خط شفط المضخة

خط الشفط في المضخات الطاردة المركزية

تمثل الأعطال التي تحدث في المضخات عنصر تكلفة مباشرة للعديد من المنشآت، ولكن وفقًا للدور الذي تؤديه المضخة في المصنع، 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 يبدو دائمًا منصبًا على المضخة نفسها. غير أن السبب الجذري للمشكلات، في حالات كثيرة، هو بنية تمديدات المضخة. وقد كتبنا اليوم مقالًا حول الشكل الذي يجب أن تكون عليه تمديدات المضخة، وتأثير الأخطاء في التمديدات على المضخة، وكيفية منع هذه الأخطاء.

1. تأكد من توفير قيمة NPSH كافية

يُعد NPSH موضوعًا يُناقش كثيرًا اليوم، ويمكن العثور على قدر كبير من المواد حوله في منصات مختلفة عديدة. لذلك، بدلًا من دراسة NPSH بالتفصيل في هذا المقال، سيكون كافيًا تقديم مقدمة موجزة عنه ومناقشة تأثيراته على تمديدات المضخة.

في المضخات الطاردة المركزية، ولكي تعمل المضخة بشكل سليم دون الدخول في التكهف، يُشترط أن يكون السائل الواصل إلى دفاعة المضخة عند ضغط معين. ونسمي هذا الضغط المطلوب NPSHp (للمضخة) أو NPSHr (المطلوب). وفي الوقت نفسه، ووفقًا لبنية تمديداتنا وظروف التشغيل لدينا، هناك ضغط يمكننا توفيره للسائل الداخل إلى المضخة. ونسمي هذا الضغط NPSHm (المتاح) أو NPSHa (المتاح).

لذلك، ولتحقيق شرط التشغيل السليم المذكور أعلاه للمضخة، يجب تحقيق الشرط NPSHm > NPSHp. وإلا فإن المضخة ستدخل في التكهف وستحدث أضرار في أجزائها.

تقع مسؤولية قيمة NPSHp التي تحتاجها المضخة على عاتق مصنّعي المضخات، الذين يحاولون إبقاء هذه القيمة عند أدنى مستوى ممكن من خلال إجراء تعديلات وتحسينات مختلفة في تصميمات المضخات. غير أن تقليل قيمة NPSHp لمضخة قائمة قيد الاستخدام أمر صعب ومكلف للغاية، ويتطلب عادةً إجراءات ذات عائد منخفض جدًا. لذلك، فبدلًا من محاولة تقليل قيمة NPSHp، سيكون من الأسهل والأقل تكلفة بكثير زيادة قيمة NPSHm.

2. قلّل من خسارة الاحتكاك

ستؤدي خسارة الاحتكاك إلى خفض قيمة NPSHm المذكورة أعلاه وإلى زيادة تكاليف الطاقة لدينا في آن واحد. لذلك، وكما هو الحال في جميع الأنظمة، من المهم جدًا الإبقاء على الاحتكاك عند أدنى حد في جانبي الشفط والتفريغ في أنظمة المضخات أيضًا.

وللحفاظ على الاحتكاك عند أدنى مستوى، ينبغي أولًا اختيار عناصر التمديدات بتركيبة مادية ومواصفات فنية توفر أدنى مقاومة للتدفق. ويجب أن يكون معامل الاحتكاك للمعدات والمواد المستخدمة منخفضًا (بالقدر الذي يسمح به السائل)، وأن تُوضع بطريقة لا تخل بديناميكية تدفق التمديدات. علاوة على ذلك، فكلما طال المسار الذي يجب أن يقطعه السائل للوصول إلى مدخل المضخة، زادت كمية الطاقة المهدرة كخسارة احتكاك. لذلك، يجب أن تكون المضخة أقرب ما يمكن إلى المصدر الذي تسحب منه. وأخيرًا، فإن الحفاظ على سرعة السائل الداخل إلى المضخة دون 1.5 م/ث سيمنع حدوث خسارة احتكاك إضافية في الشفط، لأنه كلما زادت سرعة السائل زادت خسارة الاحتكاك الحاصلة في خط الأنابيب والمعدات.

3. الأكواع

الأكواع هي عناصر تمديدات نستخدمها في أنظمة الأنابيب لتغيير اتجاه السائل بزوايا مختلفة. غير أن هذا التغيير في الاتجاه يسبب أيضًا تغيّرًا في الديناميكيات الداخلية للسائل، مما يؤدي إلى تدفق غير منتظم. ونعلم اليوم، من خلال محاكاة وتحليلات تدفق مختلفة، أن السائل المار عبر كوع يشكّل تدفقًا غير منتظم يولّد اضطرابًا (توربولنس)، وهو ما يتسبب بدوره في تلف دفاعة المضخة ويؤدي إلى الاهتزاز. وبالإضافة إلى التلف الحاصل في الدفاعة، فإن الاهتزاز الناتج في المضخة يؤثر أيضًا على محامل المضخة والختم، مما يسبب مشكلات في هذه النقاط أيضًا.

ولتجنب هذا الوضع، يلزم ضمان أن يكون السائل الداخل إلى المضخة ضمن تدفق منتظم. وفي هذه الحالة، تكون الأولوية، إن أمكن، لعدم استخدام أكواع في التمديدات إطلاقًا. غير أنه إذا اضطررنا لاستخدام كوع، كما هو الحال في أنظمة عديدة، فيجب علينا، لتحقيق هذا التدفق المنتظم عند مدخل المضخة، تركيب خط أنابيب مستقيم بعد الكوع وحتى مدخل المضخة بطول يتراوح بين 5 و10 أضعاف قطر أنبوب الشفط. وبهذه الطريقة، سينتظم تدفق السائل الخارج من الكوع على طول هذا الخط ولن يسبب أي مشكلة في المضخة.

4. يجب أن يدخل المضخة سائل، لا هواء!

بسبب 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 تخلق تأثير تكهف بسبب فروق الضغط داخل المضخة، ويمكن أن تلحق الضرر بجميع الأجزاء الملامسة للسائل. وفي الوقت نفسه، فإن زيادة كمية الهواء وتراكمها في هذه الجيوب بمرور الوقت يحد من مرور السائل، وتعجز المضخة عن الشفط بكمية كافية. وهذا الوضع بدوره يقصّر عمر المضخة التشغيلي ويسبب أعطالًا.

ورغم أنه ليس من الممكن خفض كمية الهواء في التمديدات إلى الصفر، فإنه يمكن خفضها إلى مستويات لا تسبب لنا مشكلة. أولًا، عند اكتمال التمديدات يكون الخط بالفعل مملوءًا بالهواء؛ ويجب تصريف هذا الهواء بالكامل قبل إرسال السائل إلى التمديدات. كذلك، في نظام قيد الاستخدام الفعلي، يمكن أن تخلق حركة الصمامات والمعدات المختلفة، إلى جانب التذبذبات في السائل، ضغوطًا منخفضة موضعية. وتتسبب هذه الضغوط المنخفضة في خروج الهواء المذاب في السائل - حتى وإن كان بكمية ضئيلة جدًا - من المحلول وتجمّعه مجددًا في النقاط المرتفعة من التمديدات. ويجب أيضًا التخلص من هذا الهواء من النظام على فترات منتظمة.

للوقاية من جيوب الهواء، يجب أولًا ترك أقل عدد ممكن من النقاط المرتفعة في التمديدات. وعند الحاجة، يمكن تنفيذ هذه الارتفاعات بانتقالات ذات زاوية منخفضة، حتى لو أدى ذلك إلى إطالة مسار التمديدات بعض الشيء. ومن الاحتياطات الأخرى تركيب صمامات تصريف هواء في نقاط التمديدات التي يزداد أو ينقص فيها الميل بشكل حاد بوجه خاص. وبذلك يمكن استخدام هذه الصمامات عند الحاجة لتصريف الهواء داخل التمديدات. وأخيرًا، لمنع تكوّن جيب هواء عند مآخذ شفط المضخة، يجب دائمًا استخدام مخفّض لا مركزي (eccentric reducer)، ويجب وضع أنبوب الشفط بميل صاعد باتجاه المضخة.

5. المضخة ليست نقطة دعم للتمديدات.

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

المضخات آلات مصنوعة لنقل السوائل من نقطة إلى أخرى. ولأن المضخة تحقق هذا النقل من خلال إحداث فرق ضغط في السائل، فإن المضخة نفسها تتأثر أيضًا بالضغط الناتج، وتتولد قوى شعاعية ومحورية على أجزائها. وقد صُمم تصميم المضخة والمواد المستخدمة فيها لتحمّل هذه القوى وتمكين المضخة من أداء وظيفتها دون مشاكل طوال عمرها الخدمي، مع صيانة مناسبة. غير أنه إذا لم تُدعم تمديدات المضخة بشكل كافٍ ونُقل إلى المضخة كامل وزن التمديدات إلى جانب الإجهادات التي تنشأ فيها من وقت لآخر، فستحاول المضخة نقل السائل تحت قوى أكبر بكثير مما هو مقرر. وبالمثل، إذا لم تكن التمديدات محاذاة بشكل صحيح وتم توصيل عناصر التمديدات ببعضها "بالإكراه"، فستنقل التمديدات هذا الإجهاد بالطريقة نفسها إلى فلنجة المضخة، وستُجبر المضخة مرة أخرى على العمل تحت قوة خارجية.

تتسبب هذه القوى الخارجية المؤثرة على المضخة في حدوث اهتزاز وتشغيل صاخب وأعطال متكررة في المضخة. ونتيجة لذلك، يتقلص عمر المضخة الخدمي بشكل كبير بينما ترتفع تكاليف الصيانة. وعلى وجه الخصوص، في الخطوط التي تُستخدم فيها سوائل ذات درجات حرارة عالية، يتسبب التمدد والانكماش في التمديدات في نشوء أحمال متقطعة في التمديدات، عموديًا وأفقيًا على حد سواء. وفي الأنظمة التي تستخدم مثل هذه السوائل، يجب دعم التمديدات خارجيًا بشكل قطعي، كما يجب تركيب وصلات تعويضية (compensators) قادرة على امتصاص حمل التمديدات عند فلنجتي الشفط والتفريغ للمضخة.

6. الخلاصة

• تحقق من قيم NPSH وحافظ على ارتفاع قيمة NPSHm.
• أبقِ المضخة أقرب ما يمكن إلى المصدر الذي تسحب منه.
• لا تسمح بأن تتجاوز سرعة السائل في الشفط 1.5 م/ث.
• حدد أقطار أنابيب الشفط والتفريغ بشكل صحيح.

• تجنّب الأكواع قدر الإمكان.
• إذا كان استخدام كوع أمرًا لا مفر منه، فوفّر خطًا مستقيمًا لأنبوب الشفط بطول لا يقل عن 5 أضعاف قطر الأنبوب من الكوع وحتى مدخل المضخة.
• أنشئ أقل عدد ممكن من النقاط المرتفعة في التمديدات.
• ركّب صمامات تصريف هواء في نقاط التمديدات التي يزداد أو ينقص فيها الميل بسرعة.
• استخدم دائمًا مخفّضًا لا مركزيًا في تمديدات شفط المضخة.
• تأكد من وصول أنبوب شفط المضخة بميل صاعد حتى مدخل المضخة.
• ادعم تمديدات الشفط والتفريغ للمضخة خارجيًا وبمعزل عن المضخة نفسها.
• تأكد من أن تمديدات المضخة محاذاة بشكل صحيح وأن الأجزاء لا تُجهد أثناء التركيب.
• استخدم وصلات تعويضية عند فلنجات المضخة، خاصة في الأنظمة التي تُستخدم فيها سوائل ذات درجات حرارة عالية.