مساهمة الهيدروجين في تبريد المولدات الكهربائية

ضرورة التعرف الى دور الهيدروجين في تبريد المولدات الكهربائية:

مفاهيم المولد المبرد بالهيدروجين بسيطة للغاية، خاصةً عندما يتدفق التيار في موصل، عندها تتولد الحرارة، كما يحتوي المولد على الكثير من الموصلات ويتدفق الكثير من التيار الكهربائي عبر الموصلات، مما يولد الكثير من الحرارة.

لذلك يمكن استخدام الهواء لتبريد المولد عن طريق تدويره عبر المولد لامتصاص الحرارة ثم تفريغ الهواء إلى منطقة أخرى خارج المولد، كما سيؤدي التدفق المستمر للهواء من خارج المولد وعبر المولد، إلى منطقة أخرى خارج المولد إلى تبريد المولد الكهربائي والدوار، (الافتراض هو أن الهواء الداخل إلى المولد يكون أكثر برودة من المولد).

وهناك طريقة أخرى لتبريد المولد وهي استخدام “غاز الهيدروجين” الذي يتم تداوله عبر المولد وحول الدوار لتبريد الأشياء، كما أن الهيدروجين هو سبع إلى عشر مرات أفضل في نقل الحرارة من الهواء، وهذا يعني أن الهيدروجين أفضل بكثير في امتصاص الحرارة ومن ثم في التخلي عن تلك الحرارة إلى وسط منطقة أخرى غير الهواء.

وهذا يعني أنه بالنسبة للمولد ذي الحجم نفسه، إذا تم تبريده بالهيدروجين مقابل الهواء؛ فإنه يمكن أن يتدفق المزيد من التيار في لفات الجزء الثابت والدوار مما يعني أنه يمكن إنتاج المزيد من الطاقة أو بالتفكير في الأمر بشكل مختلف قليلاً، حيث يمكن إنتاج نفس الطاقة الكهربائية باستخدام مولد أصغر يتم تبريده بالهيدروجين مقارنةً بالمولد الذي يتم تبريده بالهواء، وهذا هو السبب النموذجي لاستخدام التبريد الهيدروجين، وذلك لتقليل الحجم المادي (والتكلفة) المولد.

مشاكل استخدام الهيدروجين كوسيط لتبريد المولدات الكهربائية:

تكمن مشكلة استخدام الهيدروجين كوسيط تبريد في أنه مادة متفجرة عند مزجه مع الهواء وتعرضه لمصدر اشتعال، ومع ذلك؛ إذا تم الحفاظ على نقاء الهيدروجين عند مستوى عالٍ جداً مما يعني وجود القليل جداً من الهواء أو عدم وجود هواء في غلاف المولد للاختلاط مع الهيدروجين؛ فعندئذ حتى لو كانت هناك “شرارة” لن يكون هناك انفجار.

لذلك، ومن أجل استخدام الهيدروجين في تبريد المولد؛ فمن الضروري منع الهواء من تلويث الهيدروجين عالي النقاء المستخدم لملء غلاف المولد بعد إزاحة الهواء، وهذا أمر مهم، حيث يتم إزاحة أكبر قدر من الهواء داخل غلاف المولد قبل ملئه بالهيدروجين عالي النقاء.

وعادة ما يكون غاز الهيدروجين داخل المولد عند ضغط حوالي 2 بار (30 رطل لكل بوصة مربعة)، مما يعني أن الهواء لا يمكن أن يتسرب “إلى” غلاف المولد حيث يوجد الهيدروجين، لكن في الواقع ،هذه هي الطريقة الأساسية لمنع دخول الهواء إلى الغلاف وتلويث الهيدروجين.

كما يتم تدوير الهيدروجين عن طريق المراوح الموجودة على أطراف دوار المولد، وعندما يتم تدويره حول المولد؛ فإنه يمر فوق المبردات التي يتم تدوير الماء من خلالها، كما يتم نقل الحرارة التي يمتصها غاز الهيدروجين أثناء مروره عبر المولد وحول الدوار إلى الماء في المبرد، خاصةً عندما يخرج الهيدروجين من المبردات، تتم إعادة تدويره مرة أخرى إلى المولد والدواران في دورة مستمرة.

وهناك اعتبار آخر مهم هو منع تسرب الهيدروجين من المولد والاختلاط بالهواء والتسبب في حدوث انفجار أو نشوب حريق حيث قد يتسرب من المولد، وكما يدور عمود المولد حيث يمر عبر الواقيات الطرفية وهي المنطقة التي يجب إغلاقها للحفاظ على الهيدروجين بالداخل وعدم السماح له بالتسرب، عندها يستخدم المولد المبرد بالهيدروجين “سدادات” لإبقاء غاز الهيدروجين داخل المولد.

كما توجد أختام الهيدروجين على “طرفي” العمود الذي يمر عبر الدروع الطرفية للمولد، بحيث يستخدم الزيت عادةً كوسيط مانع للتسرب، ويتم رشه على العمود حول محيط العمود بالكامل، كما يكون “زيت الختم” عند ضغط أعلى من ضغط الهيدروجين داخل غلاف المولد.

أهمية وجود زيوت مانعة التسرب بعملية التبريد على المولدات الكهربائية:

عادةً ما يكون الزيت المستخدم كزيت مانع للتسرب هو نفس زيت التشحيم المستخدم للمحامل، وغالباً ما يكون هذا الزيت ملامساً للهواء عندما يكون في خزان زيت التشحيم ومصارف المحمل، لذلك؛ فإنه يمكن تجفيف الهواء (على شكل فقاعات صغيرة) في زيت التشحيم، وعند رشه على عمود المولد، يمكن تحرير الهواء من الزيت الذي يتدفق إلى جانب الهيدروجين من منطقة الختم.

وهذا الهواء إذا لم يتم إزالته بطريقة ما؛ فيمكن أن يستمر في التجمع داخل غلاف المولد ويقلل من نقاء الهيدروجين، كما ويسبب مخاوف تتعلق بالسلامة، لذلك؛ فإنه ونظراً لأن الهيدروجين الموجود داخل غلاف المولد يكون عند ضغط أعلى منه خارج غلاف المولد؛ فلا يمكن للهواء أن يتسرب إلى المولد.

ومن أجل استخدام الزيت الذي يحتوي على هواء محاصر فيه كوسيط مانع للتسرب؛ فإن الهواء المنطلق من “زيت الختم” الذي يتدفق إلى منطقة الهيدروجين يمكن أن يقلل من نقاء الهيدروجين إذا لم يتم إزالته، لذلك؛ فإن المصدر الأساسي للهواء لتقليل نقاء الهيدروجين (تلويث غاز الهيدروجين داخل المولد) هو الهواء المنطلق من الزيت المستخدم لمنع تسرب الهيدروجين داخل المولد على طول العمود.

لذلك، هناك نظام لإزالة الهواء الذي يتم تحريره من زيت الختم الذي يتدفق إلى جانب الهيدروجين من ختم المولد، بحيث يُطلق على هذا النظام عادةً نظام “الكسح”، كما يُسمح بتنفيس كمية صغيرة من الغاز من خزان توسيع زيت مانع التسرب، حيث نأمل أن يتم احتواء الهواء المحبوس المتحرّر من زيت مانع التسرب، وعادةً ما يتم توصيل هذه الفتحة بأنابيب إلى منطقة آمنة من الغلاف الجوي بعيداً عن أي مصدر اشتعال حيث سيكون بها غاز الهيدروجين بالإضافة إلى الهواء.

نظراً لأن كمية صغيرة من الغاز (الهواء والهيدروجين) يتم تنفيسها باستمرار في الغلاف الجوي من خلال نظام الكسح؛ فإن الضغط داخل المولد سينخفض إذا لم يتم فعل أي شيء آخر، ومع ذلك؛ فإنه يوجد منظم ضغط من مصدر هيدروجين عالي النقاء يحافظ على الضغط عن طريق تدفق كمية صغيرة من الهيدروجين عالي النقاء في غلاف المولد للحفاظ على الضغط.

كما يوجد عادة نظام مراقبة نقاء الهيدروجين يمكن استخدامه لاكتشاف التغيرات في النقاء أثناء التشغيل، ومرة أخرى؛ فإن الافتراض هو أن نقاوة الهيدروجين عالية لتبدأ (بعد تطهير غلاف المولد من الهواء وتعبئته (مشحونة بالهيدروجين)، ولكن بسبب الهواء الذي يمكن تحريره من الزيت المستخدم كوسيط مانع للتسرب لمنع تسرب الهيدروجين من المولد؛ فمن الضروري أن يكون لديك وسيلة لمراقبة النقاء.

وأخيراً، بافتراض استخدام الهيدروجين للحفاظ على الضغط أثناء الكسح بدرجة نقاء عالية، ولأن ضغط الغلاف عادةً ما يكون بوضعتين، فإن الطريقة الأكثر احتمالية لتقليل النقاوة هي الهواء المحبوس في زيت مانع التسرب، لذلك إذا زادت معدلات تدفق زيت؛ فإن الهواء المتحرر من زيت الختم سيزداد وهذا هو المصدر الأساسي للتلوث وانخفاض النقاء.