حتى الآن، اعتمدت تطبيقات التبريد العميق التي تتطلب إحكام إغلاق الصمامات ثنائية الاتجاه بشكل أساسي على نوعين من الصمامات، وهما صمامات الكرة الأرضية وصمامات الكرة الثابتة/صمامات الكرة الثابتة المثبتة في الأعلى. ومع ذلك، ومع التطور الناجح لصمام الكرة ثنائي الاتجاه للتبريد العميق، أصبح لدى مصممي الأنظمة خيار أكثر جاذبية من صمامات الكرة التقليدية.صمامات كروية عائمةيتميز هذا الجهاز بمعدل تدفق أعلى، ولا توجد قيود على اتجاه تدفق أو إحكام إغلاق الوسط، ويمكن تشغيله بأمان في ظروف التبريد الشديد. كما أنه أصغر حجماً وأخف وزناً وأبسط تصميماً.
تشمل سيناريوهات التطبيقات المبردة التي تتطلب صمامات مدخل/مخرج خزانات التخزين للتعبئة والتفريغ، وضغط خطوط الأنابيب الفارغة المغلقة، والتغويز والتسييل، وخطوط الأنابيب متعددة الأغراض لأنظمة مختلفة في محطات الغاز الطبيعي المسال، وأنظمة الشحن، وناقلات النفط، وأنظمة التوزيع، ومحطات الضخ ومحطات تعبئة وقود الغاز الطبيعي المسال، بالإضافة إلى مجموعات صمامات الغاز الطبيعي (GVUs) المتعلقة بمحركات الوقود المزدوج على السفن.
في سيناريوهات التطبيق المذكورة أعلاه، تُستخدم صمامات الإغلاق ثنائية الاتجاه بشكل عام للتحكم في السائل الوسيط وإيقاف تدفقه. بالمقارنة مع الأنواع البديلة مثلصمامات كرويةلديهم عدة مشاكل:
معامل التدفق (Cv) منخفض - وهذا سيؤثر على اختيار جميع أحجام الأنابيب ذات الصلة وسيصبح عنق زجاجة محتملاً يحد من سعة تدفق النظام.
يتطلب الأمر تهيئة مشغلات خطية لأداء وظائف الإغلاق والتحكم، فمقارنةً بالمشغلات الدوارة المستطيلة المستخدمة للتحكم في صمامات الكرة وغيرها من الصمامات الدوارة المستطيلة وتشغيلها، يتميز هذا النوع من المعدات ببنية أكثر تعقيدًا وتكلفة أعلى. وتبرز تكلفة وتعقيد البنية لمجموعة كاملة من معدات الصمامات والمشغلات بشكل ملحوظ.
• إذا تم استخدام صمام الإغلاق لتحقيق وظيفة الإغلاق الطارئ المطلوبة من قبل العديد من أنظمة الغاز الطبيعي المسال، فسيكون التعقيد أعلى.
بالنسبة لمنشآت الغاز الطبيعي المسال الصغيرة (SSLNG)، ستكون المشاكل المذكورة أعلاه أكثر وضوحًا، لأن هذه الأنظمة يجب أن تكون أصغر حجمًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة وأن تتمتع بأكبر سعة تدفق من أجل تقصير دورة التحميل والتفريغ.
يتميز صمام الكرة بمعامل تدفق أعلى من صمام الكرة الأرضية ذي الحجم نفسه. بعبارة أخرى، هما أصغر حجماً دون التأثير على معدل التدفق. هذا يعني انخفاضاً ملحوظاً في حجم ووزن وتكلفة نظام الأنابيب بأكمله، بل وحتى النظام بأكمله. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يزيد ذلك بشكل كبير من عائد الاستثمار للأنظمة ذات الصلة.
بالطبع، صمامات الكرة العائمة المبردة القياسية أحادية الاتجاه، وهو أمر غير مناسب للسيناريوهات المذكورة أعلاه التي تتطلب إحكام إغلاق الصمام ثنائي الاتجاه.
اتجاه واحد مقابل اتجاهين
كما هو موضح في الشكل 1، يحتوي صمام الكرة العائم القياسي المستخدم في ظروف التبريد الشديد على فتحة لتخفيف الضغط في الجانب العلوي من كرة الصمام لمنع تراكم الضغط وارتفاعه عند حدوث تغير في حالة الوسط. عندما يكون الصمام مغلقًا، يبدأ الغاز الطبيعي المسال المحصور في تجويف جسم الصمام بالتبخر والتمدد، وقد يصل حجمه إلى 600 ضعف حجمه الأصلي بعد التمدد الكامل، مما قد يؤدي إلى انفجار الصمام. ولمنع حدوث ذلك، اعتمدت معظم صمامات الكرة العائمة القياسية آلية لتخفيف الضغط بفتحة علوية. ولهذا السبب، لا يمكن استخدام صمامات الكرة التقليدية في الحالات التي تتطلب إحكامًا ثنائي الاتجاه.
وهنا تبرز مزايا صمام الكرة العائم ثنائي الاتجاه المبرد. ويكمن الفرق بين هذا الصمام والصمام المبرد القياسي أحادي الاتجاه فيما يلي:
لا يوجد فتحة في صمام الكرة لتخفيف الضغط
· يمكنه منع تسرب السوائل في كلا الاتجاهين
لا يوجد فتحة في صمام الكرة لتخفيف الضغط
· يمكنه منع تسرب السوائل في كلا الاتجاهين
في صمام الكرة العائم المبرد ثنائي الاتجاه، يحلّ مقعد الصمام الزنبركي ثنائي الاتجاه محل آلية تخفيف ضغط الفتح في الجزء العلوي. يعمل مقعد الصمام الزنبركي على تحرير الضغط الزائد الناتج عن الغاز الطبيعي المسال المحصور في تجويف جسم الصمام، مما يمنع انفجار الصمام، كما هو موضح في الشكل 2.
بالإضافة إلى ذلك، يساعد مقعد الصمام المزود بنابض على إبقاء الصمام عند عزم دوران أقل وتحقيق تشغيل أكثر سلاسة في الظروف المبردة.
صمام الكرة العائم ثنائي الاتجاه المبرد مزود بحلقة مانعة للتسرب من الجرافيت في مرحلة ثانية، مما يمنحه وظيفة مقاومة للحريق. ما لم يتسبب حادث كارثي في احتراق الأجزاء البوليمرية للصمام، فإن حلقة منع التسرب الثانوية لن تتلامس مع السائل. في حالة وقوع حادث، ستؤدي حلقة منع التسرب الثانوية وظيفة الحماية من الحريق.
مزايا الصمامات ثنائية الاتجاه
بالمقارنة مع صمامات الكرة الأرضية، وصمامات الكرة الثابتة، وصمامات الكرة الثابتة العلوية، يتميز صمام الكرة العائم ثنائي الاتجاه المبرد بجميع مزايا صمام الكرة ذي معامل التدفق العالي، دون أي قيود على اتجاه السائل أو الإحكام. يمكن استخدامه بأمان في ظروف التبريد الشديد؛ حجمه صغير نسبيًا وبنيته بسيطة نسبيًا. كما أن المشغل المتوافق معه بسيط نسبيًا (دوران بزاوية قائمة) ومصغر الحجم. هذه المزايا تعني أن النظام بأكمله أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة.
بالمقارنة مع صمامات الكرة الأرضية، وصمامات الكرة الثابتة، وصمامات الكرة الثابتة العلوية، يتميز صمام الكرة العائم ثنائي الاتجاه المبرد بجميع مزايا صمام الكرة ذي معامل التدفق العالي، دون أي قيود على اتجاه السائل أو الإحكام. يمكن استخدامه بأمان في ظروف التبريد الشديد؛ حجمه صغير نسبيًا وبنيته بسيطة نسبيًا. كما أن المشغل المتوافق معه بسيط نسبيًا (دوران بزاوية قائمة) ومصغر الحجم. هذه المزايا تعني أن النظام بأكمله أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة.
يقارن الجدول 1 صمام الكرة العائم المبرد ثنائي الاتجاه مع الصمامات الأخرى ذات الوظائف المماثلة من حيث الصيانة والحجم والوزن ومستوى عزم الدوران وصعوبة التحكم والتكلفة الإجمالية، ويلخص بشكل شامل مزاياه وعيوبه.
إذا خالفت منشأة صغيرة للغاز الطبيعي المسال التصميم التقليدي واعتمدت صمامًا كرويًا ثنائي الاتجاه يعمل بالتبريد، فإنها ستستفيد استفادة كاملة من المزايا الفريدة لهذا الصمام، وهي القطر الكامل، ومعدل التدفق العالي، ومعدل تصريف الأنابيب العالي. وبالمقارنة، يمكنه دعم أنابيب أصغر حجمًا مع الحفاظ على نفس معدل التدفق، مما يقلل من الحجم الإجمالي والوزن وتعقيد النظام، وبالتالي يقلل من تكلفة نظام الأنابيب.
تناولت المقالة السابقة مزايا استخدام صمام الكرة الدوارة كصمام إغلاق. أما عند استخدامه كصمام تحكم، فتصبح هذه المزايا أكثر وضوحًا. يُسهم استخدام صمام الكرة الدوارة بزاوية قائمة في تبسيط نظام أتمتة الصمامات بشكل ملحوظ، مما يجعله خيارًا إضافيًا لأنظمة التبريد العميق.
إن المحتوى الأساسي لمجموعة الأتمتة المذكورة أعلاه هو صمام الكرة العائم ثنائي الاتجاه البسيط والعملي، والمشغل الدوار المستطيل ذو الهيكل البسيط والكفاءة العالية من حيث التكلفة.
باختصار، يُعد صمام الكرة العائم ثنائي الاتجاه المبرد ذا أهمية إيجابية "ثورية" لنظام خطوط أنابيب التبريد. وفي منشآت الغاز الطبيعي المسال الصغيرة، يُمكنه الاستفادة الكاملة من مزاياه.
في السنوات القليلة الماضية، تم التحقق من هذا المنتج الجديد في التطبيقات العملية، مما يثبت أنه ذو أهمية إيجابية لتكلفة المشروع والتشغيل الموثوق به على المدى الطويل للنظام.
تاريخ النشر: 17 يونيو 2021