Pompa Boru Hattı Arıza Teşhisi ve Tedavisi
Belirli bir şirketin 800,000 t/a hidrokrakingi, yurt içinde üretilen bir petrol rafineri derin işleme cihazıdır. Cihaz, ham yağı (balmumu yağı) 0,15MPa giriş basıncından yaklaşık 10MPa çıkış basıncına yükseltmek ve reaksiyon için hidrojenasyon reaksiyon sistemine girmek için iki büyük yüksek basınçlı besleme pompasına (biri yedek) sahiptir. . İki yüksek basınçlı çok kademeli pompa arasında, biri A pompası, 7-kademeli pervane, tasarım akış hızı 126,8m3/dak, basma yüksekliği 2254m, hız 5000 dev/dak'dır; diğeri B pompasıdır, 5-kademeli pervane, pervane çapı 293 mm, pervane kanat numarası Zl=6, kılavuz kanat kanadı numarası Z2=9, tasarım akış hızı 126,8 m3/sa, basma yüksekliği 2256 m, hız 5814 dev/dak. İki pompa temel olarak simetrik olarak düzenlenmiştir ve çıkış boru hatlarının her biri delikli debimetreden, çek valften, manuel valften ve elektrikli düzenleme valfinden geçer ve daha sonra boşlukta birleşir ve daha sonra çok uzun bir ana hat üzerinden reaksiyon sistemine girer ve valf grubu. Boru hattı yerleşimi Şekil 1'de gösterilmektedir. Pompa çıkışından reaktöre kadar olan boru hattının toplam uzunluğu 140 m'dir. B pompası monte edildikten sonra boru hattı ve vana sistemi ilk yük testinden bu yana büyük bir titreşim yaşadı. Pompanın taşıdığı mum yağı yanıcı bir madde olduğundan boru hattı sistemi titreyip çatladığında sonuçları çok ciddi olacaktır. Bu nedenle B pompası çalışırken boru hattı sisteminin titreşim sorununu çözmek, cihazın güvenli üretimini sağlamak için çok önemlidir.
B pompasının çalışmasında boru sisteminin titreşim sorununu teşhis etmek için iki pompa test edildi ve karşılaştırıldı. A pompası çalışırken, pompa gövdesinin ve boru hattının titreşimi çok küçüktü, pompa çıkış basınç göstergesinin gösterge değeri 18,8MPa idi, gösterge göstergesinin salınımı belirgin değildi ve akış ölçer göstergesinde sadece hafif bir titreşim vardı. sallanmak. B pompasına geçişten sonra, düşük akış durumuna veya tam yükte çalışmaya bakılmaksızın boşaltma boru hattında büyük bir titreşim görüldü. Elektrikli valfteki titreşim yer değiştirmesi 0,8 mm idi, boru hattının kuyruğundaki titreşim yer değiştirmesi 1 mm'ye ulaştı ve titreşim hızı değeri 10,3 mm/s'ye kadar çıktı. Titreşim performansı aralıklıydı. Basıncı ve akışı gözlemleyin, çıkış basınç göstergesi 18,3MPa'yı gösterdi, ibre salınım genliği 0.5-1MPa idi ve emme boru hattı basınç göstergesi ibre salınım genliği 0,4Mpa idi; akış ölçer 100 ton/saat'i gösterdi ve işaretçi salınım genliği 6-10 ton/saat'e ulaştı. Reaktör sisteminin basıncı 1MPa düşürüldü ve boru sisteminin titreşimi gözlemlendi. Pompa çıkış basıncı ve akış titreşimi normal çalışma koşullarıyla aynıydı ve boru sisteminin titreşimi iyileşmedi.
1. Elektrikli vana; 2. Manuel valf; 3. Çek valf; 4. Orifis debimetresi; 5. küçük akış boru hattı; 6. Pompa A; 7. Pompa B; 8. reaktör sistemi
Boru hattı sistemindeki titreşimin nedenini araştırmak amacıyla tek yönlü vana, elektrikli düzenleme vanası, boru hattı kuyruğu ve büyük titreşimli pompa gövdesi üzerinde titreşim sinyali testleri yapıldı. Ayrıca manometre ve debimetrenin ibresinin büyük salınımından ve boru hattındaki akışkan sesinin bir dinleme çubuğuyla dinlenen düzensiz ve dengesiz işaretlerinden, boru hattındaki akışkanda büyük bir basınç titreşimi olabileceği hissedildi. Pompa ve boru hattı, dolayısıyla basınç sensörü boru hattındaki basınç titreşimini doğrudan ölçmek için kullanıldı. Sinyal, kayıt cihazı ve veri toplama cihazı ile kaydedildi ve ardından frekans analiz cihazında dalga şekli analizi ve frekans analizi yapıldı. Pompa gövdesinin motor tarafındaki yatağın titreşim spektrumu Şekil 2'de gösterilmektedir; burada daha yüksek A genliğine sahip frekans bileşenleri, pompanın güç frekansı (97Hz) ve motorun hız frekansıdır (50Hz, 100Hz) .
Şekil 3'te pompa çıkışındaki yatağın titreşim spektrumu gösterilmektedir. Şekilde genliği daha yüksek olan bileşenler pompa kanatlarının fz1 (582Hz) ve 2fz1 (1160Hz) geçiş frekanslarıdır. Pompa gövdesi, iyi destek sağlamlığı nedeniyle fazla titremez ve yatak muhafazasının geçiş frekansı genliği 2,56 mm/sn'dir. Tek yönlü valf ve elektrikli valf büyük ölçüde titreşir ve titreşim sinyallerinin dalga biçimi ve spektrumu Şekil 4'te gösterilmektedir. Şekildeki 9Hz'lik ana titreşim frekansı, tek yönlü valfin kendi kendine salınım frekansıdır ve elektrikli valf grubu sistemi. Sıvının aralıklı etkisi nedeniyle, titreşim dalga biçimi genliği A bazen yüksek bazen de düşüktür; bu da "çarpma" biçimine benzer.
Boru hattının kuyruğu en büyük titreşime sahip kısımdır. Ana boru hattına bağlıdır ve uzay tarafından desteklenemez. Bu nedenle, sıvı uyarma kuvvetinin etkisi altında titreşim çok büyüktür. Şekil 5 boru hattının kuyruğunun titreşim dalga biçimini ve spektrumunu göstermektedir. Şekildeki ana titreşim frekansı 7Hz'dir. Akışkan basıncı titreşimi aralıklı olarak borunun kuyruğuna çarptığında, borunun kuyruğunun spektrumu üzerindeki 7Hz civarındaki frekans bileşeninin genliği aniden artar. Zaman alanı dalga formundan, yüksek frekanslı dalganın yukarı ve aşağı dalgalandığı ve periyodik dalgalanmanın frekansının 7Hz olduğu görülebilir. Bilgisayar simülasyonu ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan hesaplamanın ardından, 7Hz bileşeni, boru sisteminin belirli bir sırasının doğal frekansıdır ve üst üste gelen yüksek frekanslı bileşen, borunun kuyruğundaki vananın doğal frekansı olabilir.
Boru sistemindeki titreşimin sıvının basınç titreşiminden kaynaklanıp kaynaklanmadığını bulmak amacıyla, boru hattındaki sıvının basınç titreşimini doğrudan test etmek ve analiz etmek için bir basınç sensörü kullanılır. Sıvı basıncı titreşiminin büyüklüğü, basınç eşitsizliği δ ile ifade edilebilir:
Şekil 6, basınç titreşiminin zaman alanı sinyalidir. Şekildeki yüksek frekanslı dalga yukarı aşağı dalgalanma göstermektedir ve dalgalanmanın frekansı boru sisteminin doğal frekansı olan 7Hz'dir. Dalgalanma genliğinin maksimum değeri △P=Pmax-Pmin=147mV~176mV, ortalama basıncın DC bileşeni P0=5.5V ve basınç eşitsizliği δ{{9 }}.027~0.032. Pompa çıkışı basınç göstergesinin ibresinin salınımını gözlemleyin. Ortalama 18,3 MPa basınçta, işaretçi salınımı 0,5~1 MPa'dır ve görüntülenen basınç titreşimi eşitsizliği Şekil 6'da elde edilen sonuçla aynıdır.
Yukarıda ölçülen basınç titreşim eşitsizliği değeri açıkça çok büyük. Her ne kadar Çin'de santrifüj pompalar için bir standart bulunmasa da, pistonlu kompresörlere ilişkin olarak tahliye borusunun basınç titreşim eşitsizliği genellikle δ{{{0}},02~0,04 ile sınırlıdır. Pompa şu anda sıkıştırılamaz sıvı taşıyor ve değeri, kompresör boru hattı sistemi tarafından belirlenen ve açıkça izin verilmeyen izin verilen maksimum değere yakın. Boru hattında büyük titreşime neden olan şey, yüksek basınç eşitsizliğidir δ. Basınç eşitsizliği δ=0.027 ve ortalama basınç P0=18.3MPa olduğunda, basınç titreşiminin genliği (ortalama basınçtan sapan maksimum genlik):
Bu titreşim genliği dik açılı bir dirsekle karşılaştığında, sıvı akışının dirsekteki boru çeperine uyguladığı darbe kuvveti Şekil 7'de gösterilmektedir. Sıvının dirsek üzerindeki statik bileşke kuvveti:
Borunun iç çapı 132 mm'dir. Sıvı titreştiğinde, darbeli basıncın dirsek üzerindeki darbe genliği şöyledir:
Her boru dirseğine 4777N'lik bir kuvvet uygulanır ve bu da kaçınılmaz olarak borunun büyük titreşimine neden olur. Ayrıca akışkan, valf veya redüktör gibi kesitsel bir daralmayla karşılaştığında da büyük bir akışkan darbe kuvveti oluşacaktır. Sıvı basıncı titreşimi, borudaki akış hızında titreşim değişikliklerine neden olacaktır. Şekil 8, basınç darbe sinyali ve debimetreden çıkan sinyalin aynı anda bilgisayara gönderilip örneklenmesiyle elde edilen titreşim değişim grafiğidir. Şekilde Q, pompa çıkışından çıkan toplam akış çıkışı, Q1 reaksiyon sistemine giren akışın bir kısmı ve daha küçük akışın diğer kısmı ise pompanın ön uç ekipmanına geri dönüyor. Şekilden görülebileceği gibi, basınç titreşimi ve akış titreşimi değişiklikleri kanunu tutarlıdır. Basınç dalgası zirveye ulaştığında borudaki sıvı hızlanarak akışta ani bir artışa neden olur; basınç dalgası aniden düştüğünde borudaki akışkan yavaşlar ve akış anında düşer. Şekilde Q akış ölçüm noktası ile basınç ölçüm noktası arasındaki göreceli mesafe nispeten yakın olup, ikisi arasındaki değişikliklerin tutarlılığı iyidir. Q1 ölçüm noktası boru sisteminin sonundadır. Bir yandan basınç ölçüm noktasından uzaktadır, diğer yandan küçük akışlı boru hattının akışından da etkilenir. Bu nedenle ön ve arka akış ölçerlerin titreşim değişikliklerinin tutarlılığı zayıftır. Yukarıda belirtilen basınç ve akıştaki titreşimli değişiklikler boru hattını etkileyecek ve boru sisteminde büyük titreşime neden olacaktır.
Pompanın neden basınç titreşimi ürettiğini araştırmak için, toplanan basınç titreşimi sinyali frekans analizine tabi tutulur ve spektrumu Şekil 9'da gösterilir. Şekilde genellikle üç ana frekans bileşeni görünür: (1) {{2 }} Hz frekans bileşeni çoğu zaman en büyük tepe değerine sahip ana bileşendir. Yukarıda belirtildiği gibi bu, boru sisteminin doğal frekansıdır. (2) 291 Hz frekans bileşeni, pompa hızı frekansının 3 katıdır. Pompanın pervane kanat sayısı Z1=6, kılavuz kanat kanat sayısı ise Z2=9'dir. İki bıçağın en büyük ortak böleni bu titreşim frekansını üretir. (3) 680 Hz frekans bileşeni, pompa hızı frekansının 7 katıdır. Bu frekans bileşeni, pompa güç frekansının ve boru sisteminin doğal frekansının birleşik etkisi ile ilişkili görünmektedir.
İki pompanın test çalıştırma koşullarının karşılaştırılması ile boru hattı titreşimi ve basınç titreşiminin test ve analiz sonuçlarına dayanarak aşağıdaki teşhis görüşleri ileri sürülmektedir:
(1) Boru hattı titreşiminin uyarı kaynağı boru hattının tasarım probleminden değil B pompasından gelir, çünkü temelde simetrik olarak düzenlenmiş olan A pompası çalışırken ne emme borusu ne de boşaltma borusu titreşir. B pompası çalışırken, yalnızca boşaltma boru hattı şiddetli bir şekilde titreşmez, aynı zamanda paralel bağlanan A ve B pompalarının emme boru hattı da büyük bir genliğe sahiptir. Açıkçası, bu mekanik titreşimin iletimi değil, sıvı basıncı titreşim iletiminin sonucudur.
(2) Sıvı basıncı titreşimi, boru hattı titreşiminin doğrudan nedenidir. Basınç titreşimi nedeniyle, çok uzun bir boru hattının her kıvrımında ve kesit değişiminde sıvı darbesi oluşur ve darbe kuvveti, boru hattının ve vananın doğal frekansını harekete geçirir. Boru hattının kuyruğunda, yaklaşık 1Hz ve 5~10Hz'lik düşük frekanslı doğal frekanslar esas olarak uyarılır ve elektrikli vana ve çek valfte esas olarak 9Hz'lik bir doğal frekans uyarılır.
(3) B pompası çalışırken akışkan basıncı dalgalanmasının meydana gelmesinin nedeni pompanın tasarımıyla ilgilidir. Bilgiye göre, kanatlı pompanın kanatlı kılavuz kanadı üzerinde oluşan kararsız kuvveti azaltmak için, pervane kanatlarının sayısı Z1 ile kılavuz kanat kanatlarının sayısı Z2'nin birbirine asal olması gerekir; aynı zamanda kanat frekansındaki basınç darbe genliğinin minimuma indirilmesini sağlamak için Z1 ve 2Z2'nin birbirine asal olması koşulunun da karşılanması gerekir. Artık pompanın Z1 ve Z2'si birbirine asal değildir ve Z1 ve 2Z2 asal sayı değildir. Z1 ve Z2'nin en büyük ortak böleni 3'tür, dolayısıyla basınç titreşim sinyalinde 3X97=291Hz'lik bir frekans bileşeni oluşturulur. Kanatların ve kılavuz kanatların ortak böleni 3'tür; bu, aynı anda 3 kılavuz kanadına karşılık gelen 3 kanadın bulunduğu anlamına gelir; bu da pervane kanadı geçişinin her çıkış noktasındaki akış hızı ve basıncını çok dengesiz hale getirir. Kılavuz kanat üzerindeki sıvı etkisi güçlü bir alternatif kuvvet oluşturacaktır. Ayrıca pervane çıkışındaki eşit olmayan akış hızı, kılavuz kanat üzerinde daha ciddi bir sınır tabakası ve ayırma girdabı oluşturarak sıvının pompadan dışarı akmasından sonra basınç dalgalanmasına neden olur. B pompasının neden olduğu boru hattı titreşimine neden olabilecek bir diğer olası faktör de düşük çıkış basıncıdır. Pompanın performans eğrisi düzdür ve basınç dalgalanması kolaylıkla akış dalgalanmalarına neden olabilir. Akış dalgalanmaları boru duvarındaki darbe kuvvetini yoğunlaştırarak daha fazla boru sistemi titreşimi oluşturur.
Boru sistemi titreşim arızasının teşhis sonucunda, titreşim kaynağının boru sisteminden değil B pompasının kendisinden geldiği doğrulanır. Bu nedenle pompa tasarımının değiştirilmesi, yani rotor ve stator bileşenlerinin değiştirilmesi tavsiye edilir. Spesifik önlemler genellikle aşağıdaki iki hususu içerir:
(1) Pervane kanatlarının sayısını değiştirin, Z1'i 6'dan 7'ye değiştirin ve akışkanın basınç titreşimini temel olarak ortadan kaldırmak amacıyla akış kanalının her bir parçasını dikkatlice tasarlamak için A pompasının parametrelerine bakın.
(2) Pompanın çıkış basıncını orijinal 18,3MPa'dan 21,3MPa'ya yükseltin, böylece borudaki sıvının itici gücü büyük ölçüde arttırılır ve akış hızının dalgalanması yavaşlatılır.
Değişiklikten sonra B pompası devreye alındı. Boru hattının orijinal güçlü titreşimi tamamen ortadan kalktı ve elektrikli vanadaki titreşim yer değiştirme değeri 800μm'den 61,5μm'ye düştü; en büyük titreşime sahip boru hattının kuyruğunun titreşim yer değiştirme değeri 1 mm'den 129 μm'ye düştü; rulman yatağının titreşim hızı değeri de 2,56 mm/s'den 1,48 mm/s'ye düştü. Boru hattının mikro titreşim seviyesi, A pompasının çalışırkenkiyle hemen hemen aynıdır.
