Leistungsversicherung für geschäftskritische Pumpen in einem Kraftwerk mit Spitzenlast

Jul 01, 2023

Ob Zuverlässigkeitsingenieur oder Einkaufsleiter in einem Kraftwerk, niemand möchte jemals erfahren, dass seine Pumpe in einer geschäftskritischen Anwendung nicht mehr zu reparieren ist. Dies kann jedoch passieren, wenn keine Gesundheitsprüfungen einer Pumpe geplant sind, insbesondere wenn die Pumpe aufgrund einer glücklichen Wahl der Ausrüstung mehrere Jahrzehnte lang zuverlässig funktioniert hat.

Dies geschah bei einem Hauptlieferanten für Notstrom, der Privat- und Gewerbekunden in seinem Gebiet mit zusätzlichem Strom versorgt, wenn das Stromnetz überlastet ist.

Die Prozessbedingungen änderten sich im Laufe der Jahre mehrmals, da die bundesstaatlichen Emissionsnormen die Energieversorger dazu verpflichteten, die Umweltverschmutzung einzudämmen. Was sich jedoch nicht geändert hatte, war die Zuverlässigkeit der beiden Doppelschnecken-Kraftstoffpumpen der Anlage. Trotz ihres Alters von mehr als 40 Jahren war in dieser Zeit keine der beiden Pumpen ausgefallen. Allerdings wurden die Kraftstoffviskositäten im Laufe der Jahrzehnte mehrfach reduziert, da sich die Prozessbedingungen änderten, und die Pumpen waren nicht für den Betrieb in dieser Situation ausgelegt.

Die beiden Doppelschneckenpumpen versorgten zwei separate Turbinen mit Kraftstoff, die den Strom erzeugten. Jeder lief separat, wobei immer nur einer benötigt wurde, um 100 Prozent der Produktionsverpflichtungen der Anlage zu erfüllen, und der zweite diente bei Bedarf als Backup. Allerdings hatte die zuverlässige, konstante Leistung der Pumpen dem Werk ein falsches Sicherheitsgefühl vermittelt, und das Werk hatte keine größeren oder kleineren Reparatursätze vorrätig, um auf unerwartete Ausfallzeiten reagieren zu können, falls diese jemals eintreten sollten.

Der Hersteller von Doppelschneckenpumpen führte ein werksweites Audit durch. Zu den bewerteten Elementen gehörten veraltete Geräte, geschäftskritische Anwendungen und Prozesse, die dramatischen Systemänderungen unterzogen wurden. Wenn alle drei dieser Bedingungen vorliegen, birgt ein Run-to-Failure-Ansatz bei Pumpen, die mehr als 40 Jahre alt sind, erhebliche Risiken. Mangels vorrätiger Ersatzteilsätze wären die Reparaturmöglichkeiten eingeschränkter und das Kraftwerk müsste länger auf eine neue Ersatzpumpe warten.

Das Werkspersonal erkannte die prekäre Situation und arbeitete mit dem autorisierten Servicecenter seines Lieferanten zusammen, um eine zweiwöchige, umfassende Zerlegung, Inspektion und Analyse einer der beiden Doppelschneckenpumpen durchzuführen, die 1979 als Neuware verkauft worden war. Die Analyse und Ergebnisse mit Empfehlungen , inbegriffen:

Pumpengehäuse

An allen vier Bohrstellen kam es zu Abrieb durch Schraubenkontakt im Saug- und Druckbereich. Die Bohrungsinnendurchmesser betrugen bis zu 0,0085 Zoll über der vorgesehenen hohen Toleranz. Dieser Körper bestand aus Gusseisen und konnte nicht restauriert werden.

Empfehlung: Ersetzen

Rotierende Baugruppe

Die Schneckenflanken zeigten übermäßigen Verschleiß, was auf eine falsche Abstimmung der Schneckenwellen zu den Zahnrädern hindeutete. Beide Seiten der Flanken zeigten Kontakt. Sowohl die langen als auch die kurzen Wellen hatten eine abgelöste Beschichtung am Saug- und Auslassende der Schnecke. Dies entsprach den oben erwähnten starken Kontaktbereichen in den Gehäusebohrungen. Die gemessenen Außendurchmesser waren je nach Messpunkt sowohl größer als auch kleiner als die Konstruktion. Dies war auf Verschleiß und Materialerhebungen auf der Oberfläche der Schrauben durch Flankenkontakt zurückzuführen. Das Flankenspiel betrug bis zu 0,012 Zoll, was 0,005 Zoll über der hohen Toleranz lag. Dieser zusätzliche Abstand führte zu einem Verlust des zugeführten Durchflusses während des Betriebs. Die Steuerräder zeigten deutlichen Verschleiß und der Innendurchmesser der Zahnradbohrungen überschritt die vorgesehene Toleranz.

Empfehlung: Ersetzen; Der Reparaturpreis betrug mehr als 60 Prozent des Preises einer neuen Pumpe

Lagerhalterungen

Die vorderen und hinteren Lagerhalterungen erforderten eine geringfügige Reinigung, um die Dichtungsöffnungen gründlich zu spülen, konnten aber nach der Reinigung und Entgratung unverändert verwendet werden.

Empfehlung: Wiederverwendung

Steuergehäuse und vorderer Kopf

Beide Gegenstände wurden nach Reinigung und Entgratung in ihrem aktuellen Zustand als verwendbar befunden.

Empfehlung: Wiederverwendung

Fazit: Die Pumpenprüfer stellten fest, dass ein falscher Timing der Schrauben zu übermäßigem Verschleiß an den Schraubenflanken geführt hatte, was eine wirtschaftliche Reparatur der Einheit verhinderte. Die Turbinen wurden mit Heizöl mit geringer Viskosität betrieben. Unter der Annahme einer Heizölviskosität von 44 Saybolt Seconds Universal (SSU), der kleinsten Steigung für eine 1.250-Frame-Pumpe (0,875 Zoll) bei der höchsten Umdrehung pro Minute (U/min) (1.550) und einem Differenzdruck von 1.000 Pfund pro Minute Bei einem Quadratzoll-Messwert (psig) (wie auf dem Typenschild angegeben) würde ein neues rotierendes Ersatzelement und ein wiederverwendeter Körper immer noch mit einem volumetrischen Wirkungsgrad von nur 30 Prozent arbeiten, was zu einem übermäßigen Verlust des volumetrischen Wirkungsgrads und der Wärmeerzeugung führen würde.

Das Audit ermöglichte es dem Werkspersonal, eine fundierte Entscheidung über die nächsten Schritte zu treffen, darunter:

Letztendlich wurde eine kleinere oder größere Reparatur nicht als wirksame Möglichkeit angesehen, das Risiko des Kraftwerks zu mindern, da weiterhin erhebliche Leistungsverluste verbleiben würden. Daher wurde die Entscheidung getroffen, die wieder zusammengebaute Pumpe vorübergehend als Notlösung zu verwenden und eine neue Doppelschneckenpumpe zu bestellen. Zu diesem Zweck baute das autorisierte Servicecenter des Pumpenlieferanten die Pumpe innerhalb einer Woche wieder zusammen.

Nach der erfolgreichen Installation der neuen Pumpe schaltete das Kraftwerk seinen zweiten Block ab und führte den gleichen Prozess mit den gleichen Ergebnissen und dem gleichen Erfolg durch. Das gab dem Kraftwerk die Gewissheit, dass das Risiko eines Betriebsausfalls eliminiert wurde noch viele Jahre.

Lektionen für Bediener

Es ist allgemein bekannt, dass mechanische Dichtungen, Lager und Dichtungen eine begrenzte Lebensdauer haben und regelmäßig und fortlaufend ausgetauscht werden müssen. Eine geringfügige Undichtigkeit der Dichtung (etwa 10 Tropfen pro Stunde und Dichtung) ist normal und notwendig; Alles, was darüber hinausgeht, erfordert eine Reparatur oder den Austausch durch eine Dichtung, die mit den Betriebsbedingungen der Pumpe kompatibel ist. Lager und Dichtungen sollten regelmäßig gereinigt, entgratet, geschmiert und auf Geräusche und/oder ungewöhnliche Vibrationen und rauen Betrieb überprüft werden, um sicherzustellen, dass alle Verbindungen dicht sind.

Es sollte jedoch auch allgemein bekannt sein, dass ein Laissez-faire-Ansatz mit dem Pumpengehäuse und den Hauptfunktionen niemals für geschäftskritische Vorgänge empfohlen wird.

Deshalb ist es sinnvoll, die Pumpe eines Benutzers zu demontieren, zu reinigen und zu inspizieren, anstatt in einen kostspieligen Ausfall zu geraten:

Steuerräder: In der rotierenden Baugruppe sind die Steuerräder einer Schraubenspindelpumpe von zentraler Bedeutung für deren Förderleistung. Wenn Konstruktionstoleranzen überschritten wurden und die Schäden durch Reibverschleiß übermäßig groß sind, muss die Baugruppe in der Regel ausgetauscht werden.

Ausrichtung von Pumpenantrieb: Bei einer Fehlausrichtung kann es im System zu ungewöhnlich starken Vibrationen oder großen Schwankungen der Betriebstemperaturen kommen.

Pumpenkörper: Fressschäden durch Schraubenkontakt in den Saug- und Druckanschlüssen können dazu führen, dass die Bohrungsstellen die Konstruktionstoleranzen überschreiten. Eine Wiederherstellung ist möglicherweise nicht möglich.

Wenn der Verschleiß so groß ist, dass eine Reparatur einer Anlage nicht mehr wirtschaftlich ist, ist im schlimmsten Fall ein Komplettaustausch der Pumpe die beste Abhilfe. Im günstigsten Fall kann die Bevorratung sowohl kleinerer als auch großer Kits die Situation retten – selbst wenn die Anlage jahrzehntelang zuverlässig und ohne Ausfallzeiten in Betrieb war.

Am Ende kennt jedoch niemand die Schraubenspindelpumpe so gut wie das Team, das sie gebaut hat, und von zertifizierten Technikern durchgeführte Funktionsprüfungen bereiten die Voraussetzungen für die Wiederherstellung der Werksabstände und Konstruktionstoleranzen, für die die Ausrüstung gebaut wurde – damit sich Endbenutzer auf sie konzentrieren können was sie am besten können.

Jim Sorensen ist Vertriebsleiter für den Westen der USA bei CIRCOR Industrial Group Americas. Er hat einen Abschluss in Maschinenbau von der Texas A&M University und ist ein Six Sigma Black Belt. Sorensen verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Pumpenindustrie. Weitere Informationen finden Sie unter www.circorpt.com.