21 Dec 2024

Poprawa niezawodności sprężarki tłokowej

SK Energy : Założona w 1962 roku jako pierwsza firma naftowa w Korei Południowej, SK Energy proizvodi różne produkty naftowe w kompleksie Ulsan o dziennej zdolności rafinacji 840 000 baryłek ropy naftowej, sprzedając je zarówno na rynku krajowym, jak i zagranicznym.

W odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na zwiększoną produkcję, od czasu remontu w 2009 r. trzy sprężarki tłokowe do zwiększania ciśnienia gazu w procesie ciągłego reformowania katalizatora regeneracyjnego (CCR) pracują bez rezerwy i bez wyposażenia zapasowego. zaczął rosnąć z powodu nieoczekiwanych awarii i późniejszych prac konserwacyjnych. W rzeczywistości te trzy sprężarki CCR pochłaniały do 90% całkowitych kosztów konserwacji spośród 100 sprężarek tłokowych w przedsiębiorstwie.

W tym artykule omówiono, w jaki sposób firma SK Energy poradziła sobie zarówno z zarządzaniem procesami, projektowaniem mechanicznym, jak i monitorowaniem stanu sprężarek tłokowych, zwiększając niezawodność tych zasobów i zmniejszając wskaźniki konserwacji.

Opis wyposażenia

W 2005 р. zainstalowano trzy sprężarki tłokowe w procesie reformingu z katalizatorem ciągłej regeneracji (CCR). Sprężarki wspomagające w procesie reformingu CCR pompują wodór bogaty w wodór (H2) z reaktora do instalacji produkcji wodoru.

1. Схема процесу реформи ККР.

Formułowanie problemów

Od czasu modernizacji urządzeń w 2009 r. w celu zwiększenia zdolności produkcyjnej te trzy sprężarki działają bez redundancji. Jednak liczba problemów z samochodami dramatycznie wzrosła. Większość problemów stwierdzono jako uszkodzone zawory i pęknięte tłoki.

Po projekcie modernizacji ciśnienie nie zmieniło się znacząco, ale temperatura na wylocie znacznie wzrosła w porównaniu z początkowymi wskaźnikami. Po zakonczeniu projektu modernizacji poziom temperatury na wylocie został ustawiony na 145 °C.

2. Czynności konserwacyjne sprężarki w okresie od 2009 do 2016 roku.

Rysunek 3. Rozkład trybów odmowy w okresie od 2009 r. до 2016 р.

3. Uszkodzone części w trzech sprężarkach gazu wspomagającego.

Аналіз przyczynowo-skutkowa

Firma SK Energy przeprowadziła analizę przyczynowo-skutkową w celu zidentyfikowania pierwotnej przyczyny problemów z pękniętymi zaworami i burzami, tłokami, obejmując wszystkie aspekty procesu oraz konstrukcji mechanicznej in integralności sprężarki.

Процес

W wyniku przeglądu procesu stwierdzono, że wzrost zawartości tlenku żelaza (III) (Fe 2 O 3) i chlorku (Cl 2) w pyle przyczynia się do polimeryzacji pozostałości oleju zielonego na skutek zmienionych warunków procesu. Stwierdzono również, że stosunek wodoru do węglowodorów (H2 /HC) є єдиним із czynników przyczyniających się do wzrostu ilości lekkich olefin, kolejnym czynnikiem powstawania zielonej ropy.

Rysunek 4. Stosunek H2 /HC w składzie gazu processowego.

Fe 2 O 3 powstał w rurze pod wpływem atmosfery podczas przerwy, a pył Cl 2 powstał w początkowym okresie rozruchu i przy zastosowaniu nowego rodzaju katalizatora or pył Cl 2 są katalizatorami, które prowadzą do powstania lepkiego zielonego oleju. gromadzi się w postaci kondensatu w cylindrze sprężarki.

Konstrukcija mechaniczna i integralność sprzętu

Przed projektem modernizacji zastosowano zawór z koncentrycznym pierścieniowym zaworem odcinającym, ale okazało się, że zawór nie miał wystarczającej wytrzymałości, aby wytrzymać obce substancje.

Zakleszczenie następuje z powodu obcej substancji między płytą zaworu (siodłem) a pierścieniem.

Opóźnione otwarcie i zwiększone ciśnienie między obszarami A i B (patrz rysunek 7).

Zwiększono wyboje i przeskakiwanie między pierścieniem a ogrodzeniem. (Ponieważ sztywność pierścienia zewnętrznego jest najmniejsza, pierścień zewnętrzny łatwo pęka).

Rysunek 5. Awaria zaworu na zaworze odcinającym.

Jedną z unikalnych cech konstrukcyjnych tych sprężarek jest zastosowanie swobodnie pływającego tłoka (FFP).

Rysunek 6. Awaria tłoka spowodowana zielonym olejem.

Poprawiać

Na podstawie wyników badania podjęto takie działania zarówno ze strony procesu, jak i integralności mechanicznej. Ponadto system monitorowania stanu został zmodernizowany w celu doładniejszego monitorowania stanu maszyn.

Процес

Aby zapobiec dalszemu tworzeniu się zielonego oleju, katalizatory, takie jak Fe 2 O 3 i Cl 2, zostały całkowicie usunięte z systemu rurowego i oddzielnego bębna na przewodzie pompowym podczas rutynowej konserwacji.

7. Poprawa czyszczenia rurociągów.

Aby zminimalizować powstawanie zielonego oleju, w processie reformingu zmniejszono ilość lekkich olefin i dostosowano warunki pracy podczas rozruchu w celu zmniejszenia zawartości chlorków (Cl).

Konstrukcija mechaniczna i integralność

Wylotowe zawory odcinające z pierścieniami koncentrycznymi zostały zastąpione zaworami nurnikowymi, które charakteryzują się wysoką niezawodnością w przypadku niepożądanego wnikania płynu i scenariuszy zakleszczenia.

8. Poprawa typu zaworu.

Poprawiono geometryczną konstrukcję tłoka, zwiększając jego wytrzymałość mechaniczną. Ponieważ zmienił się material i metoda produkcji, wytrzymałość wzrosła o około 48% w porównaniu ze stanem pierwotnym, przy zachowaniu niezmienionej wagi.

9. Поправа геометрії.

Ponadto, aby jeszcze bardziej zwiększyć wytrzymałość, proces produkcji tłoków został zmieniony na kucie matrycowe, co spowodowało wzrost wytrzymałości o 26% w porównaniu z pierwotnym projektem.

System monitorowania stanu sprężarki tłokowej

System monitorowania stanu wyjściowego mógł monitorować jedynie drgania ramy i krzyża, a także proste parametry procesa (ciśnienie wlotowe, ciśnienie wylotowe, temperatura wylotu). Ze względu na ograniczone możliwości systemu, nie udało się zdiagnozować pierwotnej przyczyny problemów.

10. Діаграма обладнання в системі Bently Nevada System 1.

Була рекомендована система постійного моніторингу та діагностики поршневого компресора. До неї включалися вимірювання та логіка для встановлених датчиків тиску в циліндрах, двоплощинної позиції стрижня та багатозначного (MEW) ключового фазора. Відповідне програмне забезпечення діагностики, таке як Bently Nevada System 1, дозволяє проводити точну діагностику через аналіз діаграм PV, а також відстежувати події та вібрації компресора для кожного градуса кута повороту колінчастого валу.

У програмному забезпеченні System1, встановленому на повністю інструментованому поршневому компресорі з датчиками тиску в циліндрах та MEW Keyphasor, включені такі розширені діагностичні зміни:

Ефективність об'ємної витрати на виходи

Ефективність об'ємної витрати на вході

Індикована потужність

Адіабатична температура на виході

Об'ємна витрата на виходи

Об'ємна витрата на вході

Середня об'ємна витрата

Адіабатична середня об'ємна витрата

Баланс витрат

Адіабатичний баланс витрат

Потужність до середньої витрати

Індикований обсяг зазору

Втрати потужності на виході

Втрати потужності на вході

За результатами огляду було визначено, що тиск усередині камери має тенденцію збільшити понад нормальні значення, кількість максимального в камері надходження речовини і наступного осідає або утворює відкладення навколо відсіка має клапан, запобігаючи його нормальному функціонуванню. Таким чином, передбачалося, що ефективніше відношення стиснення вище звичайного відношення тиску на виході до тиску на вході через ефект заїдання (липкі клапани), що, у свою чергу, призвело до більшого теплового ефекту стиснення до відкриття клапанів, що забезпечують відсікання.

Зображення 11. Визначення часу обслуговування клапана.

На основі рекомендацій Bently Nevada та технічного огляду встановлені нові датчики наближення положення стрижня та датчики перевірки тиску в шкірній камері для поведінки штока поршня та стану клапана. До покращення цього достатнього кількості даних було недостатньо для точної оцінки. З розширенням параметрів онлайн-моніторингу умов було показано, що вимірювання тиску в камері може надати велику інформацію про стиск, а також стан клапана.

Результат

12. Результати поліпшень.

Незабаром після модернізації установок у 2009 році витрати на технічне обслуговування цих трьох компресорів зросли більш ніж у 30 разів через вищезгадані проблеми з процесом та механікою. Завдяки покращенню системи моніторингу стану в 2016 році, рівень технічного обслуговування зменшено всього до чотирьох інцидентів на рік та випущено тридцять поршнів. Показники є найнижчими за останні 10 років, які успішно пройшли та спільні зусилля в різних сферах діяльності.

Для цього поршневого компресора в процесі реформування CCR такі міркування були ключовими для успішного підвищення надійності:

Процес

• Оптимізація режиму роботи для мінімізації перенесення рідини.

• Промивання трубопровідної системи для зниження каталізатора зеленої олії після перерви.

Механічне проектування

• На основі покращення був необхідний порція з високою міцністю матеріалу на випадок сильних речовин.

• Кільцевий клапан не має достатньої міцності при дії зовнішніх сторонніх речовин.

Моніторинг стану

• Збільшення можливостей обговорення з кількома даними, які виходять із System1 та процесу даних. Розраховані зміни вимірювання тиску дають безліч інформації для кожного положення на машині, що дозволяє здійснювати заходи, що коригують. • Також моніторинг тиску System1 на поточний час для проведення технічного обслуговування клапанів з використанням PV діаграм.

13. Результат заміни клапана.