Jennifer Cardillo diskuterer å sikre pumpepålitelighet i slipemiddelservice

Å opprettholde og forbedre påliteligheten til pumper som brukes til å transportere abrasive medier kan representere en betydelig utfordring, spesielt i høyenergiapplikasjoner. Optimalisering av ytelse og minimal nedetid er høy prioritet i olje- og gassindustrien – mål som kan oppnås ved å planlegge vedlikehold og introdusere moderne materialteknologi til eksisterende eiendeler.

Raffinerier og olje- og gassinstallasjoner både på og offshore, bruker høyenergipumper i en rekke bruksområder for å levere produkter med høye strømningshastigheter og trykkhøyde. Hver applikasjon har sine egne utfordringer, spesielt de som involverer materialer som forårsaker erosjon, korrosjon eller slitasje. Pumpene som er ansvarlige for å levere disse materialene er under konstant angrep, og deres design påvirker direkte deres holdbarhet og effektivitet.

Takle utfordringer

Høyenergipumper bruker per definisjon store elektriske motorer for å drive dem, og disse kan bidra med en betydelig andel av energikostnadene for driften. Å forbedre effektiviteten med bare ett prosentpoeng kan gi betydelige besparelser. Disse blekner imidlertid til ubetydelige sammenlignet med inntektene som kan gå tapt dersom produksjonen må stoppe på grunn av uplanlagt nedetid på pumpen.

Det er klart at pumperedundans er innebygd i utformingen av disse produksjonsanleggene, slik at eiendeler kan vedlikeholdes uten å påvirke produksjonen. Hyppigheten av disse vedlikeholdsvinduene må imidlertid holdes på et minimum for å optimalisere driftskostnadene.

Ugunstige driftsforhold kan føre til overdreven slitasje og erosjon, som må utbedres ofte, noen ganger med noen måneders mellomrom. Slike gjentatte reparasjoner kan føre til at operatører vurderer pumpens design og sammenligner vedlikeholdskostnader med en ny ressurs som kan tilby forbedret pålitelighet og effektivitet.

Vurdere kostnader

Kapitalutgifter og nedetid knyttet til installasjon av nye pumpeanlegg som kan ha ulike fundament- og rørkrav kan stagnere innsatsen for å forbedre utstyrets tilgjengelighet. Det er imidlertid en mellomting som bør vurderes der eksisterende design vurderes og oppgraderes for å forbedre holdbarheten og samtidig redusere vedlikeholdskostnadene. Enda bedre, dette alternativet vil være betydelig mindre kostbart enn å investere i en ny eiendel, som kanskje ikke er så hensiktsmessig utformet.

Eksempel på casestudie

Et raffineri opplevde akselerert slitasje på sin koksskjærende jetpumpe, som pådro seg betydelige kostnader med en gjennomsnittlig tid mellom feil (MTBF) på seks til ti måneder. Applikasjonen krevde en pumpe som kunne levere en høy differensialhøyde og håndtere varierte væsker som hadde et betydelig innhold av abrasive finstoffer.

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).

Pumpen drev med avkoksvann, som primært består av avløpsvann fra andre raffinerivirksomheter. Vanligvis kan vannet inneholde finkornet koks ved 2500 ppm og gjenværende etsende medier som hydrogensulfid.

Hyppig drift av pumpen ved lave strømningshastigheter hadde resultert i resirkulasjonsskader ved sug/utløp. Etter omtrent seks måneders drift førte et tap av materiale fra aksiallageret til at rotoren skiftet over på aksialputene, noe som resulterte i høye lagertemperaturer. Ytterligere inspeksjoner funnet:

Impeller innløpsvinge erodert på grunn av sub-optimale strømningsforhold

Høyhastighets slitasje ved diffusorinnløpet

Korrosjonserosjon ved sliteringens sideflater

Alvorlig erosjon av akselen ved impellervannveier

Betydelig tap av materiale ved løpeunderlag

Avstandene var 300 % større enn det opprinnelige designet

Alternativene for å forbedre denne situasjonen inkluderer å bytte ut pumpen med et nytt produkt som bruker materialer av høyere kvalitet, bytte ut de skadede komponentene på samme måte, eller implementere noen mekaniske designendringer og reparere de skadede delene med et beleggmateriale som vil forbedre holdbarheten . Av disse tre er den siste den mest kostnadseffektive løsningen på mellomlang til lang sikt.

Langsiktige løsninger

Grunnårsaksanalyse er avgjørende hvis situasjoner som dette skal forbedres. Med mindre det var en defekt i de originale materialene, vil utskifting av deler som ligner på hverandre resultere i samme resultat. Ved å forstå årsaken til problemet er det mulig å levere en langsiktig løsning.

I dette tilfellet ble løpehjulsklaringene økt på grunn av den slipende naturen til mediet, noe som førte til at pumpekroppen ble slitt bort. I tillegg førte skarpe hjørner og høye innfallsvinkler av mediestrømningsbanene til at de slipende partiklene slitt bort grunnmaterialet.

Den første forbedringen kom fra redesign av trykkringene for å redusere innfallsvinklene og fjerne eventuelle skarpe hjørner. I tillegg ble det lagt radier til slitedelene.

Større holdbarhet kan imidlertid oppnås ved å legge til spesialbelegg, som kan forbedre ytelsen og påliteligheten, forutsatt at de påføres av servicesentre som har ekspertkunnskap og forståelse. For applikasjoner designet for å forbedre slitasje- og korrosjonsbestandighet, brukes høyhastighets oksygenbrensel (HVOF) belegg ofte.

Perfekt binding

Ulike belegg har litt varierte bindingsegenskaper med forskjellige underlag, så det er viktig å forstå betingelsene som kreves for å oppnå en perfekt binding. En beleggbinding er en av de mest kritiske aspektene for suksessen i bruk. Som sådan bør det være i fokus under alle prosesser knyttet til belegg.

I hvert oppussingsprosjekt er det avgjørende å etablere prosessspesifikasjonene for langsiktig suksess og holdbarhet til belegget. Dette innebærer detaljering av godkjent utstyr og prosessparametere samt egenskapene som kreves for aksept av belegget, slik som strekkfasthet, mikrostrukturegenskaper, hardhet og overflateruhetsverdier.

Ved å inspisere mikrostrukturen og de mekaniske egenskapene til belegget, er det mulig å verifisere at det ble påført til nødvendige spesifikasjoner og at det vil gi alle de forventede fordelene i drift.

Presisjonsbelegg

For å gå tilbake til eksempelpumpen, er HVOF en siktlinjeprosess, og for å optimalisere påføringsnøyaktigheten ble beleggene påført ved hjelp av en robotarm utstyrt med automatisert termisk sprayutstyr. De utvendige og, så langt det er mulig, de innvendige overflatene til løpehjulet ble behandlet med et erosjonsbestandig pumpebelegg, mens akselboringen var påført et anti-galling-belegg.

For å pusse opp pumpeakselen til dens opprinnelige dimensjoner, ble den gjenoppbygd ved hjelp av HVOF-beleggingsprosessen. Belegget ble deretter overflateslipt til de opprinnelige dimensjonene før det ble satt sammen igjen.

Den renoverte pumpen ble reinstallert og overvåket nøye for å bestemme økningen i MTBF. Faktisk fortsatte pumpen å gå i to hele år før den ble inspisert på nytt for slitasje. Ved å gjenbruke de originale delene fra pumpen og forbedre sliteegenskapene deres med oppgraderte belegg og komponenter som er bedre tilpasset kravene til applikasjonen, var klaringene på høytrykksbøssingen bare 0.002 tommer (0,05 mm) overdimensjonert etter to års bruk.

Innen samme tidsramme, hvis operatøren hadde fortsatt å bruke reservedeler, ville kassetten blitt byttet to ganger på dette tidspunktet. I stedet hadde raffineriet spart betydelige vedlikeholdskostnader, samt redusert nedetid, ved å velge å oppgradere delene med et mer holdbart belegg og forbedre den mekaniske utformingen av noen av delene.

Det er mange pumpeapplikasjoner i olje- og gasssektoren som involverer væsker som inneholder slipende medier. Med mindre pumpene er designet og konstruert for å håndtere disse utfordrende forholdene, kan påliteligheten til dette utstyret bli betydelig påvirket. Endringer i prosessparametere og applikasjoner kan føre til at eldre utstyr blir negativt påvirket, og uten spesialistintervensjon, eller fullstendig utskifting, kan vedlikeholdskostnadene øke dramatisk.

Høyenergipumper representerer en betydelig investering, og de forventes å levere effektiv og pålitelig service, selv i utfordrende miljøer. Ved å samarbeide med en partner som har ekspertisen og fasilitetene til en originalutstyrsprodusent (OEM), kan operatører dra nytte av en stor reserve av kunnskap. Erfaren vurdering kombinert med ekspertdesignanalyser gjør at forbedringer i holdbarhet og pålitelighet kan brukes på høyenergipumper. Disse kostnadseffektive løsningene representerer en ideell mulighet til å forlenge levetiden og minimere driftskostnadene.