيدات الجراثيم.
- التنظيف وإزالة الترسبات: قم بتنظيف الكلس والشوائب الموجودة داخل المبردات والأنابيب بانتظام لضمان فعالية التبريد.
- استبدال أجزاء التآكل: استبدل الأجزاء القابلة للتآكل بشكل منتظم مثل محامل مضخة المياه وموانع التسرب لمنع فشل النظام بسبب تقادم المكونات.
- مراقبة درجة الحرارة: انتبه جيدًا لدرجات حرارة مدخل ومخرج ماء التبريد, وتحديد ومعالجة أي ظروف درجة حرارة غير طبيعية على الفور.
- السجلات والإدارة: إنشاء سجلات شاملة لتشغيل وصيانة نظام التبريد لتوفير أساس لتحليل الأخطاء والوقاية منها.
خاتمة
يعد نظام تبريد الفرن التعريفي أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل الآمن والمستقر للمعدات. فهم مكوناته, طرق التبريد, اعتبارات التصميم, ومتطلبات التشغيل والصيانة لها أهمية كبيرة لتحسين كفاءة الإنتاج للفرن التعريفي, تمديد عمر المعدات, وضمان سلامة الإنتاج. في التطبيقات العملية, يجب اختيار نظام التبريد المناسب وتصميمه بناءً على نموذج فرن الحث المحدد, قوة, وبيئة التشغيل, وينبغي تشغيلها وصيانتها بطريقة موحدة.
