الاختيار الصحيح للصمام التنظيمي والاحتياطات الواجبة - دعونا نواصل الإضافة والنقاش

Thread Content

تم تحرير هذا المنشور لأخر مرة بواسطة وانغ تيانزه في تاريخ 18 ديسمبر 2016 الساعة 19:56. اختيار صمام التحكم المناسب والاحتياطات الواجب اتخاذها – يرجى من الجميع مواصلة الإضافة والنقاش: handshake. يعتبر صمام التحكم عنصر تنفيذي نهائي في أنظمة التحكم في العمليات الصناعية، حيث يتم استخدامه عادةً في أنظمة التحكم الآلي للإنتاج المستمر لضبط مختلف المعايير التقنية أثناء العملية، بهدف تنظيم ضغط السائل ودرجة حرارته ومعدل تدفقه ومستوى سطحه، ولذلك يُطلق عليه غالبًا "اليد والقدم" في مجال الأتمتة الصناعية. إن جودة تطبيقها تعكس بشكل مباشر جودة تنظيم النظام. كعنصر تنفيذي نهائي في التحكم في العمليات، أصبح الناس يدركون أهميته بشكل أعمق مما كان عليه في الماضي. يعتمد مدى فعالية صمامات التحكم على جودة المنتج، بالإضافة إلى ما إذا كان المستخدمون قد قاموا بتركيبها واستخدامها وصيانتها بشكل صحيح، ومن المهم جدًا اختيار الصمامات بطريقة صحيحة. بسبب أخطاء في اختيار الحلول الحسابية، يحدث عدم استقرار في تشغيل النظام، وهناك العديد من الحالات التي لا يمكن فيها استخدام النظام على الإطلاق. لذلك، يجب على المستخدمين ومصممي الأنظمة أن يدركوا تمامًا أهمية صمامات التحكم في الموقع، ويجب عليهم إيلاء اهتمام كافٍ لاختيار صمامات التحكم المناسبة. المبادئ العامة لاختيار صمام التحكم هي: أن يكون الصمام المختار بسيطًا في تركيبه، وذا أداء موثوق، وسعر منخفض، وعمر افتراضي طويل، بالإضافة إلى سهولة الصيانة، شريطة أن يلبي الوظائف المطلوبة. فيما يلي، سنركز على اختيار نوع صمام التنظيم واختيار الملحقات. ١. اختيار نوع صمام التحكم: هناك العديد من طرق تصنيف صمامات التحكم، والطريقة المستخدمة عادةً في الأسواق المحلية والدولية هي التصنيف حسب الهيكل والآلية والوظيفة. يوجد ٩ فئات رئيسية، وهي: صمام التحكم ذو المقعد الواحد، وصمام التحكم ذو المقعدين، وصمام التحكم من النوع الأسطواني، وصمام التحكم الزاوي، وصمام التحكم ثلاثي الاتجاهات، وصمام الحجاب الحاجز، وصمام الفراشة، وصمام الكرة، وصمام الدوران المتحيز. هذه التسع فئات تعتبر الأكثر شيوعًا وأساسية، وغالبًا ما يُطلق عليها اسم المنتجات القياسية. أما المنتجات الأخرى التي تم تطويرها بناءً على هذه الفئات مع مراعاة الاحتياجات العملية، فتُسمى المنتجات الخاصة. 1.1 خصائص وطريقة الاختيار الصحيح لصمامات التحكم القياسية
1.1.1 صمام التحكم أحادي المقعد والمسار المستقيم
يحتوي صمام التحكم أحادي المقعد والمسار المستقيم على عنصر تحكم واحد ومقعد واحد فقط، مما يسهل تحقيق إحكام تام في الإغلاق. يمكن استخدام ختم صلب بين المعادن، أو ختم مرن بين المعدن والتفلون أو مواد مركبة أخرى. تبلغ نسبة التسرب القياسية 0.01% من C (حيث C هو معامل التدفق الاسمي)، كما أن الفرق المسموح به في الضغط صغير جداً، وكذلك قدرة التدفق منخفضة؛ فعلى سبيل المثال، بالنسبة لصمام التحكم أحادي المقعد بحجم DN100، يبلغ الفرق المسموح به في الضغط 120 كيلوباسكال فقط، بينما تبلغ قدرة التدفق 100 فقط. يتميز بمسار تدفق معقد وهيكل بسيط، وهو مناسب للوسائط النظيفة التي تتطلب معايير صارمة فيما يخص التسربات والفروق الضغطية المنخفضة. كما يمكن استخدام صمامات التحكم ذات الأحجام الصغيرة (DN1/2، 3/4، 20) في الحالات التي تكون فيها الفروق الضغطية كبيرة، وهي من أكثر صمامات التحكم شيوعًا في الاستخدام. وعند تصميمها بشكل أفضل، يمكن استخدامها كصمامات قطع. يحدد شكل الصمام الداخلي خصائص التدفق، ويفقد خصائصه الأصلية بعد التعرض للتآكل، ويمكن تغيير خصائص التدفق عن طريق استبدال الصمام الداخلي. لكن قوة دفع وسط السائل على جزيء الصمام كبيرة، أي أن القوى غير المتوازنة كبيرة أيضًا، مما يتطلب استخدام آلية تنفيذية ذات قوة دفع عالية. لذلك، في التطبيقات التي تتميز بفروق ضغط عالية وأقطار كبيرة، لا يُنصح باستخدام هذا النوع من صمامات التحكم. عند اختيار هذا الصمام، يجب الانتباه بشكل خاص إلى التحقق من فرق الضغط لمنع انفتاحه. 1.1.2 صمام التحكم ذو المقعدين المباشر
يحتوي صمام التحكم ذو المقعدين المباشر على قرصين ومقعدين للصمام. ونظرًا لأن القوة الدافعة للقرص العلوي نحو الأعلى تكون متوازنة تقريبًا مع القوة الدافعة للقرص السفلي نحو الأسفل، فإن القوى غير المتوازنة التي يتعرض لها القرص بأكمله تكون صغيرة، مما يسمح بوجود فرق ضغط كبير. على سبيل المثال، يسمح صمام التحكم ذو المقعدين من نوع DN100 بوجود فرق ضغط يصل إلى 280 كيلوباسكال. كما أن قدرته على تمرير السوائل كبيرة، حيث يمكن لصمام التحكم ذو المقعدين أن يمرر كمية أكبر من السوائل مقارنة بصمامات التحكم ذات القطر نفسه. وبالمقارنة مع صمامات التحكم ذات المقعد الواحد، فإن قدرة صمام التحكم ذو المقعدين على تمرير السوائل تكون أكبر بنسبة تتراوح بين 20% إلى 50%. على سبيل المثال، تصل قدرة التدفق لصمام التحكم ذو المقعدين من نوع DN100 إلى 160. وبالتالي، للحصول على نفس القدرة على التدفق، يمكن اختيار مشغل بقوة دفع أقل لصمام التنظيم ذي المقعدين. يتميز صمام التحكم ذو المقعدين بوجود نظام توجيه من الأعلى والأسفل، ولذلك فإن تغيير وضع الصمام من الوضع الطبيعي إلى الوضع المعاكس أمر سهل للغاية؛ حيث يكفي فقط تركيب جزء الصمام وقاعدة الصمام في الاتجاه المعاكس لتحويل الصمام من الوضع الطبيعي إلى الوضع المعاكس، أو العكس، دون الحاجة إلى تغيير نوع آلية التشغيل سواء كانت تعمل بشكل مباشر أو غير مباشر. لا يمكن للصمامين العلوي والسفلي في الصمام التنظيمي ذو المقعدين أن يغلقا في نفس الوقت، مما يؤدي إلى كمية تسرب كبيرة؛ حيث تبلغ كمية التسرب القياسية 0.1% من الحجم المقدر للتدفق (C هو معامل الحجم المقدر) ； مسار التدفق معقد، ولا يصلح للاستخدام في التطبيقات ذات الفرق الضغطي العالي، لأن الصمامات في مثل هذه التطبيقات تتعرض لضغط شديد من السوائل، كما أنه من السهل حدوث عمليات التبخر والتكثيف، مما يزيد من تأثير الضغط على جسم الصمام. كما أنه لا يصلح أيضًا للتحكم في السوائل التي تحتوي على ألياف أو سوائل ذات لزوجة عالية. 1.1.3 صمام التعديل ذو الغلاف: يُعرف صمام التعديل ذو الغلاف أيضًا باسم صمام القفص، وتتكون مكوناته الداخلية من قلب الصمام وغلاف الصمام (الغلاف). يمكن أن يكون الغلاف عبارة عن صمام تعديل ذو مقعد واحد، أو صمام تعديل ذو مقعدين، أو صمام تعديل ذو شكل زاوي. هناك نوعان من التركيبات: التركيبة ذات الختم الواحد، والتركيبة ذات الختم المزدوج؛ حيث يعادل النوع الأول صمام التعديل ذو المقعد الواحد، وهو مناسب للاستخدام في الحالات التي يتطلب فيها صمام تعديل ذو مقعد واحد ； النوع الأخير يماثل صمام التحكم ذو المقعدين، وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب صمام تحكم ذو مقعدين. بالإضافة إلى ذلك، يتميز هذا الصمام بثباته الجيد وسهولة تحميله وتفريغه وصيانته، كما أنه يقلل من الضوضاء وتأثير التجويف. لكن سعره أعلى بنسبة 50% إلى 200% مقارنة بصمامات التنظيم أحادية وثنائية المقاعد، كما يتطلب استخدام وسادة ختم متخصصة. ويُستخدم هذا الصمام على نطاق واسع، حيث يحتل المرتبة الثانية بعد صمامات التنظيم أحادية وثنائية المقاعد؛ إلا أنه لا ينبغي استخدامه مع الوسائط غير النقية أو تلك التي تميل إلى التبلور والتكوّن الرواسب. 1.1.4 صمام التحكم الزاوي
صمام التحكم الزاوي هو صمام تحكم ذو مقعد واحد، وله هيكل خاص للجسم الصمامي، ويُستخدم في تطبيقات معينة في أنظمة الأنابيب والسوائل. يتم تغيير شكل الجسم الصمامي من شكل مستقيم إلى شكل زاووي (وهو ما يعادل منعطفًا)، وطريقة التحكم في التدفق وتوزيع الضغط فيه تكون مشابهة تمامًا لصمام التحكم ذو المقعد الواحد. ما زالت تحتفظ بخصائص الصمام التنظيمي أحادي المقعد المتمثلة في التسرب المنخفض وفرق الضغط المسموح به المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، وبفضل بساطة مسار تدفقه وخاصية “التنظيف الذاتي”، يمكن استخدامه مع المواد غير النظيفة. كما يمكن تحسينه ليصبح صمامًا مضادًا للانسداد، وبالتالي يصلح للاستخدام في الظروف التي تحتوي على جزيئات معلقة، خاصة في الأماكن التي يكون فيها مساحة التركيب محدودة. 1.1.5 صمام التحكم ثلاثي الاتجاهات: يعتمد صمام التحكم ثلاثي الاتجاهات على نظام التوجيه الموجود في جزء الصمام نفسه، وعند تغيير وضعية الصمام من “الفتح بواسطة الهواء” إلى “الإغلاق بواسطة الهواء”， يجب استبدال جزء التشغيل المستخدم. من الضروري ملاحظة أن مفهوم “الفتح بواسطة الهواء” و“الإغلاق بواسطة الهواء” في هذا الصمام يختلف عن باقي أنواع صمامات التحكم، كما يجب تحديد ما إذا كان الصمام يعمل في الوضع الأفقي أم العمودي. يحتوي على ثلاثة مسارات، ويمكنه أن يحل محل صمامي تنظيم أحاديين لتوزيع ودمج تيارين، في الحالات التي يكون فيها فرق درجات الحرارة ≤150 درجة مئوية. وعندما يكون قطر الأنبوب ≤80 مم، يمكن استخدام صمام الدمج في عمليات التوزيع. 1.1.6 صمام التحكم بالحجاب الحاجز: يتكون صمام التحكم بالحجاب الحاجز من حجاب حاجز مقاوم للتآكل وجسم الصمام المبطن بمادة مقاومة للتآكل؛ فمسار التدفق فيه بسيط، وهو مناسب لحالات الإغلاق الثنائي للوسائط غير النقية والوسائط ذات التآكل الضعيف. يعتبر من أوائل صمامات التنظيم، ولكن بسبب خصائص تدفقه التي تشبه الفتح السريع، فإن جودة التنظيم لديه ضعيفة. كما أنه يتأثر بمادة الحاجز والطلاء المستخدم في تغطية الصمام، مما يمنع استخدامه في ظروف درجات الحرارة والضغوط العالية. عادةً، يكون الضغط التشغيلي ≤ 1.6 ميجا باسكال، ودرجة الحرارة التشغيلية ≤ 150 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحاجز يتعرض للتلف بسهولة وعمره الافتراضي قصير، ولذلك لم يعد يُستخدم في العديد من التطبيقات الحالية. 1.1.7 صمام الفراشة: يعتبر صمام الفراشة بمثابة قطعة من الأنبوب تُستخدم كجسم للصمام، ويوجد في وسطه لوح للتحكم في التدفق، وهو أكثر أنواع الصمامات الدوارة شيوعًا المستخدمة في عمليات التحكم. يُستخدم في تطبيقات الضغط المنخفض والمتوسط، أو في حالات نادرة للضغط الساكن العالي والتدفق الكبير، لكن هناك قيود على فرق الضغط. إنه صغير الحجم وخفيف الوزن، حيث يكون وزنه أقل بـ 4 إلى 10 أضعاف من صمامات التحكم الكروية ذات نفس القطر. كما أن نسبة القطر إلى السعر منخفضة، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للاستخدام في المناسبات التي تتطلب قطرًا كبيرًا، وكلما زاد قطر صمام التحكم، كانت هذه الميزة أكثر وضوحًا. عادةً، عندما يكون DN > 300 مم، يتم استخدام صمام الفراشة لإتمام المهمة. 1.1.8 صمام الكرة: صمام الكرة هو منتج قديم ومتطور، ويوجد منه نوعان: صمام الكرة على شكل “O” وصمام الكرة على شكل “V”. إن مسار التدفق فيه بسيط للغاية، كما أن مقاومة التدفق فيه منخفضة جدًا، والخسائر في الضغط أيضًا منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، فإن صمام الكرة يتمتع بخاصية التنظيف الذاتي الممتازة. “صمام الكرة من نوع O هو صمام تنظيمي بدون مقاومة، ومقارنةً بالأنواع المماثلة، فإن معامل التدفق الأقصى لديه أعلى، وغالبًا ما يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب تدفقًا كبيرًا أو في الوسائط غير النقية ； “يوفر صمام الكرة على شكل “V” خصائص تدفق قريبة من الخصائص اللوغاريتمية، كما أن نسبة التعديل فيه كبيرة. عند دوران جزء الكرة على شكل “V” بالنسبة لقاعدة الصمام، يحدث تأثير قص، وهو ما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتحكم في تدفق المواد ذات اللزوجة العالية، والتيارات المعلقة، واللب، وغيرها من المواد غير النقية التي تحتوي على ألياف، بالإضافة إلى استخدامه في إيقاف تدفق هذه المواد. أسعار صمامات الكرة مرتفعة نسبيًا. 1.1.9 صمام الدوران المتحيز، والمعروف أيضًا باسم صمام الانحناء بواسطة الكامة، يجمع بين مزايا صمام الكرة وصمام الفراشة؛ فهو يتمتع بمسار تدفق بسيط، بالإضافة إلى قدرة جيدة على التنظيف الذاتي والتحكم في التدفق، وهو مناسب للاستخدام في الحالات التي يكون فيها السائل متبلورًا أو غير نقي ； حجم جسم الصمام صغير ووزنه خفيف، مما يسمح بتركيبه بمرونة في أي موقع تركيب دون الحاجة إلى استبدال أي أجزاء ； معامل التدفق المحدد مرتفع، حيث يكون أعلى بنسبة 10% إلى 30% مقارنة بصمامات التحكم ذات المقعد الواحد والمقعد المزدوج من نفس القطر، كما أن نسبة التعديل لديها عالية، ويمكن أن تصل إلى 100:1 ； إن ختم مقعد الصمام موثوق، حيث يساهم تأثير المرونة في ذراع دعم جزيء الصمام وحركة الدوران المختلفة لسطح كرة جزيء الصمام في تقليل عزم الدوران المطلوب، مما يعوض عن بعض أوجه عدم التماثل، ويسمح بالعمل بشكل مستقر سواء في حالة التدفق أو الإغلاق أو في ظل فروق ضغط عالية ； عند التحكم النسبي، يلزم استخدام جهاز تحديد الموقع، حيث يمكن من خلال تغيير موضع اللوح المبرز في جهاز التحديد هذا الحصول بسهولة على خصائص تدفق خطية أو بنسب متساوية. 1.2 اختيار صمامات التحكم الخاصة: للتطبيقات الخاصة، وعلى أساس صمامات التحكم المذكورة أعلاه، يمكن استخدام صمامات ذات غطاء علوي ممدد وزعانف تبريد في الظروف المنخفضة والمرتفعة الحرارة ； يمكن لاستخدام عدة زنبركات في الآلية التنفيذية أن يقلل من حجم ووزن صمام التحكم بأكمله ； لتقليل الضوضاء، يتم استخدام مجموعة من تدابير تقليل الضوضاء لتصميم صمامات تنظيمية ذات ضوضاء منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، هناك صمامات تنظيمية ذات هيكل منفصل للجسم، وذلك لتسهيل الصيانة والتنظيف ； صمام تنظيم القطع السريع المستخدم لتلبية المتطلبات السريعة للحركات المتسلسلة ； صمام تنظيم التدفق المنخفض مصمم لتلبية متطلبات التحكم في التدفق المنخفض ； أجهزة مثل صمامات التنظيم ذات الختم المتموج لمنع التسرب. هذه الصمامات التنظيمية من الأنواع الخاصة، وهي صمامات مخصصة لتلبية متطلبات عمليات الإنتاج الخاصة أو لاستخدامها في ظروف معينة، وتعتبر صمامات غير قياسية. تتميز هذه الصمامات بظروف عمل معقدة، ومتطلبات استخدام عالية، وكميات إنتاج صغيرة. عادةً ما يتم تطوير هذه الصمامات التنظيمية من المنتجات القياسية لتلبية متطلبات الاستخدام. لذلك، يجب أولاً تحديد الشكل الأساسي له وفقًا لما هو غير خاص، ثم تحديد أشكال التعديل والمواد المناسبة استنادًا إلى الخصائص الخاصة. 2. اختيار الملحقات: تشمل الملحقات الرئيسية لصمام التحكم: جهاز تحديد موضع الصمام، مفتاح موضع الصمام، صمام الحفاظ على الموضع الهوائي، المُرسل الهوائي، الصمام الكهرومغناطيسي، جهاز تصفية الهواء وخفض الضغط، آلية العجلة اليدوية، جهاز نقل موضع الصمام والمحول وغيرها. من بينها، هناك موضعات صمامات كهربائية وموضعات صمامات هوائية؛ وتُستخدم هذه الموضعات بشكل أساسي لتحسين خصائص عمل الصمامات التنظيمية، وتحقيق التموضع الصحيح، وزيادة الخطية في مواقع الصمامات التنظيمية، والحد من التأخر في نقل إشارات التحكم، وتغيير خصائص تدفق الصمامات التنظيمية، وتعديل نطاق استجابة الصمامات للضغط الإشاري، وبالتالي تحقيق التحكم المتدرج والتموضع الدقيق. إنه أحد الملحقات الرئيسية لصمام التحكم، ويؤثر جودته بشكل مباشر على أداء صمام التحكم ونظام التحكم بأكمله. فيما يلي سنتناول بالتفصيل بعض العوامل الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار جهاز تحديد موضع الصمام: 1) هل يمكن لجهاز تحديد موضع الصمام أن يقوم بوظيفة “التقسيم إلى فترات”، أي أن يستجيب فقط لنطاق معين من الإشارات الواردة. إذا كان بالإمكان لجهاز تحديد موضع الصمامات أن يؤدي هذه الوظيفة، فيمكن استخدام إشارة إدخال واحدة للتحكم في صمامين أو أكثر حسب الحاجة ； 2) هل من السهل ضبط النقطة الصفرية ونطاق القياس، وهل عملية المعايرة مستقلة، وما مستوى الاستقرار؟ ； 3) ما هي دقة موضعي الصمام؟ في الحالة المثالية للعمل، يجب أن تتموضع أجزاء الصمام التنظيمي (بما في ذلك جزء التحكم في الصمام وقضيب التحكم والمقعد الخاص بالصمام) بدقة في الموضع المطلوب في كل مرة، بغض النظر عن اتجاه حركة الصمام أو مقدار الحمل الذي يتعرض له أجزاء الصمام ； ٤) ما هي سرعة عمل جهاز تحديد موضع الصمام، وما هي خصائص التردد الخاصة به؟ لأن جهاز تحديد موضع الصمام يمكنه مقارنة إشارة الإدخال بموضع الصمام باستمرار، وتعديل إشارة الخرج الخاصة به بناءً على الفرق بينهما. إذا كان جهاز تحديد موضع الصمام يستجيب بسرعة لمثل هذه الانحرافات، فإن كمية تدفق المادة في وحدة الزمن تكون كبيرة، وبالتالي يكون رد فعل نظام التحكم على التغيرات في نقطة الضبط والأحمال أسرع، أي أن خطأ النظام يكون أقل، وبالتالي يكون جودة التحكم أفضل. بشكل عام، كلما كانت خصائص التردد أعلى، أي كلما زادت حساسية النظام تجاه الترددات، كان أداء التحكم أفضل. يجب الانتباه إلى أن تقييم خصائص التردد يجب أن يتم باستخدام مزيج من الطرق التجريبية والنظرية، وليس الاعتماد فقط على النظرية. كما يجب أن تكون الطرق التجريبية موثوقة وعلمية أثناء عملية التقييم، بالإضافة إلى ضرورة أخذ جهاز تحديد موضع الصمام والآلية المسؤولة عن تشغيله في الاعتبار معًا ； 5) كيف يتغير دقة تحديد الموضع لدى جهاز تحديد موضع الصمام عند دمجه مع صمام التحكم؟ للدقة في تحديد الموقع تأثير كبير جدًا على جودة تحكم نظام التنظيم، فكلما كانت الدقة أعلى، كان موقع صمام التنظيم أقرب إلى القيمة المثالية، وبالتالي يمكن السيطرة بفعالية على التقلبات الناتجة عن تنظيم صمام التنظيم بشكل مفرط، مما يؤدي في النهاية إلى الحد من التغيرات الدورية في الكمية المراد تنظيمها. 6) هل الضغط الأقصى المسموح به لتزويد الغاز لجهاز تحديد موضع الصمام متوافق مع الضغط التشغيلي المسموح به لآلية التشغيل؟ وهل عملية التركيب والربط سهلة؟ وما مستوى الصيانة المطلوبة وحجمها؟ وما إلى ذلك. وباستثناء موضع الضبط، فإن أنواع الملحقات الأخرى بسيطة نسبيًا، ولا حاجة لتكرار الحديث عنها هنا. تؤدي جميع الملحقات وظائف تكميلية وتضمن تشغيل صمام التحكم بشكل صحيح، والمبدأ الذي يجب اتباعه عند الاختيار هو الإضافة الضرورية والتخلي عن ما لا حاجة له، وإلا فإن ذلك سيؤدي فقط إلى رفع تكاليف تشغيل نظام التحكم وتقليل موثوقيته. ٣ الخلاصة: اختيار صمام التحكم بشكل صحيح هو الخطوة الأولى والأكثر أهمية لاستخدام صمام التحكم بفعالية. فجودة الاختيار تؤثر مباشرة على أداء صمام التحكم، وبالتالي على جودة عملية التحكم في النظام. بالطبع، عملية اختيار النوع المناسب معقدة نسبيًا، كما أنها تمثل علمًا يتطلب البحث والتلخيص المستمر في التطبيق العملي. لذلك، من الضروري أن نتقن بعض الأساليب والتقنيات في اختيار صمامات التحكم، وذلك بعد إتقان المعرفة المتخصصة ذات الصلة؛ ففقط بهذه الطريقة يمكن لهذه الصمامات أن تؤدي دورها كـ “اليدين والقدمين” في عمليات التحكم الآلي في الصناعة.