فشل المضخة: الأسباب والطرق واستراتيجيات الوقاية

بالنسبة للصناعات التي تعتمد على حركة السوائل، مثل معالجة المياه، والنفط والغاز، والزراعة، والتصنيع، فإن أعطال المضخات تتعدى كونها مجرد إزعاج. فعطل واحد قد يتسبب في توقف مكلف، ويعطل العمليات بأكملها، ويؤدي إلى إصلاحات باهظة الثمن، أو حتى أعطال كارثية في النظام.

للحفاظ على كفاءة عمل المضخات، من الضروري فهم سبب تعطلها في المقام الأول. التعرف على الإنذار المبكر
إن وضع العلامات وتنفيذ استراتيجيات الصيانة الاستباقية يمكن أن يؤدي إلى إطالة عمر المعدات بشكل كبير مع ضمان التشغيل السلس.

الأسباب الشائعة لفشل المضخة

الختم الميكانيكي التسرب:تحدث معظم التسريبات عند نقطة التقاء وجهي الختم، ولكن قد تحدث تسريبات أيضًا من منطقة الختم الثانوية. تشمل أسباب تسرب الختم الميكانيكي التشغيل الجاف، والتشوه الحراري، وعدم محاذاة حلقات الختم، على سبيل المثال لا الحصر.

تحمل القضايا:وفقًا لتقرير فني صادر عن مجموعة RKB لصناعات المحامل، فإن السبب الأكثر شيوعًا لعطل المحامل هو سوء التزييت (80%)، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. وتشمل الأسباب الأخرى سوء اختيار المحامل، والحمل الزائد، والإجهاد، وغيرها.

تآكل وتلف المكره:أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لتآكل الدافع هو التآكل، ولكن يمكن أن ينتج أيضًا عن مضخة ذات حجم غير مناسب، مما قد يؤدي إلى اختلال توازن الضغط.

القضايا المتعلقة بالاقتران:تحدث معظم حالات فشل الاقتران بسبب سوء المحاذاة، أو التحميل الزائد، أو الأسباب البيئية غير الشائعة، أو الاهتزاز الالتوائي، أو التشحيم غير المناسب.

الأخطاء التشغيلية:حتى أكثر المضخات تطورًا لن تدوم طويلًا إذا تم تشغيلها خارج نطاق المواصفات المحددة. قد يؤدي التشغيل والإيقاف غير السليمين، أو التحميل الزائد، أو تجاهل إرشادات الشركة المصنعة إلى ارتفاع درجة الحرارة، والتآكل المفرط، والأعطال الخطيرة. بالنسبة للمضخات الغاطسة، قد يؤدي عدم الحفاظ على مستويات غمر كافية إلى التشغيل الجاف، مما يؤدي إلى تلف الختم واحتراق المحرك.

مشاكل إمدادات الطاقة:يُعدّ إمداد الطاقة المستقر أمرًا بالغ الأهمية لأداء المضخة. قد تُسبب تقلبات الجهد، والارتفاعات المفاجئة في التيار الكهربائي، والانقطاعات المفاجئة للتيار الكهربائي أضرارًا بالغة للمحركات، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها، أو ضعف أدائها، أو تعطلها تمامًا.

لا تحدث أعطال المضخات صدفة، فهناك دائمًا سبب. سواءً كان بسبب الإهمال أو الظروف البيئية.
أو أخطاء تشغيلية، قد تكون الأعطال مكلفة ومُسببة للاضطراب. فهم الأسباب الجذرية لتعطل المضخة هو الخطوة الأولى للوقاية منها.

اكتشاف العلامات المبكرة لفشل المضخة

لا تحدث أعطال المضخة بين عشية وضحاها - فهناك دائمًا علامات تحذيرية:

• أصوات غير عادية:غالبًا ما تشير أصوات الطحن أو الأنين أو الضرب إلى تجويف أو تآكل المحامل أو عدم المحاذاة.

• الاهتزاز المفرط: يمكن أن يشير الاهتزاز المتزايد إلى أعمدة غير محاذية أو ضواغط غير متوازنة أو محامل فاشلة.

• انخفاض التدفق أو الضغط:قد يكون سبب الانخفاض المفاجئ في الإنتاج هو الانسدادات أو تسرب الهواء أو التآكل الداخلي.

• ارتفاع درجة الحرارة:يشير تشغيل المحركات أو المحامل بدرجة حرارة أعلى من المعتاد إلى ضعف التزييت أو التحميل الزائد أو المشكلات الكهربائية.

• تسربات أو تلف الختم:غالبًا ما تشير التسريبات المرئية إلى وجود أختام مهترئة أو ضغط داخلي مفرط.

• استهلاك الطاقة غير المنتظم:يمكن أن تشير الارتفاعات في استخدام الطاقة إلى وجود مضخة غير فعالة أو تعاني من مشاكل.

يمكن أن تساعد عمليات التفتيش الروتينية وتحليل الاهتزاز والمراقبة الحرارية في اكتشاف هذه المشكلات قبل أن تؤدي إلى الفشل.

أوضاع الفشل الخاصة بـ ESPs

في حين أن جميع المضخات تواجه مخاطر عطل شائعة، إلا أن المضخات الكهربائية الغاطسة (ESPs) معرضة للخطر بشكل خاص نظرًا لتشغيلها تحت الماء وتصميمها المعقد. فيما يلي بعض نقاط الضعف الشائعة الخاصة بالمضخات الكهربائية الغاطسة وكيفية معالجتها.

تدهور العزل والأعطال الكهربائية: وبما أن المرسبات الكهروستاتيكية تعمل تحت الماء، فإن سلامة العزل تلعب دورًا رئيسيًا في منع حدوث الأعطال الكهربائية. مع مرور الوقت، يمكن أن يؤدي التعرض لدرجات الحرارة المرتفعة وتسرب الرطوبة والضغط الميكانيكي إلى إضعاف العزل، مما يزيد من خطر حدوث دوائر قصيرة وفشل المحرك. يساعد إجراء اختبارات مقاومة العزل بشكل منتظم على تحديد التدهور في المراحل المبكرة قبل أن يؤدي إلى التوقف عن العمل.

قفل الغاز:في تطبيقات النفط والغاز، تكون مرسبات التفريغ الكهروستاتيكي (ESPs) عرضة لانسداد الغاز، حيث يُعيق الغاز الحر الزائد في السائل المُضخّ تدفقه عبر المراوح. ويؤدي ذلك إلى انخفاض الكفاءة وارتفاع درجة الحرارة واحتمالية حدوث أضرار. ولمنع انسداد الغاز، يُمكن للمشغلين تركيب فواصل غاز وتعديل تصميمات السحب لتحسين مناولة السوائل.

فشل الختم ودخول المياه:تمنع الأختام الميكانيكية دخول السوائل الخارجية إلى المحرك، إلا أن عوامل مثل التآكل وتقلبات الضغط وتغيرات درجة الحرارة قد تُسبب تلفها، مما يؤدي إلى تسرب المياه والأعطال الكهربائية. يُسهم الفحص الدوري للأختام واستخدام أجهزة معادلة الضغط في إطالة عمرها وتقليل مخاطر الأعطال.

تآكل الرمال والمواد الصلبة:غالبًا ما تعمل مرسبات التفريغ الكهروستاتيكي (ESPs) في تطبيقات الآبار العميقة وحقول النفط في بيئات ذات مستويات عالية من الرمال والجسيمات الكاشطة. تُسرّع هذه المواد من تآكل المكرهات والناشرات والمحامل، مما يُقلل من كفاءة المضخة. يساعد استخدام المكونات المُصلّدة وشبكات الرمل ومحركات السرعة المتغيرة على تقليل التآكل وإطالة عمر المضخة.

تحليل فشل المضخة: التشخيص والوقاية

تحليل السبب الجذري (RCA)هو نهج منظم يُستخدم لتحديد السبب الكامن وراء أعطال المضخات. من خلال التحقيق المنهجي في مشاكل الأداء، وسجلات الصيانة، وبيانات التشغيل، يمكن لتحليل أسباب الأعطال تحديد العوامل الرئيسية المؤدية إلى الأعطال. ويمكن لأساليب مثل تحليل أنماط الأعطال وتأثيراتها (FMEA) وتحليل شجرة الأعطال (FTA) أن تساعد في تشخيص المشاكل المتكررة ووضع الإجراءات التصحيحية اللازمة.

تحليل التوقيع الكهربائي (ESA)يفحص إشارات تيار وجهد المحرك للكشف المبكر عن أي تدهور. تُعد هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص للمضخات الغاطسة، إذ تكشف عن مشاكل مثل انهيار عزل اللفات، واختلالات الطور، والاختلالات الميكانيكية، مما يسمح بالتدخل الفوري قبل حدوث الأعطال.

تحليل الاهتزازاتيُحلل أنماط الاهتزازات وتردداتها للمساعدة في تحديد المشاكل الميكانيكية قبل تفاقمها. غالبًا ما تُشير الاهتزازات غير العادية إلى عدم محاذاة أو اختلال في التوازن أو تآكل في المحامل أو تجويف. تُمكّن المراقبة المنتظمة فرق الصيانة من معالجة هذه المشاكل بشكل استباقي، مما يُقلل من فترات التوقف غير المخطط لها وتكاليف الإصلاح.

الفحص الحرارييستخدم التصوير بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن أي بصمات حرارية غير طبيعية في أنظمة المضخات. غالبًا ما تشير المكونات التي ترتفع درجة حرارتها، مثل المحامل والأختام ولفائف المحرك، إلى احتكاك زائد أو مشاكل في التزييت أو أعطال كهربائية. تساعد مسوحات التصوير الحراري المنتظمة على تحديد الأعطال المحتملة مبكرًا، مما يسمح باتخاذ إجراءات تصحيحية قبل حدوث عطل كارثي.

تحليل الزيوت ومواد التشحيم هي تقنية صيانة تنبؤية تُقيّم حالة زيوت التشحيم وتكشف عن الملوثات مثل الجسيمات المعدنية والماء والرواسب. قد يُشير أي تغير في اللزوجة أو الحموضة أو وجود بقايا تآكل إلى تدهور المكونات. يُساعد أخذ العينات والاختبارات الدورية على إطالة عمر المحامل والتروس والأختام، مما يُقلل من تكاليف الصيانة.

كشف وتحليل التجويفيُستخدم في حالات التجويف، الذي يحدث عندما تتشكل فقاعات بخارية وتنهار داخل المضخة، مما يؤدي إلى تآكل المكره وانخفاض كفاءتها. تشمل الأسباب الشائعة انخفاض ضغط الشفط، أو ارتفاع سرعة التدفق، أو اختيار مضخة غير مناسب. تُستخدم المراقبة الصوتية، وأجهزة استشعار الضغط، وتحليل معدل التدفق للكشف عن التجويف والتخفيف منه، ومنع التلف طويل الأمد لمكونات المضخة.

ارتداء تحليل الحطامهي تقنية لتقييم سلامة المضخة من خلال فحص الجسيمات الموجودة في عينات الزيت. يساعد حجم وتركيب وكمية الجسيمات المعدنية في تحديد أنماط التآكل وأوضاع الأعطال. تُستخدم تقنيات التحليل الطيفي والتصوير الحديدي عادةً لتصنيف أنواع التآكل، مثل التآكل الناتج عن المواد اللاصقة أو الكاشطة أو التعب، مما يُمكّن من وضع استراتيجيات صيانة استباقية.

مراقبة أداء المضخةيتضمن تتبع المعلمات الرئيسية، مثل معدل التدفق والضغط ودرجة الحرارة واستهلاك الطاقة. غالبًا ما يشير أي انحراف عن بيانات الأداء الأساسية إلى عطل وشيك. يتيح تطبيق أنظمة المراقبة عن بُعد مع التحليلات الفورية الكشف المبكر عن المشاكل، مما يُحسّن كفاءة المضخة وموثوقيتها.

مراقبة حالة المضخات الغاطسة مع وكالة الفضاء الأوروبية

تعمل المضخات الغاطسة في بيئات قاسية وصعبة الوصول، مما يجعل تطبيق أساليب التشخيص التقليدية، مثل تحليل الاهتزاز والفحص الحراري، أكثر صعوبة. يُعدّ تحليل الاهتزازات (ESA) نهجًا فعالًا وعمليًا لمراقبة حالة المضخات الغاطسة للأسباب التالية:

1. المراقبة غير التطفلية

تقوم وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بتحليل الإشارات الكهربائية (التيار والجهد) الصادرة عن المحرك دون الحاجة إلى الوصول المباشر إلى المضخة. ونظرًا لأن المضخات الغاطسة غالبًا ما تكون موجودة تحت الماء أو في الآبار أو في المناطق الخطرة، فإن الوصول إليها لقياس الاهتزازات أو الحرارة أمر صعب ومكلف. توفر وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) طريقةً عن بُعد وغير تدخلية لمراقبة حالة المضخة دون تعطيل العمليات.

2. الكشف المبكر عن المشاكل الميكانيكية والكهربائية

تستطيع وكالة الفضاء الأوروبية اكتشاف الأعطال قبل أن تتحول إلى أعطال كارثية. من خلال تحليل الانحرافات في أشكال الموجات الكهربائية، تحدد وكالة الفضاء الأوروبية العلامات المبكرة لما يلي:

• انهيار عزل اللفات، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك وقصر الدائرة

• اختلالات الطور وتقلبات الجهد، مما يؤدي إلى تشغيل المحرك بشكل غير فعال وفشله المبكر

• عيوب قضيب الدوار، تشير إلى تدهور محتمل في مكونات المحرك

• عدم المحاذاة الميكانيكية وتآكل المحمل، والذي يتم اكتشافه من خلال التغيرات غير المنتظمة في تيار المحرك، والتي ترتبط بالإجهاد الميكانيكي

3. الكشف عن عدم انتظام حمل المضخة وتدفقها

بخلاف تحليل الاهتزازات، الذي يركز بشكل أساسي على الجوانب الميكانيكية، يُمكن لتحليل ESA تشخيص المشكلات المتعلقة بتغيرات حمل المضخة ومشاكل التدفق. غالبًا ما تُشير التغيرات في بصمات التيار الكهربائي إلى:

• التجويف، الذي يتميز بتقلبات غير منتظمة في الحمل وعدم استقرار المحرك

• الانسدادات في خطوط الشفط أو التفريغ، والتي تنعكس في سحب تيار المحرك غير الطبيعي

• تآكل الختم والمكره، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة بسبب الاحتكاك المتزايد أو عدم الكفاءة

4. غير متأثر بالبيئات القاسية

نظراً لاعتماد نظام ESA على تحليل الإشارات الكهربائية بدلاً من قراءات المستشعرات الفيزيائية، فإنه لا يتأثر بدرجات الحرارة العالية أو بيئات الضغط العالي أو الغمر في السوائل. وهذا يجعله مثالياً للآبار العميقة، وأنظمة الصرف الصحي، والتطبيقات البحرية، وغيرها من المنشآت التي يصعب الوصول إليها.

5. فعّالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير

إلى جانب دقته التشخيصية، يُعدّ نظام ESA حلاًّ قابلاً للتطوير وفعّالاً من حيث التكلفة لمراقبة المضخات. فعلى عكس الطرق التقليدية التي تتطلب تركيب المستشعر مباشرةً، يُوفّر نظام ESA رؤىً عن بُعد دون الحاجة إلى تركيب أجهزة إضافية. وهذا يجعله قيّماً بشكل خاص للصناعات التي تُشغّل مضخات غاطسة متعددة في مواقع يصعب الوصول إليها.

يتطلب منع أعطال المضخات التحول من الإصلاحات الروتينية إلى الصيانة الاستراتيجية القائمة على حالة المعدات. باستخدام أدوات مثل ESA، ومراقبة الاهتزازات، وتحليل الزيت، تستطيع فرق الصيانة اكتشاف المشاكل مبكرًا، وتقليل فترات التوقف غير المخطط لها، وإطالة عمر المعدات.