프로판 하역 펌프의 성능 문제 해결

30마력(hp) 정격의 드라이브 정격 프로판 하역 펌프 2개가 분당 110갤런(gpm)의 설계 정격 용량을 초과하는 높은 유속으로 지속적으로 작동합니다. 정상적인 하역 중에 펌프는 190gpm으로 작동합니다. 펌프 곡선 외부에 있습니다. 펌프는 160% BEP(최고 효율점)에서 작동하고 있으며 이는 허용할 수 없는 수준입니다. 작동 이력을 기준으로 펌프는 일주일에 두 번 작동하며 작동당 평균 작동 시간은 1시간입니다. 또한, 펌프는 6년의 작동 후 대대적인 점검을 거쳤습니다. 대대적인 수리 사이의 대략적인 작동 시간은 약 1개월로 매우 짧습니다. 특히 공정 액체가 부유 고형물 없이 깨끗한 것으로 간주되기 때문에 이러한 펌프는 신뢰성이 낮은 것으로 간주됩니다. 프로판 언로딩 펌프는 안정적인 천연가스 액체(NGL) 작동을 위해 안전한 프로판 수준을 유지하는 데 중요합니다. 개선 사항과 펌프 보호 완화 조치를 적용하면 손상을 방지할 수 있습니다.
고유량 작동의 원인을 파악하려면 배관 시스템의 마찰 손실을 다시 계산하여 펌프가 과도하게 설계되었는지 확인합니다. 따라서 모든 관련 등각투영 도면이 필요합니다. 배관 및 계장 다이어그램(P&ID)을 검토하여 필요한 배관 등각투영이 필요했습니다. 마찰 손실을 계산하는 데 도움이 되도록 결정되었습니다. 펌프의 전체 흡입 라인 등각 보기가 제공됩니다. 일부 토출 라인의 등각 보기가 누락되었습니다. 따라서 펌프 토출 라인 마찰의 보수적인 근사치는 현재 펌프 작동 매개변수를 기반으로 결정되었습니다. 따라서 그림 1의 녹색으로 표시된 것처럼 장치 B 흡입 라인이 계산에 고려됩니다.
토출 배관의 등가 배관 마찰 길이를 결정하기 위해 실제 펌프 작동 매개변수가 사용되었습니다(그림 2). 트럭과 대상 선박 모두 압력 균등화 라인이 있으므로 이는 펌프의 유일한 작업이 두 가지로 분할될 수 있음을 의미합니다. .첫 번째 작업은 트럭 높이에서 컨테이너 높이로 액체를 들어 올리는 것이고, 두 번째 작업은 둘을 연결하는 파이프의 마찰을 극복하는 것입니다.
첫 번째 단계는 수신된 데이터로부터 총 양정(τHtotal)을 계산하기 위해 등가 마찰 튜브 길이를 결정하는 것입니다.
총수두는 마찰수두와 상승수두의 합이므로, 마찰수두는 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.
여기서 Hfr은 전체 시스템(즉, 흡입 및 배출 라인)의 마찰 수두(마찰 손실)로 간주됩니다.
그림 1을 보면 장치 B의 흡입 라인에 대해 계산된 마찰 손실이 그림 4(190gpm) 및 그림 5(110gpm)에 표시됩니다.
계산 시 필터 마찰을 고려해야 합니다. 이 경우 메쉬가 없는 필터의 표준은 평방 인치당 1파운드(psi)이며 이는 3피트(ft)에 해당합니다. 또한 호스의 마찰 손실도 고려하세요. 약 3피트입니다.
요약하면, 190gpm 및 펌프 정격 유량(110gpm)에서의 흡입 라인 마찰 손실은 방정식 4와 5에 나와 있습니다.
요약하면, 토출 라인의 마찰 손실은 방정식 6에 표시된 것처럼 흡입 라인 마찰에서 전체 시스템 마찰 Hfr을 빼서 결정할 수 있습니다.
배출 라인의 마찰 손실이 계산되므로, 알려진 파이프 직경과 파이프 내 유속을 기반으로 배출 라인의 등가 마찰 길이를 대략적으로 계산할 수 있습니다. 파이프 마찰 소프트웨어에서 이 두 입력을 사용하면 100피트에 대한 마찰이 발생합니다. 190gpm에서 4인치 파이프의 길이는 7.2피트로 계산됩니다. 따라서 배출 라인의 등가 마찰 길이는 방정식 7에 따라 계산할 수 있습니다.
위의 배출관의 등가 길이를 사용하면 모든 유속에서 배출관 마찰은 파이프 분수 소프트웨어를 사용하여 계산할 수 있습니다.
공급업체가 제공한 펌프의 공장 성능이 190gpm 유량에 도달하지 않았기 때문에 기존의 고유량 작동 하에서 펌프 성능을 결정하기 위해 외삽법을 사용했습니다. 정확한 곡선을 결정하려면 원래 제조 성능 곡선을 플롯하고 다음을 사용하여 얻어야 합니다. Excel의 LINEST 방정식. 펌프 헤드 곡선을 나타내는 방정식은 3차 다항식으로 근사화할 수 있습니다. 방정식 8은 공장 테스트에 가장 적합한 다항식을 보여줍니다.
그림 7은 블리드 밸브가 완전히 열린 현장의 전류 조건에 대한 제조 곡선(녹색)과 저항 곡선(빨간색)을 보여줍니다. 펌프에는 4단계가 있다는 점을 기억하십시오.
또한 파란색 선은 토출 차단 밸브가 부분적으로 닫혀 있다고 가정할 때 시스템 곡선을 보여줍니다. 밸브 전체의 대략적인 차압은 234피트입니다. 기존 밸브의 경우 이는 큰 차압이므로 요구 사항을 충족할 수 없습니다.
그림 8은 펌프가 임펠러 4개에서 임펠러 2개(밝은 녹색)로 다운그레이드된 경우의 이상적인 상황을 보여줍니다.
또한 파란색 선은 펌프가 정지되고 토출 차단 밸브가 부분적으로 닫혀 있을 때의 시스템 곡선을 보여줍니다. 밸브 전체의 대략적인 차압은 85피트입니다. 그림 9의 원래 계산을 참조하세요.
프로세스 설계를 조사한 결과 잘못된 설계로 인해 필요한 차동 수두가 과대평가되어 트럭 상단과 용기 상단 사이에 가스/증기 균형 라인이 누락된 것으로 나타났습니다. 프로세스 데이터에 따르면 프로판 증기압은 다양합니다. 따라서 원래 설계는 트럭의 가장 낮은 증기압(겨울)과 컨테이너의 가장 높은 증기압(여름)을 염두에 두고 수행된 것으로 보이며 이는 잘못된 것입니다. 왜냐하면 이 둘은 항상 다음을 사용하여 연결되어 있기 때문입니다. 균형 잡힌 라인에서는 증기압의 변화가 미미하므로 펌프 차동 헤드 크기를 결정할 때 고려해서는 안 됩니다.
펌프를 임펠러 4개에서 2개로 다운그레이드하고 배출 밸브를 약 85피트 조절하는 것이 좋습니다. 유량이 110gpm에 도달할 때까지 밸브를 조절해야 하는지 결정합니다. 또한 밸브가 지속적인 조절을 위해 설계되었는지 확인합니다. 내부 손상이 없어야 합니다. 밸브 내부 코팅이 이러한 상황에 맞게 설계되지 않은 경우 공장에서는 추가 조치를 고려해야 합니다. 정지하려면 첫 번째 임펠러가 남아 있어야 합니다.
Wesam Khalaf Allah는 Saudi Aramco에서 8년의 경력을 갖고 있습니다. 그는 펌프 및 메카니컬 씰을 전문으로 하며 신뢰성 엔지니어로서 Shaybah NGL의 시운전 및 창업에 참여했습니다.
Amer Al-Dhafiri는 Saudi Aramco의 펌프 및 기계 씰 분야에서 20년 이상의 경험을 보유한 엔지니어링 전문가입니다. 자세한 내용은 aramco.com을 참조하세요.