Aplicações em processos químicos: um guia para problemas de pressão transitória e em estado estacionário

Quando 10% da pressão máxima de trabalho permitida (MAWP) for excedida, o usuário poderá abrir o disco de ruptura ou a válvula de alívio de pressão. Se o usuário estiver operando próximo ao MAWP, considere que devido a alterações no inversor da bomba, condições de fluxo instáveis ​​e expansão térmica da válvula de controle, podem ocorrer picos de pressão, pressão de partida da bomba, pressão de fechamento da válvula de controle da bomba e flutuações de pressão. O primeiro passo é identificar o pico de pressão durante o evento que atingiu a MAWP. Se o usuário exceder o MAWP, monitore a pressão do sistema 200 vezes por segundo (muitas bombas e sistemas de tubulação monitoram uma vez por segundo). O sensor de pressão de processo padrão não registrará transientes de pressão que passem a 4.000 pés por segundo através do sistema de tubulação. Ao monitorar a pressão a uma taxa de 200 vezes por segundo para registrar transientes de pressão, considere um sistema que registre a média de funcionamento em estado estacionário para manter a capacidade de gerenciamento do arquivo de dados. Se a flutuação de pressão for pequena, o sistema registrará uma média contínua de 10 pontos de dados por segundo. Onde a pressão deve ser monitorada? Arranque a montante da bomba, a montante e a jusante da válvula de retenção e a montante e a jusante da válvula de controlo. Instale um sistema de monitoramento de pressão em um determinado ponto a jusante para verificar a velocidade da onda e o início da onda de pressão. A Figura 1 mostra o surto de partida da pressão de descarga da bomba. O sistema de tubulação foi projetado para pesar 300 libras (lbs) do American National Standards Institute (ANSI), a pressão máxima permitida é de 740 libras por polegada quadrada (psi) e a pressão de surto de inicialização da bomba excede 800 psi. A Figura 2 mostra o fluxo reverso através da válvula de retenção. A bomba opera em estado estacionário a uma pressão de 70 psi. Quando a bomba é desligada, a mudança na velocidade produzirá uma onda negativa, que será então refletida de volta na onda positiva. Quando a onda positiva atinge o disco da válvula de retenção, a válvula de retenção ainda está aberta, causando a reversão do fluxo. Quando a válvula de retenção está fechada, há outra pressão a montante e depois uma onda de pressão negativa. A pressão no sistema de tubulação cai para -10 libras por polegada quadrada (psig). Agora que os transientes de pressão foram registrados, o próximo passo é modelar os sistemas de bombeamento e tubulação para simular as mudanças de velocidade que produzem pressões destrutivas. O software de modelagem de surtos permite aos usuários inserir a curva da bomba, o tamanho do tubo, a elevação, o diâmetro do tubo e o material do tubo. Quais outros componentes da tubulação podem produzir alterações de velocidade no sistema? O software de modelagem de surtos fornece uma série de características de válvula que podem ser simuladas. O software de modelagem transitória de computador permite aos usuários modelar o fluxo monofásico. Considere a possibilidade de um fluxo bifásico que possa ser identificado pelo monitoramento de pressão transitória na aplicação. Existe cavitação no sistema de bombeamento e tubulação? Se sim, é causado pela pressão de sucção da bomba ou pela pressão de descarga da bomba durante o disparo da bomba? A operação da válvula fará com que a velocidade no sistema de tubulação mude. Ao operar a válvula, a pressão a montante aumentará, a pressão a jusante diminuirá e, em alguns casos, ocorrerá cavitação. Uma solução simples para flutuações de pressão pode ser diminuir o tempo de operação ao fechar a válvula. O usuário está tentando manter uma vazão ou pressão constante? O tempo de comunicação entre o driver e o transmissor de pressão pode fazer com que o sistema faça uma busca. Para cada ação haverá uma reação, então tente entender os transientes de pressão através da velocidade das ondas. Quando a bomba acelera, a pressão aumentará, mas a onda de alta pressão será refletida de volta como uma onda de pressão negativa. Use monitoramento de pressão de alta frequência para ajustar unidades de controle de motor e válvulas de controle. A Figura 3 mostra a pressão instável gerada por um inversor de frequência variável (VFD). A pressão de descarga oscilou entre 204 psi e 60 psi, e o evento de flutuação de pressão s742 ocorreu dentro de 1 hora e 19 minutos. Oscilação da válvula de controle: A onda de pressão de choque passa pela válvula de controle antes de responder à onda de choque. O controle de fluxo, o controle de contrapressão e a válvula redutora de pressão têm tempo de resposta. Para fornecer e receber energia, são instalados recipientes de pulsação e de sobretensão para amortecer as ondas de choque. Ao determinar o tamanho do amortecedor de pulsação e do tanque de compensação, é importante compreender o estado estacionário e as ondas de pressão mínima e máxima. A carga de gás e o volume de gás devem ser suficientes para lidar com as mudanças de energia. Cálculos de nível de gás e líquido são usados ​​para confirmar amortecedores de pulsação e vasos tampão com constantes multivariáveis ​​de 1 em estado estacionário e 1,2 durante eventos de pressão transitórios. Válvulas ativas (abrir/fechar) e válvulas de retenção (fechar) são alterações padrão na velocidade que causam o foco. Quando a bomba é desligada, um tanque tampão instalado a jusante da válvula de retenção fornecerá energia para a velocidade de inflação. Se a bomba sair da curva, será necessária a geração de contrapressão. Se o usuário encontrar flutuações de pressão na válvula de controle de contrapressão, o sistema pode precisar instalar um amortecedor de pulsação a montante. Se a válvula fechar muito rapidamente, certifique-se de que o volume de gás do recipiente regulador de pressão possa aceitar energia suficiente. O tamanho da válvula de retenção deve ser determinado de acordo com a vazão, pressão e comprimento do tubo da bomba para garantir o tempo de fechamento correto. Várias unidades de bombeamento possuem válvulas de retenção superdimensionadas, parcialmente abertas e que oscilam na corrente de vazão, o que pode causar vibração excessiva. Decifrar eventos de sobrepressão em grandes redes de pipeline de processos requer vários pontos de monitoramento. Isso ajudará a determinar a origem da onda de pressão. A onda de pressão negativa gerada abaixo da pressão de vapor pode ser desafiadora. O fluxo bifásico de aceleração e colapso da pressão do gás pode ser registrado através do monitoramento de pressão transitória. O uso da engenharia forense para descobrir a causa raiz das flutuações de pressão começa com o monitoramento transitório da pressão.