GÉPÉSZETI ÉS IRÁNYÍTÁSTECHNIKAI KFT Cégj. sz. : Adószám : Levél : Telefon : Fax :
01 09078751 10595394-2-43 H-1680 Budapest, Pf. 157 (1) 216 1500 (1) 216 2500
E-Mail :
[email protected]
Vizsgálati Jelentés Dokumentum sz.: AG 531 1001
Tárgya:
MOL RT Dunai Finomító Makrohidrogénező Üzem 321/3,4 jelű Borsig nyomásfokozó kompresszorok szívó-nyomó vezetékeinek rezgésvizsgálata
Megrendelő: PETROLSZOLG Karbantartó és Szolgáltató Kft SAP szám: 21034411 SCALA szám: A60017 Munkaszám: AG 531/0906 Lapszám: Melléklet:
11 lap A4 1 pld AG 531 2011 sz. Végeselemes Dinamikai Analízis 1 db CD-ROM (teljeskörű dokumentáció)
Budapest, 2006. augusztus 10.
Moumoulidis Ioannis ügyvezető
Tartalomjegyzék
1.
Bevezetés
3
2.
A problémakör jellemzése
3
2.1 A dugattyús kompresszor
3
2.2 A gépalap
4
2.3 A közeg
5
2.3 A csővezeték
6
3.
A 321/3 jelű kompresszor felújítása
7
4.
Helyszíni szemle
7
5.
Végeselemes dinamikai analízis
8
6.
Megállapítások
8
7.
Javító intézkedések
9
7.1 Szükséges intézkedések
9
7.2 Ajánlott intézkedések
10
8.
Záró megjegyzések
10
9.
Hivatkozások jegyzéke
11
10. Felhasznált irodalom
AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
11
2
1.
Bevezetés
A dokumentumok szerint, a 321/3,4 jelű Borsig gyártmányú dugattyús kompresszorok a KKV-nál (megfelelően?) üzemeltek 1967-1989 között, majd 1991-ben a MOL Rt. Dunai Finomító Makrohidrogénező üzemébe lettek telepítve, egy teljesítménynövelő átalakítást követően (a főtengely-teljesítmény 75kW-ról 102kW-ra változott [1]) A MOL Rt. üzemi szakemberei az üzembehelyezés óta kifogásolják a kompresszoregység működését és üzembiztonságát. A megfigyelések szerint, a két kompresszor egyidejű, vagy a 321/3 jelű kompresszor önálló üzemeltetése esetén, a csővezetéki rendszerben szokatlanul erős, emberi érzékeléssel veszélyesnek minősíthető helyi rezgések alakulnak ki, és a 321/3 kompresszort rövid időn belül le kell állítani. Ugyanakkor, a 321/4 jelű kompresszor önálló üzemeltetése során, a csatlakozó csővezetékekben veszélyes mértékű rezgések nem alakulnak ki, és a kompresszor üzeme lényegében kielégítő. Az üzem, a jelenlegi helyzetben kizárólag a 321/4 jelű kompresszor igénybevételére számíthat, amellyel a szükséges szállítókapacitás fele képes biztosítható [2]. A 321/4 kompresszor kiesése és egy ilyen esetben bevethető tartalékkapacitás hiánya, állandó kockázatot jelent és ennek bekövetkezése termelési zavarokat és károkat okozhat.
2.
A problémakör jellemzése
A rezgések keletkezése a dugattyús kompresszor működése során (törvényszerűen) fellépő dinamikus terhelések kiegyensúlyozatlanságának köszönhető. A rezgések közvetítése, terjedése, erősödése, csillapodása vagy elhalása, a rendszert alkotó további tényezők, így a gépalap, az áramló közeg, a csővezetékek dinamikai tulajdonságaitól és a rendszerben érvényesülő kölcsönhatásoktól függ. A következőkben az egyes tényezők szerepét értékeljük. 2.1 A dugattyús kompresszor A rendszerben megfigyelhető rezgéseket, gyorsulásokat, elmozdulásokat stb. a dugattyús kompresszorok alternáló részeinek mozgása, elindulása/megállása, gyorsulása/lassulása okozza, ezek, a dugattyúlöket mindkét végén egyaránt fellépnek. A dugattyú felső holtponti helyzetéből (0°) kiindulva, a dugattyút, dugattyúrudat, keresztfejet, a főtengely forgása során az alsó holtpont (180°) felé húzza, ahol a mozgás sebessége zérus lesz, egyidőben terhelés adódik át a gépállványra, a tehetetlenségi erő, illetve impulzus formájában. Az alsó holtpont utáni szakaszban ugyanez játszódik le fordított irányban és a szakasz végén (360°) a gépállványra ismét terhelés adódik át. AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
3
Ezek az erők, az un. elsődleges kiegyensúlyozatlan erők, főtengely fordulatonként kétszer lépnek fel. Az elsődleges kiegyensúlyozatlan erőket nagy mértékben hatástalanítani lehet egy helyesen méretezett, és a főtengelyen (forgattyúkaron) elhelyezett ellensúly alkalmazásával. Az elsődleges kiegyensúlyozatlan erők nemkívánatos terhelések, mert közvetlenül hatnak a gépalapra, amely esetünkben a 600 1/perc főtengely fordulatszámnál 1200 1/perc ciklusszámú terhelést, azaz 20 Hz frekvenciájú gerjesztőerőt jelent. A gépállványban másodlagos kiegyensúlyozatlan erők is ébrednek, a keresztfej és dugattyú gyorsulása és lassulása következtében. Ezek az erők főtengely fordulatonként négyszer lépnek fel (minden 180°-os tartományban van gyorsulási és lassulási periódus) azaz esetünkben 40 Hz frekvenciájú gerjesztést jelentenek. A kompresszorok dinamikai értékelésénél a másodlagos kiegyensúlyozatlan erők a mértékadóak, hiszen azokat nem lehet ellensúlyokkal csökkenteni, és ezeket az erőket a beton gépalapnak és aláöntésnek kell elnyelnie. A kompresszorok gyártója, az alapozási adatszolgáltatásban, az eredeti (átalakítás előtti állapotra) Pz1max =2,5 t és Pz2 max=0,62 t (függőleges irányú) erőket határoz meg, 10 Hz, illetve 20 Hz frekvenciánál ( [3] 112. o.) 2.2 A gépalap Az említett erők által keltett nemkívánatos gépmozgások megszüntetése, illetve korlátok között tartása döntő befolyással van, a csővezetékekre átszármazó terhelések jellegére és nagyságára. A kellő biztonság nagy tömegű gépalapot követel meg. A gépalap kialakításánál úgy kell eljárni, hogy a talaj, amelyre a gépalap felfekszik, képes legyen a statikus terhelést megtartani és egyidőben a dinamikus terhelést csillapítani. A csillapítást elsősorban a talaj és a gépalap oldalfelületei között, a mozgással szemben fellépő súrlódási ellenállás fejti ki. A kompresszor gépállvány talpa és a gépalap között kötőréteget kell alkalmazni, amelyet nagy kötési szilárdságú habarcsból (pld. epoxy-grout), legalább 25mm vastagságban aláöntéssel készítenek (a kompresszor gyártója 50 mm vastagságot ír elő [3] 111. o.) Az epoxy-grout tökéletes kötést létesít az öntöttvas gépállvány talpa és a vasbeton gépalap között, a teljes érintkezési felületen. A kompresszort természetesen az alapcsavarokkal is le kell horgonyozni a betonalaphoz. Ezzel a kompresszor és a gépalap egyetlen zárt objektummá integrálódik, közöttük relatív elmozdulás nincs, és a teljes géptömeg rendelkezésre áll a dinamikus terhelés csillapítására.
AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
4
A kompresszor és a gépalap közötti kötés lazulása vagy a kötőréteg leválása a gépállványról, a kompresszor nemkívánatos mozgását fogja eredményezni.
2.3 A közeg A rezgések és/vagy a zaj keletkezésének egyik forrása a kompresszor csővezetékeiben áramló gáz pulzálása (ciklikus nyomásváltozása) lehet. A dugattyús kompresszor működése során a dugattyú mozgásával a munkahengerbe gázt szív be, azt komprimálja és egy magasabb nyomáson a munkahengerből, kinyomja. A munkahengerből eltávozó gáz szabályos intervallumokban lép be a kompresszor nyomóvezetékébe, „puffok” szabályos sorozataként. A gáz a maximális nyomásnál hagyja el a munkahengert, ez a löket mentén fellépő legnagyobb dugattyúsebességnél van. A munkahenger nyomószelepéből a gáz kiáramlás megindulása után gyorsan maximumot ér el, majd lelassul és megszűnik. A munkahenger szelepei a nyomáskülönbségek hatására automatikusan működnek. A komprimált gáznak rugalmassága, tömege van, és mozgása során terheli a tartály vagy csővezeték falát. A szívóvezetékben hasonló folyamat játszódik le. Esetünkben, az egyszeres működésű kompresszor dugattyúja, 600 1/perc főtengely fordulatszámnál, 600 1/perc ciklusszámú lüktető terhelést, azaz 10 Hz frekvenciájú gerjesztőerőt ébreszt a csővezetékben. Továbbá, a munkahengerből kinyomott és a lökettérfogattal azonos mennyiségű gázadagnak, a csővezetékben az átmérő és a gáznyomás függvényében meghatározott térfogata lesz, azaz minden egyes puffnak hosszmérete és a 0-max-0 dugattyúsebességet követő hullám formája van. Ugyanez a jelenség lép fel a szívóoldalon is, értelemszerűen ellenkező irányban és puff helyett ez esetben „slukk”-ról van szó. Ahogy a komprimált gáz a csővezetékben, különféle részeken és zavarokon keresztül tovaáramlik, a hullámok alakja megváltozik, és végül eltűnnek (egyesülnek). A hullámzó gázáramlás esetén, a rendszerben kialakulhat az áramlási rezonancia. Egy ilyen rezonancia nemcsak zajt kelt a csővezetékrendszerben, hanem túltöltést, többlet energiafogyasztást, és a szelepet károsító akadozó szelepműködést is okozhat. Az áramlási rezonancia kialakulását és erősségét a csővezeték hossza is befolyásolja. Hosszú szívó- és nyomó csőszakasz kevésbé érzékeny, vagy nem várható ilyen jellegű rezonancia, a rövidebb csőszakaszhoz képest. Az áramlási rezonancia biztos megszüntetését megfelelően méretezett pulzációs csillapító tartályok (puffer tartályok) beépítésével érhetjük el, amelyekbe az áramlást bevezetve, annak hullámjellege megszűnik, az áramlási sebesség csökkenése és a pulzációs energia disszipációja következtében. AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
5
2.4 A csővezeték A csővezeték nagyságrenddel érzékenyebb a gerjesztésekre, mint a gépállvány vagy gépalap, a jóval nagyobb mobilitása és a messze alacsonyabb csillapítóképessége miatt. A kompresszor nemkívánatos mozgása, a dinamikus terhelések kiegyensúlyozatlansága vagy nem kellő mértékű csillapítása következtében, a csatlakozó csővezetékekben, a szívó- és a nyomóvezetékekben egyaránt, káros rezgések alakulhatnak ki. A csővezetéki rezgéseket a kiegyensúlyozatlan gerjesztőerők tartják fenn, és a csővezeték adott esetben, a gerjesztési frekvenciatartományban rezonanciába kerülhet. A tagolt és viszonylag bonyolult csővezetéki rendszernek számos rezonanciapontja van és az e pontokban történő üzemeltetése, lehet a veszélyes vagy a veszélytelen tartományban.
Veszélyes tartományban üzemelés azt jelenti, hogy a csővezetéki rendszer, illetve az adott csőszakasz gerjesztési és mozgási spektrumában az egyes maximumok egybeesnek, azaz ott van mértékadó gerjesztés, ahol a csővezeték mobilitása nagy. Egy „szerencsétlen” egybeesés alkalmas lehet arra, hogy veszélyes rezonancia alakuljon ki az adott helyen, amely a csővezetéki rendszert „berázza”, és akár helyi törést is okozzon a szerkezet kritikus pontjaiban. A feladat tehát, alkalmas módon (számítással vagy méréssel) meghatározni a csővezetéki rendszer rezonancia-frekvenciáit, és kiszűrni a gerjesztőerők üzemi frekvenciatartományában potenciálisan veszélyes rezgésmódokat. Ha a veszélyes rezgésmódok frekvenciái egybeesnek az áramlásból és a kiegyensúlyozatlanságból származó gerjesztőerők frekvenciáival (10/20/40Hz), alkalmas műszaki intézkedésekkel kell és lehet a helyzeten javítani.
AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
6
3.
A 321/3 jelű kompresszor felújítása
A gépcsoport eddigi üzemeltetéséről a bevezetőben sommázott üzemi tapasztalatok mellett, a 321/3 jelű kompresszor felújítása és ezt követő ismételt üzembe helyezése szolgáltat érdemi információkkal. A felújításról készített átadási dokumentáció [4] részletesen beszámol a 2004 év végén, elvégzett javításokról, tartalmazva a berendezés leszerelésétől az üzembe helyezésig végrehajtott feladatokat és a bekövetkezett eseményeket. A felújítás során a kompresszort teljesen szétszerelték. A munkahengert felszabályozták, a keresztfejben a csapot, a hozzátartozó siklócsapágyakkal együtt kicserélték. A főtengely, hajtórúd, dugattyú kopott csapágyait eredeti alkatrészekre cserélték. Elmaradt azonban a lendítőkerék és a főtengely kiegyensúlyozása. A felújított gépet (2004.12.10-én) az ugyancsak felújított, részlegesen újjáépített alapra telepítették a [4] Kompresszoralap felújítása D-terv szerint. Az átadási dokumentáció ([4] 0338955-0338960 sz. naplórészek) szerint, a felújított kompresszort 2004.12.18-án egy 1-órás üresjáratás után terhelés alá helyezték, majd néhány óra múlva „olajnyomás minimumra leállt”. Három nap múlva megismételt próbajáratásnál „kb. 10 perc üzem után erős nyomóoldali vezetékrezgés miatt a gépet le kellett állítani”. Végül, számos javítás (főtengely, keresztfej, stb.) és indítási kísérlet után, a kompresszort sikerült egy 24 órás terhelés alatti próbaüzem alapján az üzemnek átadni (2005.01.20.) A berendezés további történetéről nem állnak rendelkezésünkre bővebb információk, mindenesetre tény, hogy a felújítást követően néhány sikertelen üzembehelyezés során csővezetékrezgés, szeleptörés, alapcsavar szakadás és gépalap károsodás fordult elő.
4.
Helyszíni szemle
A helyszíni szemle során lehetőségünk volt személyes tapasztalatokat szerezni a gépcsoport működéséről, két üzemállapotban. A szemlén sor került a gép üresjárati és terhelés alatti műszeres rezgésmérésére, amit a Petrolszolg szakemberei végeztek el [5], a 321/3 jelű kompresszor különféle pontjaiban. Az üresjárati mérési eredmények rosszabbak a terhelt állapotban mérteknél. Utóbbi mérés általános csapágy- és kuplungkopást jelzett. Különösen rossz állapotra utal a motor hátsó csapágy mérési eredménye. A hajtóműben a csapágyak közepesen kopottak. A lendítőkeréknél a támasztó csapágy és a kompresszor között érzékelhető volt a talaj remegése, ami kiegyensúlyozatlanságra vagy a gépalapozás hibájára utal. AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
7
A gépmozgás, remegés átterjedt a puffertartályra és az olajleválasztáson keresztül a nyomóvezetékre. A járatás során erős helyi rezgéseket tapasztaltunk a csővezetékben, azonban veszélyes mértékűnek értékelhető rezonanciát, a korlátozott idejű (kb. 30 perces) kísérlet ideje alatt nem tapasztaltunk. A kompresszor, a gépalap és a csővezetékek mozgásának mérésére, technikai feltételek hiányában nem került sor. A rendszer szemrevételezése során néhány eltérést tapasztaltunk az alábbiak szerint: - a 321/3 hajtómű kenőolaj nyomása „0” - a kompresszor közvetlenül a gépalapra fekszik, grout-kötés nélkül. - a 321/3 gépalap jobb mellső sarkán sérülés és javítás nyoma, illetve az acélkeret helyi „megerősítése” látható - a 321/3 kompresszor puffertartályainak alátámasztása eltér a 321/4-nél alkalmazottól
5.
Végeselemes dinamikai analízis
A csővezetéki rendszert végeselemes analízissel ellenőriztük. Meghatároztuk a rendszer dinamikai érzékenységét, kiszűrtük a veszélyes rezgésmódokat a mértékadó üzemi (140Hz) frekvenciatartományban, és meghatároztuk a minimálisan szükséges konstrukciós módosításokat [6].
6.
Megállapítások:
(a) A rendszer rezonanciában üzemel, a 321/4 jelű kompresszor önálló üzemeltetése során a veszélytelen tartományban, a két kompresszor egyidejű, illetve a 321/3 kompresszor önálló működése esetén, a veszélyes tartományban. (b) A [6] analízis eredményei igazolják, hogy a csővezetéki rendszernek vannak olyan részei, amelyek az esetünkben mértékadó 10Hz és 20Hz frekvenciájú gerjesztésekre érzékenyek, míg a 40Hz gerjesztésre kevésbé: - 10Hz frekvenciájú gerjesztésekre a csővezetéki rendszer veszélyes állapotba kerül, a rendszer dinamikai érzékenysége (σ/v=959) az átlagérték (σ/v=319) háromszorosa. A 321/3 kompresszor nyomóoldali vezeték gerincvezetékbe csatlakozása közelében levő csúszó alátámasztása (500 sz. csomópont) felett mérhető a legnagyobb sebesség, míg a maximális hajlító-feszültség a nyomóoldali csőszakasz-olajleválasztó csatlakozásában (1520 sz. csomópont) ébred.
AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
8
- 20Hz frekvenciájú gerjesztésekre átlagfeletti dinamikai érzékenységet (σ/v=489) tapasztaltunk. A 321/3 kompresszor szívóoldali vezetékét és az arról leágazó lefúvató vezetéket egymással összekötő merev rúd csatlakozó pontjában (2010 sz. csomópont) mértük a legnagyobb sebességet. A maximális dinamikus hajlítófeszültség a leágazó lefúvató vezeték elzárószerelvény karimás csatlakozásában (1740 sz. csomópont) ébred. - 40Hz rezgésmódban, a rendszer átlagos dinamikai érzékenységet (σ/v=326) mutat, és leginkább igénybevett rész ugyancsak a 321/3 kompresszor szívóoldali lefúvató vezetéke. A legnagyobb sebesség az ívnél (1990 sz. csomópont) a maximális hajlítófeszültség a csatlakozásban ébred (1820 sz. csomópont). A fentiek alapján megállapítható, hogy a rendszer biztonságára, állandósult üzemben, a gáz pulzálása mellett, az elsődleges kiegyensúlyozatlan erők, a veszélyesek. A biztonság szempontjából tehát a kulcstényezők: a gerjesztéseket csökkentő vagy felemésztő pulzációs tartályok, főtengely ellensúly, gépalap, és természetesen a gerjesztett csővezeték dinamikai érzékenysége. (c) A 321/3 jelű kompresszor jelenlegi állapotában, néhány olyan hibát és hiányosságot tartalmaz, amelyek a káros események kialakulását megmagyarázhatják: - Nem igazolt, hogy a megnövelt teljesítményű kompresszornál fellépő nagyobb dinamikai terhelések kiegyenlítését szolgáló eredeti ellensúly ([7] 6.3 tétel) megfelelő, illetve erre vonatkozó dokumentum nem áll rendelkezésünkre. - Nem igazolt a gépalap megfelelősége a nagyobb kiegyensúlyozatlan dinamikai terhelésekkel szemben, illetve erre vonatkozó dokumentum nem áll rendelkezésünkre. - A gépalap és kompresszorállvány kapcsolata hibás, a két rész egymáshoz képest elmozdul. A gépalap sérülése és az alapcsavar szakadása szoros összefüggésben lehet a kötőréteg elmaradásával. Az előfeszített (esetleg túlhúzott) csavarban, a gépalap és a gépállvány közötti relatív elmozdulás különbséggel arányos többletfeszültség lépett fel, amely az előfeszítéssel együtt a csavar anyagának szakadási szilárdságát meghaladta. A 321/3 kompresszor gépalap sérülését és alapcsavar szakadást leszámítva, veszélyes rezonancia okozta katasztrofális eset, ez idáig nem fordult elő, nem utolsó sorban azért, mert egyidejű üzem mindössze néhány alkalommal fordult elő és rövid ideig tartott.
7.
Javító intézkedések
7.1 Szükséges intézkedések: (a) A 321/3 és 321/4 kompresszor főtengely ellensúly ([7] 6.3 tétel) számítása, ellenőrzése, szükség esetén módosítás.
AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
9
(b) A 321/3 és 321/4 kompresszor gépalapok javítása, legalább 25mm vastagságban epoxy-grout kötőréteg alkalmazása a gépállvány és a betonalap között. (c) A 321/3 és 321/4 kompresszor alapcsavarok cseréje egy méretfokozattal nagyobbra. (d) A 321/3 kompresszor főtengely és a lendítőkerék kiegyensúlyozása. (e) A 321/3 hajtómű kenőolaj rendszer javítása. (f) A puffertartályok ellenőrzése számítással vagy méréssel. (g) A 321/3 kompresszor puffertartályainak nyerges alátámasztásánál, az alaplemez és a tartóoszlop között, ~50 mm rezgésszigetelő betét (rétegelt fa párnalemez) alkalmazása.
7.2 Ajánlott intézkedések: (a) A főnyomóvezeték 500 sz. csomópontban levő csúszó csőtartójának átalakítása vagy cseréje merev megfogásúra egyidőben a 321/4 j. kompresszor olajleválasztó utáni csőszakaszában, a lefúvató vezeték leágazás környezetében (390 sz. csomópont), xirányú elmozdulás határolás beépítése ([6] 3.2 pont). Az intézkedés nem megfelelően működő puffertartályok esetén ajánlott (7.1.(f) pont). (b) A 7.1 (a)-(g) intézkedések eredményes végrehajtása után a gépcsoport lehetséges üzemállapotaiban egy teljeskörű rezgésdiagnosztikai vizsgálat és értékelés, a szükséges javítások elvégzése. (c) A 321/3 kompresszor kilépő, nyomóoldali csőszakasz főnyomóvezetékre merőleges bekötésének módosítása, tompaszögű (>135°) áramlás-bevezetést lehetővé tevő csatlakozásra az [6] ajánlása szerint. (d) A D-tervi dokumentáció pontosítása indokolt, mert helyenként (pld. nyomóvezetéki csatlakozások, alátámasztások stb.) nem elhanyagolható eltérés van a megvalósult és a dokumentált állapot között, ami a [6] analízis eredményeit befolyásolhatja.
8.
Záró megjegyzések:
Meghaladja a jelen munka kereteit a felfutás-leállás szakaszok vizsgálata, amely során a berendezés zérus és üzemi fordulatszám között változtatja sebességét, tehát a kiegyensúlyozatlanságból eredő erők frekvenciája felfutás-leállás irányban áthalad az üzemi fordulatszám alatti frekvenciasávban. Belátható, hogy ilyenkor az egybeesések elkerülhetetlenek és elméletileg veszélyes szituáció kialakulása sem zárható ki. Ez a lassúbb lefolyású leállási szakaszra lehet jellemzőbb. AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
10
Ugyancsak nem vizsgáltuk azt az esetet, amikor mindkét gép üzemel. Ilyen esetben csak véletlenül lehet a két kompresszor dugattyúmozgása és a kiegyensúlyozatlanságból eredő gerjesztés azonos fázisban. Dinamikailag az utóbbi eset a kedvezőtlenebb. A 7.1 pontban összefoglalt szükséges javító intézkedések eredményes végrehajtásával biztosítani lehet a kompresszorok biztonságos üzemeltetését és az üzemi hidrogénellátás biztonságát. Figyelembevéve, a 40 éves, nemegyszer (nem igazolt megfelelő minőségben) már átalakított/javított gépcsoport állapotát, tartósan, legfeljebb a jelenlegi teljesítményen [2] és módon történő üzemeltetését javasoljuk (1+1 tartalék). A szükségesnek jelzett szállítókapacitás biztosítása, mindkét kompresszor egyidejű és a maximálishoz (102 kW) közeli terhelésen történő üzemeltetését követeli meg. Ehhez azonban az ismert hibák mellett, a rejtett hibák kimutatása és megszüntetése is szükséges, továbbá a rendszer biztonságát a dinamikai terhelésekkel szemben, a 7.2 (b) rezgésdiagnosztikai vizsgálattal feltétlenül igazolni kell. Véleményünk szerint, a nagyobb szállítókapacitás biztosítására, az előbbiek mellett egy új korszerű kompresszoregység és elosztóhálózat létesítését (is) célszerű megfontolni.
9.
Hivatkozások jegyzéke
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
Borsig kompresszor átalakítása, telex 103/11 (1989.03.08) Kompresszor Adatlapok - jelenlegi és szükséges paraméterek (2005.10.27.) BORSIG 40586 sz. Gépkönyv magyar nyelvű fordítás (1718) BDF-5240 sz. Átadási dokumentáció (2005.01.30.) Rezgés Petrolszolg (2006.03.17.) Alfagas AG 531 2011 sz. Végeselemes dinamikai analízis (2006.08.10.) Triebwerk 4014-820-0 sz. rajz (1965.10.15.)
10. Felhasznált irodalom Paul Manning :
Reciprocating Compressor Vibration, Presentation, September 13, 2002, Technical Associates Aiken, S. C.
John S. Mitchell:
An Introduction to Machinery Analysis and Monitoring, Penn Well Pub Co., 1981.
Édelmayer/Péczely :
Gépalapok hibáinak kimutatása és javítása Karbantartás és Diagnosztika 1995 tavaszi szám
AG 531 1001 Rev1 (2006.08.10.)
11
GÉPÉSZETI ÉS IRÁNYÍTÁSTECHNIKAI KFT Cégj. sz. : Adószám : Levél : Telefon : Fax :
01 09078751 10595394-2-43 H-1680 Budapest, Pf. 157 (1) 216 1500 (1) 216 2500
E-Mail :
[email protected]
AG 531 1001 Vizsgálati Jelentés melléklete
Végeselemes Dinamikai Analízis Dokumentum sz.: AG 531 2011 Tárgy:
MOL RT Dunai Finomító Makrohidrogénező Üzem 321/3,4 jelű Borsig nyomásfokozó kompresszorok szívó-nyomó vezetékeinek rezgésvizsgálata
Lapszám: Melléklet:
8 lap A4 1 db CD-ROM
Budapest, 2006. augusztus 10.
Moumoulidis Ioannis okl. gm. mű-i szakértő MK 01-11332 / G-D-33, G-D-63
Tartalomjegyzék
1.
Bevezetés
3
2.
A dinamikai érzékenység
3
3.
Végeselemes Dinamikai Analízis
4
3.1 Jelenlegi állapot
7
3.2 Módosított állapot
7
Hivatkozások
8
4.
AG 531 2011 Rev1 (2006.08.10.)
2
1. Bevezetés A vizsgálat tárgya, a MOL Rt a MOL Rt. Dunai Finomító Makrohidrogénező üzemébe telepített, 321/3,4 jelű Borsig dugattyús kompresszor szívó-nyomó vezetékeinek dinamikai vizsgálata. Az üzemi szakemberek az üzembehelyezés óta, kifogásolják a kompresszoregység üzembiztonságát. A megfigyelések szerint, a két kompresszor egyidejű, valamint a 321/3 jelű kompresszor önálló üzemeltetése esetén, a csővezetéki rendszerben szokatlanul erős, emberi érzékeléssel veszélyesnek minősíthető helyi rezgések alakulnak ki és a 321/3 kompresszort rövid időn belül le kell állítani. A rezgések keletkezése a dugattyús kompresszor működése során (törvényszerűen) fellépő dinamikus terhelések kiegyensúlyozatlanságának köszönhető. A rezgések közvetítése, terjedése, erősödése, csillapodása vagy elhalása, a rendszert alkotó további tényezők, így a gépalap, az áramló közeg, a csővezetékek dinamikai tulajdonságaitól és a rendszerben érvényesülő kölcsönhatásoktól függ. Az [1] vizsgálati jelentésben a rezgésekért felelős tényezők szerepét és hatását értékeltük. A jelen munka keretében a csővezetéki rendszert végeselemes analízissel ellenőriztük. Ennek során a mértékadó üzemi (1-40Hz) frekvenciatartományban ([1] 2.4) meghatároztuk a csővezetéki rendszer dinamikai érzékenységét és kiszűrtük a gerjesztőerők üzemi frekvenciatartományában potenciálisan veszélyes csővezetéki rezgésmódokat.
2.
A dinamikai érzékenység
A dinamikai érzékenység meghatározásának számítási módszere [2] , a rezgő rendszer mozgási energiája és a rugalmas feszültségekben tárolt potenciális energiája között fennálló összefüggésen alapul. Nevezetesen, a rezgő rendszer mozgási energiája, zérus elmozdulásnál és maximális sebességnél azonos kell legyen, a rendszerben zérus sebességnél és maximális elmozdulásnál tárolt rugalmas energiával. Ez a törvényszerűség, a rezgéssebesség és a dinamikus (hajlítási) feszültségek között fennálló összefüggésre utal, amely az alapja a rezgésmódok „Stress per Velocity” (feszültség/sebesség arány) szemléletű érzékenységi vizsgálatának, és a vizsgált rendszerre potenciálisan veszélyes, nagy kockázatú rezgésmódok, illetve gerjesztési frekvenciák kiszűrésének. A rendszer dinamikai érzékenysége, bármely rezgésmódnál, a rendszerben ébredő maximális váltakozó hajlítófeszültség és a maximális rezgéssebesség hányadosával jellemezhető. A rendszer dinamikai érzékenysége szempontjából legkedvezőtlenebb esetet, a legnagyobb feszültség/sebesség arányt mutató rezgésmód képviseli.
AG 531 2011 Rev1 (2006.08.10.)
3
3.
Végeselemes dinamikai analízis
A csővezetéki rendszer végeselemes modellezését és a tárgyalt módszer szerinti dinamikai analízisét az SST Caepipe Piping Stress Analysis (V 5.13) programmal végeztük el. A modell tartalmazza a kompresszorok szoros környezetében valamennyi fontos szerkezeti részt, továbbá a szívó-, nyomó csővezetékeket és az azokhoz csatlakozó leágazásokat oly terjedelemben, amely biztosítja a vizsgálat fókuszában álló gépcsoport „közeltér” zavarmentességét.
A dinamikai vizsgálat teljeskörű dokumentációját a jelen vizsgálati jelentés részét képező CD-ROM tartalmazza (a dokumentáció nyomtatott terjedelme közel 2900 oldalt tesz ki). A modell konstrukciós, anyag- méret-, terhelés-, stb. adatait a ”mod” kiterjesztésű file tartalmazza. A számítási eredményeket a ”res” kiterjesztésű file tartalmazza. A dokumentáció részét képező kiértékelő programmal hozzáférhető valamennyi adat és eredmény, a rendszer dinamikai jellemzői és viselkedése részletekbe menően tanulmányozható, amit a rezgésmódok mozgásanimációs megjelenítése messzemenőkig elősegít. A szükségesnek tartott részek, rajzok, jegyzékek, táblázatok, deflektált alakok stb. kinyomtatása a felhasználó által tetszés szerint elvégezhető. AG 531 2011 Rev1 (2006.08.10.)
4
A dinamikai érzékenység mérőszáma, σ / v (psi/ips), ahol - σ (psi)
a maximális feszültség, helyét
jelzi
- v (ips)
a maximális sebesség,
jelzi
helyét
(1000 psi = 69 MPa, 1000 ips = 25,4 m/s, és 1000 psi/ips = 2716 MPa s / m) A továbbiakban a vizsgált rendszerben működő fő gerjesztési frekvenciákra (10/20/40 Hz) kapott eredményeket közöljük. 3.1 Jelenlegi állapot (5312011-A.mod; 5312011-A.res) (a) A csővezetéki rendszerre a 10 Hz erőgerjesztésre kialakuló rezonancia a legveszélyesebb. Ebben a rezgésmódban a rendszer dinamikai érzékenysége (σ/v=959) az átlagérték (σ/v =319) háromszorosa. A 321/3 kompresszor nyomóvezetékének a gerincvezetékbe csatlakozása közelében levő csúszó alátámasztása (500 sz. csomópont) felett mérhető a legnagyobb mozgássebesség. Az alternáló mozgás főiránya a gerincvezetékre merőleges x-irány. A maximális dinamikus hajlítófeszültség a nyomóoldali csőszakasz-olajleválasztó csatlakozásában (1520 sz. csomópont) ébred.
AG 531 2011 Rev1 (2006.08.10.)
5
(b) A 20Hz rezgésmódban az átlagost meghaladó dinamikai érzékenységet (σ/v=489) tapasztaltunk. A 321/3 kompresszor szívóvezetékét és az arról leágazó lefúvató vezetéket egymással összekötő merev rúd csatlakozó pontjában (2010 sz. csomópont) mértük a legnagyobb sebességet. A maximális dinamikus hajlítófeszültség a leágazó lefúvató vezeték elzárószerelvénye karimás csatlakozásában (1740 sz. csomópont) ébred.
AG 531 2011 Rev1 (2006.08.10.)
6
(c) A 40Hz rezgésmódban, a rendszer átlagos dinamikai érzékenységet (σ/v=326) mutat, és leginkább igénybevett rész ugyancsak a 321/3 kompresszor szívóoldali lefúvató vezetéke. A legnagyobb sebesség az ívnél (1990B sz. csomópont) a maximális hajlítófeszültség a csatlakozásban ébred (1820 sz. csomópont).
A 3.1(a) pontban tárgyalt veszélyes 10Hz rezgésmód negligálására, illetve a rezonanciapont elhangolására több lehetőség van, amelyek közül a legegyszerűbben végrehajthatót kell alkalmazni. Egy ilyen intézkedést mutatunk be a következő pontban. 3.2 Módosított állapot A főnyomóvezeték 500 sz. csomóponti csúszó csőtartójának merev megfogásúra történő átalakítása vagy cseréje. A beavatkozás nyomán a rendszerben mobilitás-átrendeződés következik be (5312011-B.mod és 5312011-B.res) A rendszer leginkább érzékeny része a 321/4 jelű kompresszor olajleválasztó utáni csőszakasza lesz, amelynek veszélyes rezgésmódja 9.2Hz-ről 9,7Hz-re változik, a dinamikai érzékenysége σ/v=751-ről 782-re növekszik. Ez utóbbi, a korábbinál 20%-kal alacsonyabb érzékenységet jelent, azonban a 10Hz gerjesztés és a kompresszor közelsége miatt, további beavatkozás szükséges.
AG 531 2011 Rev1 (2006.08.10.)
7
Egy megfelelő választ jelent, ha a 321/4 j. kompresszor olajleválasztó utáni csőszakasza x-irányú elmozdulását lehatároljuk, pld. a lefúvató vezeték leágazás környezetében (390 sz. csomópont). A fentiek szerint módosított állapotban (5312011-C.mod és a 5312011-C.res) a 10 Hz gerjesztési frekvencia közelében nincs veszélyes rezonanciapont a csővezetéki rendszer gépcsoport „közelterében”. A módosítás utáni mobilitás-átrendeződés a 20/40Hz frekvenciájú rezgésmódokban nem eredményezett érdemi változást.
500. sz. csomópontban merev megfogás
390. sz. csomópontban x-irányú elmozdulás-határolás
Megjegyzés: D-tervi izometriák pontosítása indokolt, mert (pld. főnyomóvezeték csatlakozásoknál, alátámasztásoknál stb.) nem elhanyagolható eltérés van a megvalósult és a dokumentált állapot között, ami a jelen vizsgálat eredményeit mindkét irányban befolyásolhatja.
4.
Hivatkozások:
[1] Dr. R.T. Hartlen: [2] Alfagas Kft:
The „Dynamic Susceptibility” Method for Piping Vibration CAEPIPE Users Manual,V 5.1.J, 2003, Appendix E. AG 531 1001 sz. Vizsgálati Jelentés (2006.08.10.)
AG 531 2011 Rev1 (2006.08.10.)
8
