Prendi il controllo dei transitori della pompa: avviamenti e viaggi

Le pompe centrifughe sono progettate per un funzionamento stazionario ottimale; tuttavia, le inevitabili deviazioni dallo stato stazionario quando le pompe si avviano e si fermano possono introdurre risposte di pressione drammatiche e spesso pericolose all'interno di un sistema di tubazioni. I transitori della pompa possono essere di routine come l'avvio durante la messa in servizio iniziale o lo spegnimento per manutenzione.

Spesso, il colpo d'ariete o il colpo d'ariete sono associati alla risposta ad alta pressione che segue una rapida chiusura della valvola. In parole povere, la chiusura di una valvola converte la quantità di moto del fluido in pressione mentre il fluido sbatte contro una valvola in chiusura. La pressione risultante potrebbe superare i valori nominali di pressione del tubo o dell'apparecchiatura.

Il fluido che fuoriesce si scontra quindi con il fluido bloccato, provocando un'onda ad alta pressione che si trasmette all'indietro attraverso il sistema causando forze sbilanciate. Questi eventi possono anche causare basse pressioni, con conseguente flusso inverso, condizioni di vuoto o fluidi vaporizzati nei punti più alti del sistema.

Mentre le valvole sono la causa principale della conversione della quantità di moto del fluido in pressione (e viceversa), le pompe causano similmente picchi poiché influenzano il flusso attraverso la pressione che creano. L'aggiunta o la rimozione improvvisa di una fonte di pressione della pompa trasmetterà onde di alta e bassa pressione attraverso un sistema di tubazioni.

Come le chiusure delle valvole, i rapidi cambiamenti nel funzionamento della pompa determinano risposte di pressione e flusso più drammatiche. Il software di modellazione può quantificare questi effetti mentre le onde si trasmettono e interagiscono, offrendo agli ingegneri la flessibilità di modellare un'ampia gamma di cause transitorie delle pompe.

È possibile prevedere molti eventi transitori della pompa. Ciò può accadere durante la messa in servizio iniziale di un sistema, anticipando e seguendo la manutenzione ordinaria o quando si soddisfa la domanda variabile con pompe aggiuntive. Questi transitori di routine dovrebbero seguire una procedura per ridurre al minimo gli effetti transitori negativi attenuando la transizione tra le condizioni operative.

Esistono anche eventi reattivi in ​​cui la pompa risponde a un problema non pianificato, come un guasto dell'apparecchiatura o un'emergenza. La perdita di potenza è spesso lo scenario peggiore, poiché tutti i processi progettati per agevolare la transizione di una pompa da uno stato all'altro non sono disponibili. Le preoccupazioni relative alla perdita di potenza aumentano se la potenza viene ripristinata per riavviare improvvisamente una pompa.

Per più pompe in un unico sistema sono necessarie ulteriori considerazioni, ad esempio le pompe parallele che causano lo sbattimento della valvola di ritegno se una singola pompa scatta. Anche lo scatto o l'avvio simultaneo di tutte le pompe causerà problemi di sovratensione, sebbene più pompe possano fungere da risorsa per la transizione graduale di un sistema tra le condizioni operative quando vengono accese/spente in modo incrementale.

I transitori della pompa possono essere distinti in due categorie: controllati e non controllati.

I transitori controllati della pompa utilizzano un controller esterno, come un azionamento a frequenza variabile (VFD), per facilitare una pompa tra gli stati controllandone la velocità. Ciò consente all'operatore di accelerare gradualmente il fluido per provocare una risposta alla pressione meno drammatica. Modifiche graduali al sistema sono più facili anche per i sistemi di protezione come le valvole di ritegno, evitando effetti transitori secondari. I transitori controllati potrebbero essere modellati come velocità della pompa in funzione del tempo per replicare un VFD.

I transitori controllati richiedono alimentazione per controllare la pompa. Tuttavia, in seguito a una perdita di potenza, la velocità della pompa viene dettata dal sistema. Uno scatto della pompa per perdita di potenza dimostra un transitorio incontrollato della pompa.

Non controllato non implica che il transitorio della pompa sia imprevedibile, ma che il comportamento della pompa è dettato dal sistema piuttosto che da un controller elettronico ottimizzato. Ad esempio, l'avvio di routine di una pompa potrebbe iniziare con una valvola parzialmente chiusa o una valvola di ritegno per evitare il runout, quindi la valvola verrebbe aperta gradualmente per raggiungere il punto di funzionamento previsto. Sebbene il processo complessivo sia di routine, la pompa viene semplicemente accesa e sviluppa il flusso in base al sistema circostante.

Sebbene i VFD offrano un approccio di mitigazione dei picchi, gli ingegneri possono analogamente mitigare i picchi comprendendo i meccanismi sottostanti dei transitori incontrollati della pompa. Questa comprensione è fondamentale in circostanze di perdita di potenza in cui non esistono alternative al controllo della pompa.