تمديدات شفط المضخة

تمديدات الشفط في المضخات الطاردة المركزية

على الرغم من أن الأعطال التي تحدث في المضخات تُعد عنصر تكلفة مباشرة بالنسبة للعديد من المنشآت، إلا أنه بحسب المهمة التي تضطلع بها المضخات في المنشأة، فإن أي عطل قد يتسبب في توقف الإنتاج يؤدي إلى خسارة مالية ثانوية أكبر بكثير. ونظرًا لأن هذه الأعطال تحدث في المضخة، فإن التركيز الأساسي يظهر دائمًا على المضخة. إلا أن السبب الجذري للمشكلات، في العديد من الحالات، هو بنية تمديدات المضخة. وقد أعددنا اليوم مقالًا حول كيفية تصميم تمديدات المضخة، وتأثير الأخطاء في التمديدات على المضخة، وكيفية منع هذه الأخطاء.

1.   وفّر قيمة NPSH كافية

NPSH موضوع يُناقَش كثيرًا اليوم ويمكننا العثور على الكثير من المصادر حوله في منصات مختلفة. لذلك، بدلًا من تناول موضوع NPSH بالتفصيل في مقالنا، سيكون كافيًا الحديث عن تأثيراته على تمديدات المضخة وتقديم مقدمة موجزة عنه.

في المضخات الطاردة المركزية، لكي تعمل المضخة بشكل سليم دون الدخول في التكهف (الكافيتيشن)، يجب أن يكون السائل الواصل إلى مروحة المضخة عند ضغط معين. ونطلق على مقدار هذا الضغط المطلوب اسم NPSHp (المضخة) أو NPSHr (المطلوب). ومع ذلك، فإن بنية تمديداتنا وظروف التشغيل لدينا توفر ضغطًا معينًا للسائل الداخل إلى المضخة. ونطلق على هذا الضغط اسم NPSHm (المتوفر) أو NPSHa (المتاح).

وبالتالي، لتحقيق شرط التشغيل السليم للمضخة المذكور أعلاه، يجب تحقيق الشرط NPSHm>NPSHp. وإلا فإن المضخة ستدخل في التكهف وستحدث أضرار في أجزاء المضخة.

قيمة NPSHp التي تحتاجها المضخة هي مسؤولية مصنّعي المضخات، الذين يحاولون إبقاء هذه القيمة عند أدنى مستوى ممكن من خلال إجراء تعديلات وتحسينات متنوعة في تصميمات المضخات. إلا أن تقليل قيمة NPSHp لمضخة قيد الاستخدام بالفعل أمر صعب ومكلف للغاية، وعادة ما يتطلب تطبيقات ذات كفاءة منخفضة جدًا. لذلك فإن زيادة قيمة NPSHm ستكون أسهل وأقل تكلفة بكثير من محاولة تقليل قيمة NPSHp.

2.   قلّل من فقد الاحتكاك

سيؤدي فقد الاحتكاك إلى خفض قيمة NPSHm التي ذكرناها أعلاه، كما سيتسبب في زيادة تكاليف الطاقة لدينا. لذلك، وكما هو الحال في جميع الأنظمة، من المهم جدًا في أنظمة المضخات أيضًا إبقاء الاحتكاك عند الحد الأدنى في كل من جانبي الشفط والضخ.

للحفاظ على الاحتكاك عند الحد الأدنى؛ يجب أولاً اختيار عناصر التمديدات ذات البنية المادية والخصائص التقنية التي توفر أقل مقاومة للتدفق. ويجب أن تتمتع المعدات والمواد المستخدمة (بالقدر الذي يسمح به السائل) بمعامل احتكاك منخفض، ويجب وضعها بطريقة لا تخل بديناميكية التمديدات. كما أنه كلما طال المسار الذي يقطعه السائل حتى مدخل المضخة، زادت كمية الطاقة المهدرة نتيجة فقد الاحتكاك. لذلك يجب أن تكون المضخة قريبة قدر الإمكان من مصدر الشفط. وأخيرًا، فإن عدم تجاوز سرعة السائل الداخل إلى المضخة 1.5 م/ث سيمنع حدوث فقد احتكاك إضافي في الشفط. لأنه كلما زادت سرعة السائل، زاد فقد الاحتكاك الحاصل في خط الأنابيب والمعدات.

3.   الأكواع

الأكواع هي عناصر تمديدات نستخدمها لتغيير اتجاه السائل بزوايا مختلفة في أنظمة التمديدات. إلا أن هذا التغيير في الاتجاه يؤدي أيضًا إلى تغيير في الديناميكيات الداخلية للسائل، مما يتسبب في تدفقه بشكل غير منتظم. ونعلم اليوم من المحاكاة المختلفة وتحليلات السوائل أن السائل المار عبر الكوع يُحدث تدفقًا غير منتظم يولّد اضطرابًا (توربولنس)، ويتسبب في تلف مروحة المضخة مما يؤدي إلى الاهتزاز. وإلى جانب الضرر الحاصل في المروحة، فإن الاهتزاز الناتج في المضخة يؤثر أيضًا على محامل المضخة والحشوة، مما يتسبب في مشكلات في هذه النقاط أيضًا.

لتجنب هذا الوضع، من الضروري ضمان أن يكون السائل الداخل إلى المضخة في حالة تدفق منتظم. وفي هذه الحالة، تُعطى الأولوية لعدم استخدام الأكواع في التمديدات إن أمكن. ولكن إذا كنا مضطرين لاستخدام كوع كما هو الحال في العديد من الأنظمة، فمن أجل ضمان هذا التدفق المنتظم عند مدخل المضخة، يجب وضع خط أنابيب مستقيم بعد الكوع بطول لا يقل عن 5 أضعاف ولا يزيد عن 10 أضعاف قطر أنبوب الشفط، وصولًا إلى مدخل المضخة. وبهذه الطريقة، سينتظم تدفق السائل الخارج من الكوع على طول هذا الخط ولن يُحدث أي مشكلة في المضخة.

4.   يجب أن يكون الداخل إلى المضخة سائلًا، لا هواءً!

بحكم بنية التمديدات، تخلق بعض النقاط المرتفعة في خطوط الأنابيب فراغات يمكن أن تتجمع فيها الغازات الداخلة إلى التمديدات. وعندما تدخل الغازات المتجمعة في هذه الفراغات إلى المضخة دفعة واحدة أو على فترات زمنية مختلفة، فإنها تُحدث تأثير التكهف بسبب اختلافات الضغط داخل المضخة، وقد تلحق الضرر بجميع الأجزاء الملامسة للسائل. وفي الوقت نفسه، فإن زيادة كمية الهواء المتجمعة في هذه الجيوب بمرور الوقت تحد من مرور السائل ولا تستطيع المضخة القيام بعملية شفط كافية. وهذا الوضع بدوره يقصر عمر تشغيل المضخة ويتسبب في أعطال.

على الرغم من أنه ليس من الممكن تقليل كمية الهواء داخل التمديدات إلى الصفر، إلا أنه يمكننا على الأقل خفضها إلى نسب لا تسبب لنا مشكلة. أولًا، عند اكتمال التمديدات، يكون الخط بالفعل ممتلئًا بالهواء. من الضروري تفريغ هذا الهواء بالكامل قبل إرسال السائل إلى التمديدات. كذلك، في نظام قيد الاستخدام الفعلي، يمكن أن تتشكل ضغوط منخفضة جزئية بسبب حركات الصمامات والمعدات المختلفة والتذبذبات في السائل. وتتسبب هذه الضغوط المنخفضة في تبخر الهواء الموجود داخل السوائل التي تحمل كمية صغيرة جدًا من الهواء الذائب، وتراكمه مرة أخرى في نقاط التمديدات المرتفعة. ويجب إزالة هذا الهواء أيضًا من النظام على فترات منتظمة.

للحماية من جيوب الهواء، يجب أولاً ترك أقل عدد ممكن من النقاط المرتفعة في التمديدات. وفي الحالات الضرورية، يمكن تحقيق هذه الارتفاعات عن طريق تمديد طول التمديدات قليلاً باستخدام تحولات ذات زوايا منخفضة. والإجراء الآخر هو تركيب صمامات تنفيس هواء في النقاط التي يزداد أو ينقص فيها الميل بسرعة في التمديدات. وبذلك يمكن استخدام هذه الصمامات عند الحاجة لتفريغ الهواء داخل التمديدات. وأخيرًا، لمنع تكوّن جيب هواء في مآخذ شفط المضخة، يجب دائمًا استخدام تخفيض لا مركزي (eccentric reduction)، ويجب وضع أنبوب الشفط بميل يرتفع تدريجيًا باتجاه المضخة.

5.   المضخة ليست نقطة دعم للتمديدات.

للأسف، لا تُدعم تمديدات المضخات بشكل صحيح في العديد من المنشآت. بل إن المضخات تُستخدم في بعض الحالات كعنصر دعم للتمديدات. إلا أن هذا الوضع قد يؤدي إلى نتائج سلبية جدًا على المضخة.

المضخات هي آلات مصنّعة لنقل السوائل من نقطة إلى أخرى. وبالتالي، بما أن المضخة تحقق هذا النقل من خلال إحداث فرق في الضغط على السائل، فإنها تتأثر بالضغط الناتج وتتشكل قوى شعاعية ومحورية على الأجزاء. وقد صُمم هيكل المضخة والمواد المستخدمة فيها لتتحمل هذه القوى وتضمن أداء المضخة لمهمتها دون مشاكل طوال عمرها الافتراضي مع إجراء صيانات معينة. إلا أنه إذا لم تُدعم تمديدات المضخة بشكل كافٍ، وتم نقل كامل وزن التمديدات والإجهادات الناشئة فيها أحيانًا إلى المضخة، فإن المضخة ستحاول نقل السائل تحت قوى أكبر بكثير مما هو متوقع. وبالمثل، إذا لم تكن التمديدات محاذاة بشكل صحيح وتم توصيل معدات التمديدات ببعضها بـ"إجهاد"، فإن التمديدات ستنقل هذا الإجهاد بنفس الطريقة إلى فلنجة المضخة، وستحاول المضخة مرة أخرى العمل تحت قوة خارجية.

تتسبب هذه القوى الخارجية المؤثرة على المضخة في حدوث اهتزاز، وتشغيل صاخب، وأعطال متكررة. وبالتالي يتقلص عمر المضخة بشكل كبير بينما ترتفع تكاليف الصيانة. وخاصة في الخطوط التي تُستخدم فيها سوائل ذات درجات حرارة عالية، فإن التمدد والانكماش في التمديدات يتسبب في نشوء أحمال متقطعة سواء عموديًا أو أفقيًا في التمديدات. وفي الأنظمة التي تُستخدم فيها مثل هذه السوائل، يجب دعم التمديدات خارجيًا بشكل قاطع، كما يجب تركيب وصلات تعويضية (كومبنسيتور) قادرة على امتصاص حمل التمديدات على فلنجات شفط وضخ المضخة.

6.   الخلاصة

• تحقق من قيم NPSH وحافظ على قيمة NPSHm مرتفعة.
• أبقِ المضخة قريبة قدر الإمكان من مصدر الشفط.
• لا تسمح بتجاوز سرعة السائل في الشفط 1.5 م/ث.
• حدد أقطار أنابيب الشفط والضخ بشكل صحيح.

• تجنب استخدام الأكواع قدر الإمكان.
• إذا كان استخدام الكوع ضروريًا، فوفّر بعده خطًا مستقيمًا حتى مدخل المضخة بطول لا يقل عن 5 أضعاف قطر أنبوب الشفط.
• أنشئ أقل عدد ممكن من النقاط المرتفعة في التمديدات.
• ركّب صمامات تنفيس الهواء في نقاط التمديدات التي يزداد وينقص فيها الميل بسرعة.
• استخدم دائمًا تخفيضًا لا مركزيًا في تمديدات شفط المضخة.
• تأكد من وصول أنبوب شفط المضخة إلى مدخل المضخة بميل متصاعد.
• ادعم تمديدات الشفط والضخ الخاصة بالمضخة بشكل خارجي ومستقل عن المضخة.
• تأكد من أن تمديدات المضخة محاذاة بشكل صحيح وأن الأجزاء لم تُركَّب بإجهاد.
• استخدم وصلات تعويضية (كومبنسيتور) على فلنجات المضخة، خاصة في الأنظمة التي تُستخدم فيها سوائل ذات درجة حرارة عالية.