Pochopení konzervovaných motorových čerpadel
Samozřejmě byly napsány svazky o tom, proč čerpadla selhávají. Rovněž není na místě tvrdit, že pokud dojde k požáru čerpadla v důsledku takových poruch, je obvykle zapojena mechanická ucpávka (obr. 1).
Mechanické ucpávky často selhávají v důsledku předchozího namáhání ložiska. V některých případech výrobci těsnění dodávají produkty s úzkými vůlemi mezi obvodem rotujících částí těsnění a průměrem (otvorem) stacionárních částí těsnění. Jsme přesvědčeni, že uživatelé by měli specifikovat těsnění pro uhlovodíkové produkty tak, aby vyhovovaly standardům API (American Petroleum Industry). Jsme také přesvědčeni, že na odchylky od specifikace uživatele nebo platných pokynů (jako je API-682) by měl být kupující upozorněn.
Existují však i jiné způsoby, jak se vyhnout selhání těsnění. Jedním z nich by bylo specifikovat, kdykoli je to možné, odstředivá čerpadla s uzavřeným motorem. Také nazývaná „hermeticky uzavřená“ čerpadla, neobsahují mechanické ucpávky.
Historie zapouzdřených motorových čerpadel Řez zapouzdřeným motorovým čerpadlem je znázorněn na obr. 2. Vývoj těchto odstředivých čerpadel úzce souvisí s rozvojem technologie výroby jaderné energie. Na počátku 50. let vedly bezpečnostní úvahy k vývoji hermeticky uzavřených provozních smyček. Tehdy byl princip konstrukce zapouzdřeného motoru – známý od roku 1914-našel praktické uplatnění.
Brzy poté následovalo uznání výhod těchto čerpadel chemickým průmyslem. Dodatečná poptávka skutečně vytvořila širokou ekonomickou základnu pro výrobu zapouzdřených motorových čerpadel.
V 60. letech 20. století se čerpadla s uzavřeným motorem vyvinula až k bodu standardizace. Rozšiřující se populace a rostoucí životní úroveň v průmyslových i rozvojových zemích vyžadovaly inovativní technologie k řešení náročných a postupně naléhavých problémů ochrany životního prostředí. Součástí odpovědi se stále častěji stávala čerpadla s konzervovanými motory.
Jsme si vědomi toho, že v posledních třech desetiletích bylo dosaženo velkého pokroku v oblasti mechanického těsnění hřídele. Počínaje polovinou 70. let 20. století jsou však stále důležitější ohledy na životní prostředí, konsolidace průmyslu a automatizace procesů. Je to v tomto kontextu —v široké škále úloh spojených s pohybem tekutin— že tradičnější typy těsnění buď poskytují nedostatečnou bezpečnost, nebo představují obavy ze znečištění a ztrát, které již nelze tolerovat.
V některých případech jsou náklady na systémy podpory tuleňů a monitorování neúměrné potenciálnímu úspěchu. Je jen spravedlivé poukázat na existenci služeb, které jednoduše nelze provádět pomocí „otevřených“ nebo konvenčně uzavřených odstředivých čerpadel. Absolutně hermetický transport kapalin pomocí odstředivých čerpadel je možný pouze tam, kde je krouticí moment působící na rotor čerpadla generován externě. Pro splnění tohoto požadavku je zapotřebí pevný externí statorový systém využívající buď elektromagnety nebo permanentní magnety. V některých průmyslových odvětvích mohou konvenčně utěsněná čerpadla ohrozit lidský život a fyzický majetek. Tradičně utěsněná čerpadla tedy nejsou vždy „nejlepší dostupnou technologií“. V souladu s tím, všude tam, kde stav techniky umožňuje tuto ochranu, musí být použité prostředky v souladu s dosaženými výsledky.
A tak, s ohledem na omezení čerpadel „otevřené konstrukce“ (těch s ucpávkou nebo mechanickou hřídelovou ucpávkou), která mohou přispívat ke znečištění vzduchu a vody, měli bychom se snažit důkladně se seznámit s nejmodernějšími hermetickými pohony. techniky pro odstředivá čerpadla.Fakta nás mohou překvapit.
Design a funkční popis Jako stroje extrémně šetrné k životnímu prostředí jsou nyní v Evropě a Japonsku velmi široce používána zapouzdřená motorová „hermetická“ čerpadla. Zatímco pronikáme do Spojených států, musíme v naší snaze o konkurenceschopnost získat zpět ztracenou půdu. To znamená, že všude tam, kde je nutné přepravovat nebezpečné, toxické, znečišťující, drahé, žíravé, potenciálně výbušné, vysokoteplotní nebo nízkoteplotní kapaliny, si zapouzdřená motorová čerpadla zaslouží velmi pečlivé zvážení.
Zapouzdřený motor kombinuje dobře srozumitelnou hydrauliku odstředivých čerpadel s neméně osvědčeným třífázovým indukčním motorem. Hydraulická část je přímo spojena s hnacím motorem. Do magneticky přemostěné mezery mezi rotorem a statorem je vložena trubková objímka nebo „plechovka“. „Plachovka“ absolutně a hermeticky odděluje komoru rotoru od prostředí čerpání tlakové tekutiny. Jinými slovy, „plechovka“ je hranice mezi rotorem čerpadla obaleným kapalinou a nesmáčenou komorou statoru (obr. 2). „Plech“ tak rozděluje motor na dvě funkční oblasti; představuje hermetický těsnící prvek sestavy čerpadla. V podstatě točivý moment potřebný pro otáčení hřídele je přenášen přes plechovku, která sestává z nemagnetického materiálu, elektromagnetickými prostředky. Tento typ pohonu nevyžaduje otvor hřídele skrz pouzdro obsahující tekutinu (obvykle pod tlakem); není tedy potřeba dynamických těsnění nebo mechanických ucpávek. Nezbytná statická těsnění jsou obecně bezproblémová, ale ve zvláštních případech mohou být nahrazena svařovanými spoji.
Zapouzdřená motorová čerpadla jsou proto plně hermetické čerpací jednotky. Čerpací sekce může být jednostupňová nebo vícestupňová. Oběžné kolo čerpadla (nebo oběžná kola u vícestupňových čerpadel) je namontováno na převislém konci společné hřídele čerpadla a motoru. Výkonové parametry těchto čerpadel nyní odpovídají podmínkám jejich hlavních oblastí použití —chemický a rafinérský průmysl. V současnosti (2008) je horní hranice výkonu kolem 600 kW. Abychom se co nejvíce přiblížili rozměrovým a výkonnostním obálkám velkého počtu standardních odstředivých čerpadel (DIN 24256, resp. ISO 2858 používaných v chemickém průmyslu), je dnes k dispozici mnoho tisíc zapouzdřených motorových čerpadel. standardní hydraulika této řady čerpadel. Identické vnější rozměry DIN a ISO hermetických a „tradičních“ odstředivých čerpadel umožňují rychlou přestavbu z konvenčních na hermetická čerpadla. Netřeba dodávat, že to umožňuje snížit požadavky na zásoby náhradních dílů jakéhokoli moderního zařízení.
Existují však podstatné další výhody. Tyto výhody, stejně jako působivá účinnost a statistiky MTBF hermeticky uzavřených čerpadel vyhovujících API, jsou diskutovány v následující části Sidebar, kterou napsal spolu s Georgem Dierssenem, z IndustryUptime.
Jako konzultanti spolehlivosti zařízení jasně vidíme alespoň pět (a pravděpodobněji 10) definovatelných výhod čerpadel s uzavřeným motorem oproti tradičním čerpadlům API-610. Tyto výhody patří do jedné nebo více kategorií, které se v konečném důsledku promítají do bezpečných, spolehlivých, nenáročných na údržbu, s nízkými náklady na instalaci a také do služeb kompatibilních s životním prostředím. Chcete-li vyjmenovat některé výhody:
Pozitivní sekundární kontejnment, žádné nekontrolované úniky do atmosféry (i s vadnými ložisky)
Bez mechanického těsnění
Žádné zarovnání (platí pro instalaci a údržbu)
Žádné mazání (žádný olej)
Žádný základ ani spárovací hmota
V současné době má každá z pěti rafinérií v oblasti San Francisco Bay Area jedno nebo více zapouzdřených motorových čerpadel ve vysoce uspokojivém provozu. I když představujeme od téměř nuly do možná 2 % populace čerpadel, nyní věříme, že zapouzdřená motorová čerpadla (CMP) jsou pravděpodobně použitelná na 50 % čerpadel v typickém místě rafinérie. Samozřejmě existují omezení (tj. teplotní šok, chod nasucho, kejdy atd.), která ve většině případů zvládnou technické kontroly. Přesto se zdá, že CMP jsou ideální volbou pro mnoho služeb HP (zpracování uhlovodíků). Je tomu tak zejména proto, že dnešní závody mají vysoká očekávání ohledně provozuschopnosti závodu a provozní bezpečnosti. Přestože se tato očekávání odrážejí v pevném standardu –API-685-Skrovné zastoupení CMP v závodech v USA je matoucí.
Pokud nepočítáme žádnou neobvyklou matematiku, jeden ze spoluautorů (této sekce postranního panelu) překvapilo zjištění, že průměrná střední doba mezi opravami (MTBR) pro CMP —započtením každého z mnoha tisíc vyrobených dvěma samostatnými velkými výrobci- je 7,5 roku. To nás vede k zamyšlení nad tím, jak celkově zpřesnit průmyslová data. Chápeme, že 80–90 % japonských závodů používá CMP (jeden výrobce zřejmě dodává 1700 čerpadel měsíčně!) a 60–70 % evropských závodů používá buď čerpadla s magnetickým pohonem, nebo CMP. Navázali jsme tedy na otázku. Naše hodnocení a podstatné příspěvky od respektovaného výrobce CMP lze shrnout do řady důležitých bodů.
Úspěšný evropský výrobce má zkušenosti s příkony CMP 700 koní a více. Ty jsou nabízeny v mnoha různých konfiguracích, s chladiči nebo bez nich, se samostatnými mazacími smyčkami ložisek nebo bez nich, s jedním nebo dvěma (nebo více!) stupni atd. Prostorové omezení nám umožní ukázat pouze jeden z nich (obr. 3) . Navíc CMP běžně dosahují poměrně vysokých tlaků tekutin. Přestože je německý výrobce nezávislý, používá švýcarskou čerpací technologii pro hydrauliku oběžného kola. Samostatné (čisté) kluzné proudy promazávají kluzná ložiska obvykle instalovaná v CMP od této společnosti.
V USA má průmysl stále potíže opustit špatnou praxi instalace špatně padnoucího potrubí na kapalinových strojích. Zatímco se původně předpokládalo, že CMP může být o něco zranitelnější než odstředivé čerpadlo API-610, u velké většiny CMP to již neplatí. V každém případě známém jednomu odborníkovi byla čerpadla s uzavřeným motorem (CMP) navržena pro výrazně vyšší povolené zatížení trysek než ekvivalentní čerpadla API-610. Evropský výrobce CMP je schopen nabídnout přípustné zatížení trysky trojnásobek až čtyřnásobek maximálního povoleného zatížení API-610 (pamatujte, že u CMP nejsou žádné problémy se zarovnáním). Omezujícím faktorem je zde obvykle šroubování příruby.
Připomínáme, že před desítkami let (a ve velikostech blížících se 1000 hp) se vertikální procesní čerpadla vybavená žehlicími plochami plovoucími na základně čerpadla stala normou v zařízeních nejvyšší třídy. Stejně tak evropský výrobce doporučuje, aby se základní desky CMP (ve skutečnosti žehlicí plochy) nekotvily, ale nechaly se plavit s potrubím. Plovoucí žehlicí plochy nabízejí výrazné úspory nákladů na potrubí. U několika nedávných vysokotlakých projektů se úspory potrubí vyrovnaly nákladům na čerpadla! Přesto dodnes někteří kupující trvají na tom, aby byly základní desky vybaveny.
Před lety se některá místa HPI (průmysl zpracování uhlovodíků) potýkala s obavami odborů – v té době bylo problémem, zda je CMP elektrické zařízení nebo čerpadlo. Odborník CMP zmínil, že i když by to mohl být problém, jeho aktuální doporučení je vrátit jednotky CMP do vysoce zkušeného opravárenského zařízení v Louisianě k provedení nezbytných oprav. Věříme, že tento přístup má smysl s ohledem na omezenou dostupnost kvalifikovaného personálu údržby a strojíren v mnoha závodech.
Také jsme zjistili, že inženýři až příliš často poslouchají pouze obchodníky s tradičními čerpadly – „Nemohu udělat chybu, když budu dělat přesně to, co dělal můj bývalý šéf. Vždy hrál na jistotu a nyní je viceprezidentem inženýrství!“ Národní manažer prodeje předního výrobce konzervovaných motorových čerpadel souhlasil a řekl, že stále existuje velká skutečná neochota vyzkoušet to, co je vnímáno jako „nová technologie“ – i když jsou samozřejmě CMP považovány za vyspělou technologii.
Možná, a často zcela mylně, se předpokládá, že CMP spotřebují více energie než tradiční čerpadla. Evropský expert CMP toto nesprávné přesvědčení vyvrátil. Poznamenal, že za více než 30 let používání CMP nikdy neviděl, že by jedna z těchto jednotek spotřebovala více energie než čerpadlo, které nahradilo! Zatímco kdysi předpokládal, že je to způsobeno výměnou opotřebovaných čerpadel nebo nalezením lepšího výběru (přizpůsobení křivky), nyní věří, že původní jednotky byly příliš optimistické, pokud jde o jejich publikovanou účinnost a nikdy nezahrnovaly mnoho ztrát – jako jsou ty, které lze připsat spojky a těsnění.
Specialista na čerpadla vyprávěl své zkušenosti s jedním výrobcem konvenčních čerpadel, který vždy testoval své jednotky s břitovým těsněním namísto opleteného těsnění nebo mechanických těsnění. Před několika lety byl tento odborník upozorněn na společnost, která dala vědět, že bude vyhodnocovat nabídky (došlé nabídky) na základě příkonu kW. V důsledku toho se „zaručený“ výkon v koňských silách zvýšil téměř o 10 % oproti zveřejněným křivkám některých uchazečů. Odborník radí specifikujícím úřadům uživatelů, aby si vyžádaly vstupní hodnotu kW pro nabízené zařízení. Poznamenal, že přední výrobci CPM by rádi vyhověli, protože samozřejmě dodávají jak čerpadlo, tak motor.
Průměrný uživatel/kupující je zklamaný, že nemůže posílat odpadky přes ložiska a komponenty s uzavřenou vůlí. Prodejce samozřejmě musí uživatele skutečně poučit o omezeních zařízení a opakovaně se ptát na vlastnosti procesního proudu a kapaliny. Mnoho poruch, které byly v minulosti obviňovány z „pevných látek“ nebo „provozu nasucho“, bylo ve skutečnosti iniciováno vnitřním blikáním kapaliny. To mohlo být způsobeno nedostatkem dobrého programu tepelné bilance na zařízení nebo prostě neznalostí dodavatele. Ještě důležitější je, že často nebyla provedena dostatečná analýza selhání nebo následná kontrola ze strany výrobce, aby se určila pravá hlavní příčina selhání. Jedním ze zajímavých faktorů je maximální nárůst tepla; vyskytuje se u CMP po vypnutí v důsledku latentního tepla v motoru. Tento problém lze vždy vyřešit správným dimenzováním motoru, pročištění motoru po vypnutí nebo jiné metody – za předpokladu spolupráce kupujícího a znalého výrobce. To, co někoho znepokojuje, pro jiné není problém.
Považujte za odpovědnost výrobce klást mnoho otázek a poskytovat spolehlivé odpovědi jak uživatelem, tak výrobcem. Sledujte dotazy na maximální (krátkodobý) přípustný nárůst teploty čerpané kapaliny. Odpovědi na takové otázky lze snadno získat. Pokud inteligentní uživatel ví, co čerpá, a přesně popisuje své procesní tekutiny, je skutečnost, že se chystá koupit CMP, druhořadá.
Před desítkami let byla nadřazenost CMP popsána ve společné prezentaci Kennetha Fischera Hoechst-Celanese na jednom z mezinárodních sympozií Texas A&M University. Sborníky těchto shromáždění jsou snadno dostupné a dřívější vydání se zabývala mnoha obavami uživatelů a poskytla některé statistiky selhání atd.
Až příliš často kupující ponechává rozhodnutí na dodavateli designu a poté povzbuzuje tyto firmy, aby nakupovaly převážně na základě nákladů a harmonogramu. Dodavatel pak koupí konvenční čerpadlo od nejnižší nabídky. Uživatel zaměřený na spolehlivost musí zasáhnout a převzít určitou míru odpovědnosti za vedení a směr, které potřebují dodavatelé designu a personál orientovaný čistě na nákup. Solidní studie nákladů životního cyklu jsou lepší než předpojaté nebo zastaralé názory.
Také, a bohužel, CMP mohli získat špatné jméno, když někteří prodejci přeprodali své přednosti v dobách minulých. Zatímco přednosti čerpadel se zapouzdřeným motorem jsou nesporné, neexistuje nic, co by nemohlo být špatně označeno, nepochopeno, očerněno nebo zničeno. Z tohoto pravidla neexistují žádné výjimky.