صمامات الأمان وأجهزة السلامة في الخزانات الكرايوجينية

صمام أمان الخزان الكرايوجيني هو الجهاز الذي يمنع الوعاء من تجاوز أقصى ضغط تشغيل مسموح به. والخزان الكرايوجيني الكامل لا يحمل جهاز تنفيس واحداً بل منظومة: صماما أمان أساسي وثانوي على صمام تحويل، وقرص انفجاري على الوعاء الداخلي، وجهاز تنفيس منفصل يحمي حيز التفريغ الحلقي.

كل جهاز من هذه الأجهزة موجود لأن السائل الكرايوجيني يُخزّن عند درجة حرارة أدنى بكثير من نقطة غليانه في الظروف المحيطة. فتسرب الحرارة مستمر ولا مفر منه، ما يجعل ارتفاع الضغط هو الحالة الطبيعية للوعاء لا عطلاً فيه. ومنظومة حماية الضغط هي ما يمنع هذا الارتفاع الطبيعي من التحول إلى انهيار إنشائي.

يشرح هذا المقال وظيفة كل جهاز، ولماذا يوجد صمام التحويل، ولماذا يجب ألا تُعزل أجهزة التنفيس أبداً، وما الذي ينبغي فحصه في منظومة حماية الضغط لخزان مستعمل قبل شرائه.

مم تتكون منظومة حماية الضغط في الخزان الكرايوجيني؟

الخزان الكرايوجيني المعزول تفريغياً هو وعاءان في واحد. الوعاء الداخلي يحتوي السائل الكرايوجيني تحت ضغط. أما الغلاف الخارجي فهو حاوية تفريغ مصممة للضغط الخارجي لا للضغط الداخلي. وكل منهما يحتاج حماية مختلفة تماماً.

الترتيب القياسي يشمل:

• صمام أمان أساسي على الوعاء الداخلي، زنبركي وقابل لإعادة الإغلاق، مضبوط عند أقصى ضغط تشغيل مسموح به أو دونه
• صمام أمان ثانوي بالسعة نفسها، بحيث يمكن إخراج أحد الصمامين من الخدمة دون ترك الوعاء بلا حماية
• صمام تحويل يحمل كلا صمامي الأمان، مرتب بحيث يبقى مسار تنفيس واحد على الأقل مفتوحاً دائماً
• قرص انفجاري، ويسمى أيضاً قرص التمزق، على الوعاء الداخلي كجهاز احتياطي غير قابل لإعادة الإغلاق
• جهاز تنفيس لحيز التفريغ الحلقي، يسمى أحياناً تنفيس غلاف التفريغ أو صفيحة الانفجار، يحمي الغلاف الخارجي
• أنابيب تنفيس تصرّف إلى موقع آمن بعيداً عن العاملين وعن مآخذ هواء المباني

يحدد المصنّع ضغوط الضبط وفق الكود المعمول به، وهو PED 2014/68/EU مع EN 13458 للأوعية الثابتة في أوروبا، وEN 13530 وأنظمة النقل للأوعية القابلة للنقل، أو ASME Section VIII لسوق الولايات المتحدة. وتكون هذه القيم مطبوعة أو مسجلة في مستندات الوعاء، وهي ليست إعدادات قابلة للتعديل في الموقع.

ما وظيفة صمام الأمان الأساسي؟

صمام الأمان الأساسي هو الجهاز العامل. يفتح عندما يبلغ ضغط الحيز البخاري ضغط ضبطه، ويصرّف البخار حتى ينخفض الضغط، ثم يعود ليستقر على مقعده. وفي خزان يعمل بصورة طبيعية، خصوصاً إذا كان ساكناً أو فيه خلل في دوائر التحكم بالضغط، قد يعمل هذا الصمام بشكل دوري. وهذا يعني أن المنظومة تؤدي عملها.

هناك نقطتان كثيراً ما يُساء فهمهما لدى المشغّلين:

• ضغط ضبط صمام الأمان يكون عند قيمة MAWP للوعاء الداخلي أو دونها، لا عند ضغط أعلى يختاره المشغّل. وإذا كانت العملية تحتاج ضغط تسليم أعلى، فالحل وعاء بفئة ضغط أعلى لا صمام أمان مختلف
• الصمام الذي يفتح كثيراً عرض لمشكلة لا مصدر إزعاج. والأسباب المعتادة هي تسرب حراري ناتج عن تفريغ متدهور، أو منظم بناء ضغط عالق في وضع الفتح، أو دائرة اقتصاد لا تعمل، وكل منها يستحق التحقيق

كما أن الفتح المتكرر يستهلك المقعد. فالصمام الذي ظل يعمل بسبب خلل في المنبع قد يبدأ بالرشح عند ضغوط أقل من نقطة ضبطه، فيبدو ذلك وكأنه عطل ثانٍ. عالج سبب ارتفاع الضغط واعرض الصمام على تقييم فني.

لماذا يوجد صمام أمان ثانوي وصمام تحويل؟

صمام الأمان جهاز ميكانيكي فيه زنبرك ومقعد وحشوة لينة. وهو يحتاج اختباراً دورياً واستبدالاً في نهاية المطاف. ولا يمكن ترك وعاء ضغط في الخدمة بلا حماية من الضغط الزائد أثناء تنفيذ هذا العمل، كما أن تفريغ خزان كرايوجيني وتدفئته لتغيير صمام عملية تستغرق أياماً.

صمام التحويل يحل هذه المسألة. وهو صمام ثلاثي المسار، يوصف أحياناً بالمشعب المزدوج أو صمام النقل، ويُركب على كل من مخرجيه صمام أمان. والتصميم الداخلي يجعل مسار التدفق إلى صمام أمان واحد على الأقل مفتوحاً دائماً. وفي الوضع الأوسط يكون الاثنان متصلين. ولا يمكن ضبطه على وضع يعزل الجهازين معاً في الوقت نفسه.

أما انضباط التشغيل فبسيط:

• أدِر صمام التحويل بالكامل إلى أحد الجانبين لوضع ذلك المسار في الخدمة قبل نزع الصمام الآخر
• لا تترك المقبض في وضع وسيط بعد انتهاء العمل، إلا إذا كانت تعليمات المصنّع تعرّف ذلك الوضع تحديداً كوضع تشغيلي
• يجب أن يكون لصمامي الأمان ضغط الضبط نفسه وسعة التنفيس نفسها. والاستبدال ليس مسألة إيجاد صمام بمقاس وصلة مناسب
• سجّل عملية التحويل، ليبين سجل الصيانة أي مسار كان في الخدمة ومتى

وينطبق المبدأ نفسه على القرص الانفجاري حيث يكون الخزان مزوداً بمجموعتي أقراص مزدوجة.

ما الغرض من القرص الانفجاري في الخزان الكرايوجيني؟

القرص الانفجاري جهاز غير قابل لإعادة الإغلاق. وهو غشاء معدني رقيق ينفجر عند ضغط محدد ثم يبقى مفتوحاً حتى يُستبدل. وضغط ضبطه أعلى من ضغط ضبط صمام الأمان لكنه ضمن الحد الذي يسمح به الكود نسبة إلى قيمة MAWP، بحيث يتصرف صمام الأمان أولاً في أي حدث ضغط زائد طبيعي ويبقى القرص سليماً.

ويوجد القرص من أجل الحالات التي قد لا يستطيع صمام زنبركي التعامل معها وحده:

• حالة الحريق، حيث تنتج الحرارة الخارجية بخاراً بمعدلات تفوق التبخر الطبيعي بكثير
• صمام أمان لا يفتح، بسبب جليد في المخرج أو عطل ميكانيكي مثلاً
• ارتفاع ضغط سريع تلزم فيه مساحة التنفيس الكاملة فوراً

ولأن القرص الانفجاري لا يعود ليغلق، سينفّس الخزان محتواه عبر القرص المفتوح حتى ينخفض ضغط الوعاء. وهذا سلوك مقصود. ثم يجب إخراج الخزان من الخدمة واستبدال مجموعة القرص بالقطعة الصحيحة، المطابقة لضغط الانفجار وللحامل الذي يحدده المصنّع. والقرص من مصنّع آخر بتصنيف مشابه ليس قطعة مكافئة.

كما أن القرص الانفجاري دليل بحد ذاته. فإذا وجدت قرصاً منفجراً أو مستبدلاً في خزان مستعمل، فاسأل عن سبب ذلك. والجواب مكانه ملف المستندات.

ما الذي يحمي حيز التفريغ الحلقي؟

هذا هو الجهاز الأكثر تجاهلاً، وهو يحمي من أحد أخطر أنماط الفشل. فالحيز الحلقي بين الوعاء الداخلي والغلاف الخارجي تحت تفريغ عالٍ. والغلاف الخارجي مبني لمقاومة ذلك الحمل الجوي الخارجي، وهو ليس وعاء ضغط.

وإذا نشأ تسريب في الوعاء الداخلي أو في أنبوب داخلي، دخل السائل الكرايوجيني إلى الحيز الحلقي وامتص الحرارة وتبخر. وتمدد الحجم عند تحول سائل كرايوجيني إلى غاز كبير جداً، لذلك قد يرتفع ضغط حيز التفريغ بسرعة. وبدون مسار تنفيس سينهار الغلاف الخارجي.

جهاز تنفيس الحيز الحلقي هو عادة صفيحة يشدها زنبرك على مقعد، أو صفيحة انفجار بحشوة مطاطية، مضبوطة للتنفيس عند ضغط منخفض أدنى بكثير من أي قيمة يمكن للغلاف تحملها. كما يؤدي غرضاً ثانوياً في حالة الحريق، إذ يتيح للغلاف أن ينفّس بدل أن يتمزق.

قواعد التعامل مع هذا الجهاز:

• يجب ألا يُطلى فوقه أو يُلصق بشريط أو يُغلق بمادة مانعة للتسرب أو يُغطى بعزل أو كسوة
• يجب ألا يُسد بالثلج أو الجليد أو أعشاش الطيور أو مواد مخزنة مسندة إلى الخزان
• يجب ألا يُنزع لفحص التفريغ. فقراءات التفريغ تؤخذ عبر منفذ التفريغ المخصص لا عبر جهاز التنفيس
• إذا كان قد نفّس، فالتفريغ مفقود والخزان خارج الخدمة حتى يُعرف السبب وتُستعاد منظومة العزل
• عند الفحص، تأكد من وجود الجهاز أصلاً. ففي الوحدات الأقدم يوجد أحياناً مفقوداً بعد إصلاح سابق

جهاز تنفيس الغلاف الذي عمل مؤشر قوي على تسريب في الوعاء الداخلي. وهذه مشكلة مختلفة عن التدهور البطيء للتفريغ، وقد تناولناها في مقالنا عن فقد التفريغ في الخزانات الكرايوجينية.

لماذا يجب ألا تُعزل أجهزة التنفيس أو تُسد أبداً؟

هذه هي القاعدة الأهم على الإطلاق في أي منشأة كرايوجينية. فجهاز التنفيس الذي لا يرى ضغط الوعاء، أو لا يستطيع التصريف، لا يوفر أي حماية إطلاقاً، ولا يعطي الخزان أي إشارة ظاهرة بوجود خلل إلى أن يكون الضغط قد ارتفع فعلاً.

وعملياً يحدث العزل بطرق تبدو غير ضارة:

• صمام قطع مركب قبل صمام أمان ومغلق لإيقاف صمام يرشح، بدل إصلاحه
• صمام تحويل تُرك في وضع لا يعرّفه المصنّع كوضع تشغيلي
• غطاء أو سدادة أو صمّامة توضع على مخرج تنفيس لمنع دخول المطر
• أنابيب تنفيس مُدت بأنبوب طويل أو أصغر مقاساً، فأضافت ضغطاً خلفياً لم يُحسب له الصمام
• مخرج تنفيس تجمد وانسد لأنه موجه إلى أعلى وتجمع فيه الماء، أو لأنه يصرّف إلى حيز مغلق
• جهاز تنفيس الحيز الحلقي غُطي أثناء الطلاء أو إعادة الكسوة

ويستحق تصميم أنابيب التنفيس اهتماماً في أي فحص للموقع. فالتصريف يجب أن يكون إلى موقع آمن بعيداً عن الممرات والأبواب ومآخذ الهواء وموضع تعبئة الصهاريج، ويجب أن يكون ذاتي التصريف كي لا يتجمع المتكثف ويتجمد. كما أن تصريف الأكسجين والنيتروجين ينشئ خطر إثراء أو نقص أكسجين عند نقطة التصريف، فيكون الموقع قراراً يتعلق بالسلامة لا مجرد تفصيل في الأنابيب.

وحيث يقتضي التصميم فعلاً وجود صمام قبل جهاز تنفيس، يحدد الكود وتعليمات المصنّع كيفية التعامل معه، وعادة يكون مقفلاً أو مختوماً في وضع الفتح مع إجراء موثق. وهذا ليس قراراً على مستوى المشغّل بأي حال.

كم مرة يجب اختبار صمامات الأمان أو استبدالها؟

لا توجد فترة واحدة عالمية، وأي مورد يذكر رقماً دون أن يسأل عن وعائك وعن الولاية القضائية التي تعمل فيها إنما يخمّن. فالمتطلب يأتي من مصدرين: الكود المعمول به والنظام الوطني الخاص بالوعاء، ودليل تعليمات المصنّع للجهاز المحدد. وفي الأوعية القابلة للنقل تحدد أنظمة النقل دورة الفحص الدوري، ويُنفذ العمل على أجهزة التنفيس ضمن تلك الدورة.

أما ما يبقى ثابتاً عبر جميع الأنظمة فهو الممارسة:

• يُتحقق من ضغط ضبط صمام الأمان على منصة اختبار في ورشة مؤهلة، أو يُستبدل الصمام بوحدة جديدة معتمدة، ضمن الفترة التي يحددها الكود والمصنّع
• تُختم الأجهزة بعد الضبط. وكسر الختم يعني أن الضبط لم يعد موثقاً وأن الصمام يحتاج إعادة اعتماد
• لا يُعدّل ضغط الضبط في الموقع أبداً لحل مشكلة تشغيلية
• تُستبدل الأقراص الانفجارية ضمن فترة محددة وكذلك بعد أي انفجار، لأن مادة القرص تتعب تحت دورات الضغط
• يُسجل كل اختبار واستبدال وعملية تحويل، مع حفظ الشهادات في ملف الوعاء
• تغطي الفحوص البصرية بين الفترات الرسمية مخارج التنفيس وجهاز الحيز الحلقي والتآكل عند جسم الصمام وأي علامة رشح أو تكوّن جليد

أدرج جدول أجهزة التنفيس ضمن روتين الصيانة المخططة الأوسع للوعاء، إلى جانب قراءة التفريغ التي ينبغي أخذها كل 6 إلى 12 شهراً. ومقالنا عن جدول صيانة الخزانات الكرايوجينية يوضح كيف تتكامل هذه الفترات.

ما الذي ينبغي فحصه في أجهزة سلامة خزان كرايوجيني مستعمل؟

حماية الضغط من المجالات التي يبني فيها فحص الخزان المستعمل الثقة أو ينهي النقاش. راجع النقاط التالية قبل الالتزام بأي شراء.

• قيمة MAWP على لوحة البيانات مقابل ضغط الضبط المطبوع على كل صمام أمان. يجب أن تكون متسقة فيما بينها ومع الخدمة المقصودة
• وجود صمامي الأمان معاً بضغط ضبط وسعة متطابقين، مع أختام مصنّع سليمة وبيانات تعريف مقروءة
• وجود صمام التحويل وعمله بسلاسة عبر كامل مداه، دون أي دليل على سد أحد المخرجين
• تجميع حامل القرص الانفجاري بشكل صحيح، مع توثيق تصنيف القرص وتفسير لأي استبدال
• وجود جهاز تنفيس الحيز الحلقي غير مطلي وغير مسدود وغير متضرر
• سلامة أنابيب التنفيس وصحة مسارها وتصريفها الذاتي، دون أغطية أو تمديدات مرتجلة
• شهادات آخر اختبار أو استبدال لأجهزة التنفيس ضمن ملف المستندات
• دليل على حالة التفريغ، لأن التفريغ المتدهور يبقي منظومة التنفيس عاملة باستمرار في الخدمة

تبيع KAF Cryogenics خزانات كرايوجينية مستعملة معتمدة اجتازت الفحص والاختبارات غير الإتلافية واختبارات التفريغ والضغط، وتُسلَّم مع ملف مستندات وضمان مكتوب. وحيث يحتاج الوعاء أجهزة تنفيس جديدة، تُحدد وفق قيمة MAWP للوعاء والكود المعمول به قبل الإفراج عن الوحدة. كما تتوفر خزانات جديدة تُصنع حسب المواصفة عندما لا تكون فئة الضغط أو التهيئة المطلوبة موجودة في المخزون.

الأسئلة الشائعة

مقالات ذات صلة

• فقدان التفريغ في الخزانات الكرايوجينية
• أقصى ضغط تشغيل مسموح به وفئة الضغط
• جدول صيانة الخزانات الكرايوجينية
• لماذا يرتفع الضغط في الخزان الكرايوجيني
• ملف بناء الضغط والموفر الاقتصادي
• خزانات التخزين الكرايوجينية