دليل الخبراء لاختيار صمام الأمان وتركيبه

صمام الأمان هو عنصر أمان بالغ الأهمية للغلايات وأوعية الضغط وغيرها من معدات الضغط، حيث يمنع بشكل فعال حوادث الانفجار الناتجة عن الضغط الزائد لأجهزة الإنتاج.

وعلى هذا النحو، تلعب صمامات الأمان دورًا حاسمًا في المصانع الكيميائية.

للحصول على فهم شامل لصمامات الأمان، من الضروري دراسة تصنيفها وخصائصها ومعايير اختيارها ومتطلبات تركيبها.

تصنيف وخصائص صمامات الأمان

وفقًا للاختلاف في الهيكل العام وآلية التحميل

يمكن تصنيف صمامات الأمان إلى ثلاثة أنواع بناءً على هيكلها العام وآلية تحميلها: نوع ذراع المطرقة الثقيلة, نوع الزنبرك، ونوع النبض.

من بين هذه الثلاثة، يعتبر صمام الأمان من النوع الزنبركي هو الأكثر استخدامًا.

1. صمام أمان برافعة مطرقة ثقيلة

يعمل صمام أمان ذراع المطرقة الثقيلة باستخدام مطرقة ثقيلة ورافعة لموازنة القوة على قرص الصمام.

وبالاستفادة من مبدأ الرافعة، يمكن لكتلة أصغر أن تولد قوة أكبر عن طريق زيادة طول الرافعة، ويمكن تعديل ضغط فتح صمام الأمان عن طريق تعديل موضع الوزن أو الكتلة.

المزايا:

صمام أمان ذراع المطرقة الثقيلة ذو هيكل بسيط وسهل الضبط بدقة. لا يزيد الحمل بشكل كبير مع ارتفاع قرص الصمام.

وهو مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة وكان يستخدم على نطاق واسع في الماضي، خاصة في الغلايات وأوعية الضغط التي تتطلب درجات حرارة عالية.

العيوب:

ومع ذلك، فإن صمام أمان ذراع المطرقة الثقيل ذو هيكل ضخم، وآلية التحميل عرضة للاهتزاز والتسريبات.

بالإضافة إلى ذلك، يتميز بضغط منخفض، مما يجعل من الصعب إغلاقه بإحكام بعد فتحه.

2. صمام أمان من النوع الزنبركي

يستخدم صمام الأمان المحمل بنابض قوة نابض الضغط لموازنة القوة على قرص الصمام.

يمكن ضبط ضغط النابض عن طريق تدوير صامولة الضبط، مما يسمح بتعديل ضغط فتح (ضبط) صمام الأمان حسب الحاجة.

المزايا:

يتميز صمام الأمان المحمل بنابض بهيكل خفيف الوزن ومضغوط، وهو حساس للغاية، ويمكن تركيبه في أي موضع، ومقاوم للاهتزاز. وهو مثالي للاستخدام في أوعية الضغط المتنقلة.

العيوب:

ومع ذلك، يتغير الحمل على صمام الأمان مع فتح الصمام، مما يعني أنه مع ارتفاع قرص الصمام، يزداد ضغط النابض وتزداد القوة على قرص الصمام أيضًا. يمكن أن يؤثر ذلك على الفتح السريع لصمام الأمان.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض لفترات طويلة لدرجات الحرارة المرتفعة إلى تقليل مرونة الزنبرك، مما يجعل من الضروري مراعاة العزل الحراري أو تبديد الحرارة عند استخدامه على حاويات ذات درجات حرارة عالية. وهذا يجعل الهيكل أكثر تعقيدًا.

3. صمام أمان النبض

يتألف صمام الأمان من النوع النبضي من صمام رئيسي وصمام مساعد، ويعمل من خلال استخدام الحركة النبضية للصمام المساعد لتشغيل الصمام الرئيسي.

هيكلها معقد، وعادةً ما يكون مناسبًا فقط للغلايات وأوعية الضغط التي تتطلب سعة تصريف أمان كبيرة.

التصنيف على أساس أوضاع التفريغ المتوسط:

استنادًا إلى وضع التفريغ المتوسط، يمكن تصنيف صمامات الأمان إلى ثلاثة أنواع: مغلقة تمامًا وشبه مغلقة ومفتوحة.

1. صمام أمان مغلق بالكامل

يقوم صمام الأمان المغلق بالكامل بتفريغ كل الغاز من خلال أنبوب العادم، مما يمنع تسرب أي وسيط إلى الخارج عند تشغيله.

يستخدم هذا النوع من صمامات الأمان بشكل أساسي في الحاويات التي تحتوي على غازات سامة وقابلة للاشتعال.

2. صمام أمان شبه مغلق

في صمام الأمان شبه المغلق، يمر جزء من الغاز المفرغ عبر أنبوب العادم بينما يتسرب الجزء المتبقي عبر الفجوة بين غطاء الصمام وساق الصمام.

يستخدم هذا النوع من صمامات الأمان في الغالب في الحاويات التي تحتوي على غازات لا تضر بالبيئة.

3. افتح صمام الأمان

يحتوي صمام الأمان المفتوح على غطاء صمام مفتوح يربط حجرة الزنبرك بالغلاف الجوي، مما يسهل تقليل درجة حرارة الزنبرك.

يُستخدم هذا النوع من صمامات الأمان بشكل أساسي في الحاويات التي تحتوي على بخار كوسيط أو غازات ذات درجة حرارة عالية لا تضر بالغلاف الجوي.

وفقًا لنسبة ارتفاع الفتحة القصوى لارتفاع قرص الصمام إلى قناة التدفق

ينقسم صمام الأمان في المقام الأول إلى صمامات أمان صغيرة مفتوحة وصمامات أمان مفتوحة بالكامل بناءً على نسبة أقصى ارتفاع لفتح قرص الصمام إلى قطر مسار التدفق لصمام الأمان.

1. صمام أمان الرفع الصغير

يكون ارتفاع فتحة صمام الأمان ذو الفتح الصغير أقل من 1/4 من قطر القناة، وعادةً ما يكون 1/40 إلى 1/20 من قطر القناة.

يعمل هذا النوع من صمامات الأمان من خلال العمل التناسبي ويستخدم بشكل أساسي في التطبيقات السائلة، وأحيانًا في تطبيقات الغاز ذات التفريغ المنخفض.

2. صمام أمان الرفع الكامل

ارتفاع فتحة صمام الأمان المفتوح بالكامل يساوي أو أكبر من 1/4 قطر قناة التدفق.

مساحة التفريغ لصمام أمان مفتوح بالكامل تساوي الحد الأدنى لمساحة المقطع العرضي لحلق مقعد الصمام.

يعمل هذا النوع من صمامات الأمان من خلال عمل على مرحلتين ويتطلب آلية رفع لفتحه بالكامل. ويستخدم بشكل رئيسي في تطبيقات وسط الغاز.

وفقًا لمبدأ العمل

يمكن أيضًا تصنيف صمام الأمان إلى صمامات أمان ذات عمل مباشر وصمامات أمان ذات عمل غير مباشر بناءً على مبدأ العمل.

1. صمام أمان مباشر المفعول

يعمل صمام الأمان ذو المفعول المباشر من خلال العمل المباشر لوسط التشغيل، مما يعني أن ضغط وسط التشغيل يفتح الصمام من خلال التغلب على الحمل الميكانيكي الذي تفرضه آلية التحميل على قرص الصمام.

ويتميز هذا النوع من صمامات الأمان بهيكل بسيط ويعمل بسرعة مع موثوقية عالية. ومع ذلك، وبسبب القيود في هيكله، فهو غير مناسب للتطبيقات ذات الضغط العالي والقطر الكبير.

2. صمام أمان غير مباشر المفعول

يمكن أيضًا تقسيم صمام الأمان المباشر المفعول إلى نوعين: صمامات الأمان الدليلي وصمامات الأمان المزودة بأجهزة مساعدة للطاقة.

تعليمات اختيار صمام الأمان

تحديد المعلمات المختلفة لصمام الأمان:

1. تحديد الضغط الاسمي لصمام الأمان:

اختر الضغط الاسمي بناءً على مادة الصمام ودرجة حرارة التشغيل وضغط التشغيل الأقصى.

2. تحديد مستوى ضغط العمل لصمام الأمان:

يجب اختيار مستوى ضغط العمل بناءً على الضغط التصميمي ودرجة الحرارة التصميمية لوعاء الضغط.

من المهم ملاحظة أن ضغط عمل صمام الأمان له معنى مختلف عن ضغط عمل النابض.

يشير ضغط عمل صمام الأمان إلى الضغط الساكن أمام الصمام أثناء التشغيل العادي، والذي يعادل ضغط عمل النظام أو المعدات المحمية.

في المقابل، يشير مستوى ضغط العمل للزنبرك إلى نطاق الضغط المسموح به للزنبرك.

وضمن هذا النطاق، يمكن ضبط ضغط الفتح (أي ضغط الضبط) لصمام الأمان عن طريق تغيير ضغط التحميل المسبق للنابض.

يمكن أن يكون لصمامات الأمان ذات الضغط الاسمي نفسه مستويات ضغط عمل مختلفة بناءً على متطلبات تصميم النابض.

عند اختيار صمام الأمان، من الضروري تحديد مستوى ضغط العمل بناءً على قيمة ضغط الفتح المطلوبة.

3. تحديد ضغط التفريغ (PD) لصمام الأمان:

يبلغ ضغط التفريغ لصمام الأمان عادةً 1.1 ضعف الضغط المضبوط (ضغط الفتح)، بينما يبلغ ضغط التفريغ لصمام أمان الغلاية البخارية 1.03 ضعف الضغط المضبوط.

4. تحديد حجم صمام الأمان:

يجب تحديد سعة تفريغ صمام الأمان بناءً على التفريغ اللازم، ويجب أن تكون سعة تفريغ صمام الأمان مساوية للتفريغ اللازم أو أكبر منه.

يشير التفريغ اللازم للنظام المحمي إلى الكمية التي يجب طردها لمنع الضغط الزائد في حالة حدوث ضغط زائد غير طبيعي للنظام.

يتم تحديد هذه القيمة حسب ظروف العمل والسعة والضغط الزائد المحتمل للنظام أو المعدات.

5. تحديد اختيار المواد:

يجب أن تراعي مادة صمام الأمان درجة حرارة وضغط عمل الوسيط، وخصائص الوسيط، وجدوى المادة وفعاليتها من حيث التكلفة.

تحديد الهيكل الخاص لصمامات الأمان الخاصة

① بالنسبة للبخار الذي يزيد ضغط فتحه عن 3 ميجا باسكال أو الغاز الذي تزيد درجة حرارته المتوسطة عن 320 ℃، يجب اختيار صمام أمان مزود بمبرد (زعنفة).

② في حالة صمام الأمان الذي يتحمل ضغطًا خلفيًا إضافيًا، وإذا كان التغير في الضغط الخلفي يتجاوز 10% من الضغط المحدد، ينبغي اختيار صمام أمان منفاخ. بالإضافة إلى ذلك، في حالة صمام الأمان الذي يتعامل مع وسيط أكّال، يجب أيضًا اختيار صمام أمان منفاخ لمنع تآكل النابض وآلية التوجيه بواسطة الوسيط.

③ بالنسبة للوسائط القابلة للاشتعال أو شديدة السمية أو شديدة الخطورة، يجب استخدام صمام أمان مغلق. إذا كانت هناك حاجة إلى صمام أمان مزود بآلية رفع، يجب استخدام صمام أمان مغلق بمفتاح ربط.

④ بالنسبة للوسائط غير الخطرة مثل الهواء أو الماء الساخن أو البخار فوق 60 ℃، يجب استخدام صمام أمان مزود بمفتاح ربط.

⑤ بالنسبة لشاحنات صهاريج التسييل (الصهاريج)، يجب اعتماد صمام أمان مدمج.

⑥ بالنسبة لظروف العمل ذات سعة التفريغ الكبيرة، يجب اختيار نوع الفتح الكامل. لظروف العمل مع ضغط عمل مستقر وسعة تفريغ صغيرة، يجب اختيار نوع بدء التشغيل الجزئي. بالنسبة لظروف الضغط العالي مع سعة تفريغ كبيرة، يجب اختيار نوع بدء التشغيل غير المباشر مثل صمام الأمان النبضي. بالنسبة للحاويات التي يزيد طولها عن 6 أمتار، يجب ضبط صمامي أمان أو أكثر.

⑦ بالنسبة للحاويات الثابتة ذات ضغط العمل المنخفض، يمكن استخدام صمام أمان من نوع الوزن الساكن (قدر الضغط) أو صمام أمان من نوع الرافعة. بالنسبة للمعدات المتنقلة, نبع يجب اعتماد صمام أمان من النوع.

⑧ إذا كان الوسيط سميكًا وعرضة للانسداد، يجب اختيار جهاز تنفيس متسلسل مدمج من صمام أمان وقرص انفجار.

موضع التركيب ومتطلبات صمام الأمان

1. موضع التركيب

① يجب تركيب صمام الأمان عموديًا لأعلى.

② يجب أن يكون موضع التركيب قريبًا قدر الإمكان من المعدات أو خط الأنابيب المحمي.

③ يجب تركيب صمام الأمان في مكان يسهل صيانته وتعديله، مع وجود مساحة كافية حوله.

④ يجب تركيب صمام الأمان لوعاء الضغط في حيز الطور الغازي فوق مستوى السائل في الوعاء أو على خط الأنابيب، مع وضع نقطة التوصيل في حيز الطور الغازي لوعاء الضغط.

⑤ بالنسبة للحاويات والمعدات التي تحتوي على وسائط قابلة للاشتعال أو سامة أو لزجة، يمكن تركيب صمام حابس أمام صمام الأمان. ومع ذلك، يجب ألا تكون مساحة التدفق للصمام الحابس أقل من الحد الأدنى لمساحة التدفق لصمام الأمان، ويجب تركيب مانع تسرب رئيسي لضمان أن الصمام الحابس مفتوح بالكامل ومفتوح عادةً.

⑥ لتقليل تأثير الجاذبية الذاتية للصمام وتجنب إجهاد الإجهاد وإجهاد اهتزاز التفريغ، يجب تركيب صمام الأمان في الاتجاه المعاكس للصمام الحابس.

⑦ إذا كان صمام الأمان قد يكون مسدودًا أو متآكلًا بسبب المواد، فيجب وضع قرص انفجار أمام مدخله، ويجب تركيب صمام فحص بين صمام الأمان وقرص الانفجار، واتخاذ تدابير مضادة للانسداد، مثل التطهير الخلفي أو التتبع الحراري أو العزل الحراري على خط أنابيب مدخله.

⑧ يجب وضع صمام الأمان المثبت على خط الأنابيب في موقع يكون فيه ضغط المائع مستقرًا نسبيًا وعلى مسافة معينة بعيدًا عن مصدر التذبذب. يجب عدم تركيبه في الزاوية الميتة من خط الأنابيب الأفقي.

⑨ بالنسبة لخطوط الأنابيب أو المبادلات الحرارية أو أوعية الضغط ذات الوسيط السائل، عندما يكون الصمام مغلقًا، قد يؤدي التمدد الحراري إلى ارتفاع الضغط. لمعالجة هذا الأمر، يمكن تركيب صمام الأمان أفقيًا لتفريغ السائل مباشرةً إلى أسفل.

⑩ لتفريغ الهواء في حالات الطوارئ، يجب أن تكون فتحة الأنبوب مسطحة وغير حادة وخالية من النتوءات لمنع التفريغ الكهروستاتيكي.

يجب ألا تعرض نقطة تركيب صمام الأمان لضغط خلفي مفرط ويجب أن تكون ضمن النطاق المحدد المسموح به. يجب دعم جسم صمام صمام الأمان بثبات.

بالنسبة للحاويات التي تحتوي على وسائط شديدة الخطورة أو قابلة للاشتعال والانفجار، يجب توجيه مخرج صمام الأمان إلى مكان آمن والتعامل معه بشكل صحيح.

إذا اشترك أكثر من صمامين من صمامات الأمان في أنبوب تفريغ، يجب ألا تقل مساحة المقطع العرضي لأنبوب التفريغ عن مجموع مساحات المقاطع العرضية لمخارج جميع صمامات الأمان. ومع ذلك، لا يمكن أن يشترك الأكسجين أو الغاز القابل للاحتراق والغازان الآخران اللذان يمكن أن ينتجا تفاعلاً كيميائياً مع بعضهما البعض في أنبوب التفريغ.

2. متطلبات التركيب

① بالنسبة للوسائط المسببة للتآكل، يجب تركيب صمام الأمان مع قرص انفجار.

② بالنسبة للوسائط شديدة السمية، يجب اختيار صمام أمان ذو إحكام غلق جيد.

③ بالنسبة للوسائط ذات درجة الحرارة المرتفعة، يمكن أن يكون لارتفاع درجة الحرارة تأثير كبير على الزنبرك، لذلك يجب تجنب صمامات الأمان المحملة بنابض.

④ بالنسبة لصمامات الأمان المهمة أو تلك المعرضة للحريق، يجب إعداد نظام حماية من الرذاذ.

⑤ بالنسبة لصمامات الأمان للصهاريج الكروية، يجب تركيب صمامات أمان مزدوجة، ويجب أن تكون سعة تخفيف الضغط لأي صمام أمان واحد كافية لتلبية متطلبات تخفيف ضغط الأمان للخزان الكروي.

⑥ يجب أن يكون صمام الأمان مزودًا بموصل كهربائي.

⑦ لمنع صمام الأمان من الفتح والإغلاق المتكرر، مما يتسبب في حدوث رفرفة وإتلاف الصمام، يجب تقليل انخفاض الضغط في أنبوب مدخل صمام الأمان. يمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة قطر أنبوب المدخل وتقصير قسم أنبوب المدخل.