Progettazione delle tubazioni del compressore di azoto che tutela prestazioni e sicurezza.
La restrizione dell'aspirazione, la velocità di mandata, la disposizione delle valvole, il drenaggio, il supporto delle pulsazioni e la protezione di sicurezza devono essere progettati come un unico sistema di pressione.
Le tubazioni dei compressori di azoto non sono semplicemente un insieme di raccordi tra gli ugelli delle apparecchiature. Sul lato di aspirazione, controllano la pressione effettivamente disponibile per la bombola. Sul lato di mandata, trasportano gas più caldi e densi e possono trasmettere pulsazioni all'impianto. Le valvole determinano se le macchine possono essere isolate senza intrappolare pressioni pericolose, mentre gli scarichi determinano se la condensa rimane nei refrigeratori e nei punti più bassi. Un processo di progettazione efficace inizia quindi con i calcoli di portata e caduta di pressione, per poi aggiungere le pulsazioni e il supporto meccanico, le configurazioni delle valvole di esercizio e manutenzione, il drenaggio e lo sfogo della pressione per ogni sezione potenzialmente ostruita. La dimensione del raccordo stampata su un ugello del compressore non sostituisce questa analisi del sistema.
Funzioni di pipe da definire
- dimensione della linea di aspirazione
- Il diametro del tubo è stato scelto in modo da mantenere la perdita di pressione in ingresso e la velocità del gas compatibili con le prestazioni del compressore nell'intero intervallo di portata richiesto.
- dimensione della linea di scarico
- Il diametro è stato selezionato in base a una caduta di pressione, una velocità, un comportamento di pulsazione, carichi meccanici e requisiti futuri accettabili in condizioni di gas compresso.
- valvola di ritegno
- Dispositivo di non ritorno che limita il flusso inverso da serbatoi, macchine in parallelo o tubazioni a valle quando un compressore si arresta.
- valvola di isolamento
- Una valvola di intercettazione a pressione positiva utilizzata per isolare apparecchiature o tubazioni durante la manutenzione; la sua posizione determina cosa rimane in pressione durante i lavori.
- punto di scarico
- Un raccordo di scarico o separatore utilizzato per rimuovere il liquido che può formarsi dopo il raffreddamento o provenire da problemi di trattamento a monte.
- sollievo dalla pressione
- Un dispositivo o sistema che protegge un confine di pressione da sovrapressioni plausibili, inclusi, a seconda dei casi, lo scarico bloccato, l'espansione termica e il riflusso.
1. Dimensionare la linea di aspirazione in base alla perdita di pressione, non al diametro dell'ugello.
Calcolare la caduta di pressione in aspirazione utilizzando la pressione minima prevista nel ricevitore, la portata massica massima richiesta, la temperatura del gas, la lunghezza effettiva della tubazione, i raccordi, le valvole, i filtri e qualsiasi componente soggetto a pulsazioni. La scelta del compressore deve basarsi sulla pressione alla flangia di aspirazione dopo tali perdite. Anche una modesta restrizione può ridurre il riempimento del cilindro e aumentare il rapporto di compressione, pertanto una tubazione che sembra accettabile a una portata media potrebbe diventare il componente limitante al picco di domanda.
Mantenere la linea di aspirazione il più diretta possibile ed evitare riduttori o valvole restrittive non necessari in prossimità del compressore. Laddove la pulsazione alternata sia significativa, attenersi alle indicazioni del produttore relative allo studio acustico o di pulsazione per quanto riguarda le dimensioni della bombola, la disposizione degli ugelli e la geometria della linea. Un tubo di diametro maggiore può ridurre la velocità, ma da solo non risolve il problema della pulsazione; è necessario analizzare congiuntamente la colonna di gas e l'eccitazione del compressore.
2. Verificare la linea di scarico alla pressione e alla temperatura reali.
La portata volumetrica in uscita è inferiore alla portata volumetrica in aspirazione perché il gas è compresso, ma la temperatura è più elevata e la caduta di pressione rimane comunque rilevante. Valutare ciascun segmento alla sua pressione e temperatura locali. La prima linea dopo un cilindro o uno stadio può avere requisiti di dilatazione termica e pulsazione diversi rispetto alla linea di uscita del refrigeratore. Prevedere flessibilità o supporti come richiesto dal progetto di sollecitazione delle tubazioni senza caricare gli ugelli del compressore oltre i valori consentiti.
Dopo aver confermato le condizioni del campo, rivedere il sito tubazioni del compressore di azoto risorsa per abbinare il requisito a una famiglia di compressori realistica. Il controllo incrociato qui è legato alla dimensione della linea di progettazione delle tubazioni del compressore di azoto valvole.
Se il serbatoio ad alta pressione si trova a una certa distanza dal compressore, è necessario includere la perdita di carico nella linea di regolazione. Il compressore potrebbe raggiungere il limite di mandata mentre il serbatoio rimane al di sotto della pressione desiderata, se la linea è restrittiva. Durante la messa in servizio, è opportuno misurare la pressione differenziale in entrambi i punti per stabilire la pressione differenziale normale a portata nota. Un aumento della pressione differenziale in un secondo momento può indicare una valvola parzialmente chiusa, un'ostruzione del filtro, una restrizione o una variazione della domanda.
3. Predisporre valvole di ritegno e di isolamento per ogni stato operativo
Una valvola di ritegno in scarico impedisce in genere al fluido ad alta pressione di rifluire all'indietro attraverso un compressore fermo. Nei sistemi in parallelo, ogni linea necessita di un dispositivo che impedisca a una macchina in funzione di pressurizzare la linea inattiva in una direzione non prevista. Le valvole di ritegno in aspirazione vengono utilizzate solo quando la logica di processo lo richiede; possono introdurre una restrizione all'ingresso e non dovrebbero essere installate per abitudine. Indicare chiaramente la direzione del flusso e la posizione di guasto sul diagramma P&ID.
Le valvole di isolamento devono consentire la manutenzione senza compromettere la protezione di sicurezza. Esaminare la gamma di valvole per il normale funzionamento, l'avvio, l'arresto, la sostituzione del compressore, l'isolamento del serbatoio, la pulizia del refrigeratore e la manutenzione della strumentazione. Se la chiusura di due valvole può causare l'intrappolamento di gas in un refrigeratore o in un tratto di tubazione, tale volume intrappolato necessita di una strategia definita di protezione dalla pressione o di depressurizzazione. Gli operatori non dovrebbero essere costretti a improvvisare quale valvola mantenga sicura una sezione.
4. Installare gli scarichi dove il liquido può effettivamente raccogliersi
L'azoto può entrare nel compressore a secco, ma il post-raffreddamento può comunque rivelare la presenza di umidità se il trattamento del gas a monte è inadeguato, e le macchine lubrificate a olio potrebbero avere requisiti di separazione. Identificare i separatori, le uscite del refrigeratore, le zone basse delle tubazioni e il fondo dei serbatoi dove potrebbe accumularsi il liquido. I raccordi di scarico devono essere accessibili, protetti dal gelo ove necessario e convogliati verso un sistema di raccolta o smaltimento adeguato, anziché essere lasciati come punti di spurgo manuali aperti.
Uno scarico che non scarica mai non è prova che il sistema sia asciutto. Verificare il funzionamento dello scarico durante la messa in servizio e l'ispezione. Al contrario, una condensa inattesa è un'informazione diagnostica: può indicare un problema all'essiccatore, una variazione di temperatura del refrigeratore o una contaminazione del processo. Monitorare la quantità e l'aspetto della condensa che fuoriesce, laddove il controllo della contaminazione è importante, è fondamentale, anziché considerarla un semplice rifiuto privo di valore ingegneristico.
5. Tubazioni di supporto per pulsazioni, vibrazioni e movimenti termici
I compressori alternativi impongono pulsazioni di pressione e vibrazioni meccaniche che i calcoli per tubazioni a flusso costante non riescono a considerare. Tratti lunghi non supportati, connessioni per strumenti di piccolo diametro e valvole pesanti in prossimità di ugelli vibranti sono problematiche comuni legate alla fatica dei materiali. Per supporti, morsetti, serbatoi di smorzamento delle pulsazioni, elementi flessibili e rinforzi per tubazioni di piccolo diametro, fare riferimento alle linee guida del produttore del compressore e alle specifiche di sollecitazione delle tubazioni. Non utilizzare tubi flessibili non approvati come soluzione universale per la riduzione delle vibrazioni in applicazioni con azoto ad alta pressione.
Per un benchmark delle apparecchiature correlate, consultare il sito compressore industriale N2 opzioni durante la verifica delle ipotesi operative in questa sezione. Il controllo incrociato qui è legato alle valvole di dimensionamento della linea di progettazione delle tubazioni del compressore di azoto.
Anche il tubo di scarico caldo si dilata con l'aumento della temperatura. La strategia di contenimento dovrebbe consentire il movimento termico previsto, controllando al contempo i carichi e le vibrazioni degli ugelli. Ispezionare i supporti durante la prima prova a caldo, poiché il solo allineamento a freddo non è sufficiente a mostrare il comportamento della linea alla temperatura di esercizio. Qualsiasi movimento visibile, impatto o segno di contatto ripetuto deve essere esaminato prima che si trasformi in una cricca da fatica.
6. Proteggere ogni caso credibile di sovrapressione e di blocco
Mappare la massima fonte di pressione che può agire su ogni tubo, scambiatore di calore, filtro, separatore, serbatoio e connessione di strumentazione. Considerare lo scarico del compressore, il riflusso ad alta pressione del serbatoio, l'espansione termica del gas intrappolato e il disallineamento delle valvole, ove plausibile. Il dimensionamento del dispositivo di sicurezza, la pressione di taratura, i materiali e il percorso di scarico devono essere conformi alle normative applicabili e ai principi di progettazione del progetto. Non scegliere mai un punto di taratura per la valvola di sicurezza semplicemente aggiungendo un margine arbitrario al di sopra della normale pressione di esercizio.
Verificare quindi se gli operatori possono isolare un dispositivo di sicurezza mentre l'apparecchiatura protetta rimane in servizio. Se vengono utilizzate doppie valvole di sicurezza o valvole selettrici, la configurazione deve garantire che sia sempre disponibile un percorso di protezione valido. Prima di caricare il compressore, la messa in servizio deve verificare la posizione delle valvole, i numeri di identificazione, le frecce di flusso, il percorso di scarico della valvola di sicurezza e i campi di misura degli strumenti confrontandoli con il diagramma P&ID.
Revisione della progettazione delle tubazioni
| Articolo | Domanda di ingegneria | Segnale di verifica o di decisione |
|---|---|---|
| Tubazione di aspirazione | Qual è la perdita di pressione in ingresso alla portata massima? | La pressione calcolata tra compressore e flangia rimane entro l'intervallo di aspirazione selezionato. |
| Disposizione delle valvole | È possibile isolare le apparecchiature senza creare un volume intrappolato non protetto? | Ogni programma di manutenzione prevede un percorso di scarico o di depressurizzazione definito. |
| Drenaggio | Dove può raccogliersi il liquido dopo il raffreddamento? | I punti più bassi e i divisori sono dotati di scarichi accessibili e funzionali con un percorso adeguato. |
| Protezione dalla pressione | Qual è la fonte di pressione massima per ciascun componente? | La progettazione delle valvole di scarico copre casi credibili di compressore, riflusso, blocco e problemi termici. |
| Annotare la motivazione finale nella richiesta di offerta, nel fascicolo di collaudo o nel registro di manutenzione, in modo che un altro ingegnere possa riprodurre la decisione. | ||
Foglio di lavoro per la verifica del progetto
Completare il ciclo di "Calcolo della perdita di carico nella linea di aspirazione alla portata massima e alla pressione minima della sorgente" documentando causa, risposta e accettazione. Iniziare con "limite di restrizione dell'aspirazione", identificare il comportamento previsto della dimensione della linea di aspirazione e scegliere una seconda osservazione che coinvolga una valvola di ritegno in grado di confermare la stessa conclusione in modo indipendente. Eseguire il controllo senza bypassare i dispositivi di protezione o superare l'intervallo operativo approvato. Se i due segnali non concordano, indagare sulla precisione dello strumento, sullo stato della valvola, sulla perdita di carico, sulla contaminazione, sulle perdite o sulla logica di controllo prima di decidere quale componente necessita di intervento. Una conferma indipendente è preziosa quando l'arresto o la sostituzione sarebbero costosi.
Trasformare la voce di revisione "velocità del gas di controllo" in una fase di accettazione registrata. Identificare dove viene osservata la dimensione della linea di scarico, lo stato operativo in quel momento e quale condizione a monte o a valle potrebbe modificare la valvola di isolamento. Registrare lo strumento, il disegno, la scheda tecnica o l'ispezione fisica utilizzati per stabilire la base. Quindi eseguire l'azione "Calcolare ogni segmento di scarico alla sua pressione e temperatura effettive" in condizioni ripetibili. Se il risultato è in contrasto con il comportamento previsto, sospendere la successiva decisione di progettazione o manutenzione fino a quando la discrepanza non viene spiegata. Ciò fornisce a un altro ingegnere un contesto sufficiente per riprodurre il controllo senza dover fare affidamento sulla memoria o su un'ipotesi non documentata.
Utilizzare la valvola di ritegno come punto di controllo sul campo, collegato alla procedura "Segnare le valvole di ritegno, le valvole di isolamento, i bypass e le posizioni operative normali sul P&ID". Annotare il punto di misurazione o di ispezione, lo stato del gas, il carico del compressore, le posizioni delle valvole pertinenti e il documento che definisce l'accettazione. Verificare contemporaneamente anche il punto di scarico, in modo che un sintomo locale non venga scambiato per un problema dell'intero sistema. La procedura "predisporre isolamento e bypass" è completa solo quando l'osservazione porta a una decisione chiara: accettare, correggere o inoltrare la segnalazione al fornitore. Ripetere il controllo dopo ogni correzione e conservare i valori prima e dopo l'intervento insieme alla documentazione di collaudo o manutenzione.
Utilizzare il sito compressore di azoto per la separazione dell'aria risorsa come secondo controllo durante la traduzione di questo requisito in una specifica del compressore. Il controllo incrociato qui è legato alle valvole di dimensionamento della linea di progettazione delle tubazioni del compressore di azoto.
Verificare la procedura “posizionare gli scarichi nei punti più bassi” creando una condizione controllata in cui la valvola di isolamento e lo sfogo di pressione possano essere interpretati congiuntamente. Stabilizzare il sistema, annotare pressione, temperatura, portata o stato della macchina, a seconda dei casi, e utilizzare strumenti calibrati o ispezioni dirette nei punti indicati. Eseguire la procedura “Aggiungere scarichi accessibili a separatori, uscite del refrigeratore, serbatoi e punti più bassi effettivi” e registrare sia la risposta prevista che quella osservata. Se è richiesto un limite specifico per il modello, ricavarlo dalla documentazione del compressore, del serbatoio, della tubazione, del generatore o del processo selezionato, anziché inserire un valore generico. La documentazione deve dimostrare perché la decisione finale è tecnicamente giustificabile.
confine di sicurezza e verifica
L'azoto ad alta pressione può rilasciare energia rapidamente e può spostare l'ossigeno. La classe di pressione della tubazione, lo spessore della parete, il materiale, il metodo di giunzione, il dimensionamento delle valvole di sicurezza e la progettazione dei supporti richiedono l'applicazione del codice di ingegneria e dei calcoli di progetto. Non allentare mai una flangia, un raccordo per strumenti, uno scarico o il coperchio di una valvola per verificare se una linea è pressurizzata. Isolare, depressurizzare attraverso il percorso previsto e verificare che l'energia sia pari a zero prima di aprire il confine di pressione.
Lista di controllo per la progettazione delle tubazioni
- Calcolare la perdita di carico nella linea di aspirazione alla portata massima e alla pressione minima della sorgente.
- Calcolare la pressione e la temperatura effettive di ciascun segmento di scarico.
- Contrassegnare le valvole di ritegno, le valvole di intercettazione, i bypass e le posizioni operative normali sul diagramma P&ID.
- Aggiungere scarichi accessibili in corrispondenza dei separatori, delle uscite dei refrigeratori, dei ricevitori e dei punti più bassi.
- Esaminare la pulsazione alternata, i supporti, i collegamenti di piccolo diametro e la dilatazione termica.
- Verificare la presenza di uno sfogo di pressione per ogni componente e per ogni gamma di valvole affidabili.
Domande sulle tubazioni dell'azoto
Il tubo dell'azoto deve avere lo stesso diametro del raccordo del compressore?
Non automaticamente. La dimensione del raccordo è solo un'interfaccia. Il diametro del tubo deve essere verificato in base alla perdita di pressione, alla velocità, alla pulsazione, alla progettazione meccanica e all'inviluppo di flusso richiesto.
Dove deve essere installata la valvola di ritegno di scarico?
Posizionarlo in modo da impedire un indesiderato flusso inverso proveniente da serbatoi a valle o apparecchiature in parallelo, preservando al contempo le necessarie funzioni di scarico e isolamento. La posizione esatta deve essere conforme al diagramma P&ID e alle specifiche del fornitore del compressore.
I sistemi di azoto secco necessitano di scarichi?
È comunque necessario considerare le potenziali fonti di liquido. Post-refrigeratori, guasti ai sistemi di trattamento a monte, interventi di manutenzione o infiltrazioni di liquido possono generare liquido, pertanto i punti più bassi e le apparecchiature di separazione dovrebbero essere dotati di una strategia di drenaggio specifica.
Regola di progettazione delle tubazioni
Una buona progettazione delle tubazioni del compressore di azoto mantiene la pressione di aspirazione disponibile, gestisce le perdite di scarico e le pulsazioni, consente un isolamento prevedibile delle valvole, rimuove il liquido dai punti di raccolta effettivi e protegge ogni confine di pressione. Considerare il P&ID, il calcolo della caduta di pressione, l'analisi delle pulsazioni, la progettazione a stress e lo studio delle valvole di sicurezza come parti interconnesse di un unico progetto.
