قاعدة تصنيع زجاج السيارات – نظام مجفف HOC الوحداتي يحقق وفورات سنوية تجاوزت ٣ ملايين كيلوواط ساعة

الوصف الميتا:  قامت شركة فويياو غلاس، أكبر شركة عالمية لتصنيع الزجاج automotive، بتثبيت أربعة مجففات امتصاصية تعمل بالحرارة الناتجة عن الانضغاط بسعة ١٧٠ مترًا مكعبًا/دقيقة في قاعدتها في فوتشينغ، مما حقق نقطة ندى مستقرة عند -٤٠°م، وصفر خسارة من الهواء المُجفَّف، وتصميم وحدات احتياطي مرن، ووفورات كهربائية سنوية تجاوزت ٣ ملايين كيلوواط ساعة، وفترة استرداد استثمار تبلغ نحو سنتين.

خلفية العميل

مجموعة شركة فويياو غلاس الصناعية المحدودة  هي أكبر مزوِّد عالمي وأكثرها تقدُّمًا تكنولوجيًّا لحلول الزجاج automotive. ويقع مشروع الترقية هذا في قاعدة فويياو غلاس في منطقة فوتشينغ رونغتشياو للتنمية الاقتصادية والتكنولوجية، شارع يانغشيا، مقاطعة فوجيان . وتُعتبر هذه القاعدة مشروع قاعدة التصدير العالمي لشركة فويياو، وتغطي مساحة قدرها ٦٢٧ مو (أي ما يعادل ٤١٫٨ هكتارًا)، وهي مُصمَّمة لتكون مصنعًا ذكيًّا عالمي المستوى خالٍ من الكربون.

توجد شركة فويياو جلاس في فترة حرجة من التوسع في الطاقة الإنتاجية، ما يفرض طلبات غير مسبوقة على موثوقية نظام الهواء المضغوط وكفاءته في استهلاك الطاقة وقابليته للتوسع. ٥٥٠–٦٠٠ م³/دقيقة (أي ما يعادل حوالي ٣٣٬٠٠٠–٣٦٬٠٠٠ م³/ساعة)  ، ويعمل النظام على مدار ٢٤ ساعة يوميًّا و٧ أيام أسبوعيًّا لخدمة خط إنتاج الزجاج العائم بالكامل وخطوط معالجة الزجاج المتقدمة للسيارات عالية الجودة المتعددة.

تطبيقات الهواء المضغوط في تصنيع زجاج السيارات

(المحتوى دون تغيير — كما في النسخة السابقة)

نقاط الألم

كان نظام تجفيف الهواء المضغوط الأصلي في القاعدة يتكون من مزيج من مجففات تبريد كبيرة الحجم ومجففات امتصاصية ذات غمر حراري (نوع الميكرو-حرارة)  . ومع التوسع السريع في الطاقة الإنتاجية وازدياد معايير جودة العمليات، ظهرت في النظام الأصلي عدة مشكلات هيكلية:

• خطر تسرب المكثفات من مجففات التبريد:  تتميز خطوط إنتاج الزجاج العائم والزجاج المغلفن بتحمل منخفض جدًّا للرطوبة. وتقوم مجففات التبريد بتسييل وإزالة الماء عن طريق التبريد، مع الاعتماد على صمامات تصريف تلقائية لتصريف المكثَّف. ومع ذلك، فإن صمام تصريف المكثَّف هو المكوِّن الأقل موثوقيةً في أي نظام لمجففات التبريد — سواء كان من النوع العوامي، أو القائم على المؤقِّت، أو الإلكتروني؛ إذ يُعاني جميعها من عُرضةٍ للالتصاق أو الانسداد أو الفشل الكهربائي أثناء التشغيل المستمر الطويل الأمد. وبمجرد فشل صمام التصريف، يتدفَّق المكثَّف مباشرةً إلى الأنابيب والمعدات الواقعة في الجزء السفلي من النظام. وفي تصنيع الزجاج، يؤدي دخول الماء السائل إلى برج الامتصاص إلى تدمير مادة التجفيف (المجفِّف) بسرعةٍ كبيرة. والأكثر خطورةً أن دخول الرطوبة إلى غرفة الطلاء أو منطقة تركيب طبقة البولي فينيل بوتيرال (PVB) يؤدي إلى رفض الدفعات الكاملة، وقد تصل الخسارة الناتجة عن حادثة واحدة إلى ملايين اليوان الصيني. وفي الإنتاج المستمر الواسع النطاق الذي تتبناه شركة «فوياو» (Fuyao)، يشكِّل أي فشل في تصريف المكثَّف خطرًا جوديًّا غير مقبول.
• فقدان كبير في غاز التفريغ من مجففات التفريغ المُسخَّنة:  ما زالت مجففات التصريف المُسخَّنة تستهلك ٥–٨٪ من تدفقها الاسمي على شكل هواء تصريفٍ تجفيفي. ولسعة النظام الإجمالية التي تبلغ حوالي ٥٥٠–٦٠٠ متر مكعب/دقيقة، فهذا يعني أن ٢٨–٤٨ مترًا مكعبًا/دقيقة من الهواء المضغوط الجاف يُطرَد باستمرار إلى الجو  — أي ما يعادل تشغيل ضاغط كبير إضافي بشكل مستمر.
• عدم استقرار نقطة الندى:  خلال الظروف الحارة والرطبة في فصل الصيف، تنخفض كفاءة التجديد في مجففات التصريف المُسخَّنة. وتتذبذب نقطة الندى بالضغط، وقد ترتفع أحيانًا فوق -٣٠°م، مما يجعل من الصعب الحفاظ باستمرار على هدف التصميم المتمثل في -٤٠°م للمنتجات عالية الجودة.
• تشتُّت المعدات وعبء الصيانة الثقيل:  أدى تركيب وحدات متعددة متناثرة في غرفة المرافق إلى انخفاض كفاءة استغلال المساحة وزيادة عبء الصيانة. وكانت صمامات التحكم الهوائي تتطلب إصلاحًا أو استبدالًا كل ١٢–١٨ شهرًا، كما تسارعت عملية تآكل المادة المجففة.
• عدم القدرة على تلبية احتياجات التوسع في السعة:  كان نظام التجفيف الأصلي بالفعل قريبًا من حد سعته القصوى، وبالتالي لم يكن قادرًا على دعم التوسع المستقبلي.
• عدم التوافق مع أهداف مصنع ذكي خالٍ من الكربون:  يُصنَّف مقر فوتشينغ كمصنع ذكي عالمي المستوى خالٍ من الكربون. ويشكِّل استهلاك نظام التجفيف الأصلي العالي للطاقة وفقدان الغاز المُجفَّف (Purge Loss) الكبير عدم توافقٍ كبيرٍ مع هذه الرؤية الاستراتيجية.

الشكل: مجفف هواء امتزازي يعمل بحرارة الانضغاط بسعة ١٧٠ نيوتن متر مكعب/دقيقة

حلنا

تلبية المتطلبات الأساسية لشركة فويياو جلاس، والمتمثلة في سعة كبيرة جدًّا، وغياب أي خطر لوجود ماء سائل، وغياب أي فقدان للغاز أثناء عملية التجفيف (Zero Purge Loss)، وكفاءة طاقية عالية، وصيانة منخفضة، وتصميم وحدات احتياطية قابلة للتوسع (Modular Redundancy) وبمراعاة أن مقر فوتشينغ يضم عدة ضواغط طرد مركزي خالية من الزيت وبسعة كبيرة  تعمل على مدار ٢٤ ساعة يوميًّا و٧ أيام أسبوعيًّا، فقد صممنا نظامًا وحدويًّا (Modular) لمجفف هواء امتزازي يعمل بحرارة الانضغاط (HOC)  مكون من أربعة مجففات حرارية للضغط (HOC)  تعمل بالتوازي، وتوفّر درجة زائدة من التكرار (N+1 أو حتى N+2).

التقنية الأساسية: حرارة الضغط (HOC)

تستخدم تقنية حرارة الضغط (HOC) الحرارة الناتجة عن ضغط الهواء في الضواغط الطاردة المركزية الخالية من الزيت المُركَّبة سابقًا (وتتراوح درجة حرارة الغاز الخارج عادةً بين ١٢٠–١٦٠°م) لإعادة تنشيط مادة التجفيف (الجافّة)، دون استهلاك أي طاقة كهربائية إضافية للتسخين أو هواء مضغوط لإزالة الشوائب.

لماذا نختار تقنية حرارة الضغط (HOC) بدلًا من نظام إزالة الشوائب بالمنفاخ؟  بالنسبة لموقع فويياو في فوتشينغ — وهو تطبيق واسع جدًّا يضم عدة ضواغط طاردة مركزية خالية من الزيت تعمل على مدار ٢٤ ساعة يوميًّا وبأقصى طاقة — توفر تقنية حرارة الضغط (HOC) مزايا لا مثيل لها:

الضواغط الطرد المركزي الخالية من الزيت في قاعدة فوتشينغ تُظهر درجات حرارة تصريف مستقرة تتراوح بين ١٢٠–١٥٠°م، ما يلبي تمامًا متطلبات مصدر الحرارة لعملية تجديد HOC.

المعدات الرئيسية

• مجففات:  أربعة HOC-Dry 170  مجففات امتصاصية تعتمد على حرارة الانضغاط، وكلٌّ منها بسعة 170 م³/دقيقة (10,200 م³/ساعة)  . ومُركَّبة بشكل متوازٍ، ويمكن تهيئتها بمرونة إما على شكل ثلاث وحدات عاملة + وحدة احتياطية واحدة  (السعة الإجمالية 510 م³/دقيقة) أو أربع وحدات عاملة  (السعة الإجمالية 680 م³/دقيقة)، لتلبية الاحتياجات الحالية واحتياجات التوسع المستقبلية.
• طريقة التجديد:  يؤخذ تيار صغير من الهواء المضغوط الساخن (بدرجة حرارة تتراوح تقريبًا بين ١٢٠–١٥٠°م) من مخرج ضاغط الطرد المركزي قبل المبرد اللاحق  ويُوجَّه إلى البرج الذي يتطلب التجديد. وتساعد الحرارة في إزالة الرطوبة من المادة المجففة، ويُطرَد الهواء الرطب إلى الجو. لا يستهلك عملية التجديد بأكملها أي هواء مضغوط كهواء تجفيف (Purge) ولا أي طاقة كهربائية للتسخين  — وتتكوَّن طاقة التجديد بالكامل من حرارة الضياع التي كانت ستُبدَّد عادةً دون استفادة منها.
• تصميم خالٍ تمامًا من خطر المياه السائلة:  تعمل مجففات HOC وفق مبدأ الامتصاص  الامتصاص بدلًا من التكثيف — فلا ينتج أي مكثَّف سائل أثناء عملية التجفيف، وبالتالي لا يوجد خطر لانسكاب المياه السائلة نتيجة فشل صمام تصريف المكثَّف . وبالإضافة إلى ذلك، فإن نظام HOC مزوَّد بفاصل دخول عالي الكفاءة لاعتراض أية مياه سائلة عرضية قادمة من أنابيب التغذية السابقة.
• نظام التحكم:  يُنسّق وحدة التحكم الرئيسية من نوع Siemens S7-1500 PLC الأربعة المجففات، وتوزّع وقت التشغيل بينها استنادًا إلى مراقبة نقطة الندى عبر الإنترنت، مع إزالة أي وحدة معطوبة تلقائيًّا وإصدار إنذار. ويعرض شاشة لمس صناعية مقاس ١٥ بوصة المعاملات التشغيلية الفعلية والاتجاهات التاريخية. ويتكامل النظام مع نظام التحكم الموزَّع المركزي (DCS) الخاص بشركة فويياو لمراقبة العمليات عن بُعد وإدارة التنبيهات.
• حزمة الترشيح:  المرشِّح الأولي (١ ميكرون) يزيل الجسيمات الموجودة في خط الأنابيب؛ والمرشِّح التالي (٠٫٠١ ميكرون) يلتقط جزيئات المادة المجففة الدقيقة المحتملة؛ ويضمن فاصل الدخول عالي الكفاءة اعتراض أية كميات عرضية من الماء السائل قبل وصولها إلى أبراج الامتزاز.

مواصفات الأداء

الشكل: مجففات هواء ماصة من نوع حرارة الانضغاط بسعة 170 نيوتن متر مكعب/دقيقة

التوصيل والتثبيت

نُفِّذ المشروع باستخدام فترات إيقاف الصيانة المخططة في قاعدة فوتشينغ:

• التصميم واختبار القبول بالمصنع (6 أسابيع):  التصميم التفصيلي للنظام، وتحديد المواد، وتطوير منطق تحكم وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). وأُجري اختبار القبول الكامل (FAT) لجميع المجففات الأربعة من نوع حرارة الانضغاط (HOC) في منشأة التصنيع، مع محاكاة ظروف خروج الهواء من الضواغط الفعلية.
• التسليم وإعداد الموقع (أسبوعان):  توصيل أربعة مجففات جافة كبيرة مثبتة على منصات انزلاقية (وزن كلٍّ منها حوالي ١٨ طنًا) إلى قاعدة فوتشينغ. وتم إزالة معدات التجفيف القديمة، وإعداد الأساسات، وترك واجهات التوصيل للأنابيب محفوظة.
• التثبيت (ثلاثة أسابيع):  تم تثبيت المجففات الأربعة على المنصات الانزلاقية المدمجة. والمساحة الإجمالية التي تشغلها النظام تبلغ حوالي ٤٠ مترًا مربعًا (أي أقل بنسبة ٣٠٪ مقارنة بالنظام الأصلي). وأُعيد ترتيب خطوط توزيع الهواء المضغوط لتوصيل إمداد الهواء عالي الضغط من القاعدة إلى مدخل كل مجفف. وتم تعديل أنابيب الالتفاف بالغاز الساخن الخاص بالضاغط لإدخال حرارة التجديد. وانتهت أعمال تركيب الكابلات الكهربائية وكابلات التحكم.
• التشغيل الأولي والتحقق منه (أسبوع واحد):  تم غسل النظام واختباره للتأكد من خلوه من التسريبات، ومعايرة حساسات نقطة الندى. وأظهر التشغيل المستمر لمدة ٧٢ ساعة استقرار نقطة الندى بين -٤٢°م و-٤٤°م. وتم تقديم تدريب للمشغلين على نظام التحكم، وتسليم الوثائق الفنية الكاملة ووثائق التحقق من التثبيت والتشغيل (IQ/OQ).

لم تحدث أي توقفات غير مخطَّط لها؛ وتم إنجاز جميع الأعمال ضمن فترات الصيانة المجدولة.

النتائج والفوائد (بعد 12 شهرًا من التشغيل)

يتطلب فقدان الغاز أثناء عملية التفريغ (Purge loss) بمعدل ٢٨–٤٨ م³/دقيقة طاقة إضافية من الضاغط. إن استهلاك الطاقة النوعي للضواغط الطرد المركزي الخالية من الزيت يبلغ حوالي ٦ كيلوواط/م³/دقيقة → ما يؤدي إلى توفير في طاقة الضواغط يتراوح بين ١٧٠ و٢٩٠ كيلوواط.

محسوب بناءً على التشغيل المستمر لمدة ٢٤ ساعة يوميًّا، ٧ أيام أسبوعيًّا، و٣٦٥ يومًا سنويًّا. إن استهلاك الطاقة المكافئ للنظام الأصلي هو ٣٥٠ كيلوواط (في المدى المتوسط)، بينما يبلغ استهلاك النظام الجديد ٣ كيلوواط. وبالتالي فإن التوفير السنوي في الكهرباء ≈ (٣٥٠ – ٣) كيلوواط × ٨٬٧٦٠ ساعة ≈ ٣٬٠٤٠٬٠٠٠ كيلوواط·ساعة. وبسعر الكهرباء الصناعي البالغ ٠٫٧٠ يوان صيني لكل كيلوواط·ساعة، فإن التوفير السنوي في تكلفة الكهرباء ≈ ٢٫١٣ مليون يوان صيني. وبإضافة التوفير في تكاليف الصيانة، فإن الفائدة السنوية الإجمالية ≈ ٢٫٤٦ مليون يوان صيني.

فوائد قابلة للقياس الكمي

• توفير ملحوظ في الطاقة:  ت logy تقنية HOC تحقِّق استهلاكًا كهربائيًّا شبه صفري لعملية التجفيف — حيث لا يتجاوز استهلاك أنظمة التحكم الكاملة لأربع وحدات تجفيف ٣ كيلوواط فقط. مقارنةً بوحدات التجفيف الأصلية التي تعتمد على التفريغ المسخَّن، انخفض استهلاك الطاقة المطلوبة لإعادة التنشيط بنسبة تقارب ٩٧٪. وإلغاء فقدان الغاز أثناء التفريغ يعني أن الضواغط لم تعد بحاجةٍ إلى إنتاج هواء إضافي لتعويض هذا الفقد. يتجاوز التوفير السنوي في استهلاك الكهرباء ٣ ملايين كيلوواط·ساعة ، ما يعادل خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار ١٦٧٠ طنًا تقريبًا سنويًّا (استنادًا إلى عامل انبعاثات شبكة الطاقة في الصين البالغ ٠٫٥٥ كجم من CO₂/كيلوواط·ساعة). وهذا يتماشى تمامًا مع أهداف مجموعة فويياو البيئية والاجتماعية وحُسن إدارة الشركات المتعلقة بالحياد الكربوني.
• إلغاء خطر المياه السائلة تمامًا:  تعمل مجففات HOC وفق مبدأ الامتصاص — ولا تُنتج أي مكثَّف سائل أثناء عملية التجفيف، مما يلغي جذريًّا خطر انتقال المياه السائلة الناتج عن فشل صمام تصريف المكثَّف.
• نقطة الندى المستقرة على مدار العام:  تُظهر المراقبة عبر الإنترنت أن نقطة الندى تحت الضغط تبقى باستمرار بين -٤٢°م و-٤٤°م على مدار العام، دون أن تتجاوز أبدًا -٤٠°م حتى في ظل ظروف الصيف الحارة والرطبة. ولم تُبلَّغ عن أي عيوب مرتبطة بالرطوبة في خطوط الزجاج المطلي أو الزجاج المصفح.
• التكرار الوحدوي والتوسُّع المستقبلي:  مع تجهيز أربعة مجففات على النحو التالي: ثلاثة وحدات قيد التشغيل وواحدة احتياطية، يمكن إخراج أي وحدة فردية من الخدمة لأغراض الصيانة دون التأثير على الإنتاج؛ حيث تظل الوحدات الثلاث المتبقية تُنتج تدفقاً قدره ٥١٠ م³/دقيقة، وهو ما يغطي بالكامل الطلب الأقصى للمحطة البالغ من ٥٥٠ إلى ٦٠٠ م³/دقيقة. وعندما تتطلب التوسعة المستقبلية للسعة زيادة في التدفق، يمكن تشغيل الوحدة الاحتياطية لتحقيق وضع التشغيل بأربع وحدات (٦٨٠ م³/دقيقة) دون الحاجة لشراء معدات إضافية.
• خفض كبير في تكاليف الصيانة:  تتميز مجففات HOC بفترات دورة طويلة (٦–٨ ساعات)، مما يؤدي إلى تكرار منخفض جدًا لتشغيل الصمامات. ولا يوجد استهلاك للكهرباء بواسطة السخانات الكهربائية، ولا صمامات تبديل عالية التردد، ولا خطر تلوث مادة المجفف بالزيت. ومن المتوقع أن تمتد عمر مادة المجفف إلى أكثر من ٥ سنوات.
• عائد الاستثمار:  إجمالي تكلفة التركيب ≈ ٥,٢ مليون يوان صيني  (أربع وحدات مجففات وملحقاتها). وتبلغ وفورات الكهرباء السنوية ≈ ٢,١٣ مليون يوان صيني ، وفورات الصيانة السنوية ≈ ٠,٣٣ مليون يوان صيني ، والمزايا السنوية الإجمالية ≈ ٢.٤٦ مليون يوان صيني . فترة استرداد الاستثمار ≈ سنتان وواحدة من عشر سنة .
• الدعم المقدَّم لبناء مصانع ذكية خالية من الكربون:  يستخدم مجفف الـHOC حرارة الهدر لإعادة التنشيط — دون استهلاك أي كهرباء إضافية — مما يقلل إلى أدنى حدٍّ البصمة الكربونية لعملية التجفيف، ويوفِّر دعماً قوياً لمبادرة فوي ياو للمصانع الذكية الخالية من الكربون.

شهادة العميل

«كانت نظام التجفيف الأصلي لدينا في قاعدة فوتشينغ يعاني من عدة مشكلات: خطر فشل تصريف المكثفات في المجففات المبرَّدة، وفقدان كبير في الهواء المُنفَّث، وعدم استقرار نقطة الندى، وعدم توافقه مع أهدافنا المتعلقة بالحياد الكربوني. أما نظام مجففات الـHOC الجديد المكوَّن من أربع وحدات مع تكرار وحدة احتياطية (٣+١) فهو يعالج جذريًّا جميع هذه المشكلات — فلا وجود لماء سائل، ولا فقدان في الهواء المُنفَّث، واستهلاك كهربائي شبه معدوم، ونقطة ندى مستقرة طوال العام تحت -٤٠°م. وتتجاوز وفورات الكهرباء السنوية ٣ ملايين كيلوواط ساعة، بينما تبلغ فترة استرداد الاستثمار نحو سنتين. وقد أصبح هذا الحل معياراً مرجعيًّا لتحديث تقنيات تجفيف الهواء المضغوط في مجموعة فوي ياو.»

— مدير المرافق، قاعدة فويياو للزجاج في فوتشينغ