الصناعة الكيميائية متنوعة للغاية، حيث يوجد أكثر من 60.000 منتج معروف، ويمكن للمواد الكيميائية أن تؤثر على اختيار مواد الصمامات أو هيكلها أو تصميمها. كما هو الحال مع جميع القطاعات الصناعية، يتطلب تصميم وتصنيع الصمامات للتطبيقات الكيميائية النظر في عوامل مثل التشغيل الآمن والفعال والموثوق.
قطاع البتروكيماويات والبوليمرات
وفي الصناعة الكيميائية، تمثل المنتجات البتروكيماوية واحدة من أكبر قطاعات السوق، بما في ذلك الأوليفينات (الإيثيلين والبروبيلين والبوتادين) والعطريات (البنزين والتولوين والزيلين). وتستخدم هذه لتصنيع مجموعة واسعة من المنتجات، مثل الإيثيلين المنتج عن طريق التكسير بالبخار، والذي يتم بلمرته بشكل أكبر لإنتاج البولي إيثيلين ومشتقات أخرى تعتمد على الإيثيلين.
قبل دخول الإيثيلين إلى المنطقة الباردة، يتم تجفيفه عادةً باستخدام طبقات الغربال الجزيئي. تتعرض الصمامات الموجودة حول أسرة التجفيف هذه لظروف حرارية مختلفة أثناء دورات الامتزاز والتجديد. في المنطقة الباردة، يجب أن تتحمل الصمامات درجات الحرارة المنخفضة وانخفاض الضغط المرتفع. بالنسبة للتحكم في غاز الوقود، تعد الصمامات الكروية هي الحل الأساسي، ومع ذلك، توفر الصمامات الكروية المجزأة أيضًا بديلاً قابلاً للتطبيق عندما يتم أخذ عامل النطاق القابل للتعديل في الاعتبار. داخل المنطقة الباردة، هناك حاجة إلى صمامات قادرة على التعامل مع تطبيقات الهبوط في درجات الحرارة المنخفضة والضغط العالي. هنا، يتم استخدام الصمامات الكروية المجهزة بحواف متعددة المراحل للمساعدة في القضاء على الضوضاء والتجويف.
صمامات داخلية مضادة للتجويف متعددة المراحل للصمامات الكروية
تُعد الصمامات الكروية ذات المقاعد المعدنية الحل الأمثل للمجففات في وحدات التكسير بالبخار. يمكن لهذه الصمامات التعامل مع التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة وركوب الدراجات المتكررة. بالمقارنة مع تصميمات الصمامات الأخرى، فإن الصمامات الدوارة سهلة التشغيل، وتتميز بهيكل مدمج، وتوفر خيارات اتجاه متعددة.
تتضمن عملية البلمرة معالجة الوسائط السائلة التي تحتوي على بقايا البوليمر والراتنج والمحفز. تتراكم هذه السوائل داخل تجاويف الصمامات، مما يؤدي إلى إضعاف وظيفة الصمام والتسبب في انقطاع العملية مما يؤدي إلى خسائر كبيرة للمحطة. بالإضافة إلى ذلك، يمثل ارتفاع عدد الدورات (ما يصل إلى 1.5 مليون دورة سنويًا) تحديًا كبيرًا. تواجه الصمامات المحيطة بأنظمة المحفزات التي تتعامل مع المحفزات الجافة تآكلًا شديدًا للمكونات الداخلية. تعد معالجة الانبعاثات الهاربة وتسرب المقاعد أمرًا بالغ الأهمية أيضًا بسبب المخاوف المتعلقة بالسلامة والبيئة.
وبالمثل، توفر الصمامات الكروية المعدنية ذات المقعد المضاد للصلابة أداءً متميزًا. يساعد تصميم المقعد المضاد للصلابة على منع دخول الوسائط إلى منطقة المقعد. يساعد الاتصال المحكم بين جسم الصمام والمقعد، جنبًا إلى جنب مع تصميم مقعد الكشط، في إزالة الجزيئات المتراكمة. ونتيجة لذلك، أثبتت الصمامات الكروية المجزأة فعاليتها العالية في ملاط البوليمر.
صمام كروي بمقعد مقاوم للصلب وتعبئة تحميل مباشر
يمكن للوحدات العطرية التي تتعامل مع الوسائط الرئيسية مثل البارازيلين أن تترسب على أسطح الصمامات، مما يزيد الاحتكاك ويسرع التآكل. في بعض عمليات الفصل، تخضع الصمامات لدورات فتح وإغلاق متكررة، مما يتطلب تحكمًا دقيقًا. تشمل الحلول النموذجية الصمامات الكروية ذات المقاعد المعدنية مع تصميمات المقاعد الكاشطة، بالإضافة إلى الصمامات الكروية المجزأة وصمامات التوصيل الدوارة اللامركزية التي تتميز بمواد طلاء متخصصة لمقاومة التآكل الشديد. تعتبر صمامات الفراشة ثلاثية الإزاحة مناسبة أيضًا للحلول في عمليات استخلاص البنزين والتولوين.
قطاع الأسمدة والكيماويات الزراعية
وفي قطاع الكيماويات الزراعية، تمثل الأسمدة النيتروجينية أكثر من 50% من حصة السوق، حيث تعمل الأمونيا كمكون رئيسي. يتطلب تركيب الأمونيا النيتروجين والهيدروجين. يدخل خليط الهيدروجين من أجهزة الإصلاح البخارية والنيتروجين إلى حلقة التخليق، حيث يخضع لضغط على مرحلتين إلى ضغط تخليق يبلغ 2200-4400 رطل لكل بوصة مربعة (150-300 بار). تتطلب عملية تحويل الأمونيا توازنًا بين درجة الحرارة والضغط. لضمان فعالية المحفز، يلزم درجة حرارة 750 درجة فهرنهايت (400 درجة مئوية).
تشكل درجات الحرارة المرتفعة وضغوط الهيدروجين والأمونيا تحديًا خطيرًا لأي صمام. ونظراً لسمية الوسائط المعالجة، فإن التحكم في الانبعاثات أمر بالغ الأهمية. توفر صمامات الفراشة ثلاثية الإزاحة الحل الأمثل للعزل والتحكم في دوائر تصنيع الأمونيا. يعمل هذا التصميم على تقليل التآكل وإطالة عمر الخدمة، مما يضمن الإغلاق المحكم حتى في ظل الظروف الصعبة.
صمام فراشة معدني ثلاثي غريب الأطوار
يؤدي استخدام مقاعد صمام الكربيد إلى تقليل التآكل ويتيح معدلات تدفق فائقة السرعة. عادةً ما تكون هذه المقاعد قابلة للتبديل دون الحاجة إلى تفكيك لوحة الصمام والعمود. تعتبر موانع التسرب الجذعية المحملة مباشرة من المعدات القياسية، وتخضع الصمامات لاختبارات الحريق وشهادة إيقاف التشغيل في حالات الطوارئ لتحقيق مستوى سلامة السلامة SIL3.
صعود المواد الكيميائية المتخصصة
أدى النمو السريع لصناعة الطاقة الشمسية إلى زيادة كبيرة في الطلب على الألواح الكهروضوئية، حيث يعمل البولي سيليكون كمواد خام مهمة. لقد كان البولي سيليكون منذ فترة طويلة عنصرا رئيسيا في تصنيع أشباه الموصلات. تستخدم عملية إنتاج البولي سيليكون النموذجية SiO₂ (رمل الكوارتز) كمواد خام لإنتاج السيليكون المعدني، المعروف أيضًا باسم MG-Si. يتم الحصول على MG-Si في فرن القوس الكهربائي بوجود الكربون. في هذه العملية، تشمل المواد الخام والمنتجات الوسيطة والمنتجات الثانوية مسحوق السيليكون وغاز الكلور وغاز الهيدروجين وكلوريد الهيدروجين وثلاثي كلورو سيلان وثنائي كلورو سيلان وكلوريد السيليكون. الهيدروجين وثلاثي كلوروسيلان قابلان للاشتعال، وكلوريد الهيدروجين شديد التآكل، ورابع كلوريد السيليكون شديد السمية. وبالتالي، يجب أن تتعامل تصميمات الصمامات مع هذه الوسائط المتخصصة، وخاصة مسحوق السيليكون عالي الكشط. تتطلب جميع هذه المواد الكيميائية التقاطها واستعادتها لتقليل استهلاك المواد الخام وتعزيز الكفاءة العامة.
يجب أن يتوافق تشغيل الجذع الدوار، وتعبئة الغدة المحملة، والتصميم المتأصل للسلامة من الحرائق مع جميع معايير الانبعاثات والسلامة من الحرائق الحالية. تتميز الصمامات الكروية الناعمة بتصميم مانع تسرب شفة مرن من البوليمر مع مادة PTFE المعززة جزيئيًا كمادة للمقعد، مما يوفر حلاً طويل الأمد حتى في ظل التشغيل بالدورة العالية.
العمليات الكيميائية غير العضوية عالية الطلب
يعد ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) تطبيقًا آخر يتطلب متطلبات صمامات صارمة. تُستخدم هذه المادة بشكل شائع كصبغة بيضاء في صناعة الطلاء وصناعة الورق والبلاستيك والمطاط والسيراميك والمنسوجات. يتم إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم من الإلمنيت أو خام الروتيل الطبيعي أو الاصطناعي. تستخدم عملية حامض الكبريتيك الرطب عادةً مواد خام أساسها الإلمنيت، في حين تستخدم عملية الكلوريد ذات درجة الحرارة العالية عادة مواد خام أساسها الروتيل.
تعرض عملية الإنتاج بأكملها الصمامات لدرجات حرارة عالية، والطين الكاشطة، والبيئات المسببة للتآكل. تعد الصمامات الكروية ذات المقاعد المعدنية مع طبقات من الكربيد ومقاعد المنفاخ مناسبة لتطبيقات الإغلاق ذات درجات الحرارة العالية. عند التعامل مع الملاط الكاشط، تعد صمامات الضغط شديدة التحمل المزودة بتقنية المطاط الصناعي المتقدمة هي الخيار الأمثل لتطبيقات الإغلاق والتحكم داخل النظام. تم تحسين إمكانية التحكم بشكل أكبر من خلال الأكمام المدببة وأدوات تحديد المواقع الذكية، مما يساهم في فترات صيانة أطول وتقليل تكاليف الصيانة بشكل كبير.
صمام قرصة
يعد الكلور القلوي أيضًا أحد التطبيقات الصعبة للصمامات. يتم تسييل الكلور للتخزين والنقل، ثم يتم تبخيره للمعالجة. بالنسبة للكلور السائل، يوصى باستخدام الصمامات ذات أجسام الصمامات CS والأجزاء الداخلية من سبائك المونيل. تُستخدم عادةً صمامات الفراشة مزدوجة الإزاحة ذات التعبئة المحملة مباشرة لمنع التسرب الهارب.
تتطلب عملية تحويل الكلور السائل إلى بخار تطبيق الحرارة تحت ظروف خاضعة للرقابة، مع الحفاظ على درجة حرارة البخار المتولد في قسم المرذاذ عن طريق تنظيم الماء الساخن أو البخار. في حين يتم استخدام الصمامات الكروية الطرفية الملولبة لصمامات الصرف وصمامات العزل، يتم استخدام الصمامات الكروية الدوارة عندما يكون تنظيم درجة الحرارة مطلوبًا.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الصمامات الكروية المبطنة بـ PFA، وصمامات الفراشة، وصمامات الحجاب الحاجز على نطاق واسع في تحضير المحلول الملحي وإنتاج الصودا الكاوية لمنع التآكل.
