آشنایی با ضربه قوچ (water hammer)
ضربه قوچ به عنوان یکی از مهمترین عوامل تخریب لوله‌ها و سیستم‌های پیشرانشی در صنایع نفت، گاز و نیروگاهی شناخته می‌شود. در این مقاله، این مسئله از دیدگاه فیزیکی و مکانیکی بررسی شده و تاثیرات ضربه قوچ بر کیفیت و عمر مفید لوله‌ها ارزیابی می‌گردد.
در قسمت اول این مقاله، تعریف و شرح مختصری در مورد ضربه قوچ ارائه می‌گردد. سپس، علل و عوامل ایجادکننده ضربه قوچ در پایپینگ، شامل شوک هیدرولیکی، حرکت سیالات و قطع و وصل سریع بررسی می‌شوند.
در قسمت بعد، به بررسی تاثیرات ضربه قوچ بر روی لوله‌ها و سیستم‌های پیشرانشی می‌پردازیم. در ادامه نیز نکاتی را درباره راهکارهای کاهش تاثیرات ضربه قوچ بر روی لوله‌ها و سیستم‌های پیشرانشی بررسی می‌کنیم. سپس به توضیح میزان مخرب بودن این ضربه پرداخته و در نهایت نیز ارتباط ضربه قوچ را با پدیده کاویتاسیون بررسی خواهیم نمود.
ضربه قوچ چیست؟
ضربه قوچ (Water Hammer) عموما به عنوان یک نیروی ناگهانی و شدید در نقاط متمایزی از سیستم پایپینگ تعریف می‌شود که عملکرد و عمر مفید آن را به شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد.
پدیده ضربه قوچ یا همان ونتیل قوچ یکی از مهمترین پدیده‌های مورد بررسی در صنعت پایپینگ است. این پدیده زمانی به وقوع می‌پیوندد که در حین تغییر حالت جریان درون لوله‌ها، یک ضربه ناگهانی به سامانه پایپینگ وارد شود. این ضربه قوچ میتواند باعث تغییرات آشکاری در فشار و دبی جریان درون لوله‌ها گردد که در بسیاری از موارد سبب بروز اتفاقات خطرناک و جبران‌ناپذیری می‌شود.
این پدیده معمولا در سامانه‌هایی رخ می‌دهد که بدون رعایت نکات اصولی مربوط به طراحی و ساخت اجرا شده‌اند و در برخی موارد به خشک شدن لوله‌ها، افزایش دما و حتی انفجار لوله‌ها می‌انجامد. بنابراین، شناخت کامل و صحیح از ضربه قوچ و ارائه راهکارهای مناسب طراحی، نصب و بهره‌برداری از سیستم‌های پایپینگ میتواند به عنوان یک عامل اصلی در جلوگیری از خرابی و صدمات ناشی از آن در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار گیرد.
اثرات ضربه قوچ
اثرات مخرب ضربه قوچ بر سیستم‌های پایپینگ یا لوله‌کشی، معمولا در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی نمود بیشتری داشته و میتواند عواقب جدی و خطرناکی برای سلامت و ایمنی افراد و زندگی روزمره آنها داشته باشد.
اولین اثری که باید به آن اشاره کرد، خرابی ساختار پایپینگ یا خطوط لوله است. ضربه قوچ باعث می‌شود که تاثیرات شکست و خرابی روی سطح پایپینگ مشاهده شود. در اثر این ضربه، لوله ممکن است همچنان قابل استفاده باشد؛ اما خرابی جزئی ایجاد شده در آن نیز میتواند زمینه‌ساز خسارات جبران‌ناپذیر بعدی گردد؛ لذا حتما باید بررسی، تعمیر و یا در صورت لزوم تعویض شود؛ زیرا در صورت وقوع ضربه قوچ شدید، به احتمال بسیار زیاد سیستم لوله‌کشی خراب شده و بی‌توجهی نسبت به نگهداری و تعمیر اصولی آن، میتواند عواقب بسیار خطرناکی داشته باشد؛ برای مثال، اگر نشتی در سیستم گاز یا سیالات قابل اشتعال دیگر رخ داده باشد، احتمال در خطر بودن جان افراد یا ایجاد حوادثی نظیر آتش‌سوزی و انفجار وجود دارد.
سومین اثر احتمالی ضربه قوچ در پایپینگ میتواند بر روی عملکرد سیستم حمل و نقل مایعات و گازها به وقوع بپیوندد. با خراب شدن لوله‌ها، ممکن است جریان مواد مسدود شده و به مشکلاتی چون کاهش توانایی انتقال مایع، کاهش فشار و در نتیجه کاهش راندمان کلی سیستم منجر شود. این موضوع میتواند بر خدمات آب، برق و سایر انواع انرژی تاثیر منفی مستقیم داشته باشد.
آخرین اثر قابل ملاحظه نیز این است که ضربه قوچ میتواند به تجهیزات جانبی مرتبط با پایپینگ آسیب‌های جدی وارد کند؛ به طور مثال، در صورتی که این پدیده در محل شیرها، فلنج‌ها و لوله‌های پایپینگ اتفاق بیفتد، ممکن است باعث شکستگی و بروز نشتی در این تجهیزات شود. این مسئله میتواند منجر به از کار افتادن سیستم‌های پایپینگ شده و در نتیجه عملکرد کلی سیستم را مختل سازد. علاوه بر این، آسیب‌های جدی به تجهیزات جانبی مانند پمپ‌ها، صافی‌ها و سایر تجهیزات مرتبط نیز محتمل خواهد بود. لذا لازم است به منظور جلوگیری از وقوع ضربه قوچ و حفاظت از تجهیزات جانبی مرتبط، در طراحی و نصب سیستم‌های پایپینگ، احتیاط ویژه‌ای لحاظ شود.
علاوه بر آسیب‌های فیزیکی، ورود هر گونه ناخالصی و ذرات غیرمجاز به سیستم‌های پایپینگ میتواند عوارض جدی دیگری را نیز به همراه داشته باشد. این ذرات می‌توانند باعث انسداد و کاهش جریان سیال در لوله‌ها شده و در نتیجه کارایی سیستم را به شدت کاهش دهند. برای جلوگیری از این مشکلات، استفاده از فیلترها و صافی‌های مناسب در نقاط ورودی سیستم‌های پایپینگ ضروری به نظر میرسد. همچنین، نگهداری و تعویض دوره‌ای این فیلترها نیز باید به صورت منظم انجام شود تا از ورود ذرات غیرمجاز به سیستم جلوگیری شده و عملکرد بهینه آن حفظ گردد.
چگونه از ضربه قوچ جلوگیری کنیم؟
بهره‌گیری از سیستم‌های پایپینگ در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی بسیار رایج است. هدف اصلی استفاده از پایپینگ و سیستم‌های لوله‌کشی، انتقال مواد شیمیایی، گازها و سیالات به صورت ایمن و مطابق اصول مهندسی و البته با سرعت بالا است. با این حال، احتمال وقوع ضربه قوچ در این گونه سیستم‌ها میتواند به شدت مخرب بوده و منجر به تحمیل هزینه‌های بالای تعمیرات، هدر رفتن زمان بسیار و همچنین به خطر افتادن ایمنی کارکنان گردد. بنابراین، ارائه راهکارهایی جهت جلوگیری از وقوع پدیده ضربه قوچ در صنعت پایپینگ از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
-
بهره‌گیری از مواد بادوام در تولید لوله‌ها:
استفاده از خطوط پایپینگ با بدنه‌ای قوی و مستحکم میتواند در جلوگیری از وقوع این پدیده تا حد قابل قبولی موثر باشد. به تجربه نیز ثابت شده که پایپینگ‌هایی که با استفاده از مواد با دوام بالا ساخته شده‌اند، به شدت در برابر آسیب‌های محتمل ناشی از وقوع ضربه قوچ مقاوم هستند.
استفاده از قطعات محکم در تولید سیستم‌های پایپینگ میتواند به شدت سبب جذب ضربه قوچ شده و باعث کاهش تاثیرات منفی آن گردد. این قطعات باید از موادی مقاوم در برابر فشار و خمش ساخته شده باشند تا بتوانند از سیستم پایپینگ در مقابل ضربه قوچ محافظت نمایند.
-
استفاده از سیستم‌های بهینه پشتیبانی:
بهره‌گیری از سیستم‌های بهینه و مهندسی‌ساز پشتیبانی میتواند تاثیرات منفی پدیده ضربه قوچ را کاهش دهد. یک سیستم پشتیبانی مناسب باید شامل بخش حفاظت و پیشگیری از وقوع ضربه قوچ، جذب انرژی و انتقال آن به مناطق امن باشد.
البته علاوه بر موارد ذکر شده، از روش‌های دیگری نیز می‌توان برای کاهش تاثیرات منفی ضربه قوچ در خطوط لوله استفاده کرد. یکی از این روش‌ها استفاده از عایق‌های مقاوم در برابر ضربه است که میتواند از انتقال مستقیم انرژی به خط لوله جلوگیری کند. همچنین، طراحی صحیح و اصولی سیستم پایپینگ نیز میتواند تاثیرات مخرب ضربه قوچ را کاهش دهد؛ به عنوان مثال، استفاده از قوس‌ها و انحناهای مناسب در مسیر خط لوله میتواند باعث تلفیق و توزیع بهتر نیروها شده و در نتیجه تاثیر منفی ضربه قوچ را کاهش دهد. در نهایت، نگهداری و بازرسی دوره‌ای سیستم پایپینگ نیز از اهمیت بالایی برخوردار است تا بدین وسیله هر گونه ضربه قوچ و آسیب مرتبط با آن به موقع تشخیص داده شده و اقدامات لازم برای رفع آن صورت پذیرد.
ضربه قوچ چقدر میتواند مضر باشد؟
وقوع ضربه قوچ در صنعت پایپینگ تاثیر مخرب بسیاری را بر سیستم‌های لوله‌کشی بر جای می‌گذارد. عواملی مانند قدرت ضربه، نحوه انتقال انرژی و جریان مواد در لوله می‌توانند باعث وقوع آسیب‌های جدی در ساختار مکانیکی پایپینگ شوند.
یکی از مهمترین نکاتی که باید در نظر گرفته شود، قدرت ضربه است. چگالی انرژی این ضربه میتواند در ایجاد خرابی‌های سنگین اثرگذار باشد. ضربه‌های قوچ توانایی شکست پانل‌ها را دارد؛ زیرا به صورت ناگهانی بر روی سطوح آنها فشار می‌آورد. بنابراین، طراحی اصولی و مهندسی پانل‌ها و استفاده از موادی که توانایی جذب و انتقال انرژی ضربه را دارند، میتواند در مقاومت برابر این نوع ضربات مفید باشد.
نکته دیگر در رابطه با ضربه قوچ، نحوه انتقال انرژی در هنگام وقوع آن است. در صورتی که انرژی ضربه به نقطه‌ی دیگری از سیستم منتقل نشود، خطر تخریب لوله و اتصالات آن به شدت افزایش می‌یابد؛ بنابراین، استفاده از روش‌هایی که توانایی هدایت انرژی ضربه را دارند، حائز اهمیت خواهد بود.
همچنین، جریان مواد در لوله‌ها میتواند تاثیر زیادی بر روی کارایی و عملکرد سیستم داشته باشد؛ به عنوان مثال، در صنایع نفت و گاز، جریان نامناسب مواد میتواند منجر به ایجاد انسدادها و کاهش ظرفیت انتقال مواد شود. علاوه بر این، جریان نامناسب میتواند باعث ایجاد نیروهای جانبی و افت فشار در سیستم شده و منجر به خرابی و وقوع خطرات احتمالی بسیاری گردد. بنابراین، بررسی و بهینه‌سازی جریان مواد در لوله‌ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است تا بدین وسیله، عملکرد سیستم بهبود یافته و خطرات احتمالی نیز کاهش یابند.
ارتباط ضربه قوچ با پدیده کاویتاسیون چیست؟
همانطور که بیان شد، ضربه قوچ عمدتا ناشی از بروز تغییرات ناگهانی فشار در سیستم پایپینگ بوده و میتواند به دلیل عوامل مختلفی از جمله اتصالات نامناسب، تغییر جهت جریان، بسته و باز شدن سوئیچ‌ها و شیرهای مختلف و همچنین عایقکاری ضعیف اتفاق بیفتد.
یکی از تاثیرات ضربه قوچ، پدیده کاویتاسیون است. کاویتاسیون عمدتا به تشکیل حفره‌های کوچک در تجهیزات حمل سیالات مربوط می‌شود که در نتیجه باعث شکستن مولکول‌های آب و ایجاد فشارهای شدید در نقاط خلاء می‌گردد. این فشارها قادرند سبب خراشیدگی، سایش و استهلاک سیستم پایپینگ شوند.
به طور خلاصه، ارتباط ضربه قوچ و پدیده کاویتاسیون در پایپینگ به این شکل است که ضربات قوچ می‌توانند به عنوان مولد اصلی ایجاد حفره‌های خالی و خلاء در سیال عمل کنند. همچنین، شدت ضربه‌ها و فشارهایی که توسط آنها ایجاد می‌شود، امکان خراشیدگی و سایش مولکول‌های آب را به شدت افزایش می‌دهد.
منابع :
0 نظر در مورد «آشنایی با ضربه قوچ (water hammer)»