Preprečevanje zloma centrifugalne črpalke zaradi nadtlaka

Slika: Shema kopičenja tlaka pri zaprtem ventilu, ki ga povzroči zaprtje izpustnega ventila, kar povzroči razpok ohišja črpalke in izmet medija

Večina razpok ohišja črpalke izvira iz mrtvega toka (povečanje tlaka pri zaprtem ventilu), napačnega daljinskega zagona in okvar samodejnih zapor. Ta članek obravnava scenarije ročnega, oddaljenega in samodejnega zagona/ustavljanja, da bi razložil preverjanje ventilov, delovne postopke in vzdrževanje zaklepanja instrumentov, s čimer se preprečicentrifugalna črpalkanadtlačne zlome.Teffikovedno daje prednost varnosti delovanja centrifugalne črpalke in zagotavlja popolno varno delovanje in navodila za vzdrževanje za nevarnost zloma telesa črpalke. Da bi se v bistvu izognili takim incidentom, se ne moremo zanašati le na zaščito strojne opreme; preverjanje ventila, daljinska potrditev in samodejno upravljanje zaklepanja je treba uporabiti za vsako operacijo zagona/ustavitve.

Glavni vzroki za zlom črpalke

Mrtvi tok (delovanje proti zaprtemu ventilu) je fizični temeljni vzrok velike večine pokov ohišja črpalke, samodejni nadzorni sistemi pa to tveganje povečajo:

• Ob zagonu črpalke z zaprtima vstopnim in izstopnim ventilom rotor neprestano meša ujeto tekočino; mehanska energija se pretvori v toploto, tekočina upari in tlak naraste ter v kratkem času preseže nazivni tlak ohišja črpalke;
• Ko se črpalka zažene na daljavo iz osrednje nadzorne sobe, operaterji ne morejo potrditi statusa ventila na mestu, kar olajša zagon na slepo po vzdrževanju, ko ventili niso bili ponastavljeni;
• Ko pride do samodejnega zagona, ki ga sproži nivo, so lahko linijski ventili še vedno zaprti zaradi vzdrževanja, črpalka pa nato deluje pod tlakom, ko ni nikogar na mestu;
• Blokade z nizkim pretokom in visoko temperaturo, ki so dlje časa neumerjene, ne ščitijo, sistem pa se ne more samodejno izklopiti in sprostiti tlaka po nadtlaku.

Študija primera industrijske nesreče

V majhnem do srednje velikem rezervoarju za skladiščenje kemičnih surovin je po končanem vzdrževanju na centrifugalni črpalki za prenos skladiščnega rezervoarja vzdrževalna ekipa obnovila opremo, vendar je pozabila odpreti izpustni ventil, nato pa je črpalko preklopila v samodejni način. Črpalka se je samodejno zagnala in ustavila na podlagi signalov nivoja rezervoarja, pri čemer ni bilo nikogar na mestu. Ko se je nivo rezervoarja dvignil na nastavljeno sprožilno vrednost, je sistem PLC samodejno zagnal centrifugalno črpalko. Tekočina v zaprti komori črpalke je nenehno mešala tekač; v samo 90 sekundah se je medij hitro segrel in uparil, tlak v črpalki pa je naraščal. Ker zapora nizkega pretoka elektrarne ni bila kalibrirana več kot dve leti, se je njen senzor zataknil in odpovedal, zaščita pred zaustavitvijo pa se ni sprožila. Sčasoma je počilo ohišje črpalke in visokotemperaturni medij je razpršil navzven, kar je uničilo opremo na kraju samem in povzročilo zasilno zaustavitev proizvodne linije, kar je povzročilo znatne izgube zaradi popravil in izpadov. Poročilo o preiskavi po incidentu je opredelilo dva temeljna vzroka: nezmožnost ponovnega preverjanja statusa ventila na mestu po vzdrževanju in varnostne zapore, ki že dolgo ni bila funkcionalna.

Zaključek: nenadzorovano delovanje + neponastavljeni ventili + neuspele zapore – pretrganje je bilo posledica kombinacije teh treh dejavnikov in bi se mu lahko izognili, če bi nadzorovali katerega koli od njih.

Ročni zagon črpalke na mestu: preverjanje položaja ventila je prva obrambna linija

Strogo preverite stanje vseh ventilov

Pred zagonom črpalke je treba vsak linijski ventil potrditi po postavkah, da se prepreči zagon z zaprtimi ventili:

• Glavna procesna linija: sesalni ventil naj bo popolnoma odprt, da zagotovite nemoten vstop tekočine v komoro črpalke;
• Vse pomožne ventile, kot so odzračevalni ventili, odtočni ventili in ventili za izpihovanje, naj bodo zaprti;
• Odprite ventil za sprostitev zraka na ohišju črpalke, da dokončate polnjenje in odzračevanje, iztisnete ves zrak iz črpalke in preprečite kavitacijo in tek na suho;
• Izpustni ventil naj bo rahlo odprt ali popolnoma zaprt; nikoli ne zaženite črpalke, ko sta dovod in izhod hkrati blokirana.

Kontrole ventilov vključite v standardiziran kontrolni seznam

Odprti/zaprti položaji ventila so kritične kontrolne točke za zagotavljanje varnega delovanja črpalke in jih je treba formalizirati v navodilih za delo opreme in kontrolnih seznamih za zagon. Operaterji morajo vsako postavko potrditi tako, da jo odkljukajo, s čimer odpravijo zanašanje na izkušnje in zmanjšajo človeške napake z institucionalnim nadzorom.

Zagon črpalke s centralnim daljinskim upravljalnikom: korak potrditve na kraju samem je nujen

Oddaljeni zagon je visokofrekvenčni scenarij za razpoke zaradi kopičenja tlaka; zanašanje samo na osrednji nadzorni zaslon ne more potrditi dejanskih razmer na kraju samem:

• Preden kontrolna soba izda ukaz za zagon, se črpalka ne sme zagnati z enim klikom;
• Kadar operaterji ne morejo priti na lokacijo, da bi preverili ventile, je treba dodeliti inšpektorja na kraju samem, da fizično potrdi, da so bili vsi ventili ponastavljeni v pravilne položaje;
• Šele po prejemu potrditve na kraju samem lahko centralni nadzor izda ukaz za zagon, s čimer prepreči neusklajenost med nadzornim zaslonom in dejanskim statusom ventila na mestu.

Črpalke s samodejnim zagonom/izklopom: osredotočite se na preprečevanje, da bi ventili po vzdrževanju ostali neponastavljeni

Številne črpalke za praznjenje rezervoarja se zanašajo na instrumente nivoja in programe PLC za samodejni zagon/ustavitev in delovanje brez nadzora, zaradi česar je tveganje še večje.

Pred vključitvijo samodejnega načina je obvezen ponovni pregled na kraju samem

Po vzdrževanju ali delu na cevovodu in pred preklopom v način samodejnega krmiljenja je treba vse ventile ponovno preveriti na kraju samem: dovodni ventil popolnoma odprt, izpustni ventil v prednastavljenem položaju za zagon in vsi odzračevalni ventili zaprti. Tipičen scenarij tveganja: ko nivo rezervoarja doseže najvišjo točko, samodejni nadzorni sistem zažene črpalko, kljub temu pa izpustni ventil po vzdrževanju ostane zaprt, kar neposredno povzroči kopičenje tlaka v tlačnem tlaku, ki v kratkem času povzroči zlom ohišja črpalke.

Za zapolnitev vrzeli nenadzorovanega delovanja se zanesite na instrumentacijske zapore

Da preprečite samodejni zagon črpalke, ko so linijski ventili zaprti, je treba namestiti celoten komplet zaščitnih naprav za instrumente:

• Zapora nizkega pretoka: spremlja pretok v liniji; ko ničelni pretok vztraja dlje časa, to prepozna kot delovanje brez glave in samodejno prekine napajanje motorja;
• Visokotemperaturna zapora: spremlja temperaturo ohišja črpalke; ko dvig temperature zaradi povečanega tlaka doseže prag, se takoj izklopi, da prepreči izhlapevanje tekočine in ustvarjanje tlaka;
• Blokada nadtlaka: Ko izpustni tlak preseže mejo, sproži zaustavitev, ki deluje v povezavi z varnostnim ventilom za dvojno zaščito;
• Preizkušanje rednega vzdrževanja: Umerite sistem zaklepanja po določenem mesečnem urniku, simulirajte pogoje ničelnega pretoka in nadtlaka ter potrdite, da zaščitne funkcije delujejo pravilno, s čimer odpravite varnostne mrtve točke, ki jih povzročijo zaplenjeni senzorji in neuspeli programi zaklepanja.

Zaščita strojne opreme: dvojna programska in strojna zaščita pred zlomom ohišja črpalke

Operativni nadzor obravnava človeške napake, medtem ko zaščita strojne opreme drži zadnjo varnostno linijo:

• Namestite razbremenilni varnostni ventil za izpust črpalke ali razpočno ploščo, ki samodejno razbremeni tlak med nadtlakom in sprosti visok tlak v črpalki;
• Namestite recirkulacijski vod z minimalnim pretokom, da preprečite, da bi črpalka dlje časa delovala brez vrtenja pri nizkem pretoku in pregrevanju tekočine;
• Pri transportu vnetljivih ali eksplozivnih medijev uporabite motor, odporen proti eksploziji, zagotovite ustrezno statično ozemljitev in preprečite kemično eksplozijo po puščanju medija;
• Redno izvajajte testiranje debeline stene in nemudoma zamenjajte ohišja črpalke, ki so se stanjšala zaradi korozije ali so se pojavile razpoke, da se izognete prezgodnjemu zlomu zaradi zmanjšane nosilnosti tlaka ohišja.

Pogoste napačne predstave pri vsakodnevnem delovanju in vzdrževanju

• Napačno prepričanje: nadzorovati je treba samo ročni zagon; samodejne črpalke ne zahtevajo pregleda na kraju samem. Pri samodejnem zagonu/ustavitvi ni ročnega nadzora in tveganje mrtve glave zaradi nepopolnega pregleda in ponastavitve ventila je dejansko večje; ventile je treba pred vklopom samodejnega načina ponovno preveriti na mestu.
• Napačno prepričanje: Ko so zapore nameščene, ni potrebna nobena nadaljnja pozornost. Nečistoče lahko zlahka zamašijo senzorje tlaka in pretoka; dolgotrajno pomanjkanje testiranja povzroči okvaro zapore, zaradi česar se sistem ne more samodejno izklopiti pod nadtlakom.
• Napačno prepričanje: Kratek brezglavi zagon ni velik problem. V zaprti komori črpalke se tekočina segreje in izhlapi v nekaj desetih sekundah, tlak močno poskoči in incident se razvije izjemno hitro.

Povzetek: Kako preprečiti zlom ohišja črpalke

Celoten sistem zaščite je sestavljen iz treh plasti:

• 1. raven – operativni nadzor:Preverite ventile element za elementom med zagonom na kraju samem; oddaljeni zagon mora biti povezan s potrditvijo na kraju samem; popoln ponovni pregled ventila pred vklopom samodejnega načina; in formalizirati kontrolne postavke v pisni kontrolni seznam;
• 2. raven – zaščita samodejnega nadzora:Opremite zapore za nizek pretok, visoko temperaturo in nadtlak; držite se rednega testiranja; in se izogibajte nenadzorovanemu delovanju v prostem teku;
• Sloj 3 – Varnostna zapora strojne opreme:Namestite naprave za razbremenitev tlaka in recirkulacijske vode ter redno testirajte ohišje črpalke za korozijo.

Velika večina zlomov centrifugalne črpalke ni težava s kakovostjo opreme, temveč rezultat napačnega delovanja ventila v kombinaciji z odpovedjo zaščite samodejnega krmiljenja.Teffikopriporoča, da podjetja standardizirajo varnostno upravljanje v treh načinih zagona/ustavitve – ročnem, daljinskem in samodejnem – da izvajajo varnostno zaščito celotnega procesa in nenehno zmanjšujejo nevarnosti za varnost proizvodnje, ki jih predstavlja zlom ohišja črpalke zaradi nadtlaka.