יישומי תהליכים כימיים: מדריך לבעיות לחץ במצב יציב וחולף

כאשר חריגה מ-10% מלחץ העבודה המקסימלי המותר (MAWP), המשתמש עשוי לפתוח את דיסק הפריצה או את שסתום השחרור. אם המשתמש רץ ליד MAWP, אנא קחו בחשבון שבגלל שינויים במהפך המשאבה, תנאי זרימה לא יציבים והתפשטות תרמית של שסתום הבקרה, לחץ נחשול, לחץ תחילת המשאבה, לחץ סגירת שסתום בקרת המשאבה ותנודות לחץ עלולים להתרחש.
הצעד הראשון הוא לזהות את שיא הלחץ במהלך האירוע שהגיע ל-MAWP. אם המשתמש חורג מ-MAWP, עקוב אחר לחץ המערכת 200 פעמים בשנייה (משאבות ומערכות צנרת רבות עוקבות אחת לשנייה). חיישן לחץ התהליך הסטנדרטי לא יתעד מעברי לחץ שעוברים 4,000 רגל בשנייה דרך מערכת הצנרת.
בעת ניטור לחץ בקצב של 200 פעמים בשנייה כדי לרשום מעברי לחץ, שקול מערכת שמתעדת את הממוצע הריצה במצב יציב כדי לשמור על יכולת הניהול של קובץ הנתונים. אם תנודת הלחץ קטנה, המערכת תתעד ממוצע שוטף של 10 נקודות נתונים בשנייה.
היכן יש לנטר את הלחץ? התחל במעלה הזרם של המשאבה, במעלה ומורד הזרם של שסתום הסימון, ומעלה ומורד הזרם של שסתום הבקרה. התקן מערכת ניטור לחץ בנקודה מסוימת במורד הזרם כדי לוודא את מהירות הגל ותחילת גל הלחץ. איור 1 מציג את גל ההתחלה של לחץ פריקת המשאבה. מערכת הצנרת מתוכננת להיות 300 פאונד (lbs) American National Standards Institute (ANSI), הלחץ המרבי המותר הוא 740 פאונד לאינץ' מרובע (psi), ולחץ הגלישה של המשאבה עולה על 800 psi.
איור 2 מציג את הזרימה ההפוכה דרך שסתום הסימון. המשאבה פועלת במצב יציב בלחץ של 70 psi. כאשר המשאבה כבויה, השינוי במהירות יפיק גל שלילי, אשר מוחזר לאחר מכן בחזרה לגל החיובי. כאשר הגל החיובי פוגע בדיסק שסתום הסימון, שסתום הסימון עדיין פתוח, מה שגורם לזרימה להתהפך. כאשר שסתום הסימון סגור, יש לחץ נוסף במעלה הזרם ולאחר מכן גל לחץ שלילי. הלחץ במערכת הצנרת יורד ל-10 פאונד לאינץ' רבוע (psig).
כעת, לאחר שנרשמו מעברי הלחץ, השלב הבא הוא מודל של מערכות השאיבה והצנרת כדי לדמות את שינויי המהירות המייצרים לחצים הרסניים. תוכנת מודל נחשולים מאפשרת למשתמשים להזין עקומת משאבה, גודל צינור, גובה, קוטר צינור וחומר צינור.
אילו רכיבי צנרת נוספים יכולים לייצר שינויים במהירות במערכת? תוכנת מודל נחשולים מספקת סדרה של מאפייני שסתום שניתן לדמות. תוכנת מודלים חולפים למחשב מאפשרת למשתמשים לדגמן זרימה חד פאזי.
שקול את האפשרות של זרימה דו פאזית שניתן לזהות על ידי ניטור לחץ חולף באפליקציה. האם יש שקע במערכת השאיבה והצנרת? אם כן, האם זה נגרם מלחץ יניקת המשאבה או לחץ פריקת המשאבה במהלך נסיעת המשאבה? פעולת השסתום תגרום לשינוי המהירות במערכת הצנרת.
בעת הפעלת השסתום, הלחץ במעלה הזרם יגדל, הלחץ במורד הזרם יקטן, ובמקרים מסוימים תתרחש קוויטציה. פתרון פשוט לתנודות לחץ עשוי להיות להאט את זמן הפעולה בעת סגירת השסתום.
האם המשתמש מנסה לשמור על קצב זרימה או לחץ קבועים? זמן התקשורת בין הנהג למשדר הלחץ עלול לגרום למערכת לחפש. לכל פעולה תהיה תגובה, אז נסו להבין את מעברי הלחץ דרך מהירות הגלים. כאשר המשאבה תאיץ, הלחץ יעלה, אך גל הלחץ הגבוה ישתקף בחזרה כגל לחץ שלילי. השתמש בניטור לחץ בתדר גבוה כדי להתאים כונני בקרת מנוע ושסתומי בקרה.
איור 3 מציג את הלחץ הלא יציב שנוצר על ידי כונן תדר משתנה (VFD). לחץ הפריקה נע בין 204 psi ל-60 psi, ואירוע תנודת הלחץ s742 התרחש תוך שעה ו-19 דקות.
תנודת שסתום בקרה: גל לחץ ההלם עובר דרך שסתום הבקרה לפני שהוא מגיב לגל ההלם. בקרת זרימה, בקרת לחץ חזרה ושסתום הפחתת לחץ לכולם יש זמן תגובה. על מנת לספק ולקבל אנרגיה, מותקנים מיכלי פעימה ונחשול לחיץ גלי הלם. בעת קביעת גודל בולם הפעימות ומיכל הנחשולים, חשוב להבין את המצב היציב ואת גלי הלחץ המינימלי והמקסימלי. מטען הגז ונפח הגז חייבים להיות מספיקים כדי להתמודד עם שינויים באנרגיה.
חישובי רמת גז ונוזל משמשים לאישור בולמי פעימה וכלי חיץ עם קבועים רב-משתנים של 1 במצב יציב ו-1.2 במהלך אירועי לחץ חולפים. שסתומים פעילים (פתיחה/סגירה) ושסתומי סימון (סגור) הם שינויים סטנדרטיים במהירות הגורמים לפוקוס. כאשר המשאבה כבויה, מיכל חיץ המותקן במורד שסתום הסימון יספק אנרגיה למהירות הניפוח.
אם המשאבה פועלת מחוץ לעקומה, יש ליצור לחץ גב. אם המשתמש נתקל בתנודות לחץ משסתום בקרת הלחץ האחורי, ייתכן שהמערכת תצטרך להתקין בולם פעימה במעלה הזרם. אם השסתום נסגר מהר מדי, ודא שנפח הגז של כלי ויסות הלחץ יכול לקבל מספיק אנרגיה.
יש לקבוע את גודל שסתום הסימון בהתאם לקצב הזרימה, הלחץ ואורך הצינור של המשאבה כדי להבטיח את זמן הסגירה הנכון. למספר יחידות משאבה יש שסתומי סימון גדולים מדי, פתוחים חלקית ומתנדנדים בזרם הזרימה, מה שעלול לגרום לרטט מוגזם.
פענוח אירועי לחץ יתר ברשתות צינורות תהליכים גדולות דורש נקודות ניטור מרובות. זה יעזור לקבוע את מקור גל הלחץ. גל הלחץ השלילי שנוצר מתחת ללחץ האדים יכול להיות מאתגר. ניתן לתעד את הזרימה הדו-שלבית של האצת לחץ הגז וקריסתו באמצעות ניטור לחץ חולף. השימוש בהנדסה משפטית כדי לגלות את הסיבה העיקרית לתנודות לחץ מתחיל בניטור לחץ חולף.