كيفية اختيار أقطار أنابيب المدخل والمخرج لمضخات الطين

ينبغي أن يتبع اختيار أقطار أنابيب المدخل والمخرج لمضخات الطين المبدأ الأساسي الذي ينص على أن "قطر أنبوب المدخل يجب ألا يكون أصغر من قطر سحب المضخة، ويجب أن يتناسب قطر أنبوب المخرج مع معدل التدفق ومتطلبات الضغط".
ينبغي تصميم حجم الأنابيب بناءً على ثلاثة أبعاد رئيسية - خصائص الملاط، ومعلمات المضخة، وتخطيط خط الأنابيب - بهدف نهائي يتمثل في تحقيق التشغيل المضاد للتجويف، والمضاد للانسداد، ومنخفض استهلاك الطاقة ، وبالتالي ضمان نقل الملاط بشكل مستقر وفعال.

أولاً: المبادئ الأساسية لاختيار قطر الأنابيب

يجب أن يستند تصميم قطر الأنابيب إلى كل من سلامة المعدات وكفاءة النظام. ويُعدّ كل من القاعدتين الأساسيتين التاليتين ضروريتين لتجنب معظم المخاطر التشغيلية.

1. أنبوب المدخل: كلما كان أكبر كان أفضل

يجب ألا يكون القطر الداخلي لأنبوب المدخل أصغر من قطر سحب مضخة الطين ، ويوصى باختيار أنبوب أكبر بمقاس واحد من مدخل المضخة كلما أمكن ذلك.
على سبيل المثال، إذا كان قطر مدخل المضخة 100 مم (حوالي 4 بوصات)، فيجب استخدام أنبوب مدخل بقطر 125 مم (حوالي 5 بوصات). ويُمنع منعًا باتًا استخدام أنابيب بقطر 80 مم (حوالي 3 بوصات) أو أقل.

يقلل هذا التصميم من سرعة المادة اللزجة عند جانب السحب، مما يسمح لها بالدخول إلى المضخة بسلاسة. كما أنه يساعد على منع انخفاض الضغط المفرط عند المدخل، والذي قد يؤدي إلى حدوث تجويف وتلف مكونات المضخة الحيوية.

2. أنبوب المخرج: التوافق الصحيح هو الأساس

قد يكون قطر أنبوب المخرج مساوياً أو أصغر قليلاً من قطر مخرج المضخة ، ولكن يجب ألا يتجاوز فرق الحجم حجماً اسمياً واحداً.
على سبيل المثال، عندما يكون قطر مخرج المضخة 100 مم، فإن أنبوب المخرج بقطر 100 مم أو 80 مم مقبول، بينما لا يوصى بالتوصيل المباشر بأنبوب قطره 50 مم أو أصغر.

قد يؤدي استخدام أنبوب مخرج كبير الحجم إلى استهلاك غير ضروري للطاقة، بينما يزيد استخدام أنبوب صغير الحجم بشكل ملحوظ من مقاومة خط الأنابيب، مما يؤدي إلى ضعف تدفق المواد الصلبة أو حتى انسداده. لذلك، يجب تحقيق توازن مثالي بين كفاءة النقل وتكلفة الطاقة .

ثانيًا: العوامل الرئيسية المؤثرة على اختيار قطر الأنابيب

ينبغي تعديل تصميم قطر الأنابيب بشكل ديناميكي وفقًا لظروف التشغيل الفعلية. ويتم تحديد حجم الأنبوب المناسب من خلال تقييم شامل لخصائص المادة اللزجة، ومعايير المضخة، وتكوين خط الأنابيب.

1. خصائص الملاط

تُعد خصائص الملاط الأساس الرئيسي لاختيار قطر الأنابيب، لأنها تؤثر بشكل مباشر على مقاومة التآكل ومتطلبات منع الانسداد.

• تركيز المواد الصلبة
  عندما يكون للملاط تركيز عالٍ من المواد الصلبة (على سبيل المثال، ملاط ​​رمل الكوارتز الذي يحتوي على نسبة مواد صلبة تتجاوز 60٪)، يجب استخدام قطر أنبوب أكبر - عادةً ما يكون أكبر بحجم واحد من الاختيار القياسي - لتقليل سرعة التدفق ومنع ترسب الجسيمات والانسداد.

• حجم الجسيمات
  بالنسبة للمواد الطينية الخشنة التي تحتوي على جزيئات أكبر من 1 مم، يجب زيادة قطر أنبوب المدخل لمنع انسداد الجزيئات في جانب السحب.
  بالنسبة للمواد الطينية الدقيقة ذات أحجام الجسيمات التي تقل عن 0.1 مم، يمكن تطبيق أحجام الأنابيب القياسية؛ ومع ذلك، يجب تجنب الأقطار الصغيرة للغاية لمنع التراكم والترسب.

• لزوجة الملاط
  إذا احتوى الملاط على طين أو مكونات لزجة أخرى، تزداد مقاومة التدفق بشكل ملحوظ. في هذه الحالة، يجب زيادة قطر الأنبوب (بمقاس واحد أكبر من القيمة المحسوبة) لتقليل الالتصاق والتراكم على جدار الأنبوب، مما يضمن نقلًا سلسًا.

2. معايير مضخة الطين

تشكل معايير التصميم الرئيسية للمضخة الأساس لاختيار قطر الأنابيب، ويجب مطابقتها بشكل صحيح لضمان أداء النظام.

• معدل التدفق
  تتطلب معدلات التدفق التصميمية الأعلى أقطار أنابيب أكبر. على سبيل المثال، تتطلب مضخة مصنفة بمعدل 100 متر مكعب/ساعة أنبوبًا أكبر حجمًا من مضخة مصنفة بمعدل 50 متر مكعب/ساعة لاستيعاب حجم المادة الطينية المتزايد.

• رأس
  عندما تتجاوز مسافة النقل 100 متر أو يتجاوز الرفع الرأسي 20 مترًا، يجب زيادة قطر أنبوب المخرج لتقليل الاحتكاك والفقدان الموضعي، مما يمنع عدم كفاية الضغط الفعلي عند نقطة التفريغ.

• أحجام فوهات المدخل والمخرج
  يمثل قطرا مدخل ومخرج المضخة الحد الأدنى لاختيار الأنابيب. يجب ألا يقل قطر أنبوب المدخل عن قطر مدخل المضخة، كما يجب ألا يتجاوز الفرق في قطر أنبوب المخرج قطراً اسمياً واحداً لضمان التوافق الأمثل بين المضخة ونظام الأنابيب.

3. تخطيط خط الأنابيب

تؤثر بيئة التركيب وتصميم الأنابيب على مقاومة التدفق، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار عند اختيار أقطار الأنابيب.

• طول خط الأنابيب
  عندما يتجاوز الطول الإجمالي لخط الأنابيب 50 مترًا، يجب زيادة قطر أنبوب المخرج بمقدار حجم واحد (على سبيل المثال، من 100 مم إلى 125 مم) للتعويض عن فقدان الاحتكاك على طول خط الأنابيب.

• عدد التركيبات
  إذا كان خط الأنابيب يحتوي على أكثر من ثلاثة وصلات مثل الأكواع أو الصمامات أو صمامات الفحص، فيجب زيادة قطر أنبوب المخرج لتقليل التأثير التراكمي للمقاومة المحلية.

• اتجاه التدفق
  بالنسبة للأنظمة التي يهيمن عليها النقل الرأسي (على سبيل المثال، الرفع الرأسي الذي يتجاوز 10 أمتار)، يوصى باستخدام قطر أكبر لأنبوب المخرج لمنع ترسب الطين في الأجزاء الرأسية.
  بالنسبة لأنظمة النقل الأفقية بشكل أساسي، يمكن تطبيق الأحجام القياسية، بشرط أن تظل سرعة الطين ضمن نطاق معقول.

• ارتفاع تركيب نظام الشفط
  إذا كان خط أنابيب المدخل يتضمن قسمًا رأسيًا لأعلى (مثل ضخ الطين من خزان تحت الأرض)، فيجب زيادة قطر أنبوب المدخل لتقليل سرعة التدفق ومنع انخفاض ضغط المدخل، وبالتالي تجنب التكهف.

ثالثًا: طرق التحقق من اختيار قطر الأنابيب

بعد التركيب، يمكن تقييم مدى ملاءمة أقطار الأنابيب من خلال الملاحظات التشغيلية دون حسابات معقدة، مما يسمح بإجراء تعديلات عملية.

• التحقق من أنبوب المدخل
  إذا حدث ضجيج غير طبيعي أو اهتزاز أو تدفق غير مستقر أثناء تشغيل المضخة، فمن المحتمل أن يكون قطر أنبوب المدخل صغيرًا جدًا، مما يؤدي إلى ضعف أداء الشفط. لذا، يُنصح باستخدام أنبوب مدخل بقطر أكبر.

• التحقق من أنبوب المخرج
  إذا كان معدل تدفق التصريف غير كافٍ، أو كان ضغط المخرج منخفضًا، أو لوحظ اهتزاز شديد في الأنابيب، فمن المحتمل أن يكون أنبوب المخرج صغير الحجم ويجب زيادته.
  إذا كان التدفق والضغط طبيعيين ولكن استهلاك طاقة المحرك مرتفع بشكل ملحوظ، فقد يكون أنبوب المخرج كبيرًا جدًا ويجب تقليله بشكل مناسب.