ג'ניפר קרדילו דנה בהבטחת אמינות המשאבה בשירות שוחקים

שמירה ושיפור האמינות של משאבות המשמשות להובלת חומרים שוחקים יכולים להוות אתגר לא מבוטל, במיוחד ביישומים עתירי אנרגיה. אופטימיזציה של ביצועים וצמצום זמני השבתה הם בראש סדר העדיפויות בתעשיית הנפט והגז - יעדים שניתן להשיג על ידי תכנון תחזוקה והכנסת טכנולוגיית חומרים מודרנית לנכסים קיימים.

בתי זיקוק ומתקני נפט וגז הן על הים והן על הים, משתמשים במשאבות בעלות אנרגיה גבוהה ביישומים רבים כדי לספק מוצרים בקצבי זרימה וגובה גבוהים. לכל יישום יש אתגרים משלו, במיוחד אלה הכוללים חומרים הגורמים לשחיקה, קורוזיה או שחיקה. המשאבות האחראיות על אספקת החומרים הללו נתונות להתקפה מתמדת, ועיצובן משפיע ישירות על עמידותן ויעילותן.

התמודדות עם אתגרים

משאבות בעלות אנרגיה גבוהה, בהגדרה, משתמשות במנועים חשמליים גדולים כדי להניע אותן, ואלה יכולות לתרום חלק ניכר מעלות האנרגיה עבור הפעולה. שיפור היעילות בנקודת אחוז אחת בלבד יכול לספק חיסכון משמעותי. עם זאת, אלה מחווירים לחוסר משמעות בהשוואה להכנסות שעלולות ללכת לאיבוד אם הייצור נאלץ להפסיק עקב השבתת משאבה לא מתוכננת.

ברור, יתירות משאבה מובנית בתכנון של מתקני ייצור אלה, ומאפשרת לשמור על נכסים מבלי להשפיע על התפוקה. עם זאת, יש לצמצם את התדירות של חלונות תחזוקה אלה למינימום כדי לייעל את עלויות התפעול.

תנאי הפעלה שליליים עלולים להוביל לבלאי ושחיקה מוגזמים, שיש לתקן אותם לעיתים קרובות, לפעמים כל כמה חודשים. תיקונים חוזרים ונשנים כאלה יכולים להוביל את המפעילים לבחון את תכנון המשאבה ולהשוות עלויות תחזוקה מול נכס חדש שיכול להציע אמינות ויעילות משופרים.

הערכת עלויות

הוצאות הון וזמני השבתה הקשורים להתקנת נכסי משאבה חדשים שעשויים להיות להם דרישות בסיס וצנרת שונות עלולות להקפיא את המאמצים לשפר את זמינות הציוד. עם זאת, יש נקודת ביניים שיש לשקול בה העיצובים הקיימים מוערכים ומשדרגים כדי לשפר את העמידות תוך הפחתת עלויות התחזוקה. עדיף, אפשרות זו תהיה זולה משמעותית מהשקעה בנכס חדש, שאולי לא יהיה מתוכנן כראוי.

דוגמה לחקר מקרה

בית זיקוק חווה שחיקה מואצת של משאבת הסילון שלו לחיתוך קוק, שגררה עלויות משמעותיות עם זמן ממוצע בין תקלה (MTBF) של שישה עד עשרה חודשים. היישום דרש משאבה שיכולה לספק ראש דיפרנציאלי גבוה ולטפל בנוזלים מגוונים בעלי תכולה משמעותית של קנס שוחקים.

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 בארג).

המשאבה פעלה עם מי פירוק בישול, אשר מורכבים בעיקר ממי שפכים מפעולות אחרות של בתי הזיקוק. בדרך כלל, המים יכולים להכיל קנס קולה ב-2,500ppm ושארית חומרים מאכלים כגון מימן גופרתי.

הפעלה תכופה של המשאבה בקצבי זרימה נמוכים הביאה לנזק למחזור היניקה/פריקה. לאחר כשישה חודשי פעולה, אובדן חומר ממיסב הדחף גרם למעבר הרוטור אל רפידות הדחף, וכתוצאה מכך טמפרטורות מיסבים גבוהות. בדיקות נוספות נמצאו:

שבשבת כניסת האימפלר נשחקה עקב תנאי זרימה לא אופטימליים

שחיקה במהירות גבוהה בכניסת המפזר

שחיקת קורוזיה בצדדי הטבעת השחיקה

שחיקה חמורה של הפיר בנתיבי המים של האימפלר

אובדן משמעותי של חומר במשטחי ריצה

המרווחים היו גדולים ב-300% מהתכנון המקורי

האפשרויות לשיפור מצב זה כוללות החלפת המשאבה במוצר חדש שמשתמש בחומרים ברמה גבוהה יותר, החלפת הרכיבים הפגומים בדומה לדומה, או יישום שינויים עיצוביים מכניים ותיקון החלקים הפגומים באמצעות חומר ציפוי שישפר את העמידות . מבין השלושה הללו, האחרון הוא הפתרון החסכוני ביותר לטווח בינוני עד ארוך.

פתרונות לטווח ארוך

ניתוח סיבת השורש חיוני אם מצבים כאלה ישתפרו. אלא אם כן היה פגם בחומרים המקוריים, החלפת חלקים דומים תגרום לאותה תוצאה. על ידי הבנת הגורם לבעיה, ניתן לספק פתרון לטווח ארוך.

במקרה זה, מרווחי האימפלר הוגדלו בגלל האופי השוחק של המדיה, מה שגרם לגוף המשאבה להישחק. בנוסף, פינות חדות וזוויות נפילות גבוהות של נתיבי זרימת המדיה גרמו לחלקיקים השוחקים לשחוק את חומר הבסיס.

השיפור הראשון הגיע מעיצוב מחדש של טבעות הדחף כדי לצמצם את זוויות הפגיעה ולהסרת פינות חדות. בנוסף, נוספו רדיוסים לחלקי הבלאי.

עם זאת, ניתן להשיג עמידות רבה יותר באמצעות הוספת ציפויים מומחים, שיכולים לשפר את הביצועים והאמינות, בתנאי שהם מיושמים על ידי מרכזי שירות בעלי ידע והבנה מומחים. עבור יישומים שנועדו לשפר את עמידות בפני שחיקה וקורוזיה, נעשה שימוש נפוץ בציפויים של דלק חמצן במהירות גבוהה (HVOF).

מליטה מושלמת

לציפויים שונים יש תכונות הדבקה מעט מגוונות עם מצעים שונים, ולכן חיוני להבין את התנאים הנדרשים להשגת קשר מושלם. קשר ציפויים הוא אחד ההיבטים הקריטיים ביותר להצלחתו בשירות. ככזה, זה צריך להיות במוקד במהלך כל התהליכים הקשורים לציפוי.

בכל פרויקט שיפוץ, ביסוס מפרט התהליך חיוני להצלחת הציפוי לאורך זמן ולעמידותו. זה כולל פירוט של הציוד ופרמטרי התהליך המאושרים, כמו גם המאפיינים הנדרשים לקבלת הציפוי, כגון חוזק המתיחה שלו, מאפייני המיקרו, קשיות וערכי חספוס פני השטח.

על ידי בדיקת מבנה המיקרו והתכונות המכניות של הציפוי, ניתן לוודא שהוא הוחל לפי המפרט הנדרש וכי יספק את כל היתרונות הצפויים בפעולה.

ציפוי מדויק

אם נחזור למשאבה לדוגמה, HVOF הוא תהליך קו ראייה, וכדי לייעל את דיוק היישום, הציפויים יושמו באמצעות זרוע רובוטית המצוידת בציוד ריסוס תרמי אוטומטי. המשטחים החיצוניים ובמידת האפשר גם הפנימיים של האימפלר טופלו בציפוי משאבה עמיד בפני שחיקה, בעוד שעל קדח הפיר הוחל ציפוי נגד התהפכות.

כדי לשפץ את פיר המשאבה למידותיו המקוריות, הוא נבנה מחדש באמצעות תהליך ציפוי HVOF. הציפוי נטחן על פני השטח לממדים המקוריים לפני הרכבה מחדש.

המשאבה המחודשת הותקנה מחדש ונוטרה בקפידה כדי לקבוע את העלייה ב-MTBF. למעשה, המשאבה המשיכה לפעול במשך שנתיים תמימות לפני שנבדקה מחדש לבלאי. על ידי שימוש חוזר בחלקים המקוריים מהמשאבה ושיפור מאפייני הבלאי שלהם עם ציפויים ורכיבים משודרגים המתאימים יותר לדרישות היישום, המרווחים בתותב בלחץ גבוה היו רק 0.002 אינץ' (0.05 מ"מ) גודל גדול לאחר שנתיים של שירות.

בתוך אותו מסגרת זמן, אם המפעיל היה ממשיך להשתמש בחלקי חילוף, המחסנית הייתה משתנה פעמיים בשלב זה. במקום זאת, בית הזיקוק עשה חיסכון משמעותי בעלויות התחזוקה, כמו גם צמצום זמן ההשבתה, על ידי בחירה לשדרג את החלקים עם ציפוי עמיד יותר ושיפור העיצוב המכני של חלק מהחלקים.

ישנם יישומי שאיבה רבים בתחום הנפט והגז הכוללים נוזלים המכילים חומרים שוחקים. אלא אם כן המשאבות תוכננו ונבנו כדי להתמודד עם תנאים מאתגרים אלו, האמינות של ציוד זה עלולה להיות מושפעת באופן מהותי. שינויים בפרמטרים וביישומים של התהליך עלולים לגרום להשפעה של ציוד מדור קודם, וללא התערבות מומחים, או החלפה מלאה, עלויות התחזוקה עלולות לעלות באופן דרמטי.

משאבות באנרגיה גבוהה מהוות השקעה ניכרת, והן צפויות לספק שירות יעיל ואמין, גם בסביבות מאתגרות. על ידי עבודה עם שותף בעל המומחיות והמתקנים של יצרן ציוד מקורי (OEM), המפעילים יכולים להפיק תועלת ממאגר עצום של ידע. הערכה מנוסה יחד עם ניתוח תכנון מומחה מאפשרים ליישם שיפורים בעמידות ובאמינות על משאבות בעלות אנרגיה גבוהה. פתרונות חסכוניים אלה מייצגים הזדמנות אידיאלית להאריך את חיי השירות ולמזער את עלויות התפעול.