كل مركز بيانات مبرد بالسوائل هو، في جوهره تحت الخوادم، مشروع أنابيب. يجب توزيع سائل التبريد وعزله وموازنته وتصريفه وصيانته، والمكونات التي تجعل ذلك ممكنًا هي الصمامات. يشرح هذا الدليل مكان وجود الصمامات الكروية في حلقة التبريد السائل بمركز البيانات، ولماذا يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ المادة الافتراضية لصناعة هيكل الصمامات المستخدمة في خدمة سائل التبريد، وكيفية مطابقة نوع الصمام ومقعده ووصلة طرفه مع كل جزء من النظام، بدءًا من جانب المياه في المنشأة وصولًا إلى وحدة توزيع سائل التبريد (CDU).
نكتب هذه السطور من منظور المورد: نحن شركة تصنيع مقرها تايوان، ونقوم بإنتاج الصمامات الكروية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ منذ عام 1999، بما في ذلك الصمامات المخصصة لخطوط إنتاج مرافق أشباه الموصلات، حيث تخضع معايير نقاء المياه والحد من التآكل لقواعد مشابهة جدًّا لتلك المطبقة في دوائر سوائل التبريد.
لماذا تدفع خوادم الذكاء الاصطناعي إلى التحول إلى التبريد السائل
يتوقف التبريد الهوائي عن كونه عمليًّا بمجرد أن تتجاوز طاقة الحامل الحد الذي يمكن للمراوح وأنظمة معالجة الهواء على مستوى الغرفة التخلص منه، وقد تجاوزت حوامل تدريب الذكاء الاصطناعي هذا الحد بكثير. ينقل السائل الحرارة بكفاءة أكبر بكثير من الهواء، لذا يتبنى المشغلون استخدام «ألواح التبريد المباشرة للرقائق»، وفي بعض التصاميم، التبريد بالغمر الكامل. يتم نشر الإرشادات الصناعية الخاصة بهذه الأنظمة من قِبل لجنة اتصالات البيانات التابعة لجمعية ASHRAE وـ مشروع الحوسبة المفتوحة, ، وكلاهما يتعامل مع دائرة التبريد باعتبارها بنية تحتية دائمة وليس مجرد إضافة. مختبر لورانس بيركلي الوطني برنامج كفاءة مراكز البيانات يتتبع هذا التغير نفسه من منظور قطاع الطاقة.
وبالنسبة لأي شخص يتولى اختيار المكونات، فإن النتيجة العملية هي التالية: تحتوي قاعة البيانات المبردة بالسائل الآن على مئات من مواقع الصمامات التي لم تكن موجودة في المبنى المبرد بالهواء، وهي موزعة على ثلاث مناطق.
مواقع الصمامات في نظام التبريد السائل
تظهر الصمامات الكروية عند كل نقطة حدودية يتعين فيها عزل جزء من الدائرة أو تعبئته أو تصريفه أو موازنته. وفقًا لمصطلحات ASHRAE، ينقسم النظام إلى نظام مياه المنشأة (FWS)، وهو مياه التبريد أو مياه المكثف الخاصة بالمبنى، ونظام التبريد التكنولوجي (TCS)، وهو سائل التبريد المعالج الذي يصل فعليًا إلى معدات تكنولوجيا المعلومات. وحدة التبريد المركزية (CDU) هي الجسر الذي يربط بين الاثنين: وهي عبارة عن خزانة تحتوي على مبادل حراري ومضخات وأجهزة تحكم تعمل على عزل سائل التبريد الخاص بالخادم عن مياه المنشأة.
| الموقع في منطقة «ذا لوب» | وظيفة الصمام | نوع الصمام النموذجي |
|---|---|---|
| إمداد كل وحدة تكييف مركزي (CDU) بالمياه وإعادتها | يعزل وحدة CDU للصيانة دون إيقاف تشغيل حلقة المحطة | صمام كروي ذو حواف، JIS 10K/20K أو ANSI الفئة 150/300 |
| داخل وحدة CDU (صمامات التعبئة والتفريغ والتجاوز والاستشعار) | التشغيل، الشطف، تفريغ المياه لأغراض الصيانة | صمام كروي ملولب مدمج، من 1/2 بوصة إلى 2 بوصة |
| رؤوس الدائرة الثانوية ومشعبات الصفوف | يعزل صفًا واحدًا أو مجموعة رفوف؛ الموازنة | صمام كروي مكون من قطعتين أو ثلاث قطع، ملولب أو ملحوم |
| العزل الآلي والاستجابة لحالات التسرب | يغلق المقطع عند تلقي إشارة تسرب أو عن طريق التحكم عن بُعد | صمام كروي يعمل بالهواء المضغوط (مزدوج المفعول أو بعودة زنبركية) |
عادةً ما يكون الوصلة الأخيرة بين المشعب والخادم عبارة عن وصلة سريعة الفصل، وهي تنتمي إلى فئة منتجات مختلفة. غير أن كل ما يسبقها يندرج ضمن نطاق الصمامات التقليدية، وهنا يبدأ اختيار المواد في الاكتساب أهمية.
لماذا يُعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ الخيار الافتراضي لدوائر سائل التبريد
السبب يكمن في التركيب الكيميائي لسائل التبريد. عادةً ما تستخدم دوائر التبريد المباشرة للرقاقة مياه معالجة أو خليطًا من البروبيلين جليكول والماء، مع إضافة مثبطات التآكل، وتُفرض إرشادات صارمة بشأن المواد الملامسة لهذا السائل في وثائق التبريد الخاصة بمشروع «أوبن كومبيوت» (Open Compute Project) فيما يتعلق بما يجوز أن يلامس هذا السائل: فالمعادن التي تطلق أيونات أو جزيئات صدأ تلوث سائل التبريد، وتسد القنوات الدقيقة في لوحات التبريد، وتقصر من عمر السائل. يُدرج الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي في قائمة المواد الآمنة؛ بينما لا يُدرج الفولاذ الكربوني العادي والحديد غير المطلي. ويُستخدم النحاس الأصفر في بعض الدوائر، لكن خلط عدد كبير جدًّا من المعادن يزيد من خطر التآكل الجلفاني، لذا يلجأ العديد من المشغلين إلى تبسيط الأمر من خلال توحيد استخدام الأجزاء الملامسة للسائل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
تُصنع أجسام الصمامات لدينا من الفولاذ المقاوم للصدأ CF8 (فولاذ مقاوم للصدأ 304 مصبوب) أو CF8M (فولاذ مقاوم للصدأ 316 مصبوب) باستخدام تقنية الصب الدقيق. ويعتمد الاختيار بينهما على عامل واحد أكثر من أي عامل آخر: الكلوريدات. حيث يحتوي الفولاذ 316 على الموليبدينوم، الذي يقاوم التآكل النقطي الذي تسببه أيونات الكلوريد في الفولاذ 304. وإذا كانت الدائرة تستخدم مياه معالجة جيدًا، سواء كانت مياه منزوعة الأيونات أو مياه معالجة بمثبطات، وتقع في بيئة داخلية عادية، فإن الفولاذ 304 يكون كافيًا بشكل عام. يجب تحديد استخدام الفئة 316 عندما يتعرض سائل التبريد أو الموقع للكلوريدات، على سبيل المثال في المحطات الساحلية حيث تتعرض الأنابيب الخارجية للهواء الملوث بالملح. وهذا هو نفس المنطق الذي نطبقه عند المقارنة بين الفئة 304 والفئة 316 في خطوط المياه والغاز في منشأة أشباه الموصلات, ، حيث تكون قواعد نظافة الجسيمات والأيونات أكثر صرامة مما هي عليه في مراكز البيانات.
تكييف تصميم الصمامات مع كل منطقة
الإجابة المختصرة: استخدم الصمامات ذات الحواف في الأماكن التي تكون فيها الأنابيب مزودة بحواف ويكون التصميم مدفوعًا بمتطلبات الصيانة، واستخدم الصمامات المدمجة الملولبة أو الملحومة داخل المنصات والمشعبات، واستخدم التشغيل الهوائي عندما يتعين أن يتم العزل تلقائيًّا. التفاصيل الواردة أدناه هي مواصفات خطوط منتجاتنا الخاصة، لذا يمكنك اعتبارها مرجعًا ملموسًا بدلاً من نصيحة مجردة.
جانب المياه في المنشأة: صمامات كروية ذات حواف
عادةً ما تكون الحلقات المثبتة على جوانب المبنى مزودة بحواف لتسهيل الصيانة. لدينا صمامات كروية ذات حواف يدوية التشغيل متوفرة وفقًا لمعايير JIS 10K وANSI الفئة 150 بأحجام تتراوح من 1/2 بوصة إلى 8 بوصات، وJIS 20K وClass 300 من 1/2 بوصة إلى 4 بوصات، مع مقاعد من مادة PTFE ونطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -20 درجة مئوية إلى +180 درجة مئوية. تتبع قدرة الضغط تصنيف الشفة، على سبيل المثال 1.0 ميجا باسكال اسمي لمعيار JIS 10K و275 رطل لكل بوصة مربعة في درجة حرارة الغرفة لفئة 150 وفقًا لمعايير الشفة، وهو ما يزيد بكثير عن الضغط الذي تعمل به حلقة التبريد النموذجية في المنشآت. بعبارة أخرى، فإن فئة الشفة التي تحتاجها لضمان توافق التثبيت بالبراغي ستحدد عادةً مسألة الضغط من تلقاء نفسها.
داخل وحدات التحكم في الضغط (CDUs) والمشعبات: صمامات مدمجة مكونة من قطعتين وثلاث قطع
يهتم مصنعو المنصات بحجم الغلاف، والمواد الملامسة للسائل، وكيفية تفكيك الصمام. مدمجة صمامات كروية ملولبة من قطعتين، مصنفة بقدرة 1000 WOG القيام بمهام التعبئة والتفريغ وعزل الأجهزة؛ وإذا كانت المصطلحات الفنية غير مألوفة، فإن دليلنا الخاص بـ قيم الضغط وفقًا لمعايير WOG يشرح ما يعنيه مصطلح «1000 WOG» عمليًّا. بالنسبة لمواقع الرؤوس والمشعبات التي سيتم صيانتها في مكانها، فإن صمام كروي ثلاثي القطع, ، والذي يُصنف أيضًا بـ 1000 WOG، هو الخيار المعتاد: حيث يتأرجح الجزء المركزي للخارج لتبديل المقعد دون الحاجة إلى قطع الأنبوب، ويُتاح بنهايات ملولبة (مستدقة PT) أو ملحومة طرفًا بطرف أو ملحومة بمقبس. تقضي الأطراف الملحومة تمامًا على أي مسار تسرب محتمل، وهو ما يفضله بعض مصممي وحدات توزيع الطاقة (CDU) للمفاصل التي لن يتم فتحها أبدًا؛ نظرة عامة على وصلات طرفية للصمامات يقارن بين المزايا والعيوب.
تنبيه بشأن الخيوط: تختلف أنظمة الخيوط المخروطية. تستخدم صماماتنا ذات الخيوط الخيوط المخروطية من نوع PT (نظام JIS/BSPT الشائع في المعدات المصنعة في آسيا). لا يمكن استبدال PT بـ NPT، وقد يبدو التوصيل المختلط محكم الإغلاق أثناء الاختبار، لكنه قد يتسرب عند التعرض للدورات الحرارية. تأكد من النظام المطلوب في رسومات المنصة الخاصة بك قبل طلب أي شيء.
العزل الآلي: الصمامات الكروية التي تعمل بالهواء المضغوط
تتطلب أنظمة احتواء التسربات والتحكم عن بُعد في الأجزاء صمامات تُغلق دون تدخل بشري. إن منتجاتنا صمامات كروية ذات حواف تعمل بالهواء المضغوط يمكن إقران أحجام الأجسام ذات الحواف المذكورة أعلاه بمشغلات من الألومنيوم تعمل بنظام الترس والمسنن، في إصدارات مزدوجة المفعول (DA) وإصدارات العودة الزنبركية (SR)، وهي مُركَّبة على قاعدة متوافقة مع معيار ISO 5211 وتُشغَّل بهواء أجهزة القياس بضغط يتراوح بين 4 و7 بار. يُعد نظام العودة الزنبركية الخيار الطبيعي للاستجابة للتسرب لأنه يدفع الصمام إلى وضع آمن محدد في حالة انقطاع الهواء. تتوفر الصمامات اللولبية وصناديق مفاتيح الحد وأجهزة تحديد الموضع كخيارات إضافية. لاحظ أن المشغل، وليس الجسم المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ، هو الذي يحدد حد درجة الحرارة للمجموعة، لذا تحقق من تصنيفات المشغل مقارنةً بالبيئة المركبة بدلاً من افتراض أن نطاق الجسم ينطبق.
أخطاء المواصفات التي نراها في أغلب الأحيان
هذه هي المشكلات المتكررة في مواصفات صمامات دائرة سائل التبريد، ويمكن تجنب كل منها في مرحلة التصميم.
| خطأ | لماذا يؤلم؟ | ما الذي يمكن فعله بدلاً من ذلك |
|---|---|---|
| صمامات من الفولاذ الكربوني أو الحديد تُستخدم مع سائل التبريد المعالج | تؤدي جزيئات وأيونات الصدأ إلى تلف سائل التبريد وانسداد الألواح المبردة | أجزاء ملامسة للسائل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (هيكل من طراز CF8/CF8M، كرة وساق من الفولاذ المقاوم للصدأ) |
| الخلط بين الخيوط من نوع PT و NPT | تكون محكمة الإغلاق في البداية، ثم تحدث تسربات تحت تأثير الدورات الحرارية | توحيد نظام لولبي واحد لكل منصة، مع الإشارة إلى ذلك في الرسم |
| استخدام الفئة 316 في كل مكان “للحفاظ على السلامة” | تؤدي إلى ارتفاع تكلفة الموليبدينوم دون أي فائدة في الدوائر الداخلية الخالية من الكلوريد | احتفظ بالرقم 316 لحالات التعرض للكلوريد؛ وقم بتوثيق السبب |
| تصنيف المجموعة الكاملة المشغلة وفقًا لجسم الصمام | تتميز أختام ونوابض المشغلات بحدود درجة حرارة دنيا | يرجى مراجعة مواصفات المشغلات بشكل منفصل في حالة التركيبات ذات الممرات الساخنة |
الأسئلة الشائعة
ما هي الصمامات المستخدمة في أنظمة التبريد السائل بمراكز البيانات؟
تتولى الصمامات الكروية معظم مهام العزل: الصمامات الكروية ذات الحواف المثبتة على وصلات المياه في المنشأة المؤدية إلى كل وحدة توزيع مركزي (CDU)، والصمامات الكروية المدمجة الملولبة أو الملحومة داخل وحدات التوزيع المركزي وعلى مشعبات الصفوف، والصمامات الكروية التي تعمل هوائياً في الأماكن التي يتعين فيها إغلاق الأجزاء تلقائيًا. توجد صمامات الموازنة وصمامات الفحص في نقاط محددة، بينما تتولى الوصلات السريعة عملية التوصيل النهائية بين الحامل والخادم. ويُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ عادةً في صناعة هيكل الصمامات، لأن التركيب الكيميائي لسائل التبريد يؤدي إلى تآكل المعادن الأخرى.
هل الصمامات الكروية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ متوافقة مع سائل التبريد المكون من الماء والجليكول؟
نعم. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، مثل 304 و316، متوافق بشكل عام مع المياه المعالجة ومخاليط البروبيلين جليكول المستخدمة في التبريد المباشر للرقائق، ويُدرج الفولاذ المقاوم للصدأ في قوائم المواد الملامسة للسوائل الواردة في إرشادات التبريد الصناعية. كما أن مادة المقعد مهمة أيضًا: فالمقاعد المصنوعة من مادة PTFE، والمُستخدمة بشكل قياسي في صماماتنا، تكون كيميائيًا خاملة تجاه سوائل التبريد التي تحتوي على الجليكول عبر نطاق درجات الحرارة التي تعمل فيها هذه الدوائر. تأكد دائمًا من التوافق مع حزمة مثبطات مورد سائل التبريد الخاص بك.
هل يجب أن أختار الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 أم 316 لدائرة التبريد؟
يجب اتخاذ القرار بناءً على التعرض للكلوريد. يحتوي الفولاذ 316 على الموليبدينوم، الذي يقاوم التآكل النقطي الناتج عن الكلوريد؛ بينما لا يحتوي الفولاذ 304 على هذا العنصر. وعادةً ما يكون استخدام الفولاذ 304 (الدرجة المصبوبة CF8) مناسبًا للدوائر الداخلية التي تعمل بمبرد منزوع الأيونات أو معالج بمثبطات، في حالة عدم وجود مصدر للكلوريد. اختر الفئة 316 (CF8M) عند وجود الكلوريدات، على سبيل المثال في المواقع الساحلية حيث تتعرض الأنابيب الخارجية وأبراج التبريد للهواء المالح، أو حيث يسمح برنامج معالجة المياه بارتفاع مؤقت في مستويات الكلوريد. الحموضة وحدها ليست العامل المسبب؛ بل الكلوريد هو العامل المسبب.
ما هو تصنيف الضغط المطلوب لصمامات وحدة التبريد المركزية (CDU) وصمامات دائرة التبريد؟
تعمل دوائر التبريد بضغوط معتدلة مقارنة بالاستخدامات الصناعية العامة، لذا فإن التصنيفات القياسية للصمامات توفر هامشًا آمنًا. تتجاوز الصمامات الكروية الملولبة المدمجة المصنفة بـ 1000 WOG (الماء والزيت والغاز في درجة حرارة الغرفة) متطلبات الدوائر النموذجية عدة مرات، بينما تحمل الصمامات ذات الحواف تصنيف فئة الحواف الخاصة بها، مثل JIS 10K أو ANSI Class 150. في الممارسة العملية، يتم اختيار فئة الحافة لتتوافق مع الأنابيب المقترنة، وتتبع متطلبات الضغط ذلك تلقائيًا.
هل يمكن أتمتة الصمامات الكروية في دائرة التبريد؟
نعم. أي صمام كروي ربع دورة مزود بقاعدة تثبيت مطابقة لمعيار ISO 5211 يمكن تركيب مشغل قياسي عليه. تعد مشغلات التروس والعتاد الهوائية هي الخيار الشائع: ذات المفعول المزدوج (DA) حيث يقوم الهواء بتشغيل كلا الشوطين، أو ذات العودة الزنبركية (SR) حيث يقوم زنبرك بإغلاق الصمام عند انقطاع الهواء أو الإشارة، وهو ما يناسب العزل الاستجابي للتسرب. وتعمل الخيارات مثل الصمامات اللولبية، وصناديق مفاتيح الحد لتغذية المرتدة الخاصة بالموضع، وأجهزة تحديد الموضع على دمج الصمام في نظام إدارة المبنى.
ملخص: حدد المسار، ثم تتبعه الصمامات
اختيار الصمامات للتبريد السائل ليس بالأمر الغريب. قم بتحديد المناطق الثلاث (مياه المنشأة، وحدة التبريد المركزية (CDU)، الدائرة الثانوية)، واستخدم صمامات من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات الحواف في الأماكن التي تحتوي فيها الأنابيب على حواف، واستخدم صمامات مدمجة مكونة من قطعتين أو ثلاث قطع داخل المنصات والمشعبات، واستخدم صمامات تعمل بآلية الرجوع الزنبركي في الأماكن التي يتعين فيها العزل دون تدخل بشري. اختر الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 أو 316 وفقًا لدرجة التعرض للكلوريد، وحافظ على اتساق أنظمة اللولبات، واقرأ حدود درجة حرارة المشغل بشكل منفصل عن تصنيفات جسم الصمام.
نقوم بتصنيع هذه الصمامات في مصنعنا الخاص في تايتشونغ، تايوان، وفقًا لنظام إدارة الجودة ISO 9001 وعلامة CE، ونقوم بتوريد الصمامات الكروية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لتطبيقات أنابيب المرافق منذ 27 عامًا. إذا كنت تقوم ببناء أو تحديث وحدة توزيع الهواء (CDU) أو منصة مشعب أو أنابيب التبريد الخاصة بالمنشأة وترغب في التعامل مع مصنع يشارك مباشرة في وضع المواصفات، فاتصل بنا على sales@ballvalves.tw أو عبر تطبيق «واتساب» على الرقم +886-917-368-980 مع ذكر مقاسات الأنابيب، ووصلات الأطراف، وتفاصيل سائل التبريد، وسنقوم بالتحقق من توافق المواد والمقاعد لكل عنصر على حدة.