في عملية الإنتاج الكيميائي، لا يؤثر الضغط على علاقة التوازن ومعدل التفاعل لعملية الإنتاج فحسب، بل يؤثر أيضًا على المعلمات المهمة لتوازن مواد النظام. في عملية الإنتاج الصناعي، تتطلب بعض المواد ضغطًا أعلى بكثير من الضغط الجوي، مثل البولي إيثيلين عالي الضغط. تُجرى عملية البلمرة عند ضغط عالٍ يبلغ 150 ميجا باسكال، بينما يحتاج بعضها الآخر إلى أن يُجرى عند ضغط سلبي أقل بكثير من الضغط الجوي، مثل التقطير الفراغي في مصافي النفط. يبلغ ضغط البخار عالي الضغط في مصنع PTA الكيميائي 8.0 ميجا باسكال، ويبلغ ضغط تغذية الأكسجين حوالي 9.0 ميجا غالون. نظرًا لكثرة قياس الضغط، يجب على المشغل الالتزام الصارم بقواعد استخدام أجهزة قياس الضغط المختلفة، وتعزيز الصيانة اليومية، وتجنب أي إهمال أو تهاون. قد يتسبب كل ذلك في أضرار وخسائر فادحة، مما يؤدي إلى الفشل في تحقيق أهداف الجودة العالية والإنتاجية العالية والاستهلاك المنخفض والإنتاج الآمن.
القسم الأول المفهوم الأساسي لقياس الضغط
- تعريف الإجهاد
في الإنتاج الصناعي، يُشار عادةً بالضغط إلى القوة المؤثرة عموديًا وبشكل منتظم على وحدة مساحة، ويُحدد حجمها بمساحة تحمل القوة وحجم القوة العمودية. ويُعبر عنها رياضيًا بالصيغة التالية:
P=F/S حيث P هو الضغط وF هي القوة الرأسية وS هي مساحة القوة
- وحدة الضغط
في مجال تكنولوجيا الهندسة، تعتمد بلدي النظام الدولي للوحدات (SI). وحدة قياس الضغط هي باسكال (Pa)، و1 باسكال هو الضغط الناتج عن قوة مقدارها نيوتن واحد (N) تؤثر عموديًا وبشكل منتظم على مساحة متر مربع واحد (M2)، ويُعبر عنها بوحدة نيوتن/متر مربع (N/m2). بالإضافة إلى باسكال، يمكن أن تكون وحدة الضغط أيضًا كيلوباسكال وميجا باسكال. معامل التحويل بينهما هو: 1 ميجا باسكال = 103 كيلوباسكال = 106 باسكال.
بفضل الممارسة المتوارثة لسنوات طويلة، لا يزال الضغط الجوي الهندسي مستخدمًا في الهندسة. لتسهيل التحويل المتبادل، يُدرج في الشكل 2-1 علاقات التحويل بين وحدات قياس الضغط الشائعة.
| وحدة الضغط | جو هندسي كجم/سم2 | مم زئبق | ممH2O | أجهزة الصراف الآلي | Pa | حاجِز | 1ب/إن2 |
| كجم/سم2 | 1 | 0.73×103 | 104 | 0.9678 | 0.99×105 | 0.99×105 | 14.22 |
| مم زئبق | 1.36×10-3 | 1 | 13.6 | 1.32×102 | 1.33×102 | 1.33×10-3 | 1.93×10-2 |
| ممH2o | 10-4 | 0.74×10-2 | 1 | 0.96×10-4 | 0.98×10 | 0.93×10-4 | 1.42×10-3 |
| أجهزة الصراف الآلي | 1.03 | 760 | 1.03×104 | 1 | 1.01×105 | 1.01 | 14.69 |
| Pa | 1.02×10-5 | 0.75×10-2 | 1.02×10-2 | 0.98×10-5 | 1 | 1×10-5 | 1.45×10-4 |
| حاجِز | 1.019 | 0.75 | 1.02×104 | 0.98 | 1×105 | 1 | 14.50 |
| يب/إن2 | 0.70×10-2 | 51.72 | 0.70×103 | 0.68×10-2 | 0.68×104 | 0.68×10-2 | 1 |
- طرق التعبير عن التوتر
هناك ثلاث طرق للتعبير عن الضغط: الضغط المطلق، ضغط القياس، الضغط السلبي أو الفراغ.
يُطلق على الضغط تحت الفراغ المطلق اسم ضغط الصفر المطلق، ويُطلق على الضغط المعبر عنه على أساس ضغط الصفر المطلق اسم الضغط المطلق.
ضغط القياس هو الضغط المعبر عنه على أساس الضغط الجوي، وبالتالي فهو يبعد بمقدار ضغط جوي واحد (0.01 ميجا باسكال) عن الضغط المطلق.
أي: جدول P = P مطلق - P كبير (2-2)
يُطلق على الضغط السلبي في كثير من الأحيان اسم الفراغ.
ومن الصيغة (2-2) يتبين أن الضغط السالب هو ضغط المقياس عندما يكون الضغط المطلق أقل من الضغط الجوي.
العلاقة بين الضغط المطلق، وضغط القياس، والضغط السلبي أو الفراغ موضحة في الشكل أدناه:
معظم قيم إشارة الضغط المستخدمة في الصناعة هي ضغط المقياس، أي أن قيمة إشارة مقياس الضغط هي الفرق بين الضغط المطلق والضغط الجوي، وبالتالي فإن الضغط المطلق هو مجموع ضغط المقياس والضغط الجوي.
القسم 2 تصنيف أجهزة قياس الضغط
نطاق الضغط المطلوب قياسه في الإنتاج الكيميائي واسع جدًا، ولكلٍّ منه خصائصه الخاصة في ظل ظروف عملية مختلفة. وهذا يتطلب استخدام أجهزة قياس ضغط ذات هياكل ومبادئ عمل مختلفة لتلبية متطلبات الإنتاج المختلفة.
وفقا لمبادئ التحويل المختلفة، يمكن تقسيم أجهزة قياس الضغط تقريبًا إلى أربع فئات: مقاييس ضغط العمود السائل؛ مقاييس الضغط المرنة؛ مقاييس الضغط الكهربائية؛ مقاييس ضغط المكبس.
- مقياس ضغط عمود السائل
يعتمد مبدأ عمل مقياس ضغط عمود السائل على مبدأ الهيدروستاتيكا. يتميز جهاز قياس الضغط المُصنّع وفقًا لهذا المبدأ بهيكل بسيط، وسهولة في الاستخدام، ودقة قياس عالية نسبيًا، وتكلفة منخفضة، وإمكانية قياس الضغوط الصغيرة، مما يجعله واسع الاستخدام في الإنتاج.
يمكن تقسيم مقاييس ضغط عمود السائل إلى مقاييس ضغط على شكل أنبوب على شكل حرف U، ومقاييس ضغط أحادية الأنبوب، ومقاييس ضغط أنبوب مائل وفقًا لهياكلها المختلفة.
- مقياس الضغط المرن
يُستخدم مقياس الضغط المرن على نطاق واسع في الإنتاج الكيميائي نظرًا لمزاياه التالية: هيكل بسيط، ومتانة وموثوقية عالية، ونطاق قياس واسع، وسهولة الاستخدام والقراءة، وسعر منخفض، ودقة عالية، وسهولة إرسال التعليمات عن بُعد، والتسجيل التلقائي، وغيرها.
يُصنع مقياس الضغط المرن باستخدام عناصر مرنة متنوعة بأشكال مختلفة لإنتاج تشوه مرن تحت الضغط المراد قياسه. ضمن الحد المرن، تكون إزاحة خرج العنصر المرن في علاقة خطية مع الضغط المراد قياسه. لذا، يكون مقياسه موحدًا، وتختلف مكوناته المرنة، ويختلف نطاق قياس الضغط أيضًا، مثل مكونات الحجاب الحاجز المموج والمنفاخ، المستخدمة عمومًا في مناسبات قياس الضغط المنخفض والمنخفض، وأنبوب زنبركي حلزوني مفرد (يُختصر باسم أنبوب زنبركي) وأنبوب زنبركي حلزوني متعدد الاستخدامات لقياس الضغط العالي والمتوسط أو الفراغي. من بينها، يتميز أنبوب الزنبرك الحلزوني أحادي الملف بنطاق واسع نسبيًا لقياس الضغط، لذا فهو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الإنتاج الكيميائي.
- أجهزة إرسال الضغط
تُستخدم حاليًا أجهزة إرسال الضغط الكهربائية والهوائية على نطاق واسع في المصانع الكيميائية. وهي أجهزة تقيس الضغط المُقاس باستمرار، وتُحوّله إلى إشارات قياسية (ضغط الهواء والتيار). يمكن إرسالها لمسافات طويلة، ويمكن تحديد الضغط وتسجيله وضبطه في غرفة التحكم المركزية. ويمكن تقسيمها إلى ضغط منخفض، وضغط متوسط، وضغط مرتفع، وضغط مطلق، وفقًا لنطاقات قياس مختلفة.
القسم 3: مقدمة عن أجهزة الضغط في المصانع الكيميائية
في المصانع الكيميائية، تُستخدم عادةً مقاييس ضغط أنابيب بوردون. ومع ذلك، تُستخدم أيضًا مقاييس الضغط الغشائية، والغشائية المموجة، واللولبية، وفقًا لمتطلبات العمل ومتطلبات المواد.
القطر الاسمي لمقياس الضغط في الموقع هو 100 مم، ومصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ. وهو مناسب لجميع الظروف الجوية. مزود بوصلة مخروطية موجبة 1/2HNPT، وزجاج أمان، وغشاء تنفيس، ومؤشر وتحكم في الموقع، وهو هوائي. دقته ±0.5% من المقياس الكامل.
يُستخدم جهاز إرسال الضغط الكهربائي لنقل الإشارات عن بُعد. يتميز بدقة عالية وأداء ممتاز وموثوقية عالية. تبلغ دقته ±0.25% من المقياس الكامل.
يستخدم نظام الإنذار أو القفل مفتاح ضغط.
القسم 4 تركيب واستخدام وصيانة مقاييس الضغط
إن دقة قياس الضغط لا تتعلق فقط بدقة مقياس الضغط نفسه، بل تتعلق أيضًا بما إذا كان مثبتًا بشكل معقول، وما إذا كان صحيحًا أم لا، وكيفية استخدامه وصيانته.
- تركيب مقياس الضغط
عند تركيب مقياس الضغط، يجب الانتباه إلى ما إذا كانت طريقة الضغط والموقع المحددين مناسبين، مما يؤثر بشكل مباشر على عمر الخدمة ودقة القياس وجودة التحكم.
متطلبات نقاط قياس الضغط، بالإضافة إلى الاختيار الصحيح لموقع قياس الضغط المحدد على معدات الإنتاج، يجب أثناء التركيب الحفاظ على محاذاة السطح الداخلي لأنبوب الضغط المُدخل في معدات الإنتاج مع الجدار الداخلي لنقطة توصيل معدات الإنتاج. يجب ألا تكون هناك أي نتوءات أو نتوءات لضمان الحصول على الضغط الساكن بشكل صحيح.
من السهل ملاحظة موقع التثبيت، والسعي إلى تجنب تأثير الاهتزاز ودرجة الحرارة المرتفعة.
عند قياس ضغط البخار، يجب تركيب أنبوب مكثف لمنع التلامس المباشر بين البخار عالي الحرارة والمكونات، مع عزل الأنبوب في الوقت نفسه. بالنسبة للوسائط المسببة للتآكل، يجب تركيب خزانات عزل مملوءة بوسائط محايدة. باختصار، وفقًا لاختلاف خصائص الوسط المقاس (درجة حرارة عالية، درجة حرارة منخفضة، تآكل، أوساخ، تبلور، ترسب، لزوجة، إلخ)، يجب اتخاذ التدابير المناسبة لمنع التآكل والتجمد والانسداد. كما يجب تركيب صمام إغلاق بين منفذ أخذ الضغط ومقياس الضغط، بحيث يكون صمام الإغلاق قريبًا من منفذ أخذ الضغط عند فحص مقياس الضغط.
في حالة التحقق في الموقع والتنظيف المتكرر لأنبوب النبض، يمكن أن يكون صمام الإغلاق مفتاحًا ثلاثي الاتجاهات.
لا ينبغي أن تكون القسطرة الموجهة للضغط طويلة جدًا لتقليل بطء مؤشر الضغط.
- استخدام وصيانة مقياس الضغط
في الإنتاج الكيميائي، غالبًا ما تتأثر مقاييس الضغط بعوامل مثل التآكل، والتصلب، والتبلور، واللزوجة، والغبار، والضغط العالي، ودرجة الحرارة العالية، والتقلبات الحادة، مما يؤدي غالبًا إلى أعطال مختلفة. لضمان التشغيل السليم للجهاز، وتقليل احتمالية الأعطال، وإطالة عمره الافتراضي، من الضروري إجراء فحص صيانة دقيق وإجراء صيانة دورية قبل بدء الإنتاج.
1. الصيانة والفحص قبل بدء الإنتاج:
قبل بدء الإنتاج، عادةً ما تُجرى اختبارات ضغط على معدات العمليات وخطوط الأنابيب وغيرها. يكون ضغط الاختبار عادةً حوالي مرة ونصف ضغط التشغيل. يجب إغلاق الصمام المتصل بالجهاز أثناء اختبار ضغط العملية. افتح صمام جهاز سحب الضغط وتحقق من عدم وجود أي تسرب في الوصلات واللحام. في حال وجود أي تسرب، يجب معالجته في الوقت المناسب.
بعد انتهاء اختبار الضغط. قبل بدء الإنتاج، يُرجى التحقق من توافق مواصفات وطراز مقياس الضغط المُركّب مع ضغط الوسط المقاس المطلوب للعملية؛ والتأكد من حصول المقياس المُعاير على شهادة، وفي حال وجود أي أخطاء، يجب تصحيحها في الوقت المناسب. يجب ملء مقياس ضغط السائل بسائل التشغيل، وتصحيح نقطة الصفر. يجب إضافة سائل عازل إلى مقياس الضغط المُجهز بجهاز عزل.
2. صيانة وفحص مقياس الضغط أثناء القيادة:
أثناء بدء الإنتاج، يجب قياس ضغط الوسط النابض، لتجنب إتلاف مقياس الضغط بسبب التأثير اللحظي والضغط الزائد، ويجب فتح الصمام ببطء ومراعاة ظروف التشغيل.
بالنسبة لمقاييس الضغط المستخدمة لقياس البخار أو الماء الساخن، يجب ملء المكثف بالماء البارد قبل فتح صمام مقياس الضغط. في حال اكتشاف أي تسرب في الجهاز أو خط الأنابيب، يجب إغلاق صمام جهاز سحب الضغط في الوقت المناسب، ثم معالجته.
3. الصيانة اليومية لمقياس الضغط:
يجب فحص الجهاز قيد التشغيل بانتظام يوميًا للحفاظ على نظافته والتأكد من سلامته. في حال وجود أي مشكلة، يُرجى معالجتها في الوقت المناسب.
وقت النشر: ١٥ ديسمبر ٢٠٢١