Оператори регулярно звертаються до моєї команди з приводу неприємної ситуації: лопатевий картридж, який забезпечує 14 000 годин роботи в лабораторних випробувальних умовах, виходить з ладу через 6 500 годин на платформі. Насос тієї ж моделі. Номінальні характеристики збігаються. Профіль робочого тиску знаходиться в межах опублікованих обмежень. Проте розрив у терміні служби є реальним і однаковим у всьому сегменті.

Я витратив достатньо часу на виклики платформи для обслуговування та розбирання після збоїв, щоб зрозуміти, чому виникає цей розрив, і я хотів би поділитися тим, що я дізнався про основні причини. Це не єдина причина. Це накопичення стресових факторів, які лабораторні випробування або спрощують, або повністю ігнорують. У цій статті розглядаються ці стресові фактори та методи технічного обслуговування, які відновлюють більшу частину втраченого терміну служби, на основі польових даних, які ми зібрали на морських установках у Північному морі, Мексиканській затоці та на шельфі Західної Африки.

Що насправді підтверджують лабораторні дослідження

Виробники гідравлічних насосів оцінюють термін служби картриджів на основі стандартизованих випробувань, що відповідають стандарту ISO 4391 та протоколам, що встановлюються виробником. Випробувальний пристрій використовує чисту гідравлічну оливу, фільтровану за стандартом ISO 4406 18/16/13 або вище, працює при постійному цільовому тиску та потоці, підтримує температуру оливи у вузькому діапазоні та працює безперервно без вібрації чи зовнішнього механічного навантаження.

Покупці, які порівнюють різні серії насосів для морських робіт, можуть переглянутиСімейство картриджів серії Vразом із платформою T6, щоб визначити правильну конфігурацію для конкретних вимог платформи.

За цих контрольованих умов одинарний насосний картридж T6 стабільно забезпечує від 14 000 до 18 000 робочих годин, перш ніж з'являться три сигнали заміни. Лабораторне випробування служить реальній меті: воно перевіряє конструкційні запаси, узгодженість виробництва та номінальну продуктивність усієї лінійки продуктів. Виробники та клієнти покладаються на ці цифри для планування потужностей та прогнозування заміни.

Лабораторні випробування не враховують кумулятивний ефект кількох стресорів, що діють одночасно в реальних умовах експлуатації. Кожен окремий стресор може бути в межах проектних допустимих значень. Однак сукупний вплив прискорює знос набагато більше, ніж може передбачити будь-яке окреме лабораторне випробування. Середовище морської платформи є одним із найсуворіших прикладів такого поєднання ефекту.

Стресовий фактор один: шляхи забруднення сіллю

Сіль потрапляє в гідравлічну систему кількома шляхами, які лабораторні випробування не враховують. Найпоширенішим є пошкодження ущільнень, особливо навколо ущільнень валів, ущільнень штоків циліндрів та сапунів резервуарів. Повітря, насичене сіллю, та морські бризки проникають у ці точки в умовах платформи, вводячи іони хлориду в оливу.

Для операторів платформ, які оцінюють заміну насосів для всього портфоліо морської продукції,сімейство лопатевих двигунівдоповнює лінійку насосів T6 допоміжними моторними приводами для систем позиціонування.

Потрапляючи в оливу, частинки солі діють як абразивні забруднювачі, що прискорюють знос наконечників лопаток, натискного диска та поверхонь кулачкових кілець. Механічне зношування від солі є видимим видом руйнування, але іони хлориду також сприяють електрохімічній корозії поверхонь підшипників та ущільнень валів. Ця корозія рідко призводить до негайного руйнування, але скорочує термін служби підшипників та ущільнень, створюючи вторинні руйнування, окрім самого картриджа.

Пакети для герметизації морських об'єктів, доступні дляНасоси серії T6Використовуйте фторвуглецеві еластомери, розраховані на вплив солі. Ці матеріали коштують дорожче, ніж стандартні нітрилові ущільнення, але подовжують термін служби ущільнень у 3-5 разів у морському середовищі. Покупці, які вибирають насоси для морських платформ, повинні завжди перевіряти вибір пакета ущільнень, оскільки стандартні ущільнення є стандартними в багатьох конфігураціях продукції, якщо вони не оновлюються окремо.

Окрім ущільнень, фільтр сапуна резервуара є поширеним шляхом забруднення на морських установках. Стандартні сапуни видаляють тверді частинки, але не сольові пари. Доступні спеціалізовані морські сапуни із засобом, що вловлює соль, вартість яких становить від 50 до 150 доларів США за одиницю. Для операторів платформ, які використовують кілька насосів, модернізація сапуна по всьому парку є однією з найбільш прибуткових інвестицій у технічне обслуговування.

Стресовий фактор другий: термоциклізм від переривчастої роботи

Гідравлічні системи платформи рідко працюють безперервно. Крани циклічно вмикаються та вимикаються під час руху вантажу. Системи лебідок короткочасно вмикаються під час обробки або позиціонування якоря. Силові агрегати можуть годинами простоювати без діла між робочими подіями. Кожен цикл запуску та зупинки створює тепловий перехідний процес, який картридж повинен поглинати.

Покупці, які досліджують надійність морських насосів, можуть звернутися доЄвропейська федерація обробки матеріалівстандарти для обладнання для обробки матеріалів, що використовується в морських та офшорних умовах експлуатації.

З мого досвіду оцінки протоколів лабораторних випробувань, я виявив, що температура оливи підтримується в діапазоні від 10 до 15 градусів Цельсія навколо розрахункового значення. На морських платформах температура оливи коливається від 30 до 50 градусів Цельсія протягом типового 24-годинного періоду. Умови холодного запуску з оливою кімнатної температури навантажують кінчики лопатей інакше, ніж у стаціонарному режимі роботи. Різниця в теплове розширення між ротором, кулачковим кільцем і натискним диском створює мікрорухи на контактних поверхнях, що прискорює знос.

Проблема термоциклування посилюється на платформах у холодному кліматі, таких як ті, що знаходяться в Північному морі. Холодний старт нафти при 5 градусах Цельсія порівняно зі стаціонарним станом при 60 градусах Цельсія означає, що компоненти картриджів коливаються на 55 градусів протягом кожного робочого циклу. Оператори платформ у цих регіонах повідомляють, що термін служби картриджів знаходиться на нижній межі морського діапазону, часто менше 7000 годин.

Покупці, які вибирають насоси для платформ холодного клімату, повинні запитувати функції терморегулювання, такі як підігрів резервуарів, циркуляційні насоси, що підтримують мінімальну температуру оливи під час періодів простою, та матеріали картриджів, розраховані на роботу за низьких температур. Ці функції збільшують вартість насоса на 5-10 відсотків, але компенсують 15-25 відсотків терміну служби, втраченого через термоциклування.

Стресовий фактор третій: вібрація від хвильової дії та роботи крана

Офшорні платформи постійно відчувають низькочастотну вібрацію від дії хвиль, з'єднань судна з платформою та роботи крана. Амплітуда вібрації залежить від конструкції платформи та стану моря, але вона завжди присутня і ніколи не моделюється в лабораторних випробуваннях.

Протоколи випробувань продуктивності гідравлічних систем ISO, згадані в цій статті, задокументовані наКаталог стандартів ISO, яка надає методологію випробувань, що використовується виробниками для заявленого номінального терміну служби.

Безперервна низькочастотна вібрація прискорює механічний знос поверхонь підшипників, ущільнень вала та з'єднання картриджа з корпусом. Внутрішні компоненти лопатевого насоса залежать від точних зазорів, які, згідно з конструкцією, будуть витримуватися в стаціонарних умовах. Вібрація створює динамічні навантаження, які змінюють зазори на невеликі, але суттєві величини. Протягом тисяч годин роботи сукупний ефект полягає у прискореному зносі кожної поверхні з'єднання.

Робота крана створює високоамплітудну перехідну вібрацію, яка є навіть більш руйнівною, ніж постійна вібрація платформи. Поєднання гойдання крана, роботи лебідки та руху вантажу створює профілі вібрації, які перевищують стаціонарний проектний ліміт насоса протягом коротких періодів. Ці перехідні процеси не реєструються як відмови, але вони залишають мікропошкодження, які накопичуються протягом терміну служби картриджа.

Найефективнішим контрзаходом, який я спостерігав під час модернізації платформ, є віброізоляція в місцях кріплення. Пружні кріплення, розраховані на морську експлуатацію, зменшують передачу вібрації платформи на корпус обладнання на 60-80 відсотків. Вартість таких кріплень становить від 200 до 500 доларів США за одиницю, і вони є однією з найбільш прибуткових інвестицій для продовження терміну служби картриджа. Оператори, які модернізують пружні кріплення, зазвичай повідомляють про збільшення терміну служби на 10-15 відсотків протягом першого циклу заміни.

Стресовий фактор четвертий: перехідні зміни тиску від роботи крана та лебідки

Робота крана та лебідки призводить до перехідних змін тиску, які перевищують усталений робочий тиск на 30-60 відсотків. Скачки тиску відбуваються протягом мілісекунд, але повторюються багато разів протягом одного циклу крана. Кожна перехідна зміна створює ударне навантаження на компоненти картриджа, яке лабораторні випробування не фіксують.

Для глибшого ознайомлення з методами технічного обслуговування морської гідравлічної системи див.Стандарт чистоти гідравлічної рідини ISOнадає структуру коду чистоти, що використовується у програмі відбору проб нафти на шельфі, описаній вище.

Сукупний ефект тисяч перехідних змін тиску на кінчики лопаток, поверхні натискної пластини та кулачкових кілець можна виміряти за допомогою аналізу демонтажу. Комплекти картриджів, які зазнали тривалого обслуговування краном, демонструють характерні закономірності зносу на краю порту високого тиску, які не проявляються в стаціонарному режимі роботи. Закономірність зносу поступово знижує об'ємну ефективність, що є одним із трьох сигналів, які я розглядав у статті про систему заміни картриджів.

Покупці, які обирають гідравлічні агрегати для обслуговування кранів та лебідок, повинні ретельно оцінити розмір гідроакумулятора. Акумулятори правильного розміру поглинають перехідні процеси тиску та зменшують ударне навантаження на внутрішні компоненти. Акумулятори меншого розміру дозволяють перехідним процесам досягати корпусу насоса та прискорюють знос. Зв'язок між ємністю гідроакумулятора та терміном служби до кінця не вивчений, але польові дані постійно показують, що платформи з достатньою ємністю гідроакумулятора мають на 15-20 відсотків довший термін служби.

Ефект поєднання чотирьох стресорів

Стресори не діють незалежно. Вони поєднуються один з одним таким чином, що лабораторні випробування не можуть відтворити. Забруднення сіллю прискорює знос, який погіршується термоциклуванням. Вібрація руйнує ущільнення, які в іншому випадку запобігали б потраплянню солі. Перехідні процеси тиску створюють ударні навантаження на компоненти, які вже ослаблені іншими стресорами.

Саме через цей склад картридж, розрахований на 14 000–18 000 годин у лабораторії, забезпечує 6 000–10 000 годин типової морської служби. Жоден окремий стресовий фактор не пояснює цю різницю. Поясненням є взаємодія всіх цих факторів.

Оператори платформ, які розуміють цей ефект поєднання факторів, розробляють свої програми технічного обслуговування відповідно. Замість того, щоб розглядати кожен стресовий фактор окремо, найефективніші програми технічного обслуговування охоплюють усі фактори одночасно за допомогою скоординованих циклів перевірок, протоколів відбору проб оливи, програм модернізації ущільнень та перевірки ємності акумуляторів.

Програма технічного обслуговування 250-Hthe, яка повертає втрачені життя

На всіх проаналізованих нами морських об'єктах моя команда постійно виявляє, що платформи зі структурованими програмами технічного обслуговування на 250 годин досягають терміну служби картриджів у діапазоні від 8000 до 10 000 годин, а не від 6000 до 8000 годин, як це передбачено базовим планом. Інтервал у 250 годин відповідає типовим експлуатаційним циклам платформи та надає бригадам з технічного обслуговування передбачувану частоту критичних точок огляду.

П'ять компонентів програми є простими. По-перше, відбір проб оливи на зливному отворі корпусу насоса та в резервуарі. Зразок аналізується на кількість частинок, вміст води та концентрацію хлоридів. Кількість частинок вище ISO 4406 19/17/14 призводить до модернізації фільтрації. Вміст води вище 100 ppm призводить до перевірки резервуара. Концентрація хлоридів вище 50 ppm призводить до перевірки ущільнень.

По-друге, візуальний огляд ущільнень вала, ущільнень штока циліндра та сапуна резервуара. Будь-які ознаки накопичення солі, затвердіння або розтріскування призводять до негайної заміни ущільнення за допомогою пакету морських ущільнень. По-третє, заміна фільтруючого елемента за фіксованим графіком, незалежно від індикації падіння тиску. Заміна елемента запобігає проблемі поступового обмеження потоку, розглянутій раніше в рамках обслуговування картриджа.

По-четверте, перевірка попереднього заряду гідроакумулятора. Втрата тиску попереднього заряду є найпоширенішою причиною недостатнього розміру гідроакумулятора під час експлуатації, оскільки азот витікає повільно з часом. Щорічна перевірка виявляє проблему до того, як вона прискорить знос картриджа. По-п'яте, перевірка віброкріплень. Затверділі або тріснуті пружні кріплення втрачають свої ізоляційні властивості та дозволяють вібрації платформи досягати корпусу насоса.

Покупці, які вибирають насоси для встановлення на нових платформі, повинні запросити документацію програми технічного обслуговування у постачальника насосів як частину пакету технічних документів. Постачальники, які не можуть надати структуровані інструкції з технічного обслуговування для морських робіт, не є відповідними постачальниками для цих вимогливих застосувань.

Сертифікати класифікаційного товариства та що вони означають

Оператори морських платформ визначають насоси з сертифікатами класифікаційного товариства, які відповідають державі прапора та стандартам закупівель оператора платформи. П'ять товариств, на які найчастіше посилаються, це CCS (Китайське класифікаційне товариство), DNV (Det Norske Veritas, Норвегія), ABS (Американське бюро судноплавства), BV (Бюро Veritas, Франція) та LR (Регістер Ллойда, Велика Британія).

Кожне товариство має різні протоколи випробувань, вимоги до сертифікації та процедури поновлення. Сертифікація CCS зазвичай потрібна для платформ, що працюють під китайським прапором або з китайськими операторами. DNV є найпоширенішою вимогою для платформ у Північному морі. ABS домінує в Мексиканській затоці. BV охоплює багато операцій у Західній Африці та Середземномор'ї. LR займається значною часткою офшорних проектів у секторі Великої Британії та по всьому світу.

Постачальники, які мають кілька сертифікатів, можуть обслуговувати ширший спектр платформ, але ці сертифікати не є еквівалентними. Кожен з них вимагає окремого тестування, окремих процедур аудиту та окремої документації. Вартість підтримки п'яти сертифікатів є нетривіальною, тому список постачальників, які мають усі п'ять одночасно, короткий. Vicks Hydraulic підтримує всі п'ять сертифікатів для сімейства морських картриджів, що дозволяє нам обслуговувати операторів платформ у основних офшорних регіонах.

T6EEC: Робоча конячка морських енергетичних установок

Серед представників сімейства T6, трисекційна конфігурація T6EEC є найчастіше використовуваною для силових агрегатів морських платформ та лебідкових систем. Потрійна конструкція передбачає три насосні секції в одному корпусі, розподіляючи вхідний та вихідний тиск між секціями. Така архітектура пропонує кілька переваг, характерних для морських платформ.

Покупці, які оцінюють моторні приводи для морських енергетичних установок, можуть переглянутиГідравлічний каталог Eatonдовідкові матеріали щодо гідравлічних компонентів, призначених для морського використання.

Трисекційна конструкція забезпечує вбудоване резервування. Якщо одна секція демонструє передчасний знос, насос продовжує працювати зі зниженою потужністю під час запланованого технічного обслуговування. Таке резервування важливе на платформах, де незапланований простій кранових або лебідкових систем може повністю зупинити роботу. Оператори в Північному морі зазвичай наполягають на трисекційних конструкціях для обслуговування кранів, оскільки відмови однієї секції створюють безпосередні експлуатаційні ризики та ризики для безпеки.

T6EEC також забезпечує високу пропускну здатність, необхідну для операцій з морськими кранами та лебідками, без використання насосів більшої рами. Насоси більшої рами збільшують вагу та займають більше місця в гідравлічному просторі платформи, що призводить до значних витрат при будівництві на шельфі. T6EEC забезпечує пропускну здатність у більш компактному корпусі, що є суттєвою перевагою при обмеженому просторі на платформах.

Для операторів платформ, які оцінюють заміну T6EEC, важливо вказати пакет морських ущільнень. Стандартний пакет ущільнень використовує нітрильні еластомери, розраховані на загальне промислове використання. Морський пакет оновлюється до фторвуглецевих еластомерів по всьому картриджу. Різниця у вартості становить від 10 до 15 відсотків від ціни картриджа, але відновлення терміну служби становить від 30 до 40 відсотків у морських умовах.

Коли вторинний ринок має сенс, а коли ні

Обговорення картриджів на ринку запчастин для вторинної торгівлі є більш нюансованим за кордоном, ніж у будь-якому іншому сегменті застосування. У промислових умовах я детально розповів клієнтам про математику вартості володіння, яка зазвичай надає перевагу виробникам оригінального обладнання. Та ж математика за кордоном набагато однобока.

Картриджі, що виготовляються з вторинного ринку, в морських умовах зазвичай досягають від 50 до 65 відсотків терміну служби оригінального обладнання. Складні стресові фактори, які вже скорочують термін служби картриджів оригінального обладнання на 30-50 відсотків, мають ще більший вплив на продукцію вторинного ринку. Зазор кінчика лопаті, площинність натискної пластини та допуски на обробку поверхні, які виробники оригінального обладнання дотримуються в межах жорстких специфікацій, важче підтримувати за ціною, що надається виробниками вторинного ринку.

Коли незапланований простій на морській платформі може перевищувати 100 000 доларів США на день через втрати виробництва та витрати на оперативний ремонт, економія на премії за ціною післяпродажного обслуговування не компенсує збільшення частоти заміни. Оператори, які стандартизують післяпродажне обслуговування на морському ринку, зазвичай стикаються з загальними витратами на картриджі на 30-50 відсотків вищими протягом п'ятирічного періоду, незважаючи на нижчу ціну за одиницю.

Шлях післяпродажного обслуговування має сенс у низькокритичних застосуваннях, таких як допоміжні платформні системи, де час простою є прийнятним. Для основних застосувань кранів, лебідок та силових агрегатів OEM є правильною відповіддю на морі. Математика менш цікава, ніж експлуатаційні наслідки.

Висновок: Розгляд офшорної діяльності як окремого класу застосувань

З мого досвіду, фреймворк, який працює для промислового застосування, не можна безпосередньо перенести на морські платформи. Термін служби на 30-50 відсотків нижчий за лабораторні показники з причин, які контрольовані випробування не враховують. Оператори, які розглядають морські платформи як окремий клас застосувань з власними програмами технічного обслуговування, власними критеріями кваліфікації постачальників та власними розрахунками загальної вартості володіння, постійно досягають кращих результатів, ніж ті, хто застосовує промислові методичні рекомендації до обслуговування платформ.

Поєднання забруднення солями, термоциклування, вібрації та перехідних змін тиску є реальністю морського гідравлічного сервісу. Постачальники, які розуміють усі стресові фактори та відповідно розробляють свою продукцію, документацію та програми підтримки, є тими постачальниками, з якими варто співпрацювати. Найдешевший картридж рідко є правильним рішенням у морському сервісі, а премія OEM легше виправдана, ніж у будь-якому іншому сегменті.

Якщо ваша інженерна група оцінює гідравлічні агрегати для морської установки або має проблеми з терміном служби, нижчим за лабораторні норми, наша морська команда може переглянути робочий цикл і рекомендувати специфікацію, адаптовану до платформи. Надішліть профіль роботи та поточні дані про обслуговування черезсторінка контактів, і ми проведемо аналіз з офшорною базою даних.центр технічної документаціїтакож містить рекомендації щодо морських специфікацій та структури програми технічного обслуговування на 250 годин.