شركة جيانغسو هايفا للتصنيع الميكانيكي المحدودة

في موقع الوحدات الكيميائية، غالبًا ما نواجه حالة: المضخة لا تزال تعمل، درجة حرارة المحمل ليست مرتفعة جدًا، الختم الميكانيكي لا يُظهر تسربًا واضحًا، لكن تيار المحرك مرتفع، ضغط المخرج غير مستقر، الاهتزاز مرتفع، ومعدل التدفق الفعلي لا يصل إلى المتطلبات الأصلية. عادةً ما يقول المستخدم جملة واحدة: "هذه المضخة استُخدمت لسنوات عديدة، هل يمكن عدم استبدال الوحدة بأكملها ورفع الكفاءة فقط؟" أنا فني في شركة جيانغسو هايفا لتصنيع الآلات المحدودة، وأتعامل منذ فترة طويلة مع مضخات العمليات الكيميائية API610، ومضخات العمليات البتروكيماوية OH2، ومضخات الضغط العالي من سلسلة BB، والمضخات العمية من سلسلة VS، ومضخات اليوريا المنصهرة، ومضخات تغذية محلل اليوريا، ومضخات التدفق الصغير والرأس العالي، ومضخات الأنبوب التجريبي، ومضخات الحقن الدوارة، وغيرها من المنتجات. عند إجراء تحسينات لتوفير الطاقة في المضخات القديمة، لا نقترح على المستخدم استبدال المضخة بأخرى جديدة فورًا. لا يزال بإمكان العديد من المضخات القديمة استخدام غلاف المضخة، وصندوق المحمل، والقاعدة، والمحرك، وأساس الأنابيب. ما يؤثر حقًا على الكفاءة هو غالبًا هيدروليكية الدفاعة، وقناة الحلزون، وفجوة الحلقة الفموية، والتدفق العكسي داخل المضخة، والتجويف، وانحراف ظروف التشغيل عن نقطة التصميم. في السنوات الأخيرة، أولينا اهتمامًا متزايدًا لتقنية محاكاة ديناميكا الموائع الحاسوبية (CFD) في تحسين المضخات القديمة. الهدف من CFD ليس إنشاء رسم بياني جميل للتدفق، بل مساعدتنا في رؤية مشاكل التدفق الحقيقية داخل المضخة. في الماضي، كنا نعتمد على الخبرة للحكم، أما الآن فيمكننا التحليل من خلال بيانات مثل سرعة مجال التدفق، وتوزيع الضغط، ومناطق الدوامة، وزاوية هجوم مدخل الدفاعة، وتدفق مخرج الريشة، وتأثير لسان الحلزون، وخطر التجويف. خطة التحسين التي تُعد بهذه الطريقة ليست مجرد إصلاحات بسيطة، بل هي تحسين هيدروليكي قائم على أسس حسابية.

أولاً: لماذا تنخفض كفاءة المضخة القديمة؟
انخفاض كفاءة المضخة القديمة لا ينتج عادةً عن سبب واحد. عند القياس الميداني، نجد أن المشكلات الشائعة تشمل الفئات التالية:
أولاً، تشغيل المضخة بعيدًا عن منطقة الكفاءة العالية لفترة طويلة. بعد توسيع العديد من الوحدات الكيميائية أو تعديلها أو إعادة ترتيب الأنابيب، لم تعد المضخة الأصلية تعمل بالقرب من نقطة الكفاءة المثلى. بعض المضخات تعمل بتدفق صغير لفترة طويلة، مع فتحة صمام مخرج صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى تدفقكسي واضح داخل المضخة؛ وبعضها يعمل بتدفق زائد لفترة طويلة، مما يزيد من قدرة العمود، ويؤدي إلى نقص هامش التجويف، وارتفاع في الاهتزاز والضوضاء.
ثانيًا، تآكل أو تآكل الدفاعة. ترقق حافة مدخل الريشة، وتآكل حافة المخرج، وتآكل غطاء الدفاعة، كلها تؤثر على رأس المضخة وكفاءتها. خاصة مع الوسائط التي تحتوي على جزيئات دقيقة، أو وسائط ضعيفة التآكل، أو وسائط ذات درجة حرارة عالية، بعد عدة سنوات من التشغيل، يصبح شكل الدفاعة مختلفًا عن التصميم الأصلي.
ثالثًا، اتساع فجوة الحلقة الفموية. بعد اتساع فجوة الحلقة الفموية، يتدفق السائل عالي الضغط من جانب المخرج إلى جانب المدخل، ممازيد من فقدان الحجم في المضخة. ظاهريًا، لا تزال المضخة تدور، لكن جزءًا من الطاقة يُستهلك في الدورة الداخلية للمضخة.
رابعًا، وجود تآكل موضعي أو ترسبات في غلاف المضخة وقناة الحلون. عند فتح بعض المضخات القديمة، نجد حفر تآكل موضعي، أو ترسبات، أو آثار لحام في قناة الحلزون، مما يجعل تدفق السائل غير سلس، ويزيد من الدوامات الموضعية، وبالتالي تنخفض الكفاءة.
خامسًا، عدم تطابق المحرك والمضخة. في بعض المواقع، تم استبدال المحرك أو الدفاعة دون إعادة حساب التدفق والرأس والقدرة، مما يؤدي إلى "جر عربة كبيرة بحصان صغير"، أو انحراف نقطة التشغيل الفعلية للمضخة عن نقطة التصميم الأصلية.
سادسًا، تجاهل مشكلة التجويف. لا يظهر التجويف دائمًا كضرر شديد في البداية، بل قد يكون مجرد ضوضاء خفيفة، واهتزاز، وانخفاض في الكفاءة. خاصة مع مكثفات الماء عالية الحرارة، والهيدروكربونات الخفيفة، والمذيبات، والأمونيا السائلة، والسوائل ذات درجة الحرارة المنخفضة، وظروف الشفط تحت الضغط السلبي، يجب إعادة حساب هامش التجويف.
لذلك، عند تحسين كفاءة المضخة القديمة، الخطوة الأولى ليست دفاعة جديدة مباشرة، بل معرفة سبب انخفاض الكفاءة أولاً.

ثانيًا: ما الذي يمكن أن تفعله محاكاة CFD في تحسين المضخة القديمة؟
تساعدنا تقنية محاكاة CFD بشكل أساسي في رؤية أربعة أشياء:
أولاً، معرفة ما إذا كان مدخل الدفاعة سلسًا. كانت زاوية هجوم مدخل الدفاعة غير معقولة، فقد يحدث تدفق عكسي عند المدخل، وانخفاض موضعي في الضغط، وخطر التجويف. بعد سنوات من التشغيل للمضخة القديمة، قد تتآكل حافة مدخل الدفاعة، أو يتغير التدفق الميداني، مما يؤدي إلى انحراف حالة التدفق عند المدخل عن التصميم الأصلي.
ثانيًا، معرفة ما إذا كان هناك انفصال ودوامات داخل قناة الريشة. إذا كانت زاوية تغليف الريشة، وزاوية مخرج الريشة، وعرض القناة غير معقولة، فقد يحدث انفصال للسائل داخل قناة الريشة، مما يؤدي إلى فقدان واضحطاقة. من خلال CFD، يمكننا رؤية المناطق التي تكون فيها السرعة عالية جدًا، والمناطق التي يكون فيها التدفق راكدًا.
ثالثًا، معرفة ما إذا كان مخرج الدفاعة متطابقًا مع الحلزون. في العديد من المضخات القديمة، لا يكون انخفاض الكفاءة مشكلة في الدفاعة فقط، بل هو عدم تطابق بين مخرج الدفاعة وقناة الحلزون. إذا كانت سرعة تدفق مخرج الدفاعة عالية جدًا، فعند دخولها إلى الحلزون، تصطدم باللسان، مماسبب نبضات ضغط، وضوضاء، واهتزاز.
رابعًا، معرفة تغير الكفاءة عند نقاط تدفق مختلفة. تعمل المضخة الكيميائية عند نقطة واحدة فقط، فالوحدة الفعلية لها تدفق طبيعي، وتدفق مقنن، وأقل تدفق مستمر مستقر، وظروف تشغيل منحرفة محتملة. من خلال CFD، يمكننا تحليل نقاط تدفق متعددة، لتجنب تحسين نقطة واحدة فقط مع تدهور الظروف الأخرى.
بالنسبة لنا، محاكاة CFD لي بديلاً عن الاختبار، بل تجعل الاختبار أكثر توجهاً. من خلال غربلة الحلول أولاً بالمحاكاة، ثم دمجها مع التصنيع، والتجميع، والتوازن الديناميكي، واختبار الأداء، يمكننا تقليل التجربة والخطأ المتكرر.

ثالثًا: تحسين كفاءة المضخة القديمة لا يقتصر على استبدال الدفاعة فقط
عندما يسمع العديد من المستخدمين أن كفاءة المضخةيمة منخفضة، يسألون: "هل يكفي استبدال الدفاعة بأخرى عالية الكفاءة؟" هذا القول صحيح بنسبة 50٪ فقط. الدفاعة مهمة بالطبع، لكن المضخة وحدة متكاملة. الدفاعة، وغلاف المضخة، والحلقة الفموية، وغطاء المضخة، وحجرة الختم، وصندوق المحمل، وأنبوب المدخل، وأنبوب المخرج، وسرعة المحرك، وكثافة الوسط ولزوجته، كلها تؤثر على الكفاءة. إذا تم استبدال الدفاعة فقط دون النظر إلى الحلزون وظروف النظام، فقد لا يكون تحسين الكفاءة ملحوظًا، بل قد يؤدي إلى مشاكل في الاهتزاز والتجويف.
عادةً ما نتبع الخطوات التالية: أولاً، التحقق من ظروفغيل الميدانية، وتسجيل التدفق الفعلي، والرأس، وضغط المدخل، وضغط المخرج، وتيار المحرك، ودرجة حرارة الوسط، وكثافته، ولزوجته، وضغط التبخر. ثانيًا، إجراء القياس الميداني للمضخة القديمة، وتسجيل القطر الخارجي للدفاعة، وعرض الدفاعة، وعدد الريش، وزاوية الريشة، وفجوة الحلقة الفموية، وقطر العمود، وأبعاد قناة غلاف المضخة، وموضع لسان الحلزون. ثم، إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد، ونمذجة الدفاعة، والحلزون، وحجرة الشفط، وحجرة الضغط. بعد ذلك، إجراء حساب مجال التدفق باستخدام CFD، وتحليل مجال الضغط، ومجال السرعة، ومناطق الاضطراب، ومناطق التدفق العكسي، ومناطق الضغط المنخفض، وفقدان الطاقة الهيدروليكية. وأخيرًا، بناءً على نتائج الحساب، تحسين القطر الخارجي للدفاعة، وزاوية مخرج الريشة، وحافة مدخل الريشة، وعرض القناة، وفجوة الحلقة الفموية، وإجراء التصحيحات اللازمة للحلزون.
إذا كان الموقع لا يسمح بتعديل كبير في غلاف المضخة، فسنحاول تحسين الدفاعة والحلقة الفموية مع الحفاظ على غلاف المضخة الأصلي، والقاعدة الأصلية، والمحرك الأصلي، وموضع الأنابيب الأصلي. بهذه الطريقة، تكون تكلفة التحسين منخفضة، ووقت التوقف قصير، ويكون الموقع أكثر تقبلاً.

رابعًا: مضخات العمليات الكيميائية API610 أكثر ملاءمة للتحسين المنهجي
تختلف مضخات العمليات الكيميائية API610 عن مضخات المياه العادية، فهي تواجه ظروف تشغيل مستمرة في التكرير، والبتروكيماويات، وكيمياء الفحم، والأسمدة، والمعادن، وحماية البيئة، والكيمياء الدقيقة. في العديد من الوحدات، يؤثر إيقاف المضخة على خط الإنتاج بأكمله، لذا يجب أن تكون الموثوقية قبل الكفاءة، ولا يمكن التضحية بالسلامة من أجل تحسين الكفاءة.
تنتج شركة جيانغسو هايفا لتصنيع الآلات المحدودة بشكل أساسي مضخات العمليات الكيميائية من سلسلة HES من نوع API610-OH1/OH2OH3، وBB1～BB5، وVS1～VS6 بالإضافة إلى مضخات اليوريا المنصهرة عالية الجودة من الفولاذ المقاوم للصدأ فائق الكربون من الجيل السادس، ومضخات تغذية محلل اليوريا، ومضخات الأنبوب التجريبي ذات التدفق الصغير والرأس العالي، ومضخات الحقن الدوارة، وغيرها من المنتجات. عند إجراء تحسينات لرفع كف المضخة، ندمج أفكار تصميم API610، مع التركيز على عمر المحمل، واستقرار الدوار، وهامش التجويف، وضغط حجرة الختم، والتمدد الحراري، وتآكل المواد، والصيانة الميدانية.
على سبيل المثال، مضخة الحقن الدوارة HXP من شركتنا، وهي مضخة الأنبوب التجريبي، تغطي معلماتها العامة تدفقًا من 1 إلى 40 متر مكعب/ساعة، ورأسًا من 80 إلى 1800 متر، ودرجة حرارة مناسبة من -40 إلى150 درجة مئوية، وضغط تصميم يصل إلى 26 ميجا باسكال، وهي مناسبة لنقل التدفق الصغير والرأس العالي والضغط العالي. بالنسبة لهذا النوع من المضخات ذات السرعة النوعية المنخفضة جدًا، تكون الكفاءة الهيدروليكية وفقدان التدفق الداخلي بالغي الأهمية، ومن الصعب الحكم بدقة على كل التفاصيل بالاعتماد على الخبرة فقط، وهنا يمكن أن تلعب محاكاة CFD دورًا.
مثال آخر، مضخة اليوريا المنصهرة عالية الجودة من الفولاذ المقاوم للصدأ فائق الكربون HES(U) من شركتنا، تغطي معلماتها العامة تدفقًا من 2 إلى 2600 متر مكعب/ساعة، ورأسًا يصل إلى 300 متر، ودرجة حرارة مناسبة من -80 إلى 450 درجة مئوية، وضغط تصميم من 2.5 إلى 26 ميجا باسكال. بالنسبة لظروف التشغيل ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي والوسائط سهلة التبلور، لا يمكن النظر فقط إلى الجانب الهيدروليكي لتحسين كفاءة المضخة، بل يجب مراعاة المواد،زل، ومنع التبلور، والقوة المحورية، ونظام الختم، واستقرار التشغيل طويل الأمد. لذلك، تحسين كفاءة المضخة القديمة ليس مجرد توفير في الكهرباء، بل هو في جوهره إعادة تصميم شاملة للجوانب الهيدروليكية والميكانيكية والمواد وظروف التشغيل الميدانية.

خامسًا: تحسين المضخة القديمة باستخدام CFD، من أين يمكن رفع الكفاءة عادةً؟
أولاً، تحسين مدخل الدفاعة. إذا كان تصميم مدخل الدفاعة غير جيد، فمن السهل حدوث فقدان بالصدمة وتدفق عكسي. من خلال تعديل زاوية مدخل الريشة وشكل حافة المدخل، وقناة الغطاء الأمامي للدفاعة، يمكنليل فقدان المدخل وتحسين أداء الشفط.
ثانيًا، تحسين مخرج الريشة. تؤثر زاوية مخرج الريشة على الرأس والقدرة والكفاءة. إذا كانت زاوية المخرج كبيرة جدًا، فقد تزيد القدرة؛ وإذا كانت صغيرة جدًا، فقد يكون الرأس غير كٍ. من خلال CFD، يمكن العثور على زاوية المخرج الأكثر ملاءمة لظروف التشغيل الميدانية.
ثالثًا، تحسين عرض قناة الدفاعة. في بعض المضخات القديمة تغير التدفق الفعلي، وأصبح عرض قناة الدفاعة الأصلي غير مناسب. تعديل عرض القناة بشكل مناسب يمكن أن يقلل من فقدان الاحتكاك الداخلي وفقد التدفق الثوي.
رابعًا، تصحيح القطر الخارجي للدفاعة. في العديد من المواقع، يتم قطع الدفاعة لتقليل الرأس، لكن القطع الزائد يقلل من الكفاءة. إذا تم إعادة تحديد القطر الخارجي للدفاعة بالاقتران مع منحنى النظام، يمكن جعل نقطة تشغيل المضخة أقرب إلى منطقة الكفاءة العالية.
خامسًا، التحكم في فجوة الحلقة الفموية. إذا كانت فجوة الحلقة الفموية كبيرة جدًا، يزداد التسرب المضخة، وتنخفض الكفاءة. عند تحسين المضخة القديمة، غالبًا ما يؤدي استعادة فجوة الحلقة الفموية المناسبة إلى تحسين مباشر في الكفاءة.
سادسًا، تحسين منطقة لسان الحلزون. يؤثر اصطدام التدفق بين مخرج الدفاعة ولسان الحلزون على نبضات الضغط والضوضاء. بالنسبة للمضخات القديمة ذات الاهتزاز العالي، يكون تحليل منطقة الل مهمًا.
سابعًا، تقليل التدفق العكسي داخل المضخة. عند التشغيل بتدفق صغير، يظهر التدفق العكسي بسهولة عند مدخل ومخرج الدفاعة. من خلال تصحيح الدفاعة وتعديل نقطة