تحديث نظام جمع الغبار في مصانع الصلب: دليل التصميم الهندسي

نظرة عامة على المشروع والتحديات المتعلقة بالطقس

خلال فصل الصيف، تشهد المناطق الوسطى والسفلية من نهر اليانغتسي ظروفًا جوية قاسية تتميز بارتفاع درجات الحرارة الجوية إلى جانب ارتفاع الرطوبة النسبية (موسم “أمطار البرقوق” الإقليمي). وتشكل هذه الظروف تحديات فيزيائية وميكانيكية جسيمة لمشاريع المنشآت الصناعية.

يقدم هذا التقرير الفني تفاصيل عن استراتيجيات البناء والحلول الهندسية التي نفذتها شركة «هايهوي لمعدات حماية البيئة» المحدودة (海汇环保设备公司) خلال مشروع هام لتحديث جهاز تجميع الغبار الخاص بنظام إزالة الكبريت في أحد مصانع الصلب الكبرى. وباعتباره تحديثًا بيئيًا رئيسيًّا، فإن هذا المشروع يؤثر بشكل مباشر على الامتثال لمعايير الانبعاثات واستقرار التشغيل في وحدات الإنتاج بالمصنع.

التمدد الحراري والتحكم الدقيق في الهيكل

في شهر يوليو، تجاوزت درجات الحرارة المحيطة للأرض في موقع البناء الخارجي باستمرار $38^\circ\text{C}$. وتمتص الأغلفة المعدنية لمكونات جهاز تجميع الغبار الإشعاع الشمسي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات حرارة سطحها إلى مستويات أعلى بكثير من درجة حرارة الهواء المحيط. وتؤدي هذه الطاقة الحرارية إلى تمدد خطي كبير في الهياكل الفولاذية الضخمة. وإذا تم إجراء عمليات محاذاة الهياكل وتثبيتها بالبراغي خلال ساعات ذروة الحرارة، فإن الفولاذ ينكمش مع تبريده، مما يتسبب في اختلال محاذاة الهياكل، وإجهاد الوصلات، وفشل العوازل.

لحساب هذه التباينات الحرارية وتعويضها، استخدمت الفرق الهندسية معادلة التمدد الحراري الخطي القياسية:

$$\Delta L = L \cdot \alpha \cdot (T_{السطح} – T_{التركيب})$$

المكان:

• $\Delta L$ = التباين في أبعاد المكون الفولاذي ($\text{مم}$)
• $L$ = الطول الهيكلي الاسمي للمكون ($\text{مم}$)
• $\alpha$ = معامل التمدد الحراري الخطي للفولاذ الكربوني الإنشائي ($1.2 × 10^{-5} \text{ / } ^\circ\text{C}$ [16])
• $T_{surface}$ = درجة حرارة سطح الفولاذ خلال ساعات ذروة أشعة الشمس ($^\circ\text{C}$)
• $T_{install}$ = درجة حرارة تركيب هدف المعايرة ($^\circ\text{C}$، وعادةً ما يتم توحيدها وفقًا لمعيار مرجعي يبلغ $20^\circ\text{C}$)

على سبيل المثال، يمكن أن تصل درجة حرارة سطح جزء من عارضة هيكلية بطول $15\text{ m}$ ($15000\text{ مم}$) المعرض لأشعة الشمس المباشرة يمكن أن تصل درجة حرارة سطحه بسهولة إلى $55^\circ\text{C}$. ويُحسب الانحراف الهيكلي الناتج على النحو التالي:

$$\Delta L = 15000 \cdot (1.2 \times 10^{-5}) \cdot (55 – 20) = 6.3\text{ مم}$$

يُعد الانحراف البالغ $6.3\text{ مم}$ تجاوزًا لحدود التفاوت المسموح بها بالنسبة لموانع التسرب الغازية عالية الأداء المستخدمة في أنظمة إزالة الكبريت.

[ساعات الذروة الحرارية: التمدد الهيكلي] ──> انحرافات تصل إلى 6.3 ملم
 │
 ▼ (الإجراء التصحيحي)
[تغيير وقت المعايرة إلى ساعات البرودة] ──> تقييد الانحرافات إلى ما دون 1.0 ملم

تسلسل أعمال البناء وتعديلات الحماية من التآكل

للتخلص من أخطاء التشوه الحراري، قام قسم المشروع بتعديل الجدول الزمني للمهام عالية الدقة. وتم نقل أعمال المعايرة الهيكلية والتسوية وختم الوصلات النهائي إلى ساعات الصباح الباكر وأواخر المساء، عندما تستقر درجات حرارة الأسطح بالقرب من خط الأساس المرجعي. واستخدمت فرق العمل الميدانية مستويات ليزر صناعية للتحقق المستمر من المحاذاة، مما أدى بنجاح إلى الحد من انحرافات التجميع النهائي إلى أقل من $1.0\text{ mm}$.

بالإضافة إلى ذلك، تؤدي الرطوبة العالية خلال موسم الأمطار إلى تسريع عملية الأكسدة في وصلات اللحام التي تم إعدادها حديثًا. وللوقاية من التآكل الناتج عن الرطوبة، تم وضع الإجراء التالي:

1. الطلاء الفوري: تم تطبيق طبقة أولية واقية مقاومة للتآكل والرطوبة على خطوط اللحام فور إزالة الخبث وإجراء الاختبارات غير المدمرة (NDT).
2. التغليف الوقائي: تم لف أغطية بلاستيكية مؤقتة شديدة التحمل حول الوصلات غير المكتملة لعزل المعدن المكشوف عن الرطوبة المحيطة.

العزل الكهربائي وإدارة الظروف الجوية الرطبة

تشكل الرطوبة النسبية المرتفعة، إلى جانب العواصف المطرية المفاجئة، مخاطر جسيمة على الأنظمة الكهربائية. فالتسرب الرطوبة يقلل من مقاومة العزل في الكابلات الكهربائية وأجهزة التحكم وملفات المحركات، مما قد يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة أو تعطل المعدات أو مخاطر كهربائية.

لضمان السلامة، قام فنيو الكهرباء بقياس قيم العزل قبل تزويد أي دائرة بالتيار الكهربائي. يوضح الجدول أدناه القيم الدنيا المقبولة لمقاومة العزل المطلوبة للمشروع في ظل مختلف القيم الاسمية لجهد النظام:

للتعامل مع العواصف المطيرة غير المتوقعة، قام فريق المشروع بتنفيذ نظام استجابة سريعة:

• أغطية مقاومة للعوامل الجوية: تم تركيب أغطية قماشية مقاومة للماء مصنوعة حسب الطلب مسبقًا فوق المحركات المكشوفة وصناديق التوصيل في المحطة.
• الفحص الإلزامي: بعد كل هطول للأمطار، كان المهندسون الميدانيون يستخدمون أجهزة قياس المقاومة بالميغاأوم للتحقق من مقاومة العزل في جميع الدوائر المكشوفة قبل استئناف العمل.

إدارة المشاريع المتوازية والمشتركة بين العمليات

ولتعويض التأخيرات الناجمة عن الظروف الجوية، تخلَّت إدارة المشروع عن أساليب العمل التسلسلية التقليدية واعتمدت بدلاً منها نموذجًا إنشائيًّا متزامنًا ومتوازيًّا متعدد النقاط.

[النموذج التسلسلي التقليدي]
المرحلة 1: التجميع الميكانيكي ──> المرحلة 2: التركيب الكهربائي (الإجمالي: 21 يومًا)

[نموذج التكامل المتوازي]
المنطقة أ: أعمال ميكانيكية وكهربائية متوازية ──┐
المنطقة ب: أعمال ميكانيكية وكهربائية متوازية ──┼──> التشغيل النهائي المتكامل (الإجمالي: 14 يومًا)
المنطقة ج: أعمال ميكانيكية وكهربائية متوازية ──┘

تم تقسيم موقع البناء إلى مناطق هيكلية متميزة. وعملت فرق التركيبات الميكانيكية والكهربائية في وقت واحد داخل نفس المناطق. وباستخدام الاتصالات اللاسلكية في الوقت الفعلي وجداول عمل يومية منظمة، نسقت الفرق تسليم المهام ساعة بساعة. وأتاح هذا التكامل المتوازي مد القنوات الكهربائية أثناء معالجة الأختام الميكانيكية، مما أدى إلى توفير حوالي 7 أيام مقارنة بالجدول الزمني الأصلي للمشروع.

الحالة الحالية للمشروع والتوقعات الفنية

تم الآن تثبيت المجموعة الهيكلية الرئيسية لمجمع غبار إزالة الكبريت بشكل آمن، كما اكتمل محاذاة قنوات الدخول والخروج الرئيسية. ويجري تركيب الأسلاك الكهربائية المساعدة وخزانات توزيع الطاقة وأجهزة الاستشعار الخاصة بالتحكم وفقًا للجدول الزمني المحدد.

من خلال تطبيق حسابات حرارية دقيقة، وإجراءات استباقية للتحكم في الرطوبة، وتنسيق الجداول الزمنية بشكل تعاوني، تمكن الفريق الهندسي من الحفاظ على معايير عالية للجودة والسلامة على الرغم من الظروف البيئية القاسية. ويُعد هذا المشروع نموذجًا يحتذى به في تنفيذ عمليات تحديث المنشآت الصناعية الثقيلة خلال الظروف الجوية الصيفية القاسية.

المراجع والمعايير

• [16] المواصفة القياسية ASTM A36/A36M للفولاذ الهيكلي الكربوني, ، قاعدة بيانات الخصائص الحرارية ومعاملات التمدد.
• [17] القانون الوطني للكهرباء (NEC) / NFPA 70, ، إجراءات الاختبار القياسية والحد الأدنى لمقاومة العزل للآلات الدوارة الصناعية ودوائر التحكم.