الملخص: أصدرت بعض المدن الكبرى في البلاد سياسات تشجيعية لاستخدام الغلايات الكهربائية بهدف خفض مؤشر تلوث الهواء. وفي المناطق التي تتسم بتفاوت في استهلاك الكهرباء بين الذروة والقاع، يمكن للغلايات الكهربائية الحرارية أن تقوم بالتسخين وتخزين الحرارة خلال فترات القاع، لتُستخدم لاحقًا أثناء ذروة الاستهلاك النهاري، وهو ما يُعرف بـ«تخفيض الذروة وملء القاع». يتناول هذا المقال بشكل رئيسي مبدأ عمل الغلايات الكهربائية الحرارية وواقع تطبيقاتها الحالية؛ مع التركيز على تطبيق تقنية التشغيل السهل عبر الإنترنت من شركة بوتشوان للتكنولوجيا في الغلايات الكهربائية الحرارية. ومن خلال تقنيات التحكم الذكي والكاملة الأتمتة، تم تحقيق هدف التحديث بخفض الفقدان، وعدم التلوث، وسهولة الصيانة.

الكلمات المفتاحية: بدء تشغيل ناعم عبر الإنترنت؛ غلاية تسخين كهربائية؛ PLC؛ شاشة لمس

أولاً، نظرة عامة

تتكوّن غلايات التسخين الكهربائي بشكل رئيسي من الهيكل الأساسي للغلاية وصندوق التحكم الكهربائي ونظام التحكم. لا تحتاج غلايات التسخين الكهربائي إلى استخدام عملية الاحتراق لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية، وبالتالي فهي لا تحتاج إلى تزويد الهواء والوقود اللازمين للاحتراق، ولا تنبعث منها غازات ضارة أو رماد، وتلبي تمامًا المتطلبات البيئية. ومع تناقص المصادر الطاقية المحدودة (مثل موارد الفحم) وارتفاع أسعارها بشكل كبير، باتت غلايات التسخين الكهربائي، باعتبارها جهازًا جديدًا للغلايات، تحظى بقبول متزايد بين الجميع. ومن ميزاتها أنها صديقة للبيئة، نظيفة، خالية من التلوث، خالية من الضوضاء، وتتمتع بالتحكم الآلي الكامل.

ثانيًا: مبدأ العمل

تتعدد أنواع الغلايات الكهربائية المُسخِّنة، وعادةً ما يُصنَّفُ هذا النوع حسب شكل العنصر الحراري الكهربائي، حيث توجد طرقٌ ثلاثة: طريقة المقاومة، وطريقة الأقطاب الكهربائية، وطريقة الغشاء الكهربائي. وفيما يلي، سنوضح بشكل رئيسي الطريقة ذات المقاومة.

النوع المقاوم يعتمد على عناصر تسخين كهربائية أنبوبيّة ذات مقاومة عالية. عند توصيل الطاقة، تولد هذه العناصر الكهربائية الأنبوبيّة حرارة عالية تحوّل المياه إلى ماء ساخن أو بخار. وتتكوّن العناصر الكهربائية الأنبوبيّة من غلاف معدني، وسلك تسخين كهربائي، وأكسيد مستمر. من مزايا هذا النوع من العناصر أنها لا تحمل شحنة كهربائية في الماء، مما يجعل استخدامها آمنًا نسبيًا، كما أنها لا تلوث جودة المياه. المشكلة هي أن زيادة سعة الغلاية تعتمد على عدد العناصر الكهربائية الأنبوبيّة، ويتم ضبط حمولة الغلاية وفقًا لعدد العناصر المشغّلة. لذلك، فإن سعة هذه الغلايات تُحدَّد بحدود ترتيب هندسة العناصر الكهربائية. والعنصر التسخيني المقاوم هو النوع الذي يعتمده العملاء في مواقعهم. فالغلاية بسعة 2 طنّ تستخدم 48 أنبوبًا كهربائيًا بقدرة 30 كيلوواط (3~380 فولت)، بينما الغلاية بسعة 5 أطنان تستخدم 48 أنبوبًا كهربائيًا بقدرة 75 كيلوواط.

تنقسم أفران التسخين الكهربائي، حسب طريقة التسخين، إلى فرن تسخين بالبخار الكهربائي وفرن تسخين بالماء الكهربائي، كما تختلف مواد أنابيب التسخين المستخدمة في كل منها.

غلاية بخار كهربائية قابلة للطي: مصنوعة من خيط تسخين كهربائي عالي الجودة مع أنبوب داخلي مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ سميك، ويتم ملء الأنبوب بمسحوق ثاني أكسيد المغنيسيوم عالي النقاء، مما يضمن عمرًا طويلًا لعنصر التسخين الكهربائي. يتم توصيل كل مجموعة من عناصر التسخين الكهربائي بواسطة مشابك فلانش، وتتميز هذه التصميمات ببساطتها الهيكلية، وقوتها الميكانيكية العالية، وسلامتها وموثوقيتها، بالإضافة إلى سهولة استبدالها.

غلاية مياه كهربائية: تستخدم أنابيب تسخين كهربائية سيراميكية متقدمة، وملفوفة بأنبوب فولاذي عالي الجودة بدون لحام، مما يمنع بشكل فعّال تكوّن الترسبات الكلسية ويضمن عمرًا افتراضيًا طويلًا. كما أن تصميم هيكل امتصاص الحرارة تم تحسينه باستخدام الحاسوب، ما أدى إلى تحسين معامل نقل الحرارة في سطح التسخين بشكل كامل، وبالتالي تحقيق كفاءة حرارية عالية جدًا تتجاوز 98%. وهذا يقلل بشكل كبير من فقدان الطاقة الكهربائية.

ثالثًا: ميزات التحكم في جهاز التشغيل اللين عبر الإنترنت من بروتِك تكنولوجي (بأخذ فرن التسخين الكهربائي بخمسة أطنان كمثال)

فرن التسخين الكهربائي في موقع العميل هو فرن تسخين مياه كهربائي، ويظهر التكوين التقريبي له في الرسم أدناه:

1. تمّ تحويل الغلاية، بناءً على الظروف الميدانية، من غلاية تسخين كهربائي بضغط فراغي في بداية التصميم إلى غلاية تسخين كهربائي بضغط جوي عادي.

1) تفرض الغلايات الفراغية متطلبات عالية من حيث درجة الفراغ، كما تتطلب مستوى عالٍ من إحكام الغلاية ومضخة الفراغ والصمامات الكهرومغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، فإن سلامة الحاوية المغلقة تعدّ من الأولويات القصوى. أما الغلايات العادية التي تعمل تحت الضغط الجوي فتتواصل مباشرة مع الغلاف الجوي، وهي ببساطة مثل غلي الماء، وتتمتع بدرجة أمان أعلى مقارنة بالغلايات الفراغية.

2) في ظل الحفاظ على حالة جيدة للمعدات الفراغية، تتساوى الكفاءة الحرارية للغلايات الفراغية مع كفاءة الغلايات العاملة بضغط جوي عادي. إلا أن تكاليف الصيانة اللاحقة للغلايات الفراغية تكون أعلى من تلك الخاصة بالغلايات العاملة بضغط جوي عادي. كما أن صيانة الغلايات العاملة بضغط جوي عادي أكثر سهولة، وتعمل بشكل أكثر استقرارًا في المرحلة اللاحقة. لذلك، وبالنظر إلى استخدام الموقع المحدد للمدرسة والاعتبارات المتعلقة بالصيانة اللاحقة، قام العملاء بتحويل الغلايات إلى العمل بضغط جوي عادي.

2. تقنية التحكم الذكي والكامل الأوتوماتيكي، لا تتطلب وجود موظف متفرغ للإشراف. طريقة العمل مرنة، ويمكن ضبطها على الوضع اليدوي أو الآلي. في الوضع اليدوي، يمكن تشغيل أنابيب التسخين الكهربائي ومضخات الدوران ومضخات تعبئة المياه بشكل منفصل، مما يسهّل عملية الضبط الأولي للمعدات. أما في الوضع الآلي، فيمكن التحكم في عدد مجموعات أنابيب التسخين الكهربائي بناءً على بيانات درجة الحرارة الخارجية ومستوى الماء، وذلك بمقارنة هذه البيانات مع درجة الحرارة المحددة، ومن خلال التحكم في عدد مجموعات أنابيب التسخين الكهربائي، يتم تحقيق درجة حرارة التدفئة المطلوبة.

3. يحتوي غلاية التسخين الكهربائي هذه على 48 أنبوبًا للتسخين الكهربائي (AC 380 فولت، 75 كيلوواط)، موزعة على 12 مجموعة، بواقع أربع مجموعات في كل مجموعة، ويتم التحكم فيها بواسطة جهاز بدء تشغيل ناعم واحد. عند بدء التشغيل، تُشغل أولاً المجموعات المحددة في البداية وفقًا للمعلمات المُعدّة، ثم تُشغَّل أنابيب التسخين الكهربائية بشكل متدرج وفقًا لفواصل زمنية ومعدلات درجة حرارة مُحددة في الإعدادات.

4. يُقدّم هذا النظام تحكماً آلياً في درجة حرارة تزويد المياه، ويمكنه التحكم الآلي في تشغيل وإيقاف أنابيب التسخين الكهربائية ومضخات إعادة التعبئة ومضخات الدوران عند تغير درجة الحرارة الحمولة.

5. مزود بمجموعة كاملة من وظائف الحماية، مثل حماية ضد التسرب الكهربائي، وحماية ضد نقص المياه، وحماية التأريض، وحماية من التيار الزائد، وحماية مصدر الطاقة، وغيرها. حماية تلقائية للغلاية، آمنة تمامًا.

6. تستخدم المكونات الكهربائية الحرارية في كل مجموعة وصلة شفة، وتتميز ببساطة التصميم، والقوة الميكانيكية العالية، والأمان والموثوقية، وسهولة الاستبدال.

رابعًا: اختيار نظام التحكم في الغلايات الكهربائية加热

1. تبلغ مواصفات كل أنبوب تسخين كهربائي 380 فولت تيار متردد، و75 كيلوواط، ويبلغ عددها الإجمالي 48 أنبوباً. تم اختيار جهاز بدء التشغيل اللين عبر الإنترنت PS5300 320G3 من شركة بوشوان للتكنولوجيا، بعدد 12 جهازاً، يحمل كل جهاز 4 أنابيب تسخين كهربائية.

2. تبلغ قدرة مضخة الدورة 18 كيلوواط، وتستخدم نظام تحكم بتردد متغير، مع اختيار طراز PI500 018G3. يتم ضبط سرعة دوران مضخة الدورة وفقًا لدرجة حرارة شبكة الأنابيب، وذلك لضبط معدل التدفق في الشبكة. ويتم تعديل تردد خرج محول التردد بواسطة مقاومة كهربائية على لوحة المفاتيح. ويوجد محرك واحد للتشغيل والآخر احتياطي في الموقع.

3. مضختان لملء المياه، كل منهما بقدرة 4 كيلوواط، تُستخدم للتحكم بالتردد الصناعي، وتُخصصان لتزويد الماء إلى الغلاية والأنابيب على التوالي.

4. يعتمد خزان الترطيب على مفتاح عوامة للتعبئة التلقائية للمياه.

5. لضمان سهولة التشغيل للعملاء وتحقيق مرونة أكبر في التحكم بدرجة الحرارة، اعتمد النظام الرئيسي بشكل جزئي على طريقة التحكم بواسطة شاشة لمس + وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من سيمنس. ولإنجاز عملية جمع الإشارات مثل درجة الحرارة والضغط، تم استخدام وحدات توسيع A/D وPT100. تتم عمليات ضبط جميع المعلمات ومراقبة معلمات الغلاية في الوقت الحقيقي عبر شاشة اللمس وعرضها عليها.

خامسًا: مزايا استخدام التحكم في التشغيل اللين في غلايات التدفئة الكهربائية

1. استخدام حزام التشغيل الناعم لتشغيل أنابيب التسخين الكهربائية يقلل من تأثير التيار على شبكة الكهرباء عند تشغيل عدد كبير من أنابيب التسخين الكهربائية في وقت واحد، مما يجعل التيار أكثر استقرارًا. كما أن خاصية التشغيل والإيقاف عبر الإنترنت تُغني عن استخدام ملامسات التيار المتردد، مما يسهّل الصيانة.

2. لا ينبعث أي ملوثات عند استخدام الكهرباء كطاقة لتسخين المراجل، كما أن كفاءة التسخين عالية وتصل إلى أكثر من 98%. وقد أصدرت بعض المدن الكبرى في الصين سياسات تشجيعية لاستخدام المراجل الكهربائية بهدف خفض مؤشر تلوث الهواء. وفي المناطق التي تتسم بوجود فترات ذروة وفترات حمل منخفض للاستهلاك الكهربائي، يمكن للمراجل الكهربائية للتدفئة أن تقوم بالتسخين وتخزين الحرارة خلال فترات الحمل المنخفض، لتُستخدم لاحقًا أثناء فترات الذروة النهارية، وهو ما يُعرف بـ«تخفيف الذروة وملء الفجوات».

3. تشغيل صديق للبيئة، خالٍ من الضوضاء والملوثات، كفاءة حرارية عالية (كفاءة حرارية تزيد عن 95%)، وفقدان ضئيل في التبريد.

4. تقنية التحكم الذكي والكامل التلقائي، لا تتطلب وجود موظفين للحراسة.

5. تشغل الغلاية مساحة صغيرة، مما يوفر المساحة.

6. تُستخدم غلايات التسخين الكهربائي ذاتية التشغيل بالكامل على نطاق واسع في المستشفيات والمدارس ومصانع النسيج ومصانع الملابس ومحلات بيع الملابس بالجملة ومصانع الخياطة ومغاسل الملابس الجافة والمطاعم والفنادق ومحلات الخبز والفنادق والمقاصف والمطاعم ومصانع الأغذية ومصانع المشروبات ومصانع منتجات الصويا ومصانع المنتجات اللحومية ومصانع المعلبات ومصانع الخمور ومصانع الأدوية ومصانع التعبئة والتغليف ومصانع مواد البناء ومصانع الدهانات وصالونات التجميل ومراكز الاستحمام والساونا والغرف البخارية وغيرها من الأماكن.