يكمن الفرق بين الأداء الجيد والضعيف للمعدات في الاهتمام بالتفاصيل

خطط معهد البترول الأمريكي (API) هي مبادئ توجيهية موحدة تحدد ترتيبات أفضل الممارسات لأنظمة المعالجة لتحقيق أفضل أداء تشغيلي لوقت التشغيل. يعد فهم مزايا وعيوب كل خطة من خطط معهد البترول الأمريكي (API) أمرًا ضروريًا لزيادة عمر المعدات الدوارة وموانع التسرب الميكانيكية إلى أقصى حد. تتناول هذه الورقة البحثية خطة API 23.

غالبًا ما تُستخدم خطة API Plan 23 مع المعدات الدوارة مثل مضخات الطرد المركزي التي تعالج السوائل في درجات حرارة مرتفعة. وتشمل التطبيقات النموذجية مضخات تغذية الغلايات ومضخات التدوير ومضخات الزيت الساخن.

تم تصميم خطة API Plan 23 لتزويد مانع التسرب الميكانيكي بالسوائل لتبريد وتزييت واجهات مانع التسرب، مما يساعد بدوره على تحسين عمر مانع التسرب الميكانيكي وطول عمر المضخة.

‍

ما هي حقاً خطة API 23؟

الشكل 1- الخطة 23

يوضح الشكل 1 تهيئة نموذجية لخطة 23 API Plan 23.

يتحقق طول العمر الميكانيكي لمانع التسرب الميكانيكي مع Plan 23 بسبب أداء التبريد المذهل.

إن الخطة 23 هي في الأساس نظام "دائرة تبريد مغلقة" يخلق بيئة مثالية في واجهات مانع التسرب الميكانيكية عن طريق فصل درجات الحرارة وظروف مضخة المعالجة عن الظروف في واجهات مانع التسرب.

من الواضح أن هناك تعديلات وتحسينات وإضافات مثل مقاييس درجة الحرارة والأنابيب ذات الزعانف لمثل هذا النظام، ومع ذلك فإن نظام الخطة 23 الأساسي يستخدم بشكل أساسي جهاز تدوير السوائل، والذي غالبًا ما يكون جزءًا من مانع التسرب الميكانيكي، ومبادل حراري خارجي.

في نظام الخطة 23، يتم تدوير سائل المعالجة "المعزول" في دائرة دائرية مغلقة إلى حد كبير، من مانع التسرب إلى المبادل الحراري والعودة إلى مانع التسرب.

‍

لنلقِ نظرة الآن على بعض المبادئ الهندسية الأساسية.

سؤال: "إذا كنت ترغب في تبريد سائل بفعالية باستخدام مبادل حراري في نظام دائرة مغلقة، فهل من الأفضل محاولة تبريد كمية كبيرة من السائل أم تبريد كمية صغيرة من السائل؟"

‍

الإجابة: مع تساوي جميع الأشياء الأخرى، كلما قل حجم المائع الذي يمر عبر مبادل حراري في نظام الدائرة المغلقة، زادت فعالية المبادل الحراري في تبديد الحرارة من المائع.

‍

وذلك لأن الخزان الصغير من المائع سيمر عبر المبادل الحراري عدة مرات أكثر مقارنةً بخزان كبير من المائع، في أي فترة زمنية معينة. وهذا موضح في الشكل 2.

‍

الشكل 2- الخطة الجيدة 23 مقابل الخطة السيئة 23

تذكّر: وجوه الفقمة الرائعة = وجوه الفقمة السعيدة.

‍

لذا، عندما تتطلع إلى تثبيت نظام الخطة 23، فإن أول شيء يجب مراعاته هو حجم السائل الموجود في نظام الدائرة المغلقة الخطة 23.

والآن دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة على تصاميم فعلية لموانع التسرب/المضخة خطة 23.

يُعتبر API682 مواصفات مانع التسرب الميكانيكي المتميز المستخدم في العديد من القطاعات الصناعية ولكنه يُستخدم على وجه التحديد في معالجة النفط والغاز والبتروكيماويات.

يحدد API682 مساحات كبيرة لغرفة مانع التسرب في مضخة المعالجة، لزيادة حجم السائل حول واجهات مانع التسرب بشكل أساسي من أجل تسهيل تبريد وتزييت واجهات مانع التسرب.

ومع ذلك، فإن هذا الحجم الكبير من السوائل يعمل ضدك في تطبيق الخطة 23 خاصةً إذا وضع مصمم المعدات شجيرة التقييد في أسفل حجرة الختم، كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 3- حجم كبير من السوائل في الدائرة المغلقة 23 في الخطة 23 المغلقة.

كما هو موضح في الشكل 3، فإن حجم "حوض السباحة الكبير" الكامل لسائل المعالجة في حجرة الختم هو جزء من نظام الدائرة المغلقة! ولا يقتصر الأمر على هذا الحجم الكبير من السوائل فحسب، بل إن السائل يتم تسخينه باستمرار عن طريق الحمل الحراري عبر غلاف المضخة من الجزء الساخن من المضخة. وهذا يضيف حرارة غير ضرورية إلى الدائرة المغلقة 23 من الخطة 23. بقدر ما يتعلق الأمر بأوجه مانع التسرب، فإن هذا الترتيب سلبي مزدوج!

ونتيجة لهذا التصميم الرديء للمعدات، فإن أوجه مانع التسرب إما أن ترتفع درجة حرارتها أو سيتعين على مورد النظام تحديد مبادل حراري كبير الحجم للتعامل مع "بركة السوائل" الضخمة من السوائل. وهذا يضيف تكلفة غير ضرورية للنظام ومخاطر أداء على واجهات مانع التسرب الميكانيكية.

يوضح الشكل 4 تصميمًا أفضل بكثير للخطة 23.

من الشكل 4، سترى أن مانع التسرب الميكانيكي للخرطوشة يشتمل على شجيرة تقييد متكاملة خاصة به لعزل سائل عملية حجرة الختم عن سائل العملية عند واجهات مانع التسرب.

أولاً، سيرى القارئ أن حجم السائل في مانع التسرب الميكانيكي "الدائرة المغلقة" أقل بكثير مع الحل المعروض في الشكل 4 مقارنةً بالشكل 3.

وثانياً، سيرى القارئ من الشكل 4 أن سائل العملية الذي يدور حول الدائرة المغلقة لمانع التسرب الميكانيكي معزول عن حرارة الحمل الحراري التي تؤثر على سائل حجرة مانع التسرب من مضخة العملية.

هذا الترتيب ليس فقط مفيدًا لوجوه مانع التسرب الميكانيكي وأداء المبادل الحراري والحجم/التكلفة فحسب، بل يعني أن الحرارة لا يتم امتصاصها وتبريدها باستمرار من سائل المعالجة الساخن، كما هو موضح في الترتيب في الشكل 3.

وبمجرد الاهتمام بالتفاصيل، فإن تصميم مانع التسرب الميكانيكي في الشكل 4 يوفر الكثير من الطاقة وتكلفة نظام الضخ الشامل، وهو ما يمكن أن يكون توفيرًا كبيرًا على مدار السنوات التي تعمل فيها المضخة.

الشكل 4- حجم صغير من السوائل في الدائرة المغلقة 23 في الخطة 23 المغلقة.

المزيد من الفوائد البيئية والتكاليف الإضافية للتصميم الأنيق للخطة 23 الأنيقة؟

والآن بعد أن تم تقليل الحجم/السعة المطلوبة للمبادل الحراري إلى الحد الأدنى مع تصميم مانع التسرب في المخطط 23 في الشكل 4، يمكن استخدام معدات بديلة للتبادل الحراري.

سيرتبط القارئ المتمرس بحقيقة أن معظم المبادلات الحرارية التقليدية للخطة 23 هي تصميم "غلاف وأنبوب". يتم تبريد هذه المبادلات الحرارية عن طريق تشغيل الماء عبر غلاف المبادل الحراري كما هو موضح في الشكل 4. في بعض الأحيان يتم تغذية هذه المياه من نظام رئيسي حلقي مغلق الدائرة، وأحيانًا يتم إرسال المياه المستخدمة من المبادل الحراري ببساطة إلى الصرف.

في بعض مناطق العالم، تكون مياه الإمداد الرئيسية "صلبة". وهذا يعني أنها تحتوي على مستويات عالية من الكالسيوم والمغنيسيوم التي يمكن أن تترسب على الأسطح الداخلية للأنابيب وتحد في النهاية من تدفق المياه وكفاءة نقل الحرارة في النظام. لذلك قبل استخدام المياه العسرة، تقوم بعض المحطات بمعالجة المياه لإزالة الكالسيوم والمغنيسيوم. وهذا يضيف إلى تكاليف المحطة ويجعل النظام قبيحًا من الناحية المادية من جميع الجوانب.

لذا، ومهما كان نهج إمداد المياه، سيلاحظ القارئ أن هناك عنصر تكلفة ينطوي عليه إمداد المبادل الحراري التقليدي للخطة 23 بالمياه.

لنعد الآن إلى تصميم الختم الميكانيكي الأنيق في الشكل 4.

والآن بعد أن تم تقليل حجم/سعة المبادل الحراري إلى الحد الأدنى، يمكن استكشاف حلول بديلة لإزالة الحرارة، ربما تكون أقل كفاءة ولكن أكثر فعالية من حيث التكلفة.

ألق نظرة على الحل الموضح في الشكل 5.

الشكل 5- الخطة الصديقة للبيئة 23 الدائرة المغلقة 23 الدائرة المغلقة.

من الشكل 5، سيرى القارئ أنه لم يعد هناك إمدادات مياه رئيسية للمبادل الحراري. النظام الموضح هو تصميم مبرد بالهواء مع مزيج من نظام دعم مبادل حراري مانع للتسرب وأنابيب ذات زعانف.

وبما أن هذا النظام لا يحتوي على إمدادات مياه خارجية، فإنه يوفر على

- تكاليف إمدادات المياه,

- تكاليف النفقات الرأسمالية لمعدات التوريد الأولية,

- تكاليف الصيانة المستمرة و

- تعقيد النظام.

نظرًا لتصميم الختم الميكانيكي بشكل أنيق، فإن له تأثيرًا كبيرًا على متطلبات النظام الداعم..... عشاء الدجاج الفائز!

‍

الملخص:

تعد خطة API Plan 23 نظامًا رائعًا لتطبيقات المعالجة الساخنة ولكن يمكن أن يضعف أدائها بشكل كبير بسبب ضعف الاهتمام بالتفاصيل وسوء تصميم المعدات.

يوضح المنطق السليم أنه من الأفضل بكثير تقليل حجم السائل الذي يتم تدويره في نظام الدائرة المغلقة. وهذا يضمن تقليل حجم المبادل الحراري والتكلفة إلى الحد الأدنى.

يوضح المنطق السليم أنه من الأفضل بكثير عزل المائع عند واجهات مانع التسرب الميكانيكية عن المائع في حجرة مانع التسرب الذي يتم تسخينه بشكل فائق عن طريق النقل الحراري الحراري الحراري من مضخة المعالجة.

من خلال الاهتمام بهذين التفصيلين المنطقيين، ينتج عن ذلك العديد من الفوائد المباشرة وغير المباشرة.

أنت لا تخلق بيئة تبريد مثالية لطول عمر مانع التسرب الميكانيكي فحسب، بل إنك توفر أيضًا مبالغ طائلة من المال على تكاليف النفقات الرأسمالية لشراء معدات تبادل حراري كبيرة الحجم.

وعلاوة على ذلك، فإنك توفر في تكاليف إمدادات المياه إما عن طريق الاستغناء التام عن المياه من النظام، أو تقليل تدفق المياه إلى المبادل الحراري.

وأخيرًا، وربما يكون التوفير الأكثر أهمية، فإن تصميم مانع التسرب الأنيق يحقق وفورات في التكلفة الحرارية/الحرارية من خلال جعل مضخة المعالجة أكثر كفاءة عند التشغيل في درجات حرارة عالية.

لذا، فإن الاهتمام بالتفاصيل عند اختيار معدات الخطة 23 وتصميمها وتشغيلها أمر مهم للغاية.

‍

مزيد من المعلومات

اتصل بفريق المبيعات التقني في شركة Reliability Seals للحصول على مزيد من المعلومات أو للتسجيل في "برنامجنا التدريبي للموثوقية على الإنترنت لوقت التشغيل".

"التعلّم عملية اكتشاف مستمرة بلا نهاية" - بروس لي (فنان وممثل في فنون الدفاع عن النفس)