ما هي المشاكل المتعلقة بمبادلات الحرارة ذات اللوحات في المرجل؟

عندما تكون درجة حرارة مصدر الماء الرئيسي للغلاية طبيعية، لا تصل درجة حرارة الماء الثانوي إلى القيمة المحددة، مما يؤدي إلى عدم كفاية التدفئة أو انخفاض درجة حرارة الماء الساخن المنزلي. فكّر فيما إذا كان تراكم الترسبات في المعدات يعيق مسارات التدفق:

١.١ تترسب رواسب كربونات الكالسيوم/كبريتات الكالسيوم، الناتجة عن تسخين أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في مياه الغلايات، بسهولة على أسطح صفائح الفينول. تتميز الرواسب بموصلية حرارية منخفضة للغاية (١/٥٠ فقط من موصلية الفولاذ المقاوم للصدأ)، مما يُشكل طبقة مقاومة حرارية كبيرة تُعيق التوصيل الحراري بشكل كبير.

1.2 يمكن أن يدخل خبث اللحام أو الصدأ أو الوحل البيولوجي أو الشوائب الليفية الموجودة في أنابيب النظام إلى المبادل الحراري للوحة الغلاية مع تدفق المياه، مما يؤدي إلى سد قنوات التدفق التي يبلغ عرضها بضعة ملليمترات فقط بين اللوحات، مما يقلل من مساحة نقل الحرارة الفعالة ويقلل معدل التدفق بشكل كبير.

التسرب هو أحد أنواع الأعطال الشائعة في مبادل الحرارة من نوع الغلاف، ويمكن تصنيفه إلى تسرب خارجي أو داخلي. يحدث التسرب الخارجي عندما يتسرب الوسيط عبر الختم بين حزمة اللوحات والبيئة الخارجية، مما يؤدي إلى فقدان الوسيط وإمكانية تلوث البيئة المحيطة. أما التسرب الداخلي فيحدث عندما يختلط الوسيطان داخل مبادل الحرارة، مما يؤثر مباشرةً على وظائف النظام.

2.1 التسرب الخارجي
يمكن أن تؤدي عملية التشغيل على درجات حرارة مرتفعة لفترة طويلة إلى تقدم عمر المطاط المستخدم في الختم، وفقدانه للمرونة، وتصلبه، وتشققه، أو أن يتعرض للتآكل الكيميائي في الماء. كما يمكن أن تؤدي الإجهادات الناتجة عن التمدد والانكماش الحراري أثناء بدء التشغيل وإيقافه إلى انزلاق الختم. كما أن التشغيل غير السليم يمكن أن يؤدي إلى تشوه في اللوحات أو تشققها.

2.2 التسرب الداخلي
يمكن أن تؤدي تآكل الإجهاد الناتج عن أيونات الكلوريد (خاصة في صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ)، والتآكل التالف، أو التآكل الناتج عن الجسيمات الصلبة في تدفق المياه إلى ترقق محلي في صفائح المبادل الحراري، مما يؤدي إلى اختراقه. كما يمكن أن تؤدي الأضرار أو سوء التحالف في ختم المبادل الحراري حول الثقوب الزاوية إلى الاتصال المباشر بين الوسطين عند المنافذ.

عندما يكون الفرق في الضغط (ΔP) بين مدخل ومخرج المعدات أعلى بكثير من القيمة المصممة، مما يؤدي إلى مقاومة كبيرة في الدائرة النظامية، وانخفاض معدل التدفق، وزيادة استهلاك الطاقة في المضخة، فهذا يشير عادةً إلى وجود مقاومة داخلية غير طبيعية في مبادل الحرارة. وتشبه أسباب انخفاض الكفاءة، فإن تراكم الأوساخ والرواسب في قناة التدفق تقلل من المساحة المقطعية للتدفق، مما يزيد من مقاومة السائل بشكل أسّي. أو يمكن أن تكون القنوات ضيقة للغاية أو أن سرعة السائل مرتفعة بشكل مفرط مما يؤدي إلى زيادة في فقد الضغط. يؤدي ارتفاع فقد الضغط مباشرةً إلى استهلاك مضخة الدائرة النظامية للكهرباء أكثر من اللازم للحفاظ على التدفق، مما يزيد من تكاليف التشغيل. كما يؤثر ذلك على التوازن الهيدروليكي لنظام التدفئة بأكمله، مما قد يؤدي إلى عدم كفاية التدفئة للمستخدمين النهائيين.

يُصدر المعدّة صوتاً يشبه صوت المطرقة من الداخل، مصحوباً باهتزاز شديد. وفي الحالات الشديدة، يمكن أن يؤدي ذلك بشكل فوري إلى تشويه في الصفائح، أو تمزق في الحشيات، أو حتى انفجار، أو تشقق في شفة أنابيب المبادل الحراري أو لحاماته وغيرها. مما يسبب مخاطر محتمية على سلامة تشغيل النظام.

4.1 مطرقة الماء السائلة
هذه هي الحالة الكلاسيكية لـ "مطرقة إغلاق الصمام". عندما يتدفق الماء في قناة تدفق بسرعة معينة، ثم يتم إغلاق صمام المخرج بشكل مفاجئ وسريع، فإن الطاقة الحركية للسائل تتحول بشكل فوري إلى طاقة ضغط هائلة. وتصيب هذه القفزة الضغطية الهائلة الصفائح الحرارية للمبادل الحراري على شكل موجة ضغط، تفوق بكثير قدرة الضغط التي صُمّمت لها.

4.2 مطرقة الماء الناتجة عن تكثف البخار
عندما يطلق البخار الحرارة في مبادل الحرارة في المرجل، يتكثف البخار ويتحول إلى ماء. إذا تم اختيار صمام تصريف البخار بشكل غير صحيح، أو تعرض للتلف أو الانسداد، فلن يتم تصريف المكثفات بشكل فوري. يدخل البخار عالي السرعة إلى مبادل الحرارة، ويدفع المكثفات عبر الأنابيب. عندما يواجه المكثف عالي السرعة عائقاً، تتحول طاقته الحركية فوراً إلى ضغط بسبب عدم قابلية الماء للانضغاط، مما يؤدي إلى اصطدام عنيف للغاية.