Дженифър Кардило обсъжда осигуряването на надеждност на помпата при абразивно обслужване

Поддържането и подобряването на надеждността на помпите, използвани за транспортиране на абразивни среди, може да представлява значително предизвикателство, особено при високоенергийни приложения. Оптимизирането на производителността и минимизирането на времето за престой са високи приоритети в нефтената и газовата индустрия – цели, които могат да бъдат постигнати чрез планиране на поддръжката и въвеждане на съвременни технологии за материали в съществуващите активи.

Рафинериите и нефтените и газовите инсталации, както на брега, така и в морето, използват високоенергийни помпи в множество приложения, за да доставят продукти при висок дебит и напор. Всяко приложение има свои собствени предизвикателства, особено тези, които включват материали, които причиняват ерозия, корозия или абразия. Помпите, отговорни за доставянето на тези материали, са подложени на постоянна атака и техният дизайн пряко влияе върху тяхната издръжливост и ефективност.

Справяне с предизвикателствата

Високоенергийните помпи по дефиниция използват големи електрически двигатели за задвижване и те могат да допринесат за значителна част от енергийните разходи за работа. Подобряването на ефективността само с един процентен пункт може да доведе до значителни спестявания. Те обаче бледнеят като незначителни в сравнение с приходите, които могат да бъдат загубени, ако производството трябва да спре поради непланиран престой на помпата.

Ясно е, че резервирането на помпата е вградено в дизайна на тези производствени съоръжения, което позволява активите да бъдат поддържани, без да се засяга продукцията. Честотата на тези периоди за поддръжка обаче трябва да бъде сведена до минимум, за да се оптимизират текущите разходи.

Неблагоприятните работни условия могат да доведат до прекомерно износване и ерозия, което трябва да се отстранява често, понякога на всеки няколко месеца. Такива повтарящи се ремонти могат да накарат операторите да прегледат дизайна на помпата и да сравнят разходите за поддръжка с нов актив, който може да предложи подобрена надеждност и ефективност.

Оценяване на разходите

Капиталовите разходи и времето на престой, свързани с инсталирането на нови помпени активи, които може да имат различни изисквания към основата и тръбопроводите, могат да спрат усилията за подобряване на наличността на оборудването. Въпреки това има средно положение, което трябва да се има предвид, когато съществуващите проекти се оценяват и надграждат, за да се подобри издръжливостта, като същевременно се намалят разходите за поддръжка. Още по-добре, тази опция ще бъде значително по-евтина от инвестирането в нов актив, който може да не е толкова подходящо проектиран.

Пример за казус

Една рафинерия изпитваше ускорено износване на своята струйна помпа за рязане на кокс, което налагаше значителни разходи със средно време между отказите (MTBF) от шест до десет месеца. Приложението изисква помпа, която може да осигури висок диференциален напор и да обработва различни течности със значително съдържание на абразивни частици.

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).

Помпата работеше с вода от коксуване, която се състои предимно от отпадъчни води от други операции на рафинерията. Обикновено водата може да съдържа коксови частици при 2500 ppm и остатъчна корозивна среда като сероводород.

Честата работа на помпата при ниски дебити е довела до повреда на рециркулацията на всмукване/нагнетане. След около шест месеца работа, загуба на материал от аксиалния лагер доведе до преместване на ротора върху аксиалните подложки, което доведе до високи температури на лагера. Допълнителни проверки установиха:

Входната лопатка на работното колело е ерозирала поради неоптимални условия на потока

Високоскоростна абразия на входа на дифузора

Корозионна ерозия на страничните повърхности на износващия се пръстен

Силна ерозия на вала във водните пътища на работното колело

Значителна загуба на материал при движещи се повърхности

Разстоянията бяха с 300% по-големи от оригиналния дизайн

Опциите за подобряване на тази ситуация включват подмяна на помпата с нов продукт, който използва материали от по-висок клас, замяна на повредените компоненти по същия начин или внедряване на някои промени в механичния дизайн и ремонт на повредените части с помощта на материал за покритие, който ще подобри издръжливостта . От тези три последното е най-рентабилното решение в средносрочен до дългосрочен план.

Дългосрочни решения

Анализът на първопричината е от съществено значение, ако ситуации като тази ще бъдат подобрени. Освен ако не е имало дефект в оригиналните материали, замяната на части като с подобни ще доведе до същия резултат. Чрез разбиране на причината за проблема е възможно да се осигури дългосрочно решение.

В този случай хлабините на работното колело бяха увеличени поради абразивния характер на средата, което доведе до износване на тялото на помпата. В допълнение, острите ъгли и високите ъгли на падане на пътищата на потока на средата причиняват износване на абразивните частици от основния материал.

Първото подобрение дойде от препроектирането на упорните пръстени, за да се намалят ъглите на падане и да се премахнат всякакви остри ъгли. Освен това към износващите се части са добавени радиуси.

По-голяма издръжливост обаче може да се постигне чрез добавяне на специализирани покрития, които могат да подобрят производителността и надеждността, при условие че се прилагат от сервизни центрове, които имат експертни познания и разбиране. За приложения, предназначени да подобрят устойчивостта на износване и корозия, обикновено се използват покрития с високоскоростно кислородно гориво (HVOF).

Перфектно залепване

Различните покрития имат леко различни свойства на свързване с различните субстрати, така че е важно да се разберат условията, необходими за постигане на перфектна връзка. Свързването на покрития е един от най-важните аспекти на успеха му в експлоатация. Като такъв, той трябва да бъде на фокус по време на всички процеси, свързани с покритието.

Във всеки проект за обновяване установяването на спецификациите на процеса е от съществено значение за дългосрочния успех и издръжливостта на покритието. Това включва детайлизиране на одобреното оборудване и параметрите на процеса, както и свойствата, необходими за приемане на покритието, като неговата якост на опън, микроструктурни характеристики, стойности на твърдост и грапавост на повърхността.

Чрез проверка на микроструктурата и механичните свойства на покритието е възможно да се провери дали то е нанесено според изискваните спецификации и че ще осигури всички очаквани предимства при работа.

Прецизни покрития

Връщайки се към примерната помпа, HVOF е процес на пряка видимост и за оптимизиране на точността на нанасяне, покритията бяха нанесени с помощта на роботизирана ръка, оборудвана с автоматизирано термично оборудване за пръскане. Външните и, доколкото е възможно, вътрешните повърхности на работното колело бяха обработени с устойчиво на ерозия покритие на помпата, докато отворът на вала беше с нанесено покритие против стъргане.

За да се обнови валът на помпата до първоначалните му размери, той беше възстановен с помощта на процеса на нанасяне на покритие HVOF. След това покритието беше повърхностно шлайфано до оригиналните размери, преди да бъде сглобено отново.

Обновената помпа беше преинсталирана и наблюдавана внимателно, за да се определи увеличението на MTBF. Всъщност помпата продължи да работи пълни две години, преди да бъде повторно проверена за износване. Чрез повторно използване на оригиналните части от помпата и подобряване на характеристиките им на износване с подобрени покрития и компоненти, по-подходящи за изискванията на приложението, хлабините на втулката за високо налягане бяха само 0.002 инча (0,05 mm) надценка след две години експлоатация.

В рамките на същия период от време, ако операторът беше продължил да използва резервни части, касетата щеше да бъде сменена два пъти в този момент. Вместо това рафинерията е направила значително спестяване на разходи за поддръжка, както и минимизиране на времето за престой, като е избрала да обнови частите с по-трайно покритие и е подобрила механичния дизайн на някои от частите.

Има много помпени приложения в нефтения и газовия сектор, включващи течности, които съдържат абразивни среди. Освен ако помпите не са проектирани и конструирани да се справят с тези предизвикателни условия, надеждността на това оборудване може да бъде значително засегната. Промените в параметрите на процеса и приложенията могат да доведат до неблагоприятно въздействие върху старото оборудване и без намеса на специалист или пълна подмяна разходите за поддръжка могат да се увеличат драстично.

Високоенергийните помпи представляват значителна инвестиция и от тях се очаква да осигурят ефективно и надеждно обслужване, дори в предизвикателни среди. Работейки с партньор, който има опита и съоръженията на производител на оригинално оборудване (OEM), операторите могат да се възползват от огромен запас от знания. Опитната оценка, съчетана с експертен анализ на дизайна, позволява подобренията в издръжливостта и надеждността да бъдат приложени към високоенергийните помпи. Тези рентабилни решения представляват идеална възможност за удължаване на експлоатационния живот и минимизиране на оперативните разходи.