Sūkņa cauruļvadu bojājumu diagnostika un ārstēšana
Noteikta uzņēmuma hidrokrekinga 800,000 t/g ir vietēji ražota naftas pārstrādes dziļās apstrādes iekārta. Ierīcei ir divi lieli augstspiediena padeves sūkņi (viens no tiem ir rezerves), lai paaugstinātu neapstrādātu eļļu (vaska eļļu) no ieplūdes spiediena 0,15 MPa līdz izplūdes spiedienam aptuveni 10 MPa un ievadītu hidrogenēšanas reakcijas sistēmā reakcijai. . Starp diviem augstspiediena daudzpakāpju sūkņiem viens ir A sūknis, 7-pakāpju lāpstiņritenis, projektētais plūsmas ātrums 126,8 m3/min, augstums 2254 m, ātrums 5000 apgr./min; otrs ir B sūknis, 5-pakāpes lāpstiņritenis, lāpstiņriteņa diametrs 293 mm, lāpstiņriteņa lāpstiņas numurs Zl=6, vadotnes lāpstiņas numurs Z2=9, projektētais plūsmas ātrums 126,8 m3/h, augstums 2256 m, ātrums 5814r/min. Abi sūkņi būtībā ir izvietoti simetriski, un izplūdes cauruļvadi katrs iet caur atveres plūsmas mērītāju, pretvārstu, manuālo vārstu un elektrisko regulēšanas vārstu, un pēc tam saplūst telpā un pēc tam ieiet reakcijas sistēmā caur ļoti garu galveno līniju un vārstu grupa. Cauruļvada izkārtojums parādīts 1. attēlā. Kopējais cauruļvada garums no sūkņa izejas līdz reaktoram ir 140 m. Pēc B sūkņa uzstādīšanas cauruļvads un vārstu sistēma piedzīvoja lielu vibrāciju kopš pirmās slodzes pārbaudes. Tā kā sūkņa transportētā vaska eļļa ir viegli uzliesmojošs materiāls, tad, kad cauruļvadu sistēma ir vibrēta un saplaisājusi, sekas būs ļoti nopietnas. Tāpēc ir ļoti svarīgi atrisināt cauruļvadu sistēmas vibrācijas problēmu, kad darbojas B sūknis, lai nodrošinātu drošu ierīces ražošanu.
Lai diagnosticētu cauruļu sistēmas vibrācijas problēmu sūkņa B darbībā, tika pārbaudīti un salīdzināti abi sūkņi. Kad sūknis A darbojās, sūkņa korpusa un cauruļvada vibrācija bija ļoti maza, sūkņa izplūdes spiediena mērītāja indikācijas vērtība bija 18,8 MPa, manometra rādītāja svārstības nebija acīmredzamas, un plūsmas mērītāja rādītājam bija tikai neliels rādītājs. šūpoles. Pēc pārslēgšanās uz sūkni B izplūdes cauruļvads uzrādīja lielu vibrāciju neatkarīgi no zemas plūsmas stāvokļa vai pilnas slodzes darbības. Vibrācijas nobīde pie elektriskā vārsta bija 0,8 mm, vibrācijas nobīde cauruļvada astē sasniedza 1 mm, un vibrācijas ātruma vērtība bija līdz 10,3 mm/s. Vibrācijas veiktspēja bija neregulāra. Novērojiet spiedienu un plūsmu, izplūdes spiediena mērītājs rādīja 18,3 MPa, rādītāja svārstību amplitūda bija 0.5-1MPa, un iesūkšanas cauruļvada spiediena mērītāja rādītāja svārstību amplitūda bija 0,4 Mpa; plūsmas mērītājs rādīja 100t/h, un rādītāja svārstību amplitūda sasniedza 6-10t/h. Reaktora sistēmas spiediens tika samazināts par 1 MPa, un tika novērota cauruļu sistēmas vibrācija. Sūkņa izplūdes spiediens un plūsmas pulsācija bija tādi paši kā parastajos darba apstākļos, un cauruļu sistēmas vibrācija neuzlabojās.
1. Elektriskais vārsts; 2. Manuālais vārsts; 3. Pretvārsts; 4. Atveres caurplūdes mērītājs; 5. mazas plūsmas cauruļvads; 6. Sūknis A; 7. Sūknis B; 8. reaktoru sistēma
Lai noskaidrotu vibrācijas cēloni cauruļvadu sistēmā, tika veikti vibrācijas signāla testi vienvirziena vārstam, elektriskajam regulēšanas vārstam, cauruļvada astes un sūkņa korpusam ar lielu vibrāciju. Turklāt no manometra un plūsmas mērītāja rādītāja lielās svārstības un nevienmērīgām un nestabilām šķidruma skaņas pazīmēm cauruļvadā, kas noklausītas ar klausīšanās spieķi, bija jūtams, ka šķidrumā varētu būt liela spiediena pulsācija. sūknis un cauruļvads, tāpēc spiediena sensors tika izmantots, lai tieši izmērītu spiediena pulsāciju cauruļvadā. Signāls tika ierakstīts ar magnetofonu un datu ieguves ierīci, un pēc tam frekvences analizatorā tika veikta viļņu formas analīze un frekvences analīze. Sūkņa korpusa motora pusē esošā gultņa vibrācijas spektrs ir parādīts 2. attēlā, kur frekvences komponentes ar lielāku amplitūdu A ir sūkņa jaudas frekvence (97Hz) un motora ātruma frekvence (50Hz, 100Hz) .
3. attēlā parādīts gultņa vibrācijas spektrs sūkņa izejā. Komponenti ar augstāku amplitūdu attēlā ir sūkņa lāpstiņu garāmejošās frekvences fz1 (582Hz) un 2fz1 (1160Hz). Sūkņa korpuss nevibrē tā labā atbalsta stingrības dēļ, un gultņa korpusa caurlaides frekvences amplitūda ir 2,56 mm/s. Vienvirziena vārsts un elektriskais vārsts ļoti vibrē, un to vibrācijas signālu viļņu forma un spektrs parādīts 4. attēlā. Galvenā vibrācijas frekvence 9Hz attēlā ir vienvirziena vārsta pašsvārstību frekvence un elektrisko vārstu grupu sistēma. Šķidruma neregulāras ietekmes dēļ vibrācijas viļņu formas amplitūda A dažreiz ir augsta un dažreiz zema, kas ir līdzīga "sitiena" formai.
Cauruļvada aste ir daļa ar vislielāko vibrāciju. Tas ir savienots ar galveno cauruļvadu, un to nevar atbalstīt telpa. Tāpēc šķidruma ierosmes spēka iedarbībā vibrācija ir ļoti liela. 5. attēlā parādīta cauruļvada astes vibrācijas viļņu forma un spektrs. Galvenā vibrācijas frekvence attēlā ir 7Hz. Kad šķidruma spiediena pulsācija periodiski ietekmē caurules galu, frekvences komponenta amplitūda ap 7 Hz caurules astes spektrā pēkšņi palielinās. No laika domēna viļņu formas var redzēt, ka augstfrekvences vilnis svārstās uz augšu un uz leju, un periodisko svārstību frekvence ir 7 Hz. Pēc datorsimulācijas un aprēķina, izmantojot galīgo elementu metodi, 7Hz komponents ir noteiktas cauruļu sistēmas kārtas dabiskā frekvence, un uzliktā augstfrekvences sastāvdaļa var būt vārsta dabiskā frekvence caurules astē.
Lai noskaidrotu, vai cauruļu sistēmas vibrāciju izraisa šķidruma spiediena pulsācija, tiek izmantots spiediena sensors, lai tieši pārbaudītu un analizētu šķidruma spiediena pulsāciju cauruļvadā. Šķidruma spiediena pulsācijas lielumu var izteikt ar spiediena nevienmērību δ:
6. attēlā ir spiediena pulsācijas laika domēna signāls. Augstfrekvences vilnis attēlā svārstās uz augšu un uz leju, un svārstību frekvence ir 7 Hz, kas ir cauruļu sistēmas dabiskā frekvence. Svārstību amplitūdas maksimālā vērtība △P=Pmax-Pmin=147mV~176mV, vidējā spiediena līdzstrāvas komponente P0=5.5V un spiediena nevienmērība δ{{9 }}.{11}}27~0.032. Ievērojiet sūkņa izplūdes manometra rādītāja svārstības. Pie vidējā spiediena 18,3 MPa rādītāja svārstības ir 0,5 ~ 1 MPa, un parādītais spiediena pulsācijas nevienmērīgums ir tāds pats kā 6. attēlā iegūtais rezultāts.
Iepriekš izmērītā spiediena pulsācijas nevienmērības vērtība acīmredzami ir pārāk liela. Lai gan Ķīnā nav standarta centrbēdzes sūkņiem, izplūdes caurules spiediena pulsācijas nevienmērība parasti ir ierobežota līdz δ{{0}},02 ~ 0,04 attiecībā uz virzuļkompresoriem. Sūknis šobrīd padod nesaspiežamu šķidrumu, un tā vērtība ir tuvu kompresora cauruļvadu sistēmas noteiktajai maksimāli pieļaujamajai vērtībai, kas acīmredzami nav atļauta. Tieši tik augsts spiediena nevienmērīgums δ izraisa lielas vibrācijas cauruļvadā. Ja spiediena nevienmērība δ=0.027 un vidējais spiediens P0=18.3MPa, spiediena pulsācijas amplitūda (maksimālā amplitūda, kas atšķiras no vidējā spiediena) ir:
Kad šī pulsācijas amplitūda saskaras ar taisnleņķa līkumu, šķidruma plūsmas trieciena spēks uz caurules sienu līkumā ir parādīts 7. attēlā. Šķidruma statiskais rezultējošais spēks uz elkoņa ir:
Caurules iekšējais diametrs ir 132 mm. Kad šķidrums pulsē, pulsējošā spiediena trieciena amplitūda uz elkoni ir:
Katrā caurules līkumā tiek pielikts 4777N spēks, kas neizbēgami radīs lielu caurules vibrāciju. Turklāt, kad šķidrums saskaras ar šķērsgriezuma kontrakciju, piemēram, vārstu vai reduktori, tiks radīts arī liels šķidruma trieciena spēks. Šķidruma spiediena pulsācija izraisīs pulsācijas izmaiņas plūsmas ātrumā caurulē. 8. attēlā ir pulsācijas izmaiņu grafiks, kas iegūts, nosūtot uz datoru spiediena pulsācijas signālu un plūsmas mērītāja izvadīto signālu un vienlaikus ņemot paraugus. Attēlā Q ir kopējā plūsmas izvade no sūkņa izplūdes atveres, Q1 ir daļa no plūsmas, kas nonāk reakcijas sistēmā, un otra mazākās plūsmas daļa atgriežas sūkņa priekšējā aprīkojumā. Kā redzams attēlā, spiediena pulsācijas un plūsmas pulsācijas izmaiņu likums ir konsekvents. Kad spiediena vilnis sasniedz maksimumu, šķidrums caurulē paātrina, izraisot momentānu plūsmas pieaugumu; kad spiediena vilnis acumirklī pazeminās, šķidrums caurulē palēninās un plūsma uzreiz samazinās. Attēlā relatīvais attālums starp Q plūsmas mērīšanas punktu un spiediena mērīšanas punktu ir salīdzinoši tuvs, un izmaiņu konsekvence starp abiem ir laba. Q1 mērīšanas punkts atrodas cauruļu sistēmas galā. No vienas puses, tas atrodas tālu no spiediena mērīšanas punkta, un, no otras puses, to ietekmē arī mazās plūsmas cauruļvada plūsma. Tāpēc priekšējo un aizmugurējo plūsmas mērītāju pulsācijas izmaiņu konsekvence ir slikta. Iepriekš minētās pulsējošās spiediena un plūsmas izmaiņas ietekmēs cauruļvadu un radīs lielu cauruļvadu sistēmas vibrāciju.
Lai izpētītu iemeslu, kāpēc sūknis rada spiediena pulsāciju, savāktais spiediena pulsācijas signāls tiek pakļauts frekvences analīzei, un tā spektrs parādīts 9. attēlā. Attēlā bieži parādās trīs galvenie frekvences komponenti: (1) {{2 }} Hz frekvences komponents bieži ir galvenais komponents ar lielāko maksimālo vērtību. Kā minēts iepriekš, šī ir cauruļu sistēmas dabiskā frekvence. (2) 291 Hz frekvences komponents ir 3 reizes lielāks par sūkņa ātruma frekvenci. Sūkņa lāpstiņriteņa lāpstiņu skaits ir Z1=6, un virzošo lāpstiņu lāpstiņu skaits ir Z2=9. Šo pulsācijas frekvenci rada abu asmeņu lielākais kopīgais dalītājs. (3) 680 Hz frekvences komponents ir 7 reizes lielāks par sūkņa ātruma frekvenci. Šķiet, ka šī frekvences sastāvdaļa ir saistīta ar sūkņa jaudas frekvences un cauruļu sistēmas dabiskās frekvences kombinēto efektu.
Pamatojoties uz divu sūkņu testa darbības apstākļu salīdzinājumu un cauruļvada vibrācijas un spiediena pulsācijas pārbaudes un analīzes rezultātiem, tiek sniegti šādi diagnostikas atzinumi:
(1) Cauruļvada vibrācijas ierosmes avots nāk no sūkņa B, nevis cauruļvada projektēšanas problēma, jo, kad sūknis A, kas pamatā ir izvietots simetriski, darbojas, nevibrē ne iesūkšanas caurule, ne izplūdes caurule. Kad sūknis B darbojas, ne tikai spēcīgi vibrē izplūdes cauruļvads, bet arī paralēli savienoto sūkņu A un B iesūkšanas cauruļvadam ir liela amplitūda. Acīmredzot tā nav mehāniskās vibrācijas pārnešana, bet gan šķidruma spiediena pulsācijas pārnešanas rezultāts.
(2) Šķidruma spiediena pulsācija ir tiešs cauruļvada vibrācijas cēlonis. Spiediena pulsācijas dēļ ļoti gara cauruļvada katrā līkumā un šķērsgriezuma maiņā tiek radīts šķidruma trieciens, un trieciena spēks ierosina cauruļvada un vārsta dabisko frekvenci. Cauruļvada astē galvenokārt tiek ierosinātas zemfrekvences dabiskās frekvences aptuveni 1 Hz un 5–10 Hz, bet pie elektriskā vārsta un pretvārsta – dabiskā frekvence 9 Hz.
(3) Iemesls, kāpēc sūkņa B darbības laikā rodas šķidruma spiediena pulsācija, ir saistīts ar sūkņa konstrukciju. Saskaņā ar informāciju, lai samazinātu nestabilo spēku, kas rodas uz lāpstiņu sūkņa lāpstiņas virzošo lāpstiņu, lāpstiņriteņa lāpstiņu skaitam Z1 un virzošo lāpstiņu lāpstiņu skaitam Z2 jābūt vienam pret otru; tajā pašā laikā, lai nodrošinātu spiediena pulsācijas amplitūdas samazināšanu pie lāpstiņas frekvences, ir jāievēro arī nosacījums, ka Z1 un 2Z2 ir viens pret otru. Tagad sūkņa Z1 un Z2 nav viens pret otru, un Z1 un 2Z2 nav pirmskaitļi. Z1 un Z2 lielākais kopīgais dalītājs ir 3, tāpēc spiediena pulsācijas signālā tiek ģenerēts frekvences komponents 3X{15}}Hz. Kopējais lāpstiņu un virzošo lāpstiņu dalītājs ir 3, kas nozīmē, ka vienlaikus ir 3 lāpstiņas, kas atbilst 3 vadošajām lāpstiņām, padarot plūsmas ātrumu un spiedienu katrā lāpstiņas ejas izejas punktā ļoti nevienmērīgu. Šķidruma ietekme uz virzošo lāpstiņu radīs spēcīgu mainīgu spēku. Turklāt nevienmērīgais plūsmas ātrums pie lāpstiņriteņa izejas veido nopietnāku robežslāni un atdalīšanas virpuli uz vadošās lāpstiņas, kā rezultātā rodas spiediena pulsācija pēc tam, kad šķidrums izplūst no sūkņa. Vēl viens iespējamais faktors, kas var izraisīt sūkņa B izraisītu cauruļvada vibrāciju, ir zems izplūdes spiediens. Sūkņa darbības līkne ir plakana, un spiediena pulsācija var viegli izraisīt plūsmas svārstības. Plūsmas svārstības pastiprina trieciena spēku uz caurules sienu, tādējādi radot lielāku cauruļu sistēmas vibrāciju.
No diagnozes secinājuma par cauruļu sistēmas vibrācijas defektu ir apstiprināts, ka vibrācijas avots nāk no paša sūkņa B, nevis cauruļu sistēmas. Tāpēc ir ieteicams modificēt sūkņa konstrukciju, tas ir, pārveidot rotoru un statora sastāvdaļas. Īpašie pasākumi parasti ietver šādus divus aspektus:
(1) Mainiet lāpstiņriteņa lāpstiņu skaitu, mainiet Z1 no 6 uz 7 un skatiet sūkņa A parametrus, lai rūpīgi izstrādātu katru plūsmas kanāla daļu, lai būtiski novērstu šķidruma spiediena pulsāciju.
(2) Palieliniet sūkņa izplūdes spiedienu no sākotnējā 18,3 MPa līdz 21,3 MPa, tādējādi ievērojami palielinot šķidruma virzošo spēku caurulē un palēninot plūsmas ātruma svārstības.
Pēc modifikācijas sūknis B tika nodots ekspluatācijā. Cauruļvada sākotnējā spēcīgā vibrācija pilnībā izzuda, un vibrācijas nobīdes vērtība pie elektriskā vārsta samazinājās no 800 μm līdz 61,5 μm; cauruļvada astes vibrācijas nobīdes vērtība ar lielāko vibrāciju samazinājās no 1 mm līdz 129 μm; arī gultņa korpusa vibrācijas ātruma vērtība nokritās no 2.56mm/s uz 1.48mm/s. Cauruļvada mikrovibrācijas līmenis ir gandrīz tāds pats kā sūkņa A līmenim, kad tas darbojas.
