نظام دعم محكم للغاز مع مضختين مضغوطتين

تُعدّ أختام هواء المضخات المعززة المزدوجة، المُقتبسة من تقنية أختام هواء الضاغط، أكثر شيوعًا في صناعة أختام أعمدة المضخة. تضمن هذه الأختام عدم تفريغ السائل المُضخّ إلى الغلاف الجوي، وتُقلّل مقاومة الاحتكاك على عمود المضخة، وتعمل بنظام دعم أبسط. تُسهم هذه المزايا في انخفاض تكلفة دورة حياة الحل الإجمالية.
تعمل هذه الأختام عن طريق إدخال مصدر خارجي للغاز المضغوط بين سطحي الختم الداخلي والخارجي. تُضيف تضاريس سطح الختم ضغطًا إضافيًا على غاز الحاجز، مما يؤدي إلى انفصاله، مما يُؤدي إلى طفو سطح الختم في طبقة الغاز. تكون خسائر الاحتكاك منخفضة نظرًا لعدم تلامس أسطح الختم. يمر غاز الحاجز عبر الغشاء بمعدل تدفق منخفض، مُستهلكًا إياه على شكل تسريبات، يتسرب معظمها إلى الغلاف الجوي عبر أسطح الختم الخارجية. تتسرب البقايا إلى حجرة الختم، ثم تُحمل بعيدًا بواسطة تيار العملية.
تتطلب جميع أختام الختم المزدوجة سائلًا مضغوطًا (سائلًا أو غازًا) بين السطحين الداخلي والخارجي لمجموعة أختام الميكانيكا. ويتطلب الأمر نظام دعم لتوصيل هذا السائل إلى الختم. على النقيض من ذلك، في أختام الختم المزدوجة المُشحمة بالسائل، يدور السائل الحاجز من الخزان عبر الختم الميكانيكي، حيث يُشحم أسطح الختم، ويمتص الحرارة، ثم يعود إلى الخزان حيث يحتاج إلى تبديد الحرارة الممتصة. تُعد أنظمة دعم أختام الختم المزدوجة المُشحمة بالسائل مُعقدة. تزداد الأحمال الحرارية مع ضغط العملية ودرجة حرارتها، وقد تُسبب مشاكل في الموثوقية إذا لم تُحسب وتُضبط بشكل صحيح.
نظام دعم الهواء المضغوط مزدوج الختم لا يشغل مساحة كبيرة، ولا يتطلب مياه تبريد، ولا يتطلب صيانة كثيرة. بالإضافة إلى ذلك، عند توفر مصدر موثوق لغاز الحماية، تكون موثوقيته مستقلة عن ضغط العملية ودرجة حرارتها.
ونتيجة للاعتماد المتزايد على أختام الهواء لمضخات الضغط المزدوجة في السوق، أضاف معهد البترول الأمريكي (API) البرنامج 74 كجزء من نشر الطبعة الثانية من API 682.
74 نظام دعم البرنامج هو عادةً مجموعة من المقاييس والصمامات المثبتة على لوحة، والتي تُنقّي غاز الحاجز، وتُنظّم ضغط المصب، وتُقيس الضغط وتدفق الغاز إلى الأختام الميكانيكية. بتتبع مسار غاز الحاجز عبر لوحة Plan 74، يكون العنصر الأول هو صمام الفحص. يسمح هذا بعزل مصدر غاز الحاجز عن الختم لاستبدال عنصر الفلتر أو صيانة المضخة. يمرّ غاز الحاجز بعد ذلك عبر فلتر اندماجي بقطر 2 إلى 3 ميكرومتر (ميكرومتر)، والذي يحجز السوائل والجسيمات التي قد تُلحق الضرر بالخصائص الطبوغرافية لسطح الختم، مُشكّلاً طبقة غازية عليه. يلي ذلك مُنظّم ضغط ومقياس ضغط لضبط ضغط مصدر غاز الحاجز إلى الختم الميكانيكي.
تتطلب أختام غاز مضخة الضغط المزدوج أن يصل ضغط إمداد غاز الحاجز إلى حد أدنى من الضغط التفاضلي أعلى من الحد الأقصى للضغط في حجرة الختم أو يتجاوزه. يختلف هذا الانخفاض الأدنى في الضغط باختلاف الشركة المصنعة ونوع الختم، ولكنه عادةً ما يكون حوالي 30 رطلاً لكل بوصة مربعة (psi). يُستخدم مفتاح الضغط للكشف عن أي مشاكل في ضغط إمداد غاز الحاجز، ويُصدر إنذارًا في حال انخفاض الضغط عن الحد الأدنى.
يتم التحكم في تشغيل الختم عن طريق تدفق غاز الحاجز باستخدام مقياس تدفق. تشير الانحرافات عن معدلات تدفق غاز الحاجز التي أبلغ عنها مصنعو الختم الميكانيكي إلى انخفاض أداء الختم. قد يكون انخفاض تدفق غاز الحاجز ناتجًا عن دوران المضخة أو انتقال السوائل إلى سطح الختم (بسبب تلوث غاز الحاجز أو سائل العملية).
غالبًا، بعد هذه الأحداث، يحدث تلف في أسطح الختم، ومن ثم يزداد تدفق غاز الحاجز. كما يمكن أن تؤدي طفرات الضغط في المضخة أو فقدان جزئي لضغط غاز الحاجز إلى تلف سطح الختم. يمكن استخدام إنذارات التدفق العالي لتحديد وقت التدخل اللازم لتصحيح تدفق الغاز العالي. عادةً ما تتراوح قيمة ضبط إنذار التدفق العالي بين 10 و100 ضعف تدفق غاز الحاجز الطبيعي، وعادةً لا يحددها مُصنِّع مانع التسرب الميكانيكي، ولكنها تعتمد على مقدار تسرب الغاز الذي تتحمله المضخة.
استُخدمت مقاييس التدفق ذات القياس المتغير تقليديًا، وليس من النادر توصيل مقاييس التدفق المنخفضة والعالية على التوالي. يمكن بعد ذلك تركيب مفتاح تدفق عالي على مقياس التدفق العالي لإطلاق إنذار ارتفاع التدفق. لا يمكن معايرة مقاييس التدفق ذات المساحة المتغيرة إلا لغازات محددة عند درجات حرارة وضغوط محددة. عند 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 الإصدار الرابع من معيار API 682، انتقلت قياسات التدفق والضغط من التناظرية إلى الرقمية مع قراءات محلية. يمكن استخدام مقاييس التدفق الرقمية كمقاييس تدفق متغيرة المساحة، والتي تحوّل موضع الطفو إلى إشارات رقمية، أو مقاييس تدفق كتلة، والتي تحوّل تدفق الكتلة تلقائيًا إلى تدفق حجمي. تتميز أجهزة إرسال تدفق الكتلة بتوفيرها مخرجات تُعوّض الضغط ودرجة الحرارة لتوفير تدفق حقيقي في ظل الظروف الجوية القياسية. لكن عيبها هو أن هذه الأجهزة أغلى ثمنًا من مقاييس التدفق متغيرة المساحة.
تكمن مشكلة استخدام مُرسِل التدفق في إيجاد مُرسِل قادر على قياس تدفق غاز الحاجز أثناء التشغيل العادي وعند نقاط إنذار التدفق العالي. تحتوي مُستشعرات التدفق على قيم قصوى ودنيا يُمكن قراءتها بدقة. بين التدفق الصفري والحد الأدنى، قد لا يكون تدفق المخرج دقيقًا. تكمن المشكلة في أنه مع زيادة معدل التدفق الأقصى لطراز مُرسِل تدفق مُعين، يزداد أيضًا معدل التدفق الأدنى.
أحد الحلول هو استخدام جهازي إرسال (أحدهما بتردد منخفض والآخر بتردد عالٍ)، ولكنه خيار مكلف. الطريقة الثانية هي استخدام مستشعر تدفق لنطاق تدفق التشغيل العادي، واستخدام مفتاح تدفق عالي مع مقياس تدفق تناظري عالي النطاق. آخر مكون يمر عبره غاز الحاجز هو صمام الفحص قبل خروجه من اللوحة وتوصيله بالمانع التسرب الميكانيكي. هذا ضروري لمنع ارتداد السائل المضخوخ إلى اللوحة، ومنع تلف الجهاز في حال حدوث اضطرابات غير طبيعية في العملية.
يجب أن يكون ضغط فتح صمام الفحص منخفضًا. في حال كان الاختيار خاطئًا، أو كان تدفق غاز الحاجز في مانع تسرب الهواء لمضخة الضغط المزدوج منخفضًا، يُلاحظ أن نبض تدفق غاز الحاجز ناتج عن فتح صمام الفحص وإعادة تركيبه.
بشكل عام، يُستخدم النيتروجين النباتي كغاز حاجز لسهولة توفره وخموله وعدم تسببه في أي تفاعلات كيميائية ضارة في السائل المضخوخ. كما يمكن استخدام الغازات الخاملة غير المتوفرة، مثل الأرجون. في الحالات التي يكون فيها ضغط غاز الحماية المطلوب أعلى من ضغط النيتروجين النباتي، يمكن لمعزز الضغط زيادة الضغط وتخزين الغاز عالي الضغط في وحدة استقبال متصلة بمدخل لوحة Plan 74. لا يُنصح عمومًا باستخدام أسطوانات النيتروجين المعبأة لأنها تتطلب استبدال الأسطوانات الفارغة بأسطوانات ممتلئة باستمرار. في حال تدهور جودة الختم، يمكن تفريغ العبوة بسرعة، مما يؤدي إلى توقف المضخة لمنع المزيد من التلف وتعطل الختم الميكانيكي.
بخلاف أنظمة حواجز السوائل، لا تتطلب أنظمة دعم Plan 74 قربًا كبيرًا من الأختام الميكانيكية. التحذير الوحيد هنا هو المقطع المطول للأنبوب ذي القطر الصغير. قد يحدث انخفاض في الضغط بين لوحة Plan 74 والمانع في الأنبوب خلال فترات التدفق العالي (تدهور المانع)، مما يقلل من ضغط الحاجز المتاح للمانع. يمكن حل هذه المشكلة بزيادة حجم الأنبوب. عادةً، تُثبّت لوحات Plan 74 على حامل على ارتفاع مناسب للتحكم في الصمامات وقراءة قراءات الأجهزة. يمكن تركيب الحامل على لوحة قاعدة المضخة أو بجانبها دون التأثير على فحصها وصيانتها. تجنب مخاطر التعثر في الأنابيب/المواسير التي تربط لوحات Plan 74 بالأختام الميكانيكية.
بالنسبة للمضخات المتداخلة المزوّدة بمانعَي تسرب ميكانيكيين، أحدهما في كل طرف، لا يُنصح باستخدام لوحة واحدة ومخرج غاز حاجز منفصل لكل مانع تسرب ميكانيكي. الحل المُوصى به هو استخدام لوحة Plan 74 منفصلة لكل مانع تسرب، أو لوحة Plan 74 بمخرجين، لكل منهما مجموعة خاصة من مقاييس التدفق ومفاتيح التدفق. في المناطق ذات الشتاء البارد، قد يلزم استخدام لوحات Plan 74 خلال فصل الشتاء. يتم ذلك في المقام الأول 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 مصدره. عادةً ما يمر هذا دون أن يُلاحظ، ولكنه قد يصبح ملحوظًا في الأماكن ذات الشتاء البارد أو الاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة بين الصيف والشتاء. في بعض الحالات، قد يلزم ضبط نقطة ضبط إنذار التدفق العالي لمنع الإنذارات الكاذبة. يجب تطهير قنوات هواء اللوحة وأنابيب التوصيل قبل تشغيل لوحات Plan 74. يمكن تحقيق ذلك بسهولة عن طريق إضافة صمام تنفيس عند وصلة مانع التسرب الميكانيكي أو بالقرب منها. في حال عدم توفر صمام تنفيس، يمكن تطهير النظام عن طريق فصل الأنبوب/الأنبوب عن مانع التسرب الميكانيكي ثم إعادة توصيله بعد التطهير.
بعد توصيل لوحات Plan 74 بالسدادات وفحص جميع الوصلات بحثًا عن أي تسريبات، يُمكن ضبط منظم الضغط على الضغط المُحدد في التطبيق. يجب أن تُزوّد ​​اللوحة السدادة الميكانيكية بغاز حاجز مضغوط قبل ملء المضخة بسائل المعالجة. تكون أختام ولوحات Plan 74 جاهزة للعمل عند اكتمال إجراءات تشغيل المضخة والتهوية.
يجب فحص عنصر الفلتر بعد شهر من التشغيل، أو كل ستة أشهر في حال عدم وجود أي تلوث. تعتمد فترة استبدال الفلتر على نقاء الغاز المُزوَّد، على ألا تتجاوز ثلاث سنوات.
يجب فحص معدلات غاز الحاجز وتسجيلها أثناء عمليات التفتيش الروتينية. إذا كانت نبضات تدفق هواء الحاجز الناتجة عن فتح وإغلاق صمام الفحص كبيرة بما يكفي لإطلاق إنذار تدفق مرتفع، فقد يلزم رفع قيم هذه الإنذارات لتجنب الإنذارات الكاذبة.
من الخطوات المهمة في عملية إيقاف التشغيل عزل غاز الحماية وتفريغه كخطوة أخيرة. أولاً، عزل غلاف المضخة وتفريغه. بعد أن تصبح المضخة في حالة آمنة، يُمكن إيقاف ضغط إمداد غاز الحماية وإزالة ضغط الغاز من الأنابيب التي تربط لوحة Plan 74 بالمانع التسرب الميكانيكي. يجب تصريف جميع السوائل من النظام قبل بدء أي أعمال صيانة.
توفر أختام الهواء ذات المضخة ذات الضغط المزدوج جنبًا إلى جنب مع أنظمة دعم Plan 74 للمشغلين حل ختم العمود الخالي من الانبعاثات، واستثمار رأس مال أقل (مقارنة بالأختام ذات أنظمة حاجز السوائل)، وتكلفة دورة حياة منخفضة، وبصمة نظام دعم صغيرة ومتطلبات خدمة بسيطة.
عند تثبيته وتشغيله وفقًا لأفضل الممارسات، يمكن أن يوفر حل الاحتواء هذا موثوقية طويلة الأمد ويزيد من توفر 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 مدير مجموعة منتجات في جون كرين. سافاج حاصل على بكالوريوس علوم في الهندسة من جامعة سيدني، أستراليا. لمزيد من المعلومات، تفضل بزيارة johncrane.com.