لماذا يتسرب صمام عائم من الفئة ٣٠٠ بقطر ٥٠ مم عند ضغط ٠٫٢ ميجا باسكال

٠١ | الاختبار الذي يُخفي المشكلة

صمام كروي عائم من الفئة ٣٠٠ بقطر ٥٠ مم صمام يجتاز اختبار الغلاف واختبار المقعد عند المضاعف المحدَّد للتصنيف المسموح، ثم يُعبَّأ ويُشحن ويُركَّب، وبعد ذلك يبدأ في التسرب على خط نقل يعمل عند ضغط ٠٫٢ ميغاباسكال. هذا الصمام ليس معيبًا. فقد خضع لاختبار عند ضغطٍ لن يتعرَّض له أبدًا أثناء التشغيل الفعلي، كما أن آلية الإغلاق التي يعتمدها لا تعمل عند الضغط الذي يتعرَّض له فعليًّا.

يؤدي اختبار السائل إلى تحميل المقعد اللين بشكل كبير و صمام يُغلَق بسهولة. وعند ضغط ٠٫٢ ميجا باسكال، لا يوفِّر المقعد نفسه تقريبًا أي دعم ضغطي، ويعتمد كل شيء على التحميل المبدئي المُطبَّق أثناء التركيب. ولا يتحقق أي اختبار عادي من هذه الحالة ما لم يطلب المشتري ذلك صراحةً.

الشكل ١: كروية عائمة مقاس DN50 (٢ بوصة) من الفئة ٣٠٠ صمام في هيكل من سبائك الصلب الكربوني (WCB)، مع وضع علامات تشير إلى المقاس والفئة والمواد على قطعة الصب الخاصة بالهيكل. وتُثبَّت الكرية بواسطة حلقتَي المقعد فقط. شنغهاي شيازهاو صمام .

٠٢ | رقم إجهاد التماس

تسرب المقعد هو مشكلة تتعلَّق بإجهاد التماس، وليس مشكلة ضغط. والقوة المحورية تساوي فرق الضغط مضروبًا في مساحة القطر الداخلي. أما مساحة التماس فهي تساوي محيط المقعد مضروبًا في عرض نطاق التماس. وبقسمة الأولى على الثانية، يلغي القطر الداخلي ليتبقَّى علاقة واحدة فقط.

سيغما ≈ د.ب × د ÷ (٤ × و) حيث د = قطر المقعد (ملم)، و = عرض نطاق التماس (ملم)، د.ب بوحدة ميجا باسكال، وسيغما بوحدة ميجا باسكال

وبنطاق تماس نموذجي قدره ٣ ملم، فإن DN50 صمام عند ضغط ٠٫٢ ميجا باسكال، يُولِّد الصمام إجهاد تلامس عند المقعد بقيمة تقارب ٠٫٨ ميجا باسكال. وعند ضغط ٥٫١ ميجا باسكال (وهو التصنيف المعياري Class 300)، يرتفع إجهاد التلامس عند نفس المقعد إلى نحو ٢١ ميجا باسكال. أما بالنسبة لقطر اسمّي قدره DN25 عند ضغط ٠٫٢ ميجا باسكال، فيبلغ إجهاد التلامس حوالي ٠٫٤ ميجا باسكال. وفي حالة مقعد مصنوع من مادة RPTFE، التي تمتلك مقاومة ضغطية تصل إلى عشرات الميجا باسكال، فإن الحالة ذات الضغط المنخفض تكون محملة بنسبة تقل عن بضعة في المئة من السعة التحميلية القصوى للمادة. وبذلك، يكاد مساهمة الضغط تختفي تماماً، ويصبح الإغلاق معتمداً حصرياً على الحمل الأولي.

الجدول ١. إجهادات تلامس مقعد تقريبية، مع عرض نطاق تلامس قدره ٣ مم

ويوضّح الجدول أيضاً نمطاً يفاجئ المشترين: فكلما قلّ صمام ، ساء أداء الصمام عند الضغوط المنخفضة. فصمام قطره الاسمي DN25 يُولِّد أقل من نصف إجهاد التلامس الذي يولّده صمام قطره الاسمي DN50 عند نفس فرق الضغط، لأن القوة المحورية تنقص تربيعياً مع قطر الفتحة، بينما ينقص محيط منطقة التلامس خطيّاً فقط.

كما يفسّر سبب عدم تأثير التصنيف المعياري (Class) في هذا النوع من الأعطال. فرفع تصنيف صمام قطره الاسمي DN50 من Class 300 إلى Class 600 يغيّر فقط التصنيف المعياري، ولا يؤثّر في إجهاد التلامس عند ضغط ٠٫٢ ميجا باسكال. فإذا كانت خط الأنابيب يعمل عند ضغط ٠٫٢ ميجا باسكال، فإن صمام هو ٠٫٢ ميجا باسكال صمام أي شيء مطبوع على الهيكل.

٠٣ | لماذا يختفي التحميل المبدئي مع مرور الوقت

التحميل المبدئي هو قوة زنبركية مخزَّنة ناتجة عن هندسة المقعد أو انضغاط المطاط الاصطناعي أو زنبرك صريح. وهناك ثلاث آليات تستهلك هذه القوة، وكلها غير مرئية في المصنع.

الانضغاط الدائم. يكتسب المقعد اللين تشوهًا دائمًا تحت التحميل، وتتبدد القوة التي تسببت في هذا التشوه. و صمام الصمام الذي ظل مغلقًا بالكامل عند أقصى فرق ضغط لمدة سنة يصل إلى أول مهمة منخفضة الضغط له بتحميل ابتدائي أقل مما كان عليه على منضدة الاختبار.

الدورات الحرارية. كل دورة من درجة حرارة الجو إلى درجة حرارة الخط والعكس يُفقد جزءًا من التحميل المبدئي، ويتراكم هذا الفقدان. والصمام صمام الموجود على خطٍ يسخن ويبرد يوميًّا يختلف تمامًا عن صمام نفس الصمام بعد مائتين من الدورات.

الإغلاق الطويل. يتشوه المقعد الذي يبقى مضغوطًا ضد كرة ثابتة تشوُّهًا بطيئًا (زحف). وتكسير الختم وإعادة تركيبه يعيد جزءًا من التماس، ولذلك فإن المشغل الذي يُحرِّك صمامًا يتسرب منه السائل مرتين غالبًا ما يبلغ أن التسرب قد توقف، على الأقل لفترة مؤقتة. صمام صمام

تُفاقِم خدمة الغاز كل واحدةٍ من هذه المشكلات. فالغاز لا يمتلك تأثيرًا ذاتيًّا مفيدًا للانغلاق ما لم يرتفع الضغط، كما أنه يتسرب عبر المقعد ويتخلّف عن الانضغاط أثناء النزول. ويعتبر الصمام العائم ذي المقعد اللين في بيئات الغاز منخفض الضغط من أصعب الحالات المذكورة في أي كتالوج، ومع ذلك يُحدَّد عادةً وكأنه يستخدم مع الماء.

04 | ثلاث حلول فعّالة

زيادة التحميل المبدئي هو الحل الأرخص. فمقعدٌ مزوَّد بحلقة نابضة أو بنابض مقعدٍ أثقل يحافظ على إجهاد التلامس فوق عتبة الإحكام عند فروق الضغط المنخفضة. لكن التكلفة تظهر في الطرف الآخر من النطاق: فزيادة التحميل المبدئي تعني احتكاكًا أكبر وعزم دوران أكبر عند فروق الضغط العالية، وفي حالة صمام بقطر اسميه 50 ملم (DN50) يتم تشغيله بالذراع، قد تكون هذه الزيادة هي الفارق بين استخدام الذراع والتروس.

تغيير مبدأ المقعد هو الحل الأقوى. فمقعد مدعوم بالضغط مع مكبس منفصل يُغلق على مساحة فعالة صغيرة، لذا فإن نفس ضغط الخط يولّد إجهاد تلامس أعلى بكثير. والمقابل المطلوب هو الاتجاهية: فعادةً ما يُغلق مقعد المكبس في اتجاه واحد ويجب تحديد اتجاهه عند التصنيف، أما النسخة ثنائية الاتجاه فهي عادةً أكثر تكلفة. ومع ذلك، ففي خط منخفض الضغط يجب أن يحتفظ بإغلاقه في كلا الاتجاهين، يظل هذا غالبًا الخيار الصحيح.

تغيير التصميم هو الحل الصادق عندما تكون المهمة صعبة فعلًا. فعند القطر الاسمي DN50، يوفّر هيكل المحور أو الهيكل المدخل من الأعلى مع مقعد مُحمّل بنابض سلوكًا متوقعًا عند الضغوط المنخفضة، وبسعر لا تستطيع وحدة العواميد العائمة القياسية مطابقته. صمام ويستحق هذا السعر في خطٍّ يكون للتسرب فيه عواقب جسيمة، بينما يكون غير مجدي في خطٍّ لا عواقب للتسرب فيه.

ما لا ينجح أبدًا هو تحديد مقاس أصغر من صمام أو درجة أعلى أو علامة تجارية أغلى. ف ничيٌّ من هذه الخيارات لا يغيّر إجهاد التلامس عند ٠,٢ ميجا باسكال. فالقيمة محددة مسبقًا بواسطة القطر الداخلي وعرض الحزام والحمل الأولي.

٠٥ | ما الذي يجب تضمينه في المواصفات

يجب أن تصف المواصفات أدنى ضغطٍ يجب أن يُحكِم فيه الصمام الإغلاق، وليس فقط أعلى ضغطٍ يجب أن يتحمله. صمام وتحول الجدول ٢ الشكوى الميدانية المعتادة إلى البند الذي كان ينبغي أن يرد في ورقة البيانات.

الجدول ٢. الأعراض الميدانية، والسبب، والبند المواصفاتي الذي يمنع حدوثها

معيار القبول مهمٌ بنفس قدر ضغط الاختبار. إن عدم وجود تسربٍ على الإطلاق ليس مواصفةً؛ بل إن فئات التسرب هي المواصفة. ويعني المعدل أ من معيار الآيزو ٥٢٠٨ عدم وجود أي تسربٍ يمكن رؤيته بالعين المجردة، وهذا ما يقصده المشترون عادةً بعبارة «عدم وجود تسربٍ على الإطلاق». أما المعدلان ب وج ود فيسمحان بتسربٍ متزايد تدريجيًّا، ومُقاسٍ وفقًا لقطر التصريف الاسمي (دي إن)، وتُقبل الصمامات ذات المقاعد المعدنية عادةً مقابل معدلٍ أعلى من ذلك الذي تُقبل به الصمامات ذات المقاعد اللينة. صمام إن كتابة المعدل ووسيلة الاختبار وضغطه تُنهي الجدل عند مرحلة التشغيل الأولي.

خمسة بنود، بالترتيب:

• أدنى فرق ضغط تشغيليٍّ يجب أن يضمن إغلاق الصمام بإحكام، ويُذكر على هيئة القيمة .
• اختبار مقعد الصمام عند ذلك الضغط، بالإضافة إلى اختبار مقعد الصمام القياسي عالي الضغط.
• قبول التسرب حسب الفئة، أي وفق المعدلات أ إلى د من معيار الآيزو ٥٢٠٨، مع تحديد وسيلة الاختبار صراحةً.
• مادة مقعد الصمام وأساس التحميل المبدئي، وهما مطلوبان من المصنِّع لا أن يُفترضا.
• عدد الدورات المتوقَّعة ومدة الإغلاق المستمر، وهما العاملان اللذان يحدَّدان ما إذا كانت ظاهرة انضغاط المادة (كومبريشن سيت) تشكل قضيةً تصميميةً أم لا.

الملحق أ | أصل الصورة

الشكل ١ مُدمج في القسم ٠١ عند دقة التسليم الخاصة به. ملف التسليم بحجم ١٤٤٠ × ٩٦٠ بكسل، وهي دقة كافية لصورة ويب بعرض ١٥ سم، لكن يجب إعادة تصديرها من الصورة الأصلية للاستخدام المطبوع.

الملحق باء | المعايير المشار إليها والملاحظات المتعلقة بالبيانات

معيار معهد البترول الأمريكي رقم ٥٩٨. صمام الفحص والاختبار. يحدد متطلبات اختبار الغلاف والمقعد؛ وضغط اختبار المقعد هو مضاعف للتصنيف، ولذلك لا يمثل الخدمة ذات الضغط المنخفض.

آيزو ٥٢٠٨. صناعي الصمامات — اختبار ضغط الصمامات المعدنية. وتُعبَّر معدلات التسرب أ إلى د على هيئة تسرب مسموح به لكل دن ولكل وحدة زمنية، وهي الطريقة الصحيحة لصياغة معيار القبول.

API ٦٠٨. كُرَة معدنية الصمامات - نهايات مُلصَّقة، مُلَوَّثة، ومُلحومة. تشمل نطاق النهايات الملصَّقة ذا القطر الصغير حيث التصاميم العائمة هي المعيار.

المعايير الأمريكية ل мехانيكا الضغط (ASME) B16.34. الصمامات - نهايات مُلصَّقة، مُلَوَّثة، ومُلحومة. تصنيف الفولاذ الكربوني من الفئة ٣٠٠ عند درجة حرارة ٣٨°م هو ٥١,٠ بار، ويُستخدَم هنا فقط كضغط مرجعي.