Aplicaciones de procesos químicos: una guía para problemas de presión transitoria y en estado estacionario

Cuando se excede el 10% de la presión de trabajo máxima permitida (MAWP), el usuario puede abrir el disco de ruptura o la válvula de alivio de presión. Si el usuario está funcionando cerca de MAWP, tenga en cuenta que debido a cambios en el inversor de la bomba, condiciones de flujo inestables y expansión térmica de la válvula de control, pueden ocurrir sobrepresiones, presión de arranque de la bomba, presión de cierre de la válvula de control de la bomba y fluctuaciones de presión. El primer paso es identificar la presión máxima durante el evento que alcanzó el MAWP. Si el usuario excede el MAWP, monitoree la presión del sistema 200 veces por segundo (muchas bombas y sistemas de tuberías monitorean una vez por segundo). El sensor de presión de proceso estándar no registrará transitorios de presión que pasen a 4000 pies por segundo a través del sistema de tuberías. Al monitorear la presión a una velocidad de 200 veces por segundo para registrar transitorios de presión, considere un sistema que registre el promedio móvil en un estado estable para mantener la manejabilidad del archivo de datos. Si la fluctuación de presión es pequeña, el sistema registrará un promedio móvil de 10 puntos de datos por segundo. ¿Dónde se debe controlar la presión? Arranque aguas arriba de la bomba, aguas arriba y aguas abajo de la válvula de retención, y aguas arriba y aguas abajo de la válvula de control. Instalar un sistema de monitoreo de presión en un punto determinado aguas abajo para verificar la velocidad de la onda y el inicio de la onda de presión. La Figura 1 muestra el aumento repentino de la presión de descarga de la bomba. El sistema de tuberías está diseñado para pesar 300 libras (libras) según el American National Standards Institute (ANSI), la presión máxima permitida es 740 libras por pulgada cuadrada (psi) y la sobrepresión de arranque de la bomba supera los 800 psi. La Figura 2 muestra el flujo inverso a través de la válvula de retención. La bomba opera en estado estable a una presión de 70 psi. Cuando la bomba está apagada, el cambio de velocidad producirá una onda negativa, que luego se refleja de nuevo en la onda positiva. Cuando la onda positiva golpea el disco de la válvula de retención, la válvula de retención todavía está abierta, lo que provoca que el flujo se invierta. Cuando la válvula de retención está cerrada, hay otra presión aguas arriba y luego una onda de presión negativa. La presión en el sistema de tuberías cae a -10 libras por pulgada cuadrada (psig). Ahora que se han registrado los transitorios de presión, el siguiente paso es modelar los sistemas de bombeo y tuberías para simular los cambios de velocidad que producen presiones destructivas. El software de modelado de oleadas permite a los usuarios ingresar la curva de la bomba, el tamaño de la tubería, la elevación, el diámetro de la tubería y el material de la tubería. ¿Qué otros componentes de la tubería pueden producir cambios de velocidad en el sistema? El software de modelado de sobretensiones proporciona una serie de características de válvulas que se pueden simular. El software de modelado transitorio por computadora permite a los usuarios modelar el flujo monofásico. Considere la posibilidad de un flujo de dos fases que pueda identificarse mediante el monitoreo de presión transitoria en la aplicación. ¿Hay cavitación en el sistema de bombeo y tuberías? En caso afirmativo, ¿es causado por la presión de succión de la bomba o la presión de descarga de la bomba durante el funcionamiento de la bomba? El funcionamiento de la válvula hará que cambie la velocidad en el sistema de tuberías. Al operar la válvula, la presión aguas arriba aumentará, la presión aguas abajo disminuirá y, en algunos casos, se producirá cavitación. Una solución sencilla a las fluctuaciones de presión podría ser reducir el tiempo de funcionamiento al cerrar la válvula. ¿El usuario está tratando de mantener un caudal o presión constante? El tiempo de comunicación entre el conductor y el transmisor de presión puede hacer que el sistema realice una búsqueda. Para cada acción habrá una reacción, así que intente comprender los transitorios de presión a través de la velocidad de la onda. Cuando la bomba acelera, la presión aumentará, pero la onda de alta presión se reflejará como una onda de presión negativa. Utilice monitoreo de presión de alta frecuencia para ajustar las unidades de control del motor y las válvulas de control. La Figura 3 muestra la presión inestable generada por un variador de frecuencia (VFD). La presión de descarga fluctuó entre 204 psi y 60 psi, y el evento de fluctuación de presión del s742 ocurrió en 1 hora y 19 minutos. Oscilación de la válvula de control: la onda de presión de choque pasa a través de la válvula de control antes de responder a la onda de choque. El control de flujo, el control de contrapresión y la válvula reductora de presión tienen tiempo de respuesta. Para proporcionar y recibir energía, se instalan contenedores de pulsaciones y sobretensiones para amortiguar las ondas de choque. Al determinar el tamaño del amortiguador de pulsaciones y del tanque de compensación, es importante comprender el estado estacionario y las ondas de presión mínima y máxima. La carga y el volumen de gas deben ser suficientes para hacer frente a los cambios de energía. Los cálculos de nivel de gas y líquido se utilizan para confirmar amortiguadores de pulsaciones y recipientes amortiguadores con constantes multivariables de 1 en estado estable y 1,2 durante eventos de presión transitoria. Las válvulas activas (abrir/cerrar) y las válvulas de retención (cerrar) son cambios estándar en la velocidad que provocan el enfoque. Cuando la bomba está apagada, un tanque de compensación instalado aguas abajo de la válvula de retención proporcionará energía para la velocidad de inflado. Si la bomba se sale de la curva, es necesario generar contrapresión. Si el usuario encuentra fluctuaciones de presión en la válvula de control de contrapresión, es posible que el sistema necesite instalar un amortiguador de pulsaciones aguas arriba. Si la válvula se cierra demasiado rápido, asegúrese de que el volumen de gas del recipiente regulador de presión pueda aceptar suficiente energía. El tamaño de la válvula de retención debe determinarse de acuerdo con el caudal, la presión y la longitud de la tubería de la bomba para garantizar el tiempo de cierre correcto. Varias unidades de bomba tienen válvulas de retención sobredimensionadas, parcialmente abiertas y que oscilan en la corriente de flujo, lo que puede provocar una vibración excesiva. Descifrar eventos de sobrepresión en grandes redes de tuberías de proceso requiere múltiples puntos de monitoreo. Esto ayudará a determinar la fuente de la onda de presión. La onda de presión negativa generada por debajo de la presión de vapor puede ser un desafío. El flujo de dos fases de aceleración y colapso de la presión del gas se puede registrar mediante el monitoreo de presión transitoria. El uso de la ingeniería forense para descubrir la causa raíz de las fluctuaciones de presión comienza con el monitoreo de la presión transitoria.