W wielu przypadkach sprzęt obrotowy, taki jak turbiny parowe, generatory, pompy, sprężarki i rozprężarki, stanowi ważną część procesu produkcyjnego. Poprzez ciągłe użytkowanie, komponenty zużywają się i zwiększają się luzy, co prowadzi do zmniejszenia wydajności. Jednocześnie zmieniają się procesy i można oczekiwać większej wydajności od starszego sprzętu. Skuteczne sprostanie tym wyzwaniom może obniżyć koszty operacyjne i poprawić niezawodność.
Optymalizacja czasu sprawności
Sektor produkcji chemicznej oferuje wiele wyzwań, nie tylko środowisko operacyjne, praca z materiałami korozyjnymi, a także parą wodną może zwiększyć presję na zespół konserwacyjny. Praca ze sprzętem, który był używany przez wiele lat, zwłaszcza gdy nie ma dostępnego wsparcia ze strony producenta oryginalnego sprzętu (OEM), oznacza konieczność znalezienia alternatywnych rozwiązań, gdy wymagane są naprawy i modernizacje.
Napięte harmonogramy produkcji oznaczają, że przestoje muszą być zminimalizowane, więc korzystanie z zaplanowanego programu konserwacji jest zawsze preferowane, aby zapobiec nieoczekiwanym awariom, które mogą spowodować utratę przychodów. Podczas gdy zespoły konserwacyjne na miejscu są często dobrze zaznajomione z działaniem sprzętu, wsparcie ekspertów może skrócić czas naprawy i zapewnić opłacalne rozwiązania dla bardziej złożonych napraw.
Aby zmaksymalizować pierwotną inwestycję w sprzęt, należy wydłużyć jego żywotność tak dalece, jak to możliwe z ekonomicznego punktu widzenia. Projekty modernizacji oferują możliwość modernizacji lub wymiany komponentów, które mogą zwiększyć wydajność dzięki ulepszonej konstrukcji lub materiałom.
Opłacalne rozwiązania
Pompy wielkogabarytowe są często wymieniane w projektach modernizacji, ponieważ okres ciągłej pracy może prowadzić do zużycia wirników, co zmniejsza wydajność i zwiększa koszty eksploatacji. Pompy pracujące w przemyśle chemicznym mogą być narażone na trudne warunki pracy.
Na przykład kwas azotowy, który jest niezbędnym surowcem do produkcji nawozów, jest wytwarzany przy użyciu niedrogich składników, amoniaku, wody i powietrza atmosferycznego. Proces produkcji jest jednak bardzo energochłonny i kapitałochłonny, wykorzystując kilka turbomaszyn, takich jak sprężarki, pompy, turbiny rozprężne i kilka dużych silników. Dlatego ważne jest, aby producenci utrzymywali wysoki poziom wydajności, aby proces był opłacalny.
Zamiast wymieniać kompletne zasoby, gdy ich produktywność zaczyna spadać, o wiele bardziej opłacalne jest naprawienie zużytego elementu, a nawet ulepszenie jego konstrukcji w tym samym czasie. Nowoczesna technologia trójwymiarowego (3D) skanowania laserowego oznacza, że oryginalne rysunki OEM nie są wymagane; części mogą być tworzone z oryginalnego komponentu, nawet jeśli został on uszkodzony.
Pompy zasilające kotły
Wiele zakładów produkcyjnych wykorzystuje parę wodną do wytwarzania własnej energii elektrycznej, a systemy te opierają się na pompach zasilających kotły w celu zapewnienia stałego dopływu wody. W wielu przypadkach te ważne zasoby mogą działać niezawodnie przez dziesięciolecia, ale zmniejszona wydajność odbije się na kosztach eksploatacji. Jednak po tylu latach producent OEM może nie być w stanie dostarczyć nowych części, więc potrzebne jest alternatywne rozwiązanie.
Obecnie ulepszenia uszczelnień i poprawa wydajności dzięki niemetalowym częściom zużywającym się i ulepszonym konstrukcjom wirników mogą być tworzone i produkowane przy użyciu najnowocześniejszego sprzętu. Nowoczesne procesy projektowania i techniki wytwarzania przyrostowego mogą znacznie skrócić czas realizacji zamówień na nowe części.
Programy modernizacji mogą pójść znacznie dalej i zmienić wydajność zasobu, gdy zapotrzebowanie na pompę zmieniło się na przestrzeni lat. Zmieniając profil wirnika lub zmniejszając liczbę stopni, pompę można zoptymalizować pod kątem jej bieżącego zastosowania, często zmniejszając zapotrzebowanie na moc i obniżając koszty eksploatacji.
Sprężarki w produkcji chemicznej
Duże sprężarki są powszechne w sektorze produkcji chemicznej i często pracują przez całą dobę. W związku z tym niezawodność i wydajność są bardzo ważne, więc zwykle stosuje się rygorystyczne harmonogramy konserwacji i sprzęt do monitorowania stanu.
W wielu przypadkach operatorzy sprężarek posiadają zapasowe wirniki, które można szybko wymienić, minimalizując przestoje i dając więcej czasu na remont wirnika, który był w użyciu. Procedura ta nie daje jednak czasu na dostęp do stacjonarnej części sprężarki, która również może wymagać uwagi podczas remontu lub modernizacji.
Problem ten można złagodzić, wykorzystując technologię skanowania laserowego i tworząc model 3D CAD wirnika i obudowy. Łącząc te dwa elementy i wykorzystując najnowocześniejszą technologię, można wygenerować wykres wydajności dla modelu 3D. Można go porównać z rzeczywistymi danymi z samej sprężarki i wykorzystać do udoskonalenia modelu, aż stanie się on prawdziwą reprezentacją.
Ulepszenia modelowania
Od tego momentu projektanci mogą wprowadzać ulepszenia do modelu i ustalać ich wpływ na wydajność i sprawność. Zmiany w profilach wirników, ulepszenia łożysk i uszczelnień labiryntowych mogą być symulowane i oceniane w celu ustalenia najbardziej korzystnych projektów.
Nowoczesne technologie produkcji i obróbki mogą być stosowane nie tylko w celu skrócenia czasu realizacji, ale także tworzenia bardziej wydajnych komponentów, takich jak wirniki z geometrią łopatek 3D. Wszystko to można wykorzystać do poprawy wydajności i zwiększenia masowego natężenia przepływu, jeśli to konieczne.
Zaletą teoretycznego 3D CAD jest to, że sugerowane ulepszenia mogą być testowane i oceniane pod kątem ich wpływu na inne komponenty, takie jak chłodnice międzystopniowe. W niektórych przypadkach modernizacja urządzeń pomocniczych może być uzasadniona zwiększoną wydajnością. Co więcej, wszystkie dane można przeanalizować, aby umożliwić podjęcie bardziej świadomej decyzji.
Ekspandery gorącego gazu
Przy tak ogromnych ilościach energii zaangażowanych w produkcję chemiczną, każda metoda odzysku musi być odpowiednio konserwowana, aby zmaksymalizować jej korzyści. Środowisko pracy rozprężarek gorącego gazu oznacza, że są one narażone na trudne warunki i znaczne obciążenia wirnika i jego łożysk.
Obracający się z prędkością do 11 000 obr/min wirnik musi być wspierany przez łożyska, które są w stanie wytrzymać naprężenia operacyjne i zapewnić długoterminową niezawodność. W ramach projektu modernizacji można zmodernizować cylindryczne łożyska tulejowe na elementy z podkładkami uchylnymi. Łożyska baryłkowe można zastąpić konstrukcją wykorzystującą rolki cylindryczne, oferującą lepszą długoterminową wydajność.
Sam wirnik ma konstrukcję wielostopniową, w której wydrążony wał z wewnętrznymi kanałami chłodzącymi utrzymuje tarcze i łopatki turbiny w pozycji za pomocą pojedynczej śruby przelotowej. Śruba ta jest poddawana znacznym naprężeniom termicznym i często jest obrabiana ze stali nierdzewnej w oryginalnej specyfikacji konstrukcyjnej.
Część ta może zostać zmodernizowana do stopu stali nierdzewnej 450, który pozwala na zwiększone rozciąganie śruby i większe zgniatanie wiązki na zespole wirnika. Wymiary są obrabiane tak, aby dokładnie odpowiadały oryginałowi przy użyciu rysunków 3D CAD i mogą być instalowane w ramach renowacji wirnika.
Lepsza wydajność łopatek
Ekspandery gorącego gazu mogą również skorzystać na zmniejszeniu nieszczelności końcówki łopatki, która odpowiada za znaczne straty wydajności w starszych urządzeniach. Zainstalowanie ścieralnej powłoki na wewnętrznej powierzchni stojana zapewnia lepszą kontrolę luzu łopatek wirnika. Oczywiście tego rodzaju modernizacja wymaga, aby ekspander był poddawany konserwacji przez dłuższy czas, więc najlepiej nadaje się do planowanego okresu wyłączenia.
Dalsze ulepszenia można osiągnąć poprzez ulepszenie materiałów użytych do produkcji samych łopatek. W zastosowaniach wymagających wysokiej wytrzymałości i dobrej odporności na korozję do 700 °C, korzystne może być zastosowanie w łopatkach superstopu, takiego jak A286.
Oczywiście, turbiny gazowe z łopatkami pracującymi w środowiskach o wysokiej temperaturze mają kilka cech wspólnych z rozprężarkami gazu i jako takie, podobne technologie mogą być stosowane w obu przypadkach. Rozwój powłok na łopatkach może zmniejszyć zanieczyszczenie i utlenianie zarówno w części obrotowej, jak i stacjonarnej.
Spełnianie nowych standardów
W miarę jak starszy sprzęt nadal zapewnia niezawodną obsługę, nowoczesne standardy ewoluują z korzyścią dla środowiska oraz poprawy działania i wydajności. Wiele z nich można zastosować z mocą wsteczną, a modyfikacja istniejących maszyn jest często szybsza i bardziej opłacalna niż ich wymiana na nowy sprzęt.
Zrozumienie, co można osiągnąć dzięki projektowi modernizacji i jak najlepiej go zastosować, to ważne umiejętności zdobyte dzięki doświadczeniu zarówno w danej branży, jak i w opracowywaniu najnowocześniejszych rozwiązań. Opracowując modele teoretyczne i dopracowując projekt, inżynierowie mogą podkreślić korzyści i zapewnić, że sprzęt nadaje się do modernizacji.
Zdolność do poprawy wydajności i zmniejszenia zużycia energii dzięki nowoczesnej inżynierii oferuje również możliwość zmniejszenia śladu środowiskowego firmy. Ponieważ coraz większa presja wywierana jest na zakłady przemysłowe w celu poprawy wpływu ich działalności na środowisko, projekt modernizacji może przynieść zarówno redukcję kosztów, jak i emisji CO2.
Czerpanie korzyści
Każdy element wyposażenia zakładu wiąże się z własnymi wyzwaniami, ale wiele z nich można rozwiązać, współpracując z doświadczonymi inżynierami, którzy rozumieją wymagania procesu, a także konstrukcję danego sprzętu. Korzystanie z dobrze zdefiniowanego i zintegrowanego programu modernizacji może przynieść znaczną poprawę oczekiwanej żywotności sprzętu, a także poprawę wydajności.
Projekty modernizacyjne stanowią okazję do opłacalnego i wydajnego wprowadzenia nowych komponentów, które wykorzystują nowoczesne materiały i techniki produkcyjne. Zdolność do szybkiego tworzenia jednorazowych części, bez rysunków OEM, minimalizuje przestoje i zapewnia pomyślny zwrot podczas planowanego przestoju.
Dzięki znacznej poprawie wydajności i niezawodności, zakłady chemiczne mogą zmniejszyć emisję CO² poprzez lepsze wykorzystanie energii z gazów odlotowych, co z kolei zmniejsza ilość energii wymaganej przez generatory zasilane parą. Niezależni dostawcy usług mogą zaoferować specjalistyczną wiedzę w zakresie zmniejszania strat, poprawy wydajności turbin i modernizacji urządzeń obrotowych, umożliwiając producentom chemikaliów zwiększenie wydajności i poprawę kosztów cyklu życia.
