يتم عادةً تحديد حجم صمامات منع التدفق العكسي المفاجئ لأسوأ الحالات، وهي حالة التوقف الاضطراري، ثم يُطلب منها التحكم في الضواغط خلال أوضاع التدفق المنخفض الأكثر شيوعاً. غالباً ما لا يستطيع الصمام الذي تم تحديد حجمه لحالة التوقف فقط أن ينظم التدفق بدقة بالقرب من وضع الإغلاق. والنتيجة هي حلقة إعادة تدوير ذات دورة محدودة، وطاقة ضغط مهدرة، وغاز إعادة تدوير ساخن، وتوقفات مزعجة عندما يبالغ جهاز التحكم في رد الفعل. والخطأ المعاكس أسوأ؛ فالصمام الصغير جداً، أو البطيء جداً، أو الذي يتغذى بخط تدفق عكسي مفاجئ غير دقيق، يسمح للآلة بالوصول إلى حالة التدفق العكسي المفاجئ عند التوقف. يؤدي التدفق العكسي المفاجئ إلى إتلاف سدادات الإحكام والمحامل وريش المروحة، وهو الفشل الذي يسعى مهندسو المعدات الدوارة جاهدين لتجنبه في مجموعة ضغط الغاز.
يتناول هذا المقال تحديد حجم صمام إعادة التدوير، وحدود وقت الاستجابة، ورسم خرائط خط التدفق العكسي المفاجئ. وينتهي بقائمة مراجعة لمراجعة التصميم وبدء التشغيل.
سياق المعايير والمتطلبات
لا يوجد معيار يحدد حجماً واحداً لصمام منع التدفق العكسي المفاجئ، لذا يعمل المهندس بناءً على عدة وثائق:
- API 617 يغطي الضواغط المحورية والطاردة المركزية والموسعات الضاغطة. وهو الأساس لمنحنيات أداء المورد، ونقطة التدفق العكسي المفاجئ، والظروف المقدرة، والتي تعد البيانات الأساسية لكل ما يلي.
- API 670 يغطي أنظمة حماية الآلات. توجد توقفات الاهتزاز والموضع جنباً إلى جنب مع جهاز التحكم في منع التدفق العكسي المفاجئ، ويجب تنسيق الاثنين بحيث لا يؤدي التوقف الوقائي إلى ترك صمام إعادة التدوير غير قادر على حماية الآلة.
- IEC 61511 ينطبق عندما يتم تخصيص إجراء الصمام المتعلق بمنع التدفق العكسي المفاجئ أو التوقف لوظيفة سلامة مفيدة في قطاع العمليات. عندها يصبح وقت شوط الصمام، واختبار الشوط الجزئي، وفترات اختبار الإثبات معايير تصميم محققة، وليست مجرد تفضيلات ضبط.
- IEC 60534-2-1 يقدم معادلات تحديد حجم سعة التدفق لصمامات التحكم في ظروف التركيب. المعادلات معيارية، ولكن خدمة إعادة تدوير الضاغط لها ظروف مدخل ومخرج غير معتادة، لذا فإن تطبيقها يتطلب تقديراً مهنياً.
تحدد بيانات التدفق العكسي المفاجئ لمورد الضاغط، وحدود خوارزمية مورد نظام التحكم، وفلسفة التوقف للمرخص معاً هدف الأداء.
فهم ما يجب أن يفعله صمام إعادة التدوير
يعمل التحكم في التدفق العكسي المفاجئ على إبعاد نقطة التشغيل عن حد التدفق العكسي المفاجئ عن طريق إعادة غاز التفريغ إلى السحب. تصف الورقة البيضاء الصادرة عن Honeywell في مايو 2022 حول تحديد حجم صمام إعادة التدوير حلقة إعادة التدوير بأنها صمام بالإضافة إلى أنابيب إعادة التدوير في المنبع والمصب، وكل عنصر يؤثر على الأداء. سعة الصمام مهمة، ولكن كذلك:
- حجم الغاز المحصور بين التفريغ والصمام
- انخفاض الضغط عبر الحلقة
- ارتفاع درجة حرارة الغاز المعاد تدويره، إذا لم يتم تبريد الحلقة
- الاستجابة الديناميكية للمشغل والموضع والأنابيب
للصمام واجبان متميزان، وهما يدفعان تصميمه في اتجاهين مختلفين.
واجب الطوارئ: التوقف والتوقف الاضطراري
عند التوقف، يفقد الضاغط طاقة المحرك بينما لا يزال جانب التفريغ تحت الضغط. يتدفق الغاز للخلف عبر الآلة ما لم يفتح الصمام بسرعة كافية لتفريغ جانب التفريغ. يتطلب هذا الواجب سعة كبيرة وفتحاً سريعاً.
واجب التنظيم: بدء التشغيل، وخفض الإنتاج، واضطرابات العمليات
في التشغيل العادي، يمرر الصمام تدفقات صغيرة، غالباً بنسبة ضغط عالية، ويجب وضعه بدقة. يتطلب هذا الواجب خصائص ونطاقاً وجودة موضع جيدة.
تحديد حجم صمام إعادة التدوير
ابدأ من تدفق التدفق العكسي المفاجئ، وليس تدفق التصميم
يمنحك تحديد الحجم بناءً على تدفق التدفق العكسي المفاجئ نقطة انطلاق لحالة الطوارئ. وهي ليست الإجابة النهائية لثلاثة أسباب:
- يجب تقييم تدفق التدفق العكسي المفاجئ عند أسوأ مزيج من ضغط السحب ودرجة الحرارة والوزن الجزيئي للغاز والسرعة. يختلف تدفق التدفق العكسي المفاجئ من حيث الحجم الفعلي مع كل هذه العوامل.
- لا يخبرك بانخفاض الضغط الذي يواجهه الصمام فعلياً. يمكن أن يكون لخدمة إعادة التدوير فرق ضغط منخفض عند التدفق العالي وفرق ضغط مرتفع بالقرب من الإغلاق، لذا قد يحدث كل من نظام التدفق المختنق وغير المختنق.
- لا يتحقق مما إذا كان الصمام ذو الحجم الزائد لا يزال بإمكانه التحكم في أصغر تدفق إعادة تدوير مطلوب.
يؤدي الحجم الزائد الكبير إلى دفع موضع العمل نحو النسبة المئوية القليلة الأولى من المشوار. هناك، تتحول أخطاء المشغل الصغيرة إلى تغيرات كبيرة في التدفق.
تحقق من الحد الأدنى بوضوح
حدد أدنى تدفق إعادة تدوير سيطلبه نظام التحكم على الإطلاق. قد يكون ذلك عند بدء التشغيل أو حالة تثبيت إعادة التدوير الدافئ. ثم تأكد من أن الجزء الداخلي المختار يمكنه تمريره عند فتحة يمكن التحكم فيها. إذا لم يستطع، فالخيارات هي:
- صمام ذو نطاق أفضل
- ترتيب نطاق مجزأ مع صمام صغير للتنظيم وصمام كبير للتوقفات
- جزء داخلي بخصائص تتناسب بشكل أفضل مع خط التحكم
كل من هذه التغييرات يغير أساس تحديد الحجم، لذا تحقق منها معاً.
تركيب الصمام للحفاظ على سعته
السعة المحسوبة لا تعني شيئاً إذا كان التركيب يحد منها. تحقق من:
- حجم خط إعادة التدوير مقابل حجم مخرج الصمام، لتجنب الاختناق عند الأنبوب أو المخفض في المصب
- الضوضاء والاهتزاز في المصب من الصمام عند أعلى فرق ضغط
- تبريد الغاز، بحيث لا يرفع الغاز المعاد تدويره درجة حرارة السحب ويسحب الآلة نحو التدفق العكسي المفاجئ
- الحجم بين صمام عدم الرجوع للتفريغ ومدخل صمام إعادة التدوير
حدود وقت الاستجابة
وقت الاستجابة هو جزء التصميم الذي يسهل تحديده بشكل سيئ. يأتي المتطلب من الضواغط والأنابيب، وليس من رقم عام لوقت الشوط.
فكر في الأمر بهذه الطريقة. بعد التوقف، تتحرك نقطة التشغيل نحو الاندفاع بمعدل يحدده حجم الغاز المحصور وتباطؤ الماكينة. يجب أن يبدأ الصمام في التحرك، ويمرر تدفقاً كافياً، ويخفف ضغط التصريف قبل أن تصل النقطة إلى حد الاندفاع. يشمل الوقت الإجمالي ما يلي:
- مسح وحدة التحكم وتأخير المنطق
- تأخير الملف اللولبي أو التفريغ سريع المفعول
- ديناميكيات المشغل ومعزز الحجم
- انتقال الصمام إلى نقطة السعة المطلوبة
- ديناميكيات الغاز عبر خط إعادة التدوير
ما يعنيه هذا في الممارسة العملية:
- افتح الصمام بسرعة عند التوقف، ولكن أغلقه ببطء أكبر تحت التنظيم، لتجنب اضطراب الضغط والعودة إلى الاندفاع.
- حدد إمداد هواء المشغل، والأنابيب، والمعززات، وأجهزة التفريغ السريع كجزء من متطلبات وقت الاستجابة. يمكن أن تنتهي الأنابيب ذات الحجم الصغير بالهيمنة على الوقت الضائع.
- تحقق من الشوط في الموقع، مع إمداد الهواء الحقيقي وتغذية مرتدة لموضع الصمام المقاس. لا تعتمد على أرقام المصنع وحدها.
تخطيط خط الاندفاع
من منحنيات المورد إلى خط التحكم
يعطي منحنى المورد حداً للاندفاع عند ظروف محددة. تحتاج وحدة التحكم إلى خط في إحداثيات تظل صالحة عندما تتغير ظروف السحب، وعادة ما تكون متغيرات مخفضة أو ثابتة. يتم بعد ذلك إزاحة خط التحكم عن حد الاندفاع بهامش أمان. هذا الهامش هو قرار تصميمي، مدفوع بدقة القياس، وديناميكيات العملية، ومدى جودة التحقق من الخط.
النقاط الرئيسية:
- الهامش الأكبر أكثر أماناً ولكنه يترك نطاق تشغيل أقل قابلية للاستخدام ويعني المزيد من إعادة التدوير.
- الهامش الأصغر يتطلب قياس تدفق أفضل، وتحققاً أفضل من خط الاندفاع وصماماً أسرع.
- خط احتياطي أو خط توقف، يتم ضبطه بالقرب من حد الاندفاع، يدعم أمراً بالفتح السريع إذا تجاوزته نقطة التشغيل.
التحقق الميداني
منحنى المورد هو تنبؤ. يمكن أن تختلف نقطة الاندفاع المثبتة بسبب أنابيب المدخل، وخصائص الغاز، والتآكل، ومعايرة الأدوات. يعد اختبار الاندفاع الميداني المتحكم فيه هو الطريقة القياسية لتأكيد الخط، ولكنه ينطوي على مخاطر. اقترب منه بـ:
- إجراء مكتوب متفق عليه من قبل العمليات والمورد ومهندسي التحكم
- أجهزة لأخذ عينات سريعة للتدفق والضغط ودرجة الحرارة والاهتزاز
- نهج في خطوات صغيرة، مع إجراء إلغاء محدد مسبقاً
- تعامل متحفظ مع أول إشارة للاندفاع
بعد الاختبار، سجل نقاط الاندفاع الفعلية مقابل منحنى المورد، ثم قم بتحديث خط الاندفاع وهامش وحدة التحكم للمطابقة.
ضبط حلقة التحكم
تجمع وحدة التحكم في منع الاندفاع بين إجراء PI أساسي واستجابة سريعة للحلقة المفتوحة عندما تتجاوز نقطة التشغيل خط التحكم. يجب أن يتبع الضبط حجم الصمام، لأن الكسب يعتمد على خصائص الصمام وموضع التشغيل.
- تأكد من الأدوات أولاً: نطاقات أجهزة الإرسال، والتخميد، ومعدل المسح، ودقة عنصر التدفق.
- توصيف الصمام باختبارات الشوط والخطوة في عدة مواضع، مع ملاحظة الوقت الضائع، والتباطؤ، وسرعة الانتقال.
- اضبط الإجراء التناسبي والتكاملي للتنظيم المستقر عند موضع إعادة التدوير النموذجي، ثم تحقق عند النهايات المنخفضة والعالية.
- قم بتكوين استجابة الفتح السريع بحيث تتغلب على الوقت الضائع دون التسبب في تكرار الدوران.
- اختبر سيناريو التوقف في ظل ظروف تحاكي بيانات الموقع.
يشير الدوران حول خط التحكم عادةً إلى واحد من ثلاثة أشياء: صمام كبير الحجم أو ذو كسب عالٍ بالقرب من الإغلاق، أو هامش قريب جداً من حد الاندفاع بالنسبة لضوضاء القياس، أو كسب وحدة تحكم لا يتطابق مع خصائص الصمام.
سيناريو توضيحي
هذا السيناريو توضيحي ولم يتم استخلاصه من مصدر مدرج. يحتوي قطار ضغط الغاز على صمام إعادة تدوير تم تحديد حجمه وفقاً لقاعدة مورد الضاغط بتمرير 1.8 إلى 2.2 مرة من أقصى تدفق للاندفاع. إذا تم التعبير عن أقصى تدفق للاندفاع على أنه 1.0 وحدة تدفق معيارية، فيجب أن يمرر الصمام 1.8 إلى 2.2 وحدة تدفق معيارية. أثناء التكليف، يجد المصنع أن الصمام يدور عند تشغيل الحمل المنخفض العادي، على الرغم من أن اختبار التوقف مرضٍ.
اعمل من خلال الفحوصات بالترتيب:
- ارسم موضع الصمام أثناء الدوران. إذا كان قريباً من الإغلاق، فإن الصمام يعمل في الجزء الأكثر حساسية من شوطه.
- تحقق من الخصائص. يتميز التقليم بنسبة متساوية أو الفتح السريع بكسب منخفض أو مرتفع بشكل خاص في هذا النطاق، وسوف يظهر التذبذب ذلك.
- أضف توصيف وحدة التحكم، أو قلل الكسب عند الفتحات المنخفضة.
- إذا كان الصمام لا يزال غير قادر على الحفاظ على التدفق المنخفض المطلوب، فقم بتقييم صمام تنظيم أصغر في نطاق مقسم مع صمام التوقف الكبير.
- كرر اختبار التوقف للتأكد من عدم تضرر استجابة الطوارئ.
الدرس: اختبار التوقف الناجح لا يثبت أداء التنظيم، والعكس صحيح أيضاً.
السلامة أثناء العمل على الصمامات والأجهزة
يجب أن يتبع أي عمل يفتح صمام إعادة التدوير، أو وصلات المشغل، أو جانب العملية نظام تصاريح الموقع:
- عزل خط إعادة التدوير، مع استخدام الحجز والتصريف المزدوج حيثما توفر ذلك
- تفريغ الضغط عبر المسار المعتمد، مع التصريف بأمان إلى الشعلة أو إلى نظام مخصص
- التحقق من انعدام الطاقة باستخدام أجهزة القياس ونقاط التصريف قبل فك الاحتواء
- تطبيق إجراءات الإغلاق ووضع العلامات (LOTO) على الصمام، وإمدادات هواء المشغل، والمحرك
- التعامل مع المنطقة باعتبارها منطقة خطرة، باستخدام أدوات ومعدات فحص معتمدة
- استخدام أجهزة كشف الغاز المحمولة والثابتة طوال الوقت
تعتبر طاقة المشغل المخزنة خطرًا في حد ذاتها. يجب تحرير طاقة النابض والهواء والتحقق منها قبل التفكيك.
مراجعة التصميم وقائمة التحقق من التشغيل
- تقييم تدفق التدفق المفاجئ (Surge) عند أسوأ مزيج من ضغط السحب ودرجة الحرارة وتكوين الغاز والسرعة.
- حساب سعة الصمام لظروف الطوارئ، مع توثيق أساس الحجم، بما في ذلك إرشادات الشركة المصنعة من 1.8 إلى 2.2 عند استخدامها.
- التحقق من أدنى تدفق إعادة تدوير مطلوب مقابل فتحة الصمام القابلة للتحكم.
- اختيار خصائص الصمام بعناية، مع تعويض وحدة التحكم إذا كانت النسبة المئوية متساوية أو سريعة الفتح.
- مراعاة حجم التفريغ، وحجم خط إعادة التدوير، وتبريد الغاز في تحليل الاستجابة.
- استخدام المحاكاة الديناميكية أو تحليل مكافئ لتحديد متطلبات وقت الاستجابة.
- تحديد حجم إمدادات الهواء، والأنابيب، والمعززات، والعادم كجزء من متطلبات وقت الشوط.
- تأكيد نطاقات الأجهزة، ومعدلات المسح، والترشيح قبل الضبط.
- تحديد خط التدفق المفاجئ في إحداثيات ثابتة، مع توثيق الهامش والخط الاحتياطي.
- اعتماد إجراء اختبار التدفق المفاجئ الميداني، مع جاهزية معايير الإلغاء والأجهزة.
- اختبار سيناريوهات الفصل والتنظيم وبدء التشغيل كل على حدة بعد الضبط.
- تسجيل نتائج اختبار الصمام والمحدد والمغناطيس الكهربائي كقاعدة أساسية للصيانة المستقبلية.
- محاذاة متطلبات السلامة الوظيفية مع IEC 61511 حيثما يكون الصمام جزءًا من SIF.
الخلاصة
يعد تحديد حجم صمام إعادة التدوير حلاً وسطًا بين سعة الطوارئ والتحكم التنظيمي. ابدأ بإرشادات تدفق التدفق المفاجئ الخاصة بالشركة المصنعة، ثم تحقق من إمكانية التحكم في التدفق المنخفض، والخصائص، وتأثيرات التركيب، ووقت الاستجابة مقابل المجموعة الفعلية. تعامل مع خط التدفق المفاجئ ككمية مقاسة، وليس مجرد توقع من المورد، وقم بضبط وحدة التحكم فقط بعد توصيف سلوك الصمام.
بالنسبة للخطوة التالية، اجمع خرائط الضاغط، وأوراق بيانات الصمامات، وأحجام الأنابيب، ومواصفات الأجهزة لمجموعتك. ثم قم بتشغيل قائمة التحقق أعلاه في مراجعة مشتركة مع فرق المعدات الدوارة والتحكم والعمليات. وحيثما تكون الإجابات غير واضحة، قم بتكليف دراسة ديناميكية قبل التوقف الدوري القادم.
