رغم استمرار ضخ السوائل، بعضها خطير أو سام، إلا أن التحديات التي تواجه الصناعات التحويلية قد تغيرت. ولا تزال السلامة والموثوقية على رأس الأولويات. ومع ذلك، يزيد المشغلون من السرعات والضغوط ومعدلات التدفق، بل وحتى من شدة خصائص السوائل (درجة الحرارة، والتركيز، واللزوجة، وما إلى ذلك) أثناء معالجة العديد من العمليات الدفعية. بالنسبة لمشغلي مصافي البترول ومرافق معالجة الغاز ومصانع البتروكيماويات والكيماويات، تعني السلامة التحكم في فقدان السوائل المضخوخة أو التعرض لها ومنع ذلك. أما الموثوقية فتعني مضخات تعمل بكفاءة واقتصادية، مع تقليل الصيانة المطلوبة.
يضمن مانع التسرب الميكانيكي المصمم بشكل صحيح أداءً آمناً وموثوقاً للمضخة يدوم طويلاً، وذلك بفضل تقنية مثبتة. ومن بين العديد من المعدات الدوارة والمكونات المتنوعة، أثبتت موانع التسرب الميكانيكية كفاءتها العالية في معظم ظروف التشغيل.
المضخات والأختام - توافق مثالي
من الصعب تصديق مرور ما يقارب الثلاثين عامًا على الترويج الواسع النطاق لتقنية المضخات عديمة التسريب في الصناعات التحويلية. رُوِّج لهذه التقنية الجديدة باعتبارها الحل الأمثل لجميع مشاكل وقيود موانع التسرب الميكانيكية. بل ذهب البعض إلى حدّ القول بأن هذا البديل سيُغني عن استخدام موانع التسرب الميكانيكية تمامًا.
لكن بعد فترة وجيزة من هذا الترويج، أدرك المستخدمون النهائيون أن الأختام الميكانيكية قادرة على تلبية أو تجاوز متطلبات التسرب والاحتواء المنصوص عليها قانونًا. علاوة على ذلك، دعمت شركات تصنيع المضخات هذه التقنية بتوفير حجرات ختم مُحسّنة لتحل محل صناديق الحشو القديمة المضغوطة.
تم تصميم حجرات منع التسرب اليوم خصيصًا لأختام ميكانيكية، مما يسمح بتقنية أكثر قوة في منصة الخرطوشة، ويوفر تركيبًا أسهل ويخلق بيئة تسمح لأختام منع التسرب بالعمل بكامل طاقتها.
تطورات في التصميم
في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، أجبرت اللوائح البيئية الجديدة قطاع الصناعة على النظر ليس فقط في احتواء الانبعاثات والحد منها، بل أيضاً في موثوقية المعدات. كان متوسط الوقت بين عمليات الإصلاح (MTBR) للأختام الميكانيكية في المصانع الكيميائية حوالي 12 شهراً. أما اليوم، فقد بلغ متوسط الوقت بين عمليات الإصلاح 30 شهراً. وفي الوقت الراهن، يبلغ متوسط الوقت بين عمليات الإصلاح في صناعة البترول، الخاضعة لبعض من أكثر مستويات الانبعاثات صرامة، أكثر من 60 شهراً.
حافظت موانع التسرب الميكانيكية على سمعتها من خلال إثبات قدرتها على تلبية متطلبات أفضل تقنيات التحكم المتاحة (BACT)، بل وتجاوزها. علاوة على ذلك، فقد حققت ذلك مع الحفاظ على كونها تقنية اقتصادية وموفرة للطاقة، ومتاحة لتلبية لوائح الانبعاثات واللوائح البيئية.
تتيح برامج الحاسوب تصميم نماذج أولية للأختام قبل تصنيعها للتأكد من قدرتها على التعامل مع ظروف التشغيل المحددة قبل تركيبها في الموقع. وقد تطورت إمكانيات تصميم تصنيع الأختام وتقنية مواد أسطحها إلى درجة تسمح بتطويرها لتناسب كل تطبيق عملي بدقة متناهية.
تتيح برامج وتقنيات النمذجة الحاسوبية الحديثة استخدام برامج مراجعة التصميم ثلاثي الأبعاد، وتحليل العناصر المحدودة، وديناميكيات الموائع الحسابية، وتحليل الأجسام الصلبة، وبرامج التشخيص بالتصوير الحراري، وهي برامج لم تكن متاحة بسهولة في السابق أو كانت باهظة التكلفة للاستخدام المتكرر مع الرسومات ثنائية الأبعاد القديمة. وقد ساهمت هذه التطورات في تقنيات النمذجة في تعزيز 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 العملية، وجعل تقنية الجزء الثابت المرن الخيار الأمثل للتصميم.
اختبار القدرة على التصميم حسب الطلب
ساهم إدخال حشوات الخراطيش القياسية بشكل كبير في تعزيز موثوقية أنظمة منع التسرب بفضل متانتها وسهولة تركيبها. وتتيح هذه المتانة نطاقًا أوسع من ظروف التشغيل مع أداء موثوق.
بالإضافة إلى ذلك، ساهم التصميم والتصنيع الأسرع لأنظمة منع التسرب المصممة خصيصًا في تحسين أدائها لتلبية متطلبات تشغيل المضخات المختلفة. ويمكن إدخال التعديلات إما من خلال تغييرات في مانع التسرب نفسه، أو بسهولة أكبر، من خلال مكونات النظام المساعدة مثل مخطط الأنابيب. وتُعدّ القدرة على التحكم في بيئة مانع التسرب في ظل ظروف التشغيل المتغيرة، عن طريق نظام الدعم أو مخططات الأنابيب، أمرًا بالغ الأهمية لأداء مانع التسرب وموثوقيته.
وشهد هذا المجال تطورًا طبيعيًا تمثل في زيادة تصميم المضخات حسب الطلب، مع ما يقابلها من موانع تسرب ميكانيكية مصممة خصيصًا. واليوم، يُمكن تصميم موانع التسرب الميكانيكية واختبارها بسرعة لتناسب أي نوع من ظروف التشغيل أو خصائص المضخة. كما يُمكن تصميم وتصنيع أسطح مانع التسرب، والأبعاد الداخلية لحجرة مانع التسرب، وكيفية تركيب مانع التسرب داخلها، لتناسب مجموعة واسعة من التطبيقات. وقد ساهم تحديث المعايير، مثل معيار معهد البترول الأمريكي (API) رقم 682، في تعزيز موثوقية موانع التسرب من خلال متطلبات تُؤكد صحة تصميم مانع التسرب ومواده ووظائفه.
مقاس مُصمم خصيصاً
تواجه صناعة موانع التسرب تحديات يومية تتمثل في انتشار تقنيات منع التسرب على نطاق واسع. يعتقد الكثير من المشترين أن "موانع التسرب متشابهة". غالبًا ما تستخدم المضخات القياسية نفس مانع التسرب الأساسي. مع ذلك، عند تركيبها وتطبيقها في ظروف تشغيل محددة، يُجرى عادةً نوع من التخصيص في نظام منع التسرب لتحقيق الموثوقية المطلوبة في ظل تلك الظروف التشغيلية والعملية الكيميائية المحددة.
حتى مع استخدام نفس تصميم الخرطوشة القياسي، تتوفر إمكانيات تخصيص واسعة النطاق، بدءًا من اختيار مكونات المواد وصولًا إلى تصميم الأنابيب المستخدمة. ويُعدّ توجيه الشركة المصنّعة للأختام بشأن اختيار مكونات نظام منع التسرب أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق مستوى الأداء والموثوقية المطلوبين. يُمكّن هذا النوع من التخصيص الأختام الميكانيكية من تمديد فترة استخدامها العادية إلى ما بين 30 و60 شهرًا من متوسط الوقت بين الأعطال، بدلًا من 24 شهرًا.
بهذا النهج، يضمن المستخدمون النهائيون الحصول على نظام إحكام مصمم خصيصًا لتطبيقهم وشكله ووظيفته. كما توفر هذه الميزة للمستخدم النهائي المعرفة اللازمة حول تشغيل المضخة قبل تركيبها، فلا مجال للتخمين بشأن كيفية عملها أو قدرتها على تلبية متطلبات التطبيق.
تصميم موثوق
على الرغم من أن معظم مشغلي العمليات يؤدون نفس الوظائف، إلا أن التطبيقات ليست متطابقة. فالعمليات تعمل بسرعات ودرجات حرارة ولزوجة مختلفة، مع إجراءات تشغيلية مختلفة وتكوينات مضخات مختلفة.
على مر السنين، أدخلت صناعة موانع التسرب الميكانيكية ابتكارات هامة قللت من حساسية هذه الموانع لظروف التشغيل المتغيرة، مما أدى إلى زيادة موثوقيتها. وهذا يعني أنه حتى لو لم يكن لدى المستخدم النهائي أجهزة مراقبة تُصدر تنبيهات بشأن الاهتزازات ودرجة الحرارة وأحمال المحامل والمحركات، فإن موانع التسرب الحالية، في معظم الحالات، ستظل تؤدي وظائفها الأساسية.
خاتمة
بفضل هندسة الموثوقية، وتحسينات المواد، والتصميم بمساعدة الحاسوب، وتقنيات التصنيع المتقدمة، تواصل موانع التسرب الميكانيكية إثبات قيمتها وموثوقيتها. فعلى الرغم من تغير معايير التحكم في الانبعاثات والاحتواء، وحدود السلامة والتعرض، إلا أن موانع التسرب حافظت على ريادتها في مواجهة المتطلبات الصعبة. ولذلك، لا تزال موانع التسرب الميكانيكية الخيار المفضل في الصناعات التحويلية.
تاريخ النشر: 30 يونيو 2022