Applicazioni nei processi chimici: una guida ai problemi di pressione stazionaria e transitoria

Quando viene superato il 10% della pressione di esercizio massima consentita (MAWP), l'utente può aprire il disco di rottura o la valvola limitatrice di pressione. Se l'utente corre vicino alla MAWP, tenere presente che a causa di modifiche nell'inverter della pompa, condizioni di flusso instabili e dilatazione termica della valvola di controllo, possono verificarsi picchi di pressione, pressione di avvio della pompa, pressione di chiusura della valvola di controllo della pompa e fluttuazioni di pressione. Il primo passo è identificare la pressione di picco durante l'evento che ha raggiunto il MAWP. Se l'utente supera la MAWP, monitorare la pressione del sistema 200 volte al secondo (molte pompe e sistemi di tubazioni effettuano il monitoraggio una volta al secondo). Il sensore di pressione di processo standard non registra i transitori di pressione che passano a 4.000 piedi al secondo attraverso il sistema di tubazioni. Quando si monitora la pressione a una velocità di 200 volte al secondo per registrare i transitori di pressione, prendere in considerazione un sistema che registri la media corrente in uno stato stazionario per mantenere la gestibilità del file di dati. Se la fluttuazione della pressione è piccola, il sistema registrerà una media corrente di 10 punti dati al secondo. Dove monitorare la pressione? Avviamento a monte della pompa, a monte e a valle della valvola di ritegno e a monte e a valle della valvola di controllo. Installare un sistema di monitoraggio della pressione in un certo punto a valle per verificare la velocità dell'onda e l'inizio dell'onda di pressione. La Figura 1 mostra il picco iniziale della pressione di scarico della pompa. Il sistema di tubazioni è progettato per resistere a 300 libbre (libbre) secondo l'ANSI (American National Standards Institute), la pressione massima consentita è di 740 libbre per pollice quadrato (psi) e la pressione di picco di avvio della pompa supera 800 psi. La Figura 2 mostra il flusso inverso attraverso la valvola di ritegno. La pompa funziona in modo stazionario a una pressione di 70 psi. Quando la pompa viene spenta, la variazione di velocità produrrà un'onda negativa, che verrà poi riflessa nell'onda positiva. Quando l'onda positiva colpisce il disco della valvola di ritegno, la valvola di ritegno è ancora aperta, provocando l'inversione del flusso. Quando la valvola di ritegno è chiusa, si verifica un'altra pressione a monte e quindi un'onda di pressione negativa. La pressione nel sistema di tubazioni scende a -10 libbre per pollice quadrato (psig). Ora che i transitori di pressione sono stati registrati, il passo successivo è modellare i sistemi di pompaggio e di tubazioni per simulare i cambiamenti di velocità che producono pressioni distruttive. Il software di modellazione dei picchi consente agli utenti di inserire la curva della pompa, le dimensioni del tubo, l'elevazione, il diametro del tubo e il materiale del tubo. Quali altri componenti delle tubazioni possono produrre variazioni di velocità nel sistema? Il software di modellazione dei picchi fornisce una serie di caratteristiche della valvola che possono essere simulate. Il software di modellazione transitoria del computer consente agli utenti di modellare il flusso monofase. Considerare la possibilità di un flusso bifase che può essere identificato mediante il monitoraggio della pressione transitoria nell'applicazione. È presente cavitazione nel sistema di pompaggio e nelle tubazioni? Se sì, è causato dalla pressione di aspirazione o dalla pressione di scarico della pompa durante lo scatto della pompa? Il funzionamento della valvola causerà una modifica della velocità nel sistema di tubazioni. Quando si aziona la valvola, la pressione a monte aumenterà, la pressione a valle diminuirà e in alcuni casi si verificherà la cavitazione. Una soluzione semplice alle fluttuazioni di pressione potrebbe essere quella di rallentare il tempo di funzionamento quando si chiude la valvola. L'utente sta cercando di mantenere una portata o una pressione costante? Il tempo di comunicazione tra il conducente e il trasmettitore di pressione può causare la ricerca da parte del sistema. Per ogni azione ci sarà una reazione, quindi cerca di comprendere i transitori di pressione attraverso la velocità delle onde. Quando la pompa accelera, la pressione aumenterà, ma l'onda di alta pressione verrà riflessa come un'onda di pressione negativa. Utilizzare il monitoraggio della pressione ad alta frequenza per regolare gli azionamenti di controllo del motore e le valvole di controllo. La Figura 3 mostra la pressione instabile generata da un azionamento a frequenza variabile (VFD). La pressione di scarico ha oscillato tra 204 psi e 60 psi e l'evento di fluttuazione della pressione s742 si è verificato entro 1 ora e 19 minuti. Oscillazione della valvola di controllo: l'onda di pressione d'urto passa attraverso la valvola di controllo prima di rispondere all'onda d'urto. Il controllo del flusso, il controllo della contropressione e la valvola di riduzione della pressione hanno tutti un tempo di risposta. Per fornire e ricevere energia, vengono installati contenitori di pulsazione e di sovratensione per tamponare le onde d'urto. Quando si determina la dimensione dello smorzatore di pulsazioni e del vaso di espansione, è importante comprendere lo stato stazionario e le onde di pressione minima e massima. La carica e il volume del gas devono essere sufficienti per far fronte ai cambiamenti energetici. I calcoli del livello di gas e liquido vengono utilizzati per confermare gli smorzatori di pulsazioni e i serbatoi tampone con costanti multivariabili pari a 1 allo stato stazionario e 1,2 durante eventi di pressione transitori. Le valvole attive (aperte/chiuse) e le valvole di ritegno (chiuse) sono cambiamenti standard nella velocità che causano la messa a fuoco. Quando la pompa è spenta, un serbatoio tampone installato a valle della valvola di ritegno fornirà energia per la velocità di gonfiaggio. Se la pompa esce dalla curva, è necessario generare una contropressione. Se l'utente riscontra fluttuazioni di pressione dalla valvola di controllo della contropressione, potrebbe essere necessario installare uno smorzatore di pulsazioni a monte del sistema. Se la valvola si chiude troppo velocemente, assicurarsi che il volume del gas del vaso di regolazione della pressione possa assorbire energia sufficiente. La dimensione della valvola di ritegno deve essere determinata in base alla portata, alla pressione e alla lunghezza del tubo della pompa per garantire il corretto tempo di chiusura. Diverse unità di pompa sono dotate di valvole di ritegno sovradimensionate, parzialmente aperte e oscillanti nel flusso del flusso, che possono causare vibrazioni eccessive. La decifrazione degli eventi di sovrapressione nelle reti di condutture di processo di grandi dimensioni richiede più punti di monitoraggio. Ciò aiuterà a determinare la fonte dell'onda di pressione. L’onda di pressione negativa generata al di sotto della pressione del vapore può essere impegnativa. Il flusso bifase dell'accelerazione e del collasso della pressione del gas può essere registrato attraverso il monitoraggio della pressione transitoria. L'uso dell'ingegneria forense per scoprire la causa principale delle fluttuazioni di pressione inizia con il monitoraggio della pressione transitoria.