Предотвращение разрыва центробежного насоса из-за избыточного давления

Рисунок: Схема повышения давления при закрытом клапане, вызванного закрытием выпускного клапана, что приводит к разрыву корпуса насоса и выбросу среды.

Большинство разрывов корпуса насоса происходят из-за мертвого напора (повышение давления при закрытом клапане), ошибочного дистанционного запуска и сбоев автоматических блокировок. В этой статье рассматриваются сценарии ручного, дистанционного и автоматического запуска/остановки, объясняющие проверку клапана, рабочие процедуры и обслуживание блокировки приборов, тем самым предотвращаяцентробежный насосслучаи разрыва из-за избыточного давления.Теффиковсегда уделяла приоритетное внимание эксплуатационной безопасности центробежных насосов и предоставляет полное руководство по безопасной эксплуатации и техническому обслуживанию на случай опасности разрыва корпуса насоса. Чтобы принципиально избежать подобных инцидентов, нельзя полагаться только на аппаратную защиту; проверка клапана, дистанционное подтверждение и автоматическое управление блокировкой должны применяться к каждой операции пуска/останова.

Основные причины поломки насоса

Запор (работа при закрытом клапане) является физической основной причиной подавляющего большинства поломок корпуса насоса, а системы автоматического управления усиливают этот риск:

• Запуская насос с закрытыми впускным и выпускным клапанами, рабочее колесо непрерывно перемешивает захваченную жидкость; механическая энергия преобразуется в тепловую, жидкость испаряется, давление повышается и за короткое время превышает номинальное давление корпуса насоса;
• Когда насос запускается удаленно из центральной диспетчерской, операторы не могут подтвердить состояние клапана на месте, что упрощает запуск вслепую после технического обслуживания, когда клапаны не были перезагружены;
• Когда происходит автоматический пуск по уровню, линейные клапаны все еще могут быть закрыты для технического обслуживания, и тогда насос работает под давлением, когда на объекте никого нет;
• Блокировки низкого расхода и высокой температуры, которые не калибруются в течение длительного времени, не обеспечивают защиту, и система не может автоматически отключиться и сбросить давление после превышения давления.

Пример промышленной аварии

На объекте хранения химического сырья малого и среднего размера после завершения технического обслуживания перекачивающего центробежного насоса резервуара ремонтная бригада восстановила оборудование, но забыла открыть выпускной клапан, а затем перевела насос в автоматический режим. Насос запускался и останавливался автоматически по сигналам уровня в резервуаре, когда на объекте никого не было. Когда уровень в резервуаре поднялся до установленного значения срабатывания, система ПЛК автоматически запустила центробежный насос. Жидкость в герметичной камере насоса постоянно перемешивалась рабочим колесом; Всего за 90 секунд среда быстро нагрелась и испарилась, а давление внутри насоса продолжало расти. Поскольку блокировка низкого расхода на станции не калибровалась более двух лет, ее датчик заклинил и вышел из строя, а защита от останова не сработала. В конце концов корпус насоса разорвался, и высокотемпературная среда выплеснулась наружу, разрушив оборудование на площадке и вызвав аварийную остановку производственной линии, что привело к значительным потерям на ремонт и простои. В отчете о расследовании инцидента были выявлены две основные причины: невозможность повторной проверки состояния клапана на месте после технического обслуживания и защитная блокировка, которая долгое время не подвергалась функциональному тестированию.

Вывод: работа без присмотра + клапаны не сбрасываются + неисправные блокировки — разрыв возник только в результате комбинации этих трех факторов, и его можно было бы избежать, если бы какой-либо из них контролировался.

Ручной запуск насоса на месте: проверка положения клапана — первая линия защиты

Строго проверяйте состояние всех клапанов.

Перед запуском насоса необходимо поэлементно подтвердить каждый линейный клапан, чтобы предотвратить запуск с закрытыми клапанами:

• Основная технологическая линия: держите всасывающий клапан полностью открытым, чтобы жидкость беспрепятственно поступала в камеру насоса;
• Держите все вспомогательные клапаны, такие как выпускные, сливные и продувочные клапаны, закрытыми;
• Откройте выпускной клапан корпуса насоса, чтобы завершить заливку и удаление воздуха, удалите весь воздух из насоса и предотвратите кавитацию и работу всухую;
• Держите выпускной клапан слегка открытым или полностью закрытым; никогда не запускайте насос, если одновременно заблокированы впускное и выпускное отверстия.

Включите проверки клапанов в стандартизированный контрольный список.

Положения открытого/закрытого клапана являются критически важными контрольными точками для обеспечения безопасной работы насоса и должны быть формализованы в инструкциях по эксплуатации оборудования и контрольных списках запуска. Операторы должны подтверждать каждый пункт, проверяя его, исключая зависимость от опыта и уменьшая количество человеческих ошибок посредством институционального контроля.

Дистанционный запуск насоса с централизованным управлением: необходим этап подтверждения на месте

Дистанционный пуск — это часто встречающийся сценарий разрывов из-за повышения давления; полагаясь исключительно на центральный экран управления, невозможно подтвердить фактические условия на месте:

• До того как диспетчерская выдаст команду на пуск, насос не должен запускаться одним щелчком;
• Если операторы не могут выехать на площадку для проверки клапанов, необходимо назначить инспектора на месте для физического подтверждения того, что все клапаны были возвращены в правильные положения;
• Только после получения подтверждения на месте центральное управление может выдать команду запуска, предотвращая несоответствие между экраном управления и фактическим состоянием клапана на месте.

Насосы с автоматическим пуском/остановом: сосредоточьтесь на предотвращении того, чтобы клапаны оставались в невозвратном положении после технического обслуживания

Многие насосы для опорожнения резервуаров полагаются на датчики уровня и программы ПЛК для автоматического запуска/остановки и работают без присмотра, что еще больше увеличивает риск.

Перед включением автоматического режима обязательна повторная проверка на месте.

После проведения технического обслуживания или работ на трубопроводе и перед переходом в режим автоматического управления все клапаны должны быть повторно проверены на месте: впускной клапан полностью открыт, выпускной клапан в заданном пусковом положении, а все выпускные клапаны закрыты. Типичный сценарий риска: когда уровень в резервуаре достигает высшей точки, система автоматического управления запускает насос, однако выпускной клапан после технического обслуживания остается закрытым, непосредственно создавая мертвое давление, которое в течение короткого времени приводит к разрыву корпуса насоса.

Положитесь на инструментальные блокировки, чтобы закрыть пробел в автоматическом режиме работы

Для предотвращения автоматического запуска насоса при закрытии линейных кранов необходимо установить полный комплект защитных устройств КИП:

• Блокировка низкого расхода: контролирует поток в линии; когда нулевой поток сохраняется в течение длительного периода времени, он идентифицирует это как работу с задержкой и автоматически отключает питание двигателя;
• Высокотемпературная блокировка: контролирует температуру корпуса насоса; когда повышение температуры из-за повышения давления достигает порогового значения, он немедленно отключается, чтобы предотвратить испарение жидкости и повышение давления;
• Блокировка по избыточному давлению: когда давление нагнетания превышает предел, происходит отключение, работая совместно с предохранительным клапаном для двойной защиты;
• Плановое техническое обслуживание: калибруйте систему блокировки по фиксированному ежемесячному графику, моделируйте условия нулевого расхода и избыточного давления и подтверждайте правильность работы функций защиты, устраняя «слепые зоны» безопасности, вызванные заклиниванием датчиков и неудачными программами блокировки.

Аппаратная блокировка обратного хода: двойная программно-аппаратная защита от разрыва корпуса насоса

Оперативный контроль устраняет человеческие ошибки, а аппаратная защита обеспечивает последнюю линию безопасности:

• Установить на нагнетании насоса предохранительный предохранительный клапан или разрывную мембрану, которые автоматически сбрасывают давление при избыточном давлении и сбрасывают высокое давление внутри насоса;
• Установите линию рециркуляции с минимальным расходом, чтобы предотвратить работу насоса в холостом режиме в течение длительных периодов времени при низком расходе и перегрева жидкости;
• При транспортировке легковоспламеняющихся или взрывоопасных сред используйте взрывозащищенный двигатель, обеспечьте надлежащее статическое заземление и не допускайте химического взрыва после утечки среды;
• Регулярно проводите проверку толщины стенок и своевременно заменяйте корпуса насосов, утонченные из-за коррозии или образовавшие трещины, во избежание преждевременного разрушения, вызванного снижением несущей способности корпуса.

Распространенные заблуждения в повседневной эксплуатации и обслуживании

• Заблуждение: Контролировать нужно только ручной запуск; автоматические насосы не требуют проверки на месте. При автоматическом запуске/остановке нет ручного контроля, а риск запора из-за неполной проверки и сброса клапана на самом деле выше; клапаны должны быть повторно проверены на месте перед включением автоматического режима.
• Заблуждение: После установки блокировок дальнейшее внимание не требуется. Примеси могут легко засорить датчики давления и расхода; длительное отсутствие испытаний приводит к отказу блокировки, в результате чего система не может автоматически отключиться при избыточном давлении.
• Заблуждение: Кратковременный тупой пуск не имеет большого значения. В герметичной камере насоса жидкость нагревается и испаряется за десятки секунд, давление резко скачет, а происшествие развивается чрезвычайно быстро.

Резюме: Как предотвратить разрыв корпуса насоса

Вся система защиты состоит из трех уровней:

• Уровень 1 — Оперативный контроль:Проверка клапанов поэлементно во время запуска на месте; удаленный запуск должен сопровождаться подтверждением на месте; полная повторная проверка клапана перед включением автоматического режима; и формализовать пункты проверки в виде письменного контрольного списка;
• Уровень 2 — Защита автоматического управления:Оборудовать блокировки низкого расхода, высокой температуры и избыточного давления; придерживаться регулярного тестирования; и избегать тупой работы на холостом ходу при работе без присмотра;
• Уровень 3 — Аппаратная защита:Установите устройства сброса давления и линии рециркуляции, а также регулярно проверяйте корпус насоса на предмет коррозии.

Подавляющее большинство поломок центробежных насосов не являются проблемами качества оборудования, а являются результатом неправильной работы клапанов в сочетании с отказом защиты автоматического управления.Теффикорекомендует предприятиям стандартизировать управление безопасностью в трех режимах запуска/останова — ручном, дистанционном и автоматическом, — внедрить комплексную защиту безопасности процесса и постоянно снижать угрозу безопасности производства, создаваемую разрывом корпуса насоса из-за избыточного давления.