Szivattyúcsővezeték-hibák diagnosztizálása és kezelése

Egy adott cég 800,000 t/a hidrokrakkolása hazai gyártású olajfinomító mélyfeldolgozó berendezés. A készülék két nagy nagynyomású tápszivattyúval rendelkezik (amelyek közül az egyik tartalék), amelyek a nyersolajat (viaszolajat) 0,15 MPa bemeneti nyomásról körülbelül 10 MPa kimeneti nyomásra emelik, és belépnek a hidrogénező reakciórendszerbe a reakcióhoz. . A két nagynyomású többfokozatú szivattyú közül az egyik A szivattyú, 7-fokozatú járókerék, tervezési áramlási sebesség 126,8 m3/perc, emelőmagasság 2254 m, fordulatszám 5000 r/perc; a másik B szivattyú, 5-fokozatú járókerék, járókerék átmérője 293 mm, járókerék lapát száma Zl=6, vezetőlapát száma Z2=9, tervezett áramlási sebesség 126,8 m3/h, járókerék magassága 2256 m, sebesség 5814r/perc. A két szivattyú alapvetően szimmetrikusan van elrendezve, és a kimeneti csővezetékek mindegyike áthalad a nyílásos áramlásmérőn, visszacsapó szelepen, kézi szelepen és elektromos szabályozószelepen, majd egyesül a térben, majd egy nagyon hosszú fővezetéken keresztül belép a reakciórendszerbe. szelepcsoport. A csővezeték elrendezése az 1. ábrán látható. A csővezeték teljes hossza a szivattyú kimenetétől a reaktorig 140 m. A B szivattyú beszerelése után a csővezeték és a szeleprendszer nagy vibrációt tapasztalt az első terhelési teszt óta. Mivel a szivattyú által szállított viaszolaj gyúlékony anyag, amint a csővezetékrendszer rezeg és megreped, a következmények nagyon súlyosak lesznek. Ezért nagyon fontos a csővezetékrendszer vibrációs problémájának megoldása a B szivattyú működése közben, hogy biztosítsuk a készülék biztonságos gyártását.

 

A csőrendszer vibrációs problémájának diagnosztizálása érdekében a B szivattyú működése során a két szivattyút teszteltük és összehasonlítottuk. Amikor az A szivattyú működött, a szivattyútest és a csővezeték rezgése nagyon kicsi volt, a szivattyú kimeneti nyomásmérőjének jelzési értéke 18,8 MPa volt, a mérő mutatójának kilengése nem volt szembetűnő, és az áramlásmérő mutatója csak enyhe volt. hinta. A B szivattyúra való váltás után a nyomócső nagy vibrációt mutatott, függetlenül az alacsony áramlási állapottól vagy a teljes terheléstől. A rezgéselmozdulás az elektromos szelepnél 0,8 mm, a rezgéselmozdulás a csővezeték végében elérte az 1 mm-t, a rezgési sebesség értéke pedig legfeljebb 10,3 mm/s. A vibrációs teljesítmény szaggatott volt. Figyelje meg a nyomást és az áramlást, a kimeneti nyomásmérő 18,3 MPa-t mutatott, a mutató lengési amplitúdója 0.5-1MPa, a szívócső nyomásmérő mutatójának lengési amplitúdója pedig 0,4 MPa; az áramlásmérő 100 t/h-t mutatott, és a mutató lengésének amplitúdója elérte a 6-10t/h-t. A reaktorrendszer nyomását 1 MPa-val csökkentettük, és megfigyeltük a csőrendszer rezgését. A szivattyú kimeneti nyomása és áramlási pulzációja megegyezett a normál üzemi feltételekkel, és a csőrendszer rezgése sem javult.

 

 

1. Elektromos szelep; 2. Kézi szelep; 3. Visszacsapó szelep; 4. nyílásos áramlásmérő; 5. kis átfolyású csővezeték; 6. A szivattyú; 7. B szivattyú; 8. reaktorrendszer

 

A csővezetékrendszerben fellépő rezgés okának feltárása érdekében rezgésjel vizsgálatokat végeztünk az egyirányú szelepen, az elektromos szabályozószelepen, a csővezetéken és a nagy vibrációjú szivattyútesten. Ezen túlmenően a nyomásmérő és áramlásmérő mutatójának nagy kilengése, valamint a csővezetékben lehallgatott folyadék hangjának egyenetlen és instabil jeleiből is érezhető volt, hogy a folyadékban nagy nyomás pulzálhat. a szivattyút és a csővezetéket, így a nyomásérzékelőt a csővezeték nyomáspulzációjának közvetlen mérésére használták. A jelet magnóval és adatgyűjtő berendezéssel rögzítettük, majd frekvenciaelemzőn hullámforma-analízist és frekvenciaanalízist végeztünk. A szivattyútest motoroldali csapágyának rezgésspektruma a 2. ábrán látható, ahol a nagyobb A frekvenciakomponensek a szivattyú teljesítményfrekvenciája (97Hz) és a motor fordulatszám-frekvenciája (50Hz, 100Hz) .

 

 

A 3. ábra a csapágy rezgésspektrumát mutatja a szivattyú kimeneténél. Az ábrán a nagyobb amplitúdójú komponensek a szivattyú lapátok fz1 (582Hz) és 2fz1 (1160Hz) áthaladási frekvenciái. A szivattyútest a jó tartómerevsége miatt nem nagyon rezeg, a csapágyház átmenő frekvenciájú amplitúdója 2,56 mm/s. Az egyirányú szelep és az elektromos szelep erősen rezeg, rezgési jeleik hullámformáját és spektrumát a 4. ábra mutatja. Az ábrán látható 9 Hz fő rezgésfrekvenciája az egyirányú szelep önrezgési frekvenciája és a elektromos szelepcsoport rendszer. A folyadék időszakos hatása miatt az A rezgési hullámforma amplitúdója hol magas, hol alacsony, ami hasonló a "verés" formájához.

 

 

A csővezeték farka a legnagyobb vibrációjú rész. A fő csővezetékhez csatlakozik, és nem tartható meg a térrel. Ezért a folyadék gerjesztő erő hatására a rezgés nagyon nagy. Az 5. ábra a csővezeték végének rezgési hullámformáját és spektrumát mutatja. Az ábrán látható fő rezgési frekvencia 7 Hz. Amikor a folyadéknyomás pulzálása szakaszosan érinti a cső végét, a cső végének spektrumán a 7 Hz körüli frekvenciakomponens amplitúdója hirtelen megnő. Az időtartomány hullámformájából látható, hogy a nagyfrekvenciás hullám felfelé és lefelé ingadozik, a periodikus fluktuáció frekvenciája pedig 7 Hz. Számítógépes szimuláció és végeselemes módszerrel végzett számítás után a 7Hz-es komponens a csőrendszer egy bizonyos sorrendjének sajátfrekvenciája, a ráhelyezett nagyfrekvenciás komponens pedig a csővégen lévő szelep természetes frekvenciája lehet.

 

Annak kiderítésére, hogy a csőrendszer rezgését a folyadék nyomáspulzálása okozza-e, nyomásérzékelőt használnak a csővezetékben lévő folyadék nyomáspulzációjának közvetlen tesztelésére és elemzésére. A folyadéknyomás pulzációjának nagyságát a δ nyomásegyenetlenséggel fejezhetjük ki:

 

A 6. ábra a nyomáspulzáció időtartományának jele. Az ábrán látható nagyfrekvenciás hullám felfelé és lefelé ingadozik, az ingadozás frekvenciája pedig 7 Hz, ami a csőrendszer sajátfrekvenciája. A fluktuációs amplitúdó maximális értéke △P=Pmax-Pmin=147mV~176mV, az átlagos nyomás P0=5.5V egyenáramú összetevője és a nyomásegyenetlenség δ{{9 }}.{11}}27~0.032. Figyelje meg a szivattyú kimeneti nyomásmérőjének mutatójának ingadozását. Átlagos 18,3 MPa nyomáson a mutató kilengése 0,5 ~ 1 MPa, és a megjelenített nyomáspulzáció egyenetlensége megegyezik a 6. ábrán kapott eredménnyel.

 

A fent mért nyomáspulzációs egyenetlenségi érték nyilvánvalóan túl nagy. Noha Kínában nincs szabvány a centrifugálszivattyúkra, a nyomócső nyomás-pulzálási egyenetlensége általában δ{{0}},02~0,04-re korlátozódik a dugattyús kompresszorok vonatkozásában. A szivattyú jelenleg összenyomhatatlan folyadékot szállít, és értéke közel van a kompresszor csővezetékrendszere által megadott maximálisan megengedett értékhez, ami nyilvánvalóan nem megengedett. Ez egy ilyen nagy nyomású δ egyenetlenség, amely nagy rezgést okoz a csővezetékben. Ha a nyomás egyenetlensége δ=0,027 és az átlagos nyomás P0=18,3 MPa, akkor a nyomáspulzáció amplitúdója (az átlagos nyomástól eltérő maximális amplitúdó):

Amikor ez a pulzációs amplitúdó derékszögű könyököt talál, a folyadékáram ütési ereje a csőfalra a ívben a 7. ábrán látható. A folyadék könyökre ható statikus eredő ereje:

A cső belső átmérője 132 mm. Amikor a folyadék pulzál, a könyökre ható pulzáló nyomás ütközési amplitúdója:

 

Minden csőhajlatnál 4777N erő hat, ami elkerülhetetlenül nagy vibrációt okoz a csőben. Ezen túlmenően, amikor a folyadék keresztmetszeti összehúzódásba ütközik, mint például egy szelep vagy egy reduktor, akkor nagy folyadékütőerő is keletkezik. A folyadéknyomás pulzálása pulzáló változásokat okoz a csőben lévő áramlási sebességben. A 8. ábra a pulzáció változási grafikonja, amelyet úgy kapunk, hogy a nyomáspulzációs jelet és az áramlásmérő által kibocsátott jelet elküldjük a számítógépnek, és egyidejűleg mintavételt is végezünk. Az ábrán Q a szivattyú kimenetén kimenő teljes térfogatáram, Q1 a reakciórendszerbe belépő áramlás egy része, a kisebb áramlás másik része pedig a szivattyú elülső berendezéséhez tér vissza. Amint az ábrán látható, a nyomáspulzáció és az áramlási pulzáció változásának törvénye konzisztens. Amikor a nyomáshullám a csúcson van, a csőben lévő folyadék felgyorsul, ami azonnali áramlásnövekedést okoz; amikor a nyomáshullám azonnal lecsökken, a csőben lévő folyadék lelassul, és az áramlás azonnal lecsökken. Az ábrán a Q áramlási mérési pont és a nyomásmérési pont közötti relatív távolság viszonylag közel van, és a kettő közötti változások konzisztenciája jó. A Q1 mérési pont a csőrendszer végén található. Egyrészt messze van a nyomásmérési ponttól, másrészt a kis átfolyású vezeték áramlása is befolyásolja. Emiatt az első és a hátsó áramlásmérők pulzációváltozásainak konzisztenciája gyenge. A fent említett lüktető nyomás- és áramlásváltozások hatással lesznek a csővezetékre, és nagy vibrációt okoznak a csőrendszerben.

Annak feltárása érdekében, hogy a szivattyú miért generál nyomáspulzációt, az összegyűjtött nyomáspulzációs jelet frekvenciaelemzésnek vetjük alá, spektruma pedig a 9. ábrán látható. Az ábrán gyakran három fő frekvenciakomponens jelenik meg: (1) A {{2 }} A Hz-es frekvenciakomponens gyakran a legnagyobb csúcsértékkel rendelkező fő komponens. Mint fentebb említettük, ez a csőrendszer természetes frekvenciája. (2) A 291 Hz-es frekvenciakomponens háromszorosa a szivattyú fordulatszámának frekvenciájának. A szivattyú járókerék lapátjainak száma Z1=6, a vezetőlapátok száma pedig Z2=9. A két lapát legnagyobb közös osztója hozza létre ezt a pulzációs frekvenciát. (3) A 680 Hz-es frekvenciakomponens hétszerese a szivattyú fordulatszámának frekvenciájának. Úgy tűnik, hogy ez a frekvenciakomponens a szivattyú teljesítményfrekvenciájának és a csőrendszer sajátfrekvenciájának együttes hatásához kapcsolódik.

 

A két szivattyú próbaüzemi körülményeinek összehasonlítása, valamint a csővezeték rezgésének és nyomáspulzációjának vizsgálati és elemzési eredményei alapján a következő diagnosztikai véleményeket fogalmazzuk meg:

(1) A csővezeték rezgésének gerjesztő forrása a B szivattyúból származik, nem a csővezeték tervezési problémája, mert amikor az alapvetően szimmetrikusan elhelyezkedő A szivattyú jár, sem a szívócső, sem a nyomócső nem rezeg. Amikor a B szivattyú működik, nemcsak a nyomócső rezeg hevesen, hanem a párhuzamosan kapcsolt A és B szivattyúk szívóvezetéke is nagy amplitúdójú. Nyilvánvaló, hogy ez nem a mechanikai rezgés átvitele, hanem a folyadéknyomás pulzáció átvitelének eredménye.

(2) A folyadéknyomás pulzálása a csővezeték rezgésének közvetlen oka. A nyomáspulzálás miatt egy nagyon hosszú csővezeték minden kanyarulatánál és keresztmetszeti változásánál folyadékütés keletkezik, és az ütközőerő a csővezeték és a szelep sajátfrekvenciáját gerjeszti. A csővezeték végében az alacsony frekvenciájú, körülbelül 1 Hz-es és az 5-10 Hz-es, az elektromos szelepeknél és a visszacsapó szelepeknél pedig a 9 Hz-es sajátfrekvenciákat főként gerjesztik.

(3) A folyadéknyomás pulzálásának oka a B szivattyú működése közben a szivattyú kialakításával kapcsolatos. A tájékoztatás szerint a lapátos szivattyú lapátvezető lapátján fellépő instabil erő csökkentése érdekében a Z1 járókerék lapátok számát és a Z2 vezetőlapátlapátok számát egymáshoz képest kell feltölteni; ugyanakkor annak érdekében, hogy a nyomás pulzálási amplitúdója a lapátfrekvencián minimális legyen, annak a feltételnek is teljesülnie kell, hogy a Z1 és 2Z2 egymáshoz képest elsődlegesek. Most a szivattyú Z1 és Z2 értékei nem prímek egymáshoz, és Z1 és 2Z2 nem prímszámok. Z1 és Z2 legnagyobb közös osztója 3, így a nyomáspulzációs jelben 3X97=291Hz-es frekvenciakomponens keletkezik. A lapátok és a vezetőlapátok közös osztója 3, ami azt jelenti, hogy egyszerre 3 lapát felel meg 3 vezetőlapátnak, így a járókerék lapátjáratának minden egyes kilépési pontján az áramlási sebesség és nyomás nagyon egyenetlen. A folyadéknak a vezetőlapátra gyakorolt ​​hatása erős váltakozó erőt generál. Ezenkívül a járókerék kimeneténél az egyenetlen áramlási sebesség komolyabb határréteget és elválasztó örvényt képez a vezetőlapáton, ami nyomáspulzációt eredményez, miután a folyadék kiáramlik a szivattyúból. Egy másik lehetséges tényező, amely a csővezeték B szivattyú által okozott rezgését okozhatja, az alacsony kimeneti nyomás. A szivattyú teljesítménygörbéje lapos, és a nyomás pulzálása könnyen áramlási ingadozást okozhat. Az áramlási ingadozások felerősítik a csőfalra ható ütközőerőt, ezáltal nagyobb rezgést keltenek a csőrendszerben.

 

 

A csőrendszer rezgéshibájára vonatkozó diagnosztikai következtetés megerősíti, hogy a rezgésforrás magából a B szivattyúból származik, nem a csőrendszerből. Ezért javasolt a szivattyú kialakításának módosítása, vagyis a forgórész és az állórész alkatrészeinek módosítása. A konkrét intézkedések általában a következő két szempontot tartalmazzák:

(1) Változtassa meg a járókerék lapátok számát, módosítsa a Z1-et 6-ról 7-re, és az A szivattyú paraméterei alapján gondosan tervezze meg az áramlási csatorna minden részét, hogy alapvetően kiküszöbölje a folyadék nyomásának pulzálását.

(2) Növelje a szivattyú kimeneti nyomását az eredeti 18,3 MPa-ról 21,3 MPa-ra, ezáltal nagymértékben növeli a csőben lévő folyadék hajtóerejét, és lelassítja az áramlási sebesség ingadozását.

A módosítást követően a B szivattyút üzembe helyezték. A csővezeték eredeti erős rezgése teljesen megszűnt, és az elektromos szelepnél a rezgéseltolódás értéke 800 μm-ről 61,5 μm-re csökkent; a legnagyobb rezgést mutató csővezeték végének rezgéseltolódási értéke 1 mm-ről 129 μm-re csökkent; a csapágyház rezgési sebessége is 2,56 mm/s-ról 1,48 mm/s-ra csökkent. A csővezeték mikrovibrációja majdnem megegyezik az A szivattyúéval, amikor működik.