صمام الأمان هو جهاز أمان يُستخدم لمنع تجاوز الضغط في معدات الضغط للقيمة المسموح بها. تتحقق وظيفة صمام الأمان من خلال عملية العمل التالية: عندما يصل النظام إلى أقصى ضغط مسموح به، يمكن لصمام الأمان أن يفتح بدقة، ويصل بسرعة إلى ارتفاع الفتح المقنن، ويفرغ الكمية المقننة من وسط العمل؛ يكون صمام الأمان في حالة الفتح. يجب أن يكون التفريغ مستقرًا؛ عندما ينخفض ضغط النظام إلى قيمة معينة، يجب إغلاق صمام الأمان في الوقت المناسب، ويجب الحفاظ عليه في حالة الإغلاق في نوع محكم. فيما يلي وصف لمتطلبات الأداء الأساسية لصمامات الأمان.
1. افتح بدقة
يجب أن ينفتح صمام الأمان بدقة إلى ارتفاع الفتح المحدد تحت ضغط محدد مسبقًا، وأن يصل إلى سعة التفريغ المحددة. هذا هو الشرط الأساسي لصمام الأمان. أي أنه عندما يصل ضغط مدخل صمام الأمان إلى الضغط المحدد مسبقًا، يجب أن ينفتح صمام الأمان بدقة وسرعة ليصل إلى ارتفاع الفتح المحدد.
عندما يصل الضغط في النظام إلى الحد الأقصى المسموح به، فإن استجابة صمام الأمان غير الحساسة لزيادة الضغط ستؤدي إلى حالات خطيرة، مثل تمزق وتلف الغلايات وأوعية الضغط وخطوط الأنابيب. ويزداد الخطر، خاصةً بالنسبة لوسائط الغاز القابلة للضغط.
لا ينبغي أن يكون الضغط المحدد لصمام الأمان أكبر من قيمة الضغط التصميمي للغلاية ووعاء الضغط والأنابيب.
يُنص بوضوح على انحراف الضغط الإيجابي لصمام الأمان في اللوائح والمعايير ذات الصلة. عند ضبط صمام الأمان لضغط الضبط، يجب التحكم بدقة في انحرافه ضمن النطاق المحدد.
2. انبعاثات مستقرة
بعد وصول صمام الأمان إلى ارتفاع الفتح المحدد، يحافظ على حالة تفريغ مستقرة، ويستطيع تفريغ الكمية المُسماة من وسيط العمل. يجب أن تكون الخصائص الميكانيكية جيدة (بدون قفزة ترددية، أو اهتزاز، إلخ) أثناء عملية تفريغ الوسيط. هذا الشرط بالغ الأهمية.
يجب أن يكون لصمام الأمان هيكل معقول ونابض ذو صلابة معقولة للحفاظ على خصائص ميكانيكية جيدة وقدرة تفريغ مستقرة. يجب أن يفي حجم ممر تدفق صمام الأمان بمتطلبات المعلمات المطلوبة للحساب. إذا كانت مساحة المقطع العرضي لممر التدفق صغيرة جدًا، فبعد فتح صمام الأمان، لا يمكن تفريغ الجزء الزائد من الضغط في الوقت المناسب، ويستمر ضغط النظام في الارتفاع، وهو أمر خطير للغاية. على العكس من ذلك، إذا كانت مساحة المقطع العرضي لممر التدفق كبيرة جدًا، فبعد فتح صمام الأمان، سينخفض الضغط بشكل حاد عن ضغط التشغيل، وسيغلق قرص صمام الأمان ويسبب صدمة عنيفة على مقعد الصمام؛ ومع ذلك، نظرًا لعدم إزالة عامل ارتفاع ضغط النظام، سينفتح القرص مرة أخرى لتشكيل قفزة تردد، ونتيجة لذلك، سيتلف مقعد الصمام وسطح الختم للقرص بسبب الصدمات المتكررة. عند استخدام صمامات الأمان للسوائل غير القابلة للانضغاط، قد تتسبب قفزات التردد أيضًا في حدوث مطرقة مائية في النظام.
يُطلق على ضغط دخول صمام الأمان عند وصوله إلى ارتفاع الفتح المُصنّف ضغط التفريغ. يُستخدم هذا الضغط في وسائط مختلفة أو في الوسائط نفسها في ظروف عمل مختلفة، ويختلف ضغط التفريغ المُصنّف له، وهو ما تنص عليه اللوائح والمعايير ذات الصلة بوضوح. ويُعبّر عنه عادةً بنسبة الضغط المُحدّد الذي يتجاوز القيمة المُحدّدة. يجب أن يضمن التصميم الهيكلي لصمام الأمان التحكم الدقيق في ضغط التفريغ المُصنّف ضمن النطاق المُحدّد.
3. إغلاق في الوقت المناسب
عندما يُخفِّض تفريغ صمام الأمان ضغط الوسط إلى قيمة مُعيَّنة، يلامس غطاء الصمام سطح إحكام مقعد الصمام، ويعود إلى حالة الإغلاق. يُثبَّت صمام الأمان ويُغلَق في الوقت المُناسب وبكفاءة، وهو مؤشر مهم على الأداء الجيد.
لا يتطلب عمل صمام الأمان بالضرورة إيقاف تشغيل الجهاز أو النظام أو إصلاحه. في بعض الأحيان، يكون سبب عمل صمام الأمان عوامل عرضية مثل سوء التشغيل في النظام. في هذه الحالة، ليس من المستحسن أن يكون ضغط رجوع صمام الأمان أقل بكثير من ضغط التشغيل. يعني ضغط الإرجاع المنخفض جدًا فقدانًا كبيرًا للطاقة والوسيط، ويعطل التشغيل الطبيعي للنظام بأكمله. على العكس من ذلك، لا يكون ضغط مسند الظهر مرتفعًا جدًا. إذا كان ضغط الإرجاع قريبًا من ضغط الفتح، فمن السهل التسبب في إعادة فتح صمام الأمان، مما يتسبب في قفز صمام الأمان بشكل متكرر، وهو غير مناسب لإعادة تثبيت الختم بعد الإغلاق. بالإضافة إلى ذلك، في حالة عدم إمكانية إغلاق صمام الأمان بشكل موثوق، نظرًا لعدم قطع الوسيط بين أسطح الختم تمامًا، فمن المستحيل استعادة أداء الختم تحت ضغط التشغيل الطبيعي للنظام.
يجب أن يضمن تصميم صمام الأمان إمكانية إغلاقه بسرعة وفعالية. عودة المقعد السريعة والقويّة تُحسّن من إمكانية الإغلاق مقارنةً بالعودة التدريجية والبطيئة.
يُقاس أداء صمام الأمان عند رجوع المقعد نسبيًا بقيمة ضغط الفتح، والتي تُحدد عادةً بفرق ضغط الفتح والإغلاق. تختلف فروق ضغط الفتح والإغلاق بين صمامات الأمان المستخدمة في وسائط مختلفة، وهو ما تنص عليه اللوائح والمعايير ذات الصلة بوضوح.
4. ختم موثوق
عندما يكون النظام المحمي عند ضغط التشغيل العادي، يتميز صمام الأمان المغلق بأداء إغلاق جيد وموثوق. يؤدي تسرب صمام الأمان إلى فقدان وسيط العمل (الذي قد يكون أحيانًا باهظ الثمن أو خطيرًا)، وزيادة استهلاك الطاقة، وتلويث البيئة المحيطة والغلاف الجوي به. كما أن التسرب المفرط سيؤثر على التشغيل العادي للمعدات أو النظام، وقد يؤدي إلى توقفها عن العمل. كما أن التسرب المستمر سيؤدي إلى تآكل سطح إغلاق صمام الأمان، مما يؤدي إلى تعطله تمامًا.
إعادة تثبيت الختم بعد تشغيل صمام الأمان أصعب من الحفاظ عليه. فنظرًا لإغلاق صمام الأمان، يؤثر الضغط المتوسط على المساحة الأكبر من قرص الصمام، بينما قبل فتحه، يؤثر فقط على المساحة الأصغر التي يحدها سطح الختم. لذلك، من المرجح أن ينخفض أداء صمام الأمان بعد التشغيل، وبالتالي يُفقد. وبشكل خاص، يصعب حل مشكلة ختم المقعد الخلفي لصمام الأمان ذي التأثير المباشر للحمل. في صمامات الأمان المزودة بآليات تشغيل مساعدة، تُحل هذه المشكلة عن طريق الختم القسري.
من الصعب جدًا استخدام صمامات أمان للحفاظ على إحكامها مقارنةً بالصمامات المستخدمة عادةً لصمامات الإغلاق. نظرًا لعدم وجود قوة كبيرة تُطبق بين الأختام، يلتصق قرص صمام الأمان بقاعدة الصمام فقط لتشكيل ضغط مانع للتسرب بضغط مانع تسرب صغير. يُحدد ضغط الختم بالفرق بين ضغط ضبط صمام الأمان وضغط تشغيل الجهاز، وعادةً ما يكون قيمة صغيرة (عادةً 10% من ضغط الضبط)، لذا فإن حجم وخشونة سطح مانع التسرب لصمام الأمان مطلوبان بصرامة شديدة.
تختلف متطلبات إحكام صمام الأمان باختلاف بيئة العمل أو ظروف التشغيل. بشكل عام، يصعب ضمان عدم حدوث تسرب في صمام أمان ذي سطح مانع تسرب معدني-معدني. يتميز صمام الأمان ذو هيكل مانع تسرب ناعم من المعدن-اللافلزي بأداء إحكام أفضل بكثير.
وقت النشر: 2 سبتمبر 2021