مستوى تسرب جذع الصمام

ينقسم تسرب الصمامات الصناعية بشكل عام إلى فئتين: التسرب الداخلي والتسرب الخارجي. يشير التسرب الداخلي إلى مرور الوسائط عبر أسطح الختم بعد إغلاق الصمام، مما يؤثر على وظيفة إغلاق النظام. يشير التسرب الخارجي إلى تسرب الوسائط إلى البيئة الخارجية عبر وصلات مثل حشوات ساق الصمام وحشوات الشفاه، وهو المصدر الرئيسي للانبعاثات المتسربة.

يجب توضيح فرق مهم في اكتشاف تسرب الصمامات. يعتمد التقييم التقليدي للتسرب الخارجي على الملاحظة المرئية في ظل ظروف العين المجردة - أي ما إذا كان هناك أي إفراز للوسائط أو تقطير أو تكوين فقاعات عند وصلات الساق أو الشفاه تحت الفحص البصري. هذا هو المعيار المستخدم عادة لتحديد "التسرب الصفري" أثناء الاختبار الهيدروستاتيكي أو الهوائي.

التسرب الهارب، من ناحية أخرى، يشير إلى تسرب ضئيل (trace)، وغير مرئي. لا يمكن اكتشاف هذا النوع من التسرب بالعين المجردة ويكتشف فقط باستخدام أدوات عالية الحساسية. يحدث بشكل رئيسي في منطقة الختم الديناميكي لحشوة الجذع ومنطقة الختم الثابت للحشوات. نظرًا لأن وصلة الحشوة في جسم الصمام هي ختم ثابت، فمن السهل نسبيًا تلبية معايير التسرب المنخفض. ومع ذلك، فإن حشوة جذع الصمام هي ختم ديناميكي - يحتك الجذع باستمرار بالحشوة أثناء الحركة، مما قد يؤدي بسهولة إلى انتقال الجسيمات وتقلبات في قوة الختم. لذلك، تعد منطقة الحشوة هي الصعوبة الأساسية في التحكم في الانبعاثات الهاربة من الصمامات.

استجابةً للتحكم الصارم في الانبعاثات المتطايرة للمركبات العضوية (VOC) المتسربة، تم إنشاء نظام معايير دولي شامل نسبيًا.

طريقة EPA 21 هي طريقة كشف قياسية وضعتها وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) للكشف عن تسربات المركبات العضوية المتطايرة (VOC) من الصمامات والمضخات والشفاه ومكونات المعدات والأنابيب الأخرى باستخدام أدوات محمولة. من المهم ملاحظة أن طريقة EPA 21 ليست معيارًا لحدود الانبعاثات، بل هي معيار لطريقة الكشف. تحدد المتطلبات الفنية لأدوات الكشف، وإجراءات مسح المسبار، وإجراءات المعايرة، وطرق تسجيل البيانات. تُستخدم على نطاق واسع في برامج الكشف عن التسرب وإصلاحه (LDAR) وتعمل أيضًا كأساس لطريقة الكشف لمعايير اختبار أنواع الصمامات مثل API 624 و API 641. يحدد قانون الهواء النظيف الأمريكي (CAA)، بناءً على نتائج اختبار طريقة EPA 21 جنبًا إلى جنب مع نوع وسائط العملية، حدود التسرب المحددة ومواعيد الإصلاح، مع متطلبات محددة تعتمد على نوع الوسائط التي تخدمها الصمامات.

تشكل اللوائح الألمانية TA-Luft (التعليمات الفنية لمكافحة تلوث الهواء) و VDI 2440 معًا لوائح فنية مهمة للتحكم في الانبعاثات المتسربة في الاتحاد الأوروبي. وفقًا لـ TA-Luft و VDI 2440، يجب ألا يتجاوز معدل التسرب لاتصالات الشفاه تحت ضغط اختبار يبلغ 1 بار 10⁻⁴ mbar·L/(s·m). علاوة على ذلك، يتم تحسين الحدود بناءً على درجة الحرارة: 10⁻⁴ mbar·L/(s·m) لدرجات الحرارة أقل من 250 درجة مئوية، و 10⁻² mbar·L/(s·m) لدرجات الحرارة أعلى من 250 درجة مئوية. تحدد VDI 2200 إجراءات الاختيار والحساب والتصميم والتركيب والاختبار لاتصالات الشفاه الملولبة. عادةً ما يستخدم الاختبار مطياف الكتلة بالهيليوم مع وسيط اختبار يتكون من 97٪ هيليوم، ويتم قراءة معدل التسرب مباشرة من كاشف التسرب - وهو يختلف عن النظام الأمريكي الذي يستخدم الميثان كوسيط وحدود التركيز (ppmv) كمؤشر.

API 622 هو معيار اختبار لأداء الانبعاثات المتسربة لمادة التعبئة نفسها. قبل التقدم بطلب للحصول على شهادة API 624 أو API 641، يجب أولاً الحصول على شهادة تعبئة API 622. تغطي ظروف الاختبار الخاصة به عوامل شاملة مثل درجة الحرارة والضغط والدورات الحرارية والدورات الميكانيكية، مع عدم تجاوز معدل تسرب التعبئة 100 جزء في المليون (ppm) في ظل ظروف الاختبار المحددة.

API 624 هو معيار اختبار نوعي للانبعاثات المتسربة للصمامات ذات الساق الصاعدة (مثل صمامات البوابة، صمامات الكرة) المزودة بتعبئة الجرافيت. يحدد هذا المعيار استخدام الميثان بنقاوة لا تقل عن 97٪ كوسيط اختبار. أثناء الاختبار، يجب أن يخضع الصمام لـ 310 دورة ميكانيكية و 3 دورات حرارية (نقطة درجة الحرارة العالية 260 درجة مئوية ± 14 درجة مئوية)، مع الحفاظ على ضغط اختبار يبلغ 41.4 بار (600 رطل لكل بوصة مربعة) عند نقطة درجة الحرارة العالية.

API 641 هو معيار اختبار الانبعاثات المتسربة للصمامات ربع دورة (مثل صمامات الكرة، صمامات التوصيل). كما أنه يستخدم الميثان بنقاوة لا تقل عن 97٪ كوسيط، ويجب أن يكمل الصمام قيد الاختبار 610 دورة ميكانيكية و 3 دورات حرارية.

معايير القبول لكل من API 624 و API 641 متماثلة: يجب ألا تتجاوز قيمة التسرب 100 جزء في المليون (ppmv) طوال الاختبار بأكمله، ولا يُسمح بإجراء أي تعديل على نظام الحشو أثناء الاختبار. يوفر حد 100 جزء في المليون هذا تعريفًا واضحًا لمعدل التسرب المسموح به من مانع تسرب الجذع الديناميكي في ظل ظروف التصميم - ليكون بمثابة قيمة مرجعية للتصميم الهندسي.

ISO 15848 هو معيار صناعي للصمامات قابل للتطبيق دوليًا لإجراءات القياس والاختبار والتأهيل للانبعاثات المتسربة. يتكون من جزأين: يحدد ISO 15848-1 اختبارات النوع وأنظمة التصنيف للصمامات، ويحدد ISO 15848-2 اختبارات قبول الإنتاج للصمامات.

يصنف ISO 15848-1 أختام الجذع إلى ثلاث فئات تسرب بناءً على معدل التسرب المقاس (ملجم/(ثانية·متر)): الفئة A ≤ 10⁻⁶ ملجم/(ثانية·متر)، الفئة B ≤ 10⁻⁴ ملجم/(ثانية·متر)، والفئة C ≤ 10⁻² ملجم/(ثانية·متر). عادةً، يمكن للصمامات المختومة بالمنفاخ أو بعض الصمامات ربع الدوران المصممة خصيصًا تحقيق الفئة A؛ يمكن للجذوع ذات أختام PTFE أو المطاط المرن تحقيق الفئة B؛ بينما تتوافق الجذوع المعبأة بالجرافيت المرن بشكل عام مع الفئة C.

نظرًا لأن وحدة معدل التسرب في ISO 15848 (ملجم/(ثانية·متر)) ووحدة التركيز في معايير API (جزء في المليون بالحجم) لهما معانٍ فيزيائية مختلفة، فلا توجد علاقة تحويل بسيطة بينهما. تتميز ISO 15848 التسرب بكتلة الوسط المتسرب لكل ثانية لكل وحدة طول من الساق، بينما تتميز معايير API بتركيز الغاز المتسرب الحجمي في الهواء - مما يعكس أبعاد تقييم مختلفة.

لقد أدمجت API 624 و API 641 مبادئ طريقة الكشف الخاصة بطريقة EPA 21 في أطر اختبار النوع الخاصة بهما. ومع ذلك، فإن متطلبات الحد في API 624 و API 641 تستند بشكل أساسي إلى اختبار الميثان. يجب تقييم قابليتها للتطبيق على الغازات ذات الجزيئات الصغيرة مثل الهيدروجين والهيليوم بشكل منفصل - لأن الغازات ذات الجزيئات الصغيرة أكثر نفاذية وقد تؤدي إلى معدلات تسرب فعلية أعلى من الميثان في نفس ظروف الختم.