“ภัยร้ายที่มองไม่เห็น” ของระบบท่อระบายความร้อนด้วยของเหลว ได้แก่ แรงดัน การกัดกร่อน และการป้องกันความเสี่ยงด้านความสะอาด

บทนำ: ภัยคุกคามที่ซ่อนเร้นอยู่ภายในวงจร

แม้ว่าระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะนำมาซึ่งความสามารถในการจัดการความร้อนที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับศูนย์ข้อมูล AI ที่มีความหนาแน่นสูง แต่ก็ยังนำมาซึ่งความเสี่ยงหลายประการที่ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมไม่เคยเผชิญมาก่อน การเปลี่ยนแปลงความดัน การกัดกร่อน และการปนเปื้อน ถือเป็น "ภัยร้ายที่มองไม่เห็น" สามประการของท่อระบายความร้อนด้วยของเหลว หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ตรวจสอบ ผลที่ตามมามีตั้งแต่ประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ลดลงไปจนถึงความเสียหายโดยสิ้นเชิงของแร็คทั้งหมด

แนวทางปฏิบัติจาก ASHRAE ระบุว่าความสะอาดของสารหล่อเย็นเป็นข้อกำหนดสำคัญสำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ของระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบส่งตรงไปยังชิป ซึ่งหมายความว่าต้องทำการบำรุงรักษาและตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของของเหลวและความเสียหายต่อเซิร์ฟเวอร์และโครงสร้างพื้นฐาน การมีทัศนคติแบบ "เติมแล้วก็ลืมไปเลย" เกี่ยวกับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวอาจก่อให้เกิดปัญหาสำคัญได้

แรงกดดันที่มากเกินไป: จากความเหนื่อยล้าอย่างช้าๆ สู่การแตกหักอย่างฉับพลัน

ผลกระทบจากการเชื่อมโยงระหว่างความดันและอุณหภูมิ

แรงดันในระบบที่สูงเกินไปจะก่อให้เกิดความล้มเหลวต่อเนื่องกัน คำแนะนำทางเทคนิคของ ASHRAE TC 9.9 เน้นย้ำว่า ต้องทำความเข้าใจเกี่ยวกับระดับแรงดันของส่วนประกอบทั้งหมดของระบบระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์เทคโนโลยี (Technology Cooling System หรือ TCS) ในขั้นตอนการออกแบบ หากแรงดันในส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบเกินกว่าระดับแรงดันของส่วนประกอบนั้น อาจส่งผลให้เกิดความล้มเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ไอที ซึ่งมีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายร้ายแรงและมีค่าใช้จ่ายสูง

แนะนำให้ใช้แบบจำลองไฮดรอลิกเพื่อให้เข้าใจถึงลำดับแรงดันที่เกิดขึ้นในทุกจุดของระบบ การวิเคราะห์แรงดันต้องรวมถึงสภาวะที่อยู่นอกเหนือการทำงานปกติในสภาวะคงที่ รวมถึงแรงดันในการล้างและเติม แรงดันในระดับความสูงคงที่ของระบบ แรงดันสูงสุดที่กำหนดโดยวาล์วระบายแรงดันของระบบ แรงดันก่อนการอัดของถังขยาย และการเปลี่ยนแปลงแรงดันระหว่างการเชื่อมต่อหรือการตัดการเชื่อมต่ออุปกรณ์

ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความดันมีความสำคัญไม่แพ้กัน ในสถานการณ์การประมวลผลที่มีความหนาแน่นสูง อาจเกิดวงจรป้อนกลับเชิงบวกขึ้นได้ กล่าวคือ โหลดเพิ่มขึ้น → อุณหภูมิเพิ่มขึ้น → ความดันเพิ่มขึ้น → ความเครียดของระบบเพิ่มขึ้น → ความเสี่ยงต่อความล้มเหลวเพิ่มขึ้น

ข้อกำหนดด้านการระบายแรงดันและความปลอดภัย

มาตรฐาน IEC 62368-1 (ฉบับที่ 4) กำหนดให้มีการทดสอบความปลอดภัยด้วยแรงดันไฮโดรสแตติกที่ 1.5 เท่าของแรงดันใช้งานสูงสุดที่กำหนด วาล์วระบายแรงดันของระบบต้องตั้งค่าไว้ต่ำกว่าแรงดันสูงสุดที่กำหนด ซึ่งผู้ผลิตอุปกรณ์ไอทีควรระบุไว้ในแบบร่างความร้อนของผลิตภัณฑ์ ผู้ผลิต CDU หลายรายมีบริการปรับแต่งวาล์วระบายแรงดัน ซึ่งต้องเลือกและปรับให้ตรงกับข้อกำหนดของระบบ

ในทางปฏิบัติ ระบบท่อภายในของ CDU มักจะได้รับการทดสอบแรงดันที่ 1.5 เท่าของแรงดันใช้งาน ตัวอย่างเช่น Vesfil ตรวจสอบความหนาของผนังและวิเคราะห์ความเค้นตามมาตรฐาน ASME B31.3 เพื่อให้มั่นใจได้ว่าสามารถทำงานได้ภายใต้แรงดันสูงถึง 25 บาร์ (360 psi)

กลยุทธ์การป้องกัน

การกัดกร่อน: การสึกกร่อนเรื้อรังของปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า

ความเข้ากันได้ของวัสดุคือด่านป้องกันแรก

การกัดกร่อนเป็นภัยคุกคามที่ร้ายแรงที่สุดต่อท่อโลหะ ในหน่วยทำความเย็น (CDU) การหยดเพียงหยดเดียวก็อาจทำให้ระบบหยุดทำงานอย่างรุนแรงได้ การเลือกวัสดุจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เหล็กกล้าไร้สนิม 316L ถูกใช้เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับงานทั่วไปส่วนใหญ่ เนื่องจากมีคุณสมบัติเข้ากันได้ดีกับน้ำปราศจากไอออนและส่วนผสมของน้ำและไกลคอล

สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์หรือของเหลวที่มีฟลูออรีน/น้ำมันแร่ จำเป็นต้องใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L หรือสูงกว่า หากทำงานกับน้ำทะเลหรือคลอไรด์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอื่นๆ เหล็กกล้าไร้สนิม SMO254 จะทนทานได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมทั่วไปที่อาจเริ่มแตกร้าว ส่วนไทเทเนียมเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสภาวะการกัดกร่อนรุนแรง

ร่างมาตรฐาน T/CAEE (征求意见稿(ระบุว่าสำหรับสารหล่อเย็นที่เป็นน้ำ (น้ำ, สารละลายไกลคอล)) แนะนำให้ใช้ 06Cr19Ni10 (304) ในขณะที่สภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์หรือของเหลวฟลูออริเนต/น้ำมันแร่ ต้องใช้ 022Cr17Ni12Mo2 (316L) หรือเกรดที่สูงกว่า.

การทำให้เกิดชั้นป้องกัน: การเตรียมพื้นผิวที่สำคัญ

การทำให้เกิดชั้นฟิล์มป้องกันการกัดกร่อนอย่างเหมาะสมนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความต้านทานการกัดกร่อน แนวทางของ ASHRAE TC 9.9 เน้นย้ำว่าส่วนประกอบของระบบท่อที่ไม่ได้รับการทำให้เกิดชั้นฟิล์มป้องกันการกัดกร่อนอย่างเหมาะสม อาจเป็นอันตรายต่อการทำงานของระบบทั้งหมดได้ การทำให้เกิดชั้นฟิล์มป้องกันการกัดกร่อนสามารถทำได้ในโรงงาน/สถานที่ปฏิบัติงาน (การทำความสะอาดอย่างควบคุม การทำให้เกิดชั้นฟิล์มป้องกันการกัดกร่อนด้วยสารเคมีสูตรไนตริกหรือซิทริก การล้างอย่างทั่วถึง การทำให้แห้ง และการบรรจุหีบห่อ) หรือในสถานที่ปฏิบัติงาน (การทำความสะอาดอย่างควบคุม การทำให้เกิดชั้นฟิล์มป้องกันการกัดกร่อนด้วยสารเคมี การทำให้เป็นกลาง การล้างอย่างทั่วถึง)

การตรวจสอบการทำให้เกิดชั้นป้องกันการกัดกร่อนควรยืนยันการกำจัดเหล็กอิสระและสภาพพื้นผิวที่ยอมรับได้โดยใช้วิธีการที่เป็นที่ยอมรับ เช่น แนวทาง ASTM A380/A967 สำหรับท่อสแตนเลส พื้นผิวภายในที่ผ่านการขัดเงาด้วยไฟฟ้าจนได้ค่า Ra ≤0.6 μm (หรือแม้กระทั่งต่ำถึง 0.2 μm) จะให้การปิดผนึกที่ดีกว่าและทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีได้ดีกว่า

ความเข้ากันได้ของวัสดุปิดผนึก

ซีลและปะเก็นมักถูกมองข้ามในเรื่องความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน ร่างมาตรฐานกำหนดให้วัสดุของซีล (โอริง ปะเก็น) ต้องเข้ากันได้กับตัวกลางที่ใช้งาน หลังจากแช่ในสารหล่อเย็นที่กำหนด (อุณหภูมิ × เวลา) การเปลี่ยนแปลงปริมาตรควรอยู่ระหว่าง -5% ถึง +10% โดยการเปลี่ยนแปลงความแข็งต้องไม่เกิน ±5 Shore A

กลยุทธ์การป้องกัน

ความสะอาด: ความท้าทายตลอดวงจรชีวิต ตั้งแต่การติดตั้งจนถึงการใช้งาน

ภัยคุกคามจากอนุภาค

ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวมีความทนทานต่อการปนเปื้อนต่ำกว่าระบบระบายความร้อนด้วยอากาศมาก ช่องไมโครแชนเนลของแผ่นระบายความร้อนมีขนาดเล็กมากและไวต่อสิ่งปนเปื้อน อนุภาคขนาดเล็กมากสามารถอุดตันช่องเหล่านี้และลดประสิทธิภาพการระบายความร้อน หรือที่แย่กว่านั้นคือ อาจทำให้ชิปเสียหายหรือทำให้ระบบหยุดทำงานได้

งานวิจัยเกี่ยวกับการเกิดคราบสกปรกในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแสดงให้เห็นว่า ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลดลงได้ถึง 14% และแรงดันตกเพิ่มขึ้นได้ถึง 45% เมื่อสิ่งปนเปื้อนสะสมมากขึ้น เนื่องจากเซิร์ฟเวอร์ AI สมัยใหม่ต้องอาศัยการไหลของสารหล่อเย็นและการระบายความร้อนที่แม่นยำ แม้แต่ปัญหาเล็กน้อยเกี่ยวกับคุณภาพของของเหลวก็อาจเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดการลดประสิทธิภาพเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป การเสื่อมสภาพของอุปกรณ์ และการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิดได้

มาตรฐานความสะอาดและการทดสอบ

ร่างมาตรฐาน T/CAEE ระบุข้อกำหนดระดับความสะอาดตามมาตรฐาน ISO 4406 สำหรับการปนเปื้อนของอนุภาคของแข็งในของเหลว Vesfil ใช้การล้างด้วยน้ำ DI และการทดสอบนับอนุภาคก่อนส่งมอบ แต่ละชุดประกอบจะได้รับการทดสอบด้วยเครื่องสเปกโทรเมตรีมวลฮีเลียม (≤1×10⁻⁶ mbar·L/s) และการทดสอบไฮโดรสแตติกที่ความดัน 1.5 เท่าของความดันใช้งาน

สำหรับการเชื่อมท่อสแตนเลส การเชื่อมแบบวงโคจรอัตโนมัติจะสร้างรอยเชื่อมที่สม่ำเสมอ ทะลุทะลวงเต็มที่ และมีการไล่ก๊าซ ทำให้ลดการปนเปื้อนให้น้อยที่สุด สำหรับระบบโพลีเมอร์ การเชื่อมอินฟราเรด (IR) เป็นกระบวนการแบบไม่สัมผัสที่สร้างพันธะโมเลกุลที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยไม่ต้องใช้สารเติมแต่งหรือก๊าซเชื่อม จึงขจัดความเสี่ยงของการปนเปื้อนได้

การตรวจสอบและการกรองสารหล่อเย็น

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมแนะนำให้ทดสอบสารหล่อเย็นอย่างน้อยสามช่วงเวลา ได้แก่ ในช่วงเริ่มต้นใช้งานเพื่อกำหนดค่าพื้นฐาน ประจำปีในระหว่างการใช้งานปกติ และทุกครึ่งปีสำหรับระบบที่รองรับภาระงาน AI GPU ความหนาแน่นสูง การทดสอบสารหล่อเย็นเป็นระยะนั้นคล้ายกับการตรวจเลือดเป็นประจำในมนุษย์ ซึ่งช่วยระบุปัญหาที่กำลังเกิดขึ้นก่อนที่จะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพหรือความน่าเชื่อถือ

ตัวกรองมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาความสะอาด ในระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบวงปิด ตัวกรองจะติดตั้งอยู่ในหลายจุด รวมถึง CDU และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบประตูหลัง (RDHx) ตัวกรองแบบใช้แล้วทิ้ง (คล้ายถุงกรอง) มักใช้ในระหว่างการติดตั้งและการทำความสะอาด/ล้าง ในขณะที่ตัวกรองโลหะแบบใช้ซ้ำได้จะใช้ในระหว่างการทำงานปกติและสามารถทำความสะอาดได้

กลยุทธ์การป้องกัน

สรุป: แนวทางการบริหารความเสี่ยงแบบองค์รวม

สาม “ภัยร้ายที่มองไม่เห็น” ได้แก่ ความดัน การกัดกร่อน และความสะอาด ล้วนมีความเกี่ยวโยงกัน ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนสามารถเพิ่มการปนเปื้อนของอนุภาค ความดันที่เปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันสามารถเร่งความล้าและความเสียหาย ณ จุดที่อ่อนแอจากการกัดกร่อน และการปนเปื้อนสามารถเร่งการกัดกร่อนโดยการสร้างเซลล์ไฟฟ้าเคมีเฉพาะจุด

แนวทางการดูแลแบบองค์รวมต้องอาศัยสิ่งต่อไปนี้:

แหล่งข่าวในอุตสาหกรรมรายหนึ่งระบุว่า ระบบการจัดการของเหลวหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพจะช่วยป้องกันสถานการณ์เหล่านี้ได้ การลงทุนในการจัดการเชิงรุกนั้นไม่มากนักเมื่อเทียบกับต้นทุนที่อาจเกิดขึ้นจากการหยุดทำงานในสภาพแวดล้อม AI ที่มีความหนาแน่นสูง