Zastosowania procesów chemicznych: przewodnik po problemach z ciśnieniem ustalonym i przejściowym

Po przekroczeniu 10% maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego (MAWP) użytkownik może otworzyć płytkę bezpieczeństwa lub zawór bezpieczeństwa. Jeśli użytkownik pracuje w pobliżu MAWP, należy wziąć pod uwagę, że ze względu na zmiany w falowniku pompy, niestabilne warunki przepływu i rozszerzalność cieplną zaworu sterującego, mogą wystąpić nadciśnienie, ciśnienie rozruchu pompy, ciśnienie zamknięcia zaworu sterującego pompy oraz wahania ciśnienia. Pierwszym krokiem jest identyfikacja ciśnienia szczytowego podczas zdarzenia, które osiągnęło MAWP. Jeśli użytkownik przekroczy MAWP, monitoruj ciśnienie w systemie 200 razy na sekundę (wiele pomp i systemów rurociągów monitoruje raz na sekundę). Standardowy czujnik ciśnienia procesowego nie rejestruje stanów nieustalonych ciśnienia przechodzących przez system rurociągów z prędkością 4000 stóp na sekundę. Podczas monitorowania ciśnienia z szybkością 200 razy na sekundę w celu rejestrowania stanów nieustalonych ciśnienia należy rozważyć system rejestrujący średnią bieżącą w stanie ustalonym, aby zachować łatwość zarządzania plikiem danych. Jeśli wahania ciśnienia są niewielkie, system będzie rejestrował średnią bieżącą 10 punktów danych na sekundę. Gdzie należy monitorować ciśnienie? Rozpocząć przed pompą, przed i za zaworem zwrotnym oraz przed i za zaworem regulacyjnym. Zainstaluj system monitorowania ciśnienia w określonym punkcie poniżej, aby zweryfikować prędkość fali i początek fali ciśnienia. Rysunek 1 przedstawia początkowy wzrost ciśnienia tłoczenia pompy. System rurociągów został zaprojektowany na obciążenie 300 funtów (funtów) według Amerykańskiego Krajowego Instytutu Normalizacyjnego (ANSI), maksymalne dopuszczalne ciśnienie wynosi 740 funtów na cal kwadratowy (psi), a ciśnienie udarowe rozruchu pompy przekracza 800 psi. Rysunek 2 przedstawia przepływ wsteczny przez zawór zwrotny. Pompa pracuje w stanie ustalonym pod ciśnieniem 70 psi. Gdy pompa zostanie wyłączona, zmiana prędkości spowoduje wytworzenie fali ujemnej, która następnie zostanie odbita z powrotem w falę dodatnią. Kiedy fala dodatnia uderza w tarczę zaworu zwrotnego, zawór zwrotny jest nadal otwarty, co powoduje odwrócenie przepływu. Kiedy zawór zwrotny jest zamknięty, pojawia się kolejne ciśnienie przed zaworem, a następnie fala podciśnienia. Ciśnienie w instalacji rurowej spada do -10 funtów na cal kwadratowy (psig). Po zarejestrowaniu stanów nieustalonych ciśnienia następnym krokiem jest modelowanie systemów pomp i rurociągów w celu symulacji zmian prędkości, które wytwarzają niszczące ciśnienia. Oprogramowanie do modelowania udarów umożliwia użytkownikom wprowadzenie krzywej pompy, rozmiaru rury, wysokości, średnicy rury i materiału rury. Jakie inne elementy rurociągu mogą powodować zmiany prędkości w systemie? Oprogramowanie do modelowania udarów zapewnia szereg charakterystyk zaworów, które można symulować. Oprogramowanie do komputerowego modelowania stanów przejściowych umożliwia użytkownikom modelowanie przepływu jednofazowego. Rozważ możliwość przepływu dwufazowego, który można zidentyfikować poprzez monitorowanie ciśnienia przejściowego w aplikacji. Czy w systemie pomp i rurociągów występuje kawitacja? Jeśli tak, czy jest to spowodowane ciśnieniem ssania lub ciśnieniem tłoczenia pompy podczas jej wyłączania? Działanie zaworu spowoduje zmianę prędkości w systemie rurociągów. Podczas pracy zaworu ciśnienie przed zaworem wzrośnie, ciśnienie za zaworem spadnie, a w niektórych przypadkach nastąpi kawitacja. Prostym rozwiązaniem wahań ciśnienia może być spowolnienie czasu działania podczas zamykania zaworu. Czy użytkownik stara się utrzymać stałe natężenie przepływu lub ciśnienie? Czas komunikacji pomiędzy kierowcą a przetwornikiem ciśnienia może spowodować, że system przeszuka. Każda akcja wiąże się z reakcją, więc spróbuj zrozumieć stany nieustalone ciśnienia poprzez prędkość fali. Gdy pompa przyspiesza, ciśnienie wzrośnie, ale fala wysokiego ciśnienia zostanie odbita z powrotem w postaci fali podciśnienia. Do regulacji napędów sterujących silnikami i zaworów sterujących należy używać monitorowania ciśnienia o wysokiej częstotliwości. Rysunek 3 przedstawia niestabilne ciśnienie generowane przez napęd o zmiennej częstotliwości (VFD). Ciśnienie tłoczenia wahało się pomiędzy 204 psi a 60 psi, a wahania ciśnienia w S742 wystąpiły w ciągu 1 godziny i 19 minut. Oscylacje zaworu sterującego: Fala ciśnienia uderzeniowego przechodzi przez zawór sterujący, zanim zareaguje na falę uderzeniową. Sterowanie przepływem, sterowanie ciśnieniem zwrotnym i zawór redukcyjny ciśnienia mają czas reakcji. W celu dostarczenia i odbioru energii instalowane są zbiorniki pulsacyjne i przepięciowe, które mają za zadanie buforować fale uderzeniowe. Przy określaniu wielkości tłumika pulsacji i zbiornika wyrównawczego ważne jest zrozumienie stanu ustalonego oraz minimalnych i maksymalnych fal ciśnienia. Ładunek gazu i jego objętość muszą być wystarczające, aby poradzić sobie ze zmianami energii. Obliczenia poziomu gazu i cieczy służą do potwierdzania tłumików pulsacji i zbiorników buforowych ze stałymi wielozmiennymi wynoszącymi 1 w stanie ustalonym i 1,2 podczas przejściowych zdarzeń ciśnieniowych. Zawory aktywne (otwieranie/zamykanie) i zawory zwrotne (zamykanie) to standardowe zmiany prędkości powodujące skupienie. Gdy pompa jest wyłączona, zbiornik buforowy zainstalowany za zaworem zwrotnym będzie dostarczał energię niezbędną do osiągnięcia prędkości napełniania. Jeśli pompa nie pracuje zgodnie z charakterystyką, należy wytworzyć przeciwciśnienie. Jeśli użytkownik napotka wahania ciśnienia na zaworze regulacji ciśnienia zwrotnego, może zaistnieć potrzeba zainstalowania przed nim tłumika pulsacji. Jeżeli zawór zamyka się zbyt szybko, należy upewnić się, że objętość gazu w naczyniu regulującym ciśnienie jest w stanie przyjąć wystarczającą ilość energii. Rozmiar zaworu zwrotnego należy dobrać w zależności od natężenia przepływu, ciśnienia i długości rury pompy, aby zapewnić prawidłowy czas zamknięcia. Kilka pomp ma zawory zwrotne, które są przewymiarowane, częściowo otwarte i oscylują w strumieniu przepływu, co może powodować nadmierne wibracje. Odszyfrowanie zdarzeń związanych z nadciśnieniem w dużych sieciach rurociągów procesowych wymaga wielu punktów monitorowania. Pomoże to określić źródło fali ciśnienia. Fala podciśnienia generowana poniżej ciśnienia pary może stanowić wyzwanie. Dwufazowy przepływ przyspieszenia i zaniku ciśnienia gazu można zarejestrować poprzez monitorowanie przejściowego ciśnienia. Wykorzystanie inżynierii sądowej do odkrycia pierwotnej przyczyny wahań ciśnienia rozpoczyna się od monitorowania ciśnienia przejściowego.