فهم المضخات الحركية المعلبة
بالطبع ، تمت كتابة مجلدات عن سبب فشل المضخات. كما أنه ليس من المبالغة التأكيد على أنه عندما تنجم حرائق المضخات عن مثل هذه الأعطال ، عادة ما يتم استخدام مانع تسرب ميكانيكي (الشكل 1).
غالبًا ما تفشل الأختام الميكانيكية كنتيجة لتحمل مسبق. في بعض الحالات ، يقوم مصنعو الأختام بتوريد المنتجات مع الخلوص القريب بين محيط أجزاء الختم الدوارة وقطر (تجويف) أجزاء الختم الثابتة. نعتقد أنه يجب على المستخدمين تحديد أختام للمنتجات الهيدروكربونية لتتوافق مع معايير API (صناعة البترول الأمريكية). نعتقد أيضًا أنه يجب لفت انتباه المشتري إلى الانحرافات عن مواصفات المستخدم أو الإرشادات المعمول بها (مثل API -682).
ومع ذلك ، هناك طرق أخرى لتجنب فشل الختم. سيكون أحدها تحديد مضخات الطرد المركزي ذات المحركات المعلبة ، كلما أمكن ذلك. وتسمى أيضًا بالمضخات "محكمة الإغلاق" ، فهي لا تشتمل على موانع تسرب ميكانيكية.
تاريخ مضخات المحركات المعلبة&نبسب ;يظهر المقطع العرضي لمضخة المحرك المعلب في الشكل 2. يرتبط تطوير مضخات الطرد المركزي هذه ارتباطًا وثيقًا بتوسيع تكنولوجيا توليد الطاقة النووية. اعتبارًا من أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، أدت اعتبارات السلامة إلى تطوير حلقات تشغيل محكمة الإغلاق. في ذلك الوقت ، كان مبدأ تصميم المحرك المعلب -&نبسب ;معروف منذ عام 1914- وجدت التطبيق العملي.
وسرعان ما تبع ذلك اعتراف الصناعة الكيميائية بمزايا هذه المضخات. في الواقع ، خلق الطلب الإضافي قاعدة اقتصادية واسعة النطاق لتصنيع مضخات المحركات المعلبة.
بحلول الستينيات ، تطورت مضخات المحركات المعلبة إلى درجة التوحيد القياسي. يتطلب التوسع السكاني وارتفاع مستويات المعيشة في كل من البلدان الصناعية والنامية تقنيات مبتكرة لحل المشكلات الملحة والمتطلبة بشكل تدريجي لحماية البيئة. على نحو متزايد ، أصبحت مضخات المحركات المعلبة جزءًا من الإجابة.
نحن ندرك بسهولة أنه في العقود الثلاثة الماضية ، تم إحراز تقدم كبير في مجال ختم العمود الميكانيكي. ومع ذلك ، بدءًا من منتصف السبعينيات ، أصبحت الاعتبارات البيئية وتوحيد الصناعة وأتمتة العمليات ذات أهمية متزايدة. إنه في هذا السياق-في مجموعة واسعة من مهام الحركة المرنة- أن الأنواع الأكثر تقليدية من الختم إما توفر أمانًا غير كافٍ أو تعرض مخاوف تلوث وفقدان لم يعد من الممكن تحملها.
في بعض الحالات ، تكون تكلفة دعم الختم وأنظمة المراقبة غير متناسبة مع النجاح المحتمل. من العدل فقط الإشارة إلى وجود خدمات لا يمكن إجراؤها ببساطة باستخدام مضخات الطرد المركزي "المفتوحة" أو التقليدية المغلقة. النقل المحكم تمامًا للسوائل باستخدام مضخات الطرد المركزي ممكن فقط عندما يتم إنشاء عزم الدوران المطبق على دوار المضخة خارجيًا. لتلبية هذا المطلب ، هناك حاجة إلى نظام الجزء الثابت الخارجي الصلب باستخدام إما مغناطيس كهربائي أو مغناطيس دائم. في بعض الصناعات ، يمكن أن تعرض المضخات التقليدية المغلقة حياة الإنسان والأصول المادية للخطر. وبالتالي ، فإن المضخات التقليدية المغلقة ليست دائمًا "أفضل تقنية متاحة". وبناءً على ذلك ، حيثما تجعل الحالة المتطورة هذه الحماية ممكنة ، يجب أن تتماشى الوسائل المستخدمة مع النتائج المحققة.
وهكذا ، مع الأخذ في الاعتبار القيود المفروضة على المضخات "ذات التصميم المفتوح" (تلك التي تحتوي على أختام للتعبئة أو أختام العمود الميكانيكي) التي يمكن أن تسهم في تلوث الهواء والماء ، يجب أن نسعى للتعرف بشكل كامل على أحدث تقنيات القيادة المحكم تقنيات مضخات الطرد المركزي. قد تفاجئنا الحقائق.
التصميم والوصف الوظيفي&نبسب ;كآلات سليمة بيئيًا للغاية ، تستخدم المضخات "المحكم" ذات المحركات المعلبة على نطاق واسع في أوروبا واليابان. أثناء إحراز تقدم في الولايات المتحدة ، يجب استعادة الأرض المفقودة في سعينا لتحقيق القدرة التنافسية. ومع ذلك ، حيثما كان من الضروري نقل السوائل الخطرة ، أو السامة ، أو الملوثة ، أو الباهظة الثمن ، أو الكاوية ، أو القابلة للانفجار ، أو ذات درجة الحرارة المرتفعة أو منخفضة الحرارة ، فإن مضخات المحركات المعلبة تستحق دراسة دقيقة للغاية.
يجمع المحرك المعلب بين المكونات الهيدروليكية المفهومة جيدًا لمضخات الطرد المركزي والمحرك الحثي ثلاثي الطور المثبت جيدًا. القسم الهيدروليكي متصل مباشرة بمحرك القيادة. يتم إدخال غلاف شبيه بالأنابيب أو "علبة" في الفجوة المغناطيسية بين العضو الدوار والجزء الثابت. تقوم "العلبة" بفصل حجرة الجزء المتحرك بشكل قاطع ومحكم عن بيئة ضخ السوائل المضغوطة. بمعنى آخر ، "العلبة" هي الحد الفاصل بين دوار المضخة المغلف بالسائل وحجرة الجزء الثابت غير المبللة (الشكل 2). وهكذا تفصل "العلبة" المحرك إلى منطقتين وظيفيتين ؛ إنه يمثل عنصر الختم المحكم لتجميع المضخة. في الأساس ، يتم نقل عزم الدوران المطلوب لدوران العمود عبر العلبة ، التي تتكون من مادة غير مغناطيسية ، بوسائل كهرومغناطيسية. لا يتطلب هذا النوع من محرك الأقراص فتحة عمود الدوران من خلال السكن المحتوي على السوائل (عادة ما يكون مضغوطًا) ؛ وبالتالي ليست هناك حاجة إلى جوانات ديناميكية أو موانع تسرب ميكانيكية. تكون الحشوات الثابتة اللازمة بشكل عام خالية من المشاكل ولكن ، في حالات خاصة ، يمكن استبدالها بوصلات ملحومة.
لذلك ، فإن مضخات المحركات المعلبة هي وحدات ضخ محكمة الإغلاق تمامًا. يمكن أن يكون قسم المضخة ذو تصميم أحادي أو متعدد المراحل. يتم تركيب دفاعة المضخة (أو الدفاعات الموجودة على المضخات متعددة المراحل) في الطرف المتدلي لعمود المضخة والمحرك المشترك. تتوافق معلمات أداء هذه المضخات الآن مع شروط مجالات تطبيقها الرئيسية -الصناعات الكيماوية والتكرير.&نبسب ;في الوقت الحاضر (2008) ، الحد الأعلى للطاقة هو بالقرب من 600 كيلوواط. من أجل الاقتراب قدر الإمكان من المغلفات ذات الأبعاد والأداء لأعداد كبيرة من مضخات الطرد المركزي القياسية (DIN 24256 أو ، على التوالي ، ISO 2858 المستخدمة في الصناعة الكيميائية) ، تتوفر عدة آلاف من مضخات المحركات المعلبة في الخدمة اليوم مع المكونات الهيدروليكية القياسية لمجموعة المضخات هذه. تسمح الأبعاد الخارجية المتطابقة لمضخات DIN و ISO المحكم والطرد المركزي "التقليدية" بالتحويل السريع من المضخات التقليدية إلى المضخات المحكم. وغني عن القول أن هذا يسمح بتقليل متطلبات مخزون قطع الغيار لأي منشأة حديثة.
ومع ذلك ، هناك مزايا إضافية كبيرة. تمت مناقشة هذه المزايا ، بالإضافة إلى الكفاءة الرائعة وإحصائيات MTBF للمضخات المتوافقة مع API محكمة الإغلاق ، في قسم الشريط الجانبي التالي ، الذي شارك في تأليفه جورج ديرسين ، من الصناعة .
بصفتنا مستشارين في موثوقية المعدات ، يمكننا أن نرى بوضوح ما لا يقل عن خمسة (وعلى الأرجح 10) فوائد محددة لمضخات المحركات المعلبة على مضخات API -610 التقليدية. تنتمي هذه الفوائد إلى فئة واحدة أو أكثر تُترجم في النهاية إلى خدمة آمنة وموثوقة ومنخفضة الصيانة ومنخفضة التكلفة ، بالإضافة إلى خدمة متوافقة بيئيًا. لتعداد بعض الفوائد:
احتواء ثانوي إيجابي ، لا توجد تسربات غير منضبطة في الغلاف الجوي (حتى مع المحامل الفاشلة)
لا يوجد ختم ميكانيكي
لا توجد محاذاة (تنطبق على أنشطة التركيب والصيانة)
لا تزييت (بدون زيت)
لا أساس أو الجص
في الوقت الحاضر ، تحتوي كل من المصافي الخمس في منطقة خليج سان فرانسيسكو على واحد أو أكثر من مضخات المحركات المعلبة في عملية مرضية للغاية. بينما تمثل ما يقرب من الصفر إلى ربما 2٪ من عدد المضخات ، فإننا نعتقد الآن أن مضخات المحركات المعلبة (CMPs ) من المحتمل أن تكون قابلة للتطبيق على 50٪ من المضخات في موقع مصفاة نموذجي. هناك ، بالطبع ، قيود (مثل الصدمة الحرارية ، والجفاف ، والطين ، وما إلى ذلك) ، والتي ، في معظم الحالات ، يمكن معالجتها عن طريق الضوابط الهندسية. ومع ذلك ، يبدو أن CMPs هي الخيار المثالي للعديد من خدمات HP (معالجة الهيدروكربونات). هذا صحيح بشكل خاص لأن مصانع اليوم لديها توقعات عالية فيما يتعلق بوقت تشغيل المصنع والسلامة التشغيلية. على الرغم من أن هذه التوقعات تنعكس في معيار صلب -API -685- يعد التمثيل الضئيل لنواتج CMP في مصانع الولايات المتحدة أمرًا محيرًا.
باستثناء أي رياضيات غير عادية ، أحد المؤلفين المشاركين (من هذا الشريط الجانبي) فوجئوا باكتشاف أن متوسط الوقت بين عمليات الإصلاح (MTBR ) لـ CMPs —أخذ العوملة في كل واحدة من عدة آلاف من صنع شركتين رئيسيتين منفصلتين- 7.5 سنوات. هذا يقودنا إلى التساؤل عن تحسين بيانات الصناعة بشكل عام. نفهم أن 80-90٪ من المصانع اليابانية تستخدم CMPs (تقوم إحدى الشركات المصنعة على ما يبدو بشحن 1700 مضخة شهريًا!) وأن 60-70٪ من المصانع الأوروبية تستخدم إما مضخات محرك مغناطيسي أو CMPs . وهكذا تابعنا السؤال. يمكن تلخيص تقييمنا ومدخلاتنا الجوهرية من جهة تصنيع محترمة لـ CMP في عدد من النقاط المهمة.
مصنع أوروبي ناجح لديه خبرة في مدخلات طاقة CMP من 700 حصان وأكثر. يتم تقديمها في العديد من التكوينات المختلفة ، مع أو بدون مبردات ، مع أو بدون حلقات تزييت منفصلة ، مع مرحلة أو مرحلتين (أو أكثر!) ، إلخ. ستسمح لنا قيود المساحة بإظهار واحدة فقط من هذه (الشكل 3) . بالإضافة إلى ذلك ، يتم الآن تحقيق ضغوط السوائل العالية بشكل شائع بواسطة CMPs . على الرغم من استقلالية الشركة المصنعة الألمانية ، إلا أنها تستخدم تقنية المضخات السويسرية لمكونات المكره الهيدروليكية. تقوم مجاري الهواء المنفصلة (النظيفة) بتشحيم محامل الأكمام المثبتة عادةً في CMPs من هذه الشركة.
في الولايات المتحدة ، لا تزال الصناعة تواجه صعوبة في التخلي عن الممارسة السيئة المتمثلة في تركيب أنابيب غير مناسبة على آلات السوائل. بينما كان يعتقد في الأصل أن CMP قد تكون أكثر ضعفًا قليلاً من مضخة الطرد المركزي API -610 ، لم يعد هذا هو الحال بالنسبة للغالبية العظمى من CMPs . في كل حالة معروفة لأحد الخبراء ، تم تصميم مضخات المحركات المعلبة (CMPs ) لأحمال الفوهة المسموح بها أعلى بكثير من مضخات API -610 المكافئة. مصنع CMP الأوروبي في وضع يسمح له بتقديم أحمال فوهة مسموح بها من ثلاثة إلى أربعة أضعاف الحد الأقصى للأحمال المسموح بها لـ API -610 (تذكر أنه لا توجد مشكلات في المحاذاة مع CMPs ). عادة ما يكون شفة الاغلاق هو العامل المحدد هنا.
نتذكر أنه منذ عقود (وبأحجام تقترب من 1000 حصان) ، أصبحت مضخات المعالجة العمودية المزودة بألواح مكواة تطفو على أساس المضخة هي القاعدة في أفضل المرافق من فئتها. وبالمثل ، توصي الشركة المصنعة الأوروبية بعدم تثبيت الألواح الأساسية CMP (في الواقع ، ألواح المكواة) ، ولكن يُسمح لها بالطفو مع الأنابيب. توفر لوحات المكواة العائمة وفورات كبيرة في تكاليف الأنابيب. في العديد من مشاريع الضغط العالي الأخيرة ، كانت مدخرات الأنابيب تساوي تكلفة المضخات! ومع ذلك ، حتى يومنا هذا ، يصر بعض المشترين على تأثيث الألواح الأساسية.
منذ سنوات ، كانت بعض مواقع HPI (صناعة معالجة الهيدروكربونات) تواجه مخاوف نقابية - سواء كانت CMP عبارة عن جهاز كهربائي أو مضخة كانت هي المشكلة في ذلك الوقت. ذكر خبير CMP أنه على الرغم من أن هذا قد يكون مشكلة ، فإن توصيته الحالية هي إعادة وحدات CMP إلى منشأة إصلاح ذات خبرة عالية في لويزيانا لإجراء أي إصلاحات ضرورية. نعتقد أن هذا النهج منطقي في ضوء التوافر المحدود للصيانة الميدانية المؤهلين وموظفي ورش الآلات في العديد من المصانع.
لقد لاحظنا أيضًا أن المهندسين في كثير من الأحيان يستمعون فقط إلى مسوقي المضخات التقليدية - "لا يمكنني أن أخطئ إذا فعلت بالضبط ما فعله رئيسي السابق. لقد لعبها دائمًا بأمان وهو الآن نائب الرئيس للهندسة! " وافق مدير المبيعات الوطني لإحدى الشركات المصنعة الشهيرة لمضخات المحركات المعلبة ، وقال إنه لا يزال هناك الكثير من التردد الحقيقي في تجربة ما يُنظر إليه على أنه "تقنية جديدة" - على الرغم من أن برامج إدارة المختبرات تعتبر بالطبع تقنية ناضجة.
ربما ، وغالبًا بشكل خاطئ تمامًا ، يُفترض أن CMP تستهلك طاقة أكثر من المضخات التقليدية. ودحض خبير أوروبي في CMP هذا الاعتقاد غير الصحيح. وأشار إلى أنه خلال أكثر من 30 عامًا من تطبيق CMPs ، لم ير أبدًا إحدى هذه الوحدات تستهلك طاقة أكثر من المضخة التي استبدلت! في حين أنه افترض ذات مرة أن هذا يرجع إلى استبدال المضخات البالية أو العثور على اختيارات أفضل (تناسب المنحنى) ، فإنه يعتقد الآن أن الوحدات الأصلية كانت مفرطة في التفاؤل بشأن كفاءتها المنشورة ولم تتضمن أبدًا العديد من الخسائر - مثل تلك المنسوبة إلى الوصلات والأختام.
روى متخصص في المضخات خبرته مع إحدى الشركات المصنعة للمضخات التقليدية التي اختبرت دائمًا وحداتها بأختام شفة بدلاً من التعبئة المضفرة أو الأختام الميكانيكية. منذ بضع سنوات ، تم إعلام هذا الخبير بشركة أخبرتها أنها ستقيم عروض الأسعار (العطاءات المستلمة) بناءً على مدخلات كيلوواط. ونتيجة لذلك ، ارتفعت القوة الحصانية "المضمونة" بنسبة 10٪ تقريبًا عن المنحنيات التي نشرها بعض مقدمي العطاءات. ينصح الخبير سلطات تحديد المستخدمين بطلب قيمة إدخال كيلوواط للمعدات المعروضة. وأشار إلى أن مصنعي CPM البارزين سيكونون سعداء بالامتثال لأنهم ، بالطبع ، يزودون كل من المضخة والمحرك.
يشعر المستخدم العادي / المشتري بخيبة أمل لأنه لا يستطيع إرسال القمامة عبر المحامل ومكونات الخلوص المغلقة. بالطبع ، يجب على البائع تثقيف المستخدم حقًا حول قيود المعدات والسؤال بشكل متكرر عن تدفق العملية وخصائص السوائل. العديد من حالات الفشل التي تم إلقاء اللوم عليها في الماضي على "المواد الصلبة" أو "الجفاف" بدأت في الواقع من خلال الوميض الداخلي للسائل. قد يكون ذلك بسبب عدم وجود برنامج جيد لتوازن الحرارة على الجهاز أو مجرد جهل واضح من المورد. والأهم من ذلك ، أنه غالبًا ما كان هناك تحليل عطل أو متابعة غير كافية من قبل الشركة المصنعة لتحديد السبب الجذري الحقيقي للفشل. أحد العوامل المثيرة للاهتمام هو الحد الأقصى لارتفاع الحرارة. يحدث على CMP بعد إيقاف التشغيل بسبب الحرارة الكامنة في المحرك. يمكن دائمًا معالجة هذا القلق من خلال الحجم المناسب للمحرك ، تطهير المحرك بعد إيقاف التشغيل أو بطرق أخرى - شريطة تعاون المشتري والشركة المصنعة المطلعة. ما يثير قلق البعض هو ليس قضية للآخرين.
ضع في اعتبارك أنه من مسؤولية الشركة المصنعة طرح العديد من الأسئلة وأن يقدم كل من المستخدم والشركة المصنعة إجابات قوية. تابع الأسئلة حول الحد الأقصى (قصير المدى) لارتفاع درجة الحرارة المسموح به للسائل الذي يتم ضخه. من السهل الحصول على إجابات لهذه الأسئلة. إذا كان المستخدم الذكي يعرف ما الذي يضخه ويصف بدقة سوائل العملية الخاصة به ، فإن حقيقة أنه على وشك شراء CMP لها أهمية ثانوية.
منذ عقود ، تم وصف تفوق برامج إدارة المختبرات (CMPs ) في عرض هويشت -سيلانيز المشترك الذي قدمه كينيث فيشر في إحدى الندوات الدولية بجامعة تكساس إيه آند إم. وقائع هذه التجمعات متاحة بسهولة والإصدارات السابقة عالجت العديد من مخاوف المستخدمين وقدمت بعض إحصائيات الفشل ، إلخ.
في كثير من الأحيان ، يترك المشتري القرارات لمقاول التصميم ثم يشجع هذه الشركات على الشراء إلى حد كبير على أساس التكلفة والجدول الزمني. ثم يشتري المقاول مضخة تقليدية من صاحب العطاء الأقل. يجب أن يتدخل المستخدم الذي يركز على الموثوقية ويتخذ قدرًا من المسؤولية عن التوجيه والتوجيه الذي يحتاجه مقاولو التصميم والموظفون الموجهون إلى الشراء فقط. تعد دراسات تكلفة دورة الحياة الصلبة أفضل من الآراء المسبقة أو القديمة.
أيضًا ، وللأسف ، ربما اكتسبت CMP اسمًا سيئًا عندما قام بعض البائعين ببيع مزاياهم في الأوقات الماضية. في حين أن مزايا مضخات المحركات المعلبة لا جدال فيها ، فلا يوجد شيء لا يمكن تسميته بشكل خاطئ أو إساءة فهمه أو الإساءة إليه أو إتلافه. لا توجد استثناءات لهذه القاعدة.