Applications des procédés chimiques : un guide sur les problèmes de pression en régime permanent et transitoire

Lorsque 10 % de la pression de service maximale admissible (MAWP) est dépassée, l'utilisateur peut ouvrir le disque de rupture ou la soupape de surpression. Si l'utilisateur fonctionne à proximité de MAWP, veuillez considérer qu'en raison de changements dans l'onduleur de la pompe, des conditions de débit instables et une dilatation thermique de la vanne de régulation, une surpression, une pression de démarrage de la pompe, une pression de fermeture de la vanne de régulation de la pompe et des fluctuations de pression peuvent se produire. La première étape consiste à identifier la pression maximale lors de l’événement qui a atteint le MAWP. Si l'utilisateur dépasse la MAWP, surveillez la pression du système 200 fois par seconde (de nombreuses pompes et systèmes de tuyauterie surveillent une fois par seconde). Le capteur de pression de procédé standard n'enregistrera pas les transitoires de pression qui traversent le système de tuyauterie à une vitesse de 4 000 pieds par seconde. Lorsque vous surveillez la pression à un rythme de 200 fois par seconde pour enregistrer les transitoires de pression, envisagez un système qui enregistre la moyenne mobile dans un état stable pour maintenir la gérabilité du fichier de données. Si la fluctuation de pression est faible, le système enregistrera une moyenne mobile de 10 points de données par seconde. Où faut-il surveiller la pression ? Commencer en amont de la pompe, en amont et en aval du clapet anti-retour, et en amont et en aval de la vanne de régulation. Installez un système de surveillance de la pression à un certain point en aval pour vérifier la vitesse des vagues et le début de l'onde de pression. La figure 1 montre la surtension de démarrage de la pression de refoulement de la pompe. Le système de tuyauterie est conçu pour peser 300 livres (lbs) selon l'American National Standards Institute (ANSI), la pression maximale autorisée est de 740 livres par pouce carré (psi) et la pression de surpression de démarrage de la pompe dépasse 800 psi. La figure 2 montre le flux inverse à travers le clapet anti-retour. La pompe fonctionne en régime permanent à une pression de 70 psi. Lorsque la pompe est éteinte, le changement de vitesse produira une onde négative, qui sera ensuite réfléchie en onde positive. Lorsque l'onde positive frappe le disque du clapet anti-retour, le clapet anti-retour est toujours ouvert, provoquant l'inversion du débit. Lorsque le clapet anti-retour est fermé, il y a une autre pression en amont puis une onde de pression négative. La pression dans le système de tuyauterie chute à -10 livres par pouce carré (psig). Maintenant que les transitoires de pression ont été enregistrés, l'étape suivante consiste à modéliser les systèmes de pompage et de tuyauterie pour simuler les changements de vitesse qui produisent des pressions destructrices. Le logiciel de modélisation de surtension permet aux utilisateurs de saisir la courbe de la pompe, la taille du tuyau, l'élévation, le diamètre du tuyau et le matériau du tuyau. Quels autres composants de tuyauterie peuvent produire des changements de vitesse dans le système ? Le logiciel de modélisation des surtensions fournit une série de caractéristiques de vanne qui peuvent être simulées. Un logiciel informatique de modélisation transitoire permet aux utilisateurs de modéliser un écoulement monophasique. Envisagez la possibilité d'un écoulement diphasique pouvant être identifié par la surveillance de la pression transitoire dans l'application. Y a-t-il de la cavitation dans le système de pompage et de tuyauterie ? Si oui, est-ce dû à la pression d'aspiration de la pompe ou à la pression de refoulement de la pompe lors du déclenchement de la pompe ? Le fonctionnement de la vanne entraînera une modification de la vitesse dans le système de tuyauterie. Lors du fonctionnement de la vanne, la pression en amont augmentera, la pression en aval diminuera et, dans certains cas, une cavitation se produira. Une solution simple aux fluctuations de pression pourrait consister à ralentir le temps de fonctionnement lors de la fermeture de la vanne. L’utilisateur essaie-t-il de maintenir un débit ou une pression constante ? Le temps de communication entre le conducteur et le transmetteur de pression peut provoquer une recherche du système. Pour chaque action, il y aura une réaction, alors essayez de comprendre les transitoires de pression en fonction de la vitesse des vagues. Lorsque la pompe accélère, la pression augmente, mais l’onde de haute pression est réfléchie sous forme d’onde de pression négative. Utilisez une surveillance de pression à haute fréquence pour ajuster les entraînements de commande du moteur et les vannes de régulation. La figure 3 montre la pression instable générée par un variateur de fréquence (VFD). La pression de refoulement a fluctué entre 204 psi et 60 psi, et l'événement de fluctuation de pression du s742 s'est produit en 1 heure et 19 minutes. Oscillation de la vanne de régulation : L'onde de pression de choc traverse la vanne de régulation avant de répondre à l'onde de choc. Le contrôle du débit, le contrôle de la contre-pression et le réducteur de pression ont tous un temps de réponse. Afin de fournir et de recevoir de l'énergie, des conteneurs de pulsations et de surtensions sont installés pour amortir les ondes de choc. Lors de la détermination de la taille de l’amortisseur de pulsations et du réservoir tampon, il est important de comprendre l’état stable ainsi que les ondes de pression minimales et maximales. La charge de gaz et le volume de gaz doivent être suffisants pour faire face aux changements d'énergie. Les calculs de niveaux de gaz et de liquides sont utilisés pour confirmer les amortisseurs de pulsations et les réservoirs tampons avec des constantes multivariables de 1 en régime permanent et de 1,2 lors d'événements de pression transitoires. Les vannes actives (ouverture/fermeture) et les clapets anti-retour (fermeture) sont des changements standard de vitesse qui provoquent la mise au point. Lorsque la pompe est éteinte, un réservoir tampon installé en aval du clapet anti-retour fournira l'énergie nécessaire à la vitesse de gonflage. Si la pompe sort de la courbe, une contre-pression doit être générée. Si l'utilisateur est confronté à des fluctuations de pression provenant de la vanne de régulation de contre-pression, le système devra peut-être installer un amortisseur de pulsations en amont. Si la vanne se ferme trop rapidement, assurez-vous que le volume de gaz du récipient de régulation de pression peut accepter suffisamment d'énergie. La taille du clapet anti-retour doit être déterminée en fonction du débit, de la pression et de la longueur du tuyau de la pompe pour garantir le temps de fermeture correct. Plusieurs unités de pompage sont équipées de clapets anti-retour surdimensionnés, partiellement ouverts et oscillant dans le flux, ce qui peut provoquer des vibrations excessives. Le déchiffrement des événements de surpression dans les grands réseaux de pipelines de processus nécessite plusieurs points de surveillance. Cela aidera à déterminer la source de l’onde de pression. L'onde de pression négative générée en dessous de la pression de vapeur peut être un défi. Le flux diphasique d’accélération et d’effondrement de la pression du gaz peut être enregistré grâce à la surveillance de la pression transitoire. Le recours à l’ingénierie médico-légale pour découvrir la cause profonde des fluctuations de pression commence par la surveillance transitoire de la pression.