الصمّامات؛ تصنيفها وأنواعها
Valves Types & Classifications
إن المختص في الهندسة لا سيّما الهندسة الكيميائية، والميكانيكية، والصناعية، لا بد أن يتعرض في دراسة مواده الجامعية لموضوع الصمّامات، حيث يُتطرقُ لها بشكلٍ يسير ابتداءً من مادة ميكانيكا الموائع، ومرورًا بالسلامة الهندسية، وانتهاءً بتصميم العمليات، ويتخذ التعامل معها دوره المركزي في مادة ديناميكا العمليات والتحكم. سيوضح هذا المقال ماهيّة الصمّامات، وأنواعها، وتصنيفاتها المختلفة.
الصمّامات هي جزء ميكانيكي أساسي، مستعمل في أنظمة التوصيل لوحدات التشغيل في المصانع، يختص عملها -استنادًا إلى وظيفتها الأساسية المتمثلة بربط الوحدات التشغيلية- بضبط سير المائع من حيث توجيهه، أو بدء مسيره، أو إيقافه، أو مزج نوعين أو أكثر منه. كما يبرز دورالصمّامات في مجال التحكم الصناعي من حيث تنظيمها لشدة تدفق هذا المائع، أو سرعته، أو ضغطه، أو درجة حرارته، وهذه هي العوامل الأساسية المُتحكم بها لضمان وصول الوحدة التشغيلية لهدفها بأنجع الطرق والوسائل. ومن هنا تُلاحظُ أهميتها الكبيرة؛ فلا عجب أن يكون ما يقارب 10% من إجمالي إنفاق رأس المال الصناعي مخصّص لشراء هذه الصمّامات.
تكثر تصنيفات الصمّامات؛ لهذا ستُدرج أدناه التصنيفات الأكثر مواءمة لما يحتاجه الباحث من واقع صناعي ودراسي، ليسهل التعامل معها. وهذه التصنيفات لا تنفي صحة التصنيفات الأخرى إذ أن جميعها يشير إلى هدف معين من وجود الصمّام.
يطلق عليها أيضًا صمّامات العزل Isolation Valves، ومعظمها يتم فتحه وإغلاقه يدويًا Manually Operated، إلا أنّ إمكانية فتحها وإغلاقها بواسطة مُتحكم أو مُشغل Actuator ممكنة. يتم استعمال هذه الصمّامات في العمليات التي تحتاج إلى بدء أو إيقاف كلي لتدفق المائع، بهدف إجراء صيانة لمعدة ما، أو وقف تدفق المائع بشكل فوري وسريع لمنع حدوث خطر كالتسريب، أو تُستعمل لإطفاء المنشأة وإغلاق خطوط التزويد. ويمكن استعمالها في العمليات التي تقوم على الخلط لعدة موائع أو مواد مع بعضها البعض. وتعد الصمّامات التالية أشهر الأنواع التي تندرج تحت صمّامات الفتح والإغلاق:
- صمّام البوابة Gate Valve
- صمّام الكرة Ball Valve
- صمّام السدادة Plug Valve
- صمّام الفراشة أو الصمّام ذو القرص Butterfly Valve
- صمّام المكبس Piston Valve
- صمّام الغشاء Diaphragm Valve
- صمّام القرص Pinch Valve
يطلق عليها أيضًا اسم صمّامات الاتجاه الواحد One Way Valves. يتضح مبدأ عمل هذه الصمّامات من اسمها، حيث أنها تسمح للمائع بالانسياب في الأنابيب وفقًا لاتجاه محدد واحد، وتمنع التدفق بالاتجاه المعاكس تلقائيًا. يُلجأ لاستعمال هذا النوع من الصمّامات في العمليات الصناعية عندما يكون هناك احتمال لارتداد سريان المائع، والذي من الممكن أن يتسبب في حدوث أضرار للمعدات المستعملة كما الحال في المضخات أو الضاغطات على سبيل المثال. كما يشيع استعمال صمّامات منع السريان العكسي في أنظمة المعالجة التي تحتوي على موائع بضغوطات مختلفة ويجب بقاء كل منها منفصلًا. من الأمثلة على صمّامات منع السريان العكسي، الصمّامات اللارجعية أو الصمّامات الردادة Check Valves بأشكالها المختلفة جميعها.
وقد تسمى أيضًا بالصمّامات الخانقة Throttling Valve، حيث تستعمل في تنظيم تدفق المواد والضغوطات داخل الوحدة التشغيلية بناءً على مقدار فتحة الصمّام. يقوم مبدأ عملها على قدرة الجزء المتحرك داخل الصمّام -الذي يحدد مقدار فتحة الصمّام- على تغيير موقعه داخل حيز عمل الصمّام واحتفاظه بالموقع الذي انتقل إليه، وذلك يتضمن المواضع المفتوحة أو المغلقة بالكامل في الوحدة، حيث يمكنها العمل كصمّامات فتح وإغلاق (on-off valves) أيضًا. وبسبب حساسية طبيعة عمل هذه الصمّامات، ولضمان أكبر قدر من الثبات والدقة المتناهية لموقع الجزء المتحرك داخل الصمّام، فإن هذا الصمّامات بالعادة تكون مؤتمتة Automated Valve أي أنه يتم التحكم بها من خلال وحدة تحكم Controlling Unit تُركّب على الصمّام. إلا أن ذلك لا ينفي وجود عدد منها يتم التحكم به بشكل يدوي. وفي حالة التحكم اليدوي، تكون دقة الموضع الخاص بالصمّام موضع شك وحذر كبيرين. ومن أشهر الأمثلة على صمّامات التنظيم، الأنواع التالية:
- صمّامات تنظيم الضغط Pressure Regulator Valves.
- الصمّامات الكروية Globe Valves.
- صمّام الإبرة Needle Valve.
- صمّام الفراشة أو الصمّام ذو القرص Butterfly Valve
- صمّام الغشاء Diaphragm Valve
- صمّام القرص Pinch Valve
- صمّام المكبس Piston Valve
وهي تلك الصمّامات التي تكون الغاية منها مختلفة تبعًا لاختلاف متطلبات العملية التي تتواجد فيها. من الأمثلة على هذه الصمّامات الخاصة:
- صمّام متعدد المنافذ Multi-Port Valves.
- صمّام العوامة Float Valve.
- صمّامات التنفيس Relief Valves.
هي صمّامات مرنة التصميم تكون عادةً مصنوعة من سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ Stainless Steel Made Valves، أو من الفولاذ الكربوني Carbon Steel Made Valves. تستعمل صمّامات الخدمات العامة في تطبيقات واسعة، حيث يتم استعمالها في معظم تطبيقات الهندسة الكيميائية التي تتميز العمليات فيها بضغوط ودرجات حرارة منخفضة إلى متوسطة، أي أن درجات الحرارة فيها تتراوح في المدى ما بين -50 درجة مئوية تحت الصفر إلى 350 درجة مئوية، أما الضغوط فتتراوح ما بين 150 إلى 600 تصنيف ضغط Pressure Rating. كما تستعمل هذه الصمّامات في العمليات التي لا تحتوي على مواد مسببة للتآكل، إضافة إلى العمليات التي لا يحدث فيها هبوط ضغط مفاجئ (Sudden Pressure Drop) مما يسبب حدوث الظواهر السيئة مثل التكهّف Cavitation، أو الوميض Flashing.
يتمتع هذا النوع من الصمّامات بتركيب وتصميم هندسي فريد يمكنها من العمل وفق ظروف محددة تتناسب مع ظروف عمليات خاصة؛ أي بما يخدم ضمان سير العمل داخل نظام تشغيلي محدد، فلا يصلح استعمالها في نظام آخر إلا إذا كان مماثلًا للأول في الظروف والعوامل التشغيلية والمخرجات. يشيع استعمال هذه الصمّامات في العمليات ذات درجات الحرارة العالية والضغوط المرتفعة والأوساط ذات الطبيعة الأكّالة.
هي صمّامات تم تصميمها خصيصًا للظروف القاسية والشديدة وذلك بإضافة ميزات أخرى تزيد من قدرة تحملها لهذه الظروف في العمليات المختلفة. من الأمثلة على العمليات ذات الظروف الشديدة، تلك العمليات التي يحدث فيها انخفاض كبير في الضغط High Pressure Drop Processes والتي قد تؤدي إلى حدوث ظاهرتي التكهّف أو الوميض السيئتين، وغير ذلك من العمليات ذات الظروف القاسية. من الجدير بالذكر أن هذه الصمّامات تفوق في تصميمها الهندسي صمّامات الخدمات الخاصة، حيث تحتوي في تركيبها على أقراص خاصة تحميها من تأثيرات النظام السلبية.
هناك العديد من أشكال الوصلات الطرفية التي من الممكن أن يمتلكها الصمّام، اعتمادًا على أنواع التطبيقات التي يتم استعماله بها. هذه الوصلات الطرفية هي التي تربط الصمّام بالأنابيب Pipes الخاصة بالوحدات المختلفة. هذه التوصيلات يمكن أن تكون على الأشكال التالية:
1. صمّامات الوصلة المثبتة بالبرغيScrewed Connection Valves:
أو تسمى بصمّامات الوصلة المسنّنة Threaded Connection Valves، حيث يرتبط هذا النوع من الصمامات بطرف أنبوب آخر يكون على شكل بوصلة مسنّنة أيضاً. تمتاز هذه الصمّامات بأنها متوفرة بأسعار رخيصة وسريعة التركيب، وبالعادة تكون ذات أحجام صغيرة وتركب على أنابيب ذات أقطار صغيرة، وتناسب التطبيقات التي يكون الضغط فيها منخفضًا.
2. صمّامات الأطراف ذات الشفة Flanged Connection Valves:
معظم أنواع الصمّامات تكون على شكل هذه الوصلة الطرفية، والتي تعد أسهل وصلات الربط في عمليات التركيب والإزالة. وتكون مؤمنة بعدة مسامير تربط وصلة الصمّام بالوصلة المقابلة الموجودة على جهة الأنبوب، مما يعني حاجتها إلى عزم شد أقل لتركيبها من صمّامات الوصلة المسننة. وتكون بأحجام متنوعة بناءً على حجم قطر الأنبوب الذي يتصل بها، فتترواح أحجامها بين الأحجام الصغيرة والأحجام الكبيرة.
3. الصمّامات ذات الأطراف الملحومة Butt Welded Connection Valves:
ترتبط هذه الصمّامات مع الطرف الآخر للأنبوب ومن ثم يتم لحمهما معًا من عند الأطراف المتلاقية. تستعمل في التطبيقات عالية الضغط والحرارة، وفي التطبيقات التي لا تتطلب التفكيك المستمر.
4. صمّامات الوصلة ذات التجويف الملحوم Socket Welded Connection Valves:
والتي تستعمل في التطبيقات ذات الضغط المرتفع و/أو الحرارة المرتفعة، وفي خطوط الأنابيب التي لا تتطلب عملية فك وتركيب متكررة، وهي عادةً ما تكون مصنوعة من الفولاذ، وتمتاز بأنها مانعة للتسرب Leak-proof على المدى الطويل.
5. صمّامات الوصلة ذات الشفة الرقيقة وصمّامات الوصلة ذات العروات Wafer Connection Valves / Lug Connection Valves:
تُعد صمّامات الفراشة Butterfly Valves، والصمّامات الردادة Check Valve، من أشهر الأنواع التي تختم بهذه الوصلات. وتستعمل هذه الصمّامات في الأماكن التي تكون المساحة فيها محدودة ومقيدة.
6. صمّامات الوصلة القامطة Clamp Connection Valves:
بالعادة يكون حجم هذه الصمّامات صغيرًا، ويتم وصلها مع الأنبوب من خلال وضع حشوة Gasket ما بين الوصلتين، ومن ثم شدهما باستعمال مشبك يسمى Tri-Clamp. تستعمل هذه الصمّامات في التطبيقات منخفضة الضغط.
هي الصمّامات التي تحتوي في تكوينها على عنصر إغلاق يتحرك في خطٍ مستقيم إما لإغلاق الصمّام أو لفتحه أو لخنق التدفق وإلزامه بنسبة فتح معينة. تتمتع هذه الصمّامات بدقة عالية في الثبات على موضع الفتح أو الإغلاق للصمّام، إلا أن ضريبة هذا الثبات يتمثل في بطء عملية الفتح والإغلاق فيها. كما أن هذه الصممات تمتاز ببساطتها، وسهولة صيانتها، واستعمالاتها العديدة، بسبب وجود أنواع كثيرة من الصمّامات التي تندرج تحت تصنيفها، ولتعدد أحجامها. ومن أمثلة الصمّامات خطية الحركة:
- صمّام البوابة Gate Valve
- الصمّامات الكروية Globe Valves.
- صمّام القرص Pinch Valve
- صمّام الغشاء Diaphragm Valve
- الصمّامات الردادة الرفعية Lift Check Valves.
- الصمّامات الردادة المنسجمة In-Line Check Valves.
- الصمّامات الردادة الحاجزة Stop Check Valves.
- صمّامات الحماية Safety Valves.
- صمّامات التنفيس Relief Valves.
هي الصمّامات التي يدور عنصر الإغلاق فيها من زاوية (0°) إلى نصف دورة بزاوية (90°)، لفتح وإغلاق الصمّام أو خنق التدفق. بعض أنواع هذه الصمّامات تسمى بصمّامات الحركة الربعية Quarter Turn Valves، وذلك لأن أقصى زاوية يمكن أن يصلها عنصر الإغلاق هي (45°) وعند مقارنتها مع صمّامات الحركة الخطية، نجد أنها عادةً أقل حجمًا ووزنًا منها وأسرع في الوصول إلى الوضع المطلوب، كما أنها بالعادة أرخص سعرًا، ومن أمثلتها :
- الصمّامات الردادة المتأرجحة Swing Check Valve.
- الصمّامات الردادة ذات القرص المنحني Tilting Disk Check Valve والصمّامات الردادة ذات القرص المثني Folding Disk Check Valve.
- الصمّامات الردادة الحاجزة Stop Check Valves.
- صمّام الكرة Ball Valve
- صمّام السدادة Plug Valve
- صمّام الفراشة أو الصمّام ذو القرص Butterfly Valve
إعداد: م. آية حمدان
مراجعة المحتوى: م. حمزة العمايرة
التدقيق اللغوي: م. ماجدة الشريقي
1. https://www.theprocesspiping.com/piping-valve-classifications/
2. http://www.piping-engineering.com/valves-piping-system-classification.html
3. “Selection and Application of Valve – Piping Handbook”
