النقاط الرئيسية لاختبار الصمامات الأمنية الكريوجينية وفقًا لمعايير API

صمامات الأمان الكريوجينية وفقًا لمعايير API تُستخدم هذه الصمامات على نطاق واسع في المجالات عالية الخطورة مثل محطات الغاز الطبيعي المسال ومصانع فصل الهواء، ويتعلّق أداؤها في ظل الظروف ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًّا ارتباطًا مباشرًا بسلامة النظام بأكمله. وتُعد اختبارات الوسط الكريوجيني، باعتبارها الأداة الأساسية للتحقق من أداء صمامات الأمان الكريوجينية وفقًا لمعايير API، ذات متطلبات صارمة تتعلق بمعايير الاختبار والمعدات والإجراءات. ويركّز هذا المقال التفصيلي على النقاط الجوهرية المتعلقة باختبارات الوسط الكريوجيني لصمامات الأمان الكريوجينية وفقًا لمعايير API، ما يساعد الزملاء في القطاع على إتقان الجوانب الأساسية للاختبار وتفادي الأخطاء الشائعة.

١. معايير الاختبار لصمامات الأمان الكريوجينية وفقًا لمعايير API

يجب أن تتوافق اختبارات صمامات السلامة الكريوجينية وفقًا لمعايير API بدقة مع معيار API 527 (معايير أداء الإغلاق لصمامات التخفيف من الضغط) ومعيار API 526 (معايير الأبعاد لصمامات التخفيف من الضغط)، كما يجب أن تستوفي متطلبات المعايير الوطنية الصينية GB/T 29026-2012 وJB/T 7248، بالإضافة إلى GB/T 24925-2019 (الشروط الفنية للصمامات الكريوجينية). ومن بين هذه المعايير، ينص معيار API 527 بوضوح على معيار معدل التسرب لصمامات السلامة الكريوجينية: بالنسبة للصمامات ذات القطر الاسمي DN ≤ 16 مم، يكون أقصى معدل تسرب مسموح به ≤ 12 سم³/دقيقة؛ أما بالنسبة للصمامات ذات القطر الاسمي DN > 16 مم، فيكون أقصى معدل تسرب مسموح به ≤ 36 سم³/دقيقة. علاوةً على ذلك، يجب أن تشمل درجة حرارة الاختبار نطاق درجة الحرارة الفعلية التشغيلية للصمام، والتي تتراوح عمومًا بين -196°م (وهي درجة حرارة النيتروجين السائل) و-50°م (وهي درجة حرارة وسط الهيدروكربونات منخفضة الحرارة). أما بالنسبة لصمامات السلامة المستخدمة في محطات الغاز الطبيعي المسال (LNG)، فيجب ضبط درجة حرارة الاختبار عند -162°م، بما يتطابق تمامًا مع درجة الحرارة التشغيلية الفعلية للغاز الطبيعي المسال.

٢. البنود الرئيسية للاختبار والمتطلبات

تشمل اختبارات وسط التبريد لصمامات السلامة الكريوجينية وفقًا لمعايير API أربعة عناصر اختبار رئيسية، ولكلٍّ منها متطلبات فنية واضحة:

٢.١ اختبار مقاومة المواد للبرودة الشديدة

يجب أن تُصنع هيكل الصمام وقرصه وجذعه والمكونات الأساسية الأخرى منه من مواد مقاومة للبرودة الشديدة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (CF3/CF3M) أو الفولاذ السبائكي منخفض الحرارة (LC3/LCB). ويشترط الاختبار أن تجتاز هذه المكونات اختبار صلادة التأثير باستخدام مقطع شاربي V عند درجة حرارة -١٩٦°م، وأن تكون قيمة صلادة التأثير ≥٢٧ جول/سم² لتجنب الكسر الهش في ظل الظروف ذات الحرارة المنخفضة جدًّا. ويُعتبر هذا الاختبار الأساس الذي يضمن سلامة هيكل الصمام. ومعدل نجاح اختبار مقاومة المواد للبرودة الشديدة في صمامات السلامة الكريوجينية المؤهلة وفقًا لمعايير API هو ١٠٠٪. صمامات الأمان الكريوجينية وفقًا لمعايير API يجب أن تُصنع هيكل الصمام وقرصه وجذعه والمكونات الأساسية الأخرى منه من مواد مقاومة للبرودة الشديدة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (CF3/CF3M) أو الفولاذ السبائكي منخفض الحرارة (LC3/LCB). ويشترط الاختبار أن تجتاز هذه المكونات اختبار صلادة التأثير باستخدام مقطع شاربي V عند درجة حرارة -١٩٦°م، وأن تكون قيمة صلادة التأثير ≥٢٧ جول/سم² لتجنب الكسر الهش في ظل الظروف ذات الحرارة المنخفضة جدًّا. ويُعتبر هذا الاختبار الأساس الذي يضمن سلامة هيكل الصمام. ومعدل نجاح اختبار مقاومة المواد للبرودة الشديدة في صمامات السلامة الكريوجينية المؤهلة وفقًا لمعايير API هو ١٠٠٪.

٢.٢ اختبار أداء الإغلاق الكريوجيني

أداء الإغلاق هو المؤشر الأداء الأساسي لصمامات الأمان الكريوجينية وفق معايير API. ويُجرى الاختبار في ظل ظروف درجة الحرارة المنخفضة جدًّا المُحدَّدة. ويتم ضغط الصمام إلى ٩٠٪ من ضغط التنشيط المُحدَّد، ثم يُقاس معدل التسرب باستخدام نظام كشف التسرب عالي الدقة القائم على مطيافية كتلة الهيليوم. ويجب ألا يتجاوز معدل التسرب الحد المسموح به وفق المعيار API 527. وفي الوقت نفسه، يجب أيضًا اختبار أداء إغلاق حشوة جذع الصمام ووصلة جسم الصمام لتفادي حدوث تسرب ناتج عن الانكماش البارد للحشوة. كما يُشترط أن تكون نسبة النجاح في اختبار أداء الإغلاق الكريوجيني لصمامات الأمان الكريوجينية وفق معايير API ≥ ٩٩٪.

٢.٣ اختبار موثوقية التشغيل الكريوجيني

هذه الاختبارات تُثبت موثوقية وظائف صمام الفتح، وإطلاق الضغط، والعودة التلقائية إلى الوضع الأصلي في ظروف التبريد الشديد. ويُضبط درجة حرارة الاختبار لتتوافق مع درجة الحرارة الفعلية التشغيلية للصمام، ويتم رفع الضغط تدريجيًّا حتى الوصول إلى الضغط المُحدَّد، مما يؤدي إلى رفع القرص الصمامي وإطلاق الضغط. وتُسجَّل قيمة ضغط الفتح وزمن إطلاق الضغط، وتتكرر دورة الفتح والإغلاق ما لا يقل عن ثلاث مرات. ويشترط أن يكون خطأ ضغط الفتح ضمن مدى ±٣٪ من الضغط المُحدَّد، وأن يتم إصدار الضغط بسلاسة، وأن تكون العودة التلقائية للصمام إلى وضعه الأصلي موثوقة تمامًا دون أي تسرب. ومتوسط زمن إصدار الضغط للصمامات المؤهلة لا يتجاوز ٥ ثوانٍ، ومعدل التسرب عند العودة إلى الوضع الأصلي لا يتجاوز ٥ سم³/دقيقة.

٢.٤ اختبار تجانس درجة الحرارة

أثناء الاختبار التبريدية، يجب أن يكون توزيع درجة الحرارة في الصمام متجانسًا لتجنب التبريد المفرط أو غير الكافي في المناطق المحلية، مما قد يؤثر على نتائج الاختبار. ويتم في هذا الاختبار استخدام مجموعة دقيقة جدًّا من أجهزة قياس الحرارة (الثيرموكوبلز) لتثبيت ٨–١٢ جهاز قياس حرارة على جسم الصمام ومقعد الصمام وجذعه لمراقبة درجة الحرارة في الوقت الفعلي. كما يُشترط ألا تتجاوز فروق درجات الحرارة بين مدخل الصمام ونافذة الاختبار ٣٠°م، وذلك لضمان وجود الصمام بأكمله في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة جدًّا ومتجانسة. أما خطأ التجانس في درجة حرارة بيئة الاختبار فيبلغ ≤±٢°م.

٣. الأخطاء الشائعة في اختبار الوسط التبريدية وطرق تجنّبها

في عملية الاختبار الفعلية، تواجه العديد من المؤسسات انحرافات في النتائج بسبب سوء التشغيل، ما يؤثر سلبًا على دقة نتائج الاختبار. ووفقًا لمسوحات صناعية، فإن ٦٨٪ من أخطاء الاختبار ناتجة عن ثلاثة أخطاء شائعة تالية:

● الخطأ الأول: عدم كفاية إزالة الشحوم والتجفيف للصمام، مما يؤدي إلى تكوّن الجليد أثناء الاختبار وانسداد مكونات الصمام. طريقة التجنّب: استخدام مواد ازالة الشحوم الاحترافية وأفران التجفيف ذات درجات الحرارة العالية لإزالة الشحوم والرطوبة تمامًا، والتحقق من فعالية التجفيف قبل الاختبار لضمان أن تكون نسبة الرطوبة ≤ ٠٫٠٥٪.
● الخطأ الثاني: عدم تطابق وسط الاختبار مع وسط التشغيل الفعلي، ما يؤدي إلى نتائج اختبار غير متناسقة مع الاستخدام الفعلي. طريقة التجنّب: وفقًا لوسط التشغيل الفعلي للصمام، يُختار وسط الاختبار المناسب (مثل النيتروجين السائل لصمامات الغاز الطبيعي المسال LNG، والهيليوم لصمامات الهيدروكربونات عند درجات الحرارة المنخفضة).
● الخطأ الثالث: لم تُعايَر أجهزة الاختبار، مما يؤدي إلى قياس غير دقيق للضغط ودرجة الحرارة. طريقة التفادي: معايرة جميع أجهزة الاختبار قبل إجراء الاختبار، وإصدار شهادة معايرة لضمان دقة بيانات القياس. ولا يجوز أن تتجاوز دورة المعايرة لأجهزة قياس الضغط ودرجة الحرارة ستة أشهر.

4. الخاتمة

اختبار وسط التبريد من صمامات الأمان الكريوجينية وفقًا لمعايير API يُعَد اختبار وسط التبريد عملاً دقيقاً واحترافياً يتطلب الالتزام الصارم بمعايير API، واستخدام معدات اختبار متقدمة، واتباع إجراءات تشغيل قياسية. وباستيعاب النقاط الأساسية في الاختبار وتجنب الأخطاء الشائعة فقط، يمكن ضمان دقة نتائج الاختبار، والتحقق من أداء الصمام، وتوفير ضمانٍ موثوقٍ لتشغيل نظام التبريد بأمان. ويمكن للصمامات الأمنية cryogenic الخاصة بـ API التي اجتازت اختبار التبريد الصارم خفض معدل الفشل بنسبة 92% أثناء التشغيل الفعلي، كما يمكن أن تصل عمرها الافتراضي إلى أكثر من 8000 ساعة.