Дженніфер Карділло розповідає про забезпечення надійності насоса в абразивних роботах

Підтримка та підвищення надійності насосів, що використовуються для транспортування абразивних середовищ, може становити значну проблему, особливо в системах з високим споживанням енергії. Оптимізація продуктивності та мінімізація часу простою є пріоритетними для нафтової та газової промисловості – цілей, яких можна досягти, плануючи технічне обслуговування та запроваджуючи сучасні технології матеріалів для існуючих активів.

Нафтопереробні заводи та нафтогазові установки, як на суші, так і в морі, використовують високоенергетичні насоси в багатьох сферах застосування для доставки продукції з високою швидкістю потоку та високим напором. Кожне застосування має свої проблеми, особливо ті, що стосуються матеріалів, які викликають ерозію, корозію або стирання. Насоси, відповідальні за доставку цих матеріалів, піддаються постійним атакам, і їх конструкція безпосередньо впливає на їх довговічність і ефективність.

Боротьба з проблемами

Високоенергетичні насоси, за визначенням, використовують великі електродвигуни для приводу, і вони можуть спричиняти значну частину витрат енергії на роботу. Підвищення ефективності лише на один відсотковий пункт може забезпечити суттєву економію. Однак вони малозначущі порівняно з прибутком, який можна втратити, якщо виробництво буде зупинено через незапланований простой насоса.

Зрозуміло, що резервування насосів вбудовано в проект цих виробничих потужностей, що дозволяє підтримувати активи без впливу на продуктивність. Однак частоту таких вікон обслуговування потрібно звести до мінімуму, щоб оптимізувати поточні витрати.

Несприятливі умови експлуатації можуть призвести до надмірного зносу та ерозії, які необхідно усувати часто, іноді кожні кілька місяців. Такі повторювані ремонти можуть змусити операторів переглянути конструкцію насоса та порівняти витрати на технічне обслуговування з новим активом, який міг би запропонувати покращену надійність та ефективність.

Оцінка витрат

Капітальні витрати та простої, пов’язані зі встановленням нових насосних активів, які можуть мати різні вимоги до фундаменту та трубопроводів, можуть зупинити зусилля з підвищення доступності обладнання. Однак існує золота середина, яку слід розглянути, коли існуючі конструкції оцінюються та модернізуються для підвищення довговічності, а також зниження витрат на обслуговування. А ще краще, цей варіант буде значно дешевшим, ніж інвестування в новий актив, який може бути не таким належним чином розроблений.

Приклад прикладу

На нафтопереробному заводі спостерігався прискорений знос струминного насоса для різання коксу, що спричиняло значні витрати із середнім часом напрацювання на відмову (MTBF) від шести до десяти місяців. Застосування потребувало насоса, який міг би забезпечувати високий диференціальний напір і працювати з різноманітними рідинами, які мали значний вміст абразивних частинок.

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 бар).

Насос працював з водою для видалення коксу, яка в основному складається зі стічних вод інших операцій нафтопереробки. Як правило, вода може містити коксову дрібну фракцію в кількості 2500 частин на мільйон і залишкові корозійні середовища, такі як сірководень.

Часта робота насоса при низькій швидкості потоку призвела до пошкодження рециркуляції всмоктування/нагнітання. Приблизно через шість місяців експлуатації втрата матеріалу з упорного підшипника призвела до того, що ротор перемістився на упорні колодки, що призвело до високої температури підшипника. Подальші перевірки виявили:

Впускна лопатка робочого колеса розірвана через неоптимальні умови потоку

Високошвидкісне стирання на вході в дифузор

Корозійна ерозія на бокових поверхнях кільця зносу

Сильна ерозія валу в каналах крильчатки

Значні втрати матеріалу на ходових поверхнях

Зазори були на 300% більші, ніж оригінальний дизайн

Варіанти покращення цієї ситуації включають заміну насоса новим продуктом, який використовує матеріали вищого класу, заміну пошкоджених компонентів на аналогічні або внесення деяких механічних змін у конструкцію та ремонт пошкоджених частин із застосуванням матеріалу покриття, що покращить довговічність . З цих трьох останнє є найбільш рентабельним рішенням у середньо- та довгостроковій перспективі.

Довгострокові рішення

Аналіз першопричини має важливе значення, якщо ми хочемо покращити такі ситуації. Якщо не було дефекту в оригінальних матеріалах, заміна деталей на подібні призведе до такого ж результату. Розуміючи причину проблеми, можна знайти довгострокове рішення.

У цьому випадку зазори робочого колеса були збільшені через абразивний характер середовища, що призвело до зносу корпусу насоса. Крім того, гострі кути та високі кути падіння шляхів потоку середовища призвели до того, що абразивні частинки стирають основний матеріал.

Перше вдосконалення відбулося завдяки переробці упорних кілець для зменшення кутів падіння та усунення гострих кутів. Крім того, до деталей, що зношуються, були додані радіуси.

Однак більшої довговічності можна досягти шляхом додавання спеціальних покриттів, які можуть покращити продуктивність і надійність, за умови, що вони наносяться сервісними центрами, які мають експертні знання та розуміння. Для застосувань, призначених для підвищення стійкості до зносу та корозії, зазвичай використовуються покриття високошвидкісного кисневого палива (HVOF).

Ідеальне склеювання

Різні покриття мають дещо різні властивості зчеплення з різними субстратами, тому важливо розуміти умови, необхідні для досягнення ідеального зчеплення. З’єднання покриттів є одним із найважливіших аспектів його успішної експлуатації. Таким чином, він повинен бути в центрі уваги під час усіх процесів, пов’язаних із покриттям.

У кожному проекті реконструкції встановлення специфікацій процесу має важливе значення для довгострокового успіху та довговічності покриття. Це передбачає деталізацію схваленого обладнання та параметрів процесу, а також властивостей, необхідних для прийняття покриття, таких як його міцність на розрив, характеристики мікроструктури, значення твердості та шорсткості поверхні.

Перевіряючи мікроструктуру та механічні властивості покриття, можна переконатися, що воно було нанесено відповідно до необхідних специфікацій і що воно забезпечить усі очікувані переваги в експлуатації.

Прецизійні покриття

Повертаючись до прикладу насоса, HVOF — це процес прямої видимості, і для оптимізації точності нанесення покриття наносилися за допомогою роботизованої руки, оснащеної автоматичним обладнанням для термічного розпилення. Зовнішня і, наскільки це можливо, внутрішня поверхні робочого колеса були оброблені ерозійно-стійким покриттям насоса, тоді як на отвір вала було нанесено антизадирне покриття.

Щоб відремонтувати вал насоса до початкових розмірів, його було відновлено за допомогою процесу покриття HVOF. Потім покриття було відшліфовано до початкових розмірів перед повторним складанням.

Відремонтований насос було перевстановлено та ретельно перевірено, щоб визначити збільшення MTBF. Насправді насос продовжував працювати протягом двох повних років, перш ніж його повторно перевірили на знос. Завдяки повторному використанню оригінальних деталей насоса та покращенню їх характеристик зносу за допомогою вдосконалених покриттів і компонентів, які краще відповідають вимогам застосування, зазори на втулці високого тиску становили лише 0.002 дюйма (0,05 мм) негабарит після двох років служби.

За той самий проміжок часу, якби оператор продовжував використовувати запасні частини, на цьому етапі картридж був би замінений двічі. Натомість нафтопереробний завод значно заощадив витрати на технічне обслуговування, а також мінімізував час простою, вирішивши оновити деталі за допомогою більш міцного покриття та покращивши механічну конструкцію деяких деталей.

У нафтогазовому секторі існує багато застосувань для перекачування рідин, що містять абразивні середовища. Якщо насоси не розроблені та виготовлені для роботи в цих складних умовах, надійність цього обладнання може суттєво вплинути. Зміни в параметрах процесу та застосуванні можуть негативно вплинути на застаріле обладнання, і без втручання спеціаліста або повної заміни витрати на технічне обслуговування можуть різко зрости.

Високоенергетичні насоси становлять значні інвестиції, і очікується, що вони забезпечуватимуть ефективне та надійне обслуговування навіть у складних умовах. Співпрацюючи з партнером, який має досвід і можливості виробника оригінального обладнання (OEM), оператори можуть скористатися величезним запасом знань. Досвідчена оцінка в поєднанні з експертним аналізом конструкції дозволяє підвищити довговічність і надійність насосів з високим енергоспоживанням. Ці економічно ефективні рішення являють собою ідеальну можливість продовжити термін служби та мінімізувати експлуатаційні витрати.