השפעת נוזל נפט על סתימת שסתומים וביצועי דליפה

סקירה אחת

בתעשיית הנפט, שסתומים הם אחד הציוד המרכזי המשמש לשליטה וויסות זרימת נוזלי הנפט. עם זאת, למאפיינים של נוזל נפט יש השפעה חשובה על ביצועי הסתימה והדליפה של השסתומים. בגלל אופיו המורכב של שמן, שסתומים מתמודדים לעתים קרובות עם האתגר של דליפה וחסימה בפעולה בפועל. לכן, מחקר מעמיק של ההשפעה של נוזל נפט על מנגנון ביצועי השסתומים, לשיפור האמינות והבטיחות של השסתומים הוא בעל משמעות רבה.

1.1 פונקציות של השסתום

תפקידו העיקרי של שסתום הוא לשלוט על הזרימה והלחץ של הנוזל בצינור על ידי פתיחה או סגירה של השסתום. קח לדוגמא את שסתום השער, זהו שסתום ישר דרך, הידוע גם בשם שסתום שער סכין, מכיוון שהשער שלו דומה ללהב הנקרא. שסתום השער שולט בזרימת הנוזל על ידי הרמה או לחיצה על השער בשסתום. כאשר השער מורם במלואו, הנוזל יכול לעבור דרך השסתום ללא הפרעה; כאשר השער נלחץ במלואו, השסתום סגור לחלוטין, ומונע מהנוזל לעבור דרכו. על ידי התאמת מיקום השער, ניתן לנתק את הנוזל באופן חלקי או מלא; ניתן להשתמש בשסתום השער גם כדי לשלוט בלחץ בצינור. כאשר הנוזל עובר דרך השער, מהירותו יורדת, מה שמגביר את הלחץ בצינור. על ידי הרמה חלקית או סגירה של השער, ניתן להתאים את קצב הזרימה של הנוזל, ובכך להשפיע על הלחץ בצינור, יכול למעשה למנוע דליפת נוזל. מכיוון שהחיכוך בין השער למושב הגדול יותר, שסתומי השער מתאימים בדרך כלל לצורך באירועי כוח הפעלה גדולים יותר. לסיכום, שסתומי שער נמצאים בשימוש נרחב בייצור תעשייתי ומערכות צנרת כסוג נפוץ של שסתום, מבנה שסתום שער כפי שמוצג באיור 1.

1.2 מאפיינים של נוזלי נפט והשפעותיהם על שסתומים

נפט הוא נוזל מורכב בעל מאפיינים רבים שיש להם השפעה ישירה על פעולתם וביצועיהם של שסתומים. ראשית, לנוזלי נפט יש צמיגות גבוהה. צמיגות היא מידת הצמיגות של נוזל נפט, כלומר האינטראקציה בין המולקולות בנוזל. צמיגות גבוהה של נוזל שמן דרך השסתום תיצור התנגדות גדולה יותר, תגביר את כוח הפעולה של השסתום ותשפיע על מהירות הפתיחה והסגירה של השסתום. לכן, בבחירת השסתומים צריך לשקול את הצמיגות של נוזל השמן, בחר את סוג השסתום והחומר המתאים כדי לעמוד בדרישות זרימת הנוזל. שנית, לנוזל הנפט יש מידה מסוימת של קורוזיה. הנפט מכיל גופרית, חומצות וחומרים קורוזיביים אחרים העלולים לשתות חומרי שסתומים ולגרום לנזק ודליפה לשסתומים. לכן, בעיבוד והובלה של נוזלי נפט, צריך לבחור חומרי שסתום עמיד בפני קורוזיה, כגון נירוסטה, פלדת סגסוגת, כדי להבטיח את האמינות ואת חיי השירות של השסתום.

2 מחקר של ביצועי סתימת שסתומים

2.1 הגדרה וסיבה לסתימת שסתומים

2.1.1 סיווג שסתום סתימת שסתום

סתימה היא כאשר מעבר בתוך או סביב שסתום חסום, מצב שבו נוזל לא יכול לעבור דרך שסתום או זרימה מוגבלת מאוד. סתימת שסתומים עלולה להשפיע על הפעולה הרגילה של מערכת הנוזלים ועלולה לגרום לסדרה של בעיות. ישנן סיבות רבות לתקיעת שסתומים:

(1) חלקיקים מוצקים שהצטברו בחלק מהנוזלים, יהיו כמה חלקיקים מוצקים, כגון משקעים, זיהומים, חלקיקי קורוזיה. חלקיקים אלה עלולים להצטבר במעבר הזרימה או בקרבתו כאשר הנוזל עובר דרך השסתום, ולגרום לחסימה. בפרט, עבור חלק ממרכיבי השסתום עם נקבוביות קטנות, חומר חלקיקי נוטה להצטבר ולחסום את תעלת הזרימה.

(2) חלק מהנוזלים מתמצקים ומתגבשים בטמפרטורה נמוכה יותר ויוצרים חומרים מוצקים, כגון גריז וקולואיד. כאשר חומרים אלו חודרים אל השסתום, הם עלולים להתמצק עקב שינויי טמפרטורה או גורמים אחרים, מה שגורם לשסתום להיתקע [8] . מצב זה בטמפרטורה נמוכה, צמיגות גבוהה של המדיום הנוזל נפוץ יותר.

(3) כאשר החומר בתוך השסתום מגיב עם הנוזל, עלולים להיווצר מוצרי קורוזיה, כגון חלודה וקרביד. מוצרי קורוזיה אלו עלולים להצטבר בתוך השסתום, לחסום את מעבר הזרימה ולגרום לסתימת השסתום.

2.1.2 מנגנון ההשפעה של נוזלי נפט על השסתום

סתימת ההשפעה של נוזלי נפט על סתימת שסתומים נקבעת על פי המאפיינים וההרכב שלהם. נוזלי נפט מכילים בדרך כלל חלקיקים מוצקים, חומרים קורוזיביים וצמיגות גבוהה. ראשית, חלקיקים מוצקים בנוזלי נפט משחקים תפקיד מרכזי בסתימת שסתומים. חלקיקים אלו עשויים להגיע מהנפט הגולמי בחול, משקעים, זיהומים וכו', עשויים להיווצר גם בתהליך ההובלה של חלקיקי משקעים או חלודה. כאשר הנוזל עובר דרך השסתום, חלקיקים אלו עלולים להצטבר במעבר הזרימה ולאטום פנים השסתום, ויוצרים חסימה בהדרגה. בפרט, בכמה נקבוביות קטנות של מרכיבי השסתום, חלקיקים יכולים להצטבר בקלות וליצור פקק. שנית, חומרים מאכלים בנוזלי נפט יכולים גם לגרום לסתימת שסתומים. הנפט עשוי להכיל כמות מסוימת של גופרית, חומרים חומציים ורכיבים כימיים אחרים, חומרים אלה וחומרי שסתומים יגיבו עם מוצרי קורוזיה. מוצרי קורוזיה אלו עלולים להצטבר בציר השסתום הפנימי, משטח האיטום והמושב, ולגרום בהדרגה לסתימה של השסתום. במיוחד במקרה של קצב זרימת נוזלים נמוך, סביר יותר שמוצרי קורוזיה יצטברו ויוצרים פקק. לבסוף, הצמיגות הגבוהה של נוזלי נפט יכולה להשפיע גם על סתימת שסתומים. צמיגות גבוהה של נוזל שמן דרך השסתום תיצור התנגדות גדולה יותר, תגביר את כוח הפעולה של השסתום ועלולה להוביל לסתימה.

מחקר ביצועי דליפות של 3 שסתומים

3.1 הגדרה וניתוח סיבה של דליפת שסתומים

3.1.1 סיווג שסתום דליפת שסתום

דליפה היא התופעה של השסתום במצב סגור, נוזל עדיין יכול לברוח או להיכנס דרך הרווח בין משטח איטום השסתום. דליפת שסתומים מסווגת בדרך כלל לקטגוריות הבאות.

(1) דליפה פנימית, מתייחסת לשסתום במצב סגור, הזרימה מצד הלחץ הגבוה של השסתום לצד הלחץ הנמוך של התופעה. דליפה פנימית עשויה לנבוע מפגמים, בלאי או נזק בין משטחי איטום, או הזדקנות חומרי איטום, קורוזיה וסיבות אחרות.

(2) דליפה חיצונית, מתייחסת לשסתום במצב סגור, המדיה החיצונית דרך משטח איטום השסתום לתוך התופעה הפנימית של השסתום. דליפה חיצונית עשויה לנבוע מפגמים בין משטחי האיטום, בלאי או נזק, או בעיות באיטום הגבעול וסיבות אחרות.

(3) דרך דליפה, מתייחס לשסתום במצב סגור, נוזל יכול לא רק לברוח מהצד בלחץ הגבוה של השסתום, אלא גם מהצד בלחץ הנמוך של השסתום לתוך התופעה. דליפה דרך עשויה להיות בגלל משטח איטום השסתום בין התרופפות, בלאי או נזק, או אטם גזע וגוף השסתום בין הבעיות שנגרמו על ידי.

3.1.2 מנגנון ההשפעה של נוזלי נפט על השסתום

דליפת נפט הוא נוזל מורכב שבדרך כלל יש כמות מסוימת של לחץ בצנרת, ונפט בלחץ גבוה עשוי להפעיל לחץ גדול יותר על משטח איטום השסתומים, והגדיל את האפשרות לדליפה. במיוחד כאשר השסתום סגור, בגלל האינרציה של השמן, שמן עלול לפגוע במשטח איטום השסתום, וכתוצאה מכך לדליפה זמנית; שמן בתהליך האספקה ​​עשוי להיות מושפע מהטמפרטורה, שינויי טמפרטורה יכולים להוביל להתרחבות או התכווצות של חומר השסתום, מה שמשפיע על ביצועי האיטום. ככל שהטמפרטורה עולה, החומר על משטח איטום השסתום עשוי להתרחב, מה שמוביל לפער גדול יותר, מה שמגביר את האפשרות של דליפה; השמן עשוי להכיל חומרים קורוזיביים או חלקיקים מוצקים, מגע ארוך טווח עלול לגרום לקורוזיה או שחיקה של משטח איטום השסתום, מה שמפחית את ביצועי האיטום של השסתום. קורוזיה ושחיקה יהפכו את משטח האיטום לא חלק, מה שמגדיל את האפשרות של דליפה.

3.2 בדיקת ביצועי דליפת שסתומים

בדיקת ביצועי דליפת שסתומים כוללת בעיקר את השיטות הבאות.

(1) מבחן איטום סטטי מבחן האיטום הסטטי הוא להפעיל לחץ מסוים על השסתום כדי לזהות את השסתום במצב סגור של דליפה. שיטות הבדיקה הנפוצות כוללות בדיקת אטימות אוויר ובדיקת אטימות נוזלים. קריטריוני ההערכה מבוססים לרוב על כמות הנזילה, רמת הנזילה או סיווג רמות הנזילה.

(2) בדיקת מומנט בדיקת מומנט משמשת להערכת ביצועי האיטום של שסתום על ידי מדידת המומנט הנדרש לסגירת השסתום. מומנט גבוה יותר פירושו בדרך כלל ביצועי איטום טובים יותר.

(3) בדיקת שימור לחץ בוחנת בעיקר את הדליפה של השסתום בלחץ מסוים, ומעריכה אם השסתום יכול לשמור על הלחץ יציב בזמן מסוים.

(4) מבחן מחזור בדיקת מחזור הוא בדיקת דליפה של השסתום לאחר פעמים רבות של פתיחה וסגירה, מה שיכול להעריך את ביצועי האיטום של השסתום לאחר זמן רב של שימוש.