highly1

Tillförlitliga rullningslager och lagringslösningar för kolväteindustrin

Kommersiella krafter inom kolväteindustrin gör att raffinaderier och andra installationer måste drivas effektivt och med hög tillförlitlighet. Samtidigt krävs noggrann styrning av kapitalkostnaderna. SKF har stor erfarenhet av denna marknad, från installation till underhåll och uppgraderingar.

Teknologi

Den kritiska balansen mellan tillgång och efterfrågan då det gäller exempelvis raffineringskapacitet har med åren blivit allt svårare att upprätthålla. Dessutom ökar betydelsen av extremt hög servicenivå. Detta omfattar inte bara tillgången på grundläggande reservdelar, utan även modernisering och omkonstruktion av kritisk roterande processutrustning för att uppnå allt högre tillförlitlighetsnivå.

SKF tillhandahåller ett brett sortiment produkter och tjänster för kolväteindustrin. Här ingår processanläggningar och installationer på olje- och gasfält. Det kan vara allt från rullningslagerprodukter och smörjning till utrustning för tillståndsövervakning, service och analys. Att arbeta på denna marknad kräver ett nära samarbete med slutanvändare, processystemleverantörer, OEM-tillverkare samt SKF-återförsäljare och andra partners. Målet är tillförlitliga lösningar med låg kapitalkostnad för slutanvändarna.

SKF kan skräddarsy lämpliga moderniseringslösningar utgående från sin omfattande teknikplattform för roterande maskiner (fig 2). Dessutom går det att uppnå betydligt bättre tillförlitlighet och prestanda för lager genom att använda mer avancerade lagermateriallösningar, som hybridlager (lager med keramiska rullkroppar), höghållfasta rostfria stål, lågfrikterande beläggningar som NoWear, elektriskt isolerande beläggningar som INSOCOAT, korrosionsskyddande beläggningar och olika speciella hållarmaterial som polyetereterketon (PEEK) eller odelade slipade mässingshållare utan inneboende spänningar. Sådana skräddarsydda lagerlösningar kan motstå eller förebygga allmänna korrosionsproblem, spänningskorrosion, smörjmedelsförsämring, förslitning, intryckningsskador från partiklar, elektrisk erosion, skärning och sekundärskador på lagerhus och rotorer. Dessutom går det att hantera krav på produktmediumsmörjning.

Modernisering av lagersystem
Modernisering av roterande axelsystem inom kolväteindustrin med nya avancerade rullningslager är en utveckling som ofta drivs av ett behov att öka tillförlitlighet, tillgänglighet och säkerhet hos processerna, i kombination med noggrann styrning av kapitalkostnader för nya eller förbättrade processinstallationer. Detta resulterar i högre intäkter och lägre driftkostnader, samtidigt som återbetalningstiden för investeringar förkortas. Införande av lämplig konstruktionsstrategi kan baseras på ett antal kriterier, som utrustningens prestanda, frekvens av oplanerade underhållsingrepp, kapitalkostnad och uppgraderingsbehov. Bland angreppssätten kan nämnas:

Modernisering av bristande ställdon: Detta involverar vanligen frågor som har att göra med en eller ett fåtal installationer som står för stora produktionsförluster, i form av stilleståndstid eller frekventa haverier.
Det kan även vara frågan om straffavgifter för utsläpp som i kritiska koksgaskompressorer eller kemiska reaktorer.

Modernisering av utrustningsinventarium: Detta innebär typiskt arbeten på större inventarier av kompressorer eller pumpar med kort medeltid mellan fel (MTBF) i jämförelse med vad som skulle kunna uppnås, till exempel inom gasinsamlingskompressorer eller installationer av raffinaderipumpar. Detta orsakar ytterligare underhållskostnader och intäktsförluster och tar tid från erfarna ingenjörer och tekniker som annars skulle kunna ägna sig åt mer framåtsyftande driftfrågor.

Konstruktion baserad på riskanalys: Detta är en möjlighet att välja ett preventivt angreppssätt för att förebygga att ny kritisk utrustning dyker upp på svarta listan, som undervattensinstallerade tryckhöjningspumpar och kompressorer.

Konstruktioner för minskad kapitalinvestering: Här handlar det om att kunna välja billigare utrustning genom att utnyttja högtillförlitliga lager i tidigare otänkbara installationer, som oljefyllda skruvkompressorer med rullningslager under extrem koncentration av sura gaser (H2S).

Prestandauppgradering: Målet är att öka prestanda och tillförlitlighet hos befintlig utrustning för att möjliggöra till exempel högre produktion eller hantering av nya processförhållanden. Detta kan bland annat göras genom att ändra en reservenhet till en andra produktionsenhet eller genom att öka tryck eller flöde i en befintlig konstruktion.

Eftersom SKF är engagerat i att välja, utveckla och leverera avancerade lagerlösningar till alla sådana lösningstyper inom kolväteindustri och olje- och gasutvinning växer referenslistan för varje dag. Normalt tillämpas DSP (SKF Documented Solutions Program) för kostnads- och fördelsanalys, för att säkerställa att kunden får god återbetalning på sina moderniseringar.

Lager: material, konstruktion och arrangemang
Lagersystem består vanligtvis av en styrande lagring och en frigående lagring. Den styrande lagringen omfattar i många fall två lager, ett som endast tar upp radiella belastningar och ett som endast tar upp axiella. Fig 3 visar ett typiskt lagerarrangemang i många vanliga oljefyllda skruvkompressorer.

Som styrande lager i högpresterande kompressorer, pumpar och elektriska drivsystem används vanligen kullager. Dessa utgörs av vinkelkontaktkullager i O-arrangemang, fyrpunktskontaktkullager eller spårkullager. SKF kan leverera sådana kullager i antingen genomhärdat lagerstål eller, för applikationer som kräver hög tillförlitlighet, med lagerringar i genomhärdat höghållfast rostfritt stål.

En frigående lagring består typiskt av ett cylindriskt rullager eller ett eller flera kullager som är axiellt rörliga i sitt hus. För sådana lagringar (fig 3) kan cylindriska rullager med keramiska rullkroppar levereras upp till ganska stora storlekar för att passa de flesta lager som i dag används i oljedränkta skruvkompressorer. På grund av tillverkningsbegränsningar anses det i vissa fall vara lämpligare att konstruera om sådana arrangemang med ett cylindriskt rullager och lägga in rostfria stålrullar med NoWear-beläggning eller ersätta lagringen med en kullagerkonstruktion som är axiellt frigående.

Dessutom har SKF tagit fram toroidrullagret CARB som kan utnyttjas i konstruktioner där axelutböjning och axiell förskjutning på grund av axelförlängning måste kunna tas upp samtidigt. CARB-lager finns i rostfri version med NoWear-beläggning på rullarna. Ett tänkbart lagerarrangemang kan exempelvis bestå av två CARB-lager kombinerade med ett fyrpunktskontaktkullager (fig 4 överst) eller, för kombinerade stora axiella och radiella belastningar, ett paket av axiella vinkelkontaktkullager (fig 4 nederst). Sådana arrangemang är lämpliga för exempelvis ”mellanlager” i processpumpar, där det uppstår stora radialbelastningar. Som exempel kan nämnas en grupp bestående av nio tunga processpumpar, där MTBF kunde ökas från 2 200 timmar till över 7 000 timmar. Genom att använda konventionella SKF lager kunde det senare värdet sättas som tidpunkt för planerat underhåll. Men att använda denna typ av konstruktioner kräver nära samarbete med SKF för att validera konstruktionen och för att säkerställa tillverkningskapacitet. Generellt sett gäller att det är lämpligt att ha ett nära samarbete med SKF och företagets auktoriserade återförsäljare i samband med moderniseringsprojekt. Även OEM-tillverkarna bör kontaktas för att möjliggöra en kombination av höga prestanda, god ekonomi och tillförlitlig leverans.

Det finns olika radiella och axiella lagringsarrangemang med segmentlager för axeltappen, ibland i kombination med rullningslager som tar upp axiella belastningar. Genom att införa höghållfasta rostfria lagerstål kan man i många fall (som vid höga koncentrationer av sura gaser) eliminera besvärliga lagringslösningar med hög friktion som har begränsad förmåga att ta upp axiella krafter och som är känsliga för torrgång. I stället används vinkelkontaktkullager av hybridtyp.

För kryogena installationer och högtemperaturtillämpningar har SKF tagit fram en speciell värmebehandlad variant av basversionerna av det höghållfasta rostfria stålet. Dessa lager har förhöjd dimensionsstabilitet över tiden vid kryogena och höga temperaturer och ökad hårdhet vid höga temperaturer. Stålet används i SKFs specialkonstruerade lager för kryogena pumpar som lämpar sig för produktmedier som hanterar olika flytande gaser, som petroleum (LPG), eten (LEG), naturgas (LNG) och vätgas (LH2). Moderniseringar av kontinuerligt arbetande kryogena pumpar (fig 1) har resulterat i att den genomsnittliga tiden mellan fel har ökat med 300 procent eller mer jämfört med vad som går att uppnå med dagens konventionella rullningslager i helstål.

Tillståndsövervakning och tillförlitlighetscentrerat underhåll
Olje-, gas- och kolväteindustrin har mängder av applikationer med rullningslager i processutrustning som pumpar, kompressorer och kemiska reaktorer. Rollen för sådan utrustning kan variera från tämligen enkla installationer med backupenheter till processkritiska installationer i extremt krävande applikationer utan möjlighet till backup. Som exempel används pumpar i tillämpningar från tämligen stabila raffinaderiförhållanden, till undervattensinstallerade tryckhöjningspumpar eller kontinuerligt arbetande kryogena system i LNG-terminaler, gasanläggningar och kemiska anläggningar. Genom sin grupp för tillförlitlighetssystem har SKF god kunskap om hur man avslöjar begynnande problem genom tillståndsövervakning. Tillståndsövervakning av roterande utrustning kan utföras genom signaltrendanalys i kombination med avancerad frekvensanalys med filter och liknande, för att förstärka specifika signaler från lagerkomponenter och andra utrustningsdelar, eller processrelaterade signaler.

Denna typ av vibrationsinformation kan användas för att generera ett serviceanrop vid en vibrationsnivå som ligger väl under den som orsakar allvarliga sekundärskador på utrustningen. Det bifogade exemplet i fig 5 visar en vibrationstrendanalys av en kolvkompressor för kolvätegaser som används i en processanläggning på ett oljefält i Sydamerika. Genom att övervaka kompressorn kan SKFs personal på plats beställa serviceingrepp innan felet har nått en farlig nivå. Därmed kan reparationen planeras effektivare och reparationskostnaderna hållas låga.

Dessutom gör SKF riskanalyser och implementerar tillförlitlighetscentrerade underhållsprogram för processinstallationer via sina servicebolag som är engagerade i olje- och gasindustrin. Som stöd för detta arbete och för att nå högre tillförlitlighet för sina kunder kan SKFs applikationsingenjörer, som har djupa kunskaper om servicefrågor, genomföra analys av lagerhaverier, smörjning och lagerarrangemang och ge råd om monteringsprocedurer och liknande. De kan på så sätt fungera som viktiga partners vid grundorsaksanalys och förbättringsprogram.

Exempel på modernisering av anläggning med sur gas
I norra delen av den kanadensiska provinsen Alberta finns många extremt stora utvecklingsprojekt med utvinning och raffinering av kolväten ur oljesand. Ett av de största utvecklingsprojekten inom detta område är samriskprojektet Syncrude som producerar omkring 315 000 fat olja per dag. De tunga kolväten som extraheras från oljesanden innehåller svavel. Vätgaskrackning tillämpas för att producera lättare kolväten, men detta ger upphov till vätesulfid (H2S) som det är mycket viktigt att avskilja. Emellertid återstår koksgasen som måste komprimeras innan den kan behandlas vidare. I Syncrude-processen hanteras gaskompressionen av en oljedränkt skruvkompressor som passar väl in i gasflödet. Denna lösning har också många tekniska och ekonomiska fördelar jämfört med andra kompressoralternativ, som kolvkompressorer och torra skruvkompressorer, med deras högre initialkostnad, besvärliga underhåll och svårhanterliga haverier. En förändring i processen gjorde att vätesulfidkoncentrationen i processens slutsteg ökade till mellan 30 och 40 procent, vilket orsakade allvarliga störningar i skruvkompressorns funktion på grund av lagerskador från spänningskorrosion i löpbanor och rullkroppar. Dessa lagerhaverier ledde till kostsamma störningar i raffinaderiprocessen på grund av kompressorutlösningar och vibrationer, följda av ytterligare lagerhaverier.

Personalen vid Syncrude började leta efter potentiella förbättringar av lagersystemet och processförhållandena. I samarbete med SKF och SKFs auktoriserade återförsäljare BC Bearings beslutade man att ta fram en specialanpassad lösning med flera nya lagermateriallösningar som utvecklas av SKF. Moderniseringen involverar nya höghållfasta rostfria lagerstål och stora hybridlager för både fyrpunktsvinkelkontaktkullagren och de cylindriska rullagren (fig 6). Denna lösning har visat extremt gott uppträdande med avseende på vibrationsnivåer och lagerlivslängd (från en genomsnittlig tid mellan fel på 3 800 timmar till över 23 000 timmar utan haveri). Till detta kommer utmärkt robusthet mot avbrott i smörjoljeförsörjningen. Sammantaget har detta förbättrat tillförlitligheten och tillgängligheten i kracknings- och raffineringsprocessen, och i hög grad minskat utsläppen av svaveldioxid (SO2) genom fackling.

Det bör noteras att vi här talar om en avancerad modernisering som involverar en kompressorinstallation med skräddarsydda lager för såväl ordinarie maskiner som reservmaskiner. I många andra fall skulle det vara möjligt att använda redan tillgängliga lagerlösningar från SKF (till exempel SKF Explorer-lager, PumPac-lager med ett 40°- och 15°-duplexpar, elektriskt isolerande INSOCOAT-lager, PEEK-polymerhållare med flera) för pumpar, kompressorer och drivsystem, eller hybridlager med ringar i konventionellt lagerstål eller NoWear-versioner av standardlager med rullar täckta med lågfrikterande beläggning. I många fall kommer det även att bli fråga om att införa väl beprövad teknik med avseende på serviceprocesser, procedurer och underhållsverktyg, liksom reservdelsoptimering. Allt detta ingår i SKFs ordinarie utbud för leveranser över hela världen. SKF står därmed väl rustat att leverera roterande maskiner för kolväte-, olje- och gasindustrin, med förbättrade prestanda i rullningslagren, för att uppfylla de ökande kraven på hög tillförlitlighet, tillgänglighet och säkerhet.

 

 

 

 

 

 

Relaterat innehåll