شرح تصنيفات ضغط الصمامات: PN مقابل Class وطريقة التحويل بينهما

يحدد تصنيف الضغط أقصى ضغط تشغيل يمكن للصمام تحمله عند درجة حرارة مرجعية محددة. ويتضمن التصنيف هامشا أقل من الضغط الذي قد يؤدي إلى فشل أضعف مكوّن، وغالبا ما يكون جسم الصمام أو الغطاء أو المقعد. كما يحدد معيار الشفة وسماكة الجدار والمسامير وضغوط الاختبار الهيدروستاتيكي ووزن الصمام وسعره.

يسيطر نظامان على تجارة الصمامات الدولية. يرمز PN، المشتق من العبارة الفرنسية pression nominale، إلى عائلة DIN وEN الأوروبية ويكتب PN10 أو PN16 أو PN25 أو PN40. ويمثل الرقم ضغطا تقريبيا بالبار. أما تصنيفات ASME Class فتظهر بصيغة Class 125 أو Class 150 أو Class 300 أو Class 600. وترجع هذه الأرقام إلى ممارسات قديمة في خدمات البخار ولا تمثل ضغطا ثابتا واحدا. لا يوجد نظام أفضل بطبيعته، فلكل منهما معايير وأبعاد شَفَات وتقاليد اختبار مختلفة.

يكون خطر الشراء غالبا في عدم تطابق المواصفة، وليس في اختيار تصنيف منخفض بشكل واضح. ومن الأخطاء المتكررة طلب صمام Class 150 لخط PN16، أو تحديد PN16 بينما يتجاوز ضغط إغلاق المضخة 16 بار، أو قبول عرض يقل فيه التصنيف عن التصنيف الموجود في الرسم. تصحيح هذه الأخطاء قبل الإنتاج أقل تكلفة بكثير من تصحيحها بعد التوريد.

تحدد المواصفة EN 1092-1 درجات PN الخاصة بالشفات، وتشير إليها معايير صمامات مثل EN 1074 لصمامات إمداد المياه وDIN 3352 لصمامات البوابة. الرقم الذي يلي PN قريب من أقصى ضغط مسموح به بالبار عند درجة الحرارة المرجعية، لكنه لا يساويه دائما. وبالنسبة إلى المواد القياسية، تقع درجة الحرارة عادة ضمن نطاق 20 °C إلى 120 °C بحسب مجموعة المواد. وتستخدم صمامات المياه البلدية غالبا PN10 وPN16 وPN25 وPN40.

يعني PN16 أن الصمام الكامل مصمم لضغط تشغيل مستمر قدره 16 بار عند درجة الحرارة المحيطة. ووفقا للمواصفة ISO 5208، يجرى اختبار الجسم الهيدروستاتيكي عند 1.5 ضعف التصنيف، أي 24 بار لصمام PN16. أما اختبار المقعد فيجرى عند 1.1 ضعف التصنيف، أي 17.6 بار. ويجب التحقق من هذين المعاملين أولا في شهادة اختبار المورد.

قد يكون جسم الصمام مصبوبا وفق PN25، لكن المسامير أو المشغل أو مكوّنا آخر قد يحد من الصمام المركب إلى PN16. وينطبق تصنيف لوحة البيانات على الصمام الكامل، وليس على الجسم وحده. كما تنتج المصانع الصينية صمامات سلسلة DIN على نطاق واسع، ولذلك يكون صمام بوابة DIN F4 PN16 بمقعد مرن خيارا اقتصاديا شائعا لمشروعات PN مهما كان موقع المشروع.

تتبع تصنيفات ASME Class طريقة مختلفة. فتصنيف Class هو منحنى ضغط ودرجة حرارة، وليس ضغطا اسميا واحدا. ويعتمد الضغط المسموح به على مجموعة المواد وينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. تورد ASME B16.34 جداول صمامات الفولاذ، بينما تغطي ASME B16.1 شَفَات الحديد. في الظروف المرجعية، يتحمل صمام فولاذ كربوني Class 150 نحو 19 إلى 20 بار، أي نحو 285 psi، بينما يتحمل Class 300 نحو 51 بار عند درجة الحرارة المحيطة.

في خدمات المياه والبلديات، تظهر غالبا فئة Class 125 في الصمامات ذات نمط الحديد الزهر، وهي مرتبطة تقليديا بتطبيقات AWWA، عند نحو 12 بار، وفئة Class 150 في صمامات حديد الدكتايل. ووفقا لـ AWWA C509/C515، يبلغ Class 150 لحديد الدكتايل 250 psi، أي نحو 17.2 بار. ويؤدي صمام بوابة NRS من حديد الدكتايل بنمط AWWA المصنف Class 150 وظيفة قريبة من صمام DIN PN16، لكن الشفة والمسامير ووثائق الاعتماد مختلفة.

تستخدم تصنيفات Class 300 وما فوق في مجمعات تصريف المضخات ووحدات الترشيح وحلقات التحكم الهيدروليكي. وتتوفر صمامات التحكم الهيدروليكي ذات التشغيل التجريبي عادة من PN16 إلى PN40 وما يعادلها من تصنيفات Class. وتصبح درجة الحرارة مهمة في الخدمة الساخنة: فقد يكون صمام فولاذ كربوني Class 150 المصنف عند 19 بار في 20 °C مصنفا عند نحو 10 بار فقط بالقرب من 400 °C. وفي أنظمة المياه، تحدد المقاعد المرنة عادة حد الحرارة العملي قبل أن يفرض تصنيف المعدن هذا الحد.

يقارن الجدول التصنيفات الشائعة من حيث أقصى ضغط تشغيل تقريبي عند درجة الحرارة المحيطة، وعائلة المواصفات والخدمة المعتادة. استخدمه لمقارنة عروض الموردين، وليس لاستبدال مواصفة المشروع. ويظل توافق الشفاه مسألة منفصلة.

يتقارب PN16 وClass 150 في ضغط التشغيل عند درجة الحرارة المحيطة، لكن ذلك لا يجعلهما قابلين للتبادل. تختلف شفة PN16 وفقا لـ EN 1092-1 عن شفة Class 150 وفقا لـ ASME B16.5 في مقاس المسامير وعددها وقطر دائرة المسامير، وغالبا في السماكة أيضا. ولن يثبت صمام Class 150 على خط PN16، والعكس صحيح.

وتنطبق المشكلة نفسها على المسامير. تستخدم شَفَات Class 150 مسامير ربط من النظام الإنشي، بينما تستخدم شَفَات PN مسامير مترية. وقد يؤدي اكتشاف أدوات تثبيت مختلطة أثناء التركيب إلى توقف العمل لأيام. إذا كانت الأنابيب وفق EN 1092-1، فاطلب صمامات ذات شَفَات EN 1092-1، حتى إذا كانت وحدة ضخ مجاورة مصممة أمريكيا وتستخدم Class 150. استخدم وصلة تحويل أو شفة انتقال يصنعها المورد لمعالجة اختلاف النظام.

ومن الأخطاء ذات الصلة اعتبار PN16 وClass 125 متكافئين في أعمال الحديد الزهر القديمة. فلشَفَات الحديد الزهر Class 125 وفقا لـ ASME B16.1 ثقوبها الخاصة، وهي تختلف أيضا عن شَفَات الفولاذ Class 150. في مشروعات التجديد التي تجمع أجيالا مختلفة من الأنابيب، صوّر الشفة القائمة وأرسل الصورة مع طلب الاستفسار. ويجب على المصنع الذي يورد صمام بوابة BS5163 بمقعد معدني أو صماما بمقعد معدني وفق معيار GB تأكيد تخطيط الثقوب قبل الإنتاج.

لا تختر الصمام بناء على الضغط المعتاد للخط. استخدم أعلى قيمة من ثلاث: أقصى ضغط تشغيل مستقر، ويعتمد على أعلى عمود ضغط ساكن واحتكاك؛ وضغط إغلاق المضخة، الذي يظهر عند إغلاق صمام لاحق؛ والارتفاع المفاجئ العابر الناتج عن الإغلاق السريع أو توقف المضخة. وفي الشبكات ذات التضاريس، افحص النقطة المنخفضة من المقطع الهيدروليكي. وقد يصل الارتفاع المفاجئ إلى ضعفين أو أربعة أضعاف الضغط المستقر.

مثال: يعمل خط نقل عند ضغط مستقر قدره 8 بار، وتبلغ قيمة الإغلاق التام للمضخة 12 بار، بينما يصل الارتفاع المحسوب إلى 14 بار. يغطي PN16 الحالات الثلاث بهامش مناسب. أما PN10 فلا يغطيها، حتى لو كان الخط يعمل عادة عند 8 بار. والتوفير الناتج عن صمام منخفض التصنيف صغير مقارنة بتكلفة تعطل مكوّن وفقدان التشغيل.

أصبح PN16 التصنيف الافتراضي لشبكات التوزيع البلدية لأنه يغطي معظم الخدمات المعتادة وتتوفر منه مخزونات واسعة. والقاعدة العملية هي PN10 لخطوط الجاذبية والري التي لا تتصل بمضخة، وPN16 للخدمة البلدية القياسية، وPN25 لمحطات الضخ وخطوط النقل الرئيسية، وPN40 للخدمة الصناعية ذات الرفع العالي. وتتبع صمامات الفراشة النطاق نفسه. ويمكن عرض صمام فراشة رافعة وصمام فراشة مشغل بالتروس من PN10 إلى PN40، لذلك لا يحدد تصنيف الضغط وحده اختيار صمام البوابة أو الفراشة.

ضع أربعة فحوصات في طلب الاستفسار قبل الفاتورة الأولية: تصنيف لوحة بيانات الصمام المركب، وليس جسم الصمام فقط؛ معيار تخطيط ثقوب الشفة، مثل EN 1092-1 PN16 أو ASME B16.1 أو B16.5 Class أو JIS؛ جدول الاختبار، بحيث يكون اختبار الجسم عند 1.5× واختبار المقعد عند 1.1× وفقا لـ ISO 5208؛ وحد درجة حرارة المقعد. تصنف المقاعد المرنة من EPDM عادة عند 80 °C إلى 120 °C. وإذا كان الخط ساخنا، فقد يفرض المقعد الحد قبل تصنيف المعدن.

اطلب جدول الضغط مقابل درجة الحرارة للطراز المحدد، لا ورقة بيانات عامة. وعادة يدرج المصنعون المعتمدون لسلسلة صمامات البوابة ذات المقاعد المرنة DIN F4/F5 ولسلسلة AWWA OS&Y هذه المعلومات ضمن مستندات اعتماد EN 1074 أو AWWA. وإذا عجز المورد عن تقديمها، فلا ينبغي إصدار الطلب قبل إجراء تحقق إضافي.

يجيب PN وClass عن السؤال الفيزيائي نفسه: كم ضغطا يمكن للصمام أن يتحمل عند درجة حرارة معينة. وتقارب أرقام PN الضغط بالبار وتستخدم في نظامي EN وDIN. أما تصنيفات Class فتتبع منحنيات المادة ودرجة الحرارة وتستخدم في نظامي ASME وAWWA. ويفيد الجدول في مقارنة عروض الأسعار، لكن تخطيط ثقوب الشفة يتبع دائما معيار خط الأنابيب.

حدد الضغط الحاكم من ضغط الإغلاق التام والارتفاع المفاجئ، لا من متوسط التدفق. اختر أقرب تصنيف قياسي أعلى منه: PN16 لمعظم الخدمات البلدية، وPN25 أو PN40 للخدمات المضخوخة والصناعية. ثم طابق معيار الشفة مع الأنابيب القائمة، وأكد كتابيا لوحة البيانات وتخطيط الثقوب وجدول الاختبار ودرجة حرارة المقعد. عند تحديد صمام بوابة NRS بمقعد مرن بهذه الطريقة، يصل الصمام متوافقا مع الأنابيب ومدعوما بسجلات الاختبار المطلوبة. وتطبق الفحوصات نفسها على صمامات البوابة OS&Y وصمامات DIN F4 ذات المقعد المعدني وكل سلسلة أخرى في الكتالوج.