نظارت بر دریچه های کاهش فشار به عنوان بخشی از اکوسیستم دیجیتالی هزینه را کاهش داده و عملکرد را بهبود می بخشد
دستگاههای تشخیصی بی سیم جدید می توانند هنگام رخداد فشار هنگام نظارت بر شرایط سوپاپ برای ساده کردن برنامه های تعمیر و نگهداری ، تشخیص دهند
مارسیو دونانجلو مارسلو دولترا
امرسون
21 آوریل 2020
شکل 3. فرستنده های صوتی را می توان بر روی لوله تخلیه PRV نصب کرد و به آن اجازه می دهد ارتعاشات ناشی از هرگونه رهاسازی را تشخیص دهد. این دستگاه ها داده ها را از طریق WirelessHART ارسال می کنند. تصاویر و اشکال همه با احترام امرسون.
شکل 3. فرستنده های صوتی را می توان بر روی لوله تخلیه PRV نصب کرد و به آن اجازه می دهد ارتعاشات ناشی از هرگونه رهاسازی را تشخیص دهد. این دستگاه ها داده ها را از طریق WirelessHART ارسال می کنند. تصاویر و اشکال همه با احترام امرسون.
شکل 1. PRV بار مستقیم فنر با فشار سیستم با فنری که ساقه را بسته نگه می دارد ، با درجه باز شدن متناسب با میزان فشار بالای نقطه تنظیم شده ، مقابله می کند.
شکل 1. PRV بار مستقیم فنر با فشار سیستم با فنری که ساقه را بسته نگه می دارد ، با درجه باز شدن متناسب با میزان فشار بالای نقطه تنظیم شده ، مقابله می کند.
هر نوع سیستم تحت فشار ، از یک آبگرمکن مسکونی تا یک راکتور شیمیایی عظیم ، دارای نوعی مکانیسم کاهش فشار خواهد بود. آنجاست تا فشار داخلی قبل از غلبه بر مقاومت مکانیکی تجهیزات خارج شود. این مفهوم به اندازه قدیمی ترین دیگهای بخار قدیمی است و آخرین خط دفاعی در رویداد فشار بیش از حد برای محافظت از افراد و تجهیزات است.
کارخانه های صنعتی ، مانند پالایشگاه ها و تاسیسات فرآوری مواد شیمیایی ، دارای صدها دریچه کاهش فشار (PRV) هستند. هر یک باید با اندازه تجهیزات پردازش و توانایی ایجاد فشار مطابقت داشته باشد. PRV ممکن است هرگز برای عمل در شرایط اضطراری فراخوانده نشود ، اما در صورت نیاز باید به شیوه ای بسیار خاص عمل کند. اگر فشار نمی تواند سریعتر از آنچه تولید می شود آزاد شود ، دریچه بسیار کوچک است. اگر سوپاپ خیلی بزرگ باشد ، ممکن است در حین رها شدن ناپایدار شود.
باز شدن قابل اعتماد هنگامی که فشار سیستم به سطح انتخاب شده برسد واضح ترین صلاحیت است ، اما تنها عامل نیست. PRV ها برای برآوردن الزامات کدها و استانداردهای خاص طراحی ، تولید ، اندازه و انتخاب می شوند. آنها برای بسیاری از حوزه های قضایی که متولی اجرای قوانین و استانداردهای محلی هستند ، از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند ، همانطور که در کد بازرسی هیئت مدیره ملی مشخص شده است: "مهمترین وسایل در هر سیستم تحت فشار ، دستگاههای کاهش فشار است که برای فشار بیش از حد ارائه شده است. حفاظت از آن سیستم 1. "
به عنوان وسایل ایمنی ، PRV ها به صورت مکانیکی بدون نیاز به اجزای الکترونیکی یا پشتیبانی خارجی کار می کنند. در نتیجه ، آنها معمولاً خارج از شبکه هستند و هیچ مکانیزم داخلی ای وجود ندارد که قادر به گزارش وضعیت یا فعالیت خود از طریق سیستم خاموش کردن اضطراری (ESD) یا سیستم کنترل توزیع شده (DCS) باشد. اگر اپراتورها بخواهند بدانند با یک PRV خاص چه اتفاقی می افتد ، آنها معمولاً به بازرسی محلی اعتماد می کنند یا اندازه گیری های فشار فرایند عادی را برای نشان دادن عملکرد در نزدیکی نقطه تنظیم PRV کنترل می کنند. مکانیسم هایی وجود دارد که می توان برای نظارت بر PRV ها اضافه کرد ، که بعداً در مقاله به آنها می پردازیم ، اما اجازه دهید ابتدا نگاهی به برخی از جزئیات طراحی PRV بیندازیم.
انواع PRV ها
دو طرح رایج PRV بار مستقیم فنری و هدایت شونده است.
بار مستقیم فنر - این دستگاهها اغلب با نام "سوپاپ سوپاپ" شناخته می شوند (شکل 1) ، این دستگاهها با فشار مستقیم فنر بسته می شوند ، بنابراین ویژگیهای عملیاتی آنها مستقیماً تحت تأثیر تغییرات فشار سیستم قرار می گیرد. آنها با فشار و حجم سیستم تحت فشار مشخصی باز می شوند. هنگامی که فشار به زیر نقطه باز شدن می رسد ، خود را مجدداً گرم می کنند و می توانند هر چند بار این چرخه را طی کنند. اگر فشار سیستم برای مدت طولانی نزدیک به فشار تنظیم شده باقی بماند ، دریچه های فلزی می توانند اجازه انتشار لحظه ای یا مداوم سطح پایین را بدهند که به عنوان "جوش" شناخته می شود. این طرح پرکاربردترین است.
شکل 2. PRV های خلبان از فشار سیستم برای بسته نگه داشتن خود استفاده می کنند. باز شدن توسط یک شیر خلبان تنظیم می شود که در فشار باز شده مشخص شده است.
خلبان عمل می کند - در اینجا صندلی اصلی شیر توسط فشار سیستم بسته می شود (شکل 2). هنگامی که خلبان احساس می کند فشار نقطه تنظیم شده رسیده است ، باز می شود و فشار گنبد را کاهش می دهد ، که باعث باز شدن شیر اصلی می شود. در شیر اصلی هیچ جوش و در پیلوت بسیار کم است. شیرهای خلبان معمولاً نرم هستند و می توانند نسبت به شیرهای فنری مستقیم نزدیک به فشار تنظیم شده عمل کنند. شیرهای خلبان همچنین می توانند عملکرد تعدیل کننده ای را ارائه دهند که در آن شیر به آرامی باز می شود و مانند یک تنظیم کننده برنامه نويسي اچ ام اي دلتا عقب یا یک شیر کنترل رفتار می کند. تعدیل شیرهای خلبان عمل زمانی پاسخ می دهد که فشار ورودی برابر فشار تنظیم شده توسط عمل باشدمقدار کافی برای نگه داشتن فشار ورودی در نقطه تنظیم شده ، به حداقل رساندن اتلاف محصول و انتشار گازهای گلخانه ای.
تخلیه به اتمسفر در مقابل یک سیستم محصور
PRV ها ممکن است مایعات فرایند را به اتمسفر منتقل کنند در صورتی که محصولات مورد نظر از نظر زیست محیطی خوشایند باشند ، اما اغلب نقاط امداد فردی به سیستم جمع آوری مایعات وارد می شوند در حالی که گازها را به طبل ناک اوت ، سیستم بازیابی یا شعله ور سوق می دهند. هر محصولی که منتشر می شود معمولاً قابل بازیابی نیست یا به کاربردهای کم ارزش تری کاهش می یابد ، مانند تغذیه انرژی برای دیگهای بخار و کوره. این امر علاوه بر عواقب احتمالی زیست محیطی و جریمه ، بر هزینه یک حادثه می افزاید.
از آنجا که اتصال سرصفحه لوله تخلیه PRV را پوشش می دهد ، تعیین اینکه کدام PRV باز است ممکن است برای اپراتورهایی که سعی در رفع مشکل دارند روشن نباشد. ممکن است اپراتورها نیز نامعلوم باشند زیرا اطلاعات عملیاتی فرایند عادی احتمالاً غیر قطعی خواهد بود. مگر اینکه یک حادثه فشار بیش از حد واضح در حال انجام باشد که در اتاق کنترل از طریق داده های فرآیند قابل مشاهده باشد ، ممکن است مشکل ظریف تر باشد.
با یک سیستم محصور ، اغلب نمی توان تشخیص داد که آیا یک شیر به طور کامل خود را باز نمی کند و پس از یک حادثه فشار بیش از حد به طور کامل بسته نمی شود. مکانیسم سوپاپ در داخل PRV هر دو نوع می تواند به طور صحیح نشسته و منجر به نشتی در حالت سکون شود. چنین نشتی ممکن است آنقدر کوچک باشد که با ابزارهای فرایند ، مانند فرستنده های فشار و جریان سنج قابل تشخیص نباشد. ساعت ها و شاید روزها ، محصول می تواند بدون نیاز به سیستم بازیابی جریان یابد و تولید و سودآوری کارخانه را کاهش دهد. عیب یاب ها چگونه می توانند تعیین کنند که چه زمانی این اتفاق می افتد و چه PRV های خاصی تحت تأثیر قرار می گیرند؟
نظارت بر PRV ها
نظارت بر وضعیت و فعالیت PRV ها و پارگی دیسک ها باید بخشی از عملکرد عادی کارخانه باشد ، اما همانطور که گفته شد ، هیچ مکانیزمی در دستگاه ها وجود ندارد که بتواند اطلاعات را به یک سیستم اتوماسیون ارسال کند. در نتیجه ، یک دستگاه نظارت خارجی باید اضافه شود که در باز شدن آن اختلال ایجاد نمی کند ، با استفاده از رویکردی مطابق با نوع دریچه برای بهترین نتایج.
شکل 4. یک PRV بار مستقیم فنر می تواند دارای یک مانیتور موقعیت باشد که قيمت پي ال سي دلتا می تواند هر بازشو و میزان انتشار را با ضبط داخلی حداکثر 100 رویداد تشخیص دهد.
شکل 4. یک PRV بار مستقیم فنر می تواند دارای یک مانیتور موقعیت باشد که می تواند هر بازشو و میزان انتشار را با ضبط داخلی حداکثر 100 رویداد تشخیص دهد.
دستگاههای مانیتورینگ آکوستیک مجهز به فرستنده های WirelessHART (شکل 3) در حال حاضر در دسترس هستند و برای نصب مستقیم روی لوله های مجاور شیرآلات ، PRV های بار مستقیم فنر ، PRV های خلبان ، تله های بخار و دیگر تجهیزات رایج جابجایی مایعات طراحی شده اند. برنامه نويسي اچ ام اي دلتا آنها ارتعاشاتی را در لوله تخلیه احساس می کنند که ناشی از تلاطم های ناشی از سیالی است که از دریچه عبور می کند و مستقیماً از دیواره لوله منتقل می شود. این آشفتگی طیف وسیعی از فرکانس ها را ایجاد می کند ، اما فرستنده های صوتی بر فرکانس های مافوق صوت متمرکز می شوند که به عنوان ارتعاشات مکانیکی در لوله منتقل می شوند و حتی در محیط هایی که سر و صدای محیط نگران کننده است به راحتی قابل تشخیص هستند.
یک مانیتور موقعیت بی سیم می تواند میزان بالابر بر روی دریچه های فنر مستقیم را اندازه گیری کرده و زمان و مدت زمان رویداد رهاسازی را ثبت کند. با ضرب قطر دهانه دریچه و میزان بالابر ، می توان آزادسازی حجمی هر رویداد امدادی را محاسبه کرد (شکل 4).
PRV های خلبان می توانند از روش نظارت متفاوتی استفاده کنند. از آنجا که PRV خلبان نیاز به فشار سیستم به عنوان فشار نگهدارنده برای نگه داشتن شیر اصلی دارد ، فشار و فشار نگهدارنده سیستم باید در زمان بسته بودن شیر برابر باشد. استفاده از فرستنده فشار دیفرانسیل (DP) و خواندن تفاوت بین سیستم و فشار نگه داری نظارت قابل اطمینان را فراهم می کند. اگر فشار نگهدارنده کاهش یابد ، شیر اصلی باز می شود. یک فرستنده DP مجهز به WirelessHART می تواند نصب را ساده ، سریع و بسیار ارزان تر از یک فرستنده سیمی معمولی کند. با درون یابی ویژگی های ذاتی دریچه با اندازه گیری DP ، می توان جریان عبوری از شیر اصلی را اندازه گیری کرد.
نشتی کوچک ، تلفات بزرگ
با هر دو نوع PRV ، یک شیر کاملا بسته به دلیل تلاطم هیچ ارتعاشی ایجاد نمی کند زیرا هیچ چیزی در آن جریان ندارد. هنگامی که فشار سیستم از نقطه تنظیم شده فراتر می رود ، باز می شود و محتویات سیستم - مایع ، گاز یا هر دو را آزاد می کند. این باعث ایجاد تلاطم می شود و ارتعاشات مکانیکی ایجاد می کند که یک مانیتور صوتی می تواند تشخیص داده و به سیستم اتوماسیون گزارش دهد.
اگر فرایند بهبود یابد و فشار سیستم به حالت عادی بازگردد ، یا اپراتورها فشار را به میزان کافی کاهش دهند ، PRV باید دوباره به طور خودکار بسته شود. اگر همه چیز به درستی کار کند ، آب بندی می شود و ارتعاش مکانیکی متوقف می شود. داده های فرستنده آکوستیک می تواند عمل را تأیید کند ، زمان شروع و پایان تخلیه را گزارش کند ، در حالی که به طور تقریبی نشان می دهد که شدت تخلیه بر اساس دامنه صدا چقدر است.اما گاهی اوقات همه چیز اشتباه می شود و ذره کوچکی از زباله های فرایند می تواند بین دریچه و نشیمنگاه آن وارد شده و باعث نشت شود (شکل 5). این می تواند در هر دو نوع شیر اتفاق بیفتد ، اما بیشتر با PRV های مستقر در فلز با بار فنر مستقیم مشکل ایجاد می کند. PRV های خلبان دارای صندلی های نرم هستند و به احتمال زیاد آوار را به دام نمی اندازند ، اما هنوز هم ممکن است اتفاق بیفتد ، بنابراین برخی از کاربران فرستنده های صوتی را روی PRV های خلبان نیز نصب می کنند.
مانند یک رهاسازی کامل با فشار بیش از حد ، نشت های کوچک نیز باعث ایجاد تلاطم در داخل لوله تخلیه می شود و باعث می شود ارتعاش مکانیکی توسط فرستنده صوتی قابل تشخیص باشد. معمولاً دامنه تشخیص نشتی کوچکتر از انتشار کامل است که به تمایز این دو رویداد از طریق اندازه گیری از یک فرستنده صوتی کمک می کند.
اهمیت تشخیص نشت به محض شروع آن توسط اثر ترکیب در طول زمان مشخص می شود. تنها 0.1٪ نشت ، در صورت عدم رسیدگیبرنامه نويسي اچ ام اي دلتا به مدت یک سال ، برابر است با رهایی کامل از PRV به مدت شش ساعت. هنگام در نظر گرفتن کل جمعیت PRV ها در یک واحد فرآیند یا کارخانه کلی ، این اثر به یک مشکل بزرگ تبدیل می شود. مطالعه بر روی 10 هزار پرونده خدمات PRV یک نتیجه شگفت انگیز ارائه داد که نشان می داد 20٪ از PRV های نصب شده به زیر 50٪ فشار تنظیم شده نشت کرده اند ، بنابراین ممکن است بسیاری از دریچه ها مدام نشت داشته باشند. بدتر از آن ، 8 val از سوپاپ های مورد بررسی نشت کرده و به اندازه کافی در آزمایش بیرون نیامد.
اغلب ، اصلی ترین دلیل اصلی نشت مداوم PRV ، خود نشت است. با گذشت زمان ، انتشارات ناشناخته باعث سایش و به خطر افتادن یکپارچگی صندلی سوپاپ می شود ، که نشت را بدتر می کند. از آنجا که چنین نشتی تشخیص داده نمی شود ، هیچ توجهی به نگهداری نمی کند و به سادگی ادامه می یابد. انتشارات PRV شناسایی نشده و گزارش نشده بیشتر از آنچه اپراتورها تصور می کنند رخ می دهد. PRV ها نگهبانان خاموش هستند که در برابر فشار فاجعه بار محافظت می کنند ، بنابراین انتشار آنها باید گزارش شود و به عنوان حوادث ایمنی نزدیک به خطا برای تجزیه و تحلیل علت اصلی ایمنی فرآیند ثبت شود.
شکل 5. این نمودار یک رویداد نشت معمولی را نشان می دهد. پس از اولین ضربه ، شیر به طور کامل بسته نمی شود. نشت ، نشان داده شده توسط خط آبی ، همچنان ادامه دارد اما با افزایش سطح آکوستیک نشان داده شده توسط خط سبز تشخیص داده می شود.
شکل 5. این نمودار یک رویداد نشت معمولی را نشان می دهد. پس از اولین ضربه ، شیر به طور کامل بسته نمی شود. نشت ، نشان داده شده توسط خط آبی ، همچنان ادامه دارد اما با افزایش سطح آکوستیک نشان داده شده توسط خط سبز تشخیص داده می شود.
مدیریت نگهداری و بهینه سازی
PRV استخرها را ذخیره می کند
بسیاری از تاسیسات فرایند جمعیت های نصب شده PRV را در هزاران دستگاه حفظ می کنند تا از تجهیزات و پرسنل محافظت کنند. این سوپاپ ها به عنوان وسایل ایمنی باید همیشه آماده کار باشند و بر این اساس اغلب تحت آزمایش های اجباری ، بازرسی و تعمیر قرار می گیرند. چالش این است که در عین به حداقل رساندن هزینه های مربوط به نگهداری PRV ها ، حاشیه ایمنی بالایی را فراهم کنیم.
برای کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و فعالیتهای بازرسی و آزمایش مربوطه ، بسیاری از کاربران نهایی یک استراتژی م isثر در استفاده از برنامه های اضافی PRV استخر یافته اند. شیرهای اضافی که PRV های نصب شده را منعکس می کنند ، خریداری و در انبار نگهداری می شوند و
قيمت پي ال سي دلتا هنگامی که PRV نصب شده از سرویس خارج می شود ، آماده تبادل سریع هستند (شکل 6). این استراتژی به PRV ها این امکان را می دهد که قبل از برنامه ریزی دور برگشت برای نصب آماده شوند و کارهایی را که در زمان قطع انجام می شود به حداقل برسانند و ساده کنند.
این رویکرد همچنین زمان مواجه شدن کارکنان با خطرات احتمالی ایمنی ایجاد شده هنگام کار روی داربست یا سایر موقعیتهای بالقوه خطرناک را به حداقل می رساند. پس از حذف PRV در حین کار ، برای بازرسی و بازسازی به مغازه بازگردانده می شود و سپس دوباره به استخر یدکی می رود و در صورت نیاز می توان از آن استفاده کرد.
ترکیب سوابق نگهداری تاریخی با داده های نظارت آنلاین از توسعه برنامه های نگهداری پیش بینی کننده پشتیبانی می کند. کاهش وقایع امدادی و تشخیص نشت PRV تلفات محصول را به حداقل می رساند ، مصرف انرژی را کاهش می دهد و چرخه عمر تجهیزات را افزایش می دهد. یکی از پالایشگاه های آسیا و اقیانوسیه پس از تشخیص و تعمیر نشتی سوپاپ ها و PRV ها ، سالانه 500000 دلار با کاهش هیدروژن صرفه جویی می کرد. در یک پالایشگاه ایالات متحده ، نظارت PRV پس از ارتباط رویدادهای امدادرسانی با داده های فرآیند ، به ROI 271٪ منجر شد. پالایشگاه دیگر ایالات متحده در حال حاضر بین 2500 تا 50،000 دلار صرفه جویی برای هر گونه کشف مواد خطرناک کمک می کند.
شکل 6. بهینه سازی استخر یدکی می تواند سالانه 3000 نفر را در معرض خطر قرار دهد ، همانطور که در این پالایشگاه معمولی 250،000 BPD با چرخه نگهداری 4 ساله نشان داده شده است.
شکل 6. بهینه سازی استخر یدکی می تواند سالانه 3000 نفر را در معرض خطر قرار دهد ، همانطور که در این پالایشگاه معمولی 250،000 BPD با چرخه نگهداری 4 ساله نشان داده شده است.
نظارت بر PRV ها از طریق شبکه های WirelessHART
فرستنده های مانیتورینگ PRV می توانند از شبکه WirelessHART مشابه سایر دستگاه های میدان بی سیم استفاده کنند. این اجازه می دهد تا فرستنده های نظارت PRV در صورت تمایل با یک سیستم اتوماسیون فرایند بزرگتر ارتباط برقرار کنند ، در حالی که داده ها را نیز ارسال می کنندo تیم قابلیت اطمینان و نگهداری. با نظارت مستمر ، تکنسین ها می توانند در یک لحظه تشخیص دهند که آیا فشار در حال انجام است ، آیا دریچه به طور کامل مجدداً بسته نشده است یا آیا دیسک پارگی شروع به خرابی می کند.
شکل 7: برنامه های کاربردی Plantweb Insight ابزارهای تجزیه و تحلیل از پیش تنظیم شده ای را برای نظارت و تشخیص عملکرد PRV ارائه می دهند.
شکل 7: برنامه های کاربردی Plantweb Insight ابزارهای تجزیه و تحلیل از پیش تنظیم شده ای را برای نظارت و تشخیص عملکرد PRV ارائه می دهند.
برنامه های کاربردی اکوسیستم دیجیتال ، مانند Emerson’s Plantweb Insight for PRVs (شکل 7) ، راه حل های آماده استفاده ای هستند که می توانند با تفسیر اطلاعات فرستنده آکوستیک ، مانیتور موقعیت دریچه یا فرستنده DP ، رویداد انتشار را مشخص کنند. این به حذف حدسیات توسط اپراتورها و مثبت کاذب کمک می کند. آنها همچنین نیاز به تأیید الکترونیکی دارند که پس از یک رویداد چه اقدامی انجام شده است. این اطلاعات نه تنها برای انطباق با محیط زیست ، بلکه برای ارائه داده ها در برنامه مدیریت نگهداری و تعمیرات PRV بزرگتر است.
با اقدامات فوری ، می توان از اثربخشی کلی سیستم ایمنی واحد فرآیند اطمینان داشت در حالی که از اتلاف محصول و پیامدهای بالقوه زیست محیطی جلوگیری می شود. بسیاری از دستگاههای نظارت بر وضعیت تجهیزات در حال حاضر برای تعیین نحوه عملکرد انواع مختلف دارایی ها در دسترس هستند. این اطلاعات می تواند بهینه سازی عملیات تعمیر و نگهداری و جلوگیری از خاموش شدن های پرهزینه برنامه ریزی شده کمک کند.
منابع
کد بازرسی هیئت ملی ، قسمت 2 ، 2.5.1
مارسلو دولترا مدیر صنعت فرآیند تجارت Emerson’s Automation Solutions در هوستون ، تگزاس ، متخصص در دریچه های کاهش فشار است. وی بیش از 25 سال تجربه در زمینه اتوماسیون فرآیندها و سیستم های ایمنی دارد. او مدرک کارشناسی خود را در رشته مهندسی برق از یونیکامپ در برزیل و مدرک کارشناسی ارشد خود را از تگزاس A&M دریافت کرد. مارسلو در پروژه های متعددی از جمله ادغام دیجیتال ، شبکه های فیلدباس ، سیستم های ایمنی ، آزمایش سکته مغزی جزئی و نظارت دریچه های بی سیم کار کرده است.
مارسیو دانانجلو مدیر توسعه تجارت جهانی با تجارت Emerson’s Automation Solutions در هوستون ، تگزاس ، متخصص در فن آوری های بی سیم است. او یک مهندس برق صنعتی با 25 سال تجربه میدانی در زمینه استفاده از راه حل های اتوماسیون صنعتی برای مشتریان در بخش های مختلف تجاری و صنایع از جمله پالایش ، پتروشیمی ، شیمیایی ، خمیر و کاغذ و سایر صنایع است.
