- معايير وتعريفات الصمامات المبردة
معايير مختلفة لها تعريفات مختلفة للصمامات المبردة.
(1) ينطبق معيار الصمام البريطاني BS6364 "صمامات درجة الحرارة المنخفضة" على نطاق درجة حرارة متوسطة يبلغ -50 درجة ~-196 درجة؛
(2) المعيار الأمريكي MSSSP-134 "متطلبات الصمامات ذات درجة الحرارة المنخفضة وأجسام الصمامات/امتدادات غطاء المحرك" يشرح درجة الحرارة المنخفضة على أنها "بالنسبة للممارسة القياسية، يتراوح نطاق درجة الحرارة المنخفضة بين -100 درجة ~ { {4}} درجة "؛
(3) المعيار الوطني الصيني GB/T 24925 "الشروط الفنية للصمام المبرد" قابل للتطبيق على نطاق درجة حرارة متوسطة يبلغ -29 درجة ~-196 درجة؛
(4) معيار صمام الغلاف SHELL MESC SPE 77/200 "صمامات درجات الحرارة المنخفضة ودرجات الحرارة المنخفضة للغاية" ينطبق على نطاق درجة الحرارة المتوسطة الذي يبلغ -30 درجة ~-196 درجة.
(5) وفقًا لدرجة حرارة التسييل للغازات المختلفة تحت الضغط العادي، يتم تقسيمها عمومًا إلى ستة مستويات لدرجة الحرارة.
المستوى الأول هو 0~ -46 درجة
المستوى الثاني هو -47~-60 درجة
المستوى الثالث هو -61~-70 درجة
المستوى 4 هو -71~-101 درجة
المستوى 5 هو -102~-196 درجة
المستوى 6 أقل من -253 درجة
بشكل عام، تسمى درجة -46~-150 درجة الحرارة المنخفضة، وتسمى درجة أقل من -150 درجة الحرارة المنخفضة للغاية.
يعتمد تعريف الصمامات المبردة في صناعة البتروكيماويات على درجة الحرارة التصميمية لوسيط النقل. بشكل عام، الصمامات المستخدمة في درجة الحرارة المتوسطة أقل من -40 درجة تسمى الصمامات المبردة، والصمامات المستخدمة في درجة الحرارة المتوسطة أقل من -101 درجة تسمى صمامات درجة الحرارة المنخفضة للغاية.
- ميزات تصميم الصمامات المبردة
1. اختيار المواد للصمامات المبردة
إن وسط عمل الصمامات المبردة ليس منخفضًا في درجة الحرارة فحسب، بل أيضًا في الغالب أو، وله نفاذية قوية، مما يحدد العديد من المتطلبات الخاصة لمواد الصمام. تختلف الخواص الميكانيكية للصلب عند درجات الحرارة المنخفضة عن تلك الموجودة في درجة الحرارة العادية. بالإضافة إلى القوة، فإن المؤشر المهم للفولاذ الذي يتحمل درجات الحرارة المنخفضة هو متانته عند التعرض لدرجات الحرارة المنخفضة. ترتبط صلابة تأثير درجة الحرارة المنخفضة للمادة بدرجة حرارة الانتقال الهشة للمادة. كلما انخفضت درجة حرارة التحول الهشة للمادة، كلما كانت صلابة تأثير درجة الحرارة المنخفضة للمادة أفضل. تعاني المواد المعدنية ذات الشبكة المكعبة التي تركز على الجسم، مثل الفولاذ الكربوني، من هشاشة باردة عند درجات الحرارة المنخفضة، في حين أن المواد المعدنية ذات الشبكة المكعبة التي تركز على الوجه، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، تتمتع بمتانة تأثير لا تتأثر بشكل أساسي بدرجات الحرارة المنخفضة.
عادةً ما تكون المواد المستخدمة في الأجزاء المقاومة للضغط مثل أجسام الصمامات المبردة وأغطية الصمامات مصنوعة من مواد صلبة ذات قوة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة. ويجب أيضًا مراعاة عوامل مثل قابلية اللحام وأداء التشغيل الآلي والاستقرار والاقتصاد. أثناء التصميم، يتم استخدام ثلاثة مستويات لدرجة الحرارة المنخفضة بشكل شائع: -46 درجة، -101 درجة و-196 درجة. يتم استخدام الفولاذ الكربوني ذو درجة الحرارة المنخفضة عمومًا لدرجات درجة الحرارة المنخفضة -46 درجة، ويتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من سلسلة 300 بشكل عام لدرجات درجة الحرارة المنخفضة -101 و-196 درجة. يتمتع هذا الفولاذ المقاوم للصدأ بقوة معتدلة وصلابة جيدة وأداء معالجة جيد.
2. التصميم الهيكلي للصمامات المبردة البتروكيماوية
(1) التصميم الهيكلي لغطاء الصمام
من السمات الواضحة للصمامات المبردة أن أغطية الصمامات الخاصة بها عمومًا لها هيكل طويل العنق. في "الشروط الفنية للصمامات المبردة" GB/T24925، يُنص أيضًا بوضوح على أن "أغطية الصمامات الخاصة بصمامات البوابة المبردة، والصمامات الكروية، والصمامات الكروية، والصمامات الفراشة يجب أن تستخدم وفقًا لاستخدامات مختلفة. ومتطلبات درجة الحرارة هي تصميم صمام هيكل غطاء الصمام ذو العنق الطويل الذي يسهل الحفاظ على البارد لضمان بقاء درجة الحرارة في الجزء السفلي من صندوق الحشو أعلى من 0 درجة." إن تصميم هيكل غطاء الصمام الممتد يهدف بشكل أساسي إلى الحفاظ على مقبض تشغيل الصمام وهيكل صندوق الحشو بعيدًا عن مناطق درجات الحرارة المنخفضة، والتي لا يمكنها فقط تجنب قضمة الصقيع للمشغلين الناجمة عن درجات الحرارة المنخفضة جدًا، ولكن أيضًا التأكد من أن صندوق الحشو والضغط يتم استخدام الأكمام في درجات الحرارة العادية لمنع تلف التعبئة. يتم تقليل أداء الختم وتمديد عمر خدمة التعبئة. لأنه في درجات الحرارة المنخفضة، مع انخفاض درجة الحرارة، تختفي مرونة التعبئة تدريجيًا، وينخفض أداء منع التسرب. بسبب التسرب المتوسط، تتجمد التعبئة وساق الصمام، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي لساق الصمام. وفي الوقت نفسه، يتحرك ساق الصمام لأعلى ولأسفل. وخدش التعبئة، مما يسبب تسربًا خطيرًا. لذلك، يجب أن تعتمد الصمامات المبردة هيكل غطاء الصمام طويل العنق. بالإضافة إلى ذلك، فإن الهيكل ذو العنق الطويل يسهل أيضًا تغليف المواد العازلة الباردة لمنع فقدان الطاقة الباردة. نظرًا لأن خطوط الأنابيب ذات درجة الحرارة المنخفضة تحتوي بشكل عام على طبقة عازلة باردة أكثر سمكًا، فإن غطاء الصمام طويل العنق يسهل بناء العزل البارد ويحافظ على سدادة التعبئة خارج طبقة العزل البارد، مما يسهل إحكام ربط مسامير الحشو أو إضافة الحشو في أي وقت عند الضرورة دون الإضرار الطبقة العازلة الباردة .
تم تحديد امتدادات غطاء المحرك في معايير BS6364 وMSS SP-134 وSHELL MESC SPE77/200. من بينها، BS6364 ينص على الأبعاد الممتدة من 15 إلى 500 متر مع الصناديق الباردة، وينص على أن الحد الأدنى للطول الممتد للصناديق غير الباردة يجب أن يكون 250 مم؛ يتضمن MSS SP-134 متطلبات الأبعاد الممتدة من 15 إلى 300 متر مع الصناديق الباردة والصناديق غير الباردة. وبالمقارنة، فإن الأبعاد الممتدة للصندوق غير البارد أطول من تلك المحددة في BS6364، والأبعاد الممتدة للصندوق البارد أقصر من تلك المحددة في BS6364. لا تفرق SHELL MESC SPE 77/200 بين الصناديق الباردة والصناديق غير الباردة، وتنص على طول من 15 إلى 1200 في نطاقات درجات الحرارة المختلفة.
اعتبار شامل، يتمتع SHELL MESC SPE 77/200 بمجموعة واسعة من الأطوال الممتدة، مما يجعله أكثر ملاءمة وموثوقية في الاستخدام. إذا تم استخدامه في حالات درجات الحرارة المنخفضة الحرجة، فيمكنك الرجوع إلى معيار SHELL MESC SPE 77/200 للتصميم أو التصميم وفقًا لمتطلبات الطول الخاصة بوحدة التصميم. بالإضافة إلى ذلك، عند اختيار الطول، من الضروري أيضًا مراعاة ما إذا كان السمك المصمم لطبقة العزل البارد أكبر من هذا الطول. إذا كان الأمر كذلك، فيجب تطويله ليتناسب مع سمك الطبقة العازلة الباردة.
(2) التصميم الهيكلي للوحة التنقيط
بما أن الوسط ذو درجة الحرارة المنخفضة ينتقل في الصمام، ومن أجل تجنب أو تقليل انتقال درجة الحرارة المتوسطة إلى ساق الصمام ومواد التعبئة في طرفه العلوي، ومنع هذه المواد من الفشل بسبب التجميد، يتم استخدام لوحة التنقيط يمكن إضافة الهيكل إلى الصمام. قامت بعض المؤسسات البحثية بإجراء اختبار تجريبي على هذا النوع من الصمامات ذات هيكل لوحة التنقيط، وأثبتت أن درجة حرارة الطرف العلوي لغطاء الصمام مع لوحة التنقيط أعلى. وبما أن الجزء العلوي من غطاء الصمام الممتد لديه درجة حرارة أقل، فإن الصمام عادة ما يتعرض للهواء. سوف يسيل بخار الماء الموجود في الهواء إلى قطرات ماء عند مواجهته لغطاء الصمام ذي درجة الحرارة المنخفضة. قطر لوحة التنقيط يتجاوز قطر الحافة الوسطى، مما يمنع التسييل بدرجة حرارة منخفضة. يقطر بخار الماء على مسامير الشفة الوسطى لمنع صدأ البراغي من التأثير على الصيانة عبر الإنترنت. بالإضافة إلى ذلك، يجب وضع لوحة التنقيط خارج طبقة العزل البارد لمنع الماء المتكثف من التساقط على طبقة العزل البارد والجزء العلوي من جسم الصمام، مما يحمي طبقة العزل البارد ويمنع فقدان قدرة التبريد.
(3) التصميم الهيكلي لمكونات تخفيف الضغط
بالنسبة للصمامات المبردة ذات هيكل تجويف مغلق، عند استخدامها في الوسائط القابلة للاشتعال والانفجار والتبخير بسهولة، هناك متطلبات خاصة لهيكل إغلاق الصمام. سيزداد حجم بعض الوسائط ذات درجة الحرارة المنخفضة بعد التبخير. على سبيل المثال، حجم الغاز الطبيعي المسال بعد التبخير يزيد عن 600 مرة حجم الحالة السائلة. عندما يكون الصمام مغلقًا وتكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة نسبيًا، فإن وسط درجة الحرارة المنخفضة الموجود في جسم الصمام يمتص البيئة. يتبخر تدريجياً بسبب الحرارة المعتدلة، ويرتفع حجمه بسرعة، مما يسبب ضغطاً زائداً داخل الصمام، بل ويهدد سلامة الصمام، مما يسبب تسرباً متوسطاً وحتى حوادث حريق. ومن أجل ضمان سلامة الصمام والمصنع، يجب أن تحتوي هذه الصمامات على تجويف وسط للتفريغ الذاتي. يتيح هيكل الضغط تخفيفًا تلقائيًا عندما يكون الضغط في تجويف الصمام مضغوطًا بشكل غير طبيعي. على سبيل المثال، تتمتع صمامات البوابة ذات درجة الحرارة المنخفضة والصمامات الكروية بمبادئ إغلاق مختلفة، لذلك ستكون هناك اختلافات واضحة في تصميم تخفيف الضغط. ومع ذلك، فإن الشركات المصنعة المختلفة لها خصائص مختلفة في تصميم هياكل تخفيف الضغط.
(4) تصميم هيكلي مضاد للكهرباء الساكنة ومقاوم للحريق
نظرًا لأن الصمامات المبردة تستخدم بشكل عام في الوسائط القابلة للاشتعال والانفجار، فإن التصميم المضاد للكهرباء الساكنة والتصميم المقاوم للحريق له أهمية خاصة. يقوم التصميم المضاد للكهرباء الساكنة بتوصيل التيار بشكل أساسي بين جذع الصمام وجسم الصمام بطريقة مشابهة لقضيب الصواعق، وبالتالي تفريغ الكهرباء الساكنة للتخلص من مخاطر السلامة وضمان أمن الإمداد للنظام بأكمله. على سبيل المثال، ينص GB/T24925 بوضوح على أنه "بالنسبة للصمامات ذات المقاعد الناعمة أو إدراجات الإغلاق الناعمة المستخدمة للأبخرة أو السوائل القابلة للاشتعال، يجب أن يضمن التصميم أن جسم الصمام وساق الصمام يتمتعان باستمرارية موصلة، ويجب أن تكون المقاومة القصوى لمسار التفريغ لا تتجاوز 10Ω." يهدف تصميم الهيكل المقاوم للحريق بشكل أساسي إلى حل مشكلة التسرب المتوسط الناتج عن التغيرات الجذرية في درجة الحرارة. يشبه تصميم الهيكل المقاوم للحريق متطلبات تصميم الصمامات العادية.
(5) جسم الصمام
يجب أن يكون جسم الصمام قادرًا على تحمل التمدد والانكماش الناتج عن التغيرات في درجات الحرارة بشكل كامل. علاوة على ذلك، لن يتشوه هيكل مقعد الصمام بسبب تغيرات درجة الحرارة.
(6) قرص الصمام
تستخدم صمامات البوابة بوابات مرنة أو بوابات مفتوحة؛ تستخدم الصمامات الحابسة أقراص صمامات على شكل سدادة لمقاعدها المسطحة وصمامات الإبرة. يمكن لهذه الأشكال الهيكلية الحفاظ على الختم الموثوق بغض النظر عن التغيرات في درجات الحرارة.
(7) ساق الصمام
يجب أن يكون ساق الصمام مطليًا بالكروم أو مطليًا بالنيكل والفوسفور أو نيتريدًا لتحسين صلابة سطح ساق الصمام ومنع جذع الصمام وغدة التعبئة والتغليف (الغدة) من الاستيلاء على بعضها البعض، مما يؤدي إلى إتلاف عبوة الختم والتسبب في تسرب صندوق الحشو.
(8) طوقا
عند اختيار الحشيات، يجب مراعاة خصائص درجة الحرارة المنخفضة لمادة الحشية، مثل مرونة الضغط، وقوة الشد المسبق، وتوزيع الضغط المثبت، وخصائص تخفيف الضغط.
(9) صندوق الحشو والتعبئة
لا يمكن أن يكون صندوق الحشو على اتصال مباشر بقسم درجة الحرارة المنخفضة، ولكنه يقع في الجزء العلوي من غطاء الصمام طويل العنق بحيث يكون صندوق الحشو بعيدًا عن درجة الحرارة المنخفضة ويعمل في بيئة درجة حرارة أعلى من {{1} } درجة . بهذه الطريقة، يتم تحسين تأثير الختم لصندوق الحشو. في حالة التسرب، أو عندما يتصل السائل ذو درجة الحرارة المنخفضة مباشرة بالتعبئة ويقل تأثير الختم، يمكن إضافة الشحوم من منتصف صندوق الحشو لتشكيل طبقة مانعة للتسرب لتقليل فرق الضغط في صندوق الحشو كما تدبير الختم المساعد. يعتمد صندوق الحشو في الغالب على هيكل تعبئة على مرحلتين مع حلقة عزل معدنية متوسطة. ومع ذلك، يستخدم البعض أنواعًا أخرى مثل هيكل صندوق تعبئة الصمام العام وهيكل صندوق الحشو المزدوج مع ساق الصمام ذاتي التضييق.
(10) الختم العلوي
تم تجهيز جميع الصمامات المبردة بهيكل مقعد علوي مانع للتسرب. يجب تغطية سطح الختم العلوي بكربيد الكوبالت والكروم والتنغستن، ثم صقله بعد الانتهاء.
(11) مقعد الصمام، سطح ختم قرص الصمام (البوابة).
الأجزاء المغلقة للصمام المبرد تعتمد هيكل سطح كربيد الكوبالت والكروم والتنغستن. هيكل الختم الناعم مناسب فقط للصمامات المبردة بدرجات حرارة أعلى من -70 درجة بسبب معامل التمدد الكبير للبولي تترافلوروإيثيلين ويصبح هشًا عند درجات الحرارة المنخفضة، ولكن يمكن استخدام البولي ثلاثي فلورو إيثيلين للصمامات المبردة بدرجات حرارة تصل إلى {{3 }} درجة .
(12) مسامير الشفة الوسطى
يجب أن تتمتع البراغي بقوة كافية لأن البراغي غالبًا ما تنكسر بسبب التعب عند العمل تحت أحمال متكررة. نظرًا لأن البراغي يمكن أن تسبب بسهولة تركيز الضغط عند جذر الخيط، يتم استخدام البراغي ذات الهياكل الملولبة بالكامل.