Jennifer Cardillo raspravlja o osiguravanju pouzdanosti crpke u radu s abrazivom

Održavanje i poboljšanje pouzdanosti crpki koje se koriste za transport abrazivnih medija može predstavljati znatan izazov, posebno u visokoenergetskim primjenama. Optimiziranje performansi i smanjivanje zastoja visoki su prioriteti u industriji nafte i plina – ciljevi koji se mogu postići planiranjem održavanja i uvođenjem tehnologije modernih materijala u postojeću imovinu.

Rafinerije te postrojenja za naftu i plin, kako na kopnu, tako i na moru, koriste visokoenergetske pumpe u brojnim primjenama za isporuku proizvoda pri visokim brzinama protoka i visini. Svaka primjena ima svoje izazove, posebno one koje uključuju materijale koji uzrokuju eroziju, koroziju ili abraziju. Pumpe odgovorne za isporuku ovih materijala pod stalnim su napadima, a njihov dizajn izravno utječe na njihovu trajnost i učinkovitost.

Suočavanje s izazovima

Visokoenergetske pumpe, po definiciji, koriste velike električne motore za pogon, a oni mogu pridonijeti značajnom udjelu troškova energije za rad. Poboljšanje učinkovitosti za samo jedan postotak može donijeti značajne uštede. Međutim, oni su beznačajni u usporedbi s prihodom koji se može izgubiti ako se proizvodnja mora zaustaviti zbog neplaniranog zastoja pumpe.

Jasno je da je redundancija pumpi ugrađena u dizajn ovih proizvodnih pogona, što omogućuje održavanje imovine bez utjecaja na učinak. Međutim, učestalost ovih prozora održavanja mora biti minimalna kako bi se optimizirali tekući troškovi.

Nepovoljni radni uvjeti mogu dovesti do prekomjernog trošenja i erozije, što je potrebno često otklanjati, ponekad svakih nekoliko mjeseci. Takvi popravci koji se ponavljaju mogu navesti operatere da pregledaju dizajn crpke i usporede troškove održavanja s novim sredstvom koje bi moglo ponuditi poboljšanu pouzdanost i učinkovitost.

Procjena troškova

Kapitalni izdaci i zastoji povezani s ugradnjom novih crpnih sredstava koja mogu imati različite zahtjeve temelja i cjevovoda mogu stagnirati napore da se poboljša dostupnost opreme. Međutim, postoji središnji put koji bi trebalo razmotriti kada se postojeći dizajni procjenjuju i nadograđuju kako bi se poboljšala trajnost, a istovremeno smanjili troškovi održavanja. Još bolje, ova će opcija biti znatno jeftinija od ulaganja u novu imovinu, koja možda nije tako prikladno dizajnirana.

Primjer studije slučaja

Rafinerija se suočila s ubrzanim trošenjem svoje mlazne pumpe za rezanje koksa, što je stvaralo značajne troškove sa srednjim vremenom između kvarova (MTBF) od šest do deset mjeseci. Primjena je zahtijevala pumpu koja može isporučiti visoku diferencijalnu visinu i rukovati različitim tekućinama koje imaju značajan sadržaj abrazivnih čestica.

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).

Crpka je radila s vodom za odkoksiranje, koja se uglavnom sastoji od otpadne vode iz drugih rafinerijskih procesa. Tipično, voda može sadržavati čestice koksa u količini od 2500 ppm i zaostale korozivne medije kao što je sumporovodik.

Česti rad crpke pri niskim brzinama protoka rezultirao je oštećenjem recirkulacije usisnog/ispusnog sustava. Nakon otprilike šest mjeseci rada, gubitak materijala iz potisnog ležaja uzrokovao je pomak rotora na potisne jastučiće, što je rezultiralo visokim temperaturama ležaja. Daljnjim inspekcijama utvrđeno je:

Ulazna lopatica rotora erodirana zbog uvjeta protoka ispod optimalnog

Abrazija velike brzine na ulazu difuzora

Korozivna erozija na bočnim stranama habajućeg prstena

Teška erozija osovine na vodenim putovima impelera

Značajan gubitak materijala na voznim površinama

Razmaci su bili 300% veći od izvornog dizajna

Opcije za poboljšanje ove situacije uključuju zamjenu crpke novim proizvodom koji koristi materijale višeg stupnja, zamjenu oštećenih komponenti na isti način ili provedbu nekih promjena mehaničkog dizajna i popravak oštećenih dijelova pomoću materijala za oblaganje koji će poboljšati trajnost . Od ova tri, posljednje je srednjoročno i dugoročno najisplativije rješenje.

Dugoročna rješenja

Analiza temeljnih uzroka je neophodna ako se ovakve situacije žele poboljšati. Osim ako nije bilo kvara u izvornim materijalima, zamjena dijelova isti za slične rezultirat će istim ishodom. Razumijevanjem uzroka problema moguće je donijeti dugoročno rješenje.

U ovom slučaju, zazori rotora su povećani zbog abrazivne prirode medija, što je uzrokovalo trošenje tijela pumpe. Osim toga, oštri kutovi i visoki upadni kutovi na stazama protoka medija uzrokovali su trošenje abrazivnih čestica osnovnog materijala.

Prvo poboljšanje došlo je redizajniranjem potisnih prstenova kako bi se smanjili upadni kutovi i uklonili oštri kutovi. Osim toga, habajućim dijelovima dodani su radijusi.

Međutim, veća izdržljivost može se postići dodavanjem specijalnih premaza, koji mogu poboljšati performanse i pouzdanost, pod uvjetom da ih primjenjuju servisni centri koji imaju stručno znanje i razumijevanje. Za primjene namijenjene poboljšanju otpornosti na habanje i koroziju, obično se koriste premazi kisika velike brzine (HVOF).

Savršeno lijepljenje

Različiti premazi imaju neznatno različita svojstva prianjanja s različitim podlogama, stoga je bitno razumjeti uvjete potrebne za postizanje savršenog prianjanja. Veza premazi je jedan od najkritičnijih aspekata uspjeha u radu. Kao takav, trebao bi biti u fokusu tijekom svih procesa povezanih s premazivanjem.

U svakom projektu obnove, utvrđivanje specifikacija procesa ključno je za dugoročni uspjeh i trajnost premaza. To uključuje detaljiziranje odobrene opreme i parametara procesa kao i svojstava potrebnih za prihvaćanje premaza, kao što su njegova vlačna čvrstoća, karakteristike mikrostrukture, vrijednosti tvrdoće i hrapavosti površine.

Provjerom mikrostrukture i mehaničkih svojstava premaza moguće je potvrditi da je nanesen u skladu sa zadanim specifikacijama i da će pružiti sve očekivane prednosti u radu.

Precizni premazi

Vraćajući se na primjer crpke, HVOF je proces vidljive linije, a kako bi se optimizirala točnost nanošenja, premazi su naneseni pomoću robotske ruke opremljene opremom za automatizirano termalno raspršivanje. Vanjske i, koliko je to moguće, unutarnje površine rotora obrađene su premazom pumpe otpornim na eroziju, dok je na provrt osovine nanesen premaz protiv žuljanja.

Kako bi se osovina crpke obnovila na izvorne dimenzije, obnovljena je postupkom premazivanja HVOF. Premaz je zatim površinski izbrušen do izvornih dimenzija prije ponovnog sastavljanja.

Obnovljena crpka ponovno je instalirana i pažljivo nadzirana kako bi se utvrdilo povećanje MTBF-a. Zapravo, pumpa je radila pune dvije godine prije nego što je ponovno pregledana zbog istrošenosti. Ponovnom upotrebom originalnih dijelova iz pumpe i poboljšanjem njihovih karakteristika trošenja s poboljšanim premazima i komponentama koje bolje odgovaraju zahtjevima primjene, zazori na visokotlačnoj čahuri bili su samo 0.002 inča (0,05 mm) prevelika veličina nakon dvije godine službe.

Unutar istog vremenskog okvira, da je operater nastavio koristiti zamjenske dijelove, uložak bi u ovom trenutku bio promijenjen dvaput. Umjesto toga, rafinerija je značajno uštedjela u troškovima održavanja, kao i smanjila vrijeme zastoja, odlučivši se za nadogradnju dijelova s ​​trajnijim premazom i poboljšanjem mehaničkog dizajna nekih dijelova.

Postoje mnoge primjene crpljenja u sektoru nafte i plina koje uključuju tekućine koje sadrže abrazivne medije. Osim ako crpke nisu dizajnirane i konstruirane za rukovanje ovim zahtjevnim uvjetima, pouzdanost ove opreme može biti znatno smanjena. Promjene u procesnim parametrima i primjenama mogu uzrokovati nepovoljan utjecaj na naslijeđenu opremu, a bez intervencije stručnjaka ili potpune zamjene, troškovi održavanja mogu dramatično porasti.

Visokoenergetske pumpe predstavljaju značajnu investiciju i od njih se očekuje učinkovita i pouzdana usluga, čak i u izazovnim okruženjima. Radeći s partnerom koji ima stručnost i kapacitete proizvođača originalne opreme (OEM), operateri mogu imati koristi od ogromne rezerve znanja. Iskusna procjena u kombinaciji sa stručnom analizom dizajna omogućuje primjenu poboljšanja u izdržljivosti i pouzdanosti na visokoenergetske pumpe. Ova ekonomična rješenja predstavljaju idealnu priliku za produljenje životnog vijeka i minimiziranje operativnih troškova.