ما هو التسرب المقبول للختم الميكانيكي

معدلات التسرب المقبولة النموذجية

في أغلب التطبيقات الصناعية، يكون معدل التسرب في الختم الميكانيكي الذي يعمل بشكل صحيح 10 قطرات في الساعة أو أقل لكل ختم. ويعتبر هذا القدر الضئيل من التسرب طبيعيًا وضروريًا لتزييت الختم وتبريده بشكل صحيح. وقد يشير التسرب المفرط الذي يتجاوز هذا المعدل إلى وجود مشكلات في تصميم الختم أو تركيبه أو ظروف التشغيل.

يتم قياس تسرب الختم من خلال جمع وقياس كمية السائل الذي يتسرب عبر واجهات الختم خلال فترة زمنية معينة. الطريقة المقبولة عمومًا هي قياس القطرات في الدقيقة وتحويلها إلى معدل كل ساعة. تعادل قطرة واحدة في الدقيقة ما يقرب من 2.5 إلى 3 مل في الساعة.

التسرب المسموح به لـ API 682

يوفر معيار معهد البترول الأمريكي (API) 682 إرشادات بشأن تسرب الأختام المقبول في صناعة النفط والغاز. يحدد معيار API 682 ثلاث فئات لتسرب الأختام:

• أختام الفئة الأولى: معدل التسرب أقل من 500 مل في اليوم (20.8 مل/ساعة)
• أختام الفئة الثانية:معدل التسرب أقل من 1000 مل في اليوم (41.7 مل/ساعة)
• أختام الفئة الثالثة:معدل التسرب أقل من 2000 مل في اليوم (83.3 مل/ساعة)

إن معدلات التسرب المسموح بها هذه أعلى من المعيار النموذجي الذي يبلغ 10 قطرات في الساعة بسبب ظروف التشغيل الصعبة والطبيعة الحرجة لتطبيقات النفط والغاز.

العوامل المؤثرة على معدل تسرب الختم

عوامل تصميم الختم

• مواد الوجه:تؤثر الخواص الاحتكاكية وتوافق مواد سطح الحلقة الأساسية والحلقة المتزاوجة على التسرب. تميل أزواج السطح الصلب مثل كربيد السيليكون مقابل كربيد السيليكون إلى العمل بخلوص أضيق وتسرب أقل.
• نسبة التوازن:تميل الأختام ذات نسب التوازن العالية (أي قوة الإغلاق الأكبر) إلى الحصول على معدلات تسرب أقل. ومع ذلك، يجب موازنة ذلك مع توليد الحرارة والتآكل.
• علاجات الوجه:يمكن استخدام معالجات السطح مثل تصحيح سطح الليزر (LST) أو إعادة تسطيح الميكروويف لتحسين تضاريس أسطح الختم لتحسين التزييت والتحكم في التسرب.
• تحميل الربيع:تؤثر قوة الزنبرك التي تربط الوجوه معًا على معدل تحميل الوجه والتسرب. تعمل الزنبركات الأقوى على تقليل التسرب ولكنها تزيد من التآكل وتوليد الحرارة.

عوامل المعدات

• سرعة العمود:تميل سرعات العمود الأعلى إلى زيادة تسرب الختم بسبب قوى الطرد المركزي الأكبر والاضطرابات.
• عدم المحاذاة: مُبَالَغ فيه عدم محاذاة العمود أو انحرافه يمكن أن يؤدي إلى تحميل غير متساوٍ وزيادة التسرب في وجوه الختم.
• اهتزاز:يمكن أن يؤدي الاهتزاز إلى اهتزاز أسطح الختم أو فتحها مؤقتًا، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات التسرب.

ظروف التشغيل

• ضغط:تميل الضغوط المختومة الأعلى إلى زيادة معدل التسرب إذا كانت كل العوامل الأخرى متساوية. سيؤدي الضغط المضاعف إلى مضاعفة معدل التسرب تقريبًا.
• درجة حرارة:تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تقليل اللزوجة مما قد يؤدي إلى ارتفاع معدلات التسرب. كما يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة أيضًا إلى إتلاف الإيلاستومرات وتسبب تشوه السطح.

خصائص السوائل

• اللزوجة:السوائل ذات اللزوجة المنخفضة تكون أكثر عرضة للتسرب لأنها تتدفق بسهولة أكبر عبر الفيلم الرقيق بين الوجوه.
• مداهنة:يمكن للسوائل ذات خصائص التشحيم الرديئة أن تسبب احتكاكًا متزايدًا وتآكلًا على أسطح الختم، مما يؤدي إلى تسرب أكبر.
• كشط:تتسبب السوائل الكاشطة في تسريع تآكل أسطح الختم، مما يتسبب في فتح الأسطح وزيادة التسرب بمرور الوقت.
• التقلبات:إن السوائل شديدة التقلب أو الغازية يصعب إغلاقها وتكون أكثر عرضة للتسرب، خاصة إذا تم تشغيلها بالقرب من ضغط بخار السائل.