Операторы регулярно обращаются в мою команду с неприятной проблемой: картридж с лопастями, проработавший 14 000 часов на лабораторном испытательном стенде, выходит из строя через 6 500 часов на рабочей платформе. Насос той же модели. Номинальные характеристики совпадают. Профиль рабочего давления находится в пределах установленных норм. Тем не менее, разница в сроке службы реальна и постоянна во всем сегменте.

Я достаточно долго работал на сервисных станциях и проводил разборку оборудования после отказов, чтобы понять, почему возникает этот разрыв, и хотел бы поделиться тем, что узнал о его основных причинах. Это не одна причина. Это совокупность факторов, которые лабораторные испытания либо упрощают, либо полностью игнорируют. В этой статье рассматриваются эти факторы и методы технического обслуживания, позволяющие восстановить большую часть потерянного срока службы, на основе полевых данных, собранных нами на морских установках в Северном море, Мексиканском заливе и у берегов Западной Африки.

Что именно подтверждают лабораторные исследования?

Производители гидравлических насосов оценивают срок службы картриджей на основе стандартизированных испытаний, проводимых в соответствии со стандартом ISO 4391 и протоколами конкретного производителя. Испытательный стенд использует чистое гидравлическое масло, отфильтрованное по стандарту ISO 4406 18/16/13 или выше, работает при постоянном целевом давлении и расходе, поддерживает температуру масла в узком диапазоне и работает непрерывно без вибрации или внешних механических нагрузок.

Покупатели, сравнивающие различные серии насосов для работы на морских платформах, могут ознакомиться с информацией о них.семейство картриджей серии Vнаряду с платформой T6, чтобы определить подходящую конфигурацию для конкретных требований платформы.

В этих контролируемых условиях картридж насоса T6 стабильно обеспечивает от 14 000 до 18 000 часов работы до появления трех сигналов о необходимости замены. Лабораторные испытания выполняют реальную функцию: они подтверждают запас прочности конструкции, стабильность производства и номинальную производительность всей линейки продукции. Производители и клиенты полагаются на эти данные при планировании производственных мощностей и прогнозировании необходимости замены.

Лабораторные испытания не учитывают кумулятивный эффект множества факторов, действующих одновременно в реальных условиях эксплуатации. Каждый отдельный фактор может находиться в пределах проектных параметров. Однако совокупное воздействие ускоряет износ значительно сильнее, чем это может предсказать любой отдельный лабораторный тест. Условия эксплуатации морских платформ являются одним из наиболее суровых примеров этого кумулятивного эффекта.

Первый стрессовый фактор: пути загрязнения солью.

Соль попадает в гидравлическую систему несколькими путями, которые не учитываются лабораторными исследованиями. Наиболее распространенный путь — повреждение уплотнений, особенно вокруг уплотнений вала, уплотнений штока цилиндра и сапунных отверстий резервуара. Насыщенный солью воздух и морские брызги проникают в эти места в условиях эксплуатации платформы, вводя ионы хлора в масло.

Для операторов платформ, оценивающих возможность замены насосов во всем ассортименте морской продукции,семейство лопастных двигателейДополняет линейку насосов T6 вспомогательными электроприводами для систем позиционирования.

Попав в масло, частицы соли действуют как абразивные загрязнения, ускоряя износ поверхностей лопаток, нажимной пластины и кулачкового кольца. Механический износ от соли является видимым видом отказа, но ионы хлорида также способствуют электрохимической коррозии поверхностей подшипников и уплотнений вала. Эта коррозия редко приводит к немедленному выходу из строя, но сокращает срок службы подшипников и уплотнений, вызывая вторичные отказы, выходящие за рамки самого картриджа.

Доступные комплекты для герметизации морских сооружений.Насосы серии Т6В производстве используются фторуглеродные эластомеры, рассчитанные на воздействие соли. Эти материалы стоят дороже стандартных нитриловых уплотнений, но увеличивают срок службы уплотнений в 3-5 раз в морских условиях. Покупателям, выбирающим насосы для морских платформ, всегда следует уточнять выбор комплекта уплотнений, поскольку стандартные уплотнения являются стандартными во многих конфигурациях продукции, если не выбрана улучшенная версия.

Помимо уплотнений, распространенным путем загрязнения на морских установках является фильтр сапуна резервуара. Стандартные сапуны удаляют твердые частицы, но не пары соли. Существуют специализированные морские сапуны с соляными улавливающими элементами, стоимость которых составляет от 50 до 150 долларов США за единицу. Для операторов платформ, использующих несколько насосов, модернизация сапуна всего флота является одним из наиболее выгодных вложений в техническое обслуживание.

Второй фактор стресса: термические циклы при периодической работе.

Гидравлические системы платформы редко работают непрерывно. Работа крана циклически включается и выключается по мере перемещения груза. Лебедочные системы кратковременно включаются во время работы с якорем или его установки. Силовые агрегаты могут простаивать в течение нескольких часов между операциями. Каждый цикл запуска и остановки вызывает тепловой переход, который должен компенсировать картридж.

Покупатели, изучающие надежность насосов для морских платформ, могут обратиться к следующему источнику:Европейская федерация погрузочно-разгрузочных работстандарты для погрузочно-разгрузочного оборудования, используемого в морских и шельфовых условиях.

Из моего опыта оценки протоколов лабораторных испытаний я обнаружил, что температура масла поддерживается в диапазоне от 10 до 15 градусов Цельсия вокруг проектного значения. На морских платформах наблюдаются колебания температуры масла от 30 до 50 градусов Цельсия в течение типичных 24 часов. Условия холодного пуска с маслом комнатной температуры создают иную нагрузку на лопатки по сравнению с работой в стационарном режиме. Разница в тепловом расширении между ротором, кулачковым кольцом и нажимной пластиной вызывает микроперемещения на контактных поверхностях, которые ускоряют износ.

Проблема температурных циклов усугубляется на платформах, работающих в условиях холодного климата, таких как платформы в Северном море. Холодный запуск масла при температуре 5 градусов Цельсия по сравнению с установившейся температурой при 60 градусах Цельсия означает, что компоненты картриджа подвергаются колебаниям температуры на 55 градусов в каждом рабочем цикле. Операторы платформ в этих регионах сообщают о сроке службы картриджей на нижнем пределе диапазона для морских платформ, часто ниже 7000 часов.

Покупателям, выбирающим насосы для платформ, работающих в условиях холодного климата, следует запрашивать функции терморегулирования, такие как подогреваемые резервуары, циркуляционные насосы, поддерживающие минимальную температуру масла в периоды простоя, и материалы картриджей, рассчитанные на работу при низких температурах. Эти функции увеличивают стоимость насоса на 5–10 процентов, но компенсируют 15–25 процентов потерянного срока службы из-за термических циклов.

Третий фактор стресса: вибрация от волнового воздействия и работы крана.

На морских платформах постоянно наблюдаются низкочастотные вибрации, вызванные волновым воздействием, взаимодействием судна с платформой и работой кранов. Амплитуда вибрации варьируется в зависимости от конструкции платформы и состояния моря, но она присутствует всегда и никогда не имитируется в лабораторных условиях.

Протоколы испытаний гидравлических систем ISO, упомянутые в данной статье, задокументированы в [ссылка на документацию].каталог стандартов ISO, которая предоставляет методологию испытаний, используемую производителями для подтверждения заявленного срока службы.

Непрерывная низкочастотная вибрация ускоряет механический износ поверхностей подшипников, уплотнений вала и зоны соприкосновения картриджа с корпусом. Внутренние компоненты лопастного насоса зависят от точных зазоров, которые, согласно конструкции, должны сохраняться в установившемся режиме. Вибрация создает динамические нагрузки, которые изменяют зазоры на небольшие, но значимые величины. За тысячи часов работы совокупный эффект приводит к ускоренному износу каждой соприкасающейся поверхности.

Работа крана приводит к возникновению высокоамплитудных переходных вибраций, которые наносят еще больший ущерб, чем непрерывные вибрации платформы. Сочетание качания крана, работы лебедки и перемещения груза создает вибрационные профили, которые на короткие периоды превышают расчетный запас мощности насоса в установившемся режиме. Эти переходные процессы не регистрируются как отказы, но оставляют микроповреждения, которые накапливаются в течение всего срока службы картриджа.

Наиболее эффективной мерой противодействия, которую я наблюдал при модернизации платформ, является виброизоляция в местах крепления. Упругие опоры, рассчитанные на эксплуатацию в морских условиях, снижают передачу вибрации платформы на корпус оборудования на 60–80 процентов. Стоимость таких опор составляет от 200 до 500 долларов США за единицу, и они представляют собой одно из наиболее выгодных вложений для продления срока службы картриджей. Операторы, модернизирующие оборудование с помощью упругих опор, обычно сообщают об увеличении срока службы на 10–15 процентов уже после первой замены.

Четвертый фактор стресса: скачки давления при работе крана и лебедки.

При работе крана и лебедки возникают скачки давления, превышающие установившееся рабочее давление на 30–60 процентов. Эти скачки давления происходят в течение миллисекунд, но повторяются много раз за один цикл работы крана. Каждый скачок создает ударную нагрузку на компоненты картриджа, которую лабораторные испытания не позволяют зафиксировать.

Для более подробного ознакомления с методами технического обслуживания морских гидравлических систем, см.Стандарт ISO по чистоте гидравлических жидкостейПредоставляет структуру кодов чистоты, используемую в описанной выше программе отбора проб нефти на шельфе.

Накопительный эффект тысяч скачков давления на поверхностях лопаток, нажимной пластины и кулачкового кольца можно измерить при разборке. Комплекты картриджей, которые интенсивно использовались в кранах, демонстрируют характерные следы износа на краю порта высокого давления, которые не проявляются в стационарном режиме работы. Этот износ постепенно снижает объемную эффективность, что является одним из трех сигналов, которые я рассматривал в статье о схеме замены картриджей.

Покупателям, выбирающим гидравлические агрегаты для кранов и лебедок, следует тщательно оценить размеры гидроаккумуляторов. Аккумуляторы правильного размера поглощают скачки давления и снижают ударные нагрузки на внутренние компоненты. Аккумуляторы недостаточного размера позволяют скачкам давления достигать корпуса насоса и ускоряют износ. Взаимосвязь между емкостью аккумулятора и сроком службы не получила широкого распространения, но данные полевых испытаний неизменно показывают, что платформы с достаточной емкостью аккумулятора имеют на 15-20 процентов больший срок службы.

Эффект суммирования четырех стрессовых факторов

Факторы напряжения не действуют независимо друг от друга. Они накладываются друг на друга таким образом, что лабораторные испытания не могут это воспроизвести. Загрязнение солью ускоряет износ, который усугубляется термическими циклами. Вибрация разрушает уплотнения, которые в противном случае предотвращали бы попадание соли. Переходные процессы давления передают ударные нагрузки на компоненты, уже ослабленные другими факторами напряжения.

Именно это сочетание факторов объясняет, почему картридж, рассчитанный на 14 000–18 000 часов работы в лабораторных условиях, в типичных условиях эксплуатации на морских платформах работает всего 6 000–10 000 часов. Ни один отдельный фактор нагрузки не объясняет этот разрыв. Объяснение кроется во взаимодействии всех этих факторов.

Операторы платформ, понимающие этот кумулятивный эффект, соответствующим образом разрабатывают свои программы технического обслуживания. Вместо того чтобы рассматривать каждый фактор нагрузки по отдельности, наиболее эффективные программы технического обслуживания решают все проблемы одновременно посредством скоординированных циклов инспекций, протоколов отбора проб масла, программ модернизации уплотнений и анализа емкости аккумуляторов.

Программа технического обслуживания 250-H, позволяющая восстановить утраченные человеческие жизни.

На всех проанализированных нами морских установках моя команда неизменно обнаруживала, что платформы со структурированными программами технического обслуживания с интервалом в 250 часов достигают срока службы картриджей в диапазоне от 8000 до 10000 часов, а не от 6000 до 8000 часов, как это принято в базовом варианте. Интервал в 250 часов соответствует типичным циклам эксплуатации платформ и обеспечивает ремонтным бригадам предсказуемый график проведения критически важных проверок.

Программа состоит из пяти простых компонентов. Во-первых, отбор проб масла из сливного отверстия корпуса насоса и резервуара. Проба анализируется на количество частиц, содержание воды и концентрацию хлоридов. При превышении количества частиц (согласно ISO 4406 19/17/14) требуется модернизация фильтра. При содержании воды выше 100 ppm требуется осмотр резервуара. При концентрации хлоридов выше 50 ppm требуется осмотр уплотнений.

Во-вторых, визуальный осмотр уплотнений вала, штоков цилиндров и сапуна резервуара. Любые признаки накопления соли, затвердевания или растрескивания приводят к немедленной замене уплотнений с использованием морского уплотнительного комплекта. В-третьих, замена фильтрующего элемента по установленному графику независимо от показаний падения давления. Замена элемента предотвращает проблему постепенного ограничения потока, рассмотренную ранее в рамках технического обслуживания картриджа.

В-четвертых, проверка предварительной заправки аккумулятора. Потеря давления предварительной заправки является наиболее распространенной причиной недостаточной мощности аккумулятора в процессе эксплуатации, поскольку утечка азота происходит медленно с течением времени. Ежегодная проверка позволяет выявить проблему до того, как она ускорит износ картриджа. В-пятых, проверка виброопоры. Закаленные или треснувшие упругие опоры теряют свои виброизоляционные свойства и позволяют вибрации платформы передаваться на корпус насоса.

Покупатели, заказывающие насосы для новых платформ, должны запросить у поставщика насосов документацию по программе технического обслуживания в рамках пакета технической документации. Поставщики, которые не могут предоставить структурированные рекомендации по техническому обслуживанию для работы в морских условиях, не подходят для таких сложных задач.

Сертификаты классификационных обществ и что они означают.

Операторы морских платформ указывают в качестве оборудования насосы, имеющие сертификаты классификационных обществ, соответствующие стандартам закупок государства флага и оператора платформы. Пять наиболее часто упоминаемых обществ — это CCS (Китайское классификационное общество), DNV (Det Norske Veritas, Норвегия), ABS (Американское бюро судоходства), BV (Bureau Veritas, Франция) и LR (Lloyd's Register, Великобритания).

В каждом обществе действуют свои протоколы тестирования, требования к сертификации и процедуры продления. Сертификация CCS обычно требуется для платформ, работающих под китайским флагом или сотрудничающих с китайскими операторами. Сертификация DNV является наиболее распространенным требованием для платформ в Северном море. ABS доминирует в Мексиканском заливе. BV охватывает многие операции в Западной Африке и Средиземноморье. LR управляет значительной долей проектов в британском секторе и глобальных шельфовых проектах.

Поставщики, обладающие несколькими сертификатами, могут обслуживать более широкий спектр платформ, но эти сертификаты не эквивалентны. Каждый требует отдельных испытаний, отдельных процедур аудита и отдельной документации. Стоимость поддержания пяти сертификатов не является незначительной, поэтому список поставщиков, одновременно обладающих всеми пятью сертификатами, невелик. Компания Vicks Hydraulic поддерживает все пять сертификатов для семейства морских картриджей, что позволяет нам обслуживать операторов платформ в основных морских регионах.

T6EEC: Рабочая лошадка среди морских энергетических установок

Среди членов семейства T6 трехсекционная конфигурация T6EEC является наиболее часто используемой для силовых установок и лебедочных систем морских платформ. Трехсекционная конструкция обеспечивает три насосные секции в одном корпусе, распределяя входное и выходное давление между секциями. Такая архитектура предлагает ряд преимуществ, специфичных для работы в морских условиях.

Покупатели, оценивающие электроприводы для морских энергетических установок, могут ознакомиться с информацией по следующим вопросам:Каталог гидравлических систем Eatonсправочные материалы по гидравлическим компонентам, предназначенным для использования в морских условиях.

Трехсекционная конструкция обеспечивает встроенное резервирование. Если одна из секций изнашивается преждевременно, насос продолжает работать с пониженной производительностью во время планового технического обслуживания. Это резервирование имеет важное значение на платформах, где незапланированные простои крановых или лебедочных систем могут полностью остановить работу. Операторы в Северном море обычно настаивают на трехсекционных конструкциях для кранов, поскольку отказы отдельных секций создают непосредственные эксплуатационные риски и риски для безопасности.

Насос T6EEC также обеспечивает высокую производительность, необходимую для работы морских кранов и лебедок, без использования насосов больших размеров. Насосы больших размеров увеличивают вес и занимаемую площадь гидравлического отсека платформы, что существенно повышает стоимость строительства морских сооружений. Насос T6EEC обеспечивает необходимую производительность в более компактном корпусе, что является существенным преимуществом при ограниченном пространстве на платформах.

Для операторов платформ, оценивающих возможность замены T6EEC, крайне важно указать морской уплотнительный комплект. Стандартный уплотнительный комплект использует нитриловые эластомеры, рассчитанные на общую промышленную эксплуатацию. В морском комплекте используются фторуглеродные эластомеры по всей длине картриджа. Разница в стоимости составляет от 10 до 15 процентов от цены картриджа, но при этом срок службы увеличивается на 30-40 процентов в условиях морской среды.

Когда имеет смысл использовать запчасти от сторонних производителей, а когда нет.

Обсуждение картриджей для вторичного рынка за рубежом гораздо сложнее, чем в любом другом сегменте применения. В промышленных условиях я объяснял клиентам расчеты стоимости владения, которые обычно выгодны производителям оригинального оборудования (OEM). За рубежом же эти расчеты гораздо более односторонние.

В условиях морской эксплуатации картриджи, выпускаемые сторонними производителями, обычно сохраняют от 50 до 65 процентов своего ресурса по сравнению с оригинальными деталями. Совокупные нагрузки, которые уже сокращают срок службы оригинальных картриджей на 30-50 процентов, оказывают еще большее влияние на продукцию сторонних производителей. Допуски на зазор между лопатками, плоскостность нажимной пластины и качество поверхности, которые производители оригинального оборудования предъявляют в рамках жестких спецификаций, сложнее поддерживать по цене, характерной для продукции сторонних производителей.

Когда незапланированные простои на морской платформе могут превышать 100 000 долларов США в день из-за потерь производства и эксплуатационных расходов, экономия на более высокой цене запчастей на вторичном рынке не компенсирует увеличение частоты замены. Операторы, которые стандартизируют использование запчастей на вторичном рынке для морских платформ, как правило, сталкиваются с увеличением общих затрат на картриджи на 30–50 процентов в течение пяти лет, несмотря на более низкую цену за единицу.

В случае применения оборудования с низкой степенью критичности, например, вспомогательных систем платформ, где время простоя допустимо, целесообразно использовать продукцию сторонних производителей (OEM). Для основных кранов, лебедок и силовых установок в морской отрасли правильным решением является использование продукции OEM. Однако расчеты менее интересны, чем операционные последствия.

Заключение: Рассмотрение оффшорной добычи как отдельного класса приложений.

По моему опыту, подход, работающий в промышленных условиях, не может быть напрямую применен на морских платформах. Срок службы на 30-50 процентов ниже лабораторных показателей по причинам, которые не выявляются в ходе контролируемых испытаний. Операторы, которые рассматривают морские платформы как отдельный класс приложений со своими собственными программами технического обслуживания, критериями квалификации поставщиков и расчетами общей стоимости владения, неизменно добиваются лучших результатов, чем те, кто применяет промышленные методы к обслуживанию платформ.

Сочетание солевого загрязнения, термических циклов, вибрации и скачков давления — это реальность работы гидравлических систем на морских платформах. Поставщики, которые понимают все эти факторы и разрабатывают свою продукцию, документацию и программы поддержки с учетом этих факторов, — это те поставщики, с которыми стоит сотрудничать. Самый дешевый картридж редко является оптимальным решением в морских условиях, а наценка OEM-производителя оправдана гораздо легче, чем в любом другом сегменте.

Если ваша инженерная группа проводит оценку гидравлических агрегатов для морских установок или сталкивается с проблемами, связанными с ресурсом ниже лабораторных значений, наша морская команда может проанализировать режим работы и порекомендовать спецификацию, адаптированную к конкретной платформе. Отправьте профиль режима работы и текущие данные об эксплуатации через...страница контактови мы проведем анализ на основе базы данных морских месторождений.центр технической документацииТакже содержит рекомендации по морским техническим характеристикам и структуре программы технического обслуживания, рассчитанной на 250 часов.