يُعد السائل العازل وسائل الحاجز مكونين أساسيين يستخدمان في الأختام الميكانيكية، ولكن العديد من الأشخاص لا يفهمون الاختلافات الرئيسية بينهما.
قد يؤدي استخدام النوع الخاطئ من السوائل إلى فشل الختم، انخفاض الأداء، وتكلفة التوقف باهظة الثمن.
في هذا المنشور، سنقوم بتفصيل ما هي السوائل العازلة والسوائل الحاجزة بالضبط، ونبرز الاختلافات الرئيسية بينهما في مجالات مثل الضغط والتطبيق، ونغطي الأنواع المختلفة من السوائل المستخدمة، ونشرح الخصائص الأساسية التي يجب البحث عنها عند اختيار واحد.
ما هو السائل العازل
سائل العزل هو سائل يُستخدم في الأختام الميكانيكية المزدوجة لتوفير التزييت والتبريد لأسطح العزل. في نظام الأختام المزدوجة، يُحافظ على ضغط سائل العزل عند ضغط أقل من ضغط سائل العملية، ولكنه أعلى من الضغط الجوي. يعمل هذا السائل كحاجز بين سائل العملية والهواء، مما يمنع تسربه إلى البيئة.
ما هو السائل الحاجز
يتم استخدام السوائل الحاجزة في حالة واحدة أو الأختام الميكانيكية المزدوجة لتوفير فصل تام بين سائل العملية والجو. يُحافظ على ضغط سائل الحاجز أعلى من ضغط سائل العملية، مما يُنشئ تدفقًا إيجابيًا إلى حجرة الختميضمن هذا الضغط الإيجابي أن أي تسرب يحدث سيكون من سائل الحاجز إلى داخل العملية، بدلاً من تسرب سائل العملية إلى البيئة.
الاختلافات الرئيسية بين السوائل العازلة والسوائل الحاجزة
الضغط
عادةً ما يُحافظ على ضغط سائل العازل عند مستوى أعلى بقليل من ضغط حجرة الختم. يمنع هذا الفرق الإيجابي في الضغط سائل العملية من دخول نظام سائل العازل.
يُحافظ على ضغط سائل الحاجز أعلى بكثير من ضغط حجرة الختم، وغالبًا ما يكون أعلى بمقدار 1.4 إلى 2.8 بار (20 إلى 40 رطل/بوصة مربعة). يوفر الضغط العالي لسائل الحاجز حاجزًا ماديًا يعزل سائل العملية تمامًا عن الغلاف الجوي.
الهدف
تعمل السوائل العازلة على توفير التزييت والتبريد لـ ختم آلي الوجوه الممتدة حياة الفقمة والموثوقية. كما أنها تمنع تبلور أو تكوير سائل العملية في وجوه الفقمة.
تُعد سوائل الحاجز أكثر تطورًا بعزلها التام لسائل العملية عن البيئة المحيطة. يُشكّل السائل الحاجز حاجزًا سائلًا، يمنع أي تلامس بين سائل العملية والجو.
طلب توظيف جديد
تُستخدم أنظمة السوائل العازلة عادةً في التطبيقات التي يُمكن فيها تحمّل تسربات معتدلة من سوائل العمليات عبر أسطح الختم. وهي مناسبة لسوائل العمليات غير الخطرة وفي الحالات التي يُسمح فيها ببعض انبعاثات الختم.
تُستخدم أنظمة السوائل الحاجزة في الصناعات مثل النفط والغاز والبتروكيماويات والأدوية وغيرها من الصناعات التي تتعامل مع المواد الكيميائية العدوانية والتي غالبًا ما تتطلب استخدام السوائل الحاجزة لضمان أقصى قدر من السلامة والامتثال التنظيمي.
تسرب
في نظام السوائل العازلة، يُتوقع حدوث تسرب طفيف عبر أسطح الختم، ويُعالج هذا التسرب. يُعوّض تسرب السائل العازل إلى العملية بتيار تعويضي من خزان خارجي.
صُمم نظام السوائل الحاجزة لمنع تسرب سوائل العمليات إلى الغلاف الجوي. يدفع الضغط العالي للسائل الحاجز أي تسرب منه إلى داخل العملية، وليس العكس. وهذا يضمن احتواء السوائل الخطرة.
أنواع السوائل العازلة والحاجزة
مياه
يُعدّ الماء الخيار الأبسط والأكثر اقتصادًا للتطبيقات غير المسببة للتآكل والتي تتطلب درجات حرارة معتدلة. فهو يتميز بخصائص نقل حرارة جيدة، ولكنه قد يُسبب تآكلًا في سطح الختم في بعض الحالات.
حلول الجليكول
توفر السوائل القائمة على الجليكول، مثل الإيثيلين جليكول أو البروبيلين جليكول الممزوجة بالماء، حماية محسنة من التآكل ونطاق درجة حرارة تشغيل ممتد مقارنة بالماء العادي.
الكيروسين ووقود الديزل
في صناعة معالجة الهيدروكربونات، يُمكن استخدام الهيدروكربونات الخفيفة، مثل الكيروسين والديزل. تتميز هذه المواد بتوافقها الجيد مع سوائل المعالجة، ولكنها قد تُثير مخاوف بشأن قابليتها للاشتعال.
الكحول
يمكن استخدام الكحولات منخفضة الوزن الجزيئي، مثل الإيثانول أو الميثانول، في خدمات درجات الحرارة المنخفضة. تتميز هذه الكحولات بمقاومة جيدة للاشتعال ونقل الحرارة، ولكنها قد تواجه مشاكل في التوافق مع بعض المواد. مواد الختم.
الزيوت المعتمدة على البترول
تُستخدم الزيوت المعدنية بشكل شائع لقدرتها الممتازة على التشحيم وتوافقها مع العديد من مواد الختم المطاطية. وهي مناسبة لنطاق واسع من درجات حرارة التشغيل.
زيوت اصطناعية
بالنسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية أو لتحسين الاستقرار التأكسدي، يتم استخدام مواد التشحيم الاصطناعية مثل البولي ألفا أوليفينات (PAO)، أو البولي جليكول، أو البولي إيثرات المشبعة بالفلور (PFPE).
سوائل نقل الحرارة
في الخدمات ذات درجات الحرارة المرتفعة، قد تكون سوائل نقل الحرارة مثل المركبات العطرية أو السوائل القائمة على السيليكون ضرورية لتوفير التبريد الفعال وتبديد الحرارة من أسطح الختم.
خصائص السوائل العازلة والحاجزة
- سلامةيجب أن يكون السائل غير سام وغير ضار لتقليل المخاطر على الأفراد والبيئة في حالة التسرب أو الانسكابات. ويجب أن يتمتع بنقطة وميض عالية ودرجة حرارة اشتعال ذاتية.
- غير قابلة للاشتعالفي التطبيقات التي تتضمن سوائل عمليات قابلة للاشتعال أو درجات حرارة عالية، يجب أن يكون السائل العازل/الحاجز غير قابل للاشتعال لمنع الحرائق أو الانفجارات. في هذه الحالات، يُفضل استخدام سوائل ذات نقاط وميض عالية، مثل بعض الزيوت الاصطناعية.
- مداهنة:يجب أن يوفر السائل تشحيمًا كافيًا لأوجه الختم الميكانيكي لمنع التآكل المفرط والاحتكاك وتوليد الحرارة.
- نقل الحرارةفي بعض التطبيقات، يُستخدم سائل العازل/الحاجز كوسيط لنقل الحرارة لتبديدها بعيدًا عن أسطح الختم. يجب أن يتمتع السائل بسعة حرارية نوعية عالية وموصلية حرارية عالية لإزالة الحرارة بفعالية ومنع التلف الحراري للأختام.
- التوافق:يجب أن يكون السائل متوافقًا مع مواد الختم الميكانيكية وسائل العملية ومكونات النظام الأخرى لمنع التدهور أو التآكل أو التفاعلات الكيميائية الضارة.
- استقراريجب أن يحافظ سائل العازل/الحاجز على خصائصه في نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل وضغوطه. كما يجب أن يقاوم التحلل والأكسدة وتكوين الرواسب لضمان الأداء طويل الأمد وتقليل الحاجة إلى استبدال السوائل بشكل متكرر.
- ذوبان منخفض للغاز:في الأنظمة التي تتعامل مع الغازات أو السوائل المتطايرة، يجب أن يكون للسائل العازل/الحاجز قابلية منخفضة للذوبان في الغاز لمنع تكوين الفقاعات أو الرغوة، والتي يمكن أن تعطل واجهة الختم وتسبب التسرب.
- جاذبية معينةيجب أن تتوافق الكثافة النوعية للسائل مع تصميم نظام الأنابيب وفرق الضغط المطلوب عبر المانع التسرب الميكانيكي. في بعض الحالات، قد يلزم استخدام سائل ذي كثافة نوعية أعلى لتوفير ضغط الضغط المطلوب.
- الفعالية من حيث التكلفة:مع تلبية متطلبات الأداء الضرورية، يجب أن يكون السائل العازل/الحاجز فعالاً من حيث التكلفة من حيث السعر الأولي ومعدل الاستهلاك وتكاليف الصيانة.
مخططات الأنابيب لأنظمة السوائل العازلة والحاجزة
- خطة 52يستخدم هذا النظام خزانًا خارجيًا لتوفير سائل عازل لتجويف الختم. يُحافظ على ضغط الخزان أقل من ضغط العملية، مما يسمح بعودة التسرب إلى الخزان. يمكن استخدام ملف تبريد أو مبادل حراري للتحكم في درجة حرارة السائل.
- الخطة 53أفي هذه الخطة، يُزوَّد تجويف الختم بسائل حاجز مضغوط من خزان خارجي. ويُحافظ على ضغط سائل الحاجز أعلى من ضغط العملية لمنع دخول سائل العملية إلى تجويف الختم. حلقة الضخ أو يتم استخدام جهاز التدوير لتدوير السائل الحاجز.
- الخطة 53بعلى غرار الخطة ٥٣أ، تستخدم هذه الخطة سائلًا حاجزًا مضغوطًا، ولكن مع مُراكم مثانة بدلًا من خزان خارجي. يحافظ المُراكم على ضغط السائل الحاجز ويُعوّض التمدد أو الانكماش الحراري.
- الخطة 53جهذه الخطة هي نسخة مُعدّلة من الخطة 53A، حيث تتضمن مُراكم مكبس بدلاً من مُراكم مثانة. يُوفر مُراكم المكبس فرق ضغط إيجابي، ويُساعد في الحفاظ على ضغط ثابت للسائل الحاجز.
- خطة 54يستخدم هذا المخطط مصدرًا خارجيًا لتوفير سائل حاجز مضغوط لتجويف الختم. يُحافظ على ضغط السائل الحاجز أعلى من ضغط العملية، ويُدوّر باستمرار عبر تجويف الختم باستخدام حلقة ضخ أو جهاز تدوير. قد يُرفق مبادل حراري للتحكم في درجة الحرارة.
