Chemische Prozessanwendungen: Ein Leitfaden zu stationären und transienten Druckproblemen

Wenn 10 % des maximal zulässigen Arbeitsdrucks (MAWP) überschritten werden, kann der Benutzer die Berstscheibe oder das Überdruckventil öffnen. Wenn der Benutzer in der Nähe des MAWP arbeitet, beachten Sie bitte, dass aufgrund von Änderungen am Pumpenwechselrichter instabile Strömungsbedingungen und Wärmeausdehnung des Steuerventils, Druckstöße, Pumpenstartdruck, Schließdruck des Pumpensteuerventils und Druckschwankungen auftreten können. Der erste Schritt besteht darin, den Spitzendruck während des Ereignisses zu ermitteln, der den MAWP erreicht hat. Wenn der Benutzer den MAWP überschreitet, überwachen Sie den Systemdruck 200 Mal pro Sekunde (viele Pumpen und Rohrleitungssysteme überwachen einmal pro Sekunde). Der standardmäßige Prozessdrucksensor zeichnet keine Drucktransienten auf, die mit einer Geschwindigkeit von 4.000 Fuß pro Sekunde durch das Rohrleitungssystem laufen. Wenn Sie den Druck mit einer Geschwindigkeit von 200 Mal pro Sekunde überwachen, um Drucktransienten aufzuzeichnen, sollten Sie ein System in Betracht ziehen, das den laufenden Durchschnitt in einem stabilen Zustand aufzeichnet, um die Verwaltbarkeit der Datendatei zu gewährleisten. Wenn die Druckschwankung gering ist, zeichnet das System einen laufenden Durchschnitt von 10 Datenpunkten pro Sekunde auf. Wo soll der Druck überwacht werden? Beginnen Sie vor der Pumpe, vor und nach dem Rückschlagventil und vor und nach dem Steuerventil. Installieren Sie an einem bestimmten Punkt stromabwärts ein Drucküberwachungssystem, um die Wellengeschwindigkeit und den Beginn der Druckwelle zu überprüfen. Abbildung 1 zeigt den anfänglichen Anstieg des Pumpenauslassdrucks. Das Rohrleitungssystem ist für 300 Pfund (lbs) gemäß American National Standards Institute (ANSI) ausgelegt, der maximal zulässige Druck beträgt 740 Pfund pro Quadratzoll (psi) und der Anlaufdruck der Pumpe übersteigt 800 psi. Abbildung 2 zeigt den Rückfluss durch das Rückschlagventil. Die Pumpe arbeitet im Dauerzustand bei einem Druck von 70 psi. Wenn die Pumpe ausgeschaltet ist, erzeugt die Drehzahländerung eine negative Welle, die dann in die positive Welle zurückgespiegelt wird. Wenn die positive Welle auf die Rückschlagventilscheibe trifft, ist das Rückschlagventil noch geöffnet, wodurch sich der Durchfluss umkehrt. Bei geschlossenem Rückschlagventil entsteht ein weiterer Vordruck und anschließend eine negative Druckwelle. Der Druck im Rohrleitungssystem sinkt auf -10 Pfund pro Quadratzoll (psig). Nachdem die Drucktransienten nun aufgezeichnet wurden, besteht der nächste Schritt darin, die Pump- und Rohrleitungssysteme zu modellieren, um die Geschwindigkeitsänderungen zu simulieren, die zerstörerische Drücke erzeugen. Mit der Surge-Modellierungssoftware können Benutzer Pumpenkurve, Rohrgröße, Höhe, Rohrdurchmesser und Rohrmaterial eingeben. Welche anderen Rohrleitungskomponenten können Geschwindigkeitsänderungen im System bewirken? Die Surge-Modellierungssoftware bietet eine Reihe von Ventileigenschaften, die simuliert werden können. Computersoftware zur transienten Modellierung ermöglicht es Benutzern, einphasige Strömungen zu modellieren. Berücksichtigen Sie die Möglichkeit einer Zweiphasenströmung, die durch die Überwachung des transienten Drucks in der Anwendung identifiziert werden kann. Liegt im Pumpen- und Rohrleitungssystem Kavitation vor? Wenn ja, wird es durch den Pumpensaugdruck oder den Pumpenauslassdruck während des Pumpenbetriebs verursacht? Durch den Ventilbetrieb ändert sich die Geschwindigkeit im Rohrleitungssystem. Beim Betätigen des Ventils steigt der Vordruck, der Hinterdruck sinkt und in manchen Fällen kommt es zu Kavitation. Eine einfache Lösung für Druckschwankungen könnte darin bestehen, die Betätigungszeit beim Schließen des Ventils zu verlangsamen. Versucht der Benutzer, eine konstante Durchflussrate oder einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten? Die Kommunikationszeit zwischen dem Fahrer und dem Drucktransmitter kann dazu führen, dass das System sucht. Für jede Aktion gibt es eine Reaktion. Versuchen Sie daher, Drucktransienten anhand der Wellengeschwindigkeit zu verstehen. Wenn die Pumpe beschleunigt, steigt der Druck, aber die Hochdruckwelle wird als Unterdruckwelle zurückreflektiert. Nutzen Sie die Hochfrequenz-Drucküberwachung zur Einstellung von Motorsteuerantrieben und Steuerventilen. Abbildung 3 zeigt den instabilen Druck, der von einem Frequenzumrichter (VFD) erzeugt wird. Der Förderdruck schwankte zwischen 204 psi und 60 psi, und die Druckschwankung s742 trat innerhalb von 1 Stunde und 19 Minuten auf. Schwingung des Steuerventils: Die Stoßdruckwelle durchläuft das Steuerventil, bevor sie auf die Stoßwelle reagiert. Durchflussregelung, Gegendruckregelung und Druckminderventil verfügen alle über eine Reaktionszeit. Zur Bereitstellung und Aufnahme von Energie werden Pulsations- und Schwallbehälter zur Pufferung von Stoßwellen installiert. Bei der Bestimmung der Größe des Pulsationsdämpfers und des Ausgleichsbehälters ist es wichtig, den stationären Zustand sowie die minimalen und maximalen Druckwellen zu verstehen. Die Gasladung und das Gasvolumen müssen ausreichend sein, um Energieänderungen zu bewältigen. Berechnungen des Gas- und Flüssigkeitsstands werden verwendet, um Pulsationsdämpfer und Pufferbehälter mit multivariablen Konstanten von 1 im stationären Zustand und 1,2 bei transienten Druckereignissen zu bestätigen. Aktive Ventile (öffnen/schließen) und Rückschlagventile (schließen) sind Standardänderungen der Geschwindigkeit, die den Fokus bewirken. Wenn die Pumpe ausgeschaltet ist, liefert ein Puffertank, der hinter dem Rückschlagventil installiert ist, Energie für die Aufblasgeschwindigkeit. Läuft die Pumpe aus der Kurve, muss Gegendruck erzeugt werden. Wenn der Benutzer auf Druckschwankungen durch das Gegendruckregelventil stößt, muss dem System möglicherweise ein Pulsationsdämpfer vorgeschaltet werden. Sollte das Ventil zu schnell schließen, stellen Sie sicher, dass das Gasvolumen des Druckregelgefäßes genügend Energie aufnehmen kann. Die Größe des Rückschlagventils sollte entsprechend der Durchflussmenge, dem Druck und der Rohrlänge der Pumpe bestimmt werden, um die richtige Schließzeit zu gewährleisten. Einige Pumpeneinheiten verfügen über überdimensionierte Rückschlagventile, die teilweise geöffnet sind und im Durchfluss oszillieren, was zu übermäßigen Vibrationen führen kann. Die Entschlüsselung von Überdruckereignissen in großen Prozessleitungsnetzen erfordert mehrere Überwachungspunkte. Dies hilft dabei, die Quelle der Druckwelle zu bestimmen. Die unterhalb des Dampfdrucks erzeugte Unterdruckwelle kann eine Herausforderung darstellen. Der zweiphasige Fluss der Beschleunigung und des Zusammenbruchs des Gasdrucks kann durch transiente Drucküberwachung aufgezeichnet werden. Der Einsatz forensischer Technik zur Ermittlung der Grundursache von Druckschwankungen beginnt mit der Überwachung transienter Drucke.