Problem Sy'n Ymddangos Pan fyddwch Chi'n Ei Ddisgwyl Lleiaf
Cefais fy ngalw i waith trin dŵr tua chwe blynedd yn ôl. Roedd gan y gweithredwyr broblem na allent ei datrys. Bob tro y byddai'r prif bwmp trosglwyddo yn cau, byddai taran trwm yn teithio drwy'r biblinell-clywadwy o'r ystafell reoli. Dangosodd y boncyffion cynnal a chadw eu bod wedi disodli tri mesurydd pwysau, dwy falf wirio, ac un rhan o bibell 200mm yn ystod y deunaw mis blaenorol. Roedd y bibell newydd wedi'i nodi'n fwy trwchus na'r gwreiddiol, ond parhaodd y ergyd.
Morthwyl dŵr oedd y broblem. Roedd y system wedi'i dylunio heb danc ymchwydd, ac roedd y don bwysau a gynhyrchwyd gan ddiffodd pwmp yn uwch na graddfa pwysedd y bibell o gryn dipyn. Roedd y bibell fwy trwchus yn trin y symptom, nid yr achos. Rydym yn gosod hydropneumatictanc ymchwyddar bennyn gollwng y pwmp-maint i gyfradd llif y system a hyd y biblinell-a diflannodd y bawd. Stopiodd y mesuryddion dorri. Roedd hynny chwe blynedd yn ôl, ac mae’r tanc yn dal mewn gwasanaeth.
Dyma'r math o broblem y mae tanciau ymchwydd yn ei datrys. Nid ydynt yn ddyfeisiau cymhleth, ond mae eu dewis a'u maint yn gofyn am ddealltwriaeth glir o ddeinameg system, ac mae canlyniadau anghywirdeb yn fesuradwy mewn methiannau offer ac amser segur.
Ffiseg Morthwyl Dwr
Mae'r mecanwaith yn syml. Mae gan hylif sy'n symud trwy biblinell fomentwm. Pan fydd falf yn cau neu bwmp yn stopio, mae'r momentwm hwnnw'n trosi i bwysau-ton bwysau sy'n teithio ar gyflymder sain yn yr hylif, gan adlewyrchu pennau'r pibellau a'r ffitiadau nes ei fod yn gwasgaru. Mae maint y cynnydd pwysau yn swyddogaeth o gyflymder hylif, hyd pibell, amser cau falf, a phriodweddau elastig yr hylif a'r wal bibell.
Mae hafaliad clasurol Joukowsky yn rhoi’r cynnydd pwysau ar gyfer cau falf ar unwaith:
ΔP = ρ × a × ΔV
Lle ΔP yw'r codiad pwysedd, ρ yw dwysedd hylif, a yw cyflymder y tonnau (fel arfer 1000 i 1200 m/s ar gyfer dŵr mewn pibell ddur), a ΔV yw'r newid mewn cyflymder hylif.
ΔP = ρ × a × ΔV
Ar gyfer system ddŵr ddinesig nodweddiadol gyda chyflymder llif o 2 m/s, mae cau ar unwaith yn cynhyrchu codiad pwysedd o tua 200 i 240 metr o ben-digon i fyrstio'r rhan fwyaf o systemau pibellau safonol. Nid yw hyn yn bryder damcaniaethol. Rwyf wedi archwilio methiannau lle'r oedd y pigyn pwysau yn uwch na'r sgôr pibell o 300%, gan hollti ffitiadau a chneifio bolltau fflans.
Mae tanc ymchwydd yn mynd i'r afael â hyn drwy ddarparu cyfaint o hylif cywasgadwy-yn nodweddiadol aer neu nitrogen, naill ai wedi'i ddal yn y tanc neu wedi'i wahanu gan bledren-sy'n amsugno'r don bwysau. Pan fydd y don yn cyrraedd, mae'r nwy yn cywasgu, gan amsugno egni a fyddai fel arall yn cael ei drosglwyddo i waliau'r bibell.
Maint: Lle mae Barn Beirianneg o Bwys
Mae maint tanc ymchwydd yn-gyfrifiad system-benodol, nid rheol gyffredinol. Mae'n dibynnu ar hyd a diamedr piblinell, cyfradd llif, amser cau falf, nodweddion pwmp, a'r terfyn pwysau a ddymunir.
Mae'r dull dylunio fel arfer yn dechrau gyda phennu'r cyfaint ymchwydd gofynnol. Ar gyfer system bwmpio syml, mae hyn yn golygu cyfrifo'r màs hylif y mae'n rhaid ei arafu a'r cynnydd pwysau a fyddai'n digwydd heb amddiffyniad rhag ymchwydd, yna pennu cyfaint y tanc sydd ei angen i gadw pwysau o dan derfyn dethol.
Mae dull ceidwadol yn defnyddio'r fframwaith canlynol:
- Sefydlu'r pwysau gweithredu arferol a'r pwysau mwyaf a ganiateir.
- Cyfrifwch y pwysedd ymchwydd heb amddiffyniad gan ddefnyddio dadansoddiad dros dro hydrolig.
- Maint y tanc i amsugno'r gwahaniaeth rhwng pwysau ymchwydd a phwysau a ganiateir.
- Nodwch y pwysau rhag-lenwi nwy (yn nodweddiadol 80-90% o bwysau gweithredu arferol ar gyfer tanciau bledren).
- Dilyswch y maint a ddewiswyd gan ddefnyddio meddalwedd efelychu dros dro.
Rwyf wedi gweld prosiectau lle'r oedd y maint yn seiliedig ar siart "un maint i bawb" gwneuthurwr. Mewn un achos, arweiniodd hyn at danc a oedd 40% yn rhy fach. Arhosodd y pigau pwysau yn ystod y cychwyn yn ddigon uchel i achosi difrod i sedd falf. Gosododd y gweithredwr ail danc yn gyfochrog chwe mis yn ddiweddarach-roedd cyfanswm y gost bron ddwywaith yr hyn y byddai tanc o faint priodol wedi'i gostio ymlaen llaw.
Tanciau Bledren, Tanciau Hydro-niwmatig, a Tanciau Agored
Mae'r tri phrif fath yn gwasanaethu gwahanol gymwysiadau, ac mae gan bob un ei nodweddion ei hun mewn gwasanaeth.
- Mae tanciau ymchwydd agored yn syml ac yn ddibynadwy. Maent yn eu hanfod yn llongau agored sydd wedi'u cysylltu â'r biblinell, gan ganiatáu i hylif lifo i mewn ac allan i amsugno newidiadau pwysau. Maent yn fwyaf addas ar gyfer systemau â gwasgedd cymharol isel a lle mae ansawdd dŵr yn caniatáu amlygiad atmosfferig. Yr anfantais yw eu bod angen drychiad i weithredu-rhaid eu gosod uwchben y biblinell i ddarparu llwybr dychwelyd disgyrchiant.
- Tanciau bledren yw'r math mwyaf cyffredin mewn systemau dŵr trefol a diwydiannol. Mae bledren hyblyg yn gwahanu'r nwy o'r dŵr, gan atal y nwy rhag hydoddi i'r dŵr. Mae hyn yn lleihau cynnal a chadw ac yn cynnal perfformiad cyson dros amser. Rhaid i ddeunydd y bledren fod yn gydnaws â'r cemeg hylif-EPDM ar gyfer dŵr, Viton ar gyfer hydrocarbonau, a chyfansoddion arbenigol ar gyfer cemegau ymosodol.
- Mae tanciau hydro-niwmatig yn defnyddio cyfaint o nwy wedi'i ddal mewn cysylltiad uniongyrchol â'r dŵr. Maent yn gost-effeithiol ac yn syml ond mae angen ailgyflenwi'r nwy o bryd i'w gilydd, gan ei fod yn hydoddi i'r dŵr dros amser. Rwyf wedi gweld -tanciau niwmatig hydro mewn gwasanaeth di-dor ers 25 mlynedd gyda gwiriadau blynyddol arferol ac ychwanegiadau nwy-ymrwymiad cynnal a chadw sy'n hylaw ond nid yn ddewisol.
Dewis Deunydd: Mwy na Dur yn unig
Mae'r tanc ymchwydd ei hun yn llestr pwysedd, a rhaid i'w ddyluniad gydymffurfio â'r cod priodol-ASME Adran VIII yng Ngogledd America, EN 13445 yn Ewrop, a GB 150 yn Tsieina. Ond nid y cod yn unig sy'n pennu dewis deunydd.
- Dur carbon yw'r dewis rhagosodedig ar gyfer y rhan fwyaf o gymwysiadau dŵr a hylif glân. Mae'n gost-effeithiol a gellir ei weld. Rhaid amddiffyn yr arwyneb mewnol rhag cyrydiad, naill ai trwy orchudd epocsi gradd bwyd neu trwy lwfans cyrydiad yn y dyluniad.
- Nodir dur di-staen lle mae'r hylif yn gyrydol neu lle mae safonau ansawdd dŵr yn ei gwneud yn ofynnol. Rwyf wedi nodi 304L ar gyfer cymwysiadau dŵr yfed lle roedd angen arwynebau gwlyb di-staen llawn ar y cleient, a 316L ar gyfer cymwysiadau â chynnwys clorid uwchlaw 200 ppm. Mae'r premiwm cost fel arfer yn 2.5 i 3 gwaith o ddur carbon, ond gellir dyblu neu dreblu bywyd y gwasanaeth.
- Mae tanciau cyfansawdd ar gael yn gynyddol. Maent yn cynnig arbedion pwysau a gwrthsefyll cyrydiad ond yn gyffredinol maent yn gyfyngedig i bwysau is a diamedrau llai. Rwyf wedi defnyddio tanciau ymchwydd FRP mewn gwaith cemegol lle'r oedd yr hylif ychydig yn asidig, a gosodwyd y tanc ar uchder-roedd yr arbedion pwysau yn cyfiawnhau'r gost uned uwch.
Y Cwestiwn Pwysau Cyn-talu
Un manylyn sy'n aml yn baglu gweithredwyr yw'r pwysau cyn gwefru nwy. Ar gyfer tanciau bledren, dylai'r pwysau cyn-arwystlo gael ei osod ar tua 80% i 90% o bwysau arferol y system. Os yw'r cyn-dâl yn rhy uchel, nid yw'r tanc yn derbyn dŵr yn ystod ymchwyddiadau; os yw'n rhy isel, mae'r bledren yn dod i ben yn gynamserol.
Rwy'n cofio achos lle'r oedd criw cynnal a chadw wedi ailwefru tanc pledren 500-litr i'r pwysedd anghywir - fe wnaethant ei osod ar 6 bar pan oedd y system yn gweithredu ar 8 bar. Derbyniodd y tanc ddŵr yn ystod yr ymchwydd cyntaf ac yna gwaelododd y bledren allan, gan gynnig dim amddiffyniad ymchwydd pellach. Profodd y system ddigwyddiad morthwyl dŵr a ddifrododd falf wirio. Cofnodwyd y digwyddiad, a chywirwyd y gwall, ond roedd y gost ailosod falf yn uwch na'r gyllideb cynnal a chadw am y flwyddyn gyfan.
Manylion Gosod Sy'n Bwysig
Rhaid gosod y tanc i ddal yr ymchwydd cyn iddo gyrraedd offer sensitif. Mae hyn fel arfer yn golygu gosod ar bennyn gollwng y pwmp, i lawr yr afon o'r falf wirio. Dylai'r pibellau cysylltu fod mor fyr a syth â phosibl, heb unrhyw droadau sydyn a allai achosi colledion pwysau neu gyfyngiadau llif.
Rwyf wedi gweld gosodiadau lle'r oedd y bibell gysylltu yn rhy fach. Ymledodd yr ymchwydd i'r tanc, ond achosodd y cyfyngiad yn y bibell ostyngiad pwysau a oedd yn lleihau effeithiolrwydd y tanc. Roedd y gwneuthurwr wedi pennu isafswm maint cysylltiad o 80mm; defnyddiodd y gosodwr 50mm oherwydd ei fod yn rhatach ac yn haws i'w ffitio. Y canlyniad oedd system a oedd yn dal i brofi digon o bigau pwysau i niweidio seddi falf.
Safonau'r Diwydiant a Chydymffurfio â'r Cod
Yng Ngogledd America, mae API 650 ac API 620 yn darparu'r fframwaith ar gyfer dylunio tanciau ymchwydd mawr. ASME Adran VIII, Adran 1 yw'r cod cymwys ar gyfer tanciau ymchwydd llestr pwysedd llai. Yn Ewrop, EN 13445 yw'r cyfeirnod safonol. Yn Tsieina, mae GB 150 yn gorchuddio llestri pwysau.
Nid yw cydymffurfio â'r codau hyn yn ddewisol. Yn ogystal â'r safonau dylunio, rhaid i'r tanc gael ei stampio â'r marc ardystio cymwys-ASME U-Stamp yng Ngogledd America, marc CE yn Ewrop.
Rwyf wedi gweithio ar brosiectau lle nodwyd y dyluniad i API 650 ond roedd y gwneuthuriad mewn gwlad lle nad oedd cydymffurfiaeth API yn cael ei orfodi fel arfer. Roedd ansawdd y weldio yn anghyson, ac roedd y ddogfennaeth NDT yn anghyflawn. Bu'n rhaid i ni wrthod y tanc cyntaf ac ail-lunio'r llong, gan ychwanegu chwe wythnos at y prosiect.
Dadansoddiad Dros Dro: Yr Efelychu Sy'n Arbed Arian
Mae'r dull traddodiadol o fesur maint tanciau ymchwydd-gan ddefnyddio fformiwlâu empirig ac ymyl diogelwch-wedi'i ddisodli i raddau helaeth gan ddadansoddiad dros dro cyfrifiannol. Mae pecynnau meddalwedd fel HAMMER, AFT Impulse, a Flowmaster yn efelychu ymddygiad system, yn modelu amseroedd cau falfiau, cromliniau cychwyn pwmp - a nodweddion pibellau i ragweld ymchwyddiadau pwysau yn gywir.
Mewn un prosiect, modelwyd piblinell 3 km gyda gorsaf atgyfnerthu ganolraddol yn HAMMER. Dangosodd y dadansoddiad y gallai un tanc ymchwydd 3,000-litr yn yr orsaf bwmpio reoli ymchwyddiadau pwysau ar draws y system gyfan. Heb yr efelychiad, roedd y cleient yn barod i osod tri thanc ar wahanol bwyntiau ar hyd y biblinell. Cadarnhaodd yr efelychiad fod un yn ddigonol ac wedi'i leoli'n optimaidd. Cost y tanc oedd tua $18,000; byddai'r dull tri thanc wedi costio $45,000 ynghyd â phibellau ychwanegol.
Nid yw hwn yn achos eithriadol. Nid yw dadansoddiad dros dro bellach yn offeryn arbenigol ar gyfer prosiectau mawr-mae'n weithdrefn beirianneg safonol a ddylai fod yn rhan o unrhyw fanyleb tanc ymchwydd.
Cynnal Tanc Ymchwydd Dros Ei Oes Gwasanaeth
Mae'r tanc ymchwydd ei hun yn-gydran cynnal a chadw isel. Dylid gwirio'r cyn-dâl nwy bob chwarter a'i addasu yn ôl yr angen. Dylid archwilio'r bledren (os yw'n bresennol) yn ystod cyfnodau cau a drefnwyd-mae gwneuthurwr y tanc yn darparu cyfnod archwilio a argymhellir, fel arfer bob dwy i dair blynedd.
Rwyf wedi gweld tanciau bledren a oedd yn rhedeg am ddeng mlynedd heb unrhyw archwiliad, ac roedd y bledren wedi mynd yn frau, gan ddatblygu craciau a oedd yn caniatáu i nwy ddianc. Parhaodd y tanc i weithio ond roedd llai o gapasiti. Erbyn i'r mater gael ei ganfod yn ystod uwchraddio'r system, roedd y tanc yn gweithredu tua 40% o'i allu i amsugno ymchwydd.
Mae angen archwilio'r pibellau a'r falfiau cysylltu o bryd i'w gilydd ar gyfer cyrydiad a thraul. Dylid ymarfer y falf ynysu yn flynyddol i sicrhau ei bod yn cau'n llawn. Dylid graddnodi'r mesurydd pwysau yn erbyn safon gyfeirio, a dylid profi'r falf rhyddhad diogelwch ar y pwysau penodol, fel arfer bob blwyddyn neu ddwy.
Pan nad yw Tanc Ymchwydd yn Ddigon
Mae sefyllfaoedd lle nad yw tanc ymchwydd yn unig yn darparu amddiffyniad digonol. Yn aml mae gan bibellau hir gyda gorsafoedd atgyfnerthu lluosog ymddygiad hydrolig cymhleth. Yn y cymwysiadau hyn, gellir cyfuno tanciau ymchwydd â dyfeisiau amddiffyn eraill.
- Mae falfiau rhyddhad ymchwydd yn agor pan fydd pwysau yn fwy na phwynt penodol, gan ddargyfeirio llif i gronfa ddŵr neu ardal gyfyngiant. Maent yn gweithredu'n gyflym, gan agor mewn milieiliadau, ond nid ydynt yn amsugno ynni fel y mae tanc yn ei wneud.
- Mae falfiau aer ar bwyntiau uchel ar y gweill yn atal ffurfio gwactod yn ystod digwyddiadau dros dro. Maent yn hollbwysig mewn systemau sydd â newidiadau drychiad sylweddol.
- Weithiau nodir cau falf dan reolaeth i ganiatáu i'r falf gau dros gyfnod o eiliadau yn hytrach nag ar unwaith. Nid oes angen tanc ar hyn ond yn aml caiff ei gyfuno â thanciau ymchwydd ar gyfer amddiffyniad cynhwysfawr.
Nodyn Terfynol ar Gyfiawnhad Cost
Nid yw'r achos busnes ar gyfer tanciau ymchwydd yn seiliedig ar gost pibellau yn unig. Mae'n seiliedig ar gost amser segur heb ei gynllunio, atgyweiriadau offer, a'r llafur sydd ei angen i ymateb i fethiannau yn y system.
Rwyf wedi gweld un ffatri lle costiodd gosod y tanc ymchwydd $20,000. Amcangyfrifwyd y byddai gostyngiad disgwyliedig o $5,000 y flwyddyn mewn ailosod falfiau ac atgyweirio pibellau. Pedair blynedd oedd y cyfnod ad-dalu. Ond nid oedd y ffatri wedi olrhain costau amser segur o'r blaen. Pan ddechreuodd y rheolwr cynnal a chadw gofnodi methiannau, canfu fod digwyddiadau morthwyl dŵr wedi cyfrannu at gyfartaledd o 3 achos o gau i lawr heb eu cynllunio bob blwyddyn, gyda phob un yn costio tua $4,000 mewn llafur cynhyrchu ac atgyweirio coll. Gosodwyd y tanc ymchwydd, daeth y cau i lawr i ben, ac ychydig dros flwyddyn oedd y cyfnod ad-dalu.
Mae'r niferoedd yn wahanol ar gyfer pob system, ond mae'r rhifyddeg yn gyson. Nid yw amddiffyn rhag ymchwydd yn draul; mae'n fuddsoddiad cyfalaf mewn dibynadwyedd system.
Syniadau Cloi
Rwyf wedi cael fy ngalw i ormod o weithfeydd i ganfod bod tanc ymchwydd wedi’i hepgor o’r cynllun, neu fod y tanc a osodwyd wedi’i osod yn anghywir o ran maint neu’n cael ei gynnal a’i gadw. Ym mhob achos, nid amryfusedd technegol oedd y methiant-roedd yn fethiant i ddeall dynameg y system, a mesurwyd canlyniadau'r methiant hwnnw mewn costau atgyweirio a chynhyrchwyd colled.
Nid yw tanc ymchwydd yn ddyfais gymhleth. Mae ei ddewis yn gofyn am wybodaeth am y system: hyd y biblinell, y cyfraddau llif, nodweddion cau'r falf, a'r terfynau pwysau derbyniol. Pan ystyrir y ffactorau hyn yn iawn, mae'r tanc yn cyflawni ei swyddogaeth yn dawel ac yn ddibynadwy ers degawdau.
Os ydych chi'n nodi system â risg ymchwydd, peidiwch â gadael y dewis tanc i'r cyflenwr offer heb roi data system llawn iddynt. Peidiwch â defnyddio "rheol bawd" oni bai eich bod yn barod i dderbyn canlyniadau penderfyniad anghywir. Ac os ydych chi'n gwerthuso system sydd eisoes yn profi morthwyl dŵr, peidiwch â gohirio'r ymchwiliad. Gallai'r pigyn pwysau nesaf fod yr un sy'n achosi methiant mawr.