Съвременни решения за мониторинг на индустриални помпи

• Съвременните решения за онлайн мониторинг на помпи съчетават данни за процесните параметри с информация за работата и статуса на оборудването
  
  
• Сред най-показателните индикатори за нормалното функциониране на помпените системи са състоянието на уплътненията, наличието на кавитация и вибрациите

Състоянието на помпеното оборудване е от ключово значение за ефективността на индустриалните процеси. Помпите са движещата сила на редица промишлени съоръжения и се нуждаят от регулярна поддръжка, за да се гарантира изправната им работа. Амортизацията на помпената техника на практика започва в деня, в който се въведе в експлоатация. Спирането й може да означава не просто забавяне, но и изцяло прекъсване на производството, което обикновено е свързано със сериозни финансови загуби за предприятието. Ето защо е от критична важност повредите и неизправностите да бъдат откривани и отстранявани навреме, а в идеалния случай – и преди да са настъпили.

Експертите от бранша изчисляват, че за ремонти на помпено оборудване се отделят цели 7% от общите разходи за поддръжка на индустриалните съоръжения, а неизправности в помпите са причина за 0,2% от загубите в процесните индустрии. Това са обратими разходи, които могат да бъдат сведени до минимум с внедряването на ефективно решение за онлайн мониторинг на състоянието на помпите.

Конвенционален и онлайн мониторинг

В съвременните индустриални съоръжения поддръжката на динамичното оборудване (включително помпеното) се извършва най-общо по два начина – конвенционален (чрез физическа/ръчна инспекция) и онлайн мониторинг (online condition-based monitoring, CBM). Целта на съвременните решения за мониторинг на ротационни машини е да се предотвратят повредите и авариите, които изискват скъпи и времеемки ремонти и прекъсвания на индустриалните процеси. Физическата инспекция на помпена техника обаче може да се окаже твърде неизгодна във финансов план, особено в по-мащабните и отдалечени съоръжения, например в офшорните нефтени платформи. Основен недостатък на т. нар. ръчна поддръжка на помпи е, че тя трудно позволява прогнозна оценка на състоянието на оборудването и в общия случай не осигурява на техниците достатъчно време за откриването и отстраняването на дадена неизправност преди реалното й настъпване.

Съвременните решения за онлайн мониторинг на състоянието на помпи съчетават данни за процесните параметри с информация за работата и статуса на експлоатационното оборудване. Чрез тези високотехнологични системи се гарантира по-висока надеждност на помпената техника и производствените съоръжения на базата на холистичен подход към състоянието на ротационната техника. Той минимизира ненужната регулярна поддръжка за сметка на по-задълбочен прогнозен мониторинг.

Платформите за онлайн мониторинг най-често комбинират сензори и измервателни устройства със софтуерни инструменти за събиране, архивиране, обработка, анализ и визуализиране на данни. Най-модерните решения на пазара са подходящи за интегриране в IIoT (Industrial Internet of Things) платформи и предлагат множество предимства, включително облачни технологии, мобилен достъп, аналитични функции, периферни изчисления и др. Инсталацията на модерните безжични платформи за онлайн мониторинг на помпи е лесна и бърза и не се влияе от редица познати ограничения, които засягат конвенционалните кабелни системи.

Много помпи се експлоатират на опасни за човека или труднодостъпни места. Често в такива случаи използването на кабелни предаватели и системи за мониторинг излиза твърде скъпо, а инсталацията им понякога се оказва невъзможна. Напредъкът при безжичните технологии в наши дни осигурява надеждна и икономически рентабилна алтернатива. Благодарение на това значително е нараснал броят на инсталациите на безжични системи за непрекъснат онлайн мониторинг на помпено оборудване.

Сред основните предимства на безжичните решения е възможността да бъдат лесно и бързо интегрирани практически навсякъде из производствените съоръжения и да осигурят ефикасна и разходно ефективна работа. Трансмитерите на процесни параметри с батерийно захранване не се нуждаят от кабелна инфраструктура, входно-изходни модули или локално мрежово захранване. Това ги прави подходящи за инсталация дори в отдалечени локации, както и в опасни зони.

Кои типове системи и приложения са подходящи за онлайн мониторинг?

Повечето помпи, в качеството си на динамично оборудване, не работят с максимална ефективност в редица индустриални процеси. Основна причина за това е, че някои производства не са проектирани така, че помпената техника да функционира във възможно най-ефективен режим (Best Efficiency Point, BEP). Някои помпи пък са преоразмерени с цел да се обезпечат бъдещи непредвидени и планирани мероприятия за увеличение на производствения капацитет. Други се експлоатират в режими извън техните проектни и фабрични ограничения поради увеличение на производствените потребности. Всички тези сценарии са свързани с повишен механичен стрес върху компонентите на помпените системи, който води и до по-високи изисквания по отношение на поддръжката.

Особено подходящи за внедряване на съвременни решения за онлайн мониторинг са помпени системи, в които се експлоатират: помпи с повтарящи се повреди; системи без инсталирани резервни помпи; помпи, които биха могли да причинят пожар или екологичен инцидент; помпи, които биха могли да доведат до значителни смущения, забавяния, прекъсвания и спирания на индустриалните процеси. В обобщение, на модернизация посредством инсталирането на платформа за онлайн мониторинг подлежат критични помпени системи, от които до голяма степен зависи ефективността на производството, както по отношение на производителността, така и във финансов аспект.

В една средностатистическа рафинерия например, с конвенционални кабелни системи за мониторинг, които най-често се предлагат в комплект с критичната помпена техника, са оборудвани едва 10% от помпите. Това означава, че останалите 90% от тях най-вероятно работят неефективно, амортизират се по-бързо от очакваното и са подложени на по-голям риск от възникване на повреди и неизправности. В допълнение, физическата инспекция на толкова голям дял от полевото оборудване в дългосрочен план би коствала на предприятието много по-големи разходи от вложенията за закупуване, инсталиране и експлоатация на система за онлайн мониторинг. Прибавяйки и големия процент аварии и прекъсвания на производството, предотвратени благодарение на прогнозната поддръжка, възвръщаемостта на инвестицията в такова решение се оказва наистина висока.

Мониторинг на уплътненията и кавитацията

Помпите са основни компоненти от редица производствени съоръжения. Затова е от изключителна важност да функционират изправно и да бъдат поддържани перманентно и превантивно. Наред с конвенционалното следене на състоянието на помпеното и като цяло на динамичното оборудване, все повече се прилага и онлайн мониторинг. Сред най-показателните индикатори за здравето и нормалното функциониране на помпите са уплътненията, кавитацията и вибрациите.

Всяка неизправност в спомагателните уплътнения на помпите може да причини нежелана промяна в нивото на работния флуид. Обикновено причина за това са утечки, висок напор или механични повреди в уплътнението. Мониторингът на уплътненията, извършван самостоятелно или като част от комплексна платформа за мониторинг на помпи, цели прогнозирането, локализирането и отстраняването на тези проблеми, за да се осигури оптимална ефективност и непрекъсната работа на оборудването.

В приложения с по-големи експлоатационни изисквания, когато единично уплътнение не е в състояние да осигури необходимата надеждност, обикновено се използват двойни механични уплътнения. Кухината между двете уплътнителни приспособления се запълва със специален флуид, който намалява триенето и абсорбира топлината. Замърсителите в работния флуид могат да доведат до бързо износване на уплътнението, но с подходящата система за смазване експлоатационният му живот може да бъде удължен до няколко хиляди часа.

Спомагателните системи за смазване на уплътненията могат да работят при атмосферни условия или под налягане. Нехерметизираните системи са проектирани да отвеждат утечките към смазочния флуид, който се използва като буферен. Впоследствие утечката може да излезе извън системата през външното уплътнение. Двойните механични уплътнения с херметична конструкция предотвратяват именно такова изтичане в околната среда.
Решенията за мониторинг на кавитацията са предназначени за високонапорни многостъпални помпи, които не могат да работят в условия на кавитация дори за кратък период. Инсталираните в системата сензори следят потока и налягането в отводната тръба, нивото в смукателния съд, както и диференциалното налягане през смукателния филтър, за да се предотврати възникването на кавитация.

Центробежните помпи ускоряват течностите до по-високи скорости, създавайки спад на статичното налягане при засмукване на помпата. Ако налягането на течността падне под налягането на газообразната фракция на флуида, се образуват мехурчета. Когато налягането се покачва, мехурчетата се натрупват, причинявайки механично увреждане на работните колела и вътрешните повърхности на помпените камери. Кавитацията може да повреди компонентите на помпите и да прекъсне потока, да ускори износването на лагерите и да доведе до щети по уплътненията. Това явление обикновено възниква, когато помпите се експлоатират извън проектните им диапазони, но може да бъде предизвикано и от рязко, периодично или скокообразно ограничаване на смукателната или изпускателната дейност на системата.

Възникването на кавитация и повреди в уплътненията трудно се откриват своевременно при провеждането на регулярна инспекция и поддръжка, но с помощта на решенията за непрекъснат онлайн мониторинг на помпата могат да бъдат регистрирани и локализирани дори превантивно. Най-съвременните технологии в областта са проектирани така, че да проследяват колебанията в изпускателното налягане, за да сигнализират за евентуален настъпващ епизод на кавитация. Чрез комбинация от измервателни техники, проследяващи хода на индустриалните процеси и работата на оборудването, и съчетаване на кавитационен и вибрационен мониторинг може да се постигне по-цялостен поглед върху състоянието на експлоатационните съоръжения.

Вибрационен мониторинг

Вибрационният мониторинг се прилага при много типове динамично и особено ротационно оборудване. Той е предназначен да открива някои от най-разпространените причини за неизправна работа на помпеното оборудване, включително износване на лагерите, на валовите съединения, несъосност, повреди в работните колела, кавитация и др. Помпите създават вибрации в широк диапазон, които са показател за работното състояние, наличието на неизправности и повреди.

Трансмитерите за вибрации (vibration transmitters), използвани в системите за вибрационен мониторинг, следят машините и оборудването за поява на вибрации с амплитуда или честота на трептене извън допустимите стойности, а на база анализ на формата на вибрационния сигнал може да бъде определена и природата на причинителя им. Увеличаването на вибрациите може да доведе до повреди на уплътненията, скъпи ремонти, прекъсвания или спирания на производството, намалена производителност, риск от глоби при изтичане на опасен материал или опасност от пожар, ако изтичащият материал е запалим.
За разлика от физическата инспекция на вибрациите на място, при която са налице дадени ограничения, онлайн вибрационният мониторинг се доказва в практиката като надеждно решение за превантивно и навременно откриване на различни причини за влошаване на работните характеристики на помпеното оборудване.