Jennifer Cardillo hovorí o zabezpečení spoľahlivosti čerpadla v abrazívnych službách

Udržiavanie a zlepšovanie spoľahlivosti čerpadiel používaných na dopravu abrazívnych médií môže predstavovať značnú výzvu, najmä vo vysokoenergetických aplikáciách. Optimalizácia výkonu a minimalizácia prestojov sú vysoké priority v ropnom a plynárenskom priemysle – ciele, ktoré možno dosiahnuť plánovaním údržby a zavádzaním moderných materiálov do existujúcich aktív.

Rafinérie a ropné a plynárenské zariadenia na aj na mori využívajú vysokoenergetické čerpadlá v mnohých aplikáciách na dodávanie produktov s vysokým prietokom a dopravnou výškou. Každá aplikácia má svoje vlastné výzvy, najmä tie, ktoré sa týkajú materiálov, ktoré spôsobujú eróziu, koróziu alebo abráziu. Čerpadlá zodpovedné za dodávanie týchto materiálov sú neustále vystavené útokom a ich konštrukcia priamo ovplyvňuje ich životnosť a účinnosť.

Riešenie výziev

Vysokoenergetické čerpadlá podľa definície používajú na pohon veľké elektromotory, ktoré môžu prispieť značnou časťou nákladov na energiu na prevádzku. Zlepšenie efektívnosti len o jeden percentuálny bod môže priniesť značné úspory. Tie sú však bezvýznamné v porovnaní s príjmami, ktoré sa môžu stratiť, ak sa výroba musí zastaviť kvôli neplánovaným odstávkam čerpadla.

Je zrejmé, že redundancia čerpadiel je zabudovaná do dizajnu týchto výrobných zariadení, čo umožňuje údržbu aktív bez ovplyvnenia výkonu. Frekvencia týchto údržbových okien však musí byť čo najnižšia, aby sa optimalizovali prevádzkové náklady.

Nepriaznivé prevádzkové podmienky môžu viesť k nadmernému opotrebovaniu a erózii, ktoré je potrebné často, niekedy každých niekoľko mesiacov, odstraňovať. Takéto opakované opravy môžu viesť operátorov k tomu, aby preskúmali konštrukciu čerpadla a porovnali náklady na údržbu s novým aktívom, ktoré by mohlo ponúknuť vyššiu spoľahlivosť a účinnosť.

Posudzovanie nákladov

Kapitálové výdavky a prestoje spojené s inštaláciou nových čerpadiel, ktoré môžu mať odlišné požiadavky na základy a potrubia, môžu stagnovať snahy o zlepšenie dostupnosti zariadení. Existuje však stredná cesta, ktorá by sa mala zvážiť pri posudzovaní a modernizácii existujúcich návrhov, aby sa zlepšila životnosť a zároveň sa znížili náklady na údržbu. Ešte lepšie je, že táto možnosť bude podstatne menej nákladná ako investícia do nového majetku, ktorý nemusí byť vhodne navrhnutý.

Príklad prípadovej štúdie

V rafinérii dochádzalo k zrýchlenému opotrebovaniu tryskového čerpadla na rezanie koksu, čo spôsobilo značné náklady so strednou dobou medzi poruchami (MTBF) šesť až desať mesiacov. Aplikácia si vyžadovala čerpadlo, ktoré by dokázalo dodávať vysoký diferenciál a spracovať rôzne kvapaliny, ktoré mali významný obsah abrazívnych jemných častíc.

Pump specifications were the following: design: 8-stage barrel diffuser (BB5); speed: 4,200rpm; flow: approx. 1,200gpm (273m3/hr); and discharge pressure: >4,000 psig (275 barg).

Čerpadlo pracovalo s odkoksovacou vodou, ktorá pozostáva predovšetkým z odpadových vôd z iných rafinérií. Typicky by voda mohla obsahovať jemný koks v množstve 2 500 ppm a zvyškové korozívne médiá, ako je sírovodík.

Častá prevádzka čerpadla pri nízkych prietokoch mala za následok poškodenie sacej/výtlačnej recirkulácie. Asi po šiestich mesiacoch prevádzky strata materiálu z axiálneho ložiska spôsobila posunutie rotora na axiálne podložky, čo malo za následok vysoké teploty ložiska. Ďalšie kontroly zistili:

Vstupná lopatka obežného kolesa erodovaná v dôsledku neoptimálnych prietokových podmienok

Vysokorýchlostný oder na vstupe difúzora

Korózna erózia na bočných plochách tesniaceho krúžku

Silná erózia hriadeľa na vodných cestách obežného kolesa

Výrazná strata materiálu na jazdných plochách

Vôle boli o 300 % väčšie ako pôvodný dizajn

Možnosti na zlepšenie tejto situácie zahŕňajú výmenu čerpadla za nový produkt, ktorý používa materiály vyššej triedy, výmenu poškodených komponentov rovnakým spôsobom, alebo implementáciu niektorých mechanických zmien konštrukcie a opravu poškodených častí pomocou náterového materiálu, ktorý zvýši životnosť. . Posledné z týchto troch je cenovo najefektívnejším riešením zo strednodobého až dlhodobého hľadiska.

Dlhodobé riešenia

Analýza základných príčin je nevyhnutná, ak sa takéto situácie majú zlepšiť. Pokiaľ sa nevyskytla chyba v pôvodných materiáloch, výmena dielov za rovnaké bude mať za následok rovnaký výsledok. Pochopením príčiny problému je možné poskytnúť dlhodobé riešenie.

V tomto prípade boli vôle obežného kolesa zväčšené abrazívnym charakterom média, čo spôsobilo opotrebovanie telesa čerpadla. Okrem toho ostré rohy a vysoké uhly dopadu dráh toku média spôsobili, že abrazívne častice opotrebovali základný materiál.

Prvé zlepšenie prišlo z prepracovania prítlačných krúžkov, aby sa znížili uhly dopadu a odstránili sa všetky ostré rohy. Okrem toho boli k opotrebovaným častiam pridané polomery.

Väčšiu odolnosť však možno dosiahnuť pridaním špeciálnych náterov, ktoré môžu zlepšiť výkon a spoľahlivosť za predpokladu, že ich aplikujú servisné strediská, ktoré majú odborné znalosti a znalosti. Pre aplikácie určené na zlepšenie odolnosti proti opotrebovaniu a korózii sa bežne používajú povlaky s vysokorýchlostným kyslíkovým palivom (HVOF).

Perfektné lepenie

Rôzne nátery majú mierne odlišné lepiace vlastnosti s rôznymi substrátmi, takže je nevyhnutné pochopiť podmienky potrebné na dosiahnutie dokonalého spojenia. Spojenie náterov je jedným z najdôležitejších aspektov úspechu v prevádzke. Ako taký by mal byť v centre pozornosti počas všetkých procesov spojených s náterom.

V každom projekte renovácie je stanovenie špecifikácií procesu nevyhnutné pre dlhodobý úspech a trvanlivosť náteru. To zahŕňa podrobný popis schváleného zariadenia a parametrov procesu, ako aj vlastností požadovaných na prijatie povlaku, ako je jeho pevnosť v ťahu, charakteristiky mikroštruktúry, tvrdosť a hodnoty drsnosti povrchu.

Kontrolou mikroštruktúry a mechanických vlastností povlaku je možné overiť, že bol aplikovaný podľa požadovaných špecifikácií a že v prevádzke poskytne všetky očakávané výhody.

Presné nátery

Vráťme sa k príkladu čerpadla, HVOF je proces priamej viditeľnosti a na optimalizáciu presnosti aplikácie boli nátery aplikované pomocou robotického ramena vybaveného automatickým zariadením na tepelné striekanie. Vonkajšie a pokiaľ možno aj vnútorné povrchy obežného kolesa boli ošetrené náterom čerpadla odolným proti erózii, pričom vývrt hriadeľa mal nanesený náter proti zadretiu.

Pre renováciu hriadeľa čerpadla na pôvodné rozmery bola prestavaná pomocou procesu povrchovej úpravy HVOF. Povlak bol potom povrchovo zbrúsený na pôvodné rozmery pred opätovným zložením.

Renovované čerpadlo bolo preinštalované a starostlivo monitorované, aby sa zistilo zvýšenie MTBF. V skutočnosti čerpadlo pokračovalo v prevádzke celé dva roky, kým sa znovu skontrolovalo opotrebovanie. Opätovným použitím originálnych dielov z čerpadla a zlepšením ich opotrebenia pomocou vylepšených povlakov a komponentov, ktoré lepšie vyhovujú požiadavkám aplikácie, boli vôle na vysokotlakovom puzdre iba 0.002 palcov (0,05 mm) nadrozmer po dvoch rokoch prevádzky.

V rovnakom časovom rámci, ak by operátor pokračoval v používaní náhradných dielov, kazeta by bola v tomto bode vymenená dvakrát. Namiesto toho rafinéria výrazne ušetrila náklady na údržbu, ako aj minimalizovala prestoje tým, že sa rozhodla vylepšiť diely odolnejším náterom a zlepšiť mechanickú konštrukciu niektorých dielov.

V sektore ropy a zemného plynu existuje veľa čerpacích aplikácií, ktoré zahŕňajú kvapaliny, ktoré obsahujú abrazívne médiá. Pokiaľ nie sú čerpadlá navrhnuté a skonštruované tak, aby zvládli tieto náročné podmienky, spoľahlivosť tohto zariadenia môže byť podstatne ovplyvnená. Zmeny v procesných parametroch a aplikáciách môžu spôsobiť nepriaznivé ovplyvnenie starších zariadení a bez zásahu špecialistu alebo úplnej výmeny sa môžu náklady na údržbu dramaticky zvýšiť.

Vysokoenergetické čerpadlá predstavujú značnú investíciu a očakáva sa, že budú poskytovať efektívne a spoľahlivé služby aj v náročných prostrediach. Spoluprácou s partnerom, ktorý má odborné znalosti a vybavenie pôvodného výrobcu zariadenia (OEM), môžu operátori ťažiť z obrovskej rezervy vedomostí. Skúsené hodnotenie spojené s odbornou návrhovou analýzou umožňujú zlepšenie životnosti a spoľahlivosti čerpadiel s vysokou spotrebou energie. Tieto cenovo výhodné riešenia predstavujú ideálnu príležitosť na predĺženie životnosti a minimalizáciu prevádzkových nákladov.