مقارنة بين الخلاط والمضخة والأختام الميكانيكية: ألمانيا، المملكة المتحدة، الولايات المتحدة الأمريكية، إيطاليا، اليونان، الولايات المتحدة الأمريكية

توجد أنواع عديدة من المعدات التي تتطلب إحكام غلق عمود دوار يمر عبر غلاف ثابت. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك المضخات والخلاطات (أو المحركات). بينما الأساسي
تتشابه مبادئ إحكام إغلاق المعدات المختلفة، لكن ثمة اختلافات تتطلب حلولاً مختلفة. وقد أدى هذا سوء الفهم إلى نزاعات مثل اللجوء إلى معهد البترول الأمريكي.
عند تحديد موانع التسرب للخلاطات، يُنصح باتباع معيار API 682 (معيار موانع التسرب الميكانيكية للمضخات). عند المقارنة بين موانع التسرب الميكانيكية للمضخات والخلاطات، تبرز بعض الاختلافات الواضحة بين النوعين. على سبيل المثال، تتميز المضخات ذات المحور المتدلي بمسافات أقصر (تُقاس عادةً بالبوصة) بين المروحة والمحمل الشعاعي مقارنةً بالخلاطات ذات المدخل العلوي (التي تُقاس عادةً بالقدم).
تؤدي هذه المسافة الطويلة غير المدعومة إلى منصة أقل استقرارًا مع انحراف شعاعي أكبر، وعدم محاذاة عمودية، ولا مركزية أكبر من المضخات. ويُشكّل ازدياد انحراف المعدات تحديات تصميمية للأختام الميكانيكية. ماذا لو كان انحراف العمود شعاعيًا بحتًا؟ يمكن تصميم ختم لهذه الحالة بسهولة عن طريق زيادة الخلوص بين المكونات الدوارة والثابتة، بالإضافة إلى توسيع أسطح تشغيل الختم. ولكن كما هو متوقع، فإن الأمر ليس بهذه البساطة. فالحمل الجانبي على المروحة (المراوح)، أينما وُجدت على عمود الخلاط، يُحدث انحرافًا ينتقل عبر الختم وصولًا إلى نقطة دعم العمود الأولى - المحمل الشعاعي لعلبة التروس. وبسبب انحراف العمود وحركة البندول، فإن الانحراف ليس دالة خطية.

سيحتوي هذا على مُركّبة شعاعية ومُركّبة زاوية تُحدث انحرافًا عموديًا عند مانع التسرب، مما قد يُسبب مشاكل لمانع التسرب الميكانيكي. يُمكن حساب الانحراف إذا كانت الخصائص الرئيسية للعمود وحمل العمود معروفة. على سبيل المثال، ينص معيار API 682 على أن الانحراف الشعاعي للعمود عند أسطح مانع التسرب في المضخة يجب أن يكون مساويًا أو أقل من 0.002 بوصة من إجمالي القراءة المُشار إليها (TIR) ​​في أقسى الظروف. تتراوح النطاقات الطبيعية في الخلاط ذي المدخل العلوي بين 0.03 و0.150 بوصة من إجمالي القراءة المُشار إليها. تشمل المشاكل التي قد تحدث داخل مانع التسرب الميكانيكي نتيجةً للانحراف المُفرط للعمود زيادة تآكل مُكوّنات مانع التسرب، واحتكاك المُكوّنات الدوارة بالمُكوّنات الثابتة مما يُؤدي إلى تلفها، ودحرجة وانضغاط الحلقة الدائرية الديناميكية (مما يُسبب فشلًا حلزونيًا للحلقة الدائرية أو تعليق السطح). كل هذا يُمكن أن يُؤدي إلى تقليل عمر مانع التسرب. نظرًا للحركة المُفرطة المُتأصلة في الخلاطات، يُمكن أن تُظهر موانع التسرب الميكانيكية تسريبًا أكبر مُقارنةً بأنواع مُماثلة.مضخات مانعة للتسرب، مما قد يؤدي إلى سحب الختم دون داعٍ و/أو حتى حدوث أعطال مبكرة إذا لم تتم مراقبته عن كثب.

في بعض الحالات، عند العمل عن كثب مع مصنعي المعدات وفهم تصميمها، يمكن دمج محمل ذي عناصر دحرجة في خراطيش منع التسرب للحد من الانحراف الزاوي عند أسطح منع التسرب وتخفيف هذه المشاكل. يجب توخي الحذر عند اختيار نوع المحمل المناسب وفهم أحمال المحمل المحتملة فهمًا كاملًا، وإلا فقد تتفاقم المشكلة أو حتى تنشأ مشكلة جديدة مع إضافة المحمل. ينبغي لموردي موانع التسرب العمل عن كثب مع مصنعي المعدات الأصلية ومصنعي المحامل لضمان التصميم الأمثل.

تتميز تطبيقات موانع التسرب المخلوطة عادةً بسرعات منخفضة (من 5 إلى 300 دورة في الدقيقة)، ولا يمكنها استخدام بعض الطرق التقليدية لتبريد سوائل الحاجز. على سبيل المثال، في نظام Plan 53A لموانع التسرب المزدوجة، يتم توفير دوران سائل الحاجز بواسطة آلية ضخ داخلية مثل برغي ضخ محوري. يكمن التحدي في أن آلية الضخ تعتمد على سرعة المعدات لتوليد التدفق، وسرعات الخلط النموذجية ليست عالية بما يكفي لتوليد معدلات تدفق فعالة. الخبر السار هو أن الحرارة المتولدة على سطح مانع التسرب ليست عادةً السبب الرئيسي لارتفاع درجة حرارة سائل الحاجز.مانع تسرب الخلاطإن امتصاص الحرارة الناتج عن العملية هو ما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة سائل الحاجز، بالإضافة إلى جعل مكونات مانع التسرب السفلية، مثل الأسطح والمطاطات، أكثر عرضة لدرجات الحرارة العالية. وتكون مكونات مانع التسرب السفلية، مثل أسطح مانع التسرب والحلقات الدائرية، أكثر عرضة للتلف بسبب قربها من العملية. ليس الحرارة هي التي تُلحق الضرر المباشر بأسطح مانع التسرب، بل انخفاض لزوجة سائل الحاجز، وبالتالي انخفاض قدرته على التزييت، عند أسطح مانع التسرب السفلية. ويؤدي ضعف التزييت إلى تلف الأسطح نتيجة الاحتكاك. ويمكن دمج ميزات تصميمية أخرى في خرطوشة مانع التسرب للحفاظ على انخفاض درجة حرارة سائل الحاجز وحماية مكونات مانع التسرب.

يمكن تصميم موانع التسرب الميكانيكية للخلاطات باستخدام ملفات تبريد داخلية أو أغلفة متصلة مباشرة بسائل العزل. تُشكل هذه الميزات نظامًا مغلقًا منخفض الضغط والتدفق، حيث يتم تدوير ماء التبريد من خلاله ليعمل كمبادل حراري متكامل. طريقة أخرى هي استخدام بكرة تبريد في خرطوشة مانع التسرب بين مكونات مانع التسرب السفلية وسطح تركيب الجهاز. بكرة التبريد عبارة عن تجويف يتدفق من خلاله ماء التبريد منخفض الضغط لتكوين حاجز عازل بين مانع التسرب والوعاء للحد من امتصاص الحرارة. يمكن لبكرة التبريد المصممة بشكل صحيح أن تمنع درجات الحرارة المفرطة التي قد تؤدي إلى تلف...وجوه الفقمةوالمطاطات. يؤدي امتصاص الحرارة الناتج عن العملية إلى ارتفاع درجة حرارة سائل الحاجز بدلاً من ذلك.

يمكن استخدام هاتين الميزتين التصميميتين معًا أو بشكل منفصل للمساعدة في التحكم بدرجات الحرارة عند مانع التسرب الميكانيكي. في كثير من الأحيان، تُحدد مواصفات موانع التسرب الميكانيكية للخلاطات لتتوافق مع معيار API 682، الإصدار الرابع، الفئة 1، على الرغم من أن هذه الآلات لا تتوافق مع متطلبات التصميم في معيار API 610/682 من الناحية الوظيفية أو الأبعاد أو الميكانيكية. قد يعود ذلك إلى أن المستخدمين النهائيين على دراية بمعيار API 682 كمواصفة لمانع التسرب، ولا يدركون بعض المواصفات الصناعية الأكثر ملاءمة لهذه الآلات/موانع التسرب. تُعد ممارسات صناعة العمليات (PIP) والمعهد الألماني للتوحيد القياسي (DIN) معيارين صناعيين أكثر ملاءمة لهذا النوع من موانع التسرب؛ فقد تم تحديد معايير DIN 28138/28154 منذ فترة طويلة لمصنعي المعدات الأصلية للخلاطات في أوروبا، وأصبح معيار PIP RESM003 يُستخدم كمتطلب مواصفات لموانع التسرب الميكانيكية في معدات الخلط. خارج هذه المواصفات، لا توجد معايير صناعية شائعة الاستخدام، مما يؤدي إلى مجموعة واسعة من أبعاد حجرة الختم، وتفاوتات التشغيل الآلي، وانحراف العمود، وتصميمات علبة التروس، وترتيبات المحامل، وما إلى ذلك، والتي تختلف من شركة مصنعة للمعدات الأصلية إلى أخرى.

سيحدد موقع المستخدم وقطاع عمله إلى حد كبير أي من هذه المواصفات سيكون الأنسب لموقعه.موانع التسرب الميكانيكية للخلاطقد يُمثل تحديد معيار API 682 لمانع تسرب الخلاط تكلفةً إضافيةً غير ضرورية وتعقيدًا. مع أنه من الممكن دمج مانع تسرب أساسي مُؤهل وفقًا لمعيار API 682 في تصميم الخلاط، إلا أن هذا النهج غالبًا ما يُؤدي إلى تنازلات في كلٍ من الامتثال لمعيار API 682 ومدى ملاءمة التصميم لتطبيقات الخلاط. تُظهر الصورة 3 قائمةً بالاختلافات بين مانع تسرب من الفئة 1 وفقًا لمعيار API 682 ومانع تسرب ميكانيكي نموذجي للخلاط.