نظام دعم محكم الإغلاق للغاز مزود بمضختين مضغوطتين

تُعدّ موانع تسرب الهواء لمضخات التعزيز المزدوجة، المُقتبسة من تقنية موانع تسرب الهواء للضواغط، أكثر شيوعًا في صناعة موانع تسرب الأعمدة. توفر هذه الموانع عدم تسرب السائل المضخوخ إلى الغلاف الجوي، وتُقلل الاحتكاك على عمود المضخة، وتعمل بنظام دعم أبسط. تُسهم هذه المزايا في خفض التكلفة الإجمالية لدورة حياة الحل.
تعمل هذه الأختام عن طريق إدخال مصدر خارجي للغاز المضغوط بين سطحي الختم الداخلي والخارجي. يُولّد التضاريس الخاصة بسطح الختم ضغطًا إضافيًا على غاز الحاجز، مما يؤدي إلى انفصال سطح الختم، وبالتالي طفوه في طبقة الغاز. تكون خسائر الاحتكاك منخفضة نظرًا لعدم تلامس سطحي الختم. يمر غاز الحاجز عبر الغشاء بمعدل تدفق منخفض، مستهلكًا إياه على شكل تسريبات، يتسرب معظمها إلى الغلاف الجوي عبر سطحي الختم الخارجيين. تتسرب البقايا إلى حجرة الختم، ثم تُحمل في النهاية بواسطة تيار العملية.
تتطلب جميع موانع التسرب المزدوجة المحكمة وجود سائل مضغوط (سائل أو غاز) بين السطحين الداخلي والخارجي لمجموعة مانع التسرب الميكانيكي. ويلزم وجود نظام دعم لتوصيل هذا السائل إلى مانع التسرب. في المقابل، في مانع التسرب المزدوج المضغوط المُشحّم بسائل، يدور سائل الحاجز من الخزان عبر مانع التسرب الميكانيكي، حيث يُشحّم أسطح مانع التسرب، ويمتص الحرارة، ثم يعود إلى الخزان حيث يُبدد الحرارة الممتصة. وتُعد أنظمة دعم مانع التسرب المزدوج المضغوط هذه معقدة. وتزداد الأحمال الحرارية مع ضغط العملية ودرجة حرارتها، وقد تُسبب مشاكل في الموثوقية إذا لم يتم حسابها وضبطها بشكل صحيح.
يتميز نظام الدعم ذو الختم المزدوج بالهواء المضغوط بصغر حجمه، وعدم حاجته إلى ماء التبريد، وقلة صيانته. إضافةً إلى ذلك، عند توفر مصدر موثوق لغاز الحماية، فإن موثوقيته لا تتأثر بضغط العملية أو درجة حرارتها.
نظراً لتزايد استخدام موانع تسرب الهواء لمضخات الضغط المزدوج في السوق، أضاف المعهد الأمريكي للبترول (API) البرنامج 74 كجزء من نشر الطبعة الثانية من API 682.
74 يتألف نظام دعم البرنامج عادةً من مجموعة من المقاييس والصمامات المثبتة على لوحة التحكم، والتي تعمل على تنقية غاز الحاجز، وتنظيم الضغط في اتجاه التدفق، وقياس الضغط وتدفق الغاز إلى موانع التسرب الميكانيكية. عند تتبع مسار غاز الحاجز عبر لوحة التحكم في الخطة 74، يكون العنصر الأول هو صمام عدم الرجوع. يسمح هذا الصمام بعزل إمداد غاز الحاجز عن مانع التسرب لاستبدال عنصر المرشح أو صيانة المضخة. بعد ذلك، يمر غاز الحاجز عبر مرشح تجميعي بمسامات تتراوح بين 2 و3 ميكرومتر، والذي يحجز السوائل والجسيمات التي قد تُلحق الضرر بالتضاريس السطحية لمانع التسرب، مُشكلاً طبقة غازية على سطحه. يلي ذلك منظم ضغط ومانومتر لضبط ضغط إمداد غاز الحاجز إلى مانع التسرب الميكانيكي.
تتطلب موانع التسرب الغازية لمضخات الضغط المزدوج أن يصل ضغط إمداد الغاز الحاجز إلى مستوى أدنى من فرق الضغط فوق أقصى ضغط في حجرة مانع التسرب، أو يتجاوزه. يختلف هذا الحد الأدنى لانخفاض الضغط باختلاف الشركة المصنعة ونوع مانع التسرب، ولكنه عادةً ما يكون حوالي 30 رطلاً لكل بوصة مربعة (psi). يُستخدم مفتاح الضغط للكشف عن أي مشاكل في ضغط إمداد الغاز الحاجز، ويُصدر إنذارًا إذا انخفض الضغط عن الحد الأدنى.
يتم التحكم في تشغيل مانع التسرب عن طريق تدفق غاز الحاجز باستخدام مقياس التدفق. تشير الانحرافات عن معدلات تدفق غاز الحاجز التي أبلغ عنها مصنعو موانع التسرب الميكانيكية إلى انخفاض أداء منع التسرب. قد يكون انخفاض تدفق غاز الحاجز ناتجًا عن دوران المضخة أو هجرة السائل إلى سطح مانع التسرب (من غاز حاجز ملوث أو سائل العملية).
غالباً ما يحدث تلف في أسطح منع التسرب بعد هذه الأحداث، مما يؤدي إلى زيادة تدفق غاز الحاجز. كما يمكن أن تتسبب الارتفاعات المفاجئة في ضغط المضخة أو الفقدان الجزئي لضغط غاز الحاجز في تلف سطح منع التسرب. ويمكن استخدام أجهزة إنذار التدفق العالي لتحديد الوقت اللازم للتدخل لمعالجة التدفق العالي للغاز. عادةً ما تكون قيمة ضبط جهاز إنذار التدفق العالي في نطاق يتراوح بين 10 إلى 100 ضعف معدل تدفق غاز الحاجز الطبيعي، وهي قيمة لا يحددها عادةً مُصنِّع مانع التسرب الميكانيكي، بل تعتمد على مقدار تسرب الغاز الذي تتحمله المضخة.
تُستخدم عادةً عدادات التدفق ذات المقياس المتغير، ومن الشائع توصيل عدادات التدفق ذات النطاقين المنخفض والعالي على التوالي. ويمكن تركيب مفتاح تدفق عالٍ على عداد التدفق ذي النطاق العالي لإصدار إنذار عند ارتفاع التدفق. ولا يمكن معايرة عدادات التدفق ذات المساحة المتغيرة إلا لغازات معينة عند درجات حرارة وضغوط محددة. وعند التشغيل في ظروف أخرى، مثل تقلبات درجات الحرارة بين الصيف والشتاء، لا يُعتبر معدل التدفق المعروض قيمة دقيقة، ولكنه قريب من القيمة الفعلية.
مع إصدار النسخة الرابعة من معيار API 682، انتقلت قياسات التدفق والضغط من التناظرية إلى الرقمية مع قراءات محلية. يمكن استخدام عدادات التدفق الرقمية كعدادات تدفق متغيرة المساحة، والتي تحول موضع العوامة إلى إشارات رقمية، أو كعدادات تدفق كتلي، والتي تحول التدفق الكتلي تلقائيًا إلى تدفق حجمي. تتميز أجهزة إرسال التدفق الكتلي بقدرتها على توفير مخرجات تعوض الضغط ودرجة الحرارة لتوفير قياس دقيق للتدفق في ظل الظروف الجوية القياسية. أما عيبها فهو ارتفاع سعرها مقارنةً بعدادات التدفق متغيرة المساحة.
تكمن مشكلة استخدام جهاز إرسال التدفق في إيجاد جهاز قادر على قياس تدفق غاز الحاجز أثناء التشغيل العادي وعند نقاط إنذار التدفق العالي. تحتوي مستشعرات التدفق على قيم قصوى ودنيا يمكن قراءتها بدقة. بين التدفق الصفري والقيمة الدنيا، قد لا يكون التدفق الناتج دقيقًا. تكمن المشكلة في أنه مع زيادة معدل التدفق الأقصى لطراز معين من محولات التدفق، يزداد معدل التدفق الأدنى أيضًا.
أحد الحلول هو استخدام جهازَي إرسال (أحدهما بتردد منخفض والآخر بتردد عالٍ)، لكن هذا خيار مكلف. أما الطريقة الثانية فهي استخدام حساس تدفق لنطاق التدفق التشغيلي العادي، واستخدام مفتاح تدفق عالي مع مقياس تدفق تناظري عالي المدى. آخر مكون يمر عبره غاز الحاجز هو صمام عدم الرجوع قبل أن يغادر غاز الحاجز اللوحة ويتصل بالمانع الميكانيكي. هذا ضروري لمنع ارتداد السائل المضخوخ إلى اللوحة وتلف الجهاز في حالة حدوث اضطرابات غير طبيعية في العملية.
يجب أن يكون ضغط فتح صمام الفحص منخفضًا. في حال كان الاختيار خاطئًا، أو إذا كان مانع تسرب الهواء في مضخة الضغط المزدوج يعاني من انخفاض تدفق غاز الحاجز، فسيُلاحظ أن نبضات تدفق غاز الحاجز ناتجة عن فتح صمام الفحص وإعادة إغلاقه.
يُستخدم النيتروجين النباتي عادةً كغاز عازل لسهولة توفره وخموله وعدم تسببه في أي تفاعلات كيميائية ضارة في السائل المضخوخ. ويمكن استخدام غازات خاملة أخرى غير متوفرة، مثل الأرجون. في حال تجاوز ضغط غاز الحماية المطلوب ضغط النيتروجين النباتي، يمكن استخدام معزز ضغط لزيادة الضغط وتخزين الغاز عالي الضغط في خزان متصل بمدخل لوحة التحكم Plan 74. لا يُنصح عمومًا باستخدام أسطوانات النيتروجين لأنها تتطلب استبدال الأسطوانات الفارغة باستمرار. في حال تدهور جودة مانع التسرب، يمكن تفريغ الأسطوانة بسرعة، مما يؤدي إلى توقف المضخة لمنع المزيد من التلف وتعطل مانع التسرب الميكانيكي.
على عكس أنظمة العزل السائل، لا تتطلب أنظمة دعم Plan 74 قربًا مباشرًا من موانع التسرب الميكانيكية. الاستثناء الوحيد هنا هو الجزء الطويل من الأنبوب ذي القطر الصغير. قد يحدث انخفاض في الضغط بين لوحة Plan 74 ومانع التسرب في الأنبوب خلال فترات التدفق العالي (تدهور مانع التسرب)، مما يقلل من ضغط العزل المتاح لمانع التسرب. يمكن حل هذه المشكلة بزيادة قطر الأنبوب. عادةً، تُثبّت لوحات Plan 74 على حامل على ارتفاع مناسب للتحكم في الصمامات وقراءة بيانات الأجهزة. يمكن تركيب الحامل على قاعدة المضخة أو بجوارها دون التأثير على فحص المضخة وصيانتها. تجنب مخاطر التعثر على الأنابيب/الأنابيب التي تربط لوحات Plan 74 بموانع التسرب الميكانيكية.
بالنسبة للمضخات ذات المحامل المتداخلة المزودة بمانعَي تسرب ميكانيكيين، أحدهما في كل طرف من أطراف المضخة، لا يُنصح باستخدام لوحة تحكم واحدة مع مخرج غاز عازل منفصل لكل مانع تسرب. الحل الأمثل هو استخدام لوحة تحكم Plan 74 منفصلة لكل مانع تسرب، أو لوحة تحكم Plan 74 بمخرجين، لكل منهما مجموعة خاصة به من عدادات التدفق ومفاتيح التدفق. في المناطق ذات الشتاء البارد، قد يكون من الضروري حماية لوحات تحكم Plan 74 خلال فصل الشتاء. ويتم ذلك أساسًا لحماية المعدات الكهربائية للوحة، عادةً عن طريق تغليف اللوحة داخل الخزانة وإضافة عناصر تسخين.
من الظواهر المثيرة للاهتمام أن معدل تدفق غاز الحاجز يزداد مع انخفاض درجة حرارة إمداد غاز الحاجز. عادةً ما يمر هذا دون ملاحظة، ولكنه قد يصبح واضحًا في المناطق ذات الشتاء البارد أو التي تشهد تباينًا كبيرًا في درجات الحرارة بين الصيف والشتاء. في بعض الحالات، قد يكون من الضروري تعديل نقطة ضبط إنذار التدفق العالي لتجنب الإنذارات الكاذبة. يجب تنظيف قنوات تهوية اللوحة وأنابيب التوصيل قبل تشغيل لوحات الخطة 74. يُمكن تحقيق ذلك بسهولة عن طريق إضافة صمام تهوية عند أو بالقرب من وصلة مانع التسرب الميكانيكي. في حال عدم توفر صمام تصريف، يُمكن تنظيف النظام بفصل الأنبوب عن مانع التسرب الميكانيكي ثم إعادة توصيله بعد التنظيف.
بعد توصيل لوحات نظام Plan 74 بأختام منع التسرب والتأكد من عدم وجود تسريبات في جميع التوصيلات، يمكن الآن ضبط منظم الضغط على الضغط المطلوب في التطبيق. يجب أن تزود اللوحة مانع التسرب الميكانيكي بغاز حاجز مضغوط قبل ملء المضخة بسائل العملية. تصبح أختام ولوحات نظام Plan 74 جاهزة للتشغيل عند اكتمال إجراءات تشغيل المضخة وتفريغها.
يجب فحص عنصر الترشيح بعد شهر من التشغيل، أو كل ستة أشهر في حال عدم وجود أي تلوث. وتعتمد فترة استبدال المرشح على نقاء الغاز المُزوَّد، ولكن يجب ألا تتجاوز ثلاث سنوات.
ينبغي فحص معدلات تدفق غاز الحاجز وتسجيلها أثناء عمليات الفحص الروتينية. إذا كان تذبذب تدفق هواء الحاجز الناتج عن فتح وإغلاق صمام الفحص كبيرًا بما يكفي لإطلاق إنذار التدفق العالي، فقد يلزم زيادة قيم الإنذار هذه لتجنب الإنذارات الكاذبة.
من أهم خطوات إيقاف التشغيل عزل غاز الحماية وتفريغه من الضغط، ويجب أن تكون هذه الخطوة الأخيرة. أولًا، اعزل غلاف المضخة وخفّض ضغطه. بمجرد أن تصبح المضخة في حالة آمنة، يمكن إيقاف ضغط إمداد غاز الحماية وإزالة ضغط الغاز من الأنابيب التي تربط لوحة التحكم Plan 74 بالمانع الميكانيكي. يجب تصريف جميع السوائل من النظام قبل البدء بأي أعمال صيانة.
توفر موانع تسرب الهواء لمضخات الضغط المزدوج، بالإضافة إلى أنظمة الدعم Plan 74، للمشغلين حلاً لمانع تسرب العمود بدون انبعاثات، واستثمار رأسمالي أقل (مقارنة بموانع التسرب المزودة بأنظمة حاجز سائل)، وتكلفة دورة حياة أقل، وبصمة نظام دعم صغيرة، ومتطلبات خدمة دنيا.
عند تركيب وتشغيل هذا الحل الاحتوائي وفقًا لأفضل الممارسات، فإنه يمكن أن يوفر موثوقية طويلة الأمد ويزيد من توافر المعدات الدوارة.
We welcome your suggestions on article topics and sealing issues so that we can better respond to the needs of the industry. Please send your suggestions and questions to sealsensequestions@fluidsealing.com.
مارك سافاج هو مدير مجموعة منتجات في شركة جون كرين. يحمل سافاج شهادة بكالوريوس في الهندسة من جامعة سيدني، أستراليا. لمزيد من المعلومات، تفضل بزيارة الموقع الإلكتروني johncrane.com.