اعتبارات اختيار الصمامات المتخصصة

وقت الإصدار:

2025-04-28

تتضمن غالبية الوسائط السائلة المستخدمة في الصناعات العملية تيارات النفط والغاز ذات التركيزات المتفاوتة.

تتضمن غالبية الوسائط السائلة المستخدمة في الصناعات العملية تيارات نفطية وغازية ذات مستويات متفاوتة من التآكل. وتُصنَّف هذه الظروف التشغيلية، بما في ذلك تيارات الوسائط، إما على أنها نظيفة أو ملوثة أو كاشطة (في حالات المعلقات)، ويتمحور الفرق أساسًا في كمية وأنواع الجسيمات الصلبة المعلقة التي قد تؤدي إلى انسداد الصمامات أو إلى حدوث أضرار تآكلية. بالإضافة إلى ذلك، فإن تيارات الوسائط المحتوية على الكبريت وغيرها من المخاليط تسهم في خلق بيئة تآكُلية عند اقترانها بدرجات حرارة مرتفعة. ولذلك تتطلب مثل هذه التيارات اختيارًا دقيقًا للمواد بهدف الحفاظ على عمر صمامات كافٍ. ولا يزال مهندسو التآكل يواصلون البحث والتطوير في مجال المواد لمعالجة هذه المشكلات.
　　أولاً، الصمام الخاص بوحدة التكسير الهيدروجيني والتقطير بالتكليس في المصفاة
　　تُعدّ وحدة التقطير المتأخر المكرر عمليةً لمعالجة زيت الخبث تحت الضغط المنخفض بواسطة التكسير الحراري العميق، مما ينتج عنه غازٌ ومقطرات خفيفة وفحم كوك؛ وهي وسيلةٌ مهمةٌ تستخدمها المصافي لتحسين إنتاجية الزيوت الخفيفة وإنتاج فحم الكوك البترولي. وتُقسَم هذه العملية إلى جزأين: التكويك والتنظيف من الكوك. ويُعَدّ التكويك عمليةً مستمرةً، بينما يُعَدّ التنظيف من الكوك عمليةً متقطعةً. وتُوصَل مداخل ومخارج فرن التسخين وبرج الكوك بصمامات رباعية الاتجاه. وتُعَدّ الصمامات الرباعية الاتجاه قناةً حيويةً لتحويل تدفق المواد من فرن التسخين إلى برج الكوك؛ وهي صماماتٌ خاصةٌ تُستخدَم في الظروف ذات درجات الحرارة العالية، إذ إن جودتها تؤثر مباشرةً في الطاقة الإنتاجية للوحدة. وسواءً كان ذلك في التصميم المحلي الجديد أو في الوحدات القديمة، فإن معظمها يستخدم صماماتَ قابسٍ رباعيةَ الاتجاه المستوردة، غير أن سعرها مرتفعٌ للغاية. أما الصماماتُ الرباعيةُ المحليةُ، فمن ناحيةٍ أخرى، تتميز عمومًا بهيكلٍ غيرِ منطقيٍّ وجودةٍ غيرِ مستقرةٍ وسهولةِ حدوثِ الأعطالِ فيها.
　　يُعَدُّ التكسير الهيدروجيني في المصافي من أبرز عمليات تكرير النفط الخام. ونظراً لأن وحدة التكسير الهيدروجيني تعمل عند درجات حرارة وضغوط مرتفعة، وأن الوسط المتداول فيها يتكون من غاز الهيدروجين والهيدروكربونات القابلة للاشتعال والانفجار، فإن ظروف التشغيل تكون استثنائية، مما يستلزم ضمان كفاءة عالية في نظام الختم. ولذلك، يفرض تصميم الصمامات وهيكلها متطلبات صارمة. وفي الوقت الراهن، يُستخدم في السوق المحلية في الغالب صمام بوابة إسفينية من الفولاذ المقاوم للصدأ وصمام كروي من النوع DC.
　　ثانياً، صمام النفط والغاز
　　من أجل تحقيق التحكم في تدفق النفط والغاز، يجب أن تتمتع صمامات النفط والغاز بالخصائص الأساسية التالية: الختم، ومقاومة الضغط، والسلامة، وإمكانية الضبط، وسلاسة تدفق السوائل، ومرونة التبديل. وبالنسبة لوسائط النفط والغاز ذات الضغط العالي والقابلة للاشتعال والانفجار، ينبغي أولاً ومعالجة مشكلة الختم، مع الأخذ في الاعتبار الظروف التشغيلية الخاصة التي تتطلبها صمامات النفط والغاز.
　　① في الغاز الطبيعي الرطب المحتوي على كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، تُفرض متطلبات خاصة على مادة جسم الصمام؛
　　② في جهاز رأس البئر ونظام الجمع والنقل، وفي ظل وجود مياه مالحة وحمض متبقي ووسائط أخرى تآكُلية، يجب مراعاة اختيار مواد جسم الصمام ومتطلبات مقاومة التآكل؛
　　③ يُسَرِّعُ الغبار والجسيمات الصلبة تآكل أجزاء إغلاق الصمام واحتكاكها، مما يؤدي إلى تعطّل سريع لوسيلة الإحكام؛
　　④ في الهواء الطلق في الهضاب والصحارى والمناطق ذات الارتفاع العالي والبرودة الشديدة، قد تتعرض مواد الصمامات لتقصف عند درجات الحرارة المنخفضة، وللتشوه الانحنائي، وغيرها من الظواهر؛
　　⑤ الصمامات الخاصة بالنفط والغاز المستخدمة في خطوط نقل طويلة المدى، والتي تتطلب عمرًا خدميًا مماثلًا لعمر الخط، بحيث لا تحتاج إلى استبدالها لعدة عقود.
　　تُظهر جميع هذه العوامل أن الصمامات الخاصة بالنفط والغاز تختلف عن الصمامات العادية، إذ يجب أن تتمتع بموثوقية عالية في الظروف القاسية، وأن تلبي متطلبات القوة العالية وعدم التسرب.
　　ثالثًا، الظروف المحتوية على الكلور
　　يجب أن تُشير الظروف التي تحتوي على الكلور إلى اختيار الصمامات المصنَّعة وفقًا لمعهد الكلور الأمريكي، والمسمَّاة بـ«نظام أنابيب الكلور الجاف».
　　تُعَدُّ الظروف التي يحتوي فيها الكلور أو الكلور السائل على مكوّناتٍ كاويةً للغاية، ولا سيما عندما يحتوي هذا المزيج على الماء. إذ إنّ مزج الكلور بالماء لتكوين حمض الهيدروكلوريك (HCl) يؤدي إلى تآكل جسم الصمام والأجزاء الداخلية منه. ونظراً لأنّ الكلور يتميّز بمعامل تمدّد حراري مرتفع، فإنّ احتجاز الكلور السائل داخل تجويف الصمام سيؤدي إلى ارتفاعٍ سريعٍ في ضغط التجويف. ولذلك، ينبغي أن تتمتّع الصمامات المستخدمة في مثل هذه الظروف بوظيفةٍ موثوقةٍ لتخفيف الضغط داخل التجويف.
　　رابعًا، الظروف التجميدية (التبريد العميق)
　　على الرغم من أن الصمامات المخصّصة للظروف الفائقة البرودة تُصمَّم وفقًا لمعايير ASME B16.34 ومعايير API، فإن هذه الصمامات تتميّز أيضًا بمواصفات تصميمية إضافية تضمن لها مستوىً معيّنًا من التشغيل الموثوق في الظروف الفائقة البرودة. وقد تتضمّن مثل هذه الصمامات أيضًا تمديدات للغطاء العلوي تُبعد حشوة الساق وآلية التشغيل عن السائل الفائق البرودة، بما يسمح بتشغيل حشوة الساق عند درجة حرارة أعلى ويضمن عدم تجمّد آلية تشغيل الصمام أثناء الخدمة. وتوفّر المواصفة MSS SP-134 تفاصيل حول هذه التمديدات الخاصة بالغطاء العلوي.
　　خامسًا: خدمة حمض الهيدروفلوريك
　　يجب قصر استخدام الصمامات في خدمات حمض الهيدروفلوريك على تلك الأنواع التي ثبتت كفاءتها في الخدمة الفعلية أو التي أُجريت عليها اختبارات أثبتت نجاحها في التعامل مع هذه الخدمة. وتُعَدُّ الصمامات التي لا تتيح عادةً فرصة لتراكم المواد الصلبة الخيار المفضَّل. ويجب أن يُجرَى تشغيل عمليات التعامل مع حمض الهيدروفلوريك بواسطة فنيين معتمدين يمارسون رقابة صارمة على الصمامات المذكورة. وتتسم متطلبات التصميم والمواد وتفاصيل الهندسة الداخلية لهذه الصمامات بالدقة الشديدة (وعادةً ما تكون صمامات من الفولاذ الكربوني ذات مكونات داخلية خاصة من المونيل أو ذات مكونات داخلية صلبة من المونيل)، كما ينبغي تصميم هذه الصمامات بحيث تتسم ببنية خاصة تضمن مقاومتها للتآكل الناجم عن حمض الهيدروفلوريك. وفي الظروف التي يتواجد فيها حمض الهيدروفلوريك، يجب أن تكون عمليات فحص الصمامات واختبارها أعلى مستوىً من المعايير المعمول بها لصمامات العمليات العادية.
　　ستة، ظروف تحتوي على الهيدروجين
　　تُسهم هذه الحالة في استخدام الصمامات مقارنةً بمواد الصب التقليدية في تحقيق جودة صب عالية. ونظراً لأن الهيدروجين سائل شديد النفاذية، يُعتمد في الصمامات ذات الوصلات الملحومة تصنيف ضغط لا يقل عن 600 رطل لخفض مصدر التسرب المحتمل.
　　يتضمن المعيار API 941 مجموعةً من شروط الهيدروجين في اختيار المواد واستخدامها.
　　سبعة، الظروف المحتوية على الأكسجين
　　عند استخدام الصمامات في ظروف تحتوي على الأكسجين، وحيثما ينطبق ذلك، يجب الالتزام بمعيار الجمعية الأمريكية لغازات الضغط CGA G4.4-2003 «أنظمة أنابيب الأكسجين». ويجب أن تكون الصمامات المستخدمة في هذا التطبيق منزوعة الشحوم تمامًا، نظيفة، ومُركَّبة في ظروف نظيفة، ومعبأة ومختومة بشكل سليم، نظرًا لأن الزيوت والشحوم شديدة الاشتعال في وجود الأكسجين. وتُقدَّم الإرشادات المتعلقة بهذا الموضوع في المعيار CGA G4.1 «معدات التنظيف الخاصة بخدمات الأكسجين». كما يتعيّن اتباع إجراءات مناولة وتخزين مناسبة قبل التركيب.
　　غالبًا ما تُستخدم هياكل الصمامات المصنوعة من البرونز أو من معدن مونيل، إلى جانب المواد الداخلية المناسبة للخدمة في البيئات المشبعة بالأكسجين، لمنع حدوث الشرر والاشتعال الناجمين عن التصادمات الميكانيكية الشديدة. كما تتوافر شحوم خاصة مكوّنة من السيليكون للاستخدام في الخدمات المشبعة بالأكسجين، نظرًا لعدم جواز استعمال مواد التشحيم الهيدروكربونية القياسية في وجود الأكسجين.
　　ثامنًا: التدفق النابض أو غير المستقر
　　في حالة التدفق النابض أو غير المستقر في صمام التحقق، يجب إيلاء اختياره اعتبارًا خاصًا؛ فعلى سبيل المثال، عند استخدامه في الضواغط الترددية، قد يتعرض الصمام لتغيرات سريعة في معدل التدفق نتيجة للفتح والإغلاق السريعين، مما قد يؤدي إلى حدوث طقطقة مائية وتلف الصمام. وتختلف الآراء بشأن استخدام أنواع معينة من الصمامات في حالات التدفق النابض وغير المستقر، إلا أنه عادةً ما يُنصح باستخدام صمامات التحقق من النوع الفراشي، وصمامات التحقق ذات اللوح المائل، وصمامات التحقق ذات التدفق المحوري في مثل هذه الحالات.
　　تسعة، الظروف المحتوية على الأحماض (ظروف H2S الرطبة)
　　يجب أن تخضع الظروف التي تحتوي على الأحماض أثناء استخدام مواد الصمامات لمعيار NACE MR0103. ويحد هذا المعيار، المُطبَّق في صناعة معالجة الهيدروكربونات في المراحل اللاحقة، من صلابة جميع الفولاذ؛ ويشترط التلدين بالحلّ للفولاذ الأوستنيتي؛ ويحظر استخدام مواد معيّنة في الأجزاء المعرضة للضغط (بما في ذلك أعمدة الصمامات)؛ كما يفرض متطلبات خاصة على الصمامات المثبتة بالبراغي والصمامات الملحومة.
　　ينبغي التنبيه إلى مسؤولية المستخدم وفقًا لمواصفة NACE MR0103، التي تنص على أنه يتعيّن على المستخدم أن يحدّد بشكل مفصّل ما إذا كانت البراغي ستتعرّض أم لا لبيئات تحتوي على غاز H2S. وما لم يُحدَّد ذلك من قبل المستخدم، فإن البراغي غير الموجودة داخل الصمام، مثل براغي وصلة الغطاء، عادةً ما تخضع لمعايير المنتج، ولا تُدرج ظروف الخدمة المحتوية على الكبريت ضمن هذه المواصفة. كما أنّه لا يُشترَط أن تستوفي عمليات ربط الجسم بالغطاء متطلبات NACE إذا كان مادّة البراغي غير معرّضة مباشرةً لسوائل العملية. أما في حال تعذّر إزالة أو تبخير أي تسرب للكبريت من زيت يحتوي على الكبريت (مثلًا عن طريق عزل الصمام)، فيجب حينها إخضاع الوصلة البرغيّة لمعايير NACE.
　　يجب إيلاء اهتمام خاص لمواد الوصلات المسمّرة في حال عدم اعتبار المواد المسموح بها وفقًا لمعايير NACE ضرورية. وسيؤدي هذا الشرط المفروض بشأن الصلابة إلى انخفاض في القوة. كما سيتقلص مستوى قوة مسامير وصلة الغطاء، وقد لا تصبح مناسبةً لشروط التصميم نفسها التي تنطبق على مواد التثبيت القياسية.
　　X. الظروف اللزجة أو المتصلبة
　　في حالات السوائل اللزجة أو المتصلبة داخل الصمام، مثل الكبريت السائل أو الزيت الثقيل، يُعدّ تطبيق التدفئة بالبخار أو استخدام غلاف بخاري ضرورياً في كثير من الأحيان للحفاظ على درجة حرارة تشغيل كافية تتيح تشغيل الصمام بسلاسة. وينبغي إيلاء اهتمام خاص بصمامات التفريغ نظراً للمشاكل التشغيلية الناجمة عن استجابتها الهستيريتية.