أثناء التشغيل، يقوم صمام التحكم في مياه التغذية الخاص بالمضخة الكهربائية بتنظيم مستوى المياه الطبيعي في طبل البخار عند الأحمال المنخفضة للوحدة. وعندما يصل الحمل إلى 40%، ينتقل النظام تلقائيًا إلى تشغيل المضخة التي تعمل بالبخار. ومع ذلك، في ظل ظروف الأحمال العالية، إذا حدث انقطاع في تشغيل المضخة التي تعمل بالبخار، يجب أن تكون المضخة الكهربائية قادرة على توفير المياه بسرعة أثناء بدء التشغيل، بما يضمن استقرار مستويات المياه وضغط طبل البخار. ولذلك، يُشترط أن يتمتع صمام التحكم في مياه التغذية بخصائص تنظيم ممتازة، وعلى وجه الخصوص بخاصية تحكم خطية. (فإذا تم استخدام خاصية النسبة المتساوية بدلاً من ذلك، فإن الصمام سيفتح ببطء أكبر بمقدار يتراوح بين ثانيتين وثلاث ثوانٍ أثناء بدء تشغيل المضخة الكهربائية، مما يؤدي إلى عدم استقرار مستويات المياه في طبل البخار ويُجبر المشغلين على ضبط النظام يدويًا. بالإضافة إلى ذلك، سيفرض هذا متطلبات عالية جدًا على أداء القابض الهيدروليكي.) كما يجب أن تلبّي سعة تدفق صمام التحكم في مياه التغذية معدل تدفق مياه التغذية المطلوب عند 50% من حمل الوحدة.

في أنظمة الأنابيب بالمحطات الحرارية لتوليد الطاقة، تُستخدم صمامات التحكم على نطاق واسع لتنظيم تدفق وضغط وسائط العمليات. تعمل هذه الصمامات تحت ظروف تشغيلية ذات معايير عالية، ويتم عادةً إدارتها عبر نظام التحكم الرقمي الموزع أثناء التشغيل. وعندما تتغير ظروف التشغيل، يصبح من الضروري للغاية أن يحافظ كل نظام على مستوى عالٍ من الاستقرار والتنسيق. لذلك، فإن تحليل أوضاع التشغيل وتأثيراتها، إلى جانب مراعاة خصائص التدفق ومعايير العملية، يعد أمراً أساسياً لتوفير إرشادات قيمة تساعد في اختيار صمامات التحكم المناسبة لتطبيقات المحطات الحرارية.

2 مبدأ التعديل

تعمل صمامات التحكم في خطوط الأنابيب كعناصر خانقة ذات مقاومة متغيرة؛ فعندما يتدفق الوسط عبرها، يتعيّن عليه تجاوز هذه المقاومة، مما يستهلك كميةً معينةً من الطاقة أثناء العملية. ويؤدي ذلك إلى فقدان في سرعة السائل ورأس الضغط، مما يمكّن في النهاية من التحكم الدقيق في معدل التدفق والضغط. ومن بين المعايير الرئيسية التي تعكس الخصائص الهيكلية والتشغيلية لصمامات التحكم: معامل التدفق Kv، وخصائص التدفق، والضغط الاسمي، والقطر الاسمي، ومدى فتح الصمام. ومن بين هذه المعايير، تُحدِّد خصائص التدفق بشكلٍ مباشر أداء الصمام في التنظيم، وتلعب دورًا حاسمًا في ضمان التشغيل المستقر للمنظومة بأكملها.

وفقًا للعلاقة بين التدفق النسبي للصمام والفتح النسبي، يمكن تصنيف تدفق الوسيط إلى خصائص تدفق خطية، وخصائص تدفق ذات نسبة مئوية متساوية، وخصائص تدفق مكافئية، وخصائص تدفق ذات فتحة سريعة (الشكل 1).

الشكل 1: منحنى خصائص التدفق

تُظهر الصمامات ذات خصائص التدفق الخطي تغيّرات نسبية كبيرة في التدفق عند الفتحات الصغيرة، مما يجعلها شديدة الحساسية لكن يصعب التحكم فيها بدقة. وعلى العكس من ذلك، عند الفتحات الأكبر، تنخفض التغيرات النسبية في التدفق، مما يؤدي إلى بطء زمن الاستجابة. ومن ناحية أخرى، تتميز الصمامات ذات خصائص التدفق المتساوي النسبة بمعامل تضخيم منخفض عند الفتحات الصغيرة، ما يضمن تنظيماً سلساً وتدريجياً؛ أما عند الفتحات الأكبر، فيزداد معامل التضخيم، مما يتيح إجراء تعديلات سريعة وفعّالة. وتقع خاصية التدفق القطعي بين سلوك التدفق الخطي وسلوك التدفق المتساوي النسبة. وأخيراً، توفر الصمامات سريعة الفتح تدفقات كبيرة حتى عند الفتحات الضئيلة؛ ومع زيادة فتح الصمام، يقترب التدفق بسرعة من قيمته القصوى، وبعد ذلك لا تؤدي الزيادات الإضافية في الفتح إلا إلى تغييرات طفيفة في معدل التدفق.

3 خيارات للاختيار من بينها

3.1 صمامات التحكم في المكثفات ذات الحمل العالي والمنخفض

تحافظ صمامات تنظيم الحمل المنخفض للمكثف على مستوى ماء المزيل من الغازات قبل بدء تشغيل الوحدة، كما أنها قادرة على تلبية احتياجات الوحدة عند حمل يبلغ 40%. وعندما يصل فتح صمام تنظيم الحمل المنخفض للمكثف إلى 87.5%، يبدأ صمام تنظيم الحمل العالي للمكثف بالفتح، ليشارك النظام في تنظيم تدفق المكثف. ومع ذلك، إذا انفتح صمام تنظيم الحمل العالي للمكثف إلى أقل من 10% عند حمل الوحدة بنسبة 50%، يصبح من الصعب الحفاظ على التحكم السليم في مستوى ماء حوض الحرارة الخاص بالمكثف. وأثناء الإيقاف، يجب أن يظل صمام تنظيم الحمل العالي مغلقًا بإحكام. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن تأخذ سعة تدفق صمام الحمل العالي في الاعتبار الاحتمالات المحتملة، مثل تعطل صمام تنظيم الحمل المنخفض، وحدوث أعطال في إعادة تدوير المكثف، وكذلك تسربات النظام. وبحسب وضع التشغيل، ينبغي أن تكون خصائص التدفق لصمام تنظيم الحمل المنخفض للمكثف خطية، في حين ينبغي أن تتبع خصائص التدفق لصمام تنظيم الحمل العالي للمكثف منحنى النسبة المئوية المتساوية.

3.2 صمام التحكم في إمدادات المياه

أثناء التشغيل، يعمل صمام التحكم في مياه التغذية الخاص بالمضخة الكهربائية على ضبط مستوى المياه الطبيعي في طبل البخار عند الأحمال المنخفضة للوحدة. وعندما يصل الحمل إلى 40%، ينتقل النظام تلقائيًا إلى تشغيل المضخة التي تعمل بالبخار. ومع ذلك، في ظل ظروف الأحمال العالية، إذا حدث انقطاع في عمل المضخة التي تعمل بالبخار، يجب أن تكون المضخة الكهربائية قادرةً على توفير المياه بسرعة أثناء بدء التشغيل، بما يضمن استقرار مستويات المياه وضغط طبل البخار. ولذلك، يُشترط أن تتمتع صمامات التحكم في مياه التغذية بخصائص تنظيمية ممتازة، وعلى وجه الخصوص بخاصية تحكم خطية. (فإذا تم استخدام خاصية النسبة المتساوية بدلاً من ذلك، فإن الصمام سيستغرق وقتًا أطول بنحو 2–3 ثوانٍ ليفتح أثناء بدء تشغيل المضخة الكهربائية، مما سيؤدي إلى عدم استقرار مستويات المياه في طبل البخار ويُجبر المشغلين على تعديل النظام يدويًا. بالإضافة إلى ذلك، سيفرض هذا متطلبات عالية جدًا على أداء القارنة الهيدروليكية.) كما يجب أن تفي سعة تدفق صمام التحكم في مياه التغذية بالمعدل المطلوب لتدفق مياه التغذية عند 50% من حمل الوحدة.

3.3 صمام التحكم في إعادة تدوير مضخة البخار

يُضبط نقطة الضبط لتدفق إعادة الدوران في مضخة البخار عند 25% من التدفق المُصنَّف للمضخة. وعندما يتراوح معدل تدفق مضخة البخار بين 25% و30% من التدفق المُصنَّف، يُفتح صمام التحكم في إعادة الدوران الخاص بمضخة البخار إلى درجة 25%. أما إذا تجاوز تدفق مضخة البخار 25% من التدفق المُصنَّف، فيُغلق صمام إعادة الدوران تمامًا. وعلى العكس من ذلك، عندما ينخفض تدفق مضخة البخار إلى أقل من 25% من التدفق المُصنَّف، يقوم صمام إعادة الدوران بتعديل فتحه بحيث يتراوح بين 25% و100%. وفي النطاق بين 0% و25%， يتميز الصمام بخاصية الفتح السريع وبسلوك تحكم خطي، مما يمنع تآكل مكونات الصمام نتيجة التآكل المفرط عند مستويات فتح منخفضة جدًا.

3.4 صمام التحكم في السخان

بالنسبة لبعض الوحدات، تُصمَّم صمامات التحكم في التصريف الطارئ بحيث تتمتع بخصائص تدفق سريعة الفتح. وعندما يرتفع منسوب ماء السخان إلى مستوى مفرط أو عند تعطل صمام التحكم في التصريف العادي، يفتح صمام التصريف الطارئ بالكامل، مما يؤدي إلى تشغيل السخان دون وجود أي منسوب للماء—وينتج عن ذلك انخفاض في الكفاءة، وتآكل شديد ناتج عن البخار والماء، بالإضافة إلى اهتزازات كبيرة في نظام الأنابيب الداخلية. ولذلك يُوصى باختيار صمام التحكم في التصريف الطارئ ذي الخصائص الخطية. إذ يتيح هذا التصميم للصمام أن يفتح بسرعة استجابةً لتسربات السخان، بما يضمن تدفقاً كافياً، كما يسمح بتقدير دقيق لمعدل التسرب استناداً إلى درجة فتح الصمام. علاوةً على ذلك، عند حدوث عطل في صمام التحكم في التصريف العادي، يمكن لصمام التصريف الطارئ أن يتولى المسؤولية للحفاظ على عملية التصريف السليمة، بما يحمي تشغيل السخان. وفي العادة، تبلغ سعة تدفق صمام التصريف الطارئ ما بين 1.5 و3 أضعاف سعة تدفق صمام التحكم في التصريف العادي.

3.5 صمام التحكم في ختم العمود

أثناء بدء التشغيل وعند تحميل الوحدة بنسبة 50%، يتم تزويد وحدة التوربين ببخار مساعد لمنظومة ختم العمود. وتضم منظومة ختم العمود صمام تحكم بإمداد البخار، وصمام تنفيس الضغط، وصمام تحكم بمياه إزالة الفائض الحراري، وغيرها من المكوّنات. وعندما يتجاوز تحميل الوحدة نسبة 50%، يُغلَق صمام تحكم إمداد بخار ختم العمود، لأن تسرب البخار من ساق صمام البخار الرئيسي يصبح الآن كافياً لتلبية احتياجات ختم العمود. وفي هذه الحالة، تعتمد المنظومة على صمام تنفيس ضغط ختم العمود للضبط الدقيق، مما يتيح لمنظومة ختم العمود العمل في وضع الختم الذاتي. ونظراً لأن منظومة ختم العمود في الوحدة الرئيسية تؤثر مباشرةً في سلامة التشغيل—حيث إن زيادة ضغط ختم العمود قد تؤدي إلى دخول الماء إلى نظام زيت التشحيم، بينما قد يؤدي نقص الضغط إلى انخفاض مستويات الفراغ—فمن الضروري الحفاظ على استقرار الظروف التشغيلية. ولمنع حدوث حالات إيقاف غير ضرورية ناجمة عن تقلبات مفرطة في الضغط أو عن أعطال في الصمامات أثناء التشغيل، يُوصى باختيار خاصية تدفق ذات نسبة متساوية لصمام التحكم في ختم العمود، مع توفير إمكانية التشغيل اليدوي. وللاطلاع، يقدّم الجدول 1 أمثلة على كيفية تطبيق صمامات التنظيم في أنظمة الأنابيب بالمحطات الحرارية.

الجدول 1: تطبيق كل صمام تحكم في النظام

4 الخلاصة

استنادًا إلى وضع التشغيل ومبادئ النظام، يمكن أن يؤدي الاختيار المناسب لخصائص التدفق في صمامات التحكم إلى تحسين أداء التنظيم، وتقليل فقدان الطاقة في الوسيط، وإطالة عمر الصمام، وتخفيف عبء العمل على المشغلين، والحد من الضوضاء البيئية، وتحسين كفاءة المنشأة، وضمان التشغيل الآمن والمستقر للوحدة.