Операторите рутинно се свързват с моя екип с разочароваща тенденция: лопатков патрон, който осигурява 14 000 часа работа в лабораторното тестово приспособление, се поврежда след 6500 часа на платформата. Помпата е от същия модел. Номиналните спецификации съвпадат. Профилът на работното налягане е в рамките на публикуваните граници. И все пак разликата в експлоатационния живот е реална и постоянна в целия сегмент.

Прекарах достатъчно време в сервизни посещения на платформи и разглобяване след повреда, за да разбера защо се получава тази празнина и бих искал да споделя наученото за основните причини. Не става въпрос за единична причина. Това е натрупването на стресови фактори, които лабораторните тестове или опростяват, или напълно пропускат. Тази статия разглежда тези стресови фактори и практиките за поддръжка, които възстановяват по-голямата част от загубения експлоатационен живот, въз основа на полевите данни, които сме събрали от офшорни инсталации в Северно море, Мексиканския залив и крайбрежието на Западна Африка.

Какво всъщност потвърждават лабораторните тестове

Производителите на хидравлични помпи определят експлоатационния живот на патроните въз основа на стандартизирани тестове, които следват ISO 4391 и специфични за производителя протоколи. Изпитвателното устройство използва чисто хидравлично масло, филтрирано по ISO 4406 18/16/13 или по-добро, работи при постоянно целево налягане и дебит, поддържа температурата на маслото в тесен диапазон и работи непрекъснато без вибрации или външно механично напрежение.

Купувачите, сравняващи различни серии помпи за офшорна употреба, могат да прегледатСемейство патрони от серия Vзаедно с платформата T6, за да се определи правилната конфигурация за специфичните изисквания на платформата.

При тези контролирани условия, единичен помпен патрон T6 постоянно осигурява от 14 000 до 18 000 работни часа, преди да се появят трите сигнала за подмяна. Лабораторният тест служи за истинска цел: той валидира конструктивните граници, производствената последователност и номиналната производителност в цялото продуктово семейство. Производителите и клиентите разчитат на тези числа за планиране на капацитета и прогнозиране на подмяната.

Това, което лабораторният тест не улавя, е кумулативният ефект от множество стресови фактори, действащи едновременно в реални инсталации. Всеки отделен стресов фактор може да е в рамките на проектните допустими граници. Комбинираното въздействие обаче ускорява износването далеч отвъд това, което може да се предвиди от всеки отделен лабораторен тест. Средата на офшорната платформа е един от по-тежките примери за този комбиниран ефект.

Стресор номер едно: Пътища на замърсяване със сол

Солта навлиза в хидравличната система по няколко пътя, които лабораторните тестове не разглеждат. Най-често срещаните са повредени уплътнения, особено около уплътненията на валовете, уплътненията на цилиндровите пръти и вентилационните отвори на резервоара. Наситеният със сол въздух и морските пръски проникват в тези точки при условия на платформата, въвеждайки хлоридни йони в маслото.

За операторите на платформи, оценяващи резервни помпи в цялото портфолио от морски продукти,семейство лопаткови двигателидопълва линията помпи T6 със спомагателни моторни задвижвания за системи за позициониране.

Веднъж попаднали в маслото, солените частици действат като абразивни замърсители, които ускоряват износването на върховете на лопатките, притискателната плоча и повърхностите на гърбичните пръстени. Механичното износване от солта е видимият начин на повреда, но хлоридните йони също така насърчават електрохимичната корозия на лагерните повърхности и уплътненията на вала. Тази корозия рядко причинява незабавна повреда, но намалява експлоатационния живот на лагерите и уплътненията, създавайки вторични повреди извън самия патрон.

Пакетите за морско запечатване, предлагани заПомпи от серия T6използвайте флуоровъглеродни еластомери, предназначени за излагане на сол. Тези материали струват повече от стандартните нитрилни уплътнения, но удължават живота им от 3 до 5 пъти в морска среда. Купувачите, които поръчват помпи за офшорни платформи, винаги трябва да потвърдят избора на уплътнителен пакет, тъй като стандартните уплътнения са по подразбиране в много продуктови конфигурации, освен ако не са изрично надстроени.

Освен уплътненията, филтърът за вентилация на резервоара е често срещан път на замърсяване в офшорните инсталации. Стандартните вентилатори отстраняват частици, но не и солни пари. Предлагат се специализирани морски вентилатори с улавяща сол среда, които струват от 50 до 150 щатски долара за брой. За операторите на платформи, работещи с множество помпи, модернизацията на вентилатора в целия флот е една от най-възвръщаемите инвестиции в поддръжка.

Стресиращ фактор втори: Термичен цикъл от периодична работа

Хидравличните системи на платформата рядко работят непрекъснато. Операциите на крана се включват и изключват циклично, докато товарът се движи. Системите на лебедките се задействат за кратко по време на работа с котва или позициониране. Захранващите агрегати могат да останат бездействащи с часове между оперативните събития. Всеки цикъл на стартиране и изключване създава термичен преходен процес, който патронът трябва да абсорбира.

Купувачите, които проучват надеждността на офшорни помпи, могат да се позоват наЕвропейска федерация по обработка на материалистандарти за оборудване за обработка на материали, използвано в морски и офшорни сервизни среди.

От моя опит в оценяването на протоколи за лабораторни тестове, установих, че температурата на маслото се поддържа в диапазон от 10 до 15 градуса по Целзий около проектната цел. Офшорните платформи наблюдават колебания на температурата на маслото от 30 до 50 градуса по Целзий по време на типичен 24-часов период. Условията на студен старт с масло при околна температура натоварват върховете на лопатките по различен начин от стационарната работа. Различното термично разширение между ротора, гърбичния пръстен и притискателната плоча създава микродвижения на контактните повърхности, които ускоряват износването.

Проблемът с термичните цикли се усложнява в платформи със студен климат, като тези в Северно море. Студеният старт на маслото при 5 градуса по Целзий спрямо стационарното състояние при 60 градуса по Целзий означава, че компонентите на патроните претърпяват колебание от 55 градуса при всеки оперативен цикъл. Операторите на платформи в тези региони съобщават, че експлоатационният живот на патроните е в долния край на офшорния диапазон, често под 7000 часа.

Купувачите, които поръчват помпи за платформи със студен климат, трябва да поискат функции за управление на температурата, като например отопляеми резервоари, циркулационни помпи, които поддържат минимална температура на маслото по време на периоди на престой, и материали на патроните, предназначени за работа при ниски температури. Тези характеристики добавят от 5 до 10 процента към цената на помпата, но компенсират от 15 до 25 процента от загубения експлоатационен живот поради термични цикли.

Стресиращ фактор три: Вибрации от вълново действие и работа с кран

Офшорните платформи изпитват непрекъснати нискочестотни вибрации от действието на вълните, интерфейсите между корабите и платформата и работата на крановете. Амплитудата на вибрациите варира в зависимост от дизайна на платформата и състоянието на морето, но тя винаги е налице и никога не е симулирана в лабораторни тестове.

Протоколите за тестване на производителността на хидравличните системи по ISO, посочени в тази статия, са документирани наКаталог на ISO стандарти, която предоставя методологията за тестване, използвана от производителите за твърдения за номинален експлоатационен живот.

Непрекъснатите нискочестотни вибрации ускоряват механичното износване на лагерните повърхности, уплътненията на вала и интерфейса между патрона и корпуса. Вътрешните компоненти на лопатковата помпа разчитат на точни хлабини, които конструкцията приема, че ще се задържат при стационарни условия. Вибрациите въвеждат динамични натоварвания, които променят хлабините с малки, но значителни стойности. В продължение на хиляди работни часове, кумулативният ефект е ускорено износване на всяка интерфейсна повърхност.

Работата с кран произвежда преходни вибрации с висока амплитуда, които са дори по-вредни от непрекъснатите вибрации на платформата. Комбинацията от люлеене на крана, работа с лебедката и движение на товара създава вибрационни профили, които надвишават проектния предел на стационарното състояние на помпата за кратки периоди. Тези преходни процеси не се регистрират като повреди, но оставят микроповреди, които се натрупват през целия експлоатационен живот на патрона.

Най-ефективната контрамярка, която съм наблюдавал при модернизации на платформи, е изолирането на вибрациите при монтажа. Еластичните опори, предназначени за морска употреба, намаляват предаването на вибрациите на платформата към корпуса на оборудването с 60 до 80 процента. Опорите струват от 200 до 500 щатски долара на бройка и представляват една от инвестициите с най-висока възвръщаемост за удължаване на живота на патрона. Операторите, които модернизират устойчиви опори, обикновено отчитат с 10 до 15 процента по-дълъг живот в рамките на първия цикъл на подмяна.

Стресиращ фактор четири: Преходни промени в налягането от работата на крана и лебедката

Работата с кран и лебедка води до преходни промени в налягането, които надвишават установеното работно налягане с 30 до 60 процента. Скоковете на налягането се появяват в рамките на милисекунди, но се повтарят многократно по време на един цикъл на крана. Всеки преходен процес създава ударно натоварване върху компонентите на патрона, което лабораторните тестове не улавят.

За по-задълбочено четене относно практиките за поддръжка на морските хидравлични системи,Стандарт ISO за чистота на хидравличната течностпредоставя рамката на кода за чистота, използвана в програмата за вземане на проби от офшорно масло, описана по-горе.

Сложният ефект от хиляди преходни промени в налягането върху върховете на лопатките, притискателната плоча и повърхностите на гърбичните пръстени е измерим при анализ на разглобяването. Комплектите патрони, които са претърпели обширно обслужване с кран, показват характерни модели на износване на ръба на отвора за високо налягане, които не се появяват при работа в стационарен режим. Моделът на износване постепенно намалява обемната ефективност, което е един от трите сигнала, които разгледах в статията за рамката за подмяна на патрони.

Купувачите, които избират хидравлични агрегати за работа с кранове и лебедки, трябва внимателно да оценят размера на акумулатора. Правилно оразмерените акумулатори абсорбират преходните процеси на налягане и намаляват ударното натоварване върху вътрешните компоненти. Неоразмерените акумулатори позволяват на преходните процеси да достигнат до корпуса на помпата и да ускорят износването. Връзката между капацитета на акумулатора и експлоатационния живот не е широко разбрана, но данните от полевите изследвания постоянно показват, че платформите с адекватен капацитет на акумулатора имат с 15 до 20 процента по-дълъг експлоатационен живот.

Ефектът на комбиниране на четирите стресора

Стресовите фактори не действат независимо. Те се натрупват един с друг по начини, които лабораторните тестове не могат да възпроизведат. Замърсяването със соли ускорява износването, което термичното циклиране влошава. Вибрациите разрушават уплътненията, които иначе биха предпазили от проникване на сол. Преходните налягания доставят ударни натоварвания на компонентите, които вече са отслабени от другите стресови фактори.

Това смесване е причината, поради която патрон, оценен за 14 000 до 18 000 часа в лаборатория, осигурява 6 000 до 10 000 часа при типична офшорна експлоатация. Няма отделен стресов фактор, който да обясни разликата. Взаимодействието на всички фактори е обяснението.

Операторите на платформи, които разбират този комбиниращ ефект, проектират своите програми за поддръжка съответно. Вместо да третират всеки стресов фактор поотделно, най-ефективните програми за поддръжка обхващат всички едновременно чрез координирани цикли на инспекция, протоколи за вземане на проби от масло, програми за обновяване на уплътненията и прегледи на капацитета на акумулаторите.

Програмата за поддръжка 250-H, която възстановява загубен живот

В анализираните от нас офшорни инсталации, моят екип постоянно установява, че платформите със структурирани програми за поддръжка от 250 часа постигат експлоатационен живот на касетите в диапазона от 8000 до 10 000 часа, а не от 6000 до 8000 часа, както е в базовата линия. Интервалът от 250 часа съответства на типичните оперативни цикли на платформата и дава на екипите по поддръжката предвидима честота за критичните точки на проверка.

Петте компонента на програмата са ясни. Първо, вземане на проби от маслото при изпускането на корпуса на помпата и резервоара. Пробата се анализира за брой частици, съдържание на вода и концентрация на хлориди. Брой частици над ISO 4406 19/17/14 задейства подобрения на филтрацията. Съдържание на вода над 100 ppm задейства проверка на резервоара. Концентрации на хлориди над 50 ppm задействат проверка на уплътненията.

Второ, визуална проверка на уплътнението на вала, уплътненията на цилиндровия прът и вентилационния отвор на резервоара. Всеки признак на натрупване на сол, втвърдяване или напукване води до незабавна подмяна на уплътнението с пакета за морски уплътнения. Трето, подмяна на филтриращия елемент по фиксиран график, независимо от индикацията за спад на налягането. Подмяната на елемента предотвратява проблема с постепенното ограничаване на потока, разгледан по-рано в рамката за поддръжка на патрона.

Четвърто, проверка на предварителното зареждане на акумулатора. Загубата на налягане на предварително зареждане е най-честата причина за подценяване на акумулатора по време на експлоатация, тъй като азотът изтича бавно с течение на времето. Годишната проверка открива проблема, преди той да ускори износването на патрона. Пето, проверка на вибрационните опори. Втвърдените или напукани еластични опори губят своите изолационни свойства и позволяват на вибрациите на платформата да достигнат до корпуса на помпата.

Купувачите, които посочват помпи за нови платформени инсталации, трябва да поискат документацията за програмата за поддръжка от доставчика на помпи като част от пакета за техническо представяне. Доставчиците, които не могат да предоставят структурирани насоки за поддръжка за офшорни услуги, не са подходящите доставчици за тези взискателни приложения.

Сертификати на Класификационното общество и какво означават те

Операторите на офшорни платформи посочват помпи със сертификати от класификационни общества, които отговарят на стандартите за обществени поръчки на държавата на флага и оператора на платформата. Петте най-често цитирани общества са CCS (Китайско класификационно общество), DNV (Det Norske Veritas, Норвегия), ABS (Американско бюро по корабоплаване), BV (Бюро Veritas, Франция) и LR (Lloyd's Register, Великобритания).

Всяко дружество има различни протоколи за тестване, изисквания за сертифициране и процедури за подновяване. Сертификацията CCS обикновено се изисква за платформи, работещи под китайски флаг или с китайски оператори. DNV е най-често срещаното изискване за платформи в Северно море. ABS доминира в Мексиканския залив. BV покрива много операции в Западна Африка и Средиземно море. LR обработва значителен дял от офшорните проекти в британския сектор и в световен мащаб.

Доставчиците, притежаващи множество сертификати, могат да обслужват по-широк спектър от платформи, но сертификатите не са еквивалентни. Всеки изисква отделно тестване, отделни процедури за одит и отделна документация. Цената за поддържане на пет сертификата не е тривиална, поради което списъкът с доставчици, притежаващи и петте едновременно, е кратък. Vicks Hydraulic поддържа и петте сертификата за семейството морски патрони, което ни позиционира да обслужваме оператори на платформи в основните офшорни региони.

T6EEC: Работният кон на офшорните енергийни агрегати

Сред членовете на семейството T6, тройната секция на T6EEC е най-често задаваната за офшорни платформени силови агрегати и лебедкови системи. Тройната конструкция осигурява три помпени секции в един корпус, като се разпределя входното и изходното налягане между секциите. Тази архитектура предлага няколко предимства, специфични за офшорната експлоатация.

Купувачите, оценяващи моторни задвижвания за офшорни енергийни агрегати, могат да прегледатХидравличен каталог на Eatonза справочни материали относно хидравлични компоненти, предназначени за морско приложение.

Трисекционният дизайн осигурява вградена резервираност. Ако една секция покаже преждевременно износване, помпата продължава да работи с намален капацитет, докато е планирана поддръжка. Тази резервираност е от значение на платформи, където непланираният престой на крановите или лебедковите системи може да спре изцяло работата. Операторите в Северно море обикновено настояват за трисекционни конструкции за обслужване на кранове, тъй като повреди на единична секция създават непосредствени оперативни рискове и рискове за безопасността.

T6EEC също така осигурява високите дебити, необходими за операции с офшорни кранове и лебедки, без да се прибягва до по-големи помпи. Помпите с по-големи рамки добавят тегло и заемана площ към хидравличното пространство на платформата, като и двете носят значителни разходи при офшорно строителство. T6EEC осигурява дебит в по-компактен корпус, което е значително предимство при платформени конфигурации с ограничено пространство.

За операторите на платформи, които оценяват заместители на T6EEC, е от съществено значение да се посочи пакетът за морско уплътнение. Стандартният пакет за уплътнение използва нитрилни еластомери, предназначени за обща промишлена употреба. Морският пакет се надгражда до флуоровъглеродни еластомери в целия патрон. Разликата в цената е от 10 до 15 процента от цената на патрона, но възстановяването на експлоатационния живот е от 30 до 40 процента в офшорни условия.

Кога резервните части имат смисъл и кога не

Дискусията за резервните патрони е по-нюансирана в чужбина, отколкото във всеки друг сегмент от приложенията. В индустриални условия съм обяснявал на клиентите математиката на разходите за притежание, която обикновено е в полза на производителите на оригинално оборудване (OEM). Същата математика в чужбина е много по-едностранчива.

Резервните патрони в офшорни условия обикновено достигат от 50 до 65 процента от експлоатационния живот на оригиналните патрони. Комбинираните стресови фактори, които вече намаляват живота на оригиналните патрони с 30 до 50 процента, имат още по-голямо въздействие върху резервните продукти. Хлабината на върха на лопатките, плоскостта на притискащата плоча и допустимите отклонения в повърхностната обработка, които производителите на оригинално оборудване (OEM) спазват в рамките на строги спецификации, са по-трудни за поддържане на цената на резервния пазар.

Когато непланираният престой на офшорна платформа може да надхвърли 100 000 щатски долара на ден под формата на загубено производство и разходи за оперативен режим на готовност, икономиите от премията за резервни части не компенсират увеличената честота на подмяна. Операторите, които стандартизират резервните части на офшорния пазар, обикновено се сблъскват с от 30 до 50 процента по-високи общи разходи за касети за период от пет години, въпреки по-ниската единична цена.

Пътят на резервния пазар има смисъл в приложения с ниска критичност, като например спомагателни платформени системи, където времето на престой е приемливо. За приложения с основни кранове, лебедки и силови агрегати, OEM е правилният отговор в офшорни условия. Математиката е по-малко интересна от оперативните последици.

Заключение: Третиране на офшорните дейности като отделен клас приложения

Според моя опит, рамката, която работи за индустриални приложения, не се пренася директно върху офшорни платформи. Срокът на експлоатация е с 30 до 50 процента под лабораторните оценки по причини, които контролираните тестове не обхващат. Операторите, които третират офшорните платформи като отделен клас приложения, със собствени програми за поддръжка, собствени критерии за квалификация на доставчиците и собствени изчисления за общата цена на притежание, постоянно постигат по-добри резултати от тези, които прилагат индустриални наръчници към обслужването на платформата.

Комбинацията от замърсяване със соли, термични цикли, вибрации и преходни промени в налягането е реалността на офшорните хидравлични услуги. Доставчиците, които разбират всички стресови фактори и проектират своите продукти, документация и програми за поддръжка съответно, са доставчиците, с които си струва да си партнирате. Най-евтиният патрон рядко е правилното решение в офшорните услуги, а премията на OEM е по-лесно оправдана, отколкото във всеки друг сегмент.

Ако вашият инженерен екип оценява хидравлични агрегати за офшорна инсталация или се бори с експлоатационен живот под лабораторно номиналните нива, нашият морски екип може да прегледа работния цикъл и да препоръча спецификация, съобразена с платформата. Изпратете профила на работа и текущите данни за обслужване чрезстраница за контактии ще извършим анализа спрямо офшорната база данни.център за техническа документациясъщо така съдържа насоки относно морските спецификации и структурата на 250-часовата програма за поддръжка.