מבוא ל-Comperal Stress Transients in Pipelines

לחץ תפעולי עוברי לחץ - המכונה לעתים קרובות משקעים בלחץ, פטיש מים, או פטיש קיטור - שינויים פתאומיים בלחץ נוזלי הנגרמים על ידי שינויים מהירים במהירות זרימה בתוך מערכת צינורות.אירועים אלה יכולים להתרחש בכל רשת מחוסמת נוזלים, כולל מערכות הפצה מים, שמן וקווי שידור גז, צמחים כימיים, ומתקני ייצור חשמל. כאשר שסתום קרוב מדי מהר מדי, משאבה מתחילה פתאום או לשלוט, מערכת בקרה, תקלות, עלולות לעבור על מהירות של חומרים ממהירות של קירור, עלולים להתרחש באמצעות רכיבי קירור, עלולים להתרחש באמצעות רכיבי קירור.

בעוד שציר מתון יחיד עשוי לא לגרום לכישלון מיידי, חזרות או חמור של לחץ יכול לצבור נזק לאורך זמן, המוביל לדלפות, קרעים, כישלונות משותפים, ותקריות קטסטרופליות.הבנת הפיזיקה שמאחורי הטראנסים האלה, ההשפעות שלהם על שלמות צינורות, ואת אסטרטגיות הפחתת הזמינות הוא קריטי עבור מהנדסים, מפעילי, ואנשי תחזוקה, אשר מחויבים להבטיח את הניתוח הבטוח, אמין, ארוך טווח של נכסים.

הפיזיקה של לחץ

כיצד ניתן להוכיח את Transients

כאשר מהירות זרימת הצינור משתנה בפתאומיות - למשל, על ידי סגירת שסתום בפחות זמן מאשר הזמן הקריטי למערכת (הזמן הנדרש לגל לחץ לנוע מהשסתום עד לנקודת ההשתקפות הקרובה ביותר ובחזרה) - גל הלחץ נוצר.גל זה נוסע במהירות הקול בנוזל, אשר מושפע ממודוליו המוגדלים של הנוזל, צפיפות, והצנרת של המשוואה: 1GBFolexi) ניתן להעריך את גודל המשוואה:0Jacksky.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר ⁇ p הוא הלחץ עלייה, ⁇ הוא צפיפות נוזל, מהירות הגל (מהירות הקול במערכת נוזל-פיפה), ו ⁇ v הוא השינוי במהירות זרימה. מערכת יחסים פשוטה אך רבת עוצמה זו מראה שאפילו שינוי מתון במהירות יכול לייצר עלייה בלחץ גדול אם מהירות הגל גבוהה. לדוגמה, בצינור מים, שינוי של רק 2 מ"מ / יכול לייצר עלייה של 20 גרם לחץ גדול יותר או יותר.

גליקולציה וגבר

גלי לחץ משקפים שינויים בצינור - כגון bends, tees, מטרות מתות, שינויים בקוטר או חומר.ההשתקפות האלה יכולים לשלב בצורה קונסטרוקטיבית, להגביר את הלחץ במקומות מסוימים. להיפך, הפרעה הרסנית יכולה להפחית את גודל הגל.הבנת התפשטות גלי הגל ודפוסי ההשתקפות חיונית לחיזוי מתחים מושרה בנקודות קריטיות כמו אנגלס, ריתוך, ותומך.

הפרדה ו Vapor Collapse

באירועים מסוימים, כגון נסיעה מהירה של משאבה או סגירה של שסתום למטה צינור ארוך, הלחץ יכול לרדת מתחת ללחץ החוספס של נוזל, גרימת חללים אדפור להיווצר - תופעה המכונה FLT:0column הפרדה הפרדה הפרדה פלואורד 1 (כאשר חללים אלה מתמוטטים מאוחר יותר בשל גלי לחץ חוזרים, ההשפעה עלולה לייצר לחץ מקומי גבוה מאוד, עלול לגרום נזקי דם חמורים או צינורות מים קשים אחרים.

הסיבות הנפוצות של לחץ Transients

  • (FLT:0)Rapid Valve Closure: FLT:1 הגורם השכיח ביותר של פטיש מים.אם שסתום סוגר מהר יותר מאשר זמן הגל העגול, מתרחש גל שלם.
  • (FLT:0)Pump Start-Up and Shutdown: ההרחבה 1 (הדגשה על משאבה נגד שחרור פתוח או טיול משאבה לפתע גורמת להאצה פתאומית או מחיקת עמודה נוזלית.
  • (FLT:0) שינויים בביקוש:FLT:1Buildרשתות הפצה, שינויים מהירים בביקוש (למשל, פתיחת אש או סגירה) יכולים ליצור גלי לחץ העוברים דרך המערכת.
  • (FLT:0) Air Entrapment and Release:FLT:1 Air כיסים בצינורות יכולים לשפר את הלחץ הטרנספורמטיבי כאשר הם משוחררים או דחוסים לפתע.
  • (FLT:0)Control System Malfunctions: FaultFreaLT:1) Faulty Actuators, לוגיקה בזמן לא נכון, או כישלון של שסתום טטיפטור יכול להוביל לאירועים טרנספורמטיביים לא מתוכנן.
  • (FLT:0) ערכות ו-Surge אירועים ב- GasPilines:FLT 1 למרות שלעתים קרובות קשורים במערכות נוזליות, צינורות גז חווים גם טראנסים לחץ, אם כי עם דינמיקות שונות.סגרת מהירה עלולה לגרום לגלי לחץ לנוע לאט יותר עקב דחיסות גז, אך הפוטנציאל לנזק נשאר.

השפעה על אינטגרity פייפל

חומר Fatigue

מחזורי לחץ חוזרים, גם אם כל גלג יחיד הוא בתוך כוח התשואות של הצינור, יכול ליזום סדקים עייפות במתח ריכוזים כגון ריתוך גרמי, קשרים מעוטים, ובורות קורוזיות.יותר מ אלפים או מיליוני מחזורים, הסדקים האלה גדלים ויכולים להוביל להתפרצות פתאומית של מזון (Fair-Fing) הוא בעייתי במיוחד בצנרת ישנה יותר עם פגמים קיימים או באלה שלעתים קרובות לנפט (Fipimple) עם נזקי דם גבוה (כלומר, כולל שטף מים).

רפורמות מבניות ו Buckling

ספייק לחץ קיצוני - מעל הלחץ התפעולי המקסימלי של הצינור (MAOP) - יכול לגרום לעיוות פלסטיק, או לזייף, במיוחד צינורות מעוקלים או בפסות לא נתמכות. ⁇ מטבוליים יכולים להפחית את יכולת זרימת הדם, ליצור העלאת מתח, ובסופו של דבר דליפה.

נזק משותף וחיבור

טראנסי לחץ מפעילים כוחות ציריים משמעותיים על מפרקים, מעיפים ומפרקים מרחיבים.כוחות אלה יכולים לשחרר את הבריחים, לפגוע במחסנים, או בפעמונים מתחים, מה שמוביל לדלפות או הפרדה ישירה. במערכות הידרוקרבן בלחץ גבוה, קשר כושל יכול לגרום לשריפה או להתפוצצות קטסטרופלית.

אישור קורוזיה

אירועים טרנספורמטיביים יכולים להאיץ את ההאקרות בכמה דרכים:

  • (FLT:0) מתח קלקולי משפר את עייפות קורוזיה:FLT:1 קרקרים גדלים מהר יותר בסביבות אגרסיביות (למשל, CO2 רטוב או H2S) כאשר נתון להפחתה של מתחים ממגרעות לחץ.
  • (FLT:0) הפרעה מכנית של שכבות הגנה:FreaLT:1) משקעים עתירי עתירה גבוהה עשויים למנוע מעכבי קורוזיה, ביופיל, או בקנה מידה מקירות צינורות, חשיפת מתכת חשופה לנוזלים קורוזיים.
  • (FLT:0) הפרעות זרימה מקומיות: FLT:1 טראנסנט-מוטציה המושרה יכול להגדיל את שיעורי העברת ההמונים, מאיץ קורוזיה מקומית כגון פיזור או תחת הדבקה.
  • (FLT:0) ⁇ נזק: התמוטטות בועות 1:1 במהלך הפרדה בעמודה יכולה לשפשף ציפויים מגן ואפילו לבור את חומר הצינור ישירות - תופעה המכונה שחיקה.

סיכון לכישלון קטסטרופלי

במקרה הגרוע ביותר, גל חד-משמעי ובלתי-מעורר יכול לגרום צינור לקרע באופן מיידי.אירועים היסטוריים - כגון הפיטורים האולימפיים של 1999 בבלינגהם, וושינגטון, או קו אנברידג' 3 לשנת 2018 - ייחסו בחלק לטראנסים בלחץ לא-מאומתיים.אירועים אלה מדגישים את החשיבות של תכנון, פרוטוקולים תפעוליים חזקים, ניטור.

אסטרטגיות מייגציה ובקרה הנדסיים

המונחים: Suppression

  • (FLT:0) טנקי גל (Hydropneumatic Tanks): 1FreaLT:1 כלי שיט אלה מכילים כריתת גז דחוס (בדרך כלל אוויר או חנקן) אשר סופגת את ספייק הלחץ על ידי מתן נוזל לזרום לתוך הטנק, צמצום הלחץ שיא.
  • (FLT:0) חדרי אוויר: 1 דומה לטנקים, אך פשוט יותר - תא אוויר חתומה המחובר ישירות לצינור.חדרי אוויר יעילים לגלימה קטנה ומתונות, אך יכול להפוך למים מוצפים אם לא נטען באופן זמני.
  • (FLT:0) קומבמורטורים / Bladder Vessels: FLT:1 השתמש שלפוחית השתן גמישה או diaphragm כדי להפריד גז ונוזל, מניעת אימוני גז.אלה מספקים ספיגה אמינה ודורשים פחות תחזוקה מאשר תאים אוויריים.
  • (FLT:0) Pressure Relief Valves:FLT:1 Set to open at a preקבע לחץ, שסתום אלה vent נוזל (אווירה או מיכל בלחץ נמוך) כדי להגביל את הלחץ המקסימלי.הם חייבים להיות בגודל כדי להתמודד עם קצב זרימת הגלם מבלי לגרום לטרנטים נוספים.
  • (FLT:0) , 000 , 000 ;bs:ves: ⁇ 1 1 מתוכנן במיוחד כי פתוח במהירות כאשר עלייה בלחץ מזוהה, להסיט את זרימת הדם ולהפחית את גל הלחץ.הם נפוצים בתחנות משאבה וסתמי קו הראשי.

ניהול והצלה

  • (FLT:0) ,Slow-Closing Valves:cioFLT:1 סוגר שסתום לאורך זמן ארוך יותר מאשר הזמן הקריטי (2L /a, שבו L הוא אורך הצינור לגבול הבא ומהירות הגל) מונע מפטיש מים מלאים. Actuators עם תזמון מתאים הם סטנדרטיים.
  • (FLT:0)Programmed Pump Start / stop Sequences:FLT 1:1 סטggered משאבת סטארט-אפים, כוננים קלים כוכבים, ודחפים משתנים (VFDs) מאפשרים האצה הדרגתית של זרימה / דה, צמצום מאוד טראנסים.
  • (FLT:0)Check Valve Selection:FLT:1ir t-slam לבדוק שסתום (למשל, הטיה דיסק, nozzle, or Silent Check) קרוב במהירות לפני שזרם מתרחש, למנוע את הלחץ עלייה מזרימת לאחור.

עיצוב פיפיר ובחירת חומרית

  • (FLT:0) Higher Stress Ratings: FLT:1 עיצוב צינורות לעמוד בלחץ הזינוק הגרוע ביותר (לעתים קרובות MAOP בתוספת קצבה עלייה) מפחית את הסיכון של כישלון.לדוגמה, ASME B31.4 (צנרת נוזלית) ו- B31.8 (צנרת גז) לספק הדרכה על שולי עלייה אפשריים.
  • (FLT:0) חומרים עמידים בפני חומרים: אנדרל 1 (איור 1) בחירת פלדה עם קשיחות גבוהה של צ'רפי, יחס תשואה נמוכה לעצימה, ותכונות מעצר טוב עוזר להתנגד שבר שנגרם על ידי transient. dutile ברזל וכמה מפלסטיקים (PVC, HDPE) יכולים גם להיות מתאימים במערכות נמוכות יותר.
  • (FLT:0) משותףים סלקטיביים: 1FLT:1, שימוש במפרקים של התרחבות או הפיכה גמישה במקומות קריטיים סופג כוחות אקסקליים ומפחית ריכוזי מתח.
  • (FLT:0) פילין רוסטינג והתמיכה: FIRLT:1 נמנע שינויים פתאומיים בכיוון, צמצום עיגולים ללא תמיכה, ואספקת עוגן נאותה מסייע לשלוט בכוחות המושרה על ידי גל.

ניתוח ומודל

לפני הגשת כל צינור חדש או שינוי תפעול קיים, מהנדסים צריכים לבצע ניתוח מקיף transient באמצעות תוכנה מיוחדת (למשל, AFT Impulse, פיפורפלו, HAMMER). סימולציות אלה מודל גל propagation, הפרדה בעמודה, ותשובות למכשיר לזהות תרחישים הגרועים ביותר.הניתוח צריך לשקול:

  • שיטות הפעלה / shutdown
  • אירועים חירום (כישלון כוח, ניתוח שסתום מקרי)
  • תנאים קשים (זמני הסגר חד-צדדיים, לחץ המאפשר הגרוע ביותר)
  • אינטראקציה של מכשירים מרובים של דיכוי

אנליזה רגילה מומלצת כאשר צינורות הם בגילאים, שערי זרימה או נוזלים משתנים, או ציוד חדש מותקנים.

מעקב וגילוי של לחץ Transients

חיישנים בלחץ מהיר

מדדי לחץ מסורתיים עם זמני תגובה איטיים אינם מספיקים ללכידת ספיגות טרנספורמטיות האחרונות. ⁇ מודרני או זנים-gauge-based הלחץ טרנסדוקרס עם שיעורי דגימה של 1 kHz או גבוה יותר יכולים להקליט פרופילים טרנסנדנטליים מדויקים.חיישנים אלה ממוקמים במקומות מרכזיים: משאבה, שסתום ראשי, וקטעים בסיכון גבוה (למשל, קרוב, נקודות מתות, נקודות תורמות או מקומות נמוכים).

נתונים לליטר ושילוב SCADA

ניטור רציף עם יומני נתונים כי גורם על שינוי קצב (dp / Dt) מאפשר למפעילים לזהות ולרשום אירועים טרנספורמטיביים באופן אוטומטי.אינטגרציה עם מערכות SCADA מספקת התראות בזמן אמת כך שהמפעילים יכולים לחקור ולפעול בצורה נכונה - כגון התאמת זמני שסתום או בדיקת מכשירי הדבקה. Trend Analysis במשך חודשים או שנים מסייע לזהות תנאים מחמירים (למשל, מים קאמרית, הקלה, שסתום, סחף).

פיקוח אקוסטי

גלי לחץ גם מייצרים אותות אקוסטיים שניתן לזהות על ידי מיקרופון או accelerometers. ניטור אקוסטי יכול להצביע על המיקום של מקור גל (למשל, שסתום בדיקת סלוץ) וגם לזהות דליפות בלתי אפשריות הנגרמות על ידי נזק שנגרם על ידי transient-oriented.

ספקולציות חכמות וספקות

בדיקה רגילה באינטרנט באמצעות דליפת פלוקס מגנטית (MFL) או כלי קול (UT) יכול לחשוף סדקים עייפות, קורוזיה ודנים שעשויים להחמיר על ידי לחץ טראנסים.שלב נתונים בדיקה עם היסטוריה transient מאפשרת הערכה מדויקת יותר.

סטנדרטים רגולטוריים ופרקטיקה הטובה ביותר

כמה תקני תעשייה מספקים דרישות או המלצות לניהול שינויים בלחץ:

  • (FLT:0)ASME B31.4:FLT:1צנרת מערכות תחבורה עבור נוזלים ו סליגורים - דורש כי הקלה בלחץ הגדילה יש לספק כדי למנוע לחץ העולה על 110% מלחץ העיצוב (סעיף 460.4.1).
  • (FLT:0)ASME B31.8:FLT:1r Transmission and Distribution Piping Systems - מטפל בניתוח עבור צינורות גז, במיוחד עבור פעולות הכרוכות בסגרת שסתום מהירה.
  • (FLT:0)API 579 / ASME FFS-103) תהליכי הערכת שירותים עבור הערכת יושרה מבנית תחת טעינה מחזורית, כולל עייפות לחץ עוברית.
  • (FLT:0) ISO 13623:FLT:1 ותעשיות גז טבעי - מערכות תחבורה צינורות - כולל דרישות לניתוח והגנת הגדיל.
  • (ב) ,0)AWWA Manual of Water Supply Practices M5103:FLT 1 Air Valves ו- Air Release Valves - מספק הדרכה על השליטה בגלות באמצעות ניהול אוויר.

המפעילים צריכים גם לעקוב אחר תוכניות ניהול השלמות הפנימיות שלהם (IMPs) המשלבות ניטור טרנסיטיבי כאינדיקטור ביצועי מפתח (KPI) ביקורת תקופתית של מכשירי הגנה והליכים תפעוליים היא חיונית.

מסקנה

מצבי לחץ תפעוליים הם סיכון ייצוגי אי פעם במערכות צינורות נוזלי, המסוגל לגרום לכישלון מיידי או לאט דהושרה מחיתול לאורך שנים של שירות.פיזיקה המורכבת של התפשטות גלים, הפרדה עמודה, ועייפות דורשת גישה שיטתית לתכנון, תפעול ותחזוקה. על ידי הבנה של הסיבות והאפקטים של צניחות, יישום אסטרטגיות מידבקות חזקות כגון צנרת ופעולות מבוקרות, שימוש גבוה ניטור, ואפקטיבי כדי להפחית את הסטנדרטים המושרה באופן משמעותי של תאים.

ניהול פרואקטיבי של זמני לחץ לא רק מרחיב את חיי הנכסים ומפחית תיקונים יקרים, אלא גם משפר את הבטיחות הציבורית והסביבתית.כפי שרשתות הצינור גיל ותנאי התפעול הופכים תובעניים יותר, השקעה מתמשכת בניתוח הגאדג'ט, טכנולוגיית ניטור ואימון המפעילה תישאר מרכיב קריטי של ניהול השלמות של צינורות.

(ב) [ה] [ה]], [ה], [ה]], ראו את הסקירה הטכנית של [ה]:2 [ה], [ה], [ה], [ה]], [ה], [ה], [ה], [ה]], [ה], [ה]]] ניתן למצוא את ה'[ה'] ב''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''