صمام كروي تواجه الصمامات العاملة في ظروف درجات الحرارة المنخفضة، مثل الغاز الطبيعي المسال (LNG)، والأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، متطلبات أعلى فيما يتعلق بالمواد والهيكل وأداء الختم. في بيئات درجات الحرارة المنخفضة، قد تصبح المعادن هشة، وقد تتقلص مواد الختم، وقد تتعرض منطقة ساق الصمام للانسداد بسبب التجمد. لذلك، لا يمكن استخدام صمامات الكرة القياسية مباشرةً.

لضمان سلامة وموثوقية نقل الوسائط منخفضة الحرارة، يجب أن تستوفي صمامات الكرة الأرضية مجموعة من متطلبات التصميم المتخصصة. تلخص هذه المقالة الاعتبارات التصميمية الرئيسية لصمامات الكرة الأرضية في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة من منظور مهني، مع تقديم شروحات مبسطة لجعل المحتوى سهل الفهم وعميقًا من الناحية التقنية.

1. تصميم غطاء المحرك الطويل

هذه هي الميزة الهيكلية الأكثر شيوعًا للصمامات منخفضة الحرارة.

يمكن أن تصل درجات الحرارة المنخفضة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية (مثل -١٩٦ درجة مئوية). في حال تعرض منطقة ساق الصمام مباشرةً لمثل هذه البرودة، فقد تتشقق الحشوة أو تفقد مرونتها. الغرض من تصميم غطاء المحرك الطويل هو:

●احتفظ بساق الصمام والتعبئة بعيدًا عن منطقة درجات الحرارة المنخفضة

●الحفاظ على درجة حرارة أعلى حول منطقة التعبئة لمنع التجميد وفشل الختم

يتم تحديد ارتفاع الغطاء الطويل عادةً بناءً على ظروف التشغيل ودرجة حرارة الوسائط وسمك عزل خط الأنابيب.

باختصار، يحمي الغطاء الطويل قلب صمام الإغلاق من التلف بسبب التجمد.

2. اختيار المواد المعدنية المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة

يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى فقدان الفولاذ الكربوني العادي لمتانته وحتى الكسر، مما يجعل اختيار المواد أمرًا بالغ الأهمية:

●الفولاذ المقاوم للصدأ (على سبيل المثال، 304، 316، 316L)

المادة الأكثر استخدامًا في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة، حيث تحافظ على صلابة جيدة حتى عند درجة حرارة -196 درجة مئوية.

●الفولاذ الكربوني منخفض الحرارة (LCC، LCB)

مناسب لدرجات الحرارة المنخفضة بشكل معتدل (على سبيل المثال، من -46 درجة مئوية إلى -101 درجة مئوية)، ولكن ليس للظروف شديدة البرودة.

يجب أن تحتفظ المواد بقدر كافٍ من قوة التحمل والاستقرار الهيكلي عند أدنى درجة حرارة تشغيل متوقعة.

3. يجب أن يستوعب تصميم ختم ساق الصمام الانكماش الحراري

يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى تصلب مواد التعبئة والتغليف وانكماشها، مما يؤدي إلى:

●قوة إحكام مخفضة

●زيادة خطر التسرب

●عزم تشغيل أعلى

ولمعالجة هذه المشكلة، ينبغي أن يتضمن التصميم ما يلي:

●استخدام الجرافيت المرن أو PTFE أو تركيبات التعبئة الخاصة بدرجات الحرارة المنخفضة

●هياكل الغدد القادرة على تعويض الانكماش للحفاظ على الختم المستمر

●تستخدم بعض صمامات الكرة المبردة عالية الجودة حشوة محملة بنابض لضمان قوة إغلاق ثابتة

4. مطابقة المواد الخاصة لمقاعد الصمامات والأقراص

تنكمش المعادن عند درجات الحرارة المنخفضة، وتختلف معدلات انكماش المواد المختلفة. قد يؤدي عدم التوافق إلى:

●إجهاد غير متساوٍ على مقعد الصمام

●تشوه سطح الختم

● إغلاق غير كامل أو التصاق

لذلك، يجب أن يضمن التصميم ما يلي:

●توافق معاملات التمدد الحراري بين مقعد الصمام ومواد القرص

●صلابة ومتانة سطح الختم مناسبة للتأثير في درجات الحرارة المنخفضة

●الاستخدام المتكرر للفولاذ المقاوم للصدأ المزور بالكامل لضمان الاستقرار وأداء الختم الموثوق به

5. التدابير الهيكلية لمنع التجمد والتجمد الخارجي

تكون أسطح الصمامات منخفضة الحرارة عرضة للصقيع أو تكوين الجليد، مما قد يؤدي إلى:

●عملية صعبة

●التجميد الذي يمنع الدوران

●تسارع تآكل السطح

وتشمل الحلول ما يلي:

●تصميم مضاد للتكثيف على الأسطح الخارجية

●توفير طبقات العزل على السطح الخارجي

●وضع المحركات أو العجلات اليدوية بعيدًا عن المناطق ذات درجات الحرارة المنخفضة

وتعتبر هذه التدابير مهمة بشكل خاص في مرافق الغاز الطبيعي المسال وتطبيقات المواد الكيميائية المبردة الأخرى.

6. متطلبات أكثر صرامة لقوة شد ساق الصمام ومتانته في درجات الحرارة المنخفضة

يعد ساق الصمام أحد أهم مكونات تحمل الحمل في صمام في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، يجب أن تحافظ مادة الجذع على:

●قوة شد كافية

● صلابة عالية لمنع الكسر الهش

●صلابة سطحية كافية لتقليل الاحتكاك والتآكل

تتضمن المواد المستخدمة بشكل شائع الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 304 و316 أو السبائك الأخرى المعتمدة لدرجات الحرارة المنخفضة.

7. تصميم مقاوم للتكثيف والتجمد للمحركات

سواء كانت عجلات يدوية أو محركات هوائية/كهربائية، فإن منع التجمد أمر ضروري:

●الصمامات اليدوية: قم بتوسيع منطقة التشغيل لتجنب التجمد

●المحركات الهوائية: تنفيذ تدابير مضادة للتكثيف

●المحركات الكهربائية: إضافة حماية من الرطوبة والتجمد

في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، يمكن لأي خلل في الآلية الخارجية أن يؤدي إلى فقدان السيطرة على الصمام.

الاستنتاج: يجب أن تكون صمامات الكرة "مصممة لدرجات الحرارة المنخفضة"

تفرض ظروف درجات الحرارة المنخفضة متطلبات موثوقية أعلى على صمامات الكرة الأرضية. يجب أن تتوافق التصاميم بدقة مع معايير درجات الحرارة المنخفضة، بدءًا من المواد والهيكل وصولًا إلى طرق الختم. لا تضمن صمامات الكرة الأرضية القياسية السلامة في ظروف التبريد العميق. لذلك، من الضروري اختيار صمامات كرة أرضية متخصصة بالتبريد العميق، والتأكد من امتلاك الشركة المصنعة لكفاءة عالية في اختبارات درجات الحرارة المنخفضة وإصدار الشهادات اللازمة.

الأسئلة والأجوبة - الأسئلة الشائعة

س1: هل يمكن استخدام صمام الكرة القياسي مباشرة للوسائط ذات درجة الحرارة المنخفضة؟

لا، إن مواد وهياكل الصمامات القياسية معرضة للكسر الهش أو التسرب أو الفشل في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة.

س2: هل هناك ارتفاع قياسي للغطاء الطويل؟

عادةً ما يُحدَّد الارتفاع بناءً على درجة حرارة المادة العازلة، وسمك العزل، ومساحة التركيب، ويتراوح عادةً بين 250 و500 مم. مع ذلك، ينبغي على الشركة المُصنِّعة تصميمه وفقًا لظروف التشغيل الفعلية.

س3: هل يجب أن تكون صمامات الكرة ذات درجة الحرارة المنخفضة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ؟

في معظم الحالات، نعم، لأن الفولاذ المقاوم للصدأ يحافظ على أفضل متانة في درجات حرارة منخفضة للغاية. في درجات الحرارة المنخفضة المعتدلة، يمكن أيضًا استخدام الفولاذ الكربوني منخفض الحرارة مثل LCB أو LCC.

س4: هل تتطلب صمامات درجة الحرارة المنخفضة اختبارات خاصة؟

نعم. تُجري الشركات المصنّعة الموثوقة اختبارات أداء في درجات حرارة منخفضة (اختبار التبريد العميق) لضمان إحكام الإغلاق والتشغيل الموثوق.