Diagnosticarea și tratarea defecțiunilor conductei pompei

Hidrocracarea de 800,000 t/a a unei anumite companii este un dispozitiv de procesare profundă de rafinare a petrolului produs intern. Dispozitivul are două pompe mari de alimentare de înaltă presiune (dintre care una de rezervă) pentru a ridica uleiul brut (ulei de ceară) de la presiunea de intrare de 0,15 MPa la presiunea de ieșire de aproximativ 10 MPa și pentru a intra în sistemul de reacție de hidrogenare pentru reacție. . Dintre cele două pompe multietajate de înaltă presiune, una este pompă A, rotor 7-etap, debit proiectat 126,8 m3/min, înălțime 2254 m, viteză 5000r/min; cealaltă este pompa B, 5-rotor de treaptă, diametrul rotorului 293 mm, numărul paletei rotorului Zl=6, numărul palei paletei de ghidare Z2=9, debitul proiectat 126.8m3/h, înălțimea 2256m, viteza 5814r/min. Cele două pompe sunt aranjate practic simetric, iar conductele de evacuare trec fiecare prin debitmetrul cu orificiu, supapa de reținere, supapa manuală și supapa de reglare electrică, apoi se îmbină în spațiu și apoi intră în sistemul de reacție printr-o linie principală foarte lungă și grup de supape. Dispunerea conductei este prezentată în Figura 1. Lungimea totală a conductei de la evacuarea pompei la reactor este de 140 m. După ce pompa B a fost instalată, conducta și sistemul de supape au experimentat vibrații mari de la primul test de sarcină. Deoarece uleiul de ceară transportat de pompă este un material inflamabil, odată ce sistemul de conducte este vibrat și fisurat, consecințele vor fi foarte grave. Prin urmare, este foarte important să se rezolve problema vibrațiilor sistemului de conducte atunci când pompa B funcționează pentru a asigura producția în siguranță a dispozitivului.

 

Pentru a diagnostica problema de vibrație a sistemului de conducte în funcționarea pompei B, cele două pompe au fost testate și comparate. Când pompa A funcționa, vibrația corpului pompei și a conductei era foarte mică, valoarea indicată a manometrului de ieșire a pompei a fost de 18,8 MPa, oscilația indicatorului manometrului nu era evidentă, iar indicatorul debitmetrului avea doar o ușoară leagăn. După trecerea la pompa B, conducta de refulare a prezentat o vibrație mare, indiferent de starea de debit scăzut sau de funcționare la sarcină maximă. Deplasarea vibrațiilor la supapa electrică a fost de 0.8mm, deplasarea vibrației la coada conductei a ajuns la 1mm, iar valoarea vitezei de vibrație a fost de până la 10,3mm/s. Performanța vibrațiilor a fost intermitentă. Observați presiunea și debitul, manometrul de ieșire a indicat 18,3 MPa, amplitudinea de balansare a indicatorului a fost 0.5-1MPa, iar amplitudinea de balansare a indicatorului a manometrului conductei de aspirație a fost de 0,4Mpa; debitmetrul a indicat 100 t/h, iar amplitudinea de balansare a indicatorului a atins 6-10t/h. Presiunea sistemului reactor a fost redusă cu 1MPa și s-a observat vibrația sistemului de conducte. Presiunea de ieșire a pompei și pulsația debitului au fost aceleași cu condițiile normale de funcționare, iar vibrația sistemului de conducte nu s-a îmbunătățit.

 

 

1. Vana electrica; 2. Supapă manuală; 3. Supapă de reținere; 4. Debitmetru cu orificiu; 5. conductă cu debit mic; 6. Pompa A; 7. Pompa B; 8. sistem reactor

 

Pentru a explora cauza vibrațiilor în sistemul de conducte, au fost efectuate teste de semnal de vibrații pe supapa unidirecțională, supapa de reglare electrică, coada conductei și corpul pompei cu vibrații mari. În plus, din cauza oscilației mari a indicatorului manometrului și a debitmetrului și semnele inegale și instabile ale sunetului fluidului din conductă ascultate cu un baston de ascultare, s-a simțit că ar putea exista o pulsație mare de presiune în fluid în pompa și conducta, astfel încât senzorul de presiune a fost folosit pentru a măsura direct pulsația de presiune în conductă. Semnalul a fost înregistrat cu un magnetofon și un dispozitiv de achiziție de date, iar apoi analiza formei de undă și analiza frecvenței au fost efectuate pe un analizor de frecvență. Spectrul de vibrații al rulmentului de pe partea cu motor a corpului pompei este prezentat în Figura 2, unde componentele de frecvență cu amplitudine mai mare A sunt frecvența de putere a pompei (97Hz) și frecvența de turație a motorului (50Hz, 100Hz). .

 

 

Figura 3 prezintă spectrul de vibrații al rulmentului la ieșirea pompei. Componentele cu amplitudini mai mari din figură sunt frecvențele de trecere fz1 (582Hz) și 2fz1 (1160Hz) ale palelor pompei. Corpul pompei nu vibrează prea mult datorită rigidității sale bune a suportului, iar amplitudinea frecvenței de trecere a carcasei rulmentului este de 2,56 mm/s. Supapa unidirecțională și supapa electrică vibrează foarte mult, iar forma de undă și spectrul semnalelor lor de vibrație sunt prezentate în figura 4. Frecvența principală de vibrație de 9 Hz din figură este frecvența de auto-oscilație a supapei unidirecționale și sistem de grup de supape electrice. Datorită impactului intermitent al fluidului, amplitudinea formei de undă a vibrației A este uneori mare și alteori scăzută, ceea ce este similar cu forma de „bătaie”.

 

 

Coada conductei este partea cu cea mai mare vibrație. Este conectat la conducta principală și nu poate fi susținut de spațiu. Prin urmare, sub acțiunea forței de excitație a fluidului, vibrația este foarte mare. Figura 5 prezintă forma de undă de vibrație și spectrul cozii conductei. Frecvența principală de vibrație din figură este de 7 Hz. Când pulsația presiunii fluidului afectează intermitent coada conductei, amplitudinea componentei de frecvență în jurul valorii de 7 Hz pe spectrul cozii conductei crește brusc. Din forma de undă din domeniul timpului se poate observa că unda de înaltă frecvență fluctuează în sus și în jos, iar frecvența fluctuației periodice este de 7 Hz. După simularea și calculul computerizat folosind metoda elementelor finite, componenta de 7 Hz este frecvența naturală a unei anumite ordine a sistemului de conducte, iar componenta de înaltă frecvență suprapusă poate fi frecvența naturală a supapei de la coada conductei.

 

Pentru a afla dacă vibrația sistemului de conducte este cauzată de pulsația de presiune a fluidului, se folosește un senzor de presiune pentru a testa și analiza direct pulsația de presiune a fluidului din conductă. Mărimea pulsației presiunii fluidului poate fi exprimată prin denivelarea presiunii δ:

 

Figura 6 este semnalul din domeniul timp al pulsației de presiune. Unda de înaltă frecvență din figură fluctuează în sus și în jos, iar frecvența fluctuației este de 7 Hz, care este frecvența naturală a sistemului de conducte. Valoarea maximă a amplitudinii fluctuației △P=Pmax-Pmin{=147mV~176mV, componenta DC a presiunii medii P0=5,5V și denivelarea presiunii δ{{9 }}.027~0.032. Observați oscilația indicatorului manometrului de evacuare a pompei. La o presiune medie de 18,3 MPa, oscilația indicatorului este de 0,5 ~ 1 MPa, iar denivelarea pulsației de presiune afișată este aceeași cu rezultatul obținut în Figura 6.

 

Valoarea denivelării pulsațiilor de presiune măsurată mai sus este evident prea mare. Deși nu există un standard pentru pompele centrifuge în China, denivelarea pulsației de presiune a conductei de refulare este în general limitată la δ{{0}}.02~0.04 cu referire la compresoarele cu piston. Pompa transportă în prezent lichid incompresibil, iar valoarea sa este apropiată de valoarea maximă admisă specificată de sistemul de conducte a compresorului, ceea ce evident nu este permis. Este o denivelare atât de mare de presiune δ care provoacă vibrații mari în conductă. Când denivelarea presiunii δ=0.027 și presiunea medie P0=18.3MPa, amplitudinea pulsației de presiune (amplitudinea maximă care se abate de la presiunea medie) este:

Când această amplitudine de pulsație întâlnește un cot în unghi drept, forța de impact a fluxului de lichid pe peretele conductei la cot este prezentată în Figura 7. Forța rezultantă statică a fluidului pe cot este:

Diametrul interior al conductei este de 132 mm. Când fluidul pulsează, amplitudinea de impact a presiunii pulsatorii asupra cotului este:

 

O forță de 4777N este aplicată la fiecare cot de țeavă, ceea ce va provoca inevitabil vibrații mari ale țevii. În plus, atunci când fluidul întâlnește o contracție în secțiune transversală, cum ar fi o supapă sau un reductor, va fi, de asemenea, generată o forță mare de impact a fluidului. Pulsația presiunii fluidului va provoca modificări ale pulsațiilor în debitul din conductă. Figura 8 este un grafic de modificare a pulsațiilor obținut prin trimiterea semnalului de pulsație a presiunii și a semnalului ieșit de debitmetru către computer și eșantionarea în același timp. În figură, Q este debitul total de ieșire de la ieșirea pompei, Q1 este parte a debitului care intră în sistemul de reacție, iar cealaltă parte a debitului mai mic se întoarce la echipamentul frontal al pompei. După cum se poate observa din figură, legea pulsației presiunii și modificărilor pulsației debitului este consecventă. Când unda de presiune este la vârf, fluidul din conductă se accelerează, determinând o creștere instantanee a debitului; când unda de presiune scade instantaneu, fluidul din conductă decelerează, iar debitul scade instantaneu. În figură, distanța relativă dintre punctul de măsurare a debitului Q și punctul de măsurare a presiunii este relativ apropiată, iar consistența modificărilor dintre cele două este bună. Punctul de măsurare Q1 se află la capătul sistemului de conducte. Pe de o parte, este departe de punctul de măsurare a presiunii și, pe de altă parte, este afectat și de debitul conductei cu debit mic. Prin urmare, consistența modificărilor pulsațiilor debitmetrelor din față și din spate este slabă. Modificările pulsatorii de presiune și debit menționate mai sus vor avea un impact asupra conductei și vor provoca vibrații mari ale sistemului de conducte.

Pentru a explora motivul pentru care pompa generează pulsația de presiune, semnalul de pulsație de presiune colectat este supus analizei de frecvență, iar spectrul său este prezentat în Figura 9. Trei componente principale ale frecvenței apar adesea în figură: (1) {{2 }} Componenta de frecvență Hz este adesea componenta principală cu cea mai mare valoare de vârf. După cum am menționat mai sus, aceasta este frecvența naturală a sistemului de conducte. (2) Componenta de frecvență de 291 Hz este de 3 ori mai mare decât frecvența vitezei pompei. Numărul de pale de rotor ale pompei este Z1=6, iar numărul de palete de ghidare este Z2=9. Cel mai mare divizor comun al celor două lame produce această frecvență de pulsație. (3) Componenta de frecvență de 680 Hz este de 7 ori mai mare decât frecvența vitezei pompei. Această componentă de frecvență pare să fie legată de efectul combinat al frecvenței puterii pompei și al frecvenței naturale a sistemului de conducte.

 

Pe baza comparării condițiilor de testare a celor două pompe și a rezultatelor testelor și analizei vibrațiilor conductei și pulsațiilor de presiune, sunt prezentate următoarele opinii de diagnostic:

(1) Sursa de excitație a vibrației conductei provine de la pompa B, nu de problema de proiectare a conductei, deoarece atunci când pompa A, care este dispusă practic simetric, funcționează, nici conducta de aspirație, nici conducta de refulare nu vibrează. Când pompa B funcționează, nu numai conducta de refulare vibrează violent, ci și conducta de aspirație a pompelor A și B conectate în paralel are o amplitudine mare. Evident, aceasta nu este transmisia vibrațiilor mecanice, ci rezultatul transmiterii pulsațiilor presiunii fluidului.

(2) Pulsația presiunii fluidului este cauza directă a vibrației conductei. Datorită pulsației de presiune, impactul fluidului este generat la fiecare îndoire și schimbare a secțiunii transversale a unei conducte foarte lungi, iar forța de impact excită frecvența naturală a conductei și a supapei. La coada conductei, frecvențele naturale de joasă frecvență de aproximativ 1Hz și 5~10Hz sunt excitate în principal, iar la supapa electrică și supapa de reținere, o frecvență naturală de 9Hz este excitată în principal.

(3) Motivul pentru care apare pulsația presiunii fluidului atunci când pompa B funcționează este legat de proiectarea pompei. Conform informațiilor, pentru a reduce forța instabilă generată pe paleta de ghidare a paletei pompei cu palete, numărul de palete de rotor Z1 și numărul de palete de ghidare Z2 trebuie să fie primar unul față de celălalt; în același timp, pentru a se asigura că amplitudinea pulsației presiunii la frecvența paletei este minimizată, trebuie îndeplinită și condiția ca Z1 și 2Z2 să fie primari unul față de celălalt. Acum Z1 și Z2 ale pompei nu sunt prime unul față de celălalt, iar Z1 și 2Z2 nu sunt numere prime. Cel mai mare divizor comun al Z1 și Z2 este 3, astfel încât în ​​semnalul de pulsație de presiune este generată o componentă de frecvență de 3X97=291Hz. Divizorul comun al paletelor și paletelor de ghidare este 3, ceea ce înseamnă că există 3 pale care corespund la 3 palete de ghidare în același timp, ceea ce face ca viteza de curgere și presiunea în fiecare punct de ieșire al pasajului paletei rotorului să fie foarte neuniforme. Impactul fluidului asupra paletei de ghidare va genera o forță alternativă puternică. În plus, viteza neuniformă a curgerii la ieșirea rotorului formează un strat limită mai serios și un vortex de separare pe paleta de ghidare, ducând la pulsația de presiune după ce fluidul curge din pompă. Un alt factor posibil care poate provoca vibrațiile conductei cauzate de pompa B este presiunea scăzută la ieșire. Curba de performanță a pompei este plată, iar pulsația presiunii poate provoca cu ușurință fluctuații de debit. Fluctuațiile debitului intensifică forța de impact asupra peretelui conductei, generând astfel o vibrație mai mare a sistemului de conducte.

 

 

Din concluzia de diagnosticare a defecțiunii de vibrație a sistemului de conducte, se confirmă că sursa de vibrație provine de la pompa B însăși, nu de la sistemul de conducte. Prin urmare, se recomandă modificarea designului pompei, adică modificarea componentelor rotorului și statorului. Măsurile specifice includ, în general, următoarele două aspecte:

(1) Schimbați numărul de pale ale rotorului, schimbați Z1 de la 6 la 7 și consultați parametrii pompei A pentru a proiecta cu atenție fiecare parte a canalului de curgere pentru a elimina în mod fundamental pulsația de presiune a fluidului.

(2) Creșteți presiunea de ieșire a pompei de la 18,3 MPa inițial la 21,3 MPa, crescând astfel foarte mult forța de antrenare a fluidului din țeavă și încetinind fluctuația debitului.

După modificare, pompa B a fost pusă în funcțiune. Vibrația puternică inițială a conductei a dispărut complet, iar valoarea deplasării vibrațiilor la supapa electrică a scăzut de la 800μm la 61,5μm; valoarea deplasării vibrațiilor a cozii conductei cu cea mai mare vibrație a scăzut de la 1 mm la 129 μm; valoarea vitezei de vibrație a carcasei rulmentului a scăzut, de asemenea, de la 2,56 mm/s la 1,48 mm/s. Nivelul de micro-vibrație al conductei este aproape același cu cel al pompei A atunci când funcționează.