שסתום להגנה על מדחס צנטריפוגלי מפני תופעת (נחשול) Surge Anti

מאת : שמואל לסמן  קונטאל אוטומציה ובקרה בע”מ

Ge Masoneilan Large size valves for Compressor Recycle Surge Application

בתהליכי ייצור כימיים  או בהולכת גזים נדרשת לעיתים הגברת לחץ לצורך שינוע או דחיסה .הגברת הלחץ נעשית באמצעות מערכת מדחסים (סוגים שכיחים -טורבינה או צנטריפוגלי).

במדחס צנטריפוגלי, האנרגיה מועברת מתוך סדרה של להבים מסתובבים מאיץ Impeller   לגז הנדחס. פעולת הדחיסה מוגדרת כהעלאת הלחץ באמצעות הקטנת הנפח. המינוח  “צנטריפוגלי” מרמז כי זרימת הגז דרכו היא רדיאלית, והעברת האנרגיה והדחיסה נגרמת משינוי כוחות צנטריפוגליים הפועלים על הזורם.

לכל מדחס  דרושה מערכת של אבחון ובקרה למניעת נחשול ( Anti-Surge).

 

מהי תופעת ה Surge ?

במצב רגיל כאשר הלחץ הנדחס גבוה יותר מלחץ הכניסה ובספיקה קבועה יישמר היחס.( Forward Flow) אולם קיימת הסתברות שבה עלולה להתרחש זליגה מאזור הלחץ הגבוה חזרה לאזור הלחץ הנמוך.( (Reverse Flow זליגה זו עלולה לעוות את צלעות המאיץ או במקרים קיצוניים אף להגיע להיפוך רגעי של כיוון הזרימה בו הלחץ הגבוה חוזר לאזור הלחץ הנמוך שנדחס מחדש וחוזר חלילה תוך התהוות רעידות חזקות שיגרמו להפרת האיזון הצירי עד לקריסה והרס. בנוסף עלול המדחס להתחמם יתר על המידה אל מעבר לנקודה המותרת. רעידות אילו ילוו גם ברעש גבוה. פעולה ממושכת במצב זה עלולה לגרום נזק מכני רציני למדחס ולחלקיו.

את אזורי ה Surge  במדחס צנטריפוגלי ניתן לאפיין במונחים של זרימה תוך זיהוי תכונות הגז הנדחס בערכים של:

אנתלפיה ,צפיפות או אנטרופיה. (המוגדרת כפוטנציאל חישת החום הנפלט או הנספג)

בנוסף ניתן לזהות את תחילת התהוות ה Surge  כפונקציה שבין המהירות וקצב הזרימה ככל שעולה מהירות סיבוב המאיץ.

נקודת העבודה של המדחס

נהוג לציין את תחום נקודת העבודה של המדחס בין 2 נקודות עיקריות SLL- (Surge Limit Line) and   SCL-(Surge Control Line)

כמובא בתרשים מטה. כאשר גבול הפעולה המוגדר כ SLL מציין את התחום שמתחתיו תתקיים זרימת מינימום שעלולה לגרום לנזק למדחס. נקודת הזרימה המקסימלית תוגבל עלי ידי עקומת Stonewall המגדירה את ערך הזרימה שבו מהירות גז באחד מצלעות Impellers מתקרבת למהירות הקול .מעבר לנקודה זו תוגדר הזרימה כ Chock flow.

בהתאם  לכך- ערכי ה SLL,SCL הם בעיקר פונקציית זמן התגובה של מערכת  ההגנה  בשילוב אופייני שסתום הבקרה.   ככל שמהירות התגובה תהיה מהירה יותר כך יקטן המרחק שבין נקודות ה SLL –SCL ובסופו של דבר תשפר את ערכי היחס שביניהם ותגביר את יעילות המערכת וכמובן את החיסכון באנרגיה.

אופן שילובו של שסתום הבקרה במניעת תופעת ה Surge ותכונותיו הנדרשות

שסתום הבקרה יותאם ויתוכנן  למספר מצבי הפעלה שונים כשמטרתו העיקרית  היא לשחרר באופן מבוקר חזרה לכיוון אזור יניקת המדחס את עודפי הלחץ הגבוה באופן המונע רעש, רעידות, דליפה מוגזמת ושחיקה.

השסתום  ישמש בדרך כלל לבקרת זרימה במהלך ההפעלה והכיבוי של המדחס ובנוסף להעברה והקלת העומס חזרה לתהליך,  וכן יכולת שליטה רגעית  בעת הפסקת חשמל פתאומית למדחס. כדי למנוע חוסר יעילות , רצוי לשמור את השסתום במצב סגור במהלך הפעלה רגיל. אולם עקומות המדחס עלולות להשתנות כתוצאה משינויי הטמפרטורה, הפרשי הלחצים על מכשירי המדידה ידרשו מהשסתום לבצע גם בקרת וויסות במצב רציף בהתאם לדרישות בקרת ה Anti Surge ויחושב  עם מקדמי ספיקה  1.8-2.2 מהספיקה המחושבת בנקודת ה Surge.

אופיין הבקרה המומלץ : Linear המאפשר שליטה טובה על הספיקות עם אפשרות פתיחה מהירה בעת הצורך.

מכלול הוויסות (Trim) יצויד ב Perforated cage  התואם את הגדרת מכלול להפחתת רעשים ( Anti-Noise) על מנת לבקר את מהירות הזרימה דרך השסתום תוך מניעת רעידות ושמירה על מפלס רעש שלא יעלה על  85 dBA

שסתום ה Anti surge יאפשר שליטה ובקרה איכותיים גם במקרה של ספיקה רגעית גבוהה הנובעת מדרישות ה Surge

ערכי היחס בין הספיקה המקסימלית והמינימלית Cv Ratio  (Rangeability)  יוגדרו בגבולות דרישות הספיקה של תהליך ההגנה על המדחס. כמו כן יתוכנן לווסת גם במצבי ספיקה נמוכים במיוחד –( Low lift) בהם המאמצים המכאניים יהיו גבוהים לעיתים מותקן  שסתום מעקף ( Bypass)בקוטר קטן על גבי שסתום הבקרה שמיוצב במצב פתוח במשך זמן ההפעלה.

זמן  התגובה לשינויי הספיקות חייב להיות מהיר ( Super response units).

דרגת האטימה: קיימת סתירה בין דרישות הפעלת השסתום בפתיחה מינימלית למשך פרקי זמן ארוכים עבור המדחס העובד בצורה יעילה בנקודת עבודה שבה לא ייגרם כל נזק מכאני ולכן דרגת האטימה המומלצת  Class V Trim Hard faced.

ניתן לסכם שעיקר דרישות מערכת ההגנה בפני תופעת ה Anti surge  וסיבותיה הדורשת  וויסות באופן רציף ישולב שסתום הבקרה ויותאם לשלב ההפעלה הראשונית ובהמשך יגן על המדחס באופן קבוע כדי להגן ולמנוע נזק למדחסים או לציוד הסובב.

ומה אנו בקונטאל נוכל להציע בעבורכם?

ל GE Masoneilan  שקונטאל נציגתה בישראל מזה שנים רבות פתרונות רבים וניסיון רב שנים באיתור התופעה ומתן מענה טכני.

לפני מספר שנים סופקו שסתומי בקרה לאפליקציה מיוחדת זו (Compressor Recycle Surge Application). להלן תיאור מקוצר של אחד השסתומים:

השסתום בקוטר 12 אינץ’ כולל trim  Balanced cage  מגדיר את ה Plug   המצויד בקדחי איזון על מנת לאפשר פתיחה ותגובה מהירים ולמניעת חיכוך הנובע מהפרש הלחצים.

על מנת לאפשר שליטה על  מהירות הזרימה והספיקה הגבוהה, נדרשה התקנה של Low Noise Cage (LodB), דבר שהפחית את ערך הרעש מ 112 dBA למפלס רעש תקני של 85dBA.

חומרי המבנה של כל המכלול  ( (Trim 316 SST Stellited Plug ,seat ring and hard chrome cage

המפעיל שסופק הוא מסוג Spring return  שצויד  במערכת Super response unit שאפשרה שליטה בזמן הסגירה של השסתום לכל אורך המהלך ( Less than 4 sec) ובהתאם לדרישות המתכנן ( Fast stroking requirements).

חומרי המבנה של גוף השסתום A216WCC RF 300.

אטימת ציר השסתום : Stem Packing L14ISO 15848 Part 1 העמיד בתנאי דרישות איכות הסביבה הקפדניות.

Stem Packing L14 ISO 15848 Part 1

Low Noise Trim FTO

שסתום הגנה למדחס צנטרפוגלי

Cage Guided, Balanced Globe Valve

אנו לרשותכם בכל הקשור לבחירה –אפיון ואספקת שסתומי בקרה בהתאם  לדרישות ההתמודדות בפני תופעת ה Anti surge  וסיבותיה הדורשת  וויסות באופן רציף או לשלב ההפעלה הראשונית .

למידע נוסף השאירו פרטים ונחזור אליכם בהקדם

[gravityform id=”1″ title=”false” description=”false” ajax=”false”]