ضرورة مراقبة العكارة عبر الإنترنت في أنظمة وحدات التقطير المبردة بالسوائل: تحليل فني وممارسة هندسية

1. نطاق هذا التقرير الفني

يركز هذا التقرير بشكل أساسي على أنظمة التبريد التكنولوجية ذات الدائرة المغلقة والقائمة على الماء، والتي يشار إليها عادةً باسم حلقات TCS، والتي تعمل بين وحدة توزيع سائل التبريد ومعدات تكنولوجيا المعلومات المبردة بالسوائل.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

• أنظمة تبريد الألواح الباردة أحادية الطور المباشرة على الرقاقة
• حلقات ثانوية لوحدة التقطير السائل إلى السائل
• مشعبات الرفوف ومشعبات الصفوف
• دوائر التبريد المائية أو دوائر التبريد المائية المثبطة
• أنظمة تبريد متوافقة مع الماء والجليكول
• البنية التحتية لتبريد مراكز البيانات الخاصة بالحوسبة عالية الكثافة والذكاء الاصطناعي

لا ينبغي تطبيق المبادئ المذكورة في هذا التقرير تلقائيًا على سوائل الغمر العازلة أو تركيبات التبريد الخاصة. يجب التأكد من حدود التشغيل مع مُصنِّع وحدة توزيع الطاقة، أو مُورِّد الخادم أو لوحة التبريد، أو مُورِّد سائل التبريد، أو فريق هندسة المشروع.

2. ما هي العكارة في نظام التبريد السائل؟

تُشير العكارة إلى صفاء السائل بصريًا. فعندما يمر الضوء عبر سائل تبريد نظيف، يسلك معظمه مسارًا بصريًا محددًا. أما في حال وجود جزيئات عالقة أو مواد أخرى متناثرة، فقد يتشتت الضوء أو يُمتص أو يُضعف.

يتم تحويل التغير البصري المقاس إلى قيمة عكارة، والتي يتم التعبير عنها عادةً بوحدات العكارة النيفيلومترية، أو NTU .

يصف معيار ISO 7027-1 الطرق الكمية لتحديد العكارة باستخدام القياسات البصرية. ويميز هذا المعيار بين القياسات القائمة على الإشعاع المتناثر والقياسات القائمة على توهين الإشعاع المنقول.

ما الذي قد تشير إليه زيادة العكارة؟

• مخلفات البناء أو التشغيل
• منتجات التآكل المعدني
• المواد الكيميائية المستخدمة في معالجة الترسبات أو القشور
• جزيئات التآكل في البوليمر أو الخراطيم أو الحشيات أو موانع التسرب
• التلوث الخارجي الذي يحدث أثناء الصيانة
• المواد البيولوجية أو الأغشية الحيوية المنفصلة
• المادة المنبعثة بعد تدهور المكون

ما الذي لا تستطيع العكارة تحديده؟

• التركيب الكيميائي للجسيمات العالقة
• عدد الجسيمات وتوزيع أحجامها
• تركيز معدن مذاب معين
• معدل التآكل الفعلي لمكونات النظام
• ما إذا كانت الكائنات الدقيقة نشطة
• التركيز الدقيق للمواد الصلبة العالقة الكلية

3. لماذا تُعدّ نظافة سائل التبريد مهمة في أنظمة وحدات التبريد والتكييف؟

3.1 ممرات التبريد الضيقة في الألواح الباردة

تستخدم الألواح الباردة الحديثة ممرات داخلية ضيقة لزيادة مساحة نقل الحرارة وتحسين أداء التبريد. وتشير إرشادات مشروع الحوسبة المفتوحة قبل التشغيل إلى أن عرض قنوات التدفق في تصميمات الألواح الباردة أحادية الطور الحالية قد يصل إلى 100 ميكرومتر تقريبًا.

قد تتراكم المواد العالقة التي يمكن أن تدور عبر أنابيب التوزيع أو تُحاصر في:

• قنوات دقيقة ذات لوحة باردة
• ممرات الفصل السريع
• صمامات التحكم وأجهزة الموازنة
• المصافي وعناصر الترشيح
• أسطح المبادل الحراري
• أقسام منخفضة السرعة ومناطق ميتة

لا يمكن لقراءة العكارة أن تتنبأ بشكل مباشر بما إذا كانت الصفيحة الباردة ستُسد. ومع ذلك، فإن الزيادة المستمرة في العكارة تُشير إلى تغير حالة المواد العالقة في سائل التبريد، وهو ما يستدعي التحقق من الأمر.

3.2 تحميل المرشح والأداء الهيدروليكي

تُعدّ المرشحات حاجزاً أساسياً ضد التلوث المتداول. ومع تراكم المواد العالقة في المرشح، قد يزداد فرق الضغط وقد ينخفض ​​تدفق سائل التبريد المتاح.

4. المصادر الرئيسية لزيادة عكارة سائل التبريد

4.1 مخلفات البناء والتشغيل

قد تحتوي أنظمة الأنابيب والتبريد الجديدة على ما يلي:

• رقائق معدنية ومخلفات التشغيل الآلي
• مخلفات اللحام والأكاسيد
• شظايا مادة مانعة للتسرب
• الغبار والأوساخ وتلوث التجميع
• بقايا مواد التنظيف
• تلوث التغليف أو النقل

لذا، ينبغي إتمام عمليات التنظيف والشطف والترشيح قبل وضع سائل التبريد النهائي في الخدمة العادية. ويمكن أن تساعد مراقبة العكارة عبر الإنترنت أثناء التشغيل التجريبي الفريق الهندسي على ملاحظة ما إذا كان صفاء سائل التبريد يتحسن مع استمرار الدوران والترشيح.

4.2 منتجات التآكل

قد تحتوي دوائر التبريد السائل على النحاس، والفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس الأصفر، وسبائك اللحام، وغيرها من المواد الملامسة للسائل. وقد تساهم المواد غير المتوافقة، وتركيبة سائل التبريد غير المناسبة، ودخول الأكسجين، ونقص مثبطات التآكل، أو تلوث مياه التغذية في حدوث التآكل.

يمكن أن يؤدي التآكل إلى إطلاق كل من أيونات المعادن الذائبة ونواتج التآكل غير الذائبة. قد تزيد المواد غير الذائبة من العكارة، بينما قد لا تُحدث أيونات المعادن الذائبة تغييراً يُذكر في صفاء المحلول.

4.3 عدم توافق الترسيب مع سائل التبريد

قد يؤدي استخدام جرعات كيميائية غير صحيحة، أو تركيبات سائل تبريد غير متوافقة، أو تلوث الصلابة، أو تدهور المواد الكيميائية المستخدمة في المعالجة إلى إنتاج مواد مترسبة.

• خلط سوائل التبريد غير المتوافقة
• استخدام ماء تعويض غير مناسب
• جرعة غير صحيحة من مثبطات التآكل
• تغيرات في درجة الحموضة أو التركيز الأيوني
• التلوث الناتج عن مواد التنظيف الكيميائية
• التفاعل الكيميائي مع مواد النظام

4.4 التلوث الميكروبي والأغشية الحيوية المنفصلة

تُقلل أنظمة التبريد المغلقة من التلوث الخارجي، لكنها لا تضمن التعقيم تلقائيًا. قد تدخل الكائنات الدقيقة عبر مياه التعبئة، أو مياه اختبار الضغط الهيدروليكي، أو الخراطيم الملوثة، أو إجراءات الصيانة المفتوحة، أو المعدات غير النظيفة بشكل كافٍ.

قد تؤثر الخلايا الميكروبية والأغشية الحيوية المنفصلة على العكارة، لكن العكارة لا تُحدد أنواع الميكروبات أو ما إذا كانت الكائنات الدقيقة نشطة. يبقى إجراء الاختبارات الميكروبيولوجية ضروريًا عند الاشتباه في التلوث البيولوجي.

4.5 التلوث الناتج عن الصيانة

يؤدي فتح دائرة التبريد لاستبدال مضخة أو لوحة تبريد أو مرشح أو صمام أو وصلة فصل سريع إلى خلق فرصة لدخول الملوثات والهواء إلى النظام.

• بقايا من مكون بديل
• الأوساخ التي دخلت أثناء التركيب
• فقاعات هواء بعد إعادة ملء النظام
• اضطراب المواد المستقرة
• عدم اكتمال عملية الشطف
• تغيير في تركيبة سائل التبريد أو تركيزه

5. إرشادات الصناعة بشأن العكارة والمواد الصلبة العالقة

يوفر منشور مشروع الحوسبة المفتوحة "إرشادات استخدام سوائل النقل المائية في رفوف التبريد السائل أحادية الطور القائمة على الألواح الباردة" أمثلة على معايير جودة سائل التبريد للنظام المائي الذي تغطيه تلك الوثيقة.

تشمل المعايير المذكورة ما يلي:

• إجمالي المواد الصلبة العالقة أقل من 5 جزء في المليون
• إجمالي المواد الصلبة العالقة في التعبئة الأولية أقل من 1 جزء في المليون
• لا توجد مواد صلبة مرئية
• عكارة أقل من 5 وحدة عكارة نفيلومترية
• لا يوجد تغير ملحوظ في اللون أو عتامة

ينبغي الاتفاق على المعايير الخاصة بالمشروع بين:

• مالك أو مشغل مركز البيانات
• الشركة المصنعة لوحدات توزيع الهواء
• مورد الخوادم وألواح التبريد
• الشركة المصنعة لسائل التبريد
• مزود خدمات معالجة المياه
• فرق التشغيل والهندسة

6. لماذا لا يكفي أخذ العينات الدورية وحده؟

يُعد التحليل المختبري أمراً ضرورياً لأنه يستطيع تحديد المعايير التي لا يستطيع جهاز استشعار العكارة عبر الإنترنت قياسها، بما في ذلك إجمالي المواد الصلبة العالقة، وتوزيع الجسيمات، وتركيز المعادن، وحالة المثبطات، والنشاط الميكروبي.

يتمثل القيد الرئيسي لأخذ العينات الدورية في تكرار القياس. تمثل عينة المختبر حالة سائل التبريد في موقع ووقت محددين. وقد لا يتم تسجيل حدث قصير المدة يقع بين تاريخي أخذ عينات متتاليين.

• إطلاق مفاجئ لمنتجات التآكل
• اختراق أو تجاوز المرشح
• التلوث الذي حدث أثناء الصيانة
• إطلاق الجسيمات أثناء بدء تشغيل المضخة
• انفصال الرواسب الداخلية
• حدث فقاعة هواء مؤقت
• الترسيب بعد إضافة المواد الكيميائية

7. بنية مراقبة سائل التبريد الموصى بها

ينبغي أن يكمل رصد العكارة عبر الإنترنت التحليل المختبري والفحص الهندسي الروتيني. ويمكن تقسيم برنامج الرصد العملي إلى ثلاث طبقات.

الطبقة 1: المراقبة التشغيلية المستمرة

• العكارة
• الموصلية
• درجة الحموضة (pH) عند الحاجة وفقًا لمواصفات سائل التبريد.
• درجة حرارة سائل التبريد
• الضغط والتدفق
• فرق الضغط في المرشح
• مستوى سائل التبريد وحالة التسريب

الطبقة الثانية: عمليات الفحص الميداني المجدولة

• فحص بصري لمظهر سائل التبريد
• التحقق المحمول من العكارة
• فحص المرشحات والمصافي
• فحص التسريبات والوصلات
• فحوصات كيميائية أساسية لسائل التبريد
• تنظيف المستشعر والتحقق من وظائفه

الطبقة الثالثة: التحليل المختبري

• إجمالي المواد الصلبة العالقة
• عدد الجسيمات وتوزيع حجمها عند الحاجة
• المعادن الذائبة والمعادن الكلية
• تركيز مثبط التآكل
• تركيز الجليكول
• التحليل الميكروبيولوجي
• المعايير الكيميائية الخاصة بسائل التبريد

8. وضع خط أساس واستراتيجية إنذار

لا توجد قيمة إنذار واحدة للعكارة تناسب جميع أنظمة التبريد السائل. يجب أن تستند إعدادات الإنذار إلى خط الأساس لنظام التبريد النظيف، ومواصفات سائل التبريد، وعدم دقة القياس، ومتطلبات الشركة المصنعة للمعدات.

8.1 تحديد خط الأساس للتشغيل

1. تم الانتهاء من التنظيف والشطف.
2. تم تحقيق معايير الترشيح المطلوبة.
3. تمت إضافة سائل التبريد المعتمد.
4. تم سحب الهواء من حلقة الدوران.
5. وصل النظام إلى تدفق ودرجة حرارة مستقرين.
6. تم جمع عينة مخبرية تمثيلية.

ينبغي توثيق القراءة الأولية عبر الإنترنت مع ما يلي:

• معلومات عن نوع سائل التبريد وتركيزه ورقم الدفعة
• درجة حرارة التشغيل ومعدل التدفق
• موقع تركيب المستشعر
• نوع المرشح وظروف التشغيل
• نتائج قياس العكارة ومجموع المواد الصلبة العالقة في المختبر
• تركيزات المعادن ذات الصلة
• التاريخ، حالة التشغيل، وشروط التكليف

8.2 استخدام أبعاد إنذار متعددة

8.3 تفسير نمط الاتجاه

• زيادة تدريجية: تراكم محتمل لمنتجات التآكل، أو نمو بيولوجي، أو ترسبات، أو تلوث مستمر.
• زيادة مفاجئة في مستوى السائل: احتمال حدوث تلوث أثناء الصيانة، أو إطلاق رواسب، أو عطل في المرشح، أو إضافة مواد كيميائية.
• ارتفاعات متقطعة: فقاعات محتملة، أو تدفق غير مستقر، أو مواد معلقة بشكل دوري.
• زيادة بعد إعادة التشغيل: اضطراب محتمل في الرواسب، أو انبعاث غازات، أو إطلاق مواد أثناء بدء تشغيل المضخة.

9. متطلبات اختيار المستشعرات لتطبيقات وحدة توزيع الطاقة

9.1 قدرة القياس في النطاق المنخفض

من المتوقع عادةً أن تعمل دائرة التبريد التي تتم صيانتها بشكل صحيح عند مستوى منخفض نسبيًا من العكارة. لذلك، يجب أن يوفر المستشعر المختار دقةً وتكراريةً مفيدتين قريبتين من خط الأساس المتوقع للنظام النظيف.

9.2 توافق سائل التبريد والمواد

• ماء منزوع الأيونات
• الماء المثبط
• مخاليط البروبيلين جليكول
• مخاليط الإيثيلين جليكول
• مثبطات التآكل
• المبيدات الحيوية ومواد التنظيف المعتمدة

9.3 تصنيف الضغط ودرجة الحرارة

يجب أن يكون جسم المستشعر والنافذة البصرية والأختام ووصلة الكابلات وتركيبات العملية مصنفة وفقًا لأقصى ظروف التشغيل العادية للنظام وأي ظروف اختبار ضغط قابلة للتطبيق.

9.4 التحكم في الفقاعات وموضع التركيب

تتسبب فقاعات الهواء في تشتيت الضوء، مما قد يؤدي إلى قراءات خاطئة للعكارة. يجب أن تبقى منطقة الاستشعار ممتلئة تمامًا بسائل التبريد أثناء التشغيل العادي.

• لا ينبغي أن ينحصر الهواء بشكل روتيني حول النافذة البصرية.
• ينبغي أن يكون سائل التبريد المقاس ممثلاً للدائرة الرئيسية.
• ينبغي أن يظل التدفق مستقراً بدرجة كافية لإجراء قياسات قابلة للتكرار.
• ينبغي أن يكون المسبار قابلاً للوصول إليه للفحص والتنظيف.

9.5 حالة النافذة البصرية

قد تؤثر الرواسب أو الخدوش أو الأغشية الموجودة على النافذة البصرية على دقة القياس. يجب أن تحدد خطة الصيانة فترات الفحص، وإجراءات التنظيف، وطرق التحقق، ومعايير الاستبدال.

9.6 تكامل النظام

• خرج تناظري 4-20 مللي أمبير
• الاتصالات الرقمية RS485
• تكامل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو وحدة التحكم في الأقراص المدمجة (CDU)
• جمع البيانات من نظام إدارة المباني (BMS) أو نظام إدارة مركز البيانات (DCIM)
• تخزين الاتجاهات مع الطابع الزمني
• منطق تأخير الإنذار واستمراريته
• الاتصال واكتشاف أعطال المستشعرات

10. مواقع تركيب مستشعرات العكارة الموصى بها

خط الإرجاع قبل الترشيح

يساعد هذا الموقع في الكشف عن المواد العالقة العائدة من الرفوف والموزعات وألواح التبريد. وقد يوفر مؤشراً مبكراً على التلوث المتولد داخل دائرة تبريد تكنولوجيا المعلومات.

بعد عملية الترشيح

يمكن استخدام هذا الموقع لتقييم نظافة سائل التبريد المزود للرفوف وللكشف عن أي اختراق محتمل للمرشح أو تجاوز أو ترشيح غير فعال.

مدخل ومخرج الفلتر

يمكن أن توفر مراقبة جانبي المرشح معلومات حول أداء إزالة الجسيمات. ومع ذلك، فإن استخدام مستشعرين يزيد من تكلفة التركيب ومتطلبات الصيانة والحاجة إلى مقارنة القياسات.

تجاوز وحدة التحكم في البث أو حلقة أخذ العينات

يمكن أن يوفر مسار جانبي مُتحكم به تدفقًا مستقرًا وسهولة الوصول إلى أجهزة الاستشعار. يجب أن يظل هذا المسار الجانبي ممثلاً للدائرة الرئيسية، ويجب ألا يتحول إلى مسار راكد مسدود.

11. الاستجابة الهندسية لإنذار العكارة

ينبغي أن يؤدي إنذار العكارة إلى إجراء تحقيق منظم. لا ينبغي افتراض أن سائل التبريد يحتاج إلى استبدال على الفور.

الخطوة 1: التحقق من صحة القياس

• تحقق من حالة تشغيل المستشعر.
• راجع أحدث سجل للمعايرة أو التحقق.
• افحص نافذة القياس البصرية.
• تأكد من أن منطقة الاستشعار ممتلئة تمامًا.
• تحقق من وجود فقاعات هواء وتدفق غير مستقر.
• افحص حالة الكابلات والاتصالات.
• حدد ما إذا كانت القراءة المرتفعة مستمرة.

الخطوة الثانية: مراجعة بيانات التشغيل

• تبدأ المضخة وتتوقف
• تغيرات التدفق والضغط
• فرق الضغط في المرشح
• درجة حرارة سائل التبريد
• الجرعات الكيميائية
• نشاط التعبئة أو التفريغ
• الصيانة الأخيرة أو استبدال المكونات

الخطوة 3: جمع عينة تمثيلية من سائل التبريد

• العكارة
• إجمالي المواد الصلبة العالقة
• عدد الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات
• المعادن الذائبة والمعادن الكلية
• الرقم الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي
• تركيز الجليكول
• التحليل الميكروبيولوجي

الخطوة الرابعة: فحص نظام الترشيح

• معدل احتفاظ المرشح
• فرق الضغط الحالي
• موضع أي صمام تحويل
• سلامة عنصر التصفية
• تعليمات التركيب
• سجل الاستبدال والصيانة

الخطوة الخامسة: تحديد السبب الجذري وتصحيحه

قد تشمل الإجراءات التصحيحية استبدال المرشح، والترشيح الإضافي، والتنظيف المتحكم فيه، وإزالة المكونات الملوثة، واستبدال سائل التبريد أو تصحيح برنامج المعالجة المعتمد.

12. مستشعر عكارة التبريد السائل RK500-07LC

المواصفات الفنية الرئيسية

دور هندسي موصى به

يمكن لجهاز RK500-07LC توفير إشارة عكارة مستمرة للتكامل مع:

• أنظمة التحكم في وحدة توزيع الهواء
• منصات PLC الصناعية
• أنظمة إدارة المباني
• منصات إدارة البنية التحتية لمراكز البيانات
• لوحات مراقبة مستقلة لجودة سائل التبريد

13. قيود القياس

تختلف استجابة التعكر باختلاف نوع السائل

قد ينتج عن نفس تركيز الجسيمات قراءات NTU مختلفة في الماء منزوع الأيونات، ومبرد البروبيلين جليكول، ومبرد الإيثيلين جليكول لأن الخصائص البصرية للطور السائل المستمر مختلفة.

تنتج الجسيمات المختلفة استجابات بصرية مختلفة

قد تُشتت أكاسيد المعادن، وشظايا البوليمرات، والمواد البيولوجية، والرواسب المعدنية الضوء أو تمتصه بشكل مختلف. وقد لا تكون العلاقة التي تم تحديدها سابقًا بين NTU وTSS صالحة إذا تغير نوع التلوث.

قد تشبه فقاعات الهواء الجسيمات العالقة

يمكن أن يتسبب الهواء المحتبس أو المحتجز في ارتفاعات مفاجئة في العكارة. لذلك، فإن التركيب الصحيح والتدفق المستقر ومنطق استمرار الإنذار أمور ضرورية.

يمكن أن تتسبب الرواسب البصرية في انحراف القياس

قد يؤدي وجود طبقة رقيقة أو رواسب على نافذة القياس إلى تغيير تدريجي في العكارة المشار إليها حتى عندما تظل حالة سائل التبريد الرئيسي مستقرة.

سائل التبريد الشفاف ليس بالضرورة سائل تبريد صحي

قد لا تؤدي الأيونات الذائبة، ونقص مثبطات التآكل، وبعض آليات التآكل إلى زيادة ملحوظة في العكارة. ينبغي تفسير العكارة بالتزامن مع قياسات الموصلية، ودرجة الحموضة، وتحليل المعادن، وتركيز المثبطات، والنتائج الميكروبيولوجية.

14. الأسئلة الشائعة

15. الخاتمة

تُعدّ نظافة سائل التبريد شرطاً أساسياً لضمان موثوقية النظام في مراكز البيانات المبردة بالسوائل. ونظراً لضيق ممرات الألواح الباردة وحساسية المكونات الهيدروليكية، يصبح التحكم في التلوث ضرورياً أثناء الإنشاء والتشغيل التجريبي والتشغيل طويل الأمد.

توفر العكارة مؤشراً سريعاً وعملياً للتغيرات في المواد العالقة أو النشطة بصرياً. ويمكن للقياس المستمر عبر الإنترنت أن يكشف عن حالات التلوث واتجاهات التدهور التي قد لا تكشف عنها العينات الدورية.

مع ذلك، يجب تفسير العكارة بشكل صحيح. فهي ليست بديلاً مباشراً عن قياسات المواد الصلبة العالقة، أو عدد الجسيمات، أو تحليل المعادن، أو الاختبارات الميكروبيولوجية، أو قياسات التركيب الكيميائي لسائل التبريد.

تتضمن استراتيجية الهندسة الموثوقة ما يلي:

• انتشار ظاهرة التعكر على الإنترنت
• مراقبة فرق الضغط في المرشح
• بيانات تدفق سائل التبريد والضغط ودرجة الحرارة
• مراقبة الموصلية ودرجة الحموضة عند الحاجة
• تحليل مختبري مُجدول
• إجراءات الصيانة الموثقة ومعالجة سائل التبريد

مراجع

1. مشروع الحوسبة المفتوحة، إرشادات استخدام سوائل النقل المائية في رفوف التبريد السائل أحادية الطور القائمة على الألواح الباردة. عرض المصدر
2. مشروع الحوسبة المفتوحة، إرشادات لإعداد مشعبات صفوف نظام تبريد التكنولوجيا قبل التشغيل في مراكز البيانات المبردة بالسوائل. عرض المصدر
3. جودة المياه - تحديد العكارة - الجزء 1: الطرق الكمية. عرض المصدر
4. وكالة حماية البيئة الأمريكية، صحيفة حقائق حول معايير العكارة. عرض المصدر
5. الخوادم المبردة بالماء: التصاميم والمكونات والعمليات الشائعة. عرض المصدر
6. Rika Sensor، RK500-07LC مستشعر عكارة التبريد السائل، ورقة البيانات الفنية، الإصدار V5.1.1 .