معايير التنظيف الخالية من الزيوت لعدادات تدفق الأكسجين

معايير التنظيف الخالية من الزيت لعدادات تدفق الأكسجين: شرح معيار CGA G-4.1 ومعيار ASTM G93

إجابة سريعة

تحتاج عدادات تدفق الأكسجين إلى تنظيف خالٍ من الزيت لأن بقايا الهيدروكربون والشحوم والجسيمات السائبة يمكن أن تشتعل داخل نظام غني بالأكسجين، حتى بدون شرارة خارجية.

يغطي هذا الأمر معياران: CGA G-4.1 لمعدات إنتاج الغاز وتخزينه وتوزيعه، و ASTM G93 لمجموعة أوسع من البيئات الغنية بالأكسجين بما في ذلك صناعة الطيران والفضاء وأشباه الموصلات.

تقوم شركة Silver Automation Instruments بإزالة الشحوم وفحص الأجزاء المبللة في كل مقياس تدفق خدمة الأكسجين، مستهدفة مستوى بقايا غير متطايرة يبلغ 220 ملغم/م² أو أقل، بما يتوافق مع خط الأساس CGA G-4.1.

لماذا يحتاج الأكسجين إلى معيار تنظيف مختلف عن الهواء أو النيتروجين

يُصنّف الأكسجين الذي يزيد تركيزه عن 23.5% حجميًا كمؤكسد وفقًا لكلا المعيارين. هذه النسبة مهمة لأن الهواء العادي يحتوي على حوالي 21% أكسجين، وحتى زيادة طفيفة عن هذه النسبة تُغيّر طريقة احتراق المواد. فالشحوم والزيوت التي تبقى ساكنة على سطح فولاذي في الهواء المحيط تشتعل بسهولة بمجرد مرور الأكسجين النقي فوقها تحت ضغط.

هناك آليتان للاشتعال جديرتان بالمعرفة قبل تحديد مواصفات مقياس تدفق الأكسجين. يحدث الانضغاط الأديباتي عندما تُضغط كمية من الأكسجين بسرعة على سطح مسدود أو مقعد صمام، وتكون حرارة الانضغاط وحدها كافية لإشعال البقايا الموجودة هناك. أما الاشتعال الناتج عن اصطدام الجسيمات فيحدث عندما تتحرك قطعة سائبة من قشور اللحام أو برادة التشغيل بسرعة عالية وتصطدم بسطح المستشعر، مما يُولد شرارة من الاحتكاك. ولا تحتاج أي من هاتين الآليتين إلى مصدر إشعال خارجي.

لذا، فإن جسم مقياس التدفق الذي يعمل بشكل جيد مع الهواء المضغوط قد يصبح مصدر خطر عند استخدامه مع الأكسجين إذا لم تتم إزالة الشحوم عنه. هذا ليس خطرًا نظريًا، بل هو السبب الذي يدفع موردي الغاز والمستشفيات ومصانع الصلب إلى تحديد معايير التنظيف في طلبات الشراء الخاصة بهم بدلًا من ترك الأمر للتخمين.

CGA G-4.1 و ASTM G93، وأوجه الاختلاف بينهما

CGA G-4.1، تنظيف المعدات لخدمة الأكسجين

تُصدر جمعية الغازات المضغوطة معيار CGA G-4.1، وهو المعيار الذي يعتمد عليه معظم موردي الغاز، ومشغلي محطات الأكسجين، وموزعي الغازات الطبية. ويشمل هذا المعيار خزانات التخزين، وشاحنات نقل الوقود، والضواغط، والمضخات، وأجهزة القياس، أي أي شيء يلامس الأكسجين بتركيز يزيد عن 23.5%. ويُعدّ هذا المعيار تفصيليًا، إذ يحدد طرق تنظيف محددة (باستخدام المذيبات، أو المحاليل المائية، أو الموجات فوق الصوتية)، وخطوات الفحص، ومتطلبات التعبئة والتغليف. كما يُحدد مستوى نظافة أساسيًا، بحيث يحصل المشتري الذي يكتب ببساطة "نظيف وفقًا لمعيار CGA G-4.1" في طلب الشراء على معيار مُحدد.

ASTM G93، طرق التنظيف ومستويات النظافة للبيئات الغنية بالأكسجين

يتبنى معيار ASTM G93 نهجًا أوسع قائمًا على تقييم المخاطر. فبدلًا من معيار أساسي واحد، يُحدد مستويات النظافة من A إلى D، حيث يُعد المستوى A الأكثر دقة (ويُستخدم في أنظمة الدفع الجوي وأنظمة الأكسجين عالية الضغط)، بينما يُعد المستوى D الأقل دقة. وعلى عكس معيار CGA G-4.1، لا يوجد مستوى افتراضي تلقائي، لذا يتعين على المشتري تحديد المستوى المناسب. يظهر هذا المعيار بشكل أكبر في مجالات الطيران والفضاء، وأشباه الموصلات، والغازات المتخصصة، على الرغم من وجود تداخل بين المعيارين، كما أن معيار CGA G-4.1 نفسه يُشير إلى معيار ASTM G93 للاطلاع على طرق الاختبار التفصيلية.

بالنسبة لعملاء الغازات الصناعية، مثل محطات توليد الأكسجين، وأنظمة الإمداد المركزية للمستشفيات، وخطوط التزويد بالأكسجين في مصانع الصلب، فإن معيار CGA G-4.1 الأساسي عادةً ما يكون كافيًا. أما عملاء صناعة الطيران، وأنظمة الدفع بالأكسجين السائل، وبعض شركات أشباه الموصلات، فيحتاجون إلى تحديد مستوى ASTM G93 صراحةً في الطلب.

تؤثر تقنية العدادات أيضاً على سلامة الأكسجين، وليس فقط على التنظيف.

لا تُعالج شهادة التنظيف وحدها مشكلة التصميم. تعتمد عدادات التدفق التوربينية والإزاحة الموجبة على أجزاء دوارة تعمل على محامل، وتحتاج العديد من تصميمات المحامل إلى طبقة تشحيم لضمان استمرار عملها. وُضع معيار CGA G-4.1 لإزالة مواد التشحيم القياسية القائمة على الهيدروكربونات، لذا تحتاج هذه العدادات عادةً إلى شحم متوافق مع الأكسجين، أو فترات فحص أقصر، أو كليهما.

تتجنب عدادات التدفق الكتلي الحراري وعدادات التدفق الدوامي هذه المشكلة بطريقة هيكلية أكثر فعالية. فكلاهما لا يحتوي على أجزاء متحركة في مسار التدفق، وبالتالي لا توجد محامل تحتاج إلى تزييت ولا أسطح تآكل تتساقط منها جزيئات معدنية على مر السنين. وهذا أحد أسباب شيوع ذكر عدادات التدفق الكتلي الحراري SRK-100 وعدادات التدفق الدوامي STLU-G في استفسارات الأكسجين والنيتروجين التي نتلقاها من جنوب شرق آسيا والشرق الأوسط. مع ذلك، لا يزال المستشعر بحاجة إلى إزالة الشحوم وفحصه قبل شحنه. ولكن بمجرد تركيب العداد، لا توجد أي مخاطر تتعلق بالتزييت المستمر.

خيارات المواد والمكونات التي يجدر التحقق منها قبل الطلب

تظهر بعض النقاط في كل استفسار تقريبًا يتعلق بمقاييس تدفق الأكسجين التي نتعامل معها، لذا يجدر ذكرها مباشرة بدلاً من انتظار السؤال.

• ينبغي تجنب استخدام مواد النتريل أو النيوبرين القياسية في صناعة موانع التسرب المبللة. يُعد كل من البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) والفيتون من الخيارات الشائعة المتوافقة مع الأكسجين، ومع ذلك، لا يزال يتعين فحص كليهما من حيث الضغط ودرجة الحرارة في ظروف التشغيل الفعلية.
• يُعدّ النحاس الأصفر والفولاذ المقاوم للصدأ من المواد الشائعة المستخدمة في صناعة هياكل أجهزة الأكسجين ذات الضغط المنخفض والمتوسط. أما الألومنيوم والتيتانيوم، فيتطلبان دراسة هندسية قبل استخدامهما في أجهزة الأكسجين ذات الضغط العالي، وذلك بسبب خطر اشتعال الجسيمات الناتجة عن اصطدامها بالمعدن نفسه، وليس فقط بسبب التلوث السطحي.
• لا ينبغي أبدًا تركيب الوصلات الملولبة باستخدام مواد مانعة للتسرب قياسية أساسها الهيدروكربونات. توجد مواد تشحيم آمنة للاستخدام مع الأكسجين، ويجب ذكرها في طلب الشراء بدلًا من افتراضها من قِبل المُركِّب.
• إذا كان الخط يحمل غازًا آخر قبل التحول إلى خدمة الأكسجين، فإن العداد يحتاج إلى تنظيف كامل لإعادة التأهيل، وليس مجرد مسح.

كيفية تجهيز عدادات تدفق خدمة الأكسجين

مقياس التدفق الكتلي الحراري للأكسجين

عند ورود طلب لخدمة الأكسجين، نقوم بفصل المكونات المبللة وإزالة الشحوم عنها بشكل منفصل عن باقي أجزاء الجهاز، باتباع خطوات التنظيف بالمذيبات الموضحة في معيار CGA G-4.1. بعد إزالة الشحوم، تخضع الأجزاء لفحص بالأشعة فوق البنفسجية، وفي الطلبات الأكثر دقة، يتم إجراء اختبار مسح للتأكد من أن مستوى البقايا غير المتطايرة ضمن الحدود المطلوبة. بمجرد اجتياز الجزء للاختبار، يتم تغليفه ووضع ملصق عليه بتاريخ التنظيف والمعيار المطبق، ويُحفظ مغلقًا حتى التجميع النهائي.

هذا إجراءٌ مُعتادٌ في أجهزة قياس الكتلة الحرارية SRK-100 وأجهزة قياس تدفق الدوامة STLU-G المُخصصة لخدمة الأكسجين. يُمكننا التنظيف بمستوى أعلى من معيار CGA G-4.1 الأساسي عند الطلب، مع العلم أن ذلك يُضيف وقتًا إضافيًا. لا ندّعي حصولنا على شهادة اعتماد من CGA G-4.1 أو ASTM G93. ما نُؤكده كتابيًا هو مستوى النظافة المُحدد، وطريقة الفحص، والوثائق المُرفقة مع كل وحدة، وننصح العملاء الذين لديهم متطلبات صارمة لضمان الجودة الداخلية بتحديد مستوى النظافة المطلوب وشكل الوثائق مباشرةً في طلب الشراء.

تطبيق معايير CGA G-4.1 و ASTM G93 في مختلف الصناعات

في جنوب شرق آسيا، تُعدّ محطات توليد الأكسجين الصغيرة بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) وتقنية امتزاز الضغط المتأرجح المتغير الضغط (VPSA) مصدرًا متكررًا لهذه الاستفسارات. غالبًا ما يُحدد مُكاملُو المحطات في فيتنام وإندونيسيا والفلبين تركيب مقياس الكتلة الحرارية أو مقياس الدوامة على خط مخرج المنتج تحديدًا لتجنب مشكلة المحامل المُشحّمة التي تُصاحب عدادات التوربينات.

يسأل عملاء الشرق الأوسط عن هذا الأمر في الغالب فيما يتعلق بالاحتراق المُخصب بالأكسجين في معالجة الزجاج والمعادن، حيث يبقى التخصيب أقل من عتبة 23.5% في بعض الخطوط ولكنه يتجاوزها في خطوط أخرى داخل نفس المصنع، لذلك يحتاج كل خط إلى مراجعة خاصة به بدلاً من إجابة شاملة.

تقوم المستشفيات في أستراليا ونيوزيلندا بتحديد حجم مراقبة تدفق إمدادات الأكسجين المركزية حول خط الأساس CGA G-4.1 كإجراء روتيني، حيث أن NFPA 99 وقوانين الغازات الطبية الإقليمية المماثلة تتوقع ذلك، على الرغم من أن مهندس نظام الغاز الخاص بالمنشأة هو من يحدد متطلبات التوثيق النهائية، وليس مورد العداد.

عادة ما تكون مصانع الصلب في أمريكا الجنوبية التي تشغل خطوط القطع أو الثقب بالأكسجين هي المجموعة الأكثر حساسية للتكلفة في هذه القائمة، وعادة ما تسأل على وجه التحديد عما إذا كان من الممكن إعادة تأهيل عداد التوربينات منخفض التكلفة للأكسجين بدلاً من طلب وحدة حرارية أو دوامية تم تنظيفها خصيصًا لهذا الغرض.

دراسة حالة

طلب منا أحد مُكاملِي معدات الغاز في فيتنام، الذي يُورِّد مولدات أكسجين صغيرة بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA)، تقديم عرض سعر لعدادات الكتلة الحرارية SRK-100، بعد تنظيفها وفقًا لمعيار CGA G-4.1، لخط مخرج محطة إنتاجية تبلغ طاقتها 50 مترًا مكعبًا قياسيًا في الساعة. وقد ورث المهندس المسؤول عن المواصفات تركيب عداد توربيني فشل في التدقيق الداخلي لأن شحم المحامل لم يكن مُصنَّفًا للاستخدام مع الأكسجين. نسمع عن حالات فشل مماثلة في التدقيق لعدادات مُشحَّمة بشكل متكرر، عادةً بعد تغيير مُشغِّل المحطة أو بعد حادثة في مكان آخر بالمنطقة، وهذا أحد أسباب تكرار ظهور التصاميم الحرارية وتصاميم الدوامات في هذه الاستفسارات.