Co to jest separator z płuczką ssącą: ochrona sprężarki, dobór rozmiaru i projekt

Czym jest separator ssący typu knockout: ochrona sprężarki, dobór rozmiaru i projekt

Odpowiedź na kluczowe pytanie:Czym jest separator ssący typu knockout?Separator ssący typu knockout to naczynie typu knockout zainstalowane bezpośrednio przed sprężarką, którego jedynym celem jest zapewnienie, że do maszyny nie dostanie się żaden płyn. Jest celowo mały i szybki, a nie duży i wydajny: pionowe naczynie o pojemności cieczy wynoszącej tylko 1-3 minuty i konserwatywnym współczynniku K Souders-Brown wynoszącym 0,08-0,15 m/s, ponieważ filozofia projektowania polega na szybkim wyłączeniu, a nie na magazynowaniu cieczy. Jest wyposażony w dwa niezależne czujniki poziomu, wyłącznik wysokiego-wysokiego poziomu, który wyłącza sprężarkę lub zamyka szybko zamykający zawór wlotowy w ciągu 10-30 sekund od nadejścia uderzenia, oraz demister, zazwyczaj siatkę usuwającą krople o średnicy powyżej 5-10 mikrometrów. Powód jest prosty: ciecz niszczy sprężarki, a separator kosztujący ułamek ceny maszyny jest najtańszym ubezpieczeniem w zakładzie.

1. Dlaczego sprężarki potrzebują separatorów i co robi z nimi ciecz

Dwa typy sprężarek zawodzą na różne sposoby, a oba są zapobiegane przez to samo naczynie:

• Sprężarki odśrodkowe: Sprężarka odśrodkowa pracuje z prędkościami obwodowymi 200-400 m/s z luzami wirnika mierzonymi w dziesiątych częściach milimetra. Krople cieczy uderzają w wirnik z taką prędkością i erodują łopatki oraz uszczelnienia labiryntowe, a uderzenie strumienia powoduje ogromne niewyważenie wirnika, które może zniszczyć łożyska i uszczelnienia w ciągu kilku sekund. Ciecz wypłukuje również olej smarujący z łożysk, jeśli do nich dotrze, i powoduje szok termiczny, ponieważ ciecz odparowuje i nierównomiernie chłodzi gorący metal. Maszyna jest również wrażliwa w subtelniejszy sposób: film cieczy na wirniku zmienia charakterystykę aerodynamiczną, więc sprężarka może wpaść w przepływ pulsacyjny lub stracić ciśnienie, zanim jakiekolwiek uszkodzenie będzie widoczne. Dlatego separator ssący jest instalowany jak najbliżej wlotu sprężarki, z krótką, stale nachyloną linią i bez kieszeni, w których może gromadzić się ciecz.
• Sprężarki tłokowe: Maszyna tłokowa jest jeszcze mniej tolerancyjna, ponieważ ciecz jest zasadniczo nieściśliwa. Ciecz dostająca się do cylindra pod koniec suwu sprężania powoduje blokadę hydrauliczną: tłok nie może ukończyć swojego ruchu przeciwko nieściśliwej cieczy, więc korbowód się wygina, tłoczysko lub poprzeczniak ulega awarii, śruby głowicy cylindra się rozciągają lub łamią, a płyty zaworowe pękają. Zaangażowana energia jest duża, a pojedyncze zdarzenie strumieniowe może wymagać całkowitej przebudowy. Maszyny tłokowe generują również pulsacje, więc separator w tej służbie często pełni rolę tłumika pulsacji, a API 618 wymaga badania akustycznego całego systemu rurociągów. Dlatego separator dla maszyny tłokowej jest dobierany ze szczególną starannością, umieszczony blisko cylindra i wyposażony w bardzo szybko działający wyłącznik wysokiego-wysokiego poziomu.
• Skąd bierze się ciecz: Ciecz na ssaniu sprężarki rzadko jest stałym przepływem; pojawia się z możliwych do zidentyfikowania przyczyn. Kondensacja, ponieważ gaz schłodzony przez redukcję ciśnienia lub przez stratę ciepła otoczenia spada poniżej punktu rosy węglowodorów lub wody. Przeniesienie z separatora znajdującego się wyżej, który jest za mały, ma uszkodzony regulator poziomu lub pracuje powyżej swojej prędkości projektowej. Ciecze ze źródła znajdującego się niżej podczas postoju lub przepływu zwrotnego, dlatego wiele instalacji ma również separator wyjściowy i zawór zwrotny. Strumienie z rurociągu, zwłaszcza po czyszczeniu tłokiem. I, w przypadku gazu podnoszącego lub recyrkulacji, ciekłe cząstki, które nigdy nie zostały oddzielone. Diagnoza, która z tych przyczyn ma zastosowanie, jest ważna, ponieważ środek zaradczy jest inny: kondensacja wymaga ogrzewania lub kontroli punktu rosy, przeniesienie wymaga naprawy powyżej, a strumienie wymagają magazynowania lub wyłączenia.
• Filozofia projektowania: Wyłącz, nie magazynuj: To kluczowa różnica między separatorem ssącym a separatorem. Separator ma 3-15 minut magazynowania cieczy, aby mógł kontynuować pracę podczas zakłóceń. Separator ssący ma tylko 1-3 minuty, ponieważ jego celem nie jest przetrwanie zakłóceń, ale wyłączenie maszyny, zanim ciecz do niej dotrze. Zwiększenie rozmiaru byłoby aktywnie szkodliwe: większe naczynie potrzebuje więcej czasu na napełnienie, więc wyłącznik poziomu działa później, a więcej cieczy jest magazynowane bliżej sprężarki. Prawidłowe projektowanie to kompaktowe naczynie z niską objętością, systemem poziomu o wysokiej integralności, szybkim wyłącznikiem i, w przypadku najbardziej krytycznych maszyn, szybko zamykającym zaworem na wlocie, który izoluje sprężarkę, jednocześnie ją kontrolowanie wyłączając.

2. Dobór rozmiaru, elementy wewnętrzne i systemy ochrony

Cztery elementy decydują o tym, czy separator faktycznie chroni maszynę:

• Dobór rozmiaru według prędkości: Naczynie jest dobierane według równania Souders-Brown z konserwatywnym współczynnikiem K, zazwyczaj 0,08-0,15 m/s dla pionowego separatora z siatką, a czasem niższym, gdzie konsekwencje przeniesienia są poważne. Jest to około połowa wartości używanej dla ogólnego separatora, a margines jest celowy: uwzględnia nieznane obciążenie cieczą, możliwość wystąpienia strumieni i fakt, że warunki gazowe na ssaniu sprężarki zmieniają się wraz z punktem pracy. Dobór rozmiaru musi być sprawdzony w pełnym zakresie pracy, a nie tylko w punkcie projektowym, ponieważ sprężarka pracująca z obniżoną prędkością lub z recyrkulacją ma inne ciśnienie ssania, a tym samym inną rzeczywistą prędkość gazu, a w wielu przypadkach najniższe ciśnienie ssania, które daje najwyższą prędkość, jest przypadkiem decydującym.
• Wybór demistera: Siatka, o grubości 100-150 mm, usuwa krople powyżej 5-10 mikrometrów z wydajnością do 99,9% przy spadku ciśnienia tylko 25-75 mm H2O i jest standardowym wyborem. Pakiet łopatkowy obsługuje krople 10-40 mikrometrów, toleruje znacznie wyższe obciążenie cieczą i ciałami stałymi i jest preferowany tam, gdzie przeniesienie z góry jest przewidywane jako chroniczne lub gdzie obecny jest olej smarowy. W przypadku najbardziej krytycznych maszyn stosuje się separator z filtrem koalescencyjnym osiągającym 0,3-1 mikrometra, chociaż wymagane są wtedy wymienne elementy i monitorowanie różnicy ciśnień. We wszystkich przypadkach element musi być mechanicznie zabezpieczony, ponieważ luźna siatka jest wciągana do sprężarki i powoduje dokładnie takie uszkodzenia, którym miała zapobiec; dlatego siatki są mocowane do kraty za pomocą solidnych mocowań, a nie tylko kładzione na miejscu.
• Pomiar poziomu i system wyłączania: System ochrony jest najważniejszą częścią instalacji. Dwa niezależne czujniki poziomu, z oddzielnymi króćcami i oddzielnymi ścieżkami sygnału, zasilają alarm wysokiego poziomu i wyłącznik wysokiego-wysokiego poziomu, a wyłącznik jest okablowany na stałe, aby wyłączyć sprężarkę lub zamknąć szybko zamykający zawór wlotowy, zamiast przechodzić przez system sterowania zakładem. Punkt nastawy wyłącznika jest ustawiony wystarczająco nisko, aby naczynie miało jeszcze wolną przestrzeń, gdy działa, a cała pętla, od czujnika do zaworu, musi być wystarczająco szybka, aby zadziałać w ciągu 10-30 sekund od nadejścia strumienia, co wyklucza wolne lub mocno tłumione czujniki. Testowanie jest niezbędne: nie można zakładać, że wyłącznik, który nie był testowany funkcjonalnie przez dwa lata, działa, dlatego jest uruchamiany przy każdym postoju i jego czas reakcji jest weryfikowany.
• Rurociągi, odprowadzanie i zabezpieczenie przed zimnem: Instalacja jest równie ważna jak naczynie. Linia ssąca od separatora do sprężarki musi być krótka, stale nachylona z powrotem w kierunku separatora, aby skropliny spływały z powrotem, a nie gromadziły się, i wolna od kieszeni, ponieważ niski punkt w linii zbiera ciecz, a następnie dostarcza ją jako strumień, gdy prędkość wzrasta. Odpływ z separatora musi prowadzić do zamkniętego systemu, a nie do otwartego dołu, i musi być dobrany do maksymalnego natężenia przepływu cieczy, z automatycznym zaworem spustowym sterowanym przez poziom, a nie zaworem ręcznym, który zależy od operatora. W zimnym klimacie naczynie, linia spustowa i przewody instrumentów poziomu są podgrzewane i izolowane, ponieważ zamarznięty czujnik poziomu lub zamarznięta linia spustowa są klasyczną przyczyną awarii separatora dokładnie w momencie, gdy jest potrzebny.

Matryca projektowania separatora ssącego według typu sprężarki

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest różnica między separatorem ssącym a separatorem?

O: Oba wykorzystują tę samą podstawę doboru rozmiaru Souders-Brown, ale różnią się przeznaczeniem i magazynowaniem cieczy. Separator to naczynie procesowe, które zapewnia separację i kontynuuje pracę podczas zakłóceń, dlatego ma 3-15 minut magazynowania cieczy, kontroler interfejsu w przypadku pracy trójfazowej i duże marginesy. Separator ssący istnieje tylko po to, aby chronić jedną maszynę, dlatego jest celowo mały, z 1-3 minutami magazynowania, bardziej konserwatywnym współczynnikiem K wynoszącym 0,08-0,15 m/s i okablowanym na stałe wyłącznikiem wysokiego-wysokiego poziomu, który wyłącza maszynę. Zwiększenie rozmiaru separatora faktycznie uczyniłoby instalację mniej bezpieczną, ponieważ naczynie potrzebowałoby więcej czasu na napełnienie, a wyłącznik zadziałałby później, magazynując więcej cieczy bliżej sprężarki. Warto jasno stwierdzić różnicę: separator przetrwa zakłócenie, separator wyłączy maszynę.

P: Jak blisko powinien znajdować się separator ssący od sprężarki?

O: Tak blisko, jak pozwala na to układ rurociągów, a powodem jest to, że każdy rurociąg między separatorem a sprężarką jest miejscem, w którym ciecz może się skraplać lub gromadzić. Długi rurociąg ssący, szczególnie ten biegnący na zewnątrz lub narażony na zimno, pozwala gazowi schłodzić się poniżej punktu rosy, więc kondensat tworzy się po separatorze i i tak dociera do maszyny. Rurociąg z niskim punktem zbiera ten kondensat, dopóki prędkość nie będzie wystarczająco wysoka, aby go wypchnąć jako strumień, który dostarcza go do sprężarki w najgorszej możliwej formie. Prawidłowa instalacja to krótki rurociąg, stale nachylony z powrotem w kierunku separatora, bez kieszeni, izolowany i podgrzewany, jeśli klimat lub punkt rosy tego wymaga, i podparty tak, aby nie obciążał króćca sprężarki.

P: Dlaczego separator ssący jest dobierany z niższym współczynnikiem K niż zwykły separator?

O: Ponieważ konsekwencje przeniesienia są poważne, a obciążenie cieczą jest niepewne. Ogólny separator otrzymuje strumień, który został już przygotowany i którego rozkład wielkości kropli jest znany, dlatego można z pewnością stosować standardowe wartości K wynoszące 0,10-0,35 m/s. Separator ssący znajduje się przed najdroższą i najmniej tolerancyjną maszyną w zakładzie, a ciecz, którą musi wychwycić, pochodzi z kondensacji, z przeniesienia z góry i ze strumieni w ilościach, których nie można przewidzieć. Niższy współczynnik K, zazwyczaj 0,08-0,15 m/s, jest celowym marginesem na wypadek tej niepewności i jest zazwyczaj połączony z bardziej wytrzymałym demisterem, takim jak pakiet łopatkowy zamiast siatki, który toleruje wyższe i bardziej zmienne obciążenie cieczą bez zalewania.

P: Jakie są oznaki, że separator ssący nie chroni sprężarki?

O: Sześć oznak, w przybliżonej kolejności ich pojawiania się. Rosnący spadek ciśnienia na separatorze, który wskazuje na zanieczyszczony lub zalany demister i poprzedza widoczne przeniesienie. Rosnący lub niestabilny poziom, lub częste alarmy wysokiego poziomu, które wskazują na natężenie dopływu cieczy wyższe niż może obsłużyć odpływ, lub na zawór spustowy, który jest za mały lub częściowo zablokowany. Ciecz w sprężarce, wykryta przez zwiększone wibracje, wzrost temperatury łożysk, obecność cieczy w oleju uszczelniającym lub smarnym, lub niewyjaśnioną zmianę krzywej charakterystyki sprężarki. Gromadzenie się cieczy w rurociągu ssącym, wykryte przez wyczuwanie zimnych miejsc lub przez badanie grubości ultradźwiękowej lub temperatury, co jest bezpośrednim ostrzeżeniem, że magazynowany jest strumień. Zamrożona lub niereagująca aparatura poziomu w zimnej pogodzie. I, najprościej, wyłącznik, który nie był testowany funkcjonalnie: jeśli wyłącznik nie był uruchamiany podczas postoju w ciągu ostatniego roku, nie należy zakładać, że separator cokolwiek chroni.