Tối ưu hóa máy bơm và máy giãn nở giúp giảm chi phí vận hành

Máy mở rộng và máy bơm năng lượng cao liên quan đến ngành công nghiệp hydrocacbon phải đối mặt với nhiều thách thức; từ sự phát triển của các điều kiện vận hành đến các phương tiện ăn mòn và chi phí vận hành tăng lên trong vòng đời của chúng. Những tiến bộ trong công nghệ sản xuất, sửa chữa và giám sát đang cho phép người vận hành giảm thiểu những ảnh hưởng này và kéo dài tuổi thọ hiệu quả của thiết bị quan trọng này.

Charles Soothill, Trưởng bộ phận Công nghệ của bộ phận dịch vụ, tại Sulzer xem xét một số tiến bộ gần đây trong công nghệ thiết bị quay và cách chúng có thể được thực hiện để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu chi phí.

Hàng ngày tất cả chúng ta đều sử dụng các sản phẩm từ ngành công nghiệp hydrocacbon; nhiên liệu để đi làm, khí đốt để nấu bữa tối hoặc chất dẻo được sử dụng để làm vỏ bọc cho các thiết bị điện tử của chúng ta. Ngành công nghiệp này gắn liền với cuộc sống của chúng ta và vì vậy bất kỳ cải tiến nào giúp giảm chi phí hoạt động cuối cùng sẽ mang lại lợi ích cho chúng ta, những người dùng cuối.

Máy bơm và máy mở rộng năng lượng cao đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực hydrocacbon và mỗi loại đều có những thách thức riêng. Hiệu quả là điều cần thiết trong cả hai ứng dụng để đảm bảo sử dụng năng lượng tối ưu, đây là một trong những chi phí hoạt động lớn nhất trong ngành. Với hoạt động liên tục, các quá trình bất lợi, chẳng hạn như xói mòn và ăn mòn, ảnh hưởng đáng kể đến dung sai của cánh gạt, con dấu và độ hở của cánh quạt. Nếu không có sự can thiệp kịp thời, những điều này có thể dẫn đến những tổn thất đáng kể.

Máy bơm
Thông thường, máy bơm lớn được thiết kế để kéo dài thời gian sử dụng, tuy nhiên, khi hiệu suất bắt đầu kém đi, đó thường là dấu hiệu cho thấy vòng đệm hoặc cánh bơm đã bị mòn hoặc bị ăn mòn. Trong nhiều trường hợp, được cung cấp hàng thập kỷ dịch vụ đáng tin cậy, việc tìm kiếm các bộ phận mới có thể là một thách thức mà, ngay cả khi thành công, có thể có thời gian chờ đợi lâu trước khi giao hàng. May mắn thay, công nghệ thiết kế và quy trình sản xuất mới nhất có thể giảm đáng kể thời gian và chi phí liên quan đến việc tạo ra các bộ phận thay thế.

Trong các tình huống mà các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) có thể tạo ra các bộ phận cho các máy cũ, dịch vụ này có thể bị trì hoãn vì có thể cần một bản chế tạo đặc biệt. Lợi thế OEM ở đây là sự sẵn có của bản vẽ gốc cho các bộ phận, tuy nhiên, việc chỉ định lại thiết bị sản xuất cho một dự án một lần có thể phát sinh thêm chi phí cũng như chậm giao hàng, trừ khi có quy trình thay thế.

May mắn thay, công nghệ hiện đại cung cấp một giải pháp có thể được thực hiện bởi cả OEM, thợ sửa chữa và nhà cung cấp phụ tùng chuyên nghiệp. Sự ra đời của kỹ thuật đảo ngược sử dụng các máy đo tọa độ tinh vi, phần mềm tạo mô hình rắn 3D và quét laze giúp bạn có thể tạo lại các bộ phận phức tạp trong thời gian ngắn.

Hiện đại hóa và tái tạo máy bơm
Những tiến bộ trong công nghệ thiết kế đã được kết hợp với những phát triển tương tự trong khoa học vật liệu cùng cho phép nâng cấp các thiết kế ban đầu. Máy bơm cũ hơn được sản xuất bằng vật liệu như đồng và gang, không thể hàn được, có thể kéo dài tuổi thọ sử dụng bằng thép không gỉ hoặc các hợp kim tiên tiến khác.

Trong nhiều trường hợp, các điều kiện hoạt động ban đầu mà máy bơm được thiết kế sẽ phát triển kể từ lần đầu tiên vận hành máy bơm. Những thay đổi như vậy có thể dẫn đến giảm cả hiệu suất và hiệu quả, nhưng chúng có thể được giải quyết trong quá trình sửa chữa lớn hoặc đại tu.

Khi tạo ra một bánh công tác mới, thiết kế thủy lực có thể được tối ưu hóa lại cho phù hợp với các điều kiện hoạt động – điều này rất thường xuyên sẽ làm giảm yêu cầu năng lượng và dẫn đến giảm đáng kể chi phí vận hành. Sử dụng phần mềm thiết kế mới nhất và động lực học chất lỏng tính toán (CFD), các thành phần được thiết kế ngược có thể được tinh chỉnh để mang lại hiệu suất thủy lực tối ưu.

Phát triển sản xuất
Thời gian cần thiết để tạo ra các thành phần mới cho các tài sản có giá trị cao như máy bơm năng lượng cao và thiết bị mở rộng gần đây đã giảm đáng kể với sự ra đời của thiết bị sản xuất hỗn hợp. Các quá trình như lắng đọng kim loại bằng laser và phay năm trục có thể được thực hiện trên một máy duy nhất, cho phép sản xuất nhanh chóng.
Ví dụ, một bánh công tác có thể được tạo ra từ một lõi rèn được gia công bằng phương pháp 5 trục để thiết lập hình dạng cơ bản. Sau đó, tia laser làm tan chảy một dòng bột và lắng một lớp kim loại mới lên bề mặt. Điều này cho phép một khối lượng lớn vật liệu được tích tụ nhanh chóng. Bề mặt cứng sau đó có thể được gia công đến các kích thước cuối cùng, tất cả trên cùng một máy.

Tính linh hoạt của phương pháp sản xuất này cũng mang lại tiềm năng tạo ra các thành phần bằng cách sử dụng các vật liệu khác nhau, cho phép các hợp kim cụ thể được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của thiết kế. Đây là sự mở rộng của các công nghệ hiện có như lớp phủ chuyên dụng và bề mặt cứng, nơi các đặc tính vật liệu được tối ưu hóa có thể được đưa vào thiết kế trong quá trình sản xuất, thay vì là một quá trình bổ sung.

Cải tiến thiết kế máy bơm
Trong các tình huống cần có tài sản máy bơm sửa đổi, người vận hành có thể tận dụng tất cả các thiết kế và công nghệ sản xuất mới nhất để cung cấp một máy bơm được tối ưu hóa cho ứng dụng. Tiêu thụ năng lượng, một thành phần quan trọng trong chi phí vận hành, có thể được giảm bớt bằng cách tập trung vào hiệu suất của máy bơm và giảm thiểu tất cả các tổn thất có thể xảy ra trong hệ thống.

Bằng cách hiểu đầy đủ về ứng dụng, đặc tính chất lỏng và nhu cầu lưu lượng, có thể lựa chọn công nghệ bơm thích hợp nhất mang lại hiệu quả cao. Kết hợp cấu tạo máy bơm với thiết kế cánh quạt tối ưu sẽ mang lại giải pháp tiết kiệm chi phí nhất, cả về vốn đầu tư ban đầu và chi phí vận hành lâu dài.

Có thể đạt được nhiều lợi ích hơn nữa thông qua việc định cỡ chính xác của máy bơm để tránh lãng phí năng lượng. Điều này có thể xuất hiện một tuyên bố hiển nhiên nhưng quá kích thước thường xảy ra do nhiều hệ số an toàn được thêm vào các giá trị đầu và lưu lượng cần thiết. Kết quả là máy bơm quá khổ không chạy trong đường cong hiệu suất tối ưu của nó trong quá trình sản xuất bình thường.

Sử dụng dữ liệu để tối ưu hóa hiệu suất máy bơm
Đạt được thiết kế tốt nhất có thể cho một ứng dụng, điều quan trọng là duy trì hiệu suất tốt nhất và đảm bảo rằng việc bảo trì được thực hiện vào thời điểm thích hợp nhất. Ngày nay, phân tích nâng cao có thể được sử dụng để thu thập và xử lý dữ liệu máy bơm hiện có nhằm tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành và bảo trì.
Bằng cách nêu bật các tài sản kém hiệu quả, có thể thực hiện chiến lược bảo trì chủ động và biện minh cho các khuyến nghị đầu tư; cẩn thận thời gian này để giảm thiểu sản lượng bị mất. Việc sử dụng dữ liệu về hiệu suất, độ tin cậy và hiệu quả cho phép người vận hành xác định khả năng của hệ thống trong việc đáp ứng các chỉ số hiệu suất chính (KPI).

Khả năng sẵn có của máy bơm tăng lên có thể có ảnh hưởng đáng kể đến doanh thu bằng cách đảm bảo năng suất được duy trì tốt hơn. Những lợi ích khác có thể đạt được thông qua việc giảm chi phí bảo trì bằng cách sử dụng các nguồn lực khi cần thiết thay vì theo lịch trình đặt trước.
Tinh chỉnh dữ liệu thô

Một hệ thống kỹ thuật số do Sulzer tạo ra, được gọi là BLUE BOX sử dụng dữ liệu về áp suất, lưu lượng, mật độ, độ nhớt và mức tiêu thụ điện năng. Cùng với thông tin cho bộ phận bảo trì bao gồm các chỉ số rung động và nhiệt độ tài sản, các công cụ phân tích tạo ra hình ảnh trực quan trong thời gian gần thực cho các bên liên quan trong quản lý và bảo trì hệ thống.

Dữ liệu được trích xuất trực tiếp từ nhiều nguồn khác nhau như điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC), lịch sử quá trình, cơ sở dữ liệu, cảm biến và thiết bị đo đạc. Tại thời điểm này, một máy tính cấp công nghiệp có thể được cài đặt để xử lý dữ liệu – được gọi là thiết bị biên, nó được trang bị tường lửa cung cấp kết nối an toàn với internet.

Dữ liệu khách hàng được xử lý trong máy chủ đám mây bằng giao thức truyền tệp an toàn (SFTP). Sử dụng các thuật toán đã được chứng minh, dữ liệu được phân tích dựa trên các đường cong hiệu suất đã biết và được hiển thị trong giao diện tùy chỉnh mang lại lợi ích lớn nhất cho người vận hành. Giải pháp dựa trên đám mây này giúp đơn giản hóa việc tuân thủ quy định với mức độ CNTT tối thiểu và được thiết kế để có thể dễ dàng mở rộng để phù hợp với nhiều loại hoạt động.

Bộ mở rộng
Tương tự với các máy bơm năng lượng cao, bộ mở rộng là tài sản có giá trị cao được dựa vào để hoạt động liên tục và hiệu quả. Bất kỳ thời gian ngừng hoạt động nào cũng có những hậu quả đáng kể trong hoạt động, vì vậy nó cần được giữ ở mức tối thiểu tuyệt đối. Do đó, việc nâng cao hiệu quả và độ tin cậy cũng như giảm thiểu việc sửa chữa đột xuất là những mục tiêu quan trọng đối với đội bảo trì.

Mỗi bộ giãn nở đều chứa một rôto hoạt động ở tốc độ quay và áp suất cao, nó cũng có thể được yêu cầu chịu nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn. Để giữ cho một tài sản quan trọng như vậy hoạt động và đáng tin cậy, việc sử dụng dữ liệu hiệu suất từ ​​các thiết bị bảo trì dự đoán có thể tạo ra sự khác biệt quyết định về tính sẵn có và tổng chi phí sở hữu (TCO) trong suốt thời gian tồn tại của nó.

Trong thời gian ngừng hoạt động theo kế hoạch, các báo cáo kiểm tra chi tiết có thể nêu bật các cải tiến đối với máy mở rộng sẽ cải thiện chi phí vòng đời (LCC), hiệu quả quy trình và năng suất. Tùy thuộc vào phát hiện, một số kỹ thuật bảo trì và sửa chữa hiện đại có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề cụ thể.

Công nghệ lớp phủ hiện đại giờ đây có thể được áp dụng cho các thiết bị cũ không được thiết kế để tính đến các dòng khí chứa nhiều hạt chẳng hạn. Bằng cách này, bề mặt ban đầu có thể được phục hồi và nâng cấp để cải thiện đáng kể khả năng chống bám bẩn và chống ăn mòn.

Hiệu quả tối ưu
Phần tĩnh của máy giãn nở bao gồm nhiều bộ phận chính xác nằm gần các bộ phận quay để đạt được mức hiệu quả cao. Một số thành phần này sẽ được hưởng lợi từ việc được nâng cấp và sản xuất từ ​​các hợp kim bền, chẳng hạn như Hastelloy X, giúp cải thiện độ bền trong môi trường nhiệt độ cao.

Bản thân độ dày của vỏ có thể được tăng lên, giúp cho linh kiện chắc chắn hơn và ít bị biến dạng nhiệt hơn theo thời gian. Cải tiến này thường có thể được kết hợp với một lớp phủ có thể mài mòn trên bề mặt bên trong của stato để tăng khả năng kiểm soát khe hở với các cánh rôto. Khu vực này rất quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu quả của bộ mở rộng vì rò rỉ đầu mút gây ra tổn thất hiệu quả đáng kể trong thiết bị cũ.

Đồng thời, các cánh quạt cũng có thể được nâng cấp để tận dụng các hợp kim hiện đại được thiết kế cho các ứng dụng cần độ bền cao và chống ăn mòn tốt ở nhiệt độ lên đến 700 ° C (1’300 ° F). Cùng với các phân đoạn stato sửa đổi cung cấp khả năng điều khiển chiều được cải thiện, có thể thực hiện một loạt các cải tiến nhằm tăng hiệu quả và do đó năng suất.

Ngoài các thiết bị giãn nở khí nóng hướng trục được sử dụng trong các ứng dụng Axit Nitric và FCC (Cracking xúc tác chất lỏng), Sulzer cũng sử dụng các công nghệ sửa chữa này cho các thiết bị giãn nở dòng hướng tâm được sử dụng trong các ứng dụng đông lạnh khác nhau như sản xuất Khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), Chất lỏng khí tự nhiên ( NGL) thu hồi, kiểm soát điểm sương (DPC), thu hồi ethylene và khí công nghiệp.

Nâng cấp bộ phận
Một số thay đổi cụ thể áp dụng cho bộ giãn nở khí nóng hướng trục bao gồm thay thế bu lông giữ đĩa bộ giãn nở bằng một loại thép khác. Nhiều đĩa giãn nở, khi được giữ với nhau trên rôto bằng một bu lông đi qua tâm của chúng có thể được nâng cấp. Bulong ban đầu thường được gia công từ thép không gỉ 422 và chịu ứng suất nhiệt đáng kể. Thành phần này có thể được nâng cấp thành hợp kim thép không gỉ 450 tùy chỉnh cho phép tăng cường độ giãn của bu lông, dẫn đến độ “bó” lớn hơn trên cụm rôto.

Nguyên tắc nâng cấp tương tự có thể được áp dụng cho các ổ trục đỡ rôto. Chạy ở tốc độ cao như vậy, điều quan trọng là vòng bi có thể chịu được các ứng suất vận hành để mang lại độ tin cậy lâu dài. Vòng bi hình trụ có thể được nâng cấp thành vòng bi đệm nghiêng, trong khi vòng bi hình cầu có thể được thay thế bằng vòng bi đặt hình trụ, mang lại hiệu suất tốt hơn và sẽ giúp giảm chi phí bảo trì trong tương lai.

Các thiết bị giãn nở FCC thường bị mài mòn trên các cánh quạt do các hạt chất xúc tác trong khí thải gây ra. Chất xúc tác có xu hướng tích tụ cặn rắn trên các cạnh đầu và đầu của các cánh quạt, điều này có thể gây ra các vấn đề dao động và làm trầm trọng thêm vấn đề. Thông thường, các lưỡi dao bị mòn được thay thế đơn giản; tuy nhiên, với kinh nghiệm sửa chữa các cánh tuabin khí (hoạt động ở nhiệt độ lên đến 1100dgrC), Sulzer có thể giảm chi phí bằng cách sửa chữa các cánh quạt giãn nở FCC (thường hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn – lên đến 700dgrC).

Những cải tiến này đã được thực hiện thông qua vật liệu mới và công nghệ sửa chữa. Bằng cách làm việc với một nhà cung cấp bảo trì độc lập có kinh nghiệm hoặc một OEM được trang bị tương tự (Sulzer là cả hai) để đánh giá tình trạng của các tài sản quan trọng, bạn có thể ưu tiên bất kỳ dự án nâng cấp nào và biện minh cho các quyết định đầu tư hỗ trợ. Trong việc tận dụng các công nghệ mới, các nhà khai thác trong lĩnh vực hydrocacbon có thể giảm chi phí vận hành thông qua việc cải thiện độ tin cậy, hiệu suất và hiệu suất.