Дженнифер Кардилло обсуждает обеспечение надежности насосов при работе с абразивами

Поддержание и повышение надежности насосов, используемых для транспортировки абразивных сред, может представлять собой серьезную проблему, особенно в приложениях с высоким энергопотреблением. Оптимизация производительности и минимизация простоев являются высокими приоритетами в нефтегазовой отрасли. Эти цели могут быть достигнуты путем планирования технического обслуживания и внедрения современных технологий материалов на существующие активы.

Нефтеперерабатывающие заводы и нефтегазовые установки, как на суше, так и на море, используют высокоэнергетические насосы во многих приложениях для подачи продуктов с высокими расходами и напорами. Каждое применение имеет свои собственные проблемы, особенно те, которые связаны с материалами, вызывающими эрозию, коррозию или истирание. Насосы, ответственные за подачу этих материалов, постоянно подвергаются атакам, а их конструкция напрямую влияет на их долговечность и эффективность.

Решение проблем

В высокоэнергетических насосах по определению используются большие электродвигатели для их привода, и они могут составлять значительную часть энергетических затрат на эксплуатацию. Повышение эффективности всего на один процентный пункт может привести к существенной экономии. Однако они меркнут по сравнению с доходом, который может быть потерян, если производство придется остановить из-за незапланированного простоя насоса.

Очевидно, что резервирование насосов заложено в конструкцию этих производственных объектов, что позволяет обслуживать активы, не влияя на производительность. Однако частота этих периодов обслуживания должна быть минимальной для оптимизации эксплуатационных расходов.

Неблагоприятные условия эксплуатации могут привести к чрезмерному износу и эрозии, которые необходимо устранять часто, иногда каждые несколько месяцев. Такой повторяющийся ремонт может заставить операторов пересматривать конструкцию насоса и сравнивать затраты на техническое обслуживание с новым активом, который может предложить повышенную надежность и эффективность.

Оценка затрат

Капитальные затраты и время простоя, связанные с установкой новых насосных агрегатов, которые могут иметь другие требования к фундаменту и трубопроводам, могут затормозить усилия по повышению эксплуатационной готовности оборудования. Однако существует золотая середина, которую следует учитывать при оценке и обновлении существующих конструкций для повышения долговечности и одновременного снижения затрат на техническое обслуживание. Более того, этот вариант будет значительно менее затратным, чем инвестирование в новый актив, который, возможно, не спроектирован должным образом.

Пример тематического исследования

На нефтеперерабатывающем заводе наблюдался ускоренный износ струйного насоса для резки кокса, что приводило к значительным затратам, а средняя наработка на отказ составляла от шести до десяти месяцев. Для применения требовался насос, который мог бы обеспечивать высокий перепад давления и перекачивать различные жидкости со значительным содержанием абразивных частиц.

Pump specifications were the following: design: 8-stage barrel diffuser (BB5); speed: 4,200rpm; flow: approx. 1,200gpm (273m3/hr); and discharge pressure: >4000 фунтов на квадратный дюйм (275 бар изб.).

Насос работал на декоксирующей воде, которая в основном состоит из сточных вод других нефтеперерабатывающих предприятий. Обычно вода может содержать коксовую мелочь в концентрации 2500 ppm и остаточные коррозионные среды, такие как сероводород.

Частая работа насоса при низких скоростях потока привела к повреждению системы рециркуляции всасывания/нагнетания. Примерно через шесть месяцев эксплуатации потеря материала из упорного подшипника привела к смещению ротора на упорные подушки, что привело к повышению температуры подшипников. Дальнейшие проверки выявили:

Впускная лопасть рабочего колеса разрушена из-за неоптимальных условий потока.

Высокоскоростное истирание на входе в диффузор.

Коррозионная эрозия на боковых поверхностях щелевого кольца.

Сильная эрозия вала на водных каналах рабочего колеса.

Значительные потери материала на рабочих поверхностях.

Зазоры были на 300% больше, чем в оригинальной конструкции.

Варианты улучшения этой ситуации включают замену насоса на новое изделие, в котором используются материалы более высокого качества, замену поврежденных компонентов аналогичными или внесение некоторых изменений в механическую конструкцию и ремонт поврежденных деталей с использованием материала покрытия, который повысит долговечность. . Из этих трех последнее является наиболее экономически эффективным решением в среднесрочной и долгосрочной перспективе.

Долгосрочные решения

Анализ первопричин имеет важное значение, если мы хотим улучшить подобные ситуации. Если в исходных материалах не было дефектов, замена деталей на аналогичные приведет к тому же результату. Поняв причину проблемы, можно найти долгосрочное решение.

В этом случае зазоры рабочего колеса были увеличены из-за абразивного характера среды, что привело к изнашиванию корпуса насоса. Кроме того, острые углы и большие углы падения траекторий потока среды вызывали истирание абразивными частицами основного материала.

Первое улучшение произошло за счет изменения конструкции упорных колец, чтобы уменьшить углы падения и убрать все острые углы. Кроме того, изнашиваемым деталям были добавлены радиусы.

Однако большей долговечности можно добиться за счет добавления специальных покрытий, которые могут повысить производительность и надежность, при условии, что они наносятся сервисными центрами, имеющими экспертные знания и понимание. Для применений, предназначенных для улучшения износостойкости и коррозионной стойкости, обычно используются покрытия из высокоскоростного кислородного топлива (HVOF).

Идеальное соединение

Различные покрытия имеют слегка различающиеся свойства сцепления с разными подложками, поэтому важно понимать условия, необходимые для достижения идеального сцепления. Соединение покрытий является одним из наиболее важных аспектов его успеха в эксплуатации. Таким образом, он должен быть в центре внимания во всех процессах, связанных с нанесением покрытий.

В каждом проекте реконструкции определение технологических характеристик имеет важное значение для долгосрочного успеха и долговечности покрытия. Это включает в себя детализацию утвержденного оборудования и параметров процесса, а также свойств, необходимых для приемки покрытия, таких как его предел прочности, характеристики микроструктуры, значения твердости и шероховатости поверхности.

Проверяя микроструктуру и механические свойства покрытия, можно убедиться, что оно было нанесено в соответствии с требуемыми характеристиками и обеспечит все ожидаемые преимущества в эксплуатации.

Прецизионные покрытия

Возвращаясь к примеру насоса, HVOF представляет собой процесс прямой видимости, и для оптимизации точности нанесения покрытия наносились с помощью роботизированной руки, оснащенной автоматическим оборудованием для термического напыления. Внешняя и, по возможности, внутренняя поверхности рабочего колеса были обработаны эрозионностойким покрытием насоса, а на отверстие вала нанесено противозадирное покрытие.

Чтобы восстановить вал насоса до его первоначальных размеров, он был восстановлен с использованием процесса нанесения покрытия HVOF. Затем покрытие было отшлифовано до первоначальных размеров перед повторной сборкой.

Восстановленный насос был переустановлен и тщательно контролировался для определения увеличения среднего времени безотказной работы. Фактически насос продолжал работать в течение двух полных лет, прежде чем его повторно проверили на предмет износа. Благодаря повторному использованию оригинальных деталей насоса и повышению их износостойкости с помощью модернизированных покрытий и компонентов, лучше соответствующих требованиям применения, зазоры во втулке высокого давления составили всего 0,002 дюйма. (0,05 мм) превышение размера после двух лет эксплуатации.

За тот же период времени, если бы оператор продолжал использовать запасные части, картридж на этом этапе был бы заменен дважды. Вместо этого завод добился значительной экономии затрат на техническое обслуживание, а также минимизации времени простоя, решив модернизировать детали с помощью более прочного покрытия и улучшив механическую конструкцию некоторых деталей.

В нефтегазовой отрасли существует множество применений перекачивания жидкостей, содержащих абразивные среды. Если насосы не спроектированы и не изготовлены для работы в таких сложных условиях, надежность этого оборудования может существенно пострадать. Изменения в технологических параметрах и приложениях могут привести к негативному воздействию на устаревшее оборудование, а без вмешательства специалиста или полной замены затраты на техническое обслуживание могут резко возрасти.

Высокоэнергетические насосы требуют значительных инвестиций, и ожидается, что они будут обеспечивать эффективную и надежную работу даже в сложных условиях. Работая с партнером, обладающим опытом и возможностями производителя оригинального оборудования (OEM), операторы могут извлечь выгоду из обширного резерва знаний. Опытная оценка в сочетании с экспертным анализом конструкции позволяет повысить долговечность и надежность насосов высокой мощности. Эти экономически эффективные решения представляют собой идеальную возможность продлить срок службы и минимизировать эксплуатационные расходы.