يتطلب اختيار الصمام الكيميائي اهتمامًا خاصًا بالطبيعة العلمية لمادة الصمام. عادة ، هناك سوء فهم بأن الفولاذ المقاوم للصدأ هو "مادة عالمية" ، بغض النظر عن الوسائط والظروف البيئية التي تستخدم صمامات الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهذا غير صحيح. في الأقسام التالية ، سنحلل اختيار المواد للوسائط الكيميائية الشائعة والعوامل الأخرى لمطابقة الصمام مع المعالجة الكيميائية.
اختيار مادة الصمام
صمام حامض الكبريتيك
كواحد من الوسائط القوية المسببة للتآكل ، يعتبر حمض الكبريتيك مجموعة واسعة جدًا من المواد الخام الصناعية المهمة. تركيزات ودرجات حرارة مختلفة لحمض الكبريتيك لها تأثيرات متفاوتة على تآكل المواد. بالنسبة للتركيزات التي تزيد عن 80٪ ، تكون درجة الحرارة أقل من 80 من حامض الكبريتيك المركز ، وهو عبارة عن تدفق عالي السرعة لحمض الكبريتيك ، والفولاذ الكربوني والحديد الزهر غير مناسبين كمواد للصمام ، والفولاذ المقاوم للصدأ العادي مثل 304 (0Cr18Ni9) ، 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti) على مقاومة التآكل المتوسطة لحمض الكبريتيك محدودة للغاية أيضًا. لذلك ، عادة ما تكون الصمامات الصناعية لنقل حمض الكبريتيك مصنوعة من الحديد الزهر عالي السليكون (لكن الصب والمعالجة صعبان للغاية) ، والفولاذ المقاوم للصدأ عالي السبيكة (سبيكة # 20). الأكثر موثوقية هو اختيار الصمامات المبطنة بمادة الفلور، لأن بلاستيك الفلور يتمتع بمقاومة أفضل لحمض الكبريتيك ، ومقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ ذو السبائك العالية ، تعد الصمامات المبطنة بالفلور خيارًا أكثر اقتصادا.
صمام حمض الهيدروكلوريك
معظم المواد المعدنية ليست مقاومة لتآكل حمض الهيدروكلوريك (بما في ذلك مواد مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ) ، ويمكن استخدام الحديد عالي السيليكون المحتوي على الموليبدينوم فقط في 50 ، 30٪ أقل من حمض الهيدروكلوريك. على عكس المواد المعدنية ، تتمتع معظم المواد غير المعدنية بمقاومة جيدة للتآكل لحمض الهيدروكلوريك ، لذلك صمامات مبطنة بالمطاط وصمامات بلاستيكية (مثل البولي بروبلين ، والبلاستيك الفلور ، وما إلى ذلك) هي الخيار الأفضل لنقل حمض الهيدروكلوريك.
صمام حمض النيتريك
المواد المعدنية العامة في حمض النيتريك سوف تتآكل وتتلف بسرعة ، والفولاذ المقاوم للصدأ في المواد المقاومة لحمض النيتريك له مجموعة واسعة من التطبيقات. في التركيزات المختلفة لحمض النيتريك في درجة حرارة الغرفة ، يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة جيدة للتآكل. يرجى ملاحظة أن مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم (مثل 316 ، 316 لتر) لحمض النيتريك ليس فقط أسوأ من الفولاذ المقاوم للصدأ العادي (مثل 304 ، 321) ، ولكن الأداء أدنى من أداء الفولاذ المقاوم للصدأ الفولاذ الخالي من الموليبدينوم مثل 304. ولحمض النيتريك عالي الحرارة ، مواد التيتانيوم وسبائك التيتانيوم عادة ما تكون مطلوبة.
صمام حمض الخليك
حمض الخليك هو أحد المواد المسببة للتآكل في الأحماض العضوية ، والصلب العادي بتركيزات ودرجات حرارة مختلفة لحمض الأسيتيك سيكون تآكلًا خطيرًا ، والفولاذ المقاوم للصدأ مادة ممتازة مقاومة لحمض الخليك ، ويمكن أيضًا استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم 316 في درجات حرارة عالية و يخفف بخار حمض الخليك. لدرجات الحرارة المرتفعة وحمض الأسيتيك عالي التركيز أو الذي يحتوي على وسائط تآكل أخرى ومتطلبات أخرى مطلوبة ، صمامات من الفولاذ المقاوم للصدأ عالية السبائك أو صمامات بلاستيكية من الفلور ممكن استخدامه.
تتطلب العمليات الكيميائية صمامات للتعامل مع مجموعة متنوعة من الوظائف المتعلقة بالسوائل والغازات المختلفة، مثل فتح أو إغلاق التدفق، والتحكم في معدلات التدفق، ومنع التدفق العكسي أو العكسي، وتنظيم الضغط أو تخفيف الضغط.
يمكن أيضًا تصنيف الصمامات على أنها خطية أو دوارة اعتمادًا على حركة مكونات الإغلاق ، مثل الصمامات الكروية (الخطية) وصمامات الفراشة (الدوارة).
يمكن تصنيف الصمامات وفقًا لشكل أجزاءها المغلقة ، مثل صمامات البوابة أو صمامات الكرة الأرضية أو صمامات السدادة أو صمامات الحجاب الحاجز أو صمامات الفراشة.
اعتمادًا على التطبيق وظروف الضغط ودرجة الحرارة ، مثل الحاجة إلى صمامات مقاومة للحريق. تتطلب بعض الصمامات التشغيل اليدوي فقط. يتم استخدام مشغلات الطاقة إذا كان الصمام بعيدًا عن الآلية ، أو يحتاج إلى تشغيل متكرر ، أو يجب أن يستجيب تلقائيًا للمعلمات الديناميكية لنظام التحكم ، مثل ضبط التدفق أو درجة الحرارة أو الضغط.
أجزاء صمام
صمام الجسم
يحتوي جسم الصمام على جميع أجزاء العمل الداخلية للصمام ويتضمن الحافة. داخل جسم الصمام ، يتحرك عنصر الإغلاق لضبط تدفق السائل عبر الصمام. لإغلاق السائل ، يتم ضغط سطح التزاوج لعنصر الإغلاق على مقعد الصمام لتحقيق إغلاق محكم. عادةً ما يتم توصيل المقعد بجسم الصمام ، وتحتوي معظم الصمامات على عنصر إغلاق معدني يحجب المقعد المرن والمرن. في بعض الأحيان قد يكون المقعد أيضًا من المعدن ، والذي يتم اختياره وفقًا لظروف الخدمة. تسمى المسافة التي يقطعها عنصر الإغلاق من الفتح الكامل إلى الإغلاق التام بضربة الصمام.
صمام الجذعية
الجذع هو الجزء الذي يربط مشغل الصمام بعنصر الإغلاق. يمكن أن يمر الجذع عبر غطاء المحرك (محمي من التسرب بواسطة صندوق تعبئة الجذع) ثم قم بتوصيل عنصر الإغلاق للحركة. ومع ذلك ، فإن العديد من الصمامات (مثل المقابس الدوارة وبعض تصميمات الكرة) لا تحتوي على غطاء محرك.
قلنسوة
عادة ما تكون أغطية الصمامات مشدودة أو مثبتة بشكل شبه دائم في جسم الصمام. تتميز الصمامات المختلفة بتصميمات مختلفة لغطاء المحرك. عادة ما يحتاج غطاء المحرك إلى فكه إذا تطلب الأمر صيانة أو صيانة روتينية.
صندوق التعبئة
صندوق التعبئة هو المنطقة الداخلية بين ساق الصمام وغطاء المحرك الذي يحتوي على الحشو الذي يغلق الجذع لمنع التسرب إلى الخارج من الصمام. عادة ما يتم استخدام صمولة التعبئة على غطاء المحرك لضغط التعبئة.
في العديد من تصميمات الصمام ، يحتوي غطاء المحرك على مقعد خلفي لإغلاق الجذع لتجنب التسرب في التعبئة عندما يكون الصمام في وضع الفتح الكامل. جلبة على الجذع توفر سطح التزاوج. يمنع المقعد الخلفي أيضًا الجذع من الخروج من الصمام إذا بدأت التعبئة بالتسرب.
يمكن أن تؤثر خصائص السوائل المختلفة أيضًا على تشغيل الصمام. على سبيل المثال ، سيحدد تزييت السائل عزم التشغيل الفعلي للصمام. عادة لا تتطلب الغازات التزييت في الاعتبار. على وجه الخصوص ، يمكن للسوائل التي تحمل المواد الصلبة أن تسد الفجوة المتحركة بين الجذع والمكونات الأخرى ، مما يزيد بشكل كبير من عزم الدوران المطلوب ، أحيانًا مرتين أو أكثر من سائل نظيف. بمرور الوقت ، يمكن للأجزاء الداخلية الصدئة أيضًا زيادة المقاومة ، لذلك نحتاج إلى صيانة الصمام بشكل منتظم لضمان أداء تشغيل ثابت.
من أجل السلامة من الحرائق ، يجب تصميم بعض الصمامات بمقاعد معدنية مرنة بحيث أنه حتى إذا تم ذوبان أول مانع تسرب ناعم للصمام في حريق ، فلا يزال بإمكان المقعد المعدني الثاني للصمام تعويض الختم وإبقاء الصمام مغلقًا بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للتشغيل الآمن من الفشل ، يجب اختيار المشغل وملحقات الصمام لتلبية الحاجة إلى إبقاء الصمام في وضع آمن في حالة فقد الطاقة أو إمداد الهواء.
اختيار المشغل
يجب أن يكون لمصدر الطاقة لمشغل الصمام هامش أمان كافٍ فوق عزم الدوران المطلوب. يعتمد عزم التشغيل للصمام على حجم الصمام ، ومعدل الضغط ، وخصائص الصمام ، ونوع المقعد. عادةً ما تتطلب الصمامات التي تعمل بضغط كامل مُقدر عزم دوران أكبر من الصمامات عند ضغوط منخفضة.
بشكل عام ، يتم استخدام الحد الأقصى الفعلي لعزم الدوران بالإضافة إلى هامش أمان مناسب عند اختيار مشغل للتشغيل / الإيقاف. بالنسبة للصمامات التي تتطلب ربع دورة ، غالبًا ما يكون حساب عزم الدوران أكثر تعقيدًا لأن عزم الدوران الإضافي مطلوب لموازنة التدفق المضطرب للسائل. للتشغيل السلس ، يجب أن يتجاوز ناتج عزم الدوران للمشغل عزم الدوران التشغيلي.
عادة ما يتم إجراء حسابات عزم الدوران في درجات الحرارة المحيطة وتتطلب عزم دوران تشغيل أكبر في درجات الحرارة العالية والمنخفضة. قد تتطلب درجات حرارة السوائل التي تزيد عن 140 درجة مئوية مجموعة تشغيل وتركيب خاصة ، وعادة ما تكون من نوع امتداد تصميم الجذعية. حتى في الظروف البيئية العادية ، قد تتطلب المشغلات الموجودة في الخارج عناية خاصة.
اعتبار آخر مهم هو معدل ركوب الدراجات. بالنسبة للمشغلات الكهربائية ، إذا تجاوز تردد التدوير 10٪ من دورة عملها ، يلزم محرك عمل ممتد. خلاف ذلك ، يمكن أن يؤدي معدل التدوير السريع إلى تلف مكونات الصمام والمشغل. تعتبر المحركات الهوائية والهيدروليكية أيضًا ذات معدل تشغيل مرتفع عند ركوب الدراجات أكثر من 30 مرة في الساعة. يمكن للمشغلات الهوائية زيادة عزم الدوران عن طريق إضافة صمام عادم سريع ، أو زيادة حجم خط أنابيب مصدر الهواء ، أو حجم أكبر للمشغل.
أحد الاعتبارات التي يتم التغاضي عنها بسهولة ولكنها مهمة في أنظمة تصميم الأنابيب هو اتجاه ساق الصمام. يمكن أن يؤدي اختلال محاذاة الساق إلى تسرب مانع التسرب أو الاحتكاك بسبب الدفع الجانبي الناجم عن الأحمال المتدلية على المشغل. يمكن أن يؤدي استخدام أدوات التوصيل للخدمة الشاقة وأقواس التثبيت إلى تقليل هذه المشكلات.
تُستخدم المشغلات الهوائية في مجموعة متنوعة من الصمامات وهي مناسبة بشكل خاص لظروف الخدمة التي تتطلب تشغيلًا متكررًا واستجابة سريعة. اعتمادًا على النظام المحدد ، تعمل هذه الصمامات التي تعمل بالهواء المضغوط عادةً في نطاق 2-10 بار ، وتكون الطاقة الهوائية من 4 إلى 6 بار هي الأكثر شيوعًا. يتم توفير إمداد الهواء المضغوط عادةً بواسطة حزمة ضاغط هواء للأداة لضمان هواء نظيف وجاف. هناك نوعان من المشغلات الهوائية: نوع المكبس ونوع الحجاب الحاجز. يمكن أن يكون للمشغل الهوائي من نوع المكبس شوط طويل ، ومناسب للصمامات ذات الحجم الكبير وعزم الدوران مرتفع نسبيًا مقارنة بنوع الحجاب الحاجز. سيتم استخدام معظم المشغلات الهوائية من نوع المكبس للصمامات التي يتم تشغيلها وإيقافها.
عادة ما تكون المحركات الهوائية الغشائية مناسبة لتنظيم الخدمات ، مثل التثبيت على صمامات التحكم مثل صمامات الكرة الأرضية ، وصمامات السدادة غير المركزية ، والصمامات الكروية ذات الشق الخامس ، وصمامات الفراشة ، وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، فإن شوطها القصير يحد من حجم الصمامات التي يمكن استخدامها. المشغلات الهوائية كبيرة نسبيًا وتتطلب صيانة متكررة لأن الهواء يمكن أن يتسرب بمرور الوقت (خاصة مع أنواع المكابس) ، ويمكن أن تعاني أنواع الغشاء الهوائي من تدهور الحجاب الحاجز ، من بين مشاكل أخرى.
غالبًا ما يتم اختيار المشغلات الكهربائية لتشغيل الصمامات ، لا سيما في محطات الطاقة ، حيث يميل استخدام الصمامات الكهربائية إلى الحصول على أقل تكلفة إجمالية مثبتة لأن الطاقة الميدانية تكون متاحة بسهولة عادةً وأن أدوات الأسلاك والتحكم بسيطة نسبيًا. ومع ذلك ، مع المشغلات الكهربائية التي تزيد من عزم الدوران من خلال مخفضات التروس الكبيرة ، غالبًا ما تكون استجابة وعمل الصمام غير عملي وبطيء. أيضًا ، نظرًا لأن انقطاع التيار الكهربائي أو أعطال النظام الكهربائي أمر ممكن ، نحتاج إلى تصميم خطة طوارئ للصمامات الكهربائية لضمان أمان الصمامات في حالة حدوث عطل.
يتم استخدام المشغلات الهيدروليكية في ظروف عمل أقل ، لكنها مفضلة لبعض الصمامات الخاصة. صمامات كبيرة الحجم خاصة ذات ضغط عالٍ والتي تحتاج إلى عمل دوري متكرر لتوليد عزم دوران ضخم بواسطة الزيت الهيدروليكي.
تقييم الصمام
يشير تصنيف ضغط الصمام إلى قدرة الصمام على تحمل الضغط في نطاق درجة حرارة معينة. إن تصنيفات الضغط القياسية راسخة ، ويمكننا الرجوع إلى التصنيفات وفقًا لـ ASME / ANSI B16.34. يتبع تصنيف الضغط التصنيف "WSP" لضغط البخار العامل ، و "WOG" للمياه والنفط والغاز. إذا تم استخدام صمام بشكل أساسي لخدمة المياه ، فإن التسمية الشائعة هي "WWP" أو ضغط تشغيل الماء ، مما يشير إلى القدرة على التعامل مع الماء البارد.
على سبيل المثال ، 1000 WOG تعني تصنيف ضغط 1000 رطل لكل بوصة مربعة للمياه والنفط والغاز. تشير الفئة 300 رطل إلى صمام بضغط اسمي يبلغ 300 رطل لكل بوصة مربعة.
يمكن أن تتسبب خدمة درجة الحرارة المرتفعة أو الضغط العالي في أن يكون للصمام تصنيف ضغط منخفض ، ومعظم الصمامات الصناعية لها حدود درجة حرارة بناءً على سعة المقعد ومواد القطع. يتم اختيار المواد بشكل عام من خلال درجة حرارة العمل ولكن ليس انخفاض الضغط ، وبالتالي فإن ملاءمة المادة تعتمد بشكل أساسي على درجة الحرارة.
في بعض الحالات ، يجب الحفاظ على انخفاض الضغط عند الحد الأدنى ، كما أن التحديد الدقيق لانخفاض الضغط من خلال الصمام ضروري أيضًا لاختيار الصمام. عادة ، نستخدم معدل تدفق الصمام لقياس المعيار ، عامل التدفق المقدر "Cv" ، والذي يشير إلى معدل التدفق عبر الصمام عند الفتح الأقصى لانخفاض ضغط معين. يحدد مصنعو الصمامات عادةً قيمة المعامل هذه عن طريق اختبار التدفق الفعلي.
في الخلاصة
عند اختيار الصمامات الكيميائية، العامل الأول لفهم الخصائص الكيميائية للوسط ، ومن ثم العوامل التي يجب مراعاتها هي درجة الحرارة والضغط. تعتبر خصائص السائل وتركيزه ودرجة حرارته ضرورية لاختيار المواد المقاومة للتآكل. يجب أن يكون جسم الصمام والسدادة ومكونات التشغيل قادرة على تحمل أعلى درجات الحرارة في ظل ظروف التشغيل العادية والعابرة المستمرة ، بالإضافة إلى تحمل أعلى الضغوط العابرة المتوقعة. الاعتبار الأخير هو الدرجة التي سيتم إغلاق الصمام عندها ويجب أن يفي بالمتطلبات الميدانية للتسرب. يقوم المصنعون بإجراء اختبار مانع تسرب الفقاعات قبل مغادرة الصمام للمصنع ، عن طريق اختبار المقعد المرن للصمام بحثًا عن تسرب كبير. تشمل المعلمات الرئيسية الأخرى سرعة التدفق ، ووظيفة الصمام (تشغيل / إيقاف أو تعديل) ، وما إذا كانت السلامة من الحرائق مطلوبة ، ومتطلبات وظيفية إضافية أخرى. آمل أن تساعدك هذه المقالة قليلاً حول اختيار الصمام أثناء المعالجة الكيميائية. في غضون ذلك ، إذا كنت مهتمًا بمزيد من المعلومات حول أنواع مختلفة من صمامات التحكم ، يمكنك قراءة هذا المقال.
