صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valves

صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve


صمام السيطرة هو صمام يستخدم للتحكم في تدفق الموائع عن طريق تغير حجم التدفق (الفتح أو الإغلاق كليًا أو جزئيًا) استجابةً للإشارات الواردة من جهاز سيطرة خارجي. يتيح ذلك السيطرة المباشر في معدل التدفق والسيطرة المترتبة على متغيرات العملية (Process variable) مثل الضغط والتدفق ودرجة الحرارة ومستوى السائل. يؤدي صمام السيطرة العمل المادي وهو يعتبر العنصر الذي يؤثر بشكل مباشر على العملية.


صمام السيطرة يعتبر عنصر السيطرة النهائي (Final Control Element) الأكثر شيوعًا في الصناعات التي تحتاج الى سيطرة على العمليات المختلفة. يقوم صمام السيطرة بمعالجة الموائع المتدفقة، مثل الغاز أو البخار أو الماء أو المركبات الكيميائية للتعويض عن الاضطراب والحفاظ على متغير العملية عند نقطة التحديد المرغوبة.


إقرأ أيضاً

الصمامات النفطية


لماذا نستخدم صمامات السيطرة؟

تتكون المحطات النفطية ومصانع المعالجة من مئات أو حتى الآلاف من حلقات تدعى حلقات السيطرة (Control Loops) وتكون جميعها متصلة ببعضها البعض للتحكم بنوعية المنتج وكميته.

صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (1) حلقة السيطرة.


تم تصميم كل حلقة من حلقات السيطرة هذه للاحتفاظ ببعض متغيرات العملية (pv) المهمة مثل الضغط والتدفق والمستوى ودرجة الحرارة وما إلى ذلك ضمن نطاق التشغيل المطلوب لضمان جودة المنتج النهائي.


تقوم حلقات السيطرة بالتفاعل مع بعضها البعض في شبكة السيطرة عن طريق تحسس وخلق اضطرابات تؤثر على متغير العملية.


تقوم المتحسسات (Sensors) بجمع معلومات حول متغير العملية وعلاقته بنقاط التحديد المرغوبه (Set point) وترسل المعلومات عن طريق المرسلات (Transmitters) الى المسيطر (Controller)، الذي يعمل على معالجة هذه المعلومات ومقارنتها وتقرر ما يجب القيام به لإعادة متغير العملية إلى حيث يجب أن يكون بعد حدوث الاضطراب. بالتالي يقوم المسيطر بارسال اشارة سيطرة (Control Signal) الى عنصر السيطرة النهائي (Final Control Element) والذي هو صمام السيطرة. تدعى جميع المكونات اعلاه بحلقة السيطرة.


مبادئ التشغيل

عادةً ما يتم فتح أو إغلاق صمامات السيطرة (التحكم) تلقائيًا بواسطة مشغلات كهربائية أو هيدروليكية أو تعمل بالهواء المضغوط. تُستخدم أدوات تحديد الموضع (Positioners) للتحكم في فتح أو إغلاق المشغل بناءً على الإشارات الكهربائية أو الهوائية.


تُستخدم الصمامات التي تعمل بالهواء (Pneumatic actuator) بشكل شائع بسبب بساطتها، حيث إنها لا تتطلب سوى مصدر هواء مضغوط، بينما تتطلب الصمامات التي تعمل بالكهرباء (Electric actuator) كابلات إضافية ومفاتيح تبديل، وتتطلب الصمامات المشغلة هيدروليكيًا (Hydraulic actuator) خطوط إمداد وعودة عالية الضغط للسائل الهيدروليكي.

يتم إستخدام الاشارات التقليدية التي تعتمد على 3-15 psi (0.2 إلى 1.0 bar)، اما الآن فتعتبر إشارات 4-20 mA هي الاكثر شيوعاً في الصناعة.


الأجزاء الأساسية

يتكون صمام السيطرة من جزئين رئيسيين هما:

  1. جزء المشغل (Actuator Part).
  2. جزء الجسم (Body Part).

صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (2) الاجزاء الاساسية لصمامات السيطرة.


Actuator Part

بالنسبة لصمامات السيطرة فهي اما ان تكون صمامات ذو مشغلات كهربائية او هيدرولكية او هوائية. تعتبر المشغلات الهوائية الاكثر شيوعاً واستخداماً في الصناعة النفطية بسبب سهولة صيانتها وتبديلها.

مكونات المشغل المختلفة:

  • Eye Bolt: تستخدم مع الخطاف لغرض تحريك الصمام.
  • Diaphragm: وهو عبارة عن قطعة مرنة من مادة تنثني استجابة للإشارة الهوائية الواردة من وحدة التحكم. يوفر الغشاء (Diaphragm) مع حجرة الغشاء (Diaphragm Case) منطقة فعالة ثابتة بشكل ملحوظ خلال حركة الصمام.
  • Diaphragm Plate: صفيحة معدنية تلائم الغشاء المقولب وتنقل قوة الحجاب الحاجز إلى الساق.
  •   Diaphragm Case: تُستخدم لإحاطة الغشاء (Diaphragm) لتشكيل حجرتي ضغط، واحدة فوق الغشاء والاخرى تحته. عند الحافة الخارجية تكون الأسطح المانعة للتسرب المنحدرة بعيدتاً عن الغشاء، لضمان ختم محكم للضغط (seal) داخل دائرة البراغي (Bolt) عند الحافة الداخلية.
  • Actuator Spring: يعارض ضغط الهواء على الغشاء للتحكم في حركة المشغل. كما أنه يدفع المشغل للعودة إلى الوضع الأصلي عند فشل ضغط الهواء.
  • Actuator Stem: قضيب معدني يربط Diaphragm Plate بساق الصمام (Valve stem).
  • Scale Plate: يعتمد على موضع الصمام بين 0-100%.
  • Stem Connector: يعمل على ربط ساق المشغل بساق السدادة.
  • Yoke: وهو مكون يعمل على توصيل جزء المشغل بجزء جسم الصمام.

Body Part

وهو الجزء الذي يكون على اتصال مباشر مع المائع. ويتكون من معادن تتحمل ضغوط ودرجات حرارة مختلفة. 
  • Packing Flange: يستخدم لضغط براغي التثبيت (Bolt) للحفاظ على مواد التحشية داخل صندوق الحشوات (Packing Box).
  • Packing Follower: تُستخدم لتوجيه وضغط مادة التحشية من خلال فتحة الغلاف (Bonnet).
  • Packing: تُستخدم لتوفير الختم المحكم ومنع التسرب عبر تجويف الغلاف.
  • Packing Box: يحيط بمكونات الختم (Sealing) في منطقة دخول ساق الصمام إلى الغلاف أو جسم الصمام.
  • Yoke Lock Nut: عبارة عن صامولة قفل متينة تستخدم لتثبيت المشغل وجسم الصمام.  يوفر ترتيب ربط الجزأين المحاذاة الصحيحة للمشغل والجسم بالإضافة إلى القوة الكافية.
  • Valve Stem: عبارة عن قضيب متصل بساق المشغل وممتد عبر مجموعة الغلاف للسماح بتموضع سدادة الصمام.
  • Bonnet: يقوم الغلاف بإحاطة سدادة الصمام في جسم الصمام.
  • Gasket: يستخدم لمنع التسربات في مناطق الاتصال وكذلك بين الجسم والغلاف.
  • Guide Ring: توجد في الغلاف لمحاذاة السدادة بشكل مستقيم.
  • Guide Bushing: تعمل على مساندة حلقة التوجيه (Guide Ring).
  • Valve Plug: جزء متحرك يوفر فتحة متغيرة في منفذ الموائع.
  • Seat Ring: يلامس سدادة الصمام (Valve Plug) لإغلاق الصمام بإحكام أثناء وضع الإغلاق.
  • Valve Body: وهو عبارة عن جزء يحيط او يحتوي الأجزاء الداخلية للصمام وبه منافذ الدخول والخروج للموائع. غالبًا ما يستخدم مصطلح جسم الصمام أو حتى الجسم فقط للإشارة إلى جسم الصمام جنبًا إلى جنب مع مجموعة الغلاف وأجزاء القطع المضمنة. بشكل أكثر ملاءمة يجب أن تسمى هذه المجموعة من المكونات، مجموعة جسم الصمام.

أنواع صمامات السيطرة

تصنف صمامات السيطرة وفقا لحركة عضو الاغلاق الى نوعين هما صمامات الحركة الخطية (Linear Motion) وصمامات الحركة الدورانية (Rotary Motion).


Linear Motion

تحتوي صمامات الحركة الخطية على عضو إغلاق يتحرك بحركة خطية لتعديل معدل التدفق عبر الصمام. يتم تسمية صمامات الحركة الخطية بشكل عام على شكل عضو إغلاقها. تشمل صمامات الحركة الخطية الشائعة صمامات globe, gate, diaphragm, pinch.


Globe Valve

سميت الصمامات الكروية (globe valve) بهذا الاسم بسبب تجويفها ذي الشكل الكروي حول منطقة مقعد الصمام (set). عضو إغلاق الصمام عبارة عن سدادة ذات قاع مسطح أو محدب يتم إنزاله على مقعد أفقي مطابق يقع في وسط الصمام. يؤدي رفع ساق الصمام إلى فتح الصمام، مما يسمح بتدفق السوائل. تتميز الصمامات الكروية بخصائص خنق جيدة، ولكن نظرًا لأن مسار التدفق ليس خطيً، فإن لديها انخفاض ضغط مرتفع نسبيًا عبر الصمام. تُستخدم الصمامات الكروية في تطبيقات الخنق والإغلاق حيث يكون انخفاض الضغط هذا مقبولاً. ويوجد هذا النوع من صمامات السيطرة على ثلاث انواع:

  • Z body
  • Y body
  • angle
صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (3) انواع صمام الخنق الكروي.


Gate Valve
عضو إغلاق صمام البوابة هو عبارة عن وجه مسطح، أو قرص عمودي، أو بوابة تنزلق لأسفل عبر الصمام لمنعها التدفق. صممت صمامات البوابة لتعمل في وضع الفتح الكامل (fully open) أو الغلق الكامل (fully closed) وبالتالي فهي موجودة فقط في
 تطبيقات إيقاف التدفق. عند الفتح الكامل، تتم إزالة القرص تمامًا من تيار التدفق. لا توجد مقاومة للتدفق تقريبًا عندما يكون الصمام مفتوحًا بالكامل، وبالتالي تعمل صمامات السيطرة البوابية مع انخفاض ضغط بسيط عبر الصمام. تتميز صمامات البوابة بخصائص اختناق تدفق رديئة للغاية لذلك تستخدم لأغراض الاختناق. لمعلومات اكثر عن صمام البوابة.
صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (4) صمام السيطرة البوابة.


Diaphragm Valve
عضو إغلاق الصمام هو عبارة عن سطح مرن (Diaphragm) مشوه لذلك يدعى بصمام الرق او الصمام الغشائي. الميزة الرئيسية لصمام هو أنه لا يستدعي وجود عزل في الساق (stem seal). تُستخدم الصمامات الغشائية في الغالب لااغراض الإغلاق على الاطيان أو السوائل المسببة للتآكل أو اللزوجة، ولكن يمكن استخدامها أيضًا في تطبيقات الخنق.

صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (5) صمام السبطرة الرقي.

يمكن استخدام صمامات السيطرة الغشائية في تطبيقات الضخ بضغط ثابت محدد على الغشاء (Diaphragm). يسمح هذا بإيقاف التدفق في حالة عدم وجود قوة دافعة (مضخة)، ولكن يسمح بالتدفق عندما يتم إنشاء ضغط كافٍ في الأنبوب للتغلب على قوة الغشاء.

Pinch Valve
الصمام القرصي (Pinch Valve) يشبه الصمام الغشائي (DiaphragmValve)، ولكن في صمام القرص يكون جسم الصمام بأكمله مرنًا ويضغط عضو الإغلاق على الصمام لإغلاق التدفق. نظرًا لأن صمام القرصي لا يحتوي على عوائق داخلية، فإنه يتميز بانخفاض ضغط منخفض جدًا ومناسب تمامًا لتطبيقات السوائل التي تحتوي على كميات كبيرة من المواد الصلبة العالقة والاطيان.
صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (6) صمام السيطرة القرصي.


Rotary Motion

تحتوي صمامات السيطرة الدوارة على عضو إغلاق يتحرك بحركة دورانية لتعديل معدل التدفق عبر الصمام. يتم تسمية صمامات التحكم الدوارنية بشكل عام لشكل عضو إغلاقها كما هو الحال صمامات الحركة الخطية. تشمل صمامات الحركة الدوارنية الشائعة، الصمامات الكروية (Ball valve) والفراشة (Butterfly valve) والسدادة (Plug valve).

Ball Valve
يتشكل عضو الاغلاق في الصمام الكروي على شكل كرة ذات منفذ لتدفق السوائل. يسمح صمام التحكم الكروي بالتدفق المباشر في الوضع المفتوح ويغلق التدفق عندما تدور الكرة 90 درجة. الصمامات التحكم الكروية توجد عادة في تطبيقات الغلق والفتح الكامل (full close/full open) بسبب كونها صمامات ذو ربع دورة وذو ضغط منخفض. اعتمادًا على تكوين منفذ التدفق الخاص بالكرة، يمكن استخدامها أيضًا في تطبيقات الخنق. لمعلومات اكثر عن الصمام الكروي.
صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (7) صمام السيطرة الكروي.


Butterfly Valve
عضو الإغلاق في صمام السيطرة الفراشي عبارة عن قرص دائري أو ريشة ذات محور بزاوية قائمة على اتجاه التدفق في الأنبوب. كما في الصمامات التحكم الكروية، يسمح صمام الفراشة بالتدفق المباشر في وضع الفتح ويغلق التدفق عندما تدور الكرة 90 درجة. صمامات الفراشة توجد عادة في تطبيقات الغلق والفتح الكامل (full close/full open) ايضاً بسبب كونها صمامات ذو ربع دورة وذو ضغط منخفض. على عكس الصمامات السيطرة الكروية، لا تُستخدم صمامات الفراشة عمومًا لتطبيقات الخنق. تتمثل ميزة صمام الفراشة على الصمام الكروي في تماسكه النسبي. لمعلومات اكثر عن صمام الفراشة.
صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (8) صمام السيطرة الفراشي.


Plug Valve
عضو إغلاق صمام السيطرة السدادي عبارة عن سدادة أسطوانية الشكل أو أسطوانية مخروطية الشكل مع منفذ تدفق.
كما في الصمام الكروي، يسمح الصمام السدادي بالتدفق المباشر في وضع الفتح ويغلق التدفق عند تدوير الكرة 90 درجة. توجد صمامات السدادة في الغالب في تطبيقات الغلق والفتح الكامل. ومع ذلك، تتوفر صمامات السدادة بأحجام أكبر بكثير من الصمامات الكروية.

صمامات السيطرة وأنواعها | Control Valve
شكل (9) صمام السيطرة السدادي.

المصادر

  1. Basic Parts of Control Valves. (د.ت). instrumentationtools.com. تم الاسترجاع 2022-1-14.
  2. What are the Types of control Valves?. 2018-5-3. automationforum.co. تم الاسترجاع 2022-1-14.
  3. Basic parts of control valves. 2018-3-18. automationforum.co. تم الاسترجاع 2022-1-14.

إقرأ أيضاً







وضع القراءة :
حجم الخط
+
16
-
تباعد السطور
+
2
-