لقد تغيرت التحديات التي تواجه الصناعات التحويلية، على الرغم من استمرارها في ضخ السوائل، بعضها خطير أو سام. ولا تزال السلامة والموثوقية من أهم الأولويات. ومع ذلك، يعمل المشغلون على زيادة السرعات والضغوط ومعدلات التدفق، بل وحتى شدة خصائص السوائل (درجة الحرارة، التركيز، اللزوجة، إلخ) أثناء معالجة العديد من عمليات الدفعات. بالنسبة لمشغلي مصافي البترول، ومرافق معالجة الغاز، ومصانع البتروكيماويات والكيميائيات، تعني السلامة التحكم في فقدان السوائل المضخوخة ومنع تعرضها للتلف. أما الموثوقية فتعني مضخات تعمل بكفاءة وفعالية، مع تقليل الحاجة إلى الصيانة.
يضمن مانع التسرب الميكانيكي المُصمم بشكل صحيح لمشغل المضخة أداءً طويل الأمد وآمنًا وموثوقًا بفضل تقنية مُجرّبة. من بين العديد من المعدات الدوارة ومكوناتها المتنوعة، أثبتت مانعات التسرب الميكانيكية أنها تعمل بكفاءة في معظم ظروف التشغيل.
المضخات والأختام - ملاءمة جيدة
من الصعب تصديق مرور ما يقرب من 30 عامًا على الترويج الواسع لتقنية المضخات الخالية من الأختام في صناعة العمليات. وقد رُوّج لهذه التقنية الجديدة على أنها الحل الأمثل لجميع مشاكل الأختام الميكانيكية وقيودها المُفترضة. واقترح البعض أن هذا البديل سيُلغى استخدام الأختام الميكانيكية تمامًا.
ومع ذلك، لم يمضِ وقت طويل على هذا الترويج، حتى أدرك المستخدمون النهائيون أن الأختام الميكانيكية قادرة على تلبية متطلبات التسرب والاحتواء القانونية، بل وتجاوزها. علاوة على ذلك، دعم مصنعو المضخات هذه التقنية بتوفير غرف أختام مُحدثة لتحل محل "صناديق التعبئة" القديمة المستخدمة في تعبئة الضغط.
تم تصميم حجرات الختم اليوم خصيصًا للأختام الميكانيكية، مما يسمح بتكنولوجيا أكثر قوة في منصة الخرطوشة، مما يوفر تركيبًا أسهل ويخلق بيئة تسمح للأختام بالعمل بكامل إمكاناتها.
التطورات في التصميم
في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، فرضت اللوائح البيئية الجديدة على الصناعة التركيز ليس فقط على الاحتواء والانبعاثات، بل أيضًا على موثوقية المعدات. كان متوسط الوقت بين الإصلاحات (MTBR) للأختام الميكانيكية في المصانع الكيميائية حوالي 12 شهرًا. أما اليوم، فيبلغ متوسط الوقت بين الإصلاحات 30 شهرًا. حاليًا، يتجاوز متوسط الوقت بين الإصلاحات في صناعة البترول، الخاضعة لبعض أكثر مستويات الانبعاثات صرامة، 60 شهرًا.
حافظت الأختام الميكانيكية على سمعتها المرموقة بفضل قدرتها على تلبية، بل وتجاوز، متطلبات أفضل تقنيات التحكم المتاحة (BACT). علاوة على ذلك، حافظت على مكانتها كتقنية اقتصادية وموفرة للطاقة، ومتوافقة مع لوائح الانبعاثات والبيئة.
تتيح برامج الحاسوب تصميم نماذج أولية للأختام قبل تصنيعها للتأكد من قدرتها على تحمل ظروف تشغيل محددة قبل تركيبها في الموقع. وقد تطورت قدرات تصميم تصنيع الأختام وتكنولوجيا مواد سطحها لدرجة إمكانية تطويرها لتناسب تطبيقًا عمليًا واحدًا لواحد.
تتيح برامج وتقنيات النمذجة الحاسوبية الحديثة استخدام مراجعة التصميم ثلاثي الأبعاد، وتحليل العناصر المحدودة (FEA)، وديناميكيات الموائع الحسابية (CFD)، وتحليل الأجسام الصلبة، وبرامج التشخيص بالتصوير الحراري، وهي برامج لم تكن متاحة بسهولة في الماضي أو كانت باهظة التكلفة للاستخدام المتكرر مع الرسومات ثنائية الأبعاد السابقة. وقد عززت هذه التطورات في تقنيات النمذجة موثوقية تصميم الأختام الميكانيكية.
مهدت هذه البرامج والتقنيات الطريق لتصميم أختام خراطيش قياسية بمكونات أكثر متانة. وشمل ذلك إزالة النوابض والحلقات الدائرية الديناميكية من سائل المعالجة، وجعل تقنية الجزء الثابت المرن التصميم الأمثل.
القدرة على اختبار التصميم المخصص
ساهم إدخال أختام الخراطيش القياسية بشكل كبير في تعزيز موثوقية أنظمة الختم بفضل متانتها وسهولة تركيبها. تتيح هذه المتانة نطاقًا أوسع من ظروف الاستخدام مع أداء موثوق.
بالإضافة إلى ذلك، أتاح التصميم والتصنيع السريع لأنظمة الختم المصممة خصيصًا ضبطًا دقيقًا لمتطلبات عمل المضخة المتنوعة. ويمكن إدخال التخصيص إما من خلال تغييرات في الختم نفسه، أو - وهو أسهل - من خلال مكونات النظام المساعدة، مثل مخطط الأنابيب. وتُعدّ القدرة على التحكم في بيئة الختم في ظل ظروف تشغيل مختلفة، من خلال نظام دعم أو مخططات أنابيب، أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء الختم وموثوقيته.
كما حدث تطور طبيعي تمثل في مضخات مصممة خصيصًا، مزودة بمانع تسرب ميكانيكي مخصص. واليوم، يمكن تصميم واختبار مانع التسرب الميكانيكي بسرعة لأي نوع من ظروف التشغيل أو خصائص المضخة. ويمكن تصميم وتصنيع أسطح المانع، ومعايير أبعاد حجرة المانع، وكيفية ملاءمته لها لتناسب مجموعة واسعة من التطبيقات. كما أدى تحديث المعايير، مثل معيار معهد البترول الأمريكي (API) رقم 682، إلى زيادة موثوقية المانع من خلال متطلبات تُثبت صحة تصميمه ومواده ووظائفه.
مقاس مخصص
تواجه صناعة الأختام يوميًا تسليعًا لتكنولوجيا الأختام. يعتقد الكثير من المشترين أن "الأختام هي الأختام". غالبًا ما تستخدم المضخات القياسية نفس الأختام الأساسية. ومع ذلك، عند تركيبها وتطبيقها في ظروف عملية محددة، غالبًا ما يتم تطبيق نوع من التخصيص في نظام الأختام لتحقيق الموثوقية المطلوبة في ظل تلك الظروف التشغيلية والعملية الكيميائية المحددة.
حتى مع نفس تصميم الخرطوشة القياسية، تتوفر إمكانيات واسعة للتخصيص، بدءًا من اختيار مكونات المواد وصولًا إلى خطة الأنابيب المستخدمة. يُعدّ توجيه الشركة المصنعة لاختيار مكونات نظام الختم أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق مستوى الأداء والموثوقية العامة المطلوبين. يتيح هذا النوع من التخصيص للأختام الميكانيكية تمديد فترة الاستخدام العادي لما يصل إلى 30 إلى 60 شهرًا من متوسط زمن الاشتعال (MTBR) بدلاً من 24 شهرًا.
بفضل هذا النهج، يطمئن المستخدمون النهائيون إلى حصولهم على نظام عزل مُصمم خصيصًا لتطبيقاتهم وشكلهم ووظيفتهم. تُوفر هذه الإمكانية للمستخدم النهائي المعرفة اللازمة حول تشغيل المضخة قبل تركيبها، مما يُغني عن التخمين بشأن كيفية عملها أو قدرتها على تحمل الاستخدام.
تصميم موثوق
بينما يؤدي معظم مشغلي العمليات نفس الوظائف، إلا أن التطبيقات تختلف. تعمل العمليات بسرعات ودرجات حرارة ولزوجة مختلفة، وإجراءات تشغيل مختلفة وتكوينات مضخات مختلفة.
على مر السنين، قدّمت صناعة الأختام الميكانيكية ابتكاراتٍ هامةً قلّلت من حساسية الأختام لظروف التشغيل المتغيرة، وأدت إلى زيادة موثوقيتها. هذا يعني أنه حتى لو لم يكن لدى المستخدم النهائي أجهزة مراقبة تُصدر تحذيراتٍ بشأن الاهتزازات ودرجة الحرارة وأحمال المحامل والمحركات، فإن أختام اليوم، في معظم الحالات، ستظل تؤدي وظائفها الأساسية.
خاتمة
بفضل هندسة الموثوقية، وتحسينات المواد، والتصميم بمساعدة الحاسوب، وتقنيات التصنيع المتقدمة، تُثبت الأختام الميكانيكية قيمتها وموثوقيتها. ورغم تغير معايير الانبعاثات والاحتواء، وحدود السلامة والتعرض، فقد حافظت الأختام على مكانتها الرائدة في تلبية المتطلبات الصعبة. ولذلك، لا تزال الأختام الميكانيكية الخيار الأمثل في الصناعات التحويلية.
وقت النشر: 30 يونيو 2022