مكان استخدام الصمامات: في كل مكان!

يمكن العثور على الصمامات في أي مكان تقريبًا اليوم: في منازلنا، وتحت الشوارع، وفي المباني التجارية وفي آلاف الأماكن داخل محطات الطاقة والمياه، ومصانع الورق، والمصافي، والمصانع الكيماوية وغيرها من المرافق الصناعية والبنية التحتية.

إن صناعة الصمامات واسعة النطاق حقًا، وتتنوع قطاعاتها من توزيع المياه إلى الطاقة النووية إلى النفط والغاز في المنبع والمصب. تستخدم كل صناعة من صناعات المستخدم النهائي هذه بعض الأنواع الأساسية من الصمامات؛ ومع ذلك، فإن تفاصيل البناء والمواد غالبًا ما تكون مختلفة جدًا. وهنا عينة:

أعمال المياه

في عالم توزيع المياه، تكون الضغوط دائمًا منخفضة نسبيًا ودرجات الحرارة المحيطة. تتيح هاتان الحقيقتان التطبيقيتان عددًا من عناصر تصميم الصمامات التي لا يمكن العثور عليها في المعدات الأكثر تحديًا مثل صمامات البخار ذات درجة الحرارة العالية. تسمح درجة الحرارة المحيطة بخدمة المياه باستخدام اللدائن والأختام المطاطية غير المناسبة في أي مكان آخر. تسمح هذه المواد الناعمة بتجهيز صمامات المياه لإغلاق القطرات بإحكام.

هناك اعتبار آخر في صمامات خدمة المياه وهو اختيار مواد البناء. يتم استخدام حديد الزهر والحديد المرن على نطاق واسع في أنظمة المياه، وخاصة خطوط القطر الخارجي الكبيرة. يمكن التعامل مع الخطوط الصغيرة جدًا بشكل جيد باستخدام مواد الصمامات البرونزية.

عادة ما تكون الضغوط التي تراها معظم صمامات محطات المياه أقل بكثير من 200 رطل لكل بوصة مربعة. وهذا يعني عدم الحاجة إلى تصميمات ذات ضغط أعلى ذات جدران أكثر سمكًا. ومع ذلك، هناك حالات تم فيها تصميم صمامات المياه للتعامل مع الضغوط الأعلى، التي تصل إلى حوالي 300 رطل لكل بوصة مربعة. عادة ما تكون هذه التطبيقات على قنوات مائية طويلة قريبة من مصدر الضغط. في بعض الأحيان توجد أيضًا صمامات مياه ذات ضغط عالٍ في نقاط الضغط الأعلى في السدود الطويلة.

أصدرت جمعية أعمال المياه الأمريكية (AWWA) مواصفات تغطي العديد من الأنواع المختلفة للصمامات والمحركات المستخدمة في تطبيقات محطات المياه.

مياه الصرف الصحي

الجانب الآخر من المياه العذبة الصالحة للشرب التي تدخل إلى منشأة أو هيكل هو مياه الصرف الصحي أو مياه الصرف الصحي. تقوم هذه الخطوط بجمع كافة النفايات السائلة والمواد الصلبة وتوجيهها إلى محطة معالجة مياه الصرف الصحي. تتميز محطات المعالجة هذه بالكثير من الأنابيب والصمامات ذات الضغط المنخفض لأداء "الأعمال القذرة". تكون متطلبات صمامات مياه الصرف الصحي في كثير من الحالات أكثر تساهلاً بكثير من متطلبات خدمة المياه النظيفة. تعد البوابة الحديدية وصمامات الفحص من أكثر الخيارات شيوعًا لهذا النوع من الخدمة. تم تصميم الصمامات القياسية في هذه الخدمة وفقًا لمواصفات AWWA.

صناعة الطاقة

يتم توليد معظم الطاقة الكهربائية المولدة في الولايات المتحدة في محطات بخارية تستخدم الوقود الأحفوري والتوربينات عالية السرعة. إن تقشير غطاء محطة توليد الطاقة الحديثة من شأنه أن يؤدي إلى رؤية أنظمة الأنابيب ذات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية. هذه الخطوط الرئيسية هي الأكثر أهمية في عملية توليد الطاقة البخارية.

تظل صمامات البوابة خيارًا رئيسيًا لتطبيقات التشغيل/الإيقاف في محطات توليد الطاقة، على الرغم من وجود صمامات كروية على شكل حرف Y لأغراض خاصة. تكتسب الصمامات الكروية عالية الأداء ذات الخدمة الحرجة شعبية لدى بعض مصممي محطات الطاقة وتحرز تقدمًا في هذا العالم الذي كانت تهيمن عليه الصمامات الخطية في السابق.

يعد علم المعادن أمرًا بالغ الأهمية للصمامات في تطبيقات الطاقة، خاصة تلك التي تعمل في نطاقات التشغيل فوق الحرجة أو فوق الحرجة للضغط ودرجة الحرارة. يتم استخدام F91، F92، C12A، إلى جانب العديد من سبائك Inconel والفولاذ المقاوم للصدأ بشكل شائع في محطات الطاقة اليوم. تشمل فئات الضغط 1500 و2500 وفي بعض الحالات 4500. كما أن الطبيعة المعدلة لمحطات توليد الطاقة القصوى (تلك التي تعمل حسب الحاجة فقط) تضع ضغطًا كبيرًا على الصمامات والأنابيب، مما يتطلب تصميمات قوية للتعامل مع المزيج الشديد من التدوير ودرجة الحرارة والضغط. ضغط.

بالإضافة إلى صمامات البخار الرئيسية، يتم تحميل محطات الطاقة بخطوط أنابيب مساعدة، مملوءة بعدد لا يحصى من صمامات البوابة، والكرة الأرضية، والفحص، والفراشة، والكرة.

تعمل محطات الطاقة النووية على نفس مبدأ التوربينات البخارية/عالية السرعة. والفرق الأساسي هو أنه في محطة الطاقة النووية، يتم إنشاء البخار عن طريق الحرارة الناتجة عن عملية الانشطار. تشبه صمامات محطات الطاقة النووية أبناء عمومتها التي تعمل بالوقود الأحفوري، باستثناء نسبها والشرط الإضافي المتمثل في الموثوقية المطلقة. يتم تصنيع الصمامات النووية وفقًا لمعايير عالية للغاية، حيث تملأ وثائق التأهيل والفحص مئات الصفحات.

إنتاج النفط والغاز

تعد آبار النفط والغاز ومرافق الإنتاج من المستخدمين الكثيفين للصمامات، بما في ذلك العديد من الصمامات الثقيلة. على الرغم من أنه لم يعد من المحتمل حدوث تدفقات من النفط تتدفق لمئات الأقدام في الهواء، إلا أن الصورة توضح الضغط المحتمل للنفط والغاز تحت الأرض. ولهذا السبب يتم وضع رؤوس الآبار أو أشجار عيد الميلاد أعلى سلسلة طويلة من أنابيب البئر. تم تصميم هذه التجميعات، مع مزيجها من الصمامات والتركيبات الخاصة، للتعامل مع الضغوط التي تزيد عن 10000 رطل لكل بوصة مربعة. على الرغم من أنه نادرًا ما يتم العثور عليه في الآبار المحفورة على الأرض هذه الأيام، إلا أنه غالبًا ما يتم العثور على الضغوط العالية الشديدة في الآبار البحرية العميقة.

يتم تغطية تصميم معدات رأس البئر بمواصفات API مثل 6A ومواصفات معدات رأس البئر وشجرة عيد الميلاد. تم تصميم الصمامات المغطاة بـ 6A لضغوط عالية للغاية ولكن لدرجات حرارة متواضعة. تحتوي معظم أشجار عيد الميلاد على صمامات بوابة وصمامات كروية خاصة تسمى الإختناقات. تستخدم الإختناقات لتنظيم التدفق من البئر.

بالإضافة إلى رؤوس الآبار نفسها، هناك العديد من المرافق الإضافية التي تشغل حقل النفط أو الغاز. تتطلب معدات المعالجة للمعالجة المسبقة للنفط أو الغاز عددًا من الصمامات. عادة ما تكون هذه الصمامات مصنوعة من الفولاذ الكربوني المصنف للفئات الدنيا.

في بعض الأحيان، يوجد سائل شديد التآكل - كبريتيد الهيدروجين - في تيار النفط الخام. هذه المادة، والتي تسمى أيضًا الغاز الحامض، يمكن أن تكون قاتلة. للتغلب على تحديات الغاز الحامض، يجب اتباع المواد الخاصة أو تقنيات معالجة المواد وفقًا لمواصفات NACE الدولية MR0175.

الصناعة البحرية

تحتوي أنظمة الأنابيب لمنصات النفط البحرية ومرافق الإنتاج على عدد كبير من الصمامات المصممة وفقًا للعديد من المواصفات المختلفة للتعامل مع مجموعة واسعة من تحديات التحكم في التدفق. تحتوي هذه المرافق أيضًا على حلقات نظام تحكم مختلفة وأجهزة تخفيف الضغط.

بالنسبة لمنشآت إنتاج النفط، فإن القلب الشرياني هو نظام أنابيب استرداد النفط أو الغاز الفعلي. على الرغم من عدم وجودها دائمًا على المنصة نفسها، فإن العديد من أنظمة الإنتاج تستخدم أشجار عيد الميلاد وأنظمة الأنابيب التي تعمل في أعماق غير مضيافة تصل إلى 10000 قدم أو أكثر. تم تصميم معدات الإنتاج هذه وفقًا للعديد من معايير معهد البترول الأمريكي (API) الصارمة وتمت الإشارة إليها في العديد من ممارسات API الموصى بها (RPs).

في معظم منصات النفط الكبيرة، يتم تطبيق عمليات إضافية على السائل الخام القادم من رأس البئر. وتشمل هذه فصل الماء عن الهيدروكربونات وفصل الغاز وسوائل الغاز الطبيعي عن تيار الموائع. تم تصميم أنظمة أنابيب شجرة ما بعد عيد الميلاد هذه بشكل عام وفقًا لرموز الأنابيب B31.3 للجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين مع الصمامات المصممة وفقًا لمواصفات صمام API مثل API 594، وAPI 600، وAPI 602، وAPI 608، وAPI 609.

قد تحتوي بعض هذه الأنظمة أيضًا على بوابة API 6D وصمامات كروية وصمامات فحص. نظرًا لأن أي خطوط أنابيب على المنصة أو سفينة الحفر تكون داخلية للمنشأة، فلا تنطبق المتطلبات الصارمة لاستخدام صمامات API 6D لخطوط الأنابيب. على الرغم من استخدام أنواع صمامات متعددة في أنظمة الأنابيب هذه، إلا أن نوع الصمام المفضل هو الصمام الكروي.

خطوط الأنابيب

على الرغم من أن معظم خطوط الأنابيب مخفية عن الأنظار، إلا أن وجودها عادة ما يكون واضحًا. تعتبر اللافتات الصغيرة التي تشير إلى "خط أنابيب البترول" أحد المؤشرات الواضحة على وجود أنابيب النقل تحت الأرض. تم تجهيز خطوط الأنابيب هذه بالعديد من الصمامات المهمة على طولها. يتم العثور على صمامات إغلاق خطوط الأنابيب في حالات الطوارئ على فترات زمنية محددة وفقًا للمعايير والقوانين والقوانين. تخدم هذه الصمامات الخدمة الحيوية المتمثلة في عزل جزء من خط الأنابيب في حالة حدوث تسرب أو عند الحاجة إلى الصيانة.

وتنتشر أيضًا على طول مسار خط الأنابيب مرافق حيث ينبثق الخط من الأرض ويكون الوصول إلى الخط متاحًا. وتعتبر هذه المحطات موطناً لمعدات الإطلاق “الخنازير”، والتي تتكون من أجهزة يتم إدخالها في خطوط الأنابيب إما لفحص الخط أو تنظيفه. تحتوي محطات إطلاق الخنازير عادةً على عدة صمامات، إما من النوع البوابة أو الكرة. يجب أن تكون جميع الصمامات الموجودة في نظام خطوط الأنابيب ذات منفذ كامل (كامل الفتح) للسماح بمرور الخنازير.

تحتاج خطوط الأنابيب أيضًا إلى الطاقة لمكافحة احتكاك خط الأنابيب والحفاظ على الضغط والتدفق في الخط. يتم استخدام محطات الضاغط أو الضخ التي تبدو وكأنها نسخ صغيرة من محطة المعالجة بدون أبراج التكسير الطويلة. تعد هذه المحطات موطنًا للعشرات من صمامات البوابة والكرة وصمامات خطوط الأنابيب.

تم تصميم خطوط الأنابيب نفسها وفقًا للمعايير والقوانين المختلفة، بينما تتبع صمامات خطوط الأنابيب صمامات خطوط الأنابيب API 6D.

هناك أيضًا خطوط أنابيب أصغر تغذي المنازل والمباني التجارية. توفر هذه الخطوط الماء والغاز وتتم حمايتها بواسطة صمامات الإغلاق.

توفر البلديات الكبيرة، خاصة في الجزء الشمالي من الولايات المتحدة، البخار لمتطلبات التدفئة للعملاء التجاريين. تم تجهيز خطوط إمداد البخار هذه بمجموعة متنوعة من الصمامات للتحكم في إمداد البخار وتنظيمه. وعلى الرغم من أن السائل عبارة عن بخار، إلا أن الضغوط ودرجات الحرارة أقل من تلك الموجودة في توليد البخار في محطات توليد الطاقة. يتم استخدام مجموعة متنوعة من أنواع الصمامات في هذه الخدمة، على الرغم من أن صمام التوصيل الموقر لا يزال خيارًا شائعًا.

التكرير والبتروكيماويات

تمثل صمامات المصفاة استخدامًا للصمامات الصناعية أكثر من أي قطاع صمام آخر. تعد مصافي التكرير موطنًا للسوائل المسببة للتآكل، وفي بعض الحالات، لدرجات الحرارة المرتفعة.

تحدد هذه العوامل كيفية بناء الصمامات وفقًا لمواصفات تصميم صمام API مثل API 600 (صمامات البوابة)، وAPI 608 (الصمامات الكروية)، وAPI 594 (صمامات الفحص). بسبب الخدمة القاسية التي تواجهها العديد من هذه الصمامات، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى بدل إضافي للتآكل. ويتجلى هذا البدل من خلال زيادة سماكة الجدار المحددة في وثائق تصميم API.

يمكن العثور على كل أنواع الصمامات الرئيسية تقريبًا بكثرة في مصفاة كبيرة نموذجية. لا يزال صمام البوابة الموجود في كل مكان هو ملك التل الذي يضم أكبر عدد من السكان، ولكن الصمامات ربع دورة تستحوذ على كمية كبيرة بشكل متزايد من حصتها في السوق. تشتمل المنتجات ربع السنوية التي تحقق نجاحات في هذه الصناعة (والتي كانت تهيمن عليها المنتجات الخطية أيضًا) على صمامات فراشة ثلاثية الأوفست عالية الأداء وصمامات كروية ذات مقاعد معدنية.

لا تزال البوابة القياسية وصمامات الكرة الأرضية وصمامات الفحص موجودة بشكل جماعي، ونظرًا لدقة تصميمها واقتصاد التصنيع، فلن تختفي في أي وقت قريب.

تتراوح تقييمات الضغط لصمامات المصفاة من الفئة 150 إلى الفئة 1500، والفئة 300 هي الأكثر شيوعًا.

يعد الفولاذ الكربوني العادي، مثل درجة WCB (المصبوب) وA-105 (المشكل) من أكثر المواد المحددة والمستخدمة شيوعًا في الصمامات الخاصة بخدمة التكرير. تدفع العديد من تطبيقات عمليات التكرير حدود درجة الحرارة العليا للفولاذ الكربوني العادي، ويتم تحديد السبائك ذات درجة الحرارة المرتفعة لهذه التطبيقات. وأكثرها شيوعًا هي فولاذ الكروم/المولي مثل 1-1/4% Cr، و2-1/4% Cr، و5% Cr، و9% Cr. كما يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل العالية في بعض عمليات التكرير القاسية بشكل خاص.