تشخیص و درمان خطای خط لوله پمپ

هیدروکراکینگ 8{3}}0،000 تن در یک شرکت خاص یک دستگاه فرآوری عمیق پالایش نفت تولید داخل است. این دستگاه دارای دو پمپ تغذیه پرفشار بزرگ (یکی از آنها یدکی است) برای بالا بردن روغن خام (روغن موم) از فشار ورودی 0.15 مگاپاسکال به فشار خروجی حدود 10 مگاپاسکال و وارد سیستم واکنش هیدروژناسیون برای واکنش می شود. . در میان دو پمپ چند مرحله‌ای پرفشار، یکی پمپ A، 7-پروانه مرحله‌ای، سرعت جریان طراحی 126.8 متر مکعب در دقیقه، هد 2254 متر، سرعت 5000r/min است. دیگری پمپ B، 5-پروانه مرحله، قطر پروانه 293 میلی متر، شماره تیغه پروانه Zl=6، شماره تیغه پره راهنما Z2=9، سرعت جریان طراحی 126.8 مترمکعب در ساعت، سر 2256 متر، سرعت 5814r/min. دو پمپ اساساً به صورت متقارن چیده شده اند و خطوط لوله خروجی هر کدام از جریان سنج روزنه ای، شیر چک، شیر دستی و شیر تنظیم الکتریکی عبور می کنند و سپس در فضا ادغام می شوند و سپس از طریق یک خط اصلی بسیار طولانی وارد سیستم واکنش می شوند. گروه دریچه طرح خط لوله در شکل 1 نشان داده شده است. طول کل خط لوله از خروجی پمپ تا راکتور 140 متر است. پس از نصب پمپ B، خط لوله و سیستم شیر از اولین آزمایش بار لرزش زیادی را تجربه کردند. از آنجایی که روغن موم منتقل شده توسط پمپ یک ماده قابل اشتعال است، هنگامی که سیستم خط لوله دچار لرزش و ترک شود، عواقب آن بسیار جدی خواهد بود. بنابراین، حل مشکل ارتعاش سیستم خط لوله در هنگام کارکرد پمپ B برای اطمینان از تولید ایمن دستگاه بسیار مهم است.

 

به منظور تشخیص مشکل ارتعاش سیستم لوله در عملکرد پمپ B، دو پمپ مورد آزمایش و مقایسه قرار گرفتند. هنگامی که پمپ A کار می کرد، لرزش بدنه پمپ و خط لوله بسیار کم بود، مقدار نشانگر فشار سنج خروجی پمپ 18.8 مگا پاسکال بود، نوسان نشانگر گیج مشخص نبود و نشانگر دبی سنج فقط اندکی داشت. تاب. پس از تغییر به پمپ B، خط لوله تخلیه بدون توجه به شرایط جریان کم یا عملیات بار کامل، لرزش زیادی را نشان داد. جابجایی ارتعاش در شیر الکتریکی 0.8 میلی متر، جابجایی ارتعاش در انتهای خط لوله به 1 میلی متر و مقدار سرعت ارتعاش تا 10.3 میلی متر بر ثانیه بود. عملکرد ارتعاش متناوب بود. فشار و جریان را مشاهده کنید، گیج فشار خروجی 18.3 مگاپاسکال، دامنه نوسان نشانگر 0 بود.{10}}مگاپاسکال، و دامنه نوسان نشانگر گیج فشار خط لوله مکش 0.4 مگاپاسکال بود. دبی سنج 100 تن در ساعت را نشان داد و دامنه نوسان نشانگر به 6-10 تن در ساعت رسید. فشار سیستم راکتور 1 مگاپاسکال کاهش یافت و ارتعاش سیستم لوله مشاهده شد. فشار خروجی پمپ و ضربان جریان مانند شرایط عملیاتی عادی بود و لرزش سیستم لوله بهبود نیافت.

 

 

1. شیر برقی; 2. شیر دستی; 3. شیر چک. 4. فلومتر اوریفیس; 5. خط لوله جریان کوچک. 6. پمپ A; 7. پمپ B; 8. سیستم راکتور

 

به منظور بررسی علت ارتعاش در سیستم خط لوله، آزمایش سیگنال ارتعاش بر روی شیر یک طرفه، شیر تنظیم الکتریکی، دم خط لوله و بدنه پمپ با ارتعاش زیاد انجام شد. علاوه بر این، از نوسان بزرگ نشانگر فشارسنج و دبی سنج و علائم ناهموار و ناپایدار صدای سیال در خط لوله که با یک چوب شنود شنود می‌شود، احساس می‌شد که ممکن است ضربان فشار زیادی در سیال وجود داشته باشد. پمپ و خط لوله، بنابراین از سنسور فشار برای اندازه گیری مستقیم ضربان فشار در خط لوله استفاده شد. سیگنال با ضبط صوت و دستگاه جمع‌آوری داده‌ها ضبط شد و سپس آنالیز شکل موج و تحلیل فرکانس روی دستگاه تحلیل فرکانس انجام شد. طیف ارتعاش یاتاقان در سمت موتور بدنه پمپ در شکل 2 نشان داده شده است، که در آن اجزای فرکانس با دامنه A بالاتر، فرکانس توان پمپ (97 هرتز) و فرکانس سرعت موتور (50 هرتز، 100 هرتز) است. .

 

 

شکل 3 طیف ارتعاش بلبرینگ را در خروجی پمپ نشان می دهد. اجزای با دامنه های بالاتر در شکل، فرکانس های عبور fz1 (582 هرتز) و 2fz1 (1160 هرتز) پره های پمپ هستند. بدنه پمپ به دلیل سفتی پشتیبانی خوب، لرزش زیادی ندارد و دامنه فرکانس عبوری محفظه یاتاقان 2.56 میلی متر بر ثانیه است. شیر یک طرفه و شیر الکتریکی به شدت ارتعاش می کنند و شکل موج و طیف سیگنال های ارتعاش آنها در شکل 4 نشان داده شده است. فرکانس ارتعاش اصلی 9 هرتز در شکل فرکانس خود نوسانی شیر یک طرفه و سیستم گروه شیر برقی در اثر ضربه متناوب سیال، دامنه شکل موج ارتعاش A گاهی زیاد و گاهی کم است که شبیه به شکل «کوبیدن» است.

 

 

دم خط لوله قسمتی است که بیشترین ارتعاش را دارد. به خط لوله اصلی متصل است و نمی تواند توسط فضا پشتیبانی شود. بنابراین، تحت عمل نیروی تحریک سیال، ارتعاش بسیار زیاد است. شکل 5 شکل موج ارتعاش و طیف دم خط لوله را نشان می دهد. فرکانس اصلی ارتعاش در شکل 7 هرتز است. هنگامی که ضربان فشار سیال به طور متناوب بر دم لوله تأثیر می گذارد، دامنه مولفه فرکانس در حدود 7 هرتز در طیف دم لوله به طور ناگهانی افزایش می یابد. از شکل موج حوزه زمان می توان دریافت که موج با فرکانس بالا به سمت بالا و پایین نوسان می کند و فرکانس نوسانات دوره ای 7 هرتز است. پس از شبیه سازی کامپیوتری و محاسبه با استفاده از روش اجزای محدود، جزء 7 هرتز فرکانس طبیعی مرتبه خاصی از سیستم لوله است و جزء فرکانس بالا ممکن است فرکانس طبیعی دریچه در انتهای لوله باشد.

 

برای اینکه بفهمیم لرزش سیستم لوله ناشی از ضربان فشار سیال است یا خیر، از یک سنسور فشار برای آزمایش و تجزیه و تحلیل مستقیم ضربان فشار سیال در خط لوله استفاده می شود. بزرگی ضربان فشار سیال را می توان با ناهمواری فشار δ بیان کرد:

 

شکل 6 سیگنال حوزه زمان ضربان فشار است. موج با فرکانس بالا در شکل بالا و پایین است و فرکانس نوسان 7 هرتز است که فرکانس طبیعی سیستم لوله است. حداکثر مقدار دامنه نوسان △P=Pmax-Pmin=147mV~176mV، مولفه DC فشار متوسط ​​P0=5.5V، و ناهمواری فشار δ{{9 }}.{11}}27~{15}}.032. به چرخش نشانگر فشارسنج خروجی پمپ توجه کنید. در فشار متوسط ​​18.3 مگاپاسکال، نوسان اشاره گر 0.5 ~ 1 مگاپاسکال است و ناهمواری ضربان فشار نمایش داده شده مانند نتیجه به دست آمده در شکل 6 است.

 

مقدار ناهمواری ضربان فشار اندازه‌گیری شده در بالا آشکارا خیلی بزرگ است. اگرچه هیچ استانداردی برای پمپ های گریز از مرکز در چین وجود ندارد، ناهمواری ضربان فشار لوله تخلیه به طور کلی با توجه به کمپرسورهای رفت و برگشتی به δ{0}}.02~0.04 محدود می شود. پمپ در حال حاضر مایع تراکم ناپذیر را منتقل می کند و مقدار آن نزدیک به حداکثر مقدار مجاز تعیین شده توسط سیستم خط لوله کمپرسور است که بدیهی است مجاز نیست. این ناهمواری فشار بالا δ است که باعث ارتعاش بزرگ در خط لوله می شود. وقتی ناهمواری فشار δ=0.027 و فشار متوسط ​​P0=18.3 مگاپاسکال است، دامنه ضربان فشار (حداکثر دامنه انحراف از فشار متوسط) برابر است با:

هنگامی که این دامنه ضربان با یک زانویی با زاویه قائمه روبرو می شود، نیروی ضربه ای جریان مایع بر روی دیواره لوله در خم در شکل 7 نشان داده شده است.

قطر داخلی لوله 132 میلی متر است. هنگامی که مایع ضربان دارد، دامنه ضربه فشار ضربان بر روی آرنج به صورت زیر است:

 

در هر خم لوله نیرویی معادل 4777 نیوتن وارد می شود که به ناچار باعث ایجاد لرزش زیاد لوله می شود. علاوه بر این، هنگامی که سیال با یک انقباض مقطعی مانند یک شیر یا یک کاهنده مواجه می شود، یک نیروی ضربه بزرگ سیال نیز ایجاد می شود. ضربان فشار سیال باعث تغییرات ضربان در سرعت جریان در لوله می شود. شکل 8 نمودار تغییر ضربان است که با ارسال سیگنال ضربان فشار و سیگنال خروجی توسط فلومتر به کامپیوتر و نمونه برداری همزمان به دست می آید. در شکل Q کل جریان خروجی از خروجی پمپ است، Q1 بخشی از جریان ورودی به سیستم واکنش است و قسمت دیگر جریان کوچکتر به تجهیزات جلویی پمپ باز می گردد. همانطور که از شکل مشاهده می شود، قانون ضربان فشار و تغییرات ضربان جریان سازگار است. هنگامی که موج فشار در اوج خود است، سیال در لوله شتاب می گیرد و باعث افزایش آنی در جریان می شود. هنگامی که موج فشار فوراً کاهش می یابد، سیال در لوله کاهش می یابد و جریان به طور آنی کاهش می یابد. در شکل، فاصله نسبی بین نقطه اندازه گیری جریان Q و نقطه اندازه گیری فشار نسبتا نزدیک است و ثبات تغییرات بین این دو خوب است. نقطه اندازه گیری Q1 در انتهای سیستم لوله است. از یک طرف از نقطه اندازه گیری فشار دور است و از طرف دیگر تحت تأثیر جریان خط لوله جریان کوچک نیز قرار دارد. بنابراین، ثبات تغییرات ضربان سنج جلو و عقب ضعیف است. تغییرات ضربانی فوق الذکر در فشار و جریان بر روی خط لوله تاثیر گذاشته و باعث لرزش شدید سیستم لوله کشی می شود.

به منظور کشف دلیل ایجاد پالس فشار توسط پمپ، سیگنال پالس فشار جمع‌آوری‌شده تحت تحلیل فرکانس قرار می‌گیرد و طیف آن در شکل 9 نشان داده شده است. سه جزء فرکانس اصلی اغلب در شکل ظاهر می‌شوند: (1) {{2 }} جزء فرکانس هرتز اغلب جزء اصلی با بیشترین مقدار پیک است. همانطور که در بالا ذکر شد، این فرکانس طبیعی سیستم لوله است. (2) جزء فرکانس 291 هرتز 3 برابر فرکانس سرعت پمپ است. تعداد پره های پروانه پمپ Z1=6 و تعداد پره های پره راهنما Z2=9 است. بزرگترین مقسوم‌کننده مشترک دو تیغه این فرکانس ضربان را تولید می‌کند. (3) جزء فرکانس 680 هرتز 7 برابر فرکانس سرعت پمپ است. به نظر می رسد این جزء فرکانس با اثر ترکیبی فرکانس توان پمپ و فرکانس طبیعی سیستم لوله مرتبط باشد.

 

بر اساس مقایسه شرایط اجرای آزمایشی دو پمپ و نتایج آزمایش و تجزیه و تحلیل ارتعاش خط لوله و ضربان فشار، نظرات تشخیصی زیر ارائه می شود:

(1) منبع تحریک ارتعاش خط لوله از پمپ B ناشی می شود، نه مشکل طراحی خط لوله، زیرا وقتی پمپ A، که اساساً به طور متقارن چیده شده است، کار می کند، نه لوله مکش و نه لوله تخلیه می لرزد. هنگامی که پمپ B کار می کند، نه تنها خط لوله تخلیه به شدت می لرزد، بلکه خط لوله مکش پمپ های A و B که به صورت موازی متصل شده اند نیز دامنه زیادی دارد. بدیهی است که این انتقال ارتعاش مکانیکی نیست، بلکه نتیجه انتقال ضربان فشار سیال است.

(2) ضربان فشار سیال علت مستقیم ارتعاش خط لوله است. به دلیل ضربان فشار، ضربه سیال در هر خم و تغییر مقطع خط لوله بسیار طولانی ایجاد می شود و نیروی ضربه فرکانس طبیعی خط لوله و شیر را تحریک می کند. در انتهای خط لوله، فرکانس های طبیعی با فرکانس پایین حدود 1 هرتز و 5 تا 10 هرتز عمدتاً برانگیخته می شوند و در شیر برقی و شیر چک، فرکانس طبیعی 9 هرتز عمدتاً برانگیخته می شود.

(3) دلیل اینکه چرا وقتی پمپ B کار می کند ضربان فشار سیال رخ می دهد به طراحی پمپ مربوط می شود. بر اساس اطلاعات، به منظور کاهش نیروی ناپایدار ایجاد شده بر روی پره راهنمای پره پمپ پره، تعداد پره های پروانه Z1 و تعداد پره های پره راهنما Z2 باید به یکدیگر اولیه باشند. در عین حال، برای اطمینان از اینکه دامنه ضربان فشار در فرکانس تیغه به حداقل می رسد، باید شرایطی که Z1 و 2Z2 در برابر یکدیگر قرار دارند نیز رعایت شود. حالا Z1 و Z2 پمپ با هم اول نیستند و Z1 و 2Z2 اعداد اول نیستند. بزرگترین مقسوم‌کننده مشترک Z1 و Z2 3 است، بنابراین یک جزء فرکانس 3X{15}}هرتز در سیگنال ضربان فشار ایجاد می‌شود. تقسیم کننده مشترک تیغه ها و پره های راهنما 3 است، به این معنی که 3 تیغه مربوط به 3 پره راهنما به طور همزمان وجود دارد که باعث می شود سرعت جریان و فشار در هر نقطه خروجی از عبور تیغه پروانه بسیار ناهموار باشد. برخورد سیال روی پره راهنما نیروی متناوب قوی ایجاد می کند. علاوه بر این، سرعت جریان ناهموار در خروجی پروانه، یک لایه مرزی جدی‌تر و گرداب جدایی روی پره راهنما ایجاد می‌کند که منجر به ضربان فشار پس از خروج سیال از پمپ می‌شود. یکی دیگر از عوامل احتمالی که ممکن است باعث لرزش خط لوله ناشی از پمپ B شود، فشار کم خروجی است. منحنی عملکرد پمپ صاف است و ضربان فشار به راحتی می تواند باعث نوسانات جریان شود. نوسانات جریان، نیروی ضربه بر دیواره لوله را تشدید می کند و در نتیجه ارتعاش بیشتری در سیستم لوله ایجاد می کند.

 

 

از نتیجه تشخیص خطای ارتعاش سیستم لوله، تأیید می شود که منبع ارتعاش از خود پمپ B می آید، نه سیستم لوله. بنابراین، توصیه می شود طراحی پمپ را اصلاح کنید، یعنی اصلاح اجزای روتور و استاتور. اقدامات خاص به طور کلی شامل دو جنبه زیر است:

(1) تعداد پره های پروانه را تغییر دهید، Z1 را از 6 به 7 تغییر دهید و به پارامترهای پمپ A مراجعه کنید تا هر قسمت از کانال جریان را به دقت طراحی کنید تا به طور اساسی ضربان فشار سیال را حذف کنید.

(2) فشار خروجی پمپ را از 18.3 مگاپاسکال اصلی به 21.3 مگاپاسکال افزایش دهید، در نتیجه نیروی محرکه سیال در لوله را تا حد زیادی افزایش دهید و نوسان نرخ جریان را کاهش دهید.

پس از اصلاح، پمپ B به بهره برداری رسید. لرزش قوی اولیه خط لوله به طور کامل ناپدید شد و مقدار جابجایی ارتعاش در شیر الکتریکی از 800μm به 61.5μm کاهش یافت. مقدار جابجایی ارتعاش دم خط لوله با بزرگترین ارتعاش از 1 میلی متر به 129 میکرومتر کاهش یافته است. مقدار سرعت ارتعاش محفظه یاتاقان نیز از 2.56mm/s به 1.48mm/s کاهش یافته است. سطح ریز لرزش خط لوله تقریباً مشابه پمپ A در هنگام کار است.