Odhaľovať chyby včas sa oplatí

Pre petrochemické výrobné závody nie je nič nezvyčajné, keď investície smerujú do online ochranných systémov pre tie najdôležitejšie čerpadlá a tie, ktoré sú mimoriadne dôležité pre udržanie neprerušiteľnosti prevádzky (to predstavuje približne 5 % všetkých čerpadiel). Avšak zvyšných 95 % zahŕňa čerpadlá, ktoré keď sa pokazia, dokážu takisto spôsobiť straty na zisku. O tom, ktoré čerpadlá budú monitorované online, sa zvyčajne rozhoduje už vo fáze návrhu celej prevádzky, avšak s postupujúcim časom a so zmenami v konfigurácii procesov môže dodatočné nasadenie monitorovania čerpadiel pomôcť ochrániť prevádzku pred poruchami a výpadkami.

Čerpadlá sa tak stávajú dôležitými technickými prostriedkami každého podniku. Výpadky dôležitých čerpadiel môžu spôsobiť prerušenie procesov a zvýšenie nákladov na údržbu, avšak čo je ešte dôležitejšie, môžu spôsobiť únik emisií a vznik prachových oblakov, ktoré sa môžu vznietiť alebo vybuchnúť. V tom najhoršom prípade môže byť konečným výsledkom katastrofa – zničenie prevádzkových zariadení s potenciálnym rizikom straty na ľudských životoch.

Prečo sa čerpadlá pokazia

Mnohé poruchy vznikajú pre zlyhanie čerpadla. Podľa Rona Moora, autora knihy Making Common Sense Common Practice, na viac ako polovicu porúch má vplyv samotný technologický proces, a preto im možno predchádzať. Napríklad ak zmeny prevádzkových podmienok vyvolajú kavitáciu čerpadla (ako dôsledok nedostatku tlaku potrebného na odparovanie kvapaliny – net positive suction head), môže sa veľmi urýchliť opotrebovanie obežného kolesa, čo vedie k porušeniu tesnenia.

Napriek zrejmým príčinám a dôsledkom sa tieto problémy pre neexistenciu spätnoväzbového mechanizmu smerom k operátorom neustále opakujú. Operátori jednoducho netušia, že ich zariadenia sa tým opotrebúvajú a skracuje sa ich životnosť. Ďalším častým problémom a príčinou porúch je mechanické opotrebenie. Najčastejším prejavom pri tomto type poruchy sú nevyváženosť, zlé prichytenie hriadeľa, uvoľnené úchyty čerpadla, odlomené skrutky, výskyt prasklín a poškodené obežné kolesá. Tieto poruchy výrazne znižujú jednoliatosť strojného zariadenia a môžu viesť k poruchám spojov, tesnení a ložísk.

Zacielené na príznaky

Aj keď sa porucha čerpadla javí zvyčajne ako náhla a neprejaví sa, až kým nedôjde k únikom, vzniku parných oblakov, požiaru či výbuchu, ktoré sa objavujú zriedkavo a bez varovania, často by jej bolo možné predísť práve sledovaním čerpadiel, pretože takmer vždy možno tieto nedostatky odhaliť už pred vznikom poruchy. Jedným zo spôsobov, ako odsledovať vznikajúci problém, je monitorovanie vibrácií, zvyčajne pravidelne sa opakujúcim ručným meraním v intervale 30 – 90 dní. Za predpokladu, že namerané údaje sa dostanú na kontrolu k skúsenému analytikovi, možno tieto periodické kontroly použiť na odhalenie chýb už v predstihu. Avšak v čase medzi jednotlivými meraniami je závod ponechaný napospas nepredvídaným odstávkam.

Online monitorovanie dokáže vyhodnocovať úroveň vibrácií trvale, čo eliminuje riziko straty informácií medzi opakujúcimi sa ručnými meraniami. Takto zozbierané informácie možno aj archivovať a sprístupniť ich tak či už oddeleniu údržby, alebo operátorom v miestnosti riadenia. Operátor by teoreticky mohol sledovať, ako rýchlo sa porucha „vyvíja“ a na základe toho potom možno naplánovať údržbu a vykonať ju ešte skôr, ako sa porucha skutočne objaví. Napriek nesporným výhodám tohto spôsobu sledovania sa tento prístup ešte vo veľkom neudomácnil, pretože tradičný online monitoring, ktorý pracuje so surovými nameranými údajmi, poskytuje malé alebo dokonca žiadne pokročilé spôsoby varovania o hroziacom výpadku. Upozornenia o stave technických prostriedkov a o následnej poruche zariadenia sa v mnohých prípadoch vyskytujú počas jednej zmeny – čo nedáva takmer žiaden čas naplánovať nápravu.

Monitorovanie rázov

Jedným zo spôsobov, ako dosiahnuť tieto ciele, je využitie monitorovania rázov ako doplnok k sledovaniu vibrácií. Poruchy spôsobené vysokofrekvenčnými rázmi, ako napr. keď dochádza ku kontaktu kovu s kovom, vytvárajú krátko trvajúce napäťové vlny, ktoré možno na to určenými technológiami monitorovať, a tak včas identifikovať problémy. Táto úroveň rázov – meraná ako zrýchlenie (g) – udáva, či čerpadlo pracuje bezproblémovo alebo v nejakom neštandardnom režime. Pre bežné čerpadlá používané vo výrobných prevádzkach s otáčkami v intervale 900 – 4 000 ot./min. dokáže operátor vyhodnotiť ich stav nasledujúco:

Nástup bezdrôtových technológií

Napriek jednoduchosti monitorovania úrovne rázov, ktoré udávajú, v akom stave sa čerpadlo nachádza, zostáva drvivá väčšina dôležitých čerpadiel nemonitorovaná. Jedným z hlavných dôvodov je vysoká cena retrofitu. Avšak vďaka bezdrôtovým technológiám možno teraz systém monitorovania nainštalovať cenovo podstatne výhodnejšie, nakoľko sa znižujú alebo úplne odpadajú náklady na inžiniering, výkopové práce a káblovanie. Zároveň možno meracie body umiestniť aj na také miesta, kde nie je k dispozícii žiadna káblová infraštruktúra.

Dobre navrhnutá bezdrôtová infraštruktúra je cenovo prijateľná, rozširovateľná a jednoduchá z hľadiska nastavenia, pričom ju možno pripojiť do existujúcej riadiacej siete a siete na správu technických zariadení. Bezdrôtové technológie zároveň umožňujú zber rôznych typov údajov, ktoré vplývajú na stav čerpadla.

{SUVISIACA_FIRMA}

Aby sme získali celkový obraz o stave čerpadla, je vhodné využiť napr. aj meranie tlaku s cieľom kontrolovať, či nedochádza k upchávaniu nasávacích košov a vzniku kavitácie. Ak sa tieto veličiny doteraz nesledovali, vďaka pridaniu bezdrôtového vysielača tlaku to možno doplniť veľmi jednoducho a za rozumnú cenu. Zosnímané údaje o vibrácii, rázoch a tlaku možno prenášať tou istou bezdrôtovou sieťou, pričom systém monitorovania možno ďalej rozšíriť aj na meranie teploty, výšky hladiny, prietoku a mnohých iných veličín.

Používateľ dokáže online monitorovať všetky stavy, ktoré sú pre neho dôležité vrátane kavitácie, teploty ložísk, vibrácií, priesakov v procese, diferenčného tlaku nasávacích košov, tlaku na výstupe čerpadla, výšky a tlaku v nádrži. Údaje z diagnostiky sa ukladajú v chronologickom poradí, analyzujú sa a upozorňujú operátorov alebo pracovníkov údržby na potenciálne problémy súvisiace s poruchami, ktoré sa môžu následne objaviť.

Používateľ si takisto môže vybrať, ktoré čerpadlá budú monitorované a podľa toho si ich aj prispôsobiť. Napríklad pri čerpadlách, pri ktorých sa už v minulosti objavil problém s kavitáciou, si môže používateľ nainštalovať snímače tlaku a vibrácií, vďaka čomu dokáže monitorovať stav čerpadla online a následne rozšíriť monitorovanie aj o detekciu priesakov alebo meranie výšky hladiny vo vyprázdňovacej nádrži s cieľom sledovať poruchy jej tesnenia. Detegovanie a predpovedanie problémov zariadenia vtedy, keď je ešte dostatok času na ich nápravu, výrazným spôsobom znižuje náklady na opravy a pomáha predchádzať neplánovaným výpadkom a odstávkam výroby.

Zhrnutie

Technológie monitorovania rázov, ako sú napr. PeakVue, prinášajú nové a spoľahlivé parametre pri monitorovaní stavu čerpadiel. Navyše zariadenia pracujúce na bezdrôtovom princípe možno rýchlo a cenovo efektívne nainštalovať kdekoľvek v prevádzke. Včasné varovanie môže pomôcť zlepšiť monitorovanie zariadení na základe ich skutočného stavu a zmierniť tak poruchy technických prostriedkov. Oprava čerpadla hneď pri odhalení poruchy je podstatne menej nákladná ako oprava už pokazeného čerpadla. Včasné upozornenia na meniaci sa stav čerpadla pomáhajú predchádzať spomaľovaniu a výpadkom výroby, čo vo výsledku prináša podstatne väčšie úspory.

Emerson Process Management, s.r.o.
Ševčenkova 34, 851 01 Bratislava 5
Tel.: +421 2 5245 1196
Fax: +421 2 5244 2194
Info.sk@emerson.com