معالجة مشكلات الأداء مع مضخات تفريغ البروبان

تعمل مضختان لتفريغ البروبان بقدرة 30 حصانًا بشكل مستمر بمعدلات تدفق عالية تتجاوز السعة المقدرة للتصميم البالغة 110 جالونًا في الدقيقة (جالونًا في الدقيقة). أثناء التفريغ العادي، تعمل المضخة بمعدل 190 جالونًا في الدقيقة، وهو خارج منحنى المضخة. تعمل المضخة عند أفضل نقطة كفاءة بنسبة 160% (BEP)، وهو أمر غير مقبول. واستنادًا إلى تاريخ التشغيل، تعمل المضخة مرتين في الأسبوع بمتوسط ​​وقت تشغيل يبلغ ساعة واحدة لكل تشغيل. خضعت المضخة لإصلاح شامل بعد ست سنوات من التشغيل. وقت التشغيل التقريبي بين الإصلاحات الرئيسية هو حوالي شهر واحد، وهو قصير جدًا. تعتبر هذه المضخات ذات موثوقية منخفضة، خاصة وأن سائل المعالجة يعتبر نظيفًا وخاليًا من المواد الصلبة العالقة.البروبان تعتبر مضخات التفريغ مهمة للحفاظ على مستويات آمنة من البروبان لتشغيل سوائل الغاز الطبيعي (NGL) بشكل موثوق. سيؤدي تطبيق التحسينات وتخفيف حماية المضخة إلى منع الضرر.
لتحديد سبب التشغيل عالي التدفق، قم بإعادة حساب خسائر الاحتكاك في نظام الأنابيب لتحديد ما إذا كانت المضخة مفرطة في التصميم. ولذلك، تكون جميع الرسومات متساوية القياس ذات الصلة مطلوبة. ومن خلال مراجعة مخططات الأنابيب والأجهزة (P&IDs)، تم تحديد القياسات متساوية القياس للأنابيب المطلوبة. مصممة للمساعدة في حساب خسائر الاحتكاك. يتم توفير عرض متساوي القياس لخط الشفط الكامل للمضخة. مناظر متساوية القياس لبعض خطوط التفريغ مفقودة. لذلك، تم تحديد تقريب متحفظ لاحتكاك خط تفريغ المضخة بناءً على معلمات تشغيل المضخة الحالية. يتم أخذ خط الشفط للوحدة B بعين الاعتبار في الحساب، كما هو موضح باللون الأخضر في الشكل 1.
لتحديد طول احتكاك الأنابيب المكافئ لأنابيب التفريغ، تم استخدام معلمات تشغيل المضخة الفعلية (الشكل 2). وبما أن كل من الشاحنة وسفينة الوجهة لهما خطوط معادلة الضغط، فهذا يعني أنه يمكن تقسيم المهمة الوحيدة للمضخة إلى قسمين المهمة الأولى هي رفع السائل من مستوى الشاحنة إلى مستوى الحاوية، أما المهمة الثانية فهي التغلب على الاحتكاك في الأنابيب الواصلة بين الاثنين.
الخطوة الأولى هي تحديد طول أنبوب الاحتكاك المكافئ لحساب إجمالي الرأس (ΔHtotal) من البيانات الواردة.
بما أن الرأس الإجمالي هو مجموع رأس الاحتكاك ورأس الارتفاع، فيمكن تحديد رأس الاحتكاك بالمعادلة 3.
حيث يعتبر Hfr هو رأس الاحتكاك (الخسائر الاحتكاكية) للنظام بأكمله (أي خطوط الشفط والتفريغ).
من خلال النظر إلى الشكل 1، تظهر خسائر الاحتكاك المحسوبة لخط الشفط للوحدة B في الشكل 4 (190 جالونًا في الدقيقة) والشكل 5 (110 جالونًا في الدقيقة).
يجب أخذ احتكاك الفلتر في الاعتبار عند الحساب. المعدل الطبيعي للمرشح بدون شبكة في هذه الحالة هو 1 رطل لكل بوصة مربعة (psi)، وهو ما يعادل 3 أقدام (قدم). ضع في اعتبارك أيضًا فقدان الاحتكاك للخرطوم، وهو حوالي 3 أقدام.
باختصار، فإن خسائر احتكاك خط الشفط عند 190 جالونًا في الدقيقة والتدفق المقنن للمضخة (110 جالونًا في الدقيقة) موجودة في المعادلتين 4 و5.
باختصار، يمكن تحديد خسائر الاحتكاك في خط التفريغ عن طريق طرح إجمالي احتكاك النظام Hfr من احتكاك خط الشفط، كما هو موضح في المعادلة 6.
نظرًا لأنه يتم حساب فقد الاحتكاك لخط التفريغ، يمكن تقريب طول الاحتكاك المكافئ لخط التفريغ استنادًا إلى قطر الأنبوب المعروف وسرعة التدفق في الأنبوب. وباستخدام هذين المدخلين في أي برنامج احتكاك للأنابيب، يمكن تقليل الاحتكاك بمقدار 100 قدم يتم حساب أنبوب 4 بوصة عند 190 جالونًا في الدقيقة ليكون 7.2 قدمًا. وبالتالي، يمكن حساب طول الاحتكاك المكافئ لخط التفريغ وفقًا للمعادلة 7.
باستخدام الطول المكافئ لأنبوب التفريغ أعلاه، يمكن حساب احتكاك أنبوب التفريغ عند أي معدل تدفق باستخدام أي برنامج لكسر الأنبوب.
نظرًا لأن أداء المصنع للمضخة المقدمة من المورد لم يصل إلى تدفق 190 جالونًا في الدقيقة، فقد تم إجراء استقراء لتحديد أداء المضخة في ظل عملية التدفق العالي الحالية. ولتحديد المنحنى الدقيق، يجب رسم منحنى أداء التصنيع الأصلي والحصول عليه باستخدام معادلة LINEST في Excel. يمكن تقريب المعادلة التي تمثل منحنى رأس المضخة بواسطة متعدد الحدود من الدرجة الثالثة. توضح المعادلة 8 أنسب كثير الحدود لاختبار المصنع.
يوضح الشكل 7 منحنى التصنيع (الأخضر) ومنحنى المقاومة (الأحمر) للظروف الحالية في الحقل مع فتح صمام التصريف بالكامل. تذكر أن المضخة لها أربع مراحل.
بالإضافة إلى ذلك، يوضح الخط الأزرق منحنى النظام، بافتراض أن صمام إيقاف التفريغ مغلق جزئيًا. ويبلغ الضغط التفاضلي التقريبي عبر الصمام 234 قدمًا. وبالنسبة للصمامات الموجودة، يعد هذا ضغطًا تفاضليًا كبيرًا ولا يمكنه تلبية المتطلبات.
يوضح الشكل 8 الوضع المثالي عندما يتم تخفيض مستوى المضخة من أربع دافعات إلى دافعتين (أخضر فاتح).
بالإضافة إلى ذلك، يوضح الخط الأزرق منحنى النظام عند إيقاف المضخة وإغلاق صمام إيقاف التفريغ جزئيًا. ويبلغ الضغط التفاضلي التقريبي عبر الصمام 85 قدمًا. راجع الحساب الأصلي في الشكل 9.
كشفت دراسة تصميم العملية عن مبالغة في تقدير الرأس التفاضلي المطلوب بسبب التصميم غير الصحيح، وعدم وجود خط توازن الغاز/البخار بين الجزء العلوي من الشاحنة والجزء العلوي من السفينة. ووفقًا لبيانات العملية، يختلف ضغط بخار البروبان بشكل ملحوظ من الشتاء إلى الصيف. لذلك يبدو أن التصميم الأصلي تم مع وضع أقل ضغط بخار في الشاحنة (الشتاء) وأعلى ضغط بخار في الحاوية (الصيف) في الاعتبار، وهو غير صحيح. نظرًا لأن الاثنين متصلان دائمًا باستخدام خط متوازن، سيكون التغير في ضغط البخار ضئيلًا ولا ينبغي أخذه في الاعتبار عند تحديد حجم رأس المضخة التفاضلية.
يوصى بتخفيض مستوى المضخة من أربع دافعات إلى دافعتين وخنق صمام التفريغ بحوالي 85 قدمًا. تحديد أنه يجب خنق الصمام حتى يصل التدفق إلى 110 جالون في الدقيقة. كما تم تحديد أن الصمام مصمم للاختناق المستمر لضمان وجود لا يوجد ضرر داخلي. إذا لم يكن الطلاء الداخلي للصمام مصممًا لمثل هذه المواقف، فسيحتاج المصنع إلى اتخاذ مزيد من الإجراءات. ومن أجل التوقف، يجب أن تبقى المكره الأول.
يتمتع وسام خلف الله بخبرة ثماني سنوات في أرامكو السعودية. وهو متخصص في المضخات والأختام الميكانيكية وشارك في تشغيل وبدء تشغيل شركة الشيبة لسوائل الغاز الطبيعي كمهندس موثوقية.
عامر الظفيري هو مهندس متخصص يتمتع بخبرة تزيد عن 20 عامًا في مجال المضخات والأختام الميكانيكية لشركة أرامكو السعودية. لمزيد من المعلومات، تفضل بزيارة aramco.com.