صمامات الاختناق هي مكونات أساسية في العديد من التطبيقات الصناعية ، وخاصة في قطاع النفط والغاز. وظيفتها الأساسية بسيطة ولكنها حيوية: أنها تخلق تقييدًا مدروسًا في خط التدفق للتحكم في معدل التدفق وضغط المصب.
المبدأ الأساسي: التقييد يخلق السيطرة
في قلبه ، يعمل صمام الاختناق على مبدأ أساسي لديناميات السوائل: خلق انخفاض الضغط عبر تقييد. عندما يتدفق السائل (السائل أو الغاز أو الخليط) عبر خط أنابيب ، يتناقص ضغطه أثناء مروره من خلال أي انقباض. تم تصميم صمام الاختناق لتوفير نقطة انقباض محكومة بدقة وقابلة للتعديل.
-
إنشاء انقباض: داخل جسم صمام الخنق ، يخلق مكون معين مساحة تدفق مخفضة. يختلف هذا المكون اعتمادًا على نوع الاختناق:
- الاختناق الثابت: الاستفادة من لوحة فتحة أو فول بدقة مع فتحة قطر ثابت. يحدد حجم الفتحة درجة التقييد.
- الاختناق القابل للتعديل: توظيف عناصر متحركة لتغيير التقييد. تشمل التصميمات الشائعة:
- الإبرة والمقعد: إبرة مدببة تتحرك خطيا إلى مقعد مطابق ، وتغيير منطقة التدفق الحلقي.
- قفص وسداد: يحيط قفص مثقبة سدادة أسطوانية أو مدببة. إن تحريك القابس يعمل على ضبط مساحة التدفق المفتوح من خلال ثقوب القفص.
- الأقراص الدوارة/الأكمام المنزلق: تتوافق المكونات الدوارة أو المنزلق أو المنافذ غير المحسوبة لتغيير المقطع العرضي لمسار التدفق.
-
توليد انخفاض الضغط: نظرًا لأن السائل يتم إجباره من خلال هذا الافتتاح المقيد ، تزداد سرعته بشكل كبير داخل انقباض (وفقًا لمبدأ Bernoulli). بمجرد خروج السائل من التقييد مرة أخرى في قطر أنبوب المصب الأكبر ، تنخفض سرعته. هذا التسارع السريع يليه تباطؤ تباطؤ الطاقة ، مما يؤدي إلى فقدان كبير للضغط في اتجاه المصب من الاختناق مقارنة بالضغط على المنبع. هذا الفرق في الضغط (ΔP = P_UPStream - P_Downstream) هو النتيجة المتعمدة.
-
السيطرة على التدفق والضغط: من خلال تغيير حجم التقييد (في الاختناقات القابلة للتعديل) أو اختيار حجم فتحة ثابتة محددة ، يتحكم المشغلون مباشرة:
- معدل التدفق: بالنسبة لضغط المنبع وخصائص السوائل ، يؤدي التقييد الأصغر إلى انخفاض معدل التدفق من خلال النظام.
- ضغط المصب: يخلق تقييد أصغر انخفاضًا أكبر في الضغط ، وبالتالي خفض ضغط المصب بشكل كبير. وعلى العكس ، فإن التقييد الأكبر يخلق انخفاضًا أصغر في الضغط ، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغط المصب.
المكونات الرئيسية التي تتيح الوظيفة:
- جسم: وعاء رئيسي يحتوي على الضغط.
- عنصر تقييد: المكون الأساسي الذي يخلق انقباض التدفق (الإبرة ، السطح ، القفص ، الفاصوليا الفاصلة).
- المحرك (للاختناقات القابلة للتعديل): الآلية (العجلة اليدوية ، المكبس الهيدروليكي ، المحرك الكهربائي ، المحرك الهوائي) الذي يضع العنصر المقيد.
- المقاعد: الأسطح التي تم تفكيكها الدقة التي تضمن ختمًا ضيقًا عند إغلاق الصمام أو عند الحد الأدنى من إعدادات التدفق ، مما يمنع التسرب.
- تقليم: الأجزاء الداخلية المبللة (المقاعد ، المقابس ، الأقفاص ، الأكمام) المعرضة لتيار التدفق والتآكل. في كثير من الأحيان مصنوعة من مواد صلبة مثل كربيد التنغستن.
التطبيقات الحرجة:
- السيطرة على رأس البئر (النفط والغاز): تنظيم التدفق من الخزان لحماية معدات المصب من ضغط رأس البئر العالي ، ومنع تلف التكوين (إنتاج الرمال) ، وإدارة معدلات الإنتاج.
- عمليات الفصل: السيطرة على ضغط المدخل للفواصل أو الحواف للحفاظ على ضغط التشغيل الأمثل لفصل الغاز/السائل/الزيت الفعال.
- اختبار حسنا: السيطرة على التدفق بدقة خلال فترات الاختبار لقياس خصائص الخزان.
- أنظمة الحقن: تنظيم معدلات تدفق المياه أو الغاز أو المواد الكيميائية التي يتم حقنها في الآبار أو العمليات.
- تخفيف الضغط: العمل كخط الدفاع الأول لتقليل ارتفاع ضغط المنبع قبل أن يصل إلى معدات أكثر حساسية.
- تنظيم العملية: إدارة التدفق والضغط في مختلف تطبيقات التكرير والمعالجة الكيميائية وتوليد الطاقة.
التعامل مع التدفق التآكل: يتمثل أحد التحديات الكبيرة للخانق في التعامل مع السوائل التآكل (التي تحتوي على الرمال أو الدعم أو الغاز عالي السرعة). يمكن أن تسبب السرعة العالية في نقطة التقييد تآكل سريع لمكونات القطع. لذلك ، غالبًا ما تتضمن صمامات الاختناق المصممة للخدمة الشديدة:
- تقليم صلبة: كربيد التنغستن أو سبائك مقاومة للتآكل الأخرى.
- مسارات التدفق الفعالة: تقليل الاضطراب والضربة المباشرة حيثما أمكن.
- المكونات القابلة للاستبدال: أجزاء تقليم قابلة للخدمة بسهولة.
صمامات الاختناق هي أدوات لا غنى عنها لإدارة ديناميات السوائل في البيئات الصناعية الصعبة. من خلال إنشاء تقييد يتم التحكم فيه بدقة في خط التدفق ، فإنهم يسخرون من مبدأ انخفاض الضغط لتنظيم كل من معدل التدفق وضغط المصب. سواء من خلال فتحة ثابتة أو تقليم قابل للتعديل ، فإن تصميمها القوي - غالبًا ما يدمج مواد صلبة لمكافحة التآكل - يؤثر على أداء موثوق به أمرًا مهمًا للسلامة ، وكفاءة العملية ، وحماية المعدات في التطبيقات التي تتراوح من إنتاج النفط والغاز إلى محطات المعالجة المعقدة. .
