التركيب أثناء التشغيل المستمر
توليد نموذج الكتل البخارية في محلبة بيشتيل الخاصة
الشركة
تقع محلبة بيشتيل الخاصة ("Privatmolkerei Bechtel") في قلب منطقة أوبربفالز (Oberpfalz) في شرق بافاريا، وتعد واحدة من أكبر المحالب في ألمانيا. وبفضل موظفيها البالغ عددهم نحو 500 موظف، تعالج المحلبة أكثر من مليون كيلوغرام من الحليب يومياً وتحولها إلى أجبان عالية الجودة وتخصصات منتجات الألبان. وتنتج بيشتيل جزءاً كبيراً من منتجاتها لصالح شركات أخرى، والتي تشمل على سبيل المثال العلامة التجارية "Grünländer". وحيثما تتم معالجة كميات كبيرة من الحليب، تدخل في العملية عمليات كثيفة استهلاك الطاقة. وبالإضافة إلى احتياجاتها من الكهرباء والتبريد، تحتاج المحلبة إلى البخار لعمليات تسخين مختلفة مثل البسترة، والتعقيم بالحرارة الفائقة، والتعقيم، والتنظيف، والتبخير. وتعد مراحل المعالجة هذه أساسية لضمان تحقيق أقصى جودة للمنتج والالتزام بالتوجيهات الصارمة لسلامة الأغذية. وفي الوقت نفسه، من المهم الإنتاج بكفاءة استخدام الطاقة من أجل الحفاظ على القدرة التنافسية.
المشروع
نظراً لتزايد الطلب على السعة في بيشتيل، لم يعد نظام إمداد البخار الحالي كافياً لتلبية المتطلبات. وكانت غلايتا البخار من نوع "Loos"، اللتان تم تركيبهما في عام 1994، تبلغ قدرتهما الإجمالية 16 طناً في الساعة وتعملان بالفعل بكامل طاقتهما في تشغيل مستمر. ومع ذلك، تحتاج بيشتيل إلى ضعف هذه الكمية من البخار تقريباً. وقد وجدت المحلبة شريكين خبيرين لتنفيذ هذا المشروع الصعب هما: شركة "Bosch Industriekessel" من غونتسنهاوزن (Gunzenhausen)، والتي تم تكليفها بتوريد تكنولوجيا نظام الغلايات، وشركة "Karl Lausser" من بيلغرامسبيرغ (Pilgramsberg)، والتي كانت مسؤولة عن جميع الأعمال الهندسية وتركيب المحطة بالكامل. وتمثلت المتطلبات في ضرورة تركيب النظام الجديد دون أي انقطاع في التشغيل، مع الحفاظ على أمان الإمداد بنسبة 100%. ويعود ذلك إلى أن بيشتيل تنتج على مدار الساعة وطوال أيام الأسبوع. وبناءً على ذلك، فإن تفكيك الغلايات الحالية وتركيب غلايات البخار الجديدة من طراز "UL-S" لم يكن ممكناً تنفيذه إلا على مراحل متدرجة وفي ظل ظروف مساحة محدودة. ومن أجل استمرار الإنتاج دون انقطاع، قامت شركة "Lausser" في بداية المشروع بتوفير غلاية بخار مؤقتة بقدرة 8 أطنان في الساعة. وتم تمديد خط غاز إضافي لحل الغلاية المستأجرة، كما كان لا بد من تحديث إمدادات الغاز الحالية بالكامل لتتناسب مع نظام الغلايات الجديد. وتستخدم المحلبة الغاز الطبيعي كوقود رئيسي، بينما يظل نظام إمداد النفط القديم قائماً لحالات الطوارئ. بالإضافة إلى ذلك، تعين على شركة "Lausser" دمج وحدة معالجة المياه الحالية في النظام الجديد. وبالتنسيق مع العمليات التشغيلية للمحلبة، تم تشغيل الغلايات بواسطة "Bosch Industriekessel" على مراحل متتالية – دون حدوث أي انقطاع في إمدادات الإنتاج. ولا تمتلك بيشتيل الآن المزيد من البخار بفضل قدرة النظام التي تبلغ حوالي 30 طناً في الساعة فحسب، بل تمتلك أيضاً نظام غلايات متطوراً فيما يتعلق بكفاءة الطاقة، وسلامة التشغيل، والمرونة.
يقلل نظام التسخين المسبق للهواء من استهلاك الوقود والانبعاثات.
نظرة عامة على مكونات النظام
استرداد الحرارة باستخدام الموفر (Economizer) والتسخين المسبق للهواء
إن المستوى العالي لكفاءة الغلاية والذي يتجاوز 97% مثير للإعجاب للغاية. فبالإضافة إلى الموفرات (Economizers) المدمجة، تحتوي كلتا الغلايتين على نظام تسخين مسبق للهواء: يتم توجيه جزء من تدفق مياه تغذية الغلاية بواسطة النظام إلى مبادل حراري من جانب الهواء، مما يرفع درجة حرارة هواء الاحتراق من 25 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية. ثم تتدفق مياه التغذية المبردة عبر حزمة مبادل حراري من جانب غاز العادم وتقلل من درجة حرارة غازات عادم الغلاية الساخنة قبل إعادتها إلى تدفق مياه التغذية الرئيسي. ويمكن تحقيق توفير في الوقود يصل إلى 2% بهذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي نظام التسخين المسبق من بوش (Bosch) على مكونات أقل مقارنة بسخانات الهواء المسبقة التقليدية ويتطلب مساحة أقل للتركيب.
تعديل مرن للقدرة الإنتاجية
تعمل الشعلات الحديثة ثنائية الوقود أيضاً على تحسين ميزان الطاقة. وينخفض عدد مرات تشغيل الشعلة، وبالتالي خسائر الطاقة المصاحبة لها، بشكل كبير بفضل نطاق التحكم الواسع الذي يبلغ 1:14 عند التشغيل بالغاز. ويمكن تقليل إجمالي القدرة الحرارية للشعلة البالغة حوالي 20 ميجاوات إلى 1.4 ميجاوات، دون التسبب في إيقاف تشغيل الشعلات. وتعمل عناصر التحكم في الأكسجين (O2) المثبتة بشكل إيجابي على تشغيل الشعلة المعدِّل (Modulating). ويجب الحفاظ على نسبة الوقود إلى الهواء عند كل مرحلة من مراحل القدرة الإنتاجية من أجل تحقيق جودة الاحتراق المثالية. ويتم ذلك من خلال القياس المستمر لمحتوى الأكسجين في غاز العادم والضبط التلقائي لإمدادات الهواء اعتماداً على ضغط الهواء ودرجة الحرارة وجودة الغاز. كما تم تركيب عناصر تحكم في السرعة، والتي تعمل على تحسين وضع التشغيل بشكل أكبر؛ حيث تعمل على تقليل سرعة مروحة هواء الاحتراق اعتماداً على القدرة الحالية للشعلة، مما يوفر الكثير من الطاقة الكهربائية في حالة الحمل الجزئي.
تحليل شامل للبيانات
بالعودة إلى عام 2012، كانت بيشتيل قد أدخلت بالفعل نظاماً لإدارة الطاقة. وكان الهدف من ذلك هو المراقبة المستمرة لاستهلاك الطاقة في المحلبة، وبالتالي توفير التكاليف ومنع التأثير البيئي السلبي. وتناغماً مع هذا الهدف، تقوم أداة النظام "MEC Optimize" من بوش بجمع وتحليل جميع البيانات الواردة من غلايات البخار ومن جميع مكونات النظام المرتبطة بها. وباستخدام نموذج واضح ودقيق، يوضح النظام أي زيادة في استهلاك الطاقة ويقيم وضع تشغيل الغلاية. كما يصدر النظام توقعات حول تآكل المكونات بناءً على وضع التشغيل الفردي، مما يزيد من جاهزية النظام. وفي بيشتيل، يتم عرض العملية بأكملها بشكل مرئي على أجهزة اللابتوب المكتبية القياسية أو الأجهزة اللوحية. وهذا يعني أن الأشخاص المسؤولين المعنيين لديهم دائماً رؤية واضحة لاستهلاك الطاقة وجاهزية النظام. كما تتاح لموظفي المحلبة إمكانية الوصول عبر "MEC Optimize" إلى مخزن مستندات رقمي يحتوي على تعليمات التشغيل وتقارير الخدمة، بالإضافة إلى سجل غلاية إلكتروني.
موثوقية تشغيلية عالية: الأتمتة والخدمة عن بعد
تحظى أنظمة التحكم المدمجة من بوش (Bosch) أيضاً بأهمية بالغة في تلبية المتطلبات العالية لمعالجة الحليب فيما يتعلق بالموثوقية. فهي توفر بيانات التشغيل ذات الصلة إلى أداة "MEC Optimize" وتجعل تشغيل الغلاية والنظام مؤتمتاً، فضلاً عن تقديم ميزات تحكم ذكية مثل التشغيل التلقائي والتحكم في الغلايات المتعددة. وتحمي منطقيات السلامة المدمجة (Safety logic) نظام الغلاية من أخطاء التشغيل. كما يوفر ربط وحدات التحكم بأداة الخدمة عن بعد "MEC Remote" من بوش أماناً إضافياً لشركة بيشتيل. وسواء كان ذلك خارج نطاق الشركة أو داخله: يمكن التحقق من الأداء الوظيفي للنظام وجميع بيانات النظام ذات الصلة في الوقت الفعلي، مما يعني أنه يمكن لمشغل الغلاية التفاعل بسرعة مع أي تغييرات سلبية. وتتم مرئية البيانات عبر أطراف مستخدم متصلة بالإنترنت مثل الأجهزة اللوحية، أو الهواتف الذكية، أو الكمبيوتر المكتبي، ويحمي مفهوم أمني متطور النظام من الوصول غير المصرح به. ومن الميزات الإضافية الدعم الاختياري عن بعد من قِبل خبراء الخدمة في بوش؛ فبناءً على طلب العميل، يمكنهم الوصول إلى النظام وإجراء تحديثات البرامج أو ضبط المعلمات (Parameterization) على سبيل المثال، فضلاً عن القضاء السريع على أسباب المشكلات بالطبع. ولا يؤدي هذا إلى زيادة جاهزية النظام فحسب، بل يوفر أيضاً الوقت والتكلفة.
لإطالة العمر الافتراضي للمعدات
تعد مكونات النظام الأخرى، مثل وحدة نزع غازات مياه التغذية (Deaeration)، جزءاً أيضاً من نطاق توريد شركة بوش (Bosch). وقامت شركة "Lausser" بتركيب هذا النظام بالتوازي مع نظام مياه التغذية القديم ووفرت مساحة إضافية له عن طريق تركيب مستوى شبكي حديدي أولاً. ويبلغ ارتفاع الوحدة حوالي 5 أمتار وطولها أكثر من 7 أمتار، وتبلغ سعة الخزان 25,000 لتر. وتعد عملية نزع الغازات جزءاً مهماً للوصول إلى جودة المياه المثالية، وهي تحمي الغلاية ومكوناتها من التآكل. وعن طريق تسخين مياه التعويض (Make-up water) إلى 103 درجات مئوية، يتم تحرير المكونات المسببة للتآكل مثل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين وتتسرب مع كمية صغيرة من بخار العادم عبر السقف. ويحتوي بخار العادم هذا على حرارة قابلة للاستخدام، حيث يتم استردادها بواسطة مبرد بخار لاحق بقدرة 80 كيلووات. ويتيح ذلك إمكانية التسخين المسبق لمياه التعويض باستخدام طاقة "مجانية".
تشتمل تجهيزات النظام أيضاً على قياس مستمر للموصلية الكهربائية (Conductivity) بالإضافة إلى أجهزة التمليح والتفريغ التلقائي (Desalting and blow-down). وتضمن عناصر التحكم المعدِّلة (Modulating) لمياه التغذية وجود مستوى مياه ثابت في الغلايات. ويتم التحكم في وحدات القياس والتنظيم هذه عبر أدوات التحكم في غلاية بوش (Bosch). بالإضافة إلى زيادة درجة الأتمتة، توفر هذه التدابير مستوى تشغيل أكثر توازناً مع إجهاد أقل للمواد، فضلاً عن ضمان تقليل خسائر الطاقة.
تضمن عناصر التحكم في الغلاية درجة عالية من الأتمتة.
توفر وحدة نزع غازات مياه التغذية من بوش (Bosch) جودة مياه مثالية وتحمي الغلاية ومكوناتها من التآكل. ويزيد هذا من السلامة التشغيلية والعمر الافتراضي للنظام.
النتيجة
يلبي نظام غلايات البخار الجديد من بوش تماماً متطلبات السعة المتزايدة ولديه القدرة على تغطية طلبات الأحمال الإضافية. وبالإضافة إلى ذلك، تم استغلال إمكانات توفير الطاقة والتكاليف بشكل منهجي بفضل التوافق المثالي بين جميع المكونات. ويتيح ذلك لمحلبة بيشتيل الخاصة ريادة الطريق بنظام نموذجي عندما يتعلق الأمر بكفاءة الطاقة وحماية البيئة. ويلخص ألفريد غيرستر، رئيس قسم الإنتاج والتكنولوجيا في بيشتيل، الأمر على النحو التالي: "إن تنفيذ المشروع أثناء التشغيل المستمر لم يكن سهلاً بالتأكيد وانطوى على العديد من المخاطر والصعوبات التي تم التغلب عليها جميعاً. ولكن في التحليل النهائي، يعود الفضل إلى التعاون المنسق بين جميع المشاركين في المشروع في تنفيذ نظام غلايات البخار الجديد دون أي انقطاع في الإمداد. لقد حُلت مشاكل السعة لدينا والنظام يعمل بشكل جيد للغاية. وبفضل MEC Optimize، أصبح لدينا أيضاً نظام مراقبة كفاءة متطور للغاية، وبالتالي يمكننا عرض استهلاك الطاقة وجاهزية النظام في أي وقت".