Система мониторинга бессальникого насоса с магнитной муфтой

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮТЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТА ТРАНСПОРТА

 

 

                                                                                                         Кафедра «ТУР»

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа

по дисциплине «Технологический мониторинг»

на тему  «Система мониторинга  бессальникого насоса с магнитной муфтой»

 

 

 

 

 

                                                                         Выполнил: студент группы                                                 

                                                                        

                                                                         ТТУ мз-12  Латыпов Э.М.

 

                                                               Проверил: Чекардовский. С.М.

 

 

 

 

 

Оценка:   _____________

 

Подпись: _____________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2013

                                     

 

 

Содержание:

 

Ведение

 

1. Схема и принцип работы бессальниковых насосов с магнитной муфтой.  
   
2. Характеристики перекачиваемых жидкостей.

2.1.Контроль потока

3. Мониторинг условий и характеристика контрольных параметров

 

4. Описание функций аппаратуры

 

4.1. Считывание перепада  давления

 

4.2. Контроль мощности

 

4.3. Считывание потока 

4. Считывание уровня

           4.5.Контроль вибрации.

4.6.Температурный контроль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Мониторинг- комплексный процесс основная цель которого, получить представление  о состоянии системы  для принятия управленческих решений.

 Насосы с магнитным приводом обычно используются во всех областях химии и нефтехимии. Раньше считавшиеся специализированным элементом оборудования,  насосы с магнитным приводом устанавливались при тщательно контролируемых условиях и вследствие предосторожности проявляемой при их выборе и использовании, доказали, что являются исключительно надежными по сравнению с обычными герметичными насосами. Эта надежность привела к их широкому  использованию  повсюду в промышленности, с наработкой на отказ в много раз превышающей наработку герметичных насосов. 
 
Хорошо известен их длительный срок службы и надежность, но непрерывный характер современных перерабатывающих установок, заставляет уделять внимание использованию мониторинга текущего состояния.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
1.СХЕМА И  ПРИНЦИП РАБОТЫ БЕССАЛЬНИКОВЫХ НАСОСОВ С МАГНИТНОЙ МУФТОЙ 
 
В насосах с приводом через магнитную муфту используется стандартный электродвигатель для управления комплектом постоянного магнита, который располагается на оправке или на узле привода, находящимся за пределами защитной оболочки. Магнитный привод крепится на втором валу, который приводится в движение стандартным двигателем. Внутреннее вращающееся магнитное поле приводит в движение внутренний ротор. Соосный синхронный крутящий момент состоит из двух колец постоянных магнитов как показано на рисунке 1. Магнитное поле устанавливается между северным и южным полюсами магнита привода. Это обеспечивает отсутствие скольжения или синхронную мощность крутящего момента муфты. Магнитное поле  показано 
пунктирной линий и заштрихованными областями на рисунке 2 
 
Рисунок 1. Принцип работы герметичных насосов с магнитной муфтой 
 
 
 
Рис.2. Насос с магнитным приводом 
 

 

КОНСТРУКЦИИ СТАКАНОВ 
Защитная оболочка  - это барьер с давлением, который установлен между приводом и приводом магнитом. Он должен содержать полное рабочее давление насоса, так как он изолирует перекачиваемую жидкость от воздействия атмосферы. Одинарный монолитный стакан обеспечивает лучшую надежность, устраняет швы при использовании конструкций стаканов из двух частей. 
 
Поскольку магнитное поле крутящего момента должно пройти через стакан, он должен быть изготовлен из немагнитных материалов. Немагнитные материалы, такие как Hastelloy или нержавеющая сталь 316SS являются типичными для стаканов. Вращение стакана в магнитном поле вызывает вихревые токи, которые производят тепло и  должны быть удалены из технологической схемы рециркуляции жидкости. 
 
Вихревые токи также вызывают потери мощности, что в свою очередь снижает КПД насоса. Металлы с низкой электропроводностью имеют более низкие потери от вихревых токов, обеспечивая наилучший КПД. Hastelloy имеет относительно низкую электропроводность и хорошую коррозионную стойкость, таким образом, является отличным выбором для металлических стаканов. Электро-токо непроводящие материалы, такие как пластиковые и керамика, также являются хорошим выбором для стаканов, так как потери на вихревые токи, полностью устранены. В результате эффективность насоса равна эффективности уплотняемых насосов. Пластиковые стаканы, как правило, ограничены более низкими давлениями и температурами из-за ограниченной прочности пластмасс. 
 
ВТУЛКИ И УПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ 
Насосы с приводом через магнитную муфту используют систему смазки для поддержки внутренний ротора. Эти подшипники могут обладать коррозионными свойствами перекачиваемой жидкости, таким образом, должны быть выполнены из коррозионно-стойких материалов. Два часто используемых материалов гиперплотный углерод и карбида кремния (SIC). Чистый SIC превосходит реакционносвязанный SIC, так как реакционносвязанный SIC имеет свободный кремний оставленный в матрице, что приводит к снижению химической стойкости и низкой прочности. 
 
Гиперплотный углерод на карбиду кремния предлагает больший срок службы при различных химических применениях, а также в качестве преимущества имеет краткосрочно заменить смазку в экстремальных условиях. 
 
Карбид кремния против карбида кремния предлагает отличный срок службы 
почти при всех химических применениях. Его твердость, высокая теплопроводность, прочность делают его отличным материалом для подшипника. Карбид кремния следует применять бережно, во избежание скалывания. Карбид кремния на карбида кремния имеет очень ограниченные возможности при смазке на нижнем пределе нормальных условий работы. 
 
СИСТЕМА ВНУТРЕННЕЙ ПОДАЧИ НАСОСА 
 
Небольшая часть главного потока насоса отбирается из выходного отверстия насоса и вводится в  магнитный привод либо непосредственно из области высокого давления в кожухе либо из внешнего соединения в выпускном фланце насоса, где может устанавливаться соответствующий сетчатый фильтр для фильтрации откачиваемого потока жидкости перед вводом в магнитный привод (Рис.3). 
 
Рис. 3. Внутренняя система подачи 
 
Маршрут внутренней подачи меняется в зависимости от каждого изготовителя, но при условии, что подается соответствующее  давление, и может подаваться соответствующий поток  для охлаждения и смазки подшипников. Насосы ICM поддерживают внутреннее давление выше 30 % от давления на выходе насоса, для подавления парообразования. При выходе из магнитного привода жидкость возвращается на заднюю часть лопастного колеса при давлении значительно выше  давления всасывания, таким образом, избегая парообразования, поскольку жидкость, выходящая из привода, будет нагреваться на несколько градусов превышая свою температуру на входе. 
 
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТАНОВКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ 
 
Существует близкий контакт между технологической жидкостью и внутренними рабочими механизмами магнитного привода и зависимость привода от  поддержания подачи технологической жидкости может нарушаться сбоем процесса, что предписывает осуществление обслуживания при установке и эксплуатации насосов с магнитным приводом. 
 
Успешная эксплуатация и 100% расчетный срок службы могут быть достигнуты при тщательной проработке: 

 

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕКАЧИВАЕМЫХ ЖИДКОСТЕЙ 
    
   Следующие характеристики перекачиваемой жидкости должны учитываться вследствие их влияния  на надежность и производительность насоса.

 

• Удельная теплоемкость
• Вязкость
• Коэффициент изменения давления пара
• Растворенный газ
• Газообразование
• Грязь

 

• Удельная теплоемкость и коэффициент изменения давления пара являются важными факторами, поскольку расчет теплового баланса выполняются для системы внутреннего потока насоса, чтобы не происходило вспышки внутри насоса при  перемещении специфического продукта. 
   
  Этот расчет выполняется на стадии разработки при минимальных и максимальных ожидаемых условиях потока. 
  
• Вязкость - центробежные насосы с магнитным приводом для эксплуатации могут использоваться с жидкостями до 200 cP. Высокая вязкость может присутствовать в течение ограниченных периодов, таких как холодный старт в горячих нефтяных системах. С увеличением вязкости эффективность и производительность насоса снижается, что соответствующим образом подтверждено документами  в  Институте гидравлики и в документации изготовителей. 
   
  Потери на трение насосов  с магнитным приводом во внутренних деталях и каналах потока значительно увеличиваются. Для жидкостей, которые могут быть вязкими при холодном старте, предварительном прогреве или мягком запуске  может рекомендоваться привод с переменной скоростью. 
  
• Растворенный газ – воздействие  даже малого количества растворенного газа на рабочие характеристики центробежного насоса является существенным (Рис.3). Кроме определенных жидкостей, которые обнаруживают сходство для воздуха или пластовых газов, наиболее распространенная причина рассеянного газа – вовлечение из вихревого движения жидкости в неудачно спроектированных всасывающих камерах. Существуют рекомендации для погружения или ввода насадок, а также в определенных ситуациях полезно анти-вихревое изменение направление потока. 
  
• Загрязнение - стандартные насосы могут перемещать от 3 до 5% твердых веществ размером до 150 микрон, если оснащены керамическими подшипниками.   До 30% твердых веществ можно перекачивать частицы размером до 750 микрон, если к подшипникам магнитного привода обеспечена подача чистой жидкости. Непременно, лопастное колесо должно иметь соответствующую конструкцию для твердых тел этой части. 
   
  При перемещении твердых тел должна учитываться  их природа, то есть в случае если вязкие вещества могут накапливаться и заблокировать каналы. Если эти вещества грубые абразивные, тогда нужно учитывать это в материалах для изготовления. 
   
  Большие макрочастицы могут быть отсортированы фильтрами. Если это магнитный материал, можно применять магнитный фильтр для предотвращения прикрепления магнитных частиц к намагниченному внутреннему ротору. 
  

2.1. КОНТРОЛЬ ПОТОКА 
 
Любой насос должен эксплуатироваться в пределах заранее установленной среды проектирования для получения максимального срока службы. Важно понять, что насос будет разрабатывается для работы в рамках таких ограничивающих условий. Кривые характеристик  изготовителя показывают  рабочие характеристики для насоса приблизительно только до 120 % от проектного расхода. За его пределами кривая будет весьма непредсказуема и неустойчива (Рис.6).

	Head - напор  Power - мощность  NPSH - высота столба жидкости над всасывающим патрубком  Flowrate - расход жидкости
Рис. 6. - Кривая насоса при максимальном расходе

 
Если насос эксплуатируется при  слишком низком расходе – может  иметь место серьезное перегревание и требуемая высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса (NPSH) значительно увеличится  ввиду рециркуляции потока и  по причине выделения тепла. Кроме того, увеличатся нагрузки на радиальный подшипник  при использовании насосов со спиральным отводом. 
 
Если насос эксплуатируется при слишком высоком расходе, то требуемая высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса  будет быстро расти и может превысить имеющуюся высоту и тогда происходит опасная кавитация.  Кроме того, перепад давления насоса можно понизить до уровня, который неспособен поддерживать соответствующий поток магнитной связи, приводящий к внутреннему мгновенному парообразованию. 
 
Если насос эксплуатируется со слишком малым лопастным колесом, напор на нагнетании может быть недостаточным, чтобы развить полный поток для охлаждения соединения. 
 
По этим причинам существует безопасный рабочий диапазон для каждой конструкции насоса (Рис.7) 

	Head - напор  NPSH - высота столба жидкости над всасывающим патрубком  Flowrate - расход жидкости  Saf operating area - безопасная рабочая зона
Рис. 7. -Безопасный рабочий диапазон

 
Чтобы гарантировать регулирование  потока, нужно предусмотреть трубопроводы для всасывания и подачи. Подающий трубопровод управляет выходящим  потоком насоса и напором. Всасывающий  трубопровод определяет доступную  высоту столба жидкости над всасывающим  патрубком насоса   (давление в насосе выше давления кипения жидкости). 
 
Существует множество  опубликованных данных позволяющих определить  потери на трение на выходе. Большое внимание должно уделяться тому, чтобы суммарные запасы прочности не приводили к использованию требуемого напора, превышающего  номинальный, чтобы насос работал в зоне характеристик справа от своей кривой.  Там где технологические требования  ниже минимального определенного  расхода для насоса, может использоваться перепускной канал, для обеспечения постоянного достаточного расхода через насос.  Должно  уделяться внимание в отношении расположения обратного потока из линии перепускного канала, чтобы избежать вовлечения газа или турбулентности. 
 
На стороне пониженного давления насоса необходим тщательный анализ, чтобы гарантировать, что  достаточный запас прочности существует между доступной высотой столба жидкости над всасывающим патрубком насоса  и заданной при всех возможных скоростях потока, которые могут произойти. Крутые повороты, фильтры, клапаны и завихрения, все  понижают давление всасывания и нарушают плавное течение в насосе. 
 
Помните, что опубликованные кривые высот столба жидкости под всасывающим патрубком насоса для воды и для насосов, проверены на заводах изготовителей при идеальных условиях всасывания под контролем. Присутствие рассеянного и увлеченного газа воздействует на кавитационные рабочие характеристики и может понадобиться испытание в реальных условиях, чтобы сделать полный допуск на это условие. 
 
Учет  характеристик жидкости и контроль потока концентрирует умственную деятельность пользователей на областях, которые критичны в отношении успешного применения  насоса с магнитным приводом. Могут произойти сбой и непредсказуемые условия и возможно использовать широкий диапазон аппаратуры, чтобы обеспечить защиту насоса и мониторинг условий.

 

3.МОНИТОРИНГ УСЛОВИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКА КОНТРОЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ 
 
При условии, что сохраняется соответствующая подача  к магнитному приводу, насос достигнет своего ожидаемого срока службы. Могут  произойти многочисленные системные сбои и взаимодействия насоса/системы, которые будут иметь следствием срыв подачи или прерывистый поток к  магнитному приводу. Мониторинг условий устройств магнитных приводов в значительной степени сосредотачивается вокруг: 
 
a) Обеспечения соответствующей подачи смазки подающейся к приводу и подшипникам.  
b)  Обнаружения фактов отсутствия или понижения рабочих характеристик. 
c) Обнаружение признаков износа или заклинивания  насоса (разъединения), которые произошли вследствие отсутствия подачи или вследствие механического повреждения в результате системного сбоя (то есть кавитация / прерывистая  работа без смазки). 
 
ТАБЛИЦА 1. Типичные последствия системного сбоя.

Системный сбой	Падает разность давления насоса.  Не подается смазка к подшипникам - перегревание магнитного привода с механическим повреждением. Быстрый износ подшипников имеющим следствие повреждение  обычно не входящих в контакт узлов.
Низкий/Безжидкостный поток к насосу	Постепенное повышение температуры  перекачиваемой жидкости – мгновенное парообразование - быстрый износ  подшипника и механическое повреждение. Высокие осевые/радиальные нагрузки, приводящие к износу.
Нет потока через насос, разгрузочный клапан закрыт	Механический удар по опорным  поверхностям подшипников. Возможное  мгновенное парообразование в областях низкого давления в насосе.  Падение разности давления насоса с последствиями как указано выше.
Низкое давление всасывания / кавитация	Механический удар по опорным  поверхностям подшипников. Возможное  мгновенное парообразование в областях низкого давления в насосе.  Падение разности давления насоса с последствиями как указано выше.
Низкий напор в системе - насос работает за пределами рабочей  кривой	Вероятность  кавитации и следующего повреждения - низкий  перепад давления насоса, имеющий последствием неполной подачи к магнитному приводу и перегреванию/мгновенному парообразованию
Башенная насадка / инородные  тела в объеме воды поданной насосом.	Механический удар по подшипникам/ деталям насоса. Абразивный износ  подшипников / граница давления

 

Характеристики контрольных  параметров: