ما هو الصدمة المائية؟
صوت المطرقة المائية أو صدمة الهيدروليكية يمكن فهمها كتصادم مفاجئ لكتلة صلبة سريعة الحركة داخل نظام الأنابيب مع أي عائق قد يكون منحنى أو صمامًا وغيرها. وبالتالي، يتم تعريف صوت المطرقة المائية بأنه زيادة مفاجئة في الضغط بسبب عائق يحول دون حركة السائل أو تغيير اتجاهه.
مثال: يحدث هذا أثناء شحن أو تسخين خط البخار الطويل خلال التشغيل الأولي، وكذلك بسبب خلط البخار والمكثفات. صوت المطرقة المائية هو أمر يحدث غالبًا بشكل واعٍ وغير واعٍ في حياتنا اليومية - عندما نفتح ونغلق صنبور المياه في الحمام أثناء الاستحمام مما يؤدي إلى صوت المطرقة المائية. (عملية فتح وإغلاق صمام الدش بسرعة).
مفهوم مغلوط حول صوت المطرقة المائية
غالبًا ما يتم توصيف العديد من الظواهر الحرارية والهيدروليكية كما هو موضح في الجدول على أنها صوت المطرقة المائية. الأضرار الناتجة عن حدوث هذه الظواهر تشمل الصدمات الهيدروليكية والحرارية. يحدث صوت المطرقة المائية بشكل أساسي بسبب عدم الوعي وممارسات التشغيل والصيانة غير المناسبة. في حالة صوت المطرقة المائية، فإن القاعدة "الوقاية خير من العلاج" هي صحيحة.
ظاهرة الديناميكا الحرارية |
موقع الحدوث |
صوت المطرقة المائية |
في أنابيب البخار والرأسيات |
المكبس المائي (أمواج أفقية غير مستقرة) |
خزان التخزين (مثل جهاز إزالة الأكسجين) |
صدمة التكثف والتبخر الفوري |
في جهاز إزالة الأكسجين |
إدخال الماء، تشوه المروحة أو الغلاف |
في التوربين البخاري وأنابيب البخار |
حدوث صوت المطرقة المائية
عندما يترك البخار المرجل، يجب عليه السفر لمسافة قبل الوصول إلى نقطة الاستخدام (توربين البخار أو أي مبادل حراري آخر) وفي عملية السفر هذه يبدأ البخار في فقدان الحرارة. نتيجة لذلك، يبدأ البخار في الأنابيب بالتتكاثف. خلال بدء تشغيل المصنع تكون معدلات تكوين المكثفات (المكونة من قطرات الماء) عالية جدًا، حيث يبدأ النظام بالكامل من حالة باردة أو بدء بارد.
خلال العملية تبدأ هذه القطرات من المكثفات في التراكم على طول طول شبكة أنابيب البخار وبالتالي تشكل كتلة صلبة من المكثفات كما هو موضح في الرسم التالي:
يؤدي التكثف إلى تكوين قطرات الماء. تبدأ المكثفات تدريجيًا في التراكم على طول طول الأنابيب وتتشكل الكتلة الصلبة. عندما تواجه هذه الكتلة أي عائق مثل فتحة أو صمام أو منحنى، فإن هذه العوائق ستؤدي إلى توقف مفاجئ للكتلة الصلبة بشكل غير متوقع. خلال هذه العملية، تتغير طاقة الحركة للكتلة الصلبة إلى طاقة ضغط ويتعين على شبكة الأنابيب التعامل مع ذلك.
تأثير صوت المطرقة المائية
من الضروري فهم التأثير الخطير لصوت المطرقة المائية على المعدات المستخدمة في المصانع. يوضح المثال التالي بشكل واضح الطبيعة التدميرية لصوت المطرقة المائية:
للبخار المشبع، السرعة الموصى بها هي 25 إلى 35 مترًا في الثانية
لمياه في شبكة الأنابيب، السرعة الموصى بها هي 2 إلى 3 مترًا في الثانية
عند حدوث صوت المطرقة المائية، يتم سحب كتلة المكثفات بواسطة البخار وبالتالي تتحرك كتلة الماء بسرعة مساوية لسرعة البخار والتي تكون عشر مرات أكثر من سرعة الماء. وبذلك، يرتبط صوت المطرقة المائية دائمًا بضغط مرتفع جدًا.
العوامل التي تساعد في تجنب صوت المطرقة المائية
نظام البخار معقد وديناميكي للغاية، وبالتالي فإن تجنب صوت المطرقة المائية هو مهمة صعبة. ولكن مع اتباع أفضل الممارسات الهندسية، يمكن التغلب بسهولة على حدوثه من خلال:
يجب توفير ميل صحيح في خطوط البخار في اتجاه التدفق.
تركيب مصائد البخار بشكل منتظم وأيضًا في النقاط الأدنى. يضمن تركيب مصائد البخار في النقاط الأدنى إزالة المكثفات من النظام.
يؤدي انخفاض الأنابيب إلى تكوين مكثفات في شبكة الأنابيب وقد يزيد من فرص حدوث صوت المطرقة المائية. لذا يجب دعم أنابيب البخار بشكل صحيح لتجنب أي انخفاض.
تتطلب الإجراءات القياسية لبدء التشغيل البارد للمصنع. يجب تدريب المشغلين بشكل صحيح لرعاية فتح صمام العزل ببطء.
تحديد حجم الجيوب الصرف الصحي بشكل صحيح، لضمان عدم قفز المكثفات أو مرورها بسهولة. الغرض من جيوب الصرف الصحي هو جمع جميع المكثفات وتمريرها عبر المصيدة.
يجب أن يكون نوع المخفضات مركزيًا بدلاً من مركزي.
صوت المطرقة المائية في محطات الطاقة
صوت المطرقة المائية يحدث عندما يتم توقف الماء، الذي تم تسريعه بواسطة ضغط البخار أو فراغ ضغط منخفض، فجأة بواسطة تصادم مع صمام أو مرفق، مثل الانحناء أو التفرع، أو على سطح الأنابيب. يمكن أن تكون سرعات الماء أعلى بكثير من سرعة البخار الطبيعية في الأنابيب، خاصة عند حدوث صوت المطرقة المائية أثناء بدء التشغيل.
عندما يتم تدمير هذه السرعات بواسطة التصادم، يتم تحويل طاقة الحركة في الماء إلى طاقة ضغط، ويتم تطبيق صدمة ضغط على العائق. في الحالات الخفيفة، يوجد ضجيج وربما حركة في الأنابيب.
في الحالات الأكثر خطورة، يؤدي ذلك إلى تكسر الأنابيب أو المكونات بنحو شبه انفجار ونتيجة لذلك يحدث هروب للبخار الحي عند التكسر. يمكن أن تدفع تكسر الأنابيب أو مكونات نظام البخار القطع التي يمكن أن تسبب إصابات أو خسائر في الأرواح.
