Jennifer Cardillo bespreekt het garanderen van de betrouwbaarheid van pompen bij schuurtoepassingen

Het behouden en verbeteren van de betrouwbaarheid van pompen die worden gebruikt voor het transport van schurende media kan een aanzienlijke uitdaging vormen, vooral bij toepassingen met hoge energie. Het optimaliseren van de prestaties en het minimaliseren van stilstand zijn hoge prioriteiten in de olie- en gasindustrie; doelen die kunnen worden bereikt door het plannen van onderhoud en het introduceren van moderne materiaaltechnologie in bestaande activa.

Raffinaderijen en olie- en gasinstallaties, zowel on- als offshore, gebruiken hoogenergetische pompen in tal van toepassingen om producten met hoge stroomsnelheden en opvoerhoogte te leveren. Elke toepassing heeft zijn eigen uitdagingen, vooral als het gaat om materialen die erosie, corrosie of slijtage veroorzaken. De pompen die verantwoordelijk zijn voor het leveren van deze materialen worden voortdurend aangevallen en hun ontwerp heeft rechtstreeks invloed op hun duurzaamheid en efficiëntie.

Uitdagingen aanpakken

Hoogenergetische pompen gebruiken per definitie grote elektromotoren om ze aan te drijven, en deze kunnen een aanzienlijk deel van de energiekosten voor de werking voor hun rekening nemen. Het verbeteren van de efficiëntie met slechts één procentpunt kan aanzienlijke besparingen opleveren. Deze vallen echter in het niets vergeleken met de inkomsten die verloren kunnen gaan als de productie moet worden stopgezet vanwege ongeplande stilstand van de pompen.

Het is duidelijk dat pompredundantie is ingebouwd in het ontwerp van deze productiefaciliteiten, waardoor activa kunnen worden onderhouden zonder de productie te beïnvloeden. De frequentie van deze onderhoudsvensters moet echter tot een minimum worden beperkt om de bedrijfskosten te optimaliseren.

Ongunstige bedrijfsomstandigheden kunnen leiden tot overmatige slijtage en erosie, die regelmatig, soms om de paar maanden, moet worden verholpen. Dergelijke repetitieve reparaties kunnen ertoe leiden dat operators het ontwerp van de pomp herzien en de onderhoudskosten vergelijken met een nieuw aanwinst die verbeterde betrouwbaarheid en efficiëntie zou kunnen bieden.

Kosten beoordelen

Kapitaaluitgaven en uitvaltijd die gepaard gaan met de installatie van nieuwe pompinstallaties die mogelijk verschillende funderings- en leidingvereisten hebben, kunnen de inspanningen om de beschikbaarheid van apparatuur te verbeteren stagneren. Er is echter een middenweg die in overweging moet worden genomen wanneer bestaande ontwerpen worden beoordeeld en geüpgraded om de duurzaamheid te verbeteren en tegelijkertijd de onderhoudskosten te verlagen. Beter nog: deze optie zal aanzienlijk goedkoper zijn dan investeren in een nieuw bezit, dat misschien niet zo goed is ontworpen.

Casestudy voorbeeld

Een raffinaderij ondervond een versnelde slijtage van de cokessnijstraalpomp, wat aanzienlijke kosten met zich meebracht met een gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) van zes tot tien maanden. De toepassing vereiste een pomp die een hoge differentiële opvoerhoogte kon leveren en uiteenlopende vloeistoffen kon verwerken die een aanzienlijk gehalte aan schurende fijne deeltjes bevatten.

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).

De pomp werkte met ontkooksingswater, dat voornamelijk bestaat uit afvalwater van andere raffinaderijactiviteiten. Normaal gesproken kan het water fijne cokesdeeltjes van 2500 ppm en resterende corrosieve media zoals waterstofsulfide bevatten.

Veelvuldig gebruik van de pomp bij lage debieten had geleid tot schade aan de zuig-/persrecirculatie. Na ongeveer zes maanden gebruik zorgde materiaalverlies uit het druklager ervoor dat de rotor op de drukblokken verschoof, wat resulteerde in hoge lagertemperaturen. Verdere inspecties vonden:

De inlaatschoep van de waaier is geërodeerd als gevolg van suboptimale stromingsomstandigheden

Schuring bij hoge snelheid bij de diffusorinlaat

Corrosie-erosie aan de zijvlakken van de slijtring

Ernstige erosie van de as bij waaierwaterwegen

Aanzienlijk materiaalverlies op loopvlakken

De speling was 300% groter dan het oorspronkelijke ontwerp

De opties om deze situatie te verbeteren zijn onder meer het vervangen van de pomp door een nieuw product dat materialen van hogere kwaliteit gebruikt, het vervangen van de beschadigde componenten op dezelfde manier, of het implementeren van enkele mechanische ontwerpwijzigingen en het repareren van de beschadigde onderdelen met behulp van een coatingmateriaal dat de duurzaamheid zal verbeteren. . Van deze drie is de laatste de meest kosteneffectieve oplossing op de middellange tot lange termijn.

Oplossingen voor de lange termijn

Als we dit soort situaties willen verbeteren, is een root-cause analyse essentieel. Tenzij er sprake is van een defect in de originele materialen, zal het vervangen van onderdelen op dezelfde manier tot hetzelfde resultaat leiden. Door de oorzaak van het probleem te begrijpen, is het mogelijk een langetermijnoplossing te bieden.

In dit geval werden de spelingen van de waaier vergroot door de schurende aard van de media, waardoor het pomplichaam wegslijt. Bovendien zorgden scherpe hoeken en hoge invalshoeken van de mediastroompaden ervoor dat de schurende deeltjes het basismateriaal wegslijten.

De eerste verbetering kwam voort uit het opnieuw ontwerpen van de drukringen om de invalshoeken te verkleinen en eventuele scherpe hoeken te verwijderen. Bovendien zijn er radiussen toegevoegd aan de slijtdelen.

Een grotere duurzaamheid kan echter worden bereikt door de toevoeging van gespecialiseerde coatings, die de prestaties en betrouwbaarheid kunnen verbeteren, op voorwaarde dat ze worden aangebracht door servicecentra met deskundige kennis en inzicht. Voor toepassingen die zijn ontworpen om de slijtvastheid en corrosieweerstand te verbeteren, worden vaak HVOF-coatings (hogesnelheidszuurstofbrandstof) gebruikt.

Perfecte hechting

Verschillende coatings hebben enigszins uiteenlopende hechtingseigenschappen met verschillende substraten, dus het is essentieel om de omstandigheden te begrijpen die nodig zijn om een ​​perfecte hechting te bereiken. Een coatingverbinding is een van de meest kritische aspecten van het succes ervan. Daarom moet dit centraal staan ​​bij alle processen die met coating te maken hebben.

Bij elk renovatieproject is het vaststellen van de processpecificaties essentieel voor het succes en de duurzaamheid van de coating op de lange termijn. Dit omvat het gedetailleerd beschrijven van de goedgekeurde apparatuur en procesparameters, evenals de eigenschappen die nodig zijn voor de acceptatie van de coating, zoals de treksterkte, microstructuurkenmerken, hardheid en oppervlakteruwheidswaarden.

Door de microstructuur en mechanische eigenschappen van de coating te inspecteren, is het mogelijk om te verifiëren dat deze volgens de vereiste specificaties is aangebracht en dat deze tijdens het gebruik alle verwachte voordelen zal opleveren.

Precisiecoatings

Terugkomend op de voorbeeldpomp: HVOF is een zichtlijnproces en om de nauwkeurigheid van het aanbrengen te optimaliseren, werden de coatings aangebracht met behulp van een robotarm uitgerust met geautomatiseerde thermische spuitapparatuur. De externe en, voor zover mogelijk, de interne oppervlakken van de waaier werden behandeld met een erosiebestendige pompcoating, terwijl de asboring werd voorzien van een anti-vretende coating.

Om de pompas terug te brengen naar de oorspronkelijke afmetingen, werd deze herbouwd met behulp van het HVOF-coatingproces. De coating werd vervolgens aan het oppervlak geslepen tot de oorspronkelijke afmetingen voordat deze opnieuw in elkaar werd gezet.

De gereviseerde pomp werd opnieuw geïnstalleerd en zorgvuldig gecontroleerd om de toename van de MTBF te bepalen. In feite bleef de pomp twee volle jaren draaien voordat deze opnieuw werd geïnspecteerd op slijtage. Door de originele onderdelen van de pomp te hergebruiken en hun slijtage-eigenschappen te verbeteren met verbeterde coatings en componenten die beter geschikt zijn voor de vereisten van de toepassing, waren de spelingen op de hogedrukbus slechts 0.002 inch (0,05 mm) overmaat na twee jaar dienst.

Als de operator binnen hetzelfde tijdsbestek vervangende onderdelen was blijven gebruiken, zou de cartridge op dit punt twee keer zijn vervangen. In plaats daarvan had de raffinaderij een aanzienlijke besparing op de onderhoudskosten gerealiseerd en de stilstandtijd geminimaliseerd door ervoor te kiezen de onderdelen te upgraden met een duurzamere coating en het mechanische ontwerp van sommige onderdelen te verbeteren.

Er zijn veel pomptoepassingen in de olie- en gassector waarbij vloeistoffen betrokken zijn die schurende media bevatten. Tenzij de pompen zijn ontworpen en gebouwd om deze uitdagende omstandigheden aan te kunnen, kan de betrouwbaarheid van deze apparatuur aanzienlijk worden aangetast. Veranderingen in procesparameters en toepassingen kunnen ervoor zorgen dat verouderde apparatuur nadelig wordt beïnvloed, en zonder specialistische tussenkomst of volledige vervanging kunnen de onderhoudskosten dramatisch stijgen.

Hoogenergetische pompen vertegenwoordigen een aanzienlijke investering en er wordt verwacht dat ze een efficiënte en betrouwbare service zullen leveren, zelfs in uitdagende omgevingen. Door samen te werken met een partner die over de expertise en faciliteiten van een Original Equipment Manufacturer (OEM) beschikt, kunnen operators profiteren van een enorme reserve aan kennis. Ervaren beoordelingen in combinatie met deskundige ontwerpanalyses maken het mogelijk verbeteringen in duurzaamheid en betrouwbaarheid toe te passen op hoogenergetische pompen. Deze kosteneffectieve oplossingen bieden een ideale mogelijkheid om de levensduur te verlengen en de bedrijfskosten te minimaliseren.