Poprawa niezawodności sprężarki tłokowej

SK Energy : Założona w 1962 roku jako pierwsza firma naftowa w Korei Południowej, SK Energy produkuje 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 r. 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. Schemat procesu reformy CCR.

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 zakończeniu 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. do 2016 r.

3. Uszkodzone części w trzech sprężarkach gazu wspomagającego.

Analiza 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 i integralności sprężarki.

Proces

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) jest jednym z czynników przyczyniających się do wzrostu ilości lekkich olefin, kolejnym czynnikiem powstawania zielonej ropy.

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

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 oraz pył Cl 2 są katalizatorami, które prowadzą do powstania lepkiego zielonego oleju. gromadzi się w postaci kondensatu w cylindrze sprężarki.

Konstrukcja 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 dokładniejszego monitorowania stanu maszyn.

Proces

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 procesie reformingu zmniejszono ilość lekkich olefin i dostosowano warunki pracy podczas rozruchu w celu zmniejszenia zawartości chlorków (Cl).

Konstrukcja 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 materiał i metoda produkcji, wytrzymałość wzrosła o około 48% w porównaniu ze stanem pierwotnym, przy zachowaniu niezmienionej wagi.

9. Poprawa geometrii.

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 procesu (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 циліндрі, двоплощинної позиції стрижня та багатозначного (MEW) ключового фазора. Відповідне програмне забезпечення діагностики, таке як Bently Nevada System 1, дозволяє проводити точну діагностику через аналіз діаграми PV, а також відстежувати події та вібрації компресора для кожного градуса кута повороту колінчастого валу.

У програмному забезпеченні System1, встановленої на повністю інструментованому поршневому компресорі з датчиками тиску в циліндрі та MEW Keyphasor, були включені такі розширені діагностичні змінні:

1. Ефективність об'ємної витрати на виході

1. Ефективність об'ємної витрати на вході

1. Індикована потужність

1. Адіабатична температура на виході

1. Об'ємна витрата на виході

1. Об'ємна витрата на вході

1. Середня об'ємна витрата

1. Адіабатична середня об'ємна витрата

1. Баланс витрати

1. Адіабатичний баланс витрати

1. Потужність до середньої витрати

1. Індикований обсяг зазору

1. Втрати потужності на виході

1. Втрати потужності на вході

За результатами огляду було визначено, що максимальний тиск усередині камери має тенденцію збільшуватися понад нормальні значення, коли в камеру надходить стороння речовина і наступно осідає або утворює відкладення навколо відсікаючого клапана, запобігаючи його нормальному функціонуванню. Отже, передбачалося, що ефективне відношення стиснення вище звичайного відношення тиску на виході до тиску на вході через ефект заїдання (липкі клапани), що, у свою чергу, призводило до більшого теплового ефекту стиску до відкривання клапанів, що заїдають відсікають.

Зображення 11. Визначення часу обслуговування клапана.

На основі рекомендацій Bently Nevada та технічного огляду були встановлені нові датчики наближення положення стрижня та датчики тиску в кожній камері для перевірки поведінки штока поршня та стану клапана. До цього покращення наявних кількісних даних було недостатньо для точної оцінки. З розширенням параметрів онлайн-моніторингу умов було продемонстровано, що вимірювання тиску в камері можуть надати багату інформацію про стиснення, а також стан клапана.

Результат 

12. Результати поліпшень.

Незабаром після модернізації установки у 2009 році витрати на технічне обслуговування цих трьох компресорів зросли більш ніж у 30 разів через вищезгадані проблеми з процесом та механікою. Завдяки покращенням у системі моніторингу стану у 2016 році, рівень технічного обслуговування знизився всього до чотирьох інцидентів на рік та відсутності тріснулих поршнів. Ці показники є найнижчими за останні 10 років, що свідчить про успішні 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 покращень був необхідний поршень з вищою міцністю матеріалу на випадок сторонніх речовин.

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

Моніторинг стану

• Збільшення можливості обговорення з кількісними даними, що надходять із System1 та даних процесу. Розраховані змінні вимірювання тиску надають безліч інформації для кожного положення на машині, що дозволяє вживати заходів, що коректують. • Також моніторинг тиску System1 надав точний час для проведення технічного обслуговування клапанів з використанням PV діаграми.

13. Результат заміни клапана.