مضخة فشل الختم يُعدّ عطل الأختام من أكثر المشاكل شيوعًا في أنظمة الضخ الصناعية، مما يُسبب توقفًا وإصلاحات مكلفة. يساعد فهم سبب عطل الأختام على منع هذه المشاكل والحفاظ على تشغيل معداتك بسلاسة.
الأسباب الميكانيكية
تُشكل الأعطال الميكانيكية ما يقرب من 40% من حالات فشل الأختام. وتنجم هذه الأعطال عادةً عن سوء التركيب أو تآكل المعدات.
أخطاء المحاذاة والتثبيت
يؤدي عدم محاذاة العمود إلى حدوث 15-20٪ من ختم آلي أعطال المضخات. عندما لا يتوافق عمود المضخة مع عمود المحرك بشكل صحيح، يؤدي ذلك إلى عدم توازن الضغط على الختم تواجهها.
يُجبر هذا الخلل في المحاذاة الختم على الانثناء مع كل دورة. مع مرور الوقت، يُؤدي هذا الانثناء المستمر إلى تحلل مادة الختم وحدوث تسريبات.
أخطاء التركيب ضارة بنفس القدر. تشمل الأخطاء الشائعة استخدام أدوات غير مناسبة، أو تطبيق ضغط غير متساوٍ أثناء التركيب، أو تلويث وجوه الفقمة مع الأوساخ أو الزيت من الأصابع.
المحامل/الأعمدة البالية والاهتزازات
تُسبب المحامل البالية حركة مفرطة للعمود، مما يُتلف الأختام خلال 500-1000 ساعة تشغيل. عندما تتآكل المحامل، فإنها تسمح للعمود بالتذبذب بدلاً من الدوران بسلاسة.
يُؤدي هذا الاهتزاز إلى فجوات بين أسطح الختم، مما يسمح بتسرب السوائل ودخول الملوثات إلى منطقة الختم.
تشير مستويات الاهتزاز التي تزيد عن ٠٫٣ بوصة في الثانية عادةً إلى مشاكل في المحمل. يُمكن لمراقبة الاهتزازات بانتظام اكتشاف هذه المشاكل قبل أن تُتلف أختامك.
الإجهاد الحراري الميكانيكي (الفحص الحراري)
يظهر التآكل الحراري على شكل شقوق صغيرة على سطح الختم، تشبه نمط شبكة العنكبوت. يحدث هذا عندما تتعرض أسطح الختم لتغيرات سريعة في درجة الحرارة تصل إلى 50 درجة فهرنهايت أو أكثر.
يؤدي التمدد والانكماش المستمران الناتجان عن تقلبات درجات الحرارة إلى حدوث كسور إجهادية. تتسع هذه الكسور مع كل دورة حرارية حتى ينهار الختم تمامًا.
أسباب التشغيل
تؤثر طريقة تشغيل المضخة بشكل مباشر على حياة الفقمةيمكن أن تؤدي الأخطاء التشغيلية إلى تدمير الختم الجديد في دقائق أو إتلافه ببطء على مدى أشهر.
التشغيل الجاف / فقدان التزييت
يؤدي تشغيل المضخة الجافة إلى إتلاف الأختام الميكانيكية في أقل من 30 ثانية. تحتاج أسطح الأختام إلى طبقة رقيقة من السائل بينها لمنع التلامس المباشر.
بدون هذا الغشاء السائل، تحتك الوجوه ببعضها وتولد حرارة شديدة. يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى ١٠٠٠ درجة فهرنهايت في ثوانٍ، مما يؤدي إلى ذوبان أو تشقق مواد الختم.
غالبًا ما يحدث فقدان التزييت عند نفاد الخزانات أو عند تكوّن أقفال بخارية في خط الشفط. تركيب مفاتيح التشغيل المنخفض والتهوية المناسبة يمنع معظم حوادث التشغيل الجاف.
التجويف والتبخير
يحدث التجويف عندما ينخفض ضغط شفط المضخة عن ضغط بخار السائل. يؤدي ذلك إلى تكوين فقاعات صغيرة تنهار بعنف بالقرب من أسطح الختم.
كل انهيار فقاعة يُحدث ضربة مطرقة مجهرية. آلاف هذه الصدمات في الثانية تُؤدي إلى تآكل مادة سطح الفقمة، كما لو كانت نتيجة نفخ الرمل.
يحدث التبخير عندما يتحول السائل إلى بخار عند سطح الختم. يمنع هذا البخار التزييت الجيد ويسبب نفس الضرر الناتج عن التشغيل الجاف المذكور سابقًا.
طفرات الضغط والصدمات الهيدروليكية
ارتفاعات الضغط التي تتجاوز 150% من ضغط التشغيل الطبيعي قد تُتلف الأختام فورًا. تحدث هذه الارتفاعات غالبًا عند إغلاق الصمامات بسرعة كبيرة أو عند تشغيل المضخات وهي مُغلقة.
تُولّد الصدمة الهيدروليكية (المطرقة المائية) موجات ضغط تصطدم بأسطح الختم. قد تُؤدي صدمة قوية واحدة إلى تشقق أسطح الختم أو انفجار المطاط الصناعي.
يُقلل تركيب صمامات تخفيف الضغط واستخدام محركات التشغيل السلس من هذه التأثيرات الضارة للضغط. كما أن التشغيل السليم للصمامات يمنع معظم حوادث الصدمات الهيدروليكية.
التشغيل خارج حدود التصميم
لكل مانع تسرب ميكانيكي حدود ضغط ودرجة حرارة وسرعة محددة. تجاوز هذه الحدود يُقصّر عمر المانع بشكل كبير.
يؤدي تشغيل ختم مُصنّف لضغط ١٥٠ رطل/بوصة مربعة عند ضغط ٢٠٠ رطل/بوصة مربعة إلى تقليل عمره الافتراضي بنسبة ٧٥٪. وبالمثل، فإن تجاوز حدود درجة الحرارة بمقدار ٢٥ درجة فهرنهايت فقط قد يُقلل عمره الافتراضي إلى النصف.
تأكد دائمًا من أن ظروف التشغيل لديك تتوافق مع مواصفات تصميم الختم. عند تغير ظروف التشغيل، قد تحتاج إلى مواد أو تصاميم مختلفة للختم.
الأسباب البيئية
تؤثر البيئة المحيطة بمضختك على أداء مانع التسرب بقدر تأثير طريقة تشغيلها. قد تُلحق العوامل الخارجية الضرر بمواد مانع التسرب أو تُعيق تشغيلها.
تلوث المواد الصلبة
يمكن للجسيمات الصلبة التي يصل حجمها إلى 10 ميكرون أن تُلحق الضرر بأسطح الختم. تتداخل هذه الجسيمات بين أسطح الختم وتعمل كمواد طحن.
السوائل الرملية أو الخشنة مشكلة واضحة. ولكن حتى السوائل ذات المظهر النظيف قد تحتوي على جزيئات ضارة من قشور الأنابيب أو الصدأ أو تلوث العمليات.
يؤدي تركيب الترشيح المناسب إلى إزالة معظم الجزيئات الضارة. أنظمة التنظيف هذا بشكل مستمر تنظيف الختم كما تعمل المنطقة أيضًا على إطالة عمر الأختام في الخدمات الملوثة.
هجوم تآكلي/كيميائي
يُؤدي الهجوم الكيميائي إلى تحلل مواد الختم على المستوى الجزيئي. قد تفشل المادة الخاطئة في التركيب الكيميائي الخاطئ خلال ساعات بدلًا من سنوات.
تتورم الإيلاستومرات أو تتصلب أو تذوب عند تعرضها لمواد كيميائية غير متوافقة. تتآكل المكونات المعدنية أو تتشقق أو تتآكل عند التآكل.
تأكد دائمًا من توافق المواد الكيميائية قبل اختيار مواد الختم. في حال الشك، راجع جداول التوافق أو أجرِ اختبارات الغمر.
درجات الحرارة القصوى
درجات الحرارة التي تقل عن -20 درجة فهرنهايت تجعل الإيلاستومرات هشة وعرضة للتشقق. على النقيض من ذلك، تؤدي درجات الحرارة التي تزيد عن 400 درجة فهرنهايت إلى تحلل معظم مواد الختم.
تُسبب التغيرات السريعة في درجات الحرارة أضرارًا أكبر من درجات الحرارة القصوى الثابتة. تقلبات في درجة الحرارة تصل إلى ١٠٠ درجة فهرنهايت قد تُسبب تشققات في أسطح الأختام الصلبة نتيجةً للصدمات الحرارية.
استخدام مواد مناسبة لدرجة الحرارة وتجنب التغيرات السريعة في درجات الحرارة يمنع معظم الأعطال الحرارية. تساعد المبادلات الحرارية أو أنظمة التبريد في تطبيقات درجات الحرارة القصوى.
الاهتزازات والصدمات الخارجية
يمكن للمعدات القريبة أن تنقل الاهتزازات عبر الأنابيب والأساسات إلى مضختك. يُضاف هذا الاهتزاز الخارجي إلى أي اهتزاز موجود في المضخة.
يمكن أن تُسبب أنشطة البناء، أو حركة الرافعات الشوكية، أو غيرها من المضخات أحمالًا صدمية. هذه الصدمات المفاجئة تُؤدي إلى انفصال أختام الجرة مؤقتًا، مما يسمح بالتسرب والتلوث.
يُقلل التصميم السليم للأساسات وعزل الاهتزازات من تأثيرات الاهتزازات الخارجية. كما تُساعد الوصلات المرنة في الأنابيب على عزل المضخات عن مصادر الاهتزازات الخارجية.
الأسباب المتعلقة بالمواد
حتى أفضل تصميم للسدادات قد يفشل إذا استخدمت مواد غير مناسبة. يؤثر اختيار المواد على جميع جوانب أداء السدادات، بدءًا من مقاومتها للمواد الكيميائية ووصولًا إلى عمرها الافتراضي.
عدم التوافق المادي
يؤدي استخدام مواد غير متوافقة إلى 25% من حالات فشل السدادات المبكرة. لكل مادة مانعة للتسرب حدود كيميائية وحرارية محددة.
على سبيل المثال، ينتفخ مطاط بونا-إن ويلين في زيوت البترول. يتحلل الفيتون في البخار. لا يتحمل الجرافيت الكربوني المؤكسدات القوية.
احرص دائمًا على مطابقة مواد العزل لظروف الخدمة الخاصة بك. راعِ درجة الحرارة والضغط والتركيب الكيميائي ودرجة الحموضة عند اختيار المواد.
التآكل والتآكل
يحدث التآكل عندما تُسبب الجسيمات الصلبة تآكلًا لأسطح الفواصل نتيجةً للتلامس المباشر. حتى الجسيمات الناعمة، كالدقيق والسكر، قد تُسبب التآكل بمرور الوقت.
يحدث التآكل عندما يجرف التدفق عالي السرعة مادة الختم. ويُعد هذا الأمر مشكلةً خاصةً مع المواد الملاطية أو المضخات عالية السرعة.
المواد الصلبة، مثل كربيد السيليكون، تقاوم التآكل بشكل أفضل من المواد اللينة. كما أن تصميمات الأسطح الخاصة تُحسّن تدفق المياه للحد من التآكل.
البثق تحت الضغط
قوى الضغط العالية ناعمة مكونات الختم في فجوات الخلوص. هذا البثق يُتلف الحلقات الدائرية والحشيات والأجزاء المرنة الأخرى.
تُفاقم دورة الضغط عملية البثق. فكل ارتفاع مفاجئ في الضغط يدفع المادة إلى داخل الفجوات حتى تنكسر القطع.
استخدام حلقات الدعم واختيار مواد قياس صلابة مناسبة يمنع معظم مشاكل البثق. كما أن تقليل الخلوص يقلل من مخاطر البثق.
مجموعة الضغط والتصلب
مجموعة ضغط يحدث ذلك عندما تتشوه الإيلاستومرات بشكل دائم تحت ضغط مستمر. تفقد المادة قدرتها على الارتداد والإغلاق بشكل صحيح.
يُسرّع التعرّض للحرارة والمواد الكيميائية من عملية الضغط. قد تتلف الحلقة الدائرية (O-ring) التي يُفترض أن تدوم لسنوات خلال أشهر في ظل ظروف قاسية.
استبدال الختم بانتظام قبل ضبط الضغط يمنع الأعطال غير المتوقعة. كما أن اختيار مطاط عالي الجودة يطيل عمر الخدمة.
التعب والتآكل المادي
جميع مواد الختم تتعرض للتعب مع مرور الوقت. التغيرات المستمرة في الضغط، ودورات الحرارة، والإجهاد الميكانيكي تُضعف المواد تدريجيًا.
يؤدي التآكل الطبيعي إلى إزالة المواد ببطء من أسطح الختم. ويتسارع هذا التآكل عندما لا تكون الظروف مثالية أو عند إهمال الصيانة.
