Operatorzy rutynowo kontaktują się z moim zespołem z frustrującą sytuacją: wkład łopatkowy, który działa przez 14 000 godzin w laboratoryjnym stanowisku testowym, psuje się po 6500 godzinach na platformie. Pompa to ten sam model. Parametry znamionowe są takie same. Profil ciśnienia roboczego mieści się w opublikowanych limitach. Jednak różnica w żywotności jest realna i powtarzalna w całym segmencie.

Poświęciłem wystarczająco dużo czasu na wizyty serwisowe platform i demontaże po awarii, aby zrozumieć, dlaczego występuje ta luka, i chciałbym podzielić się moją wiedzą na temat jej przyczyn. Nie chodzi o pojedynczą przyczynę. To kumulacja czynników stresogennych, które testy laboratoryjne albo upraszczają, albo całkowicie pomijają. Niniejszy artykuł omawia te czynniki stresogenne i praktyki konserwacyjne, które pozwalają odzyskać większość utraconej żywotności, w oparciu o dane terenowe, które zebraliśmy w instalacjach morskich na Morzu Północnym, w Zatoce Meksykańskiej i na morzu w Afryce Zachodniej.

Co tak naprawdę potwierdzają badania laboratoryjne

Producenci pomp hydraulicznych oceniają żywotność wkładu na podstawie standardowych testów zgodnych z normą ISO 4391 i protokołami producenta. Urządzenie testowe wykorzystuje czysty olej hydrauliczny filtrowany zgodnie z normą ISO 4406 18/16/13 lub lepszy, pracuje przy stałym ciśnieniu i przepływie docelowym, utrzymuje temperaturę oleju w wąskim zakresie i pracuje w sposób ciągły bez wibracji ani zewnętrznych naprężeń mechanicznych.

Kupujący porównujący różne serie pomp do zastosowań na morzu mogą przejrzećRodzina wkładów serii Vwraz z platformą T6 w celu określenia właściwej konfiguracji spełniającej konkretne wymagania platformy.

W tych kontrolowanych warunkach wkład z pojedynczą pompą T6 zapewnia konsekwentnie od 14 000 do 18 000 godzin pracy, zanim pojawią się trzy sygnały konieczności wymiany. Test laboratoryjny ma realny cel: weryfikuje marginesy projektowe, spójność produkcji i nominalną wydajność w całej rodzinie produktów. Zarówno producenci, jak i klienci opierają się na tych danych przy planowaniu wydajności i prognozowaniu wymiany.

Test laboratoryjny nie uwzględnia kumulatywnego efektu działania wielu czynników stresujących jednocześnie w rzeczywistych instalacjach. Każdy z nich może mieścić się w granicach projektowych. Jednak łączny wpływ przyspiesza zużycie znacznie bardziej, niż można przewidzieć za pomocą pojedynczego testu laboratoryjnego. Środowisko platformy morskiej jest jednym z najbardziej dotkliwych przykładów tego efektu kumulacyjnego.

Czynnik stresogenny nr 1: Drogi zanieczyszczenia solą

Sól przedostaje się do układu hydraulicznego kilkoma drogami, których nie obejmują testy laboratoryjne. Najczęstszym z nich są uszkodzone uszczelnienia, szczególnie wokół uszczelnień wału, uszczelnień tłoczysk cylindrów i odpowietrzników zbiorników. W warunkach panujących na platformie wiertniczej powietrze nasycone solą i morska bryza przenikają przez te miejsca, wprowadzając jony chlorkowe do oleju.

Dla operatorów platform oceniających pompy zamienne w całym portfolio produktów morskich,rodzina silników łopatkowychuzupełnia linię pomp T6 o pomocnicze napędy silników do systemów pozycjonujących.

Cząsteczki soli w oleju działają jak zanieczyszczenia ścierne, przyspieszając zużycie końcówek łopatek, tarczy dociskowej i powierzchni pierścienia krzywkowego. Zużycie mechaniczne spowodowane solą jest widoczną przyczyną uszkodzeń, ale jony chlorkowe sprzyjają również korozji elektrochemicznej powierzchni łożysk i uszczelnień wału. Korozja ta rzadko powoduje natychmiastową awarię, ale skraca żywotność łożysk i uszczelnień, powodując uszkodzenia wtórne, wykraczające poza sam wkład.

Dostępne pakiety uszczelnień morskichPompy serii T6Stosuj elastomery fluorowęglowe odporne na działanie soli. Materiały te są droższe niż standardowe uszczelnienia nitrylowe, ale wydłużają żywotność uszczelnień od 3 do 5 razy w środowisku morskim. Kupujący, którzy zamawiają pompy do platform wiertniczych, powinni zawsze potwierdzić wybór pakietu uszczelnień, ponieważ standardowe uszczelnienia są standardem w wielu konfiguracjach produktów, chyba że zostaną wyraźnie ulepszone.

Oprócz uszczelnień, filtr odpowietrzający zbiornik jest częstą drogą zanieczyszczeń w instalacjach morskich. Standardowe filtry usuwają cząstki stałe, ale nie opary soli. Dostępne są specjalistyczne filtry morskie z wkładem zatrzymującym sól, których cena waha się od 50 do 150 dolarów za sztukę. Dla operatorów platform obsługujących wiele pomp, modernizacja filtrów odpowietrzających w całej flocie jest jedną z najbardziej rentownych inwestycji w konserwację.

Czynnik stresujący numer dwa: cykl termiczny wynikający z pracy przerywanej

Układy hydrauliczne platformy rzadko pracują w sposób ciągły. Operacje dźwigu włączają się i wyłączają w miarę przemieszczania ładunku. Systemy wciągarek włączają się na krótko podczas obsługi lub pozycjonowania kotwicy. Jednostki napędowe mogą pozostawać bezczynne przez wiele godzin między kolejnymi operacjami. Każdy cykl rozruchu i wyłączenia generuje przepięcie termiczne, które wkład musi zaabsorbować.

Kupujący badający niezawodność pomp morskich mogą odwołać się doEuropejska Federacja Transportu Materiałównormy dotyczące sprzętu do transportu materiałów stosowanego w środowiskach morskich i offshore.

Z mojego doświadczenia w ocenie protokołów testów laboratoryjnych wynika, że ​​temperatura oleju utrzymuje się w zakresie od 10 do 15 stopni Celsjusza wokół wartości docelowej. Na platformach morskich wahania temperatury oleju wynoszą od 30 do 50 stopni Celsjusza w ciągu typowej 24-godzinnej pracy. Warunki zimnego rozruchu z olejem o temperaturze otoczenia obciążają końcówki łopatek inaczej niż w warunkach pracy stacjonarnej. Różnica w rozszerzalności cieplnej między wirnikiem, pierścieniem krzywkowym a płytą dociskową powoduje mikroruchy na powierzchniach styku, które przyspieszają zużycie.

Problem cykli termicznych nasila się na platformach o zimnym klimacie, takich jak te na Morzu Północnym. Olej rozruchowy na zimno w temperaturze 5 stopni Celsjusza w porównaniu ze stanem ustalonym w temperaturze 60 stopni Celsjusza oznacza, że ​​komponenty wkładu podlegają wahaniom o 55 stopni w każdym cyklu operacyjnym. Operatorzy platform w tych regionach podają, że żywotność wkładów mieści się w dolnej granicy zakresu offshore, często poniżej 7000 godzin.

Nabywcy, którzy zamawiają pompy do platform w zimnym klimacie, powinni zwrócić uwagę na funkcje zarządzania temperaturą, takie jak podgrzewane zbiorniki, pompy obiegowe utrzymujące minimalną temperaturę oleju w okresach bezczynności oraz materiały wkładów przystosowane do pracy w niskich temperaturach. Funkcje te zwiększają koszt pompy o 5 do 10 procent, ale pozwalają odzyskać 15 do 25 procent żywotności utraconej na cykle termiczne.

Czynnik stresujący nr 3: Wibracje spowodowane działaniem fal i pracą dźwigu

Platformy morskie są narażone na ciągłe drgania o niskiej częstotliwości, wynikające z działania fal, styku statku z platformą oraz pracy dźwigów. Amplituda drgań różni się w zależności od konstrukcji platformy i stanu morza, ale jest zawsze obecna i nigdy nie jest symulowana w testach laboratoryjnych.

Protokoły testowania wydajności układu hydraulicznego ISO, do których odniesiono się w tym artykule, są udokumentowane wKatalog norm ISO, która zapewnia metodologię testowania stosowaną przez producentów w celu określenia szacunkowego okresu eksploatacji.

Ciągłe drgania o niskiej częstotliwości przyspieszają zużycie mechaniczne powierzchni łożysk, uszczelnień wału oraz styku wkładu z obudową. Wewnętrzne elementy pompy łopatkowej opierają się na precyzyjnych luzach, które zgodnie z projektem będą utrzymywane w warunkach ustalonych. Drgania wprowadzają obciążenia dynamiczne, które zmieniają luzy w niewielkich, ale znaczących wartościach. W ciągu tysięcy godzin pracy kumuluje się to w przyspieszonym zużyciu każdej powierzchni styku.

Praca dźwigu generuje drgania przejściowe o wysokiej amplitudzie, które są jeszcze bardziej szkodliwe niż ciągłe drgania platformy. Połączenie wahań dźwigu, pracy wciągarki i ruchu ładunku generuje profile drgań, które na krótko przekraczają ustalony margines bezpieczeństwa pompy. Te drgania przejściowe nie są rejestrowane jako awarie, ale pozostawiają mikrouszkodzenia, które narastają przez cały okres eksploatacji wkładu.

Najskuteczniejszym środkiem zaradczym, jaki zaobserwowałem w przypadku modernizacji platform, jest izolacja wibracji w miejscu mocowania. Elastyczne mocowania przeznaczone do zastosowań morskich zmniejszają przenoszenie drgań z platformy na korpus urządzenia o 60–80%. Mocowania kosztują od 200 do 500 dolarów amerykańskich za sztukę i stanowią jedną z najbardziej rentownych inwestycji w zakresie wydłużenia żywotności wkładu. Operatorzy, którzy modernizują elastyczne mocowania, zazwyczaj deklarują 10–15% dłuższą żywotność już po pierwszym cyklu wymiany.

Czynnik stresowy numer cztery: przejściowe zmiany ciśnienia spowodowane pracą dźwigu i wciągarki

Podczas pracy dźwigów i wciągarek występują skoki ciśnienia, które przekraczają ciśnienie robocze w stanie ustalonym o 30 do 60 procent. Skoki ciśnienia występują w ciągu milisekund, ale powtarzają się wielokrotnie w ciągu jednego cyklu pracy dźwigu. Każdy skok ciśnienia powoduje obciążenie udarowe elementów wkładu, którego nie wychwytują testy laboratoryjne.

Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat praktyk konserwacji morskich układów hydraulicznych,Norma ISO dotycząca czystości płynu hydraulicznegozapewnia ramy kodeksu czystości stosowanego w programie pobierania próbek ropy naftowej na morzu, opisanym powyżej.

Złożony efekt tysięcy przejściowych zmian ciśnienia na powierzchniach końcówek łopatek, tarczy dociskowej i pierścienia krzywkowego można zmierzyć w analizie demontażu. Zestawy wkładów, które były intensywnie eksploatowane w dźwigach, wykazują charakterystyczne wzorce zużycia na krawędzi portu wysokiego ciśnienia, które nie występują w warunkach pracy stacjonarnej. Ten wzór zużycia stopniowo zmniejsza wydajność objętościową, co jest jednym z trzech sygnałów omówionych w artykule dotyczącym wymiany wkładów.

Nabywcy zamawiający agregaty hydrauliczne do obsługi dźwigów i wciągarek powinni dokładnie rozważyć dobór rozmiaru akumulatora. Akumulatory o odpowiedniej pojemności absorbują przejściowe zmiany ciśnienia i redukują obciążenia udarowe elementów wewnętrznych. Zbyt małe akumulatory pozwalają na przedostanie się przejściowe zmiany ciśnienia do korpusu pompy i przyspieszenie jej zużycia. Zależność między pojemnością akumulatora a żywotnością nie jest powszechnie znana, ale dane terenowe konsekwentnie wskazują, że platformy z odpowiednią pojemnością akumulatora charakteryzują się o 15 do 20 procent dłuższą żywotnością.

Efekt kumulacji czterech stresorów

Czynniki stresujące nie działają niezależnie. Nakładają się na siebie w sposób, którego nie da się odtworzyć w testach laboratoryjnych. Zanieczyszczenie solą przyspiesza zużycie, które pogarszają cykle termiczne. Wibracje niszczą uszczelnienia, które w przeciwnym razie zapobiegałyby przedostawaniu się soli. Przejściowe zmiany ciśnienia przenoszą obciążenia udarowe na elementy osłabione już przez inne czynniki stresujące.

To właśnie ta kombinacja sprawia, że ​​wkład o żywotności 14 000–18 000 godzin w laboratorium zapewnia żywotność od 6 000 do 10 000 godzin w typowych warunkach morskich. Żaden pojedynczy czynnik stresujący nie wyjaśnia tej luki. Wyjaśnieniem jest interakcja wszystkich czynników.

Operatorzy platform, którzy rozumieją ten efekt kumulacji, odpowiednio projektują swoje programy konserwacji. Zamiast traktować każdy czynnik stresujący osobno, najskuteczniejsze programy konserwacji obejmują wszystkie czynniki jednocześnie, poprzez skoordynowane cykle inspekcji, protokoły pobierania próbek oleju, programy modernizacji uszczelnień i przeglądy pojemności akumulatorów.

Program konserwacji 250-H, który przywraca utracone życie

W analizowanych przez nas instalacjach morskich mój zespół konsekwentnie stwierdzał, że platformy ze strukturalnymi programami konserwacji co 250 godzin osiągają żywotność wkładów w zakresie od 8000 do 10 000 godzin, a nie od 6000 do 8000 godzin, jak w przypadku bazowych okresów. Interwał co 250 godzin jest zgodny z typowymi cyklami operacyjnymi platform i zapewnia zespołom konserwacyjnym przewidywalną częstotliwość przeglądów krytycznych punktów.

Pięć komponentów programu jest prostych. Po pierwsze, pobieranie próbek oleju z odpływu obudowy pompy i zbiornika. Próbka jest analizowana pod kątem liczby cząstek stałych, zawartości wody i stężenia chlorków. Liczba cząstek stałych powyżej normy ISO 4406 19/17/14 powoduje konieczność modernizacji filtracji. Zawartość wody powyżej 100 ppm powoduje konieczność kontroli zbiornika. Stężenie chlorków powyżej 50 ppm powoduje konieczność kontroli uszczelnienia.

Po drugie, należy przeprowadzić wizualną kontrolę uszczelnień wału, uszczelnień tłoczyska cylindra i odpowietrznika zbiornika. Wszelkie oznaki nagromadzenia soli, stwardnienia lub pęknięć wymagają natychmiastowej wymiany uszczelnienia w pakiecie uszczelnień morskich. Po trzecie, należy regularnie wymieniać wkład filtracyjny, niezależnie od wskazania spadku ciśnienia. Wymiana wkładu zapobiega problemowi stopniowego ograniczania przepływu, o którym mowa wcześniej w części dotyczącej konserwacji wkładu.

Po czwarte, weryfikacja wstępnego naładowania akumulatora. Spadek ciśnienia wstępnego naładowania jest najczęstszą przyczyną niedowymiarowania akumulatora podczas eksploatacji, ponieważ azot wycieka powoli z czasem. Coroczna weryfikacja pozwala wykryć problem, zanim przyspieszy on zużycie wkładu. Po piąte, kontrola mocowania wibracyjnego. Stwardniałe lub pęknięte mocowania sprężyste tracą swoje właściwości izolacyjne i powodują przenoszenie drgań platformy na korpus pompy.

Kupujący, którzy zamawiają pompy do nowych instalacji platformowych, powinni zażądać od dostawcy pompy dokumentacji programu konserwacji, która będzie częścią pakietu dokumentacji technicznej. Dostawcy, którzy nie są w stanie zapewnić ustrukturyzowanego doradztwa w zakresie konserwacji dla usług offshore, nie są odpowiednimi dostawcami dla tych wymagających zastosowań.

Certyfikaty towarzystw klasyfikacyjnych i ich znaczenie

Operatorzy platform wiertniczych określają pompy z certyfikatami towarzystw klasyfikacyjnych, które odpowiadają standardom zamówień państwa bandery i operatora platformy. Pięć najczęściej wymienianych towarzystw to CCS (Chińskie Towarzystwo Klasyfikacyjne), DNV (Det Norske Veritas, Norwegia), ABS (Amerykańskie Biuro Żeglugi), BV (Bureau Veritas, Francja) i LR (Lloyd's Register, Wielka Brytania).

Każde stowarzyszenie ma odrębne protokoły testowe, wymagania certyfikacyjne i procedury odnawiania. Certyfikacja CCS jest zazwyczaj wymagana dla platform działających pod chińską banderą lub współpracujących z chińskimi operatorami. DNV jest najczęstszym wymogiem dla platform na Morzu Północnym. ABS dominuje w Zatoce Meksykańskiej. BV obsługuje wiele operacji w Afryce Zachodniej i na Morzu Śródziemnym. LR obsługuje znaczną część brytyjskiego sektora i globalnych projektów offshore.

Dostawcy posiadający wiele certyfikatów mogą obsługiwać szerszy zakres platform, ale certyfikaty te nie są równoważne. Każdy z nich wymaga oddzielnych testów, oddzielnych procedur audytowych i oddzielnej dokumentacji. Koszt utrzymania pięciu certyfikatów jest niemały, dlatego lista dostawców posiadających wszystkie pięć jednocześnie jest krótka. Vicks Hydraulic posiada wszystkie pięć certyfikatów dla rodziny wkładów morskich, co pozwala nam obsługiwać operatorów platform w głównych regionach offshore.

T6EEC: Koń roboczy morskich jednostek energetycznych

Spośród członków rodziny T6, konfiguracja potrójna T6EEC jest najczęściej stosowana w morskich jednostkach napędowych i systemach wciągarek. Potrójna konstrukcja zawiera trzy sekcje pompujące w jednej obudowie, dzieląc ciśnienie wlotowe i wylotowe między sekcje. Taka architektura oferuje szereg zalet charakterystycznych dla zastosowań offshore.

Kupujący oceniający napędy silnikowe do morskich jednostek energetycznych mogą zapoznać się zKatalog hydrauliczny Eatonmateriały referencyjne dotyczące elementów hydraulicznych przeznaczonych do zastosowań morskich.

Konstrukcja trzysekcyjna zapewnia wbudowaną redundancję. Jeśli jedna sekcja wykazuje przedwczesne zużycie, pompa kontynuuje pracę z obniżoną wydajnością podczas planowanej konserwacji. Ta redundancja jest istotna na platformach, gdzie nieplanowany przestój systemów dźwigowych lub wciągarek może całkowicie przerwać pracę. Operatorzy na Morzu Północnym zazwyczaj preferują konstrukcje trzysekcyjne do obsługi dźwigów, ponieważ awarie pojedynczych sekcji stwarzają bezpośrednie zagrożenie operacyjne i bezpieczeństwa.

Pompa T6EEC zapewnia również wysokie natężenia przepływu wymagane do obsługi dźwigów i wciągarek offshore bez konieczności stosowania pomp o większej konstrukcji. Pompy o większej konstrukcji zwiększają masę i przestrzeń hydrauliczną platformy, co wiąże się ze znacznymi kosztami w budownictwie offshore. Pompa T6EEC zapewnia wydajność przepływu w bardziej kompaktowej obudowie, co stanowi istotną zaletę w przypadku platform o ograniczonej przestrzeni.

Dla operatorów platform wiertniczych rozważających wymianę T6EEC, określenie rodzaju uszczelnienia morskiego jest kluczowe. Standardowy pakiet uszczelniający wykorzystuje elastomery nitrylowe przeznaczone do ogólnych zastosowań przemysłowych. Pakiet morski można ulepszyć, stosując elastomery fluorowęglowe w całym wkładzie. Różnica w kosztach wynosi od 10 do 15 procent ceny wkładu, ale czas regeneracji po okresie eksploatacji w warunkach morskich wynosi od 30 do 40 procent.

Kiedy rynek wtórny ma sens, a kiedy nie

Dyskusja na temat wkładów zamiennych na rynku zagranicznym jest bardziej zniuansowana niż w jakimkolwiek innym segmencie zastosowań. W warunkach przemysłowych przeprowadzałem klientów przez analizę kosztów posiadania, która zazwyczaj faworyzuje producentów OEM. Ta sama analiza w przypadku rynku zagranicznego jest znacznie bardziej jednostronna.

Wkłady zamienne w warunkach morskich osiągają zazwyczaj 50–65% żywotności OEM. Złożone czynniki naprężające, które już skracają żywotność wkładów OEM o 30–50%, mają jeszcze większy wpływ na produkty zamienne. Luz między łopatkami, płaskość płytki dociskowej i tolerancje wykończenia powierzchni, które producenci OEM utrzymują w ścisłych specyfikacjach, są trudniejsze do utrzymania w cenie części zamiennych.

Gdy nieplanowany przestój na platformie offshore może przekroczyć 100 000 USD dziennie w postaci utraconej produkcji i kosztów operacyjnych w trybie gotowości, oszczędności wynikające z wyższej ceny na rynku wtórnym nie rekompensują zwiększonej częstotliwości wymiany. Operatorzy, którzy standaryzują się w zakresie części zamiennych na rynku offshore, zazwyczaj ponoszą o 30–50% wyższe całkowite koszty wkładów w ciągu pięciu lat, pomimo niższej ceny jednostkowej.

Wybór rynku wtórnego ma sens w zastosowaniach o niskim stopniu krytyczności, takich jak systemy platform pomocniczych, gdzie przestoje są akceptowalne. W przypadku zastosowań dźwigowych, wciągarek i agregatów napędowych, OEM jest właściwym rozwiązaniem w zastosowaniach offshore. Matematyka jest mniej interesująca niż konsekwencje operacyjne.

Wnioski: traktowanie offshore jako odrębnej klasy aplikacji

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​ramy, które sprawdzają się w zastosowaniach przemysłowych, nie przekładają się bezpośrednio na platformy offshore. Żywotność jest od 30 do 50 procent niższa niż w warunkach laboratoryjnych, z przyczyn, których nie uwzględniają kontrolowane testy. Operatorzy, którzy traktują offshore jako odrębną klasę aplikacji, z własnymi programami konserwacji, własnymi kryteriami kwalifikacji dostawców i własnymi kalkulacjami całkowitego kosztu posiadania (TCO), konsekwentnie osiągają lepsze rezultaty niż ci, którzy stosują podręczniki przemysłowe do obsługi platform.

Połączenie zanieczyszczeń solnych, cykli termicznych, wibracji i przejściowych zmian ciśnienia to rzeczywistość morskich usług hydraulicznych. Dostawcy, którzy rozumieją wszystkie czynniki stresu i odpowiednio projektują swoje produkty, dokumentację i programy wsparcia, to dostawcy, z którymi warto współpracować. Najtańszy wkład rzadko jest właściwym rozwiązaniem w przypadku usług morskich, a premia OEM jest łatwiejsza do uzasadnienia niż w jakimkolwiek innym segmencie.

Jeśli Twój zespół inżynierów ocenia jednostki hydrauliczne do instalacji offshore lub zmaga się z żywotnością poniżej laboratoryjnych norm, nasz zespół ds. morskich może przeanalizować cykl pracy i zalecić specyfikację dostosowaną do platformy. Prześlij profil pracy i aktualne dane serwisowe za pośrednictwemstrona kontaktowai przeprowadzimy analizę na bazie danych offshore.centrum dokumentacji technicznejzawiera również wskazówki dotyczące specyfikacji morskich i struktury programu konserwacji co 250 godzin.