معدلات التسرب المقبولة النموذجية
في معظم التطبيقات الصناعية، يجب أن يكون هناك نظام تشغيل سليم ختم آلي سيكون معدل التسرب ١٠ قطرات في الساعة أو أقل لكل ختم. يُعتبر هذا التسرب الضئيل طبيعيًا وضروريًا للتشغيل السليم. تشحيم الختم والتبريد. قد يشير التسرب الزائد عن هذا المعدل إلى وجود مشاكل في تصميم الختم أو تركيبه أو ظروف التشغيل.
يتم قياس تسرب الختم عن طريق جمع وتحديد كمية السائل الذي يتسرب عبر وجوه الفقمة خلال فترة زمنية محددة. الطريقة المتعارف عليها هي قياس عدد القطرات في الدقيقة وتحويلها إلى معدل ساعي. قطرة واحدة في الدقيقة تعادل حوالي ٢.٥ إلى ٣ مل في الساعة.
التسرب المسموح به لـ API 682
يقدم معيار معهد البترول الأمريكي (API) رقم 682 إرشاداتٍ بشأن تسربات الأختام المقبولة في صناعة النفط والغاز. ويُعرّف هذا المعيار ثلاث فئاتٍ لتسربات الأختام:
- أختام الفئة الأولى: معدل التسرب أقل من 500 مل في اليوم (20.8 مل/ساعة)
- أختام الفئة الثانية: معدل التسرب أقل من 1,000 مل في اليوم (41.7 مل/ساعة)
- أختام الفئة الثالثة: معدل التسرب أقل من 2,000 مل في اليوم (83.3 مل/ساعة)
هذه المسموح بها معدلات التسرب أعلى من المعيار النموذجي البالغ 10 قطرات في الساعة بسبب ظروف التشغيل الصعبة والطبيعة الحرجة لتطبيقات النفط والغاز.
العوامل المؤثرة على معدل تسرب الختم
عوامل تصميم الختم
- مواد الوجهتؤثر خصائص الاحتكاك وتوافق مواد سطح الحلقة الأساسية والحلقية على التسرب. تميل أزواج الأسطح الصلبة، مثل كربيد السيليكون وكربيد السيليكون، إلى العمل بخلوص أضيق وتسرب أقل.
- نسبة التوازن:الأختام ذات نسب التوازن العالية (أي قوة إغلاق أكبر) تميل إلى أن يكون لديها معدلات تسرب أقل. ومع ذلك، يجب موازنة ذلك مع توليد الحرارة والتآكل.
- علاجات الوجه:يمكن استخدام معالجات السطح مثل تلوين السطح بالليزر (LST) أو إعادة تسطيح الميكروويف لتحسين تضاريس أسطح الختم لتحسين التزييت والتحكم في التسرب.
- تحميل الربيع:تؤثر قوة الزنبرك التي تُثبّت الأسطح معًا على حمل الأسطح ومعدل التسرب. كلما كانت الزنبركات أقوى، قلّ التسرب، لكنها زادت من التآكل وتوليد الحرارة.
عوامل المعدات
- رمح سرعة:تميل سرعات العمود الأعلى إلى زيادة تسرب الختم بسبب قوى الطرد المركزي الأكبر والاضطرابات.
- المحاذاة غير الصحيحة:يمكن أن يؤدي عدم محاذاة العمود أو انحرافه بشكل مفرط 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.
شروط التشغيل
- الضغط:يميل ارتفاع ضغوط الختم إلى زيادة معدل التسرب، مع ثبات جميع العوامل الأخرى. مضاعفة الضغط ستضاعف معدل التسرب تقريبًا.
- درجة الحرارة:ارتفاع درجات الحرارة يقلل اللزوجة، مما قد يؤدي إلى ارتفاع معدلات التسرب. كما أن ارتفاع درجات الحرارة قد يُلحق الضرر بالمطاط الصناعي ويُسبب تشوهًا في السطح.
خصائص السوائل
- لزوجة: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 في أسطح الختم، مما يؤدي إلى تسرب أكبر.
- الحك:تعمل السوائل الكاشطة على تسريع تآكل أسطح الختم، مما يتسبب في فتح الأسطح وزيادة التسرب بمرور الوقت.
- تطاير:إن السوائل شديدة التقلب أو الغازية يصعب إغلاقها وتكون أكثر عرضة للتسرب، خاصة إذا تم تشغيلها بالقرب من ضغط بخار السائل.
