Надежность насосного оборудования — тривиальная тема, но в настоящее время она так же актуальна, как и несколько десятилетий назад.
Есть несколько весомых причин, чтобы сфокусироваться на повышении надежности насосного оборудования.
- Ежегодный средний уровень затрат на техническое обслуживание и работу центробежных насосов на 50% выше затрат подобного рода на работу центрифуги.
- Центробежные насосы на многих предприятиях потребляют более 50% от общего уровня электроэнергии, потребляемой всеми двигателями.
- Насосы сжигают больше электроэнергии, чем любое другое промышленное оборудование любого другого вида.
Изучение работы центробежных насосов Исследовательского центра Finnish Research Center («Экспертные системы по диагностике и работе центробежных насосов» 1996 г.) показало, что средняя эффективность накачки была на уровне менее 40% среди изученных 1690 насосов из 20 различных предприятий, включая все сегменты рынка. В результате данного исследования также было выявлено, что 10% насосов работало с эффективностью менее 10%.
Большая часть наших потребителей управляет насосами в количестве от 500 до 2000 единиц, расположенных в разных местах, наряду с тысячами частей сложного динамического оборудования (например, компрессорами, миксерами, вентиляторами, воздуходувными машинами, конвейерами и т.д.), и тратит в среднем 5,5 млн долларов в год на техническое обслуживание, работу и потребляемую электроэнергию. В то время как единовременная стоимость покупки и установки подобного оборудования составляет несколько тысяч долларов США, затраты на управление им превышают десять тысяч долларов США ежегодно. Они включают затраты на обучение, функционирование и получение электроэнергии для жизнеобеспечения насосов. Многие предприятия постоянно борются за то, чтобы сократить издержки и увеличить коэффициент полезного действия, и мы полагаем, что увеличение надежности насосного оборудования – весьма обоснованный подход к достижению этих целей.
Награды за достижение надежности работы насосов велики, а усилия, на первый взгляд, довольно незначительны. В целом, бóльшая часть элементов надежности имеет практический смысл. Однако Ральф Уальдо Эмерсон представил данную идею в более широком контексте, когда сказал: «Практический смысл такой же редкий, как и появление гениев».
Смысл состоит в том, что вне зависимости от того, насколько продуманы и насколько хорошо используются попытки обеспечения надежности, они требуют, чтобы люди действовали специфическим образом и системно для того, чтобы поддерживать результаты своих трудов. Более того нужны грандиозный талант руководителя и дисциплина для начала выполнения этих работ и поддержания установленного курса. Чтобы меры по увеличению степени надежности имели успех, также требуется вовлечение в работу всех специалистов предприятия. Нужно обратить в свою пользу коллективные знания, опыт и даже неудачи, чтобы направить все усилия для улучшения работы в конечном итоге. Например, вовлекайте персонал по техническому обслуживанию и инженеров по обеспечению надежности в конструирование и выбор нового оборудования путем составления таблицы по знаниям и причинам возникших неисправностей; пусть операторы участвуют в технических заданиях, чтобы они были им понятны настолько, насколько это возможно; подвергайте критическому рассмотрению приобретения, чтобы в итоге выбрать оборудование на основе совокупной стоимости владения в противовес самой низкой цене покупки; консультируйтесь с персоналом магазинов о наличии запасов запчастей для того, чтобы минимизировать дублирования и выявлять возможности стандартизации. Существуют и другие мероприятия, но вы видите картину: внедрите каждого сотрудника вашего бизнеса в работу по обеспечению надежности.
А сейчас давайте рассмотрим 10 шагов по обеспечению надежности насосного оборудования.
1. Выбор надлежащей конструкции оборудования
Спецификации насосного оборудования должны точно и обстоятельно отображать все технические требования и эксплуатационные параметры. Вот некоторые принципы:
- точка максимального КПД выбранного насоса;
- поток;
- давление;
- фактическая высота всасывания насоса (ФВВН);
- скорость;
- напряжение;
- тип жидкости;
- удельный вес и уровень Ph;
- металл;
- диаметр трубы входа и выхода;
- рабочая температура;
- вязкость;
- присутствие сухих остатков;
- химическая активность;
- упругость пара;
- забранный воздух/газы;
- конфигурация уплотнения;
- метод смазки подшипников;
- размер и конфигурация
- трубы;
- физическое расположение
- и окружающая среда и т.д.
Полные и точные технические характеристики — это первый шаг на пути к обеспечению надежности работы насосной системы.
Многие инженеры склонны определять факторы использования насосов большего размера и чрезмерной мощности при условии того, что лучше допустить ошибку, имея слишком много мощности для работы, чем при недостаточной мощности. И если напор потока системы, выходящий из насоса, слишком высок, он может быть отрегулирован со стороны подачи. Такой подход, хотя и используется практически повсеместно, — очень неэффективный и очень затратный способ проектирования системы. Он увеличивает расходы электроэнергии при работе насосной установки, сокращает срок службы оборудования и, вполне вероятно, увеличивает частотность возникновения неполадок.
Для того чтобы понять, почему это так, вам нужно понять порядок работы насоса. Центробежные насосы работают с вращающимся рабочим колесом, которое передает кинетическую энергию жидкости. Рабочее колесо ускоряет движение жидкости и вбрасывает ее в корпус насоса, и так как увеличивается площадь корпуса, кинетическая энергия преобразовывается в давление. Более высокая скорость дает более высокое давление.
Насосы предназначены для работы при определенной силе потока. Если размер насоса подобран верно и он функционирует в оптимальном режиме, или с наивысшим КПД, поток жидкости постоянный и радиальная сила на рабочее колесо минимальна. Это позволяет насосу работать на максимальной мощности и с наименьшей вибрацией. Если насос работает вне точки КПД при увеличенном или уменьшенном уровне потока, внутри насоса возникнет дисбаланс. Этот дисбаланс может вызвать прогиб вала, чрезмерную нагрузку на подшипники и торцовые уплотнения, излишнюю вибрацию и нагревание, все это может сократить срок службы насоса и увеличить вероятность появления преждевременных поломок. Так как большинство состояний работы насосов динамические и фактические потребности силы потока и давления изменчивы, становится чрезвычайно важно устанавливать правильный размер насоса для того, чтобы он функционировал на уровне КПД или около него.
Насосы, которые работают вне уровня КПД, выполняют несметное количество действий, ни одно из которых не привносит свой вклад в надежность и эффективность процесса. КПД достигается, когда положение жидкости, поступающей через отверстие рабочего колеса, параллельно лопасти рабочего колеса. Работа за пределами уровня КПД вызывает изменение положения жидкости через входную лопатку и увеличивает возможность возникновения преждевременной и катастрофической неполадки в насосе. Вызывая всасывание или рециркуляцию, или кавитацию, это приводит к чрезмерной вибрации, увеличению прогиба вала, нагрузке на подшипники и сокращению срока службы прокладок.
2. Правильная установка и пусконаладочные работы
Когда насос доставлен к месту своего расположения, важно не спешить и осмотреть его на предмет соответствия заказу и отсутствия повреждений. Если насос хранится менее 6 месяцев, вам лишь нужно содержать его в чистом, сухом помещении, без возможности загрязнения или перегрева и вибрации, чтобы насос оставался в исправном состоянии. Если же он хранится более полугода, следуйте этому же руководству, а также начинайте вручную вращать вал хотя бы раз в три месяца для того, чтобы предотвратить образование вмятин на поверхностях подшипников.
Важно обеспечить наличие жесткого и плоского бетонного основания, вес которого в 2–3 раза превышает вес насоса. Оно будет поглощать любой вид вибрации и сможет предотвратить натяжение и деформацию, когда вы будете затягивать болты. Существует много деталей при подготовке надлежащего основания, и соблюдение правил руководства производителя по установке поможет сохранить все в порядке.
Другая хорошая практика — никогда не волочить трубу в место предназначения, прикладывая усилия на фланцевые соединения насоса. Это может вызвать значительное натяжение на изделии и привести к нестыковке насоса и привода. Напряжение трубной обвязки отрицательно влияет на работу насоса, что может в результате привести к механическому повреждению и/или поломке оборудования.
На установку и пусконаладочные работы приходится очень малая часть от общей стоимости владения оборудованием. Однако неверная установка и пусконаладочные работы станут причиной проблем, которые в значительной степени сократят надежность работы насоса. Данные проблемы не проявляются в течение какого-то периода, и их решение может занять определенное количество времени и средств (например, реконструкция, замена опорной пластины или основания, модификация трубопроводной обвязки и т.д.). Часто эти вопросы не решаются из-за необходимости временных и материальных затрат, таким образом, это приводит к сокращению срока службы и более высокой стоимости владения оборудованием.
Вот несколько советов, соблюдение которых поможет избежать преждевременных поломок:
- Расположите насос к источнику жидкой фазы настолько близко, насколько это возможно.
- Убедитесь, что существует достаточное пространство вокруг и над насосом для обеспечения безопасности, вентиляции, осмотра, установки/перемещения и технического обслуживания.
- Защитите изделие от повреждений вследствие воздействия погодных условий и воды из-за дождя, подтопления или температуры кристаллизации.
- Не устанавливайте и не управляйте оборудованием в закрытых системах, пока система не установлена с помощью габаритных предохранительных устройств и контрольных приборов.
- Учитывайте возможность появления нежелательных шумов и вибрации.
- Следуйте всем операциям по обеспечению безопасности, установке, настройке, запуску, выключению и функционированию оборудования, представленным в руководстве поставщика.
- Утилизируйте изделие согласно Стандартам API 686, или хотя бы в рамках Стандартов Института гидравлики, где это возможно.
- Убедитесь, что расстояние между впускным фланцем трубы и ближайшим отводом составляет по крайней мере пятикратный размер диаметра трубы. Это минимизирует риск образования пустот во всасывающем отверстии насоса в результате вихревого потока.
- Удостоверьтесь, что отводы в общем не имеют изломов, и что всасывающий трубопровод в 1–2 раза больше всасывающего отверстия насоса.
- Всасывающий трубопровод никогда не должен быть диаметром меньше, чем диаметр всасывающего отверстия насоса.
- Убедитесь, что ни одна из частей всасывающего трубопровода не выходит за пределы всасывающего фланца насоса, расположена надлежащим образом ниже поверхности источника жидкости и горизонтально расположена или опускается вниз от источника жидкости.
- Фактическая высота всасывания насоса всегда должна превышать требуемую высоту всасывания насоса.
- При проверке вращения до момента запуска отсоедините насос от привода для предотвращения работы насоса в обратном направлении. Вращение в обратном направлении может привести к прямому контакту металлических деталей, появлению избыточного нагрева и катастрофическим неисправностям.
Надлежащее регулирование расхода
Регулирование расхода является очень важным элементом для оптимизации эффективности работы и стоимости жизненного цикла насосной системы. Контроль потока путем регулирования клапана линии нагнетания — широко используемый метод контроля над уровнем потока, но в общем очень неэффективный и затратный при длительном использовании.
Перекачиваемая через частично закрытый регулирующий клапан жидкость потребляет чрезвычайно большой объем электроэнергии и может привести к преждевременной неисправности насоса. Данный метод регулирования расхода корректирует момент, при котором характеристика «расход — напор» пересекается с характеристикой «давление — расход», и, если показатели в значительной степени отклонены от КПД, срок службы насосного оборудования сократится.
На этапе проектирования должна быть проведена оценка частотно-регулируемых приводов (ЧРП) для регулирования расхода. Стоимость приобретения и установки ЧРП выше, и они применимы не во всех случаях, однако часто требования меньших мощностей и увеличенного КПД по энергии могут перекрыть начальные затраты. Использование ЧРП позволяет насосному оборудованию работать в рамках показателей, близких к КПД в диапазоне потока путем изменения скорости привода. ЧРП делает возможным регулировать характеристику насоса «давление — расход» с характеристикой «расход — напор» в противовес к использованию регулирующего клапана, который модифицирует характеристику «расход — напор».
Другой метод контроля расхода — это использование обводной линии с приводом фиксированных оборотов. Этот способ позволяет потоку, пропускаемому через насос, оставаться постоянным, хочется надеяться, что на уровне КПД, в момент регулирования потока расхода жидкости и перенаправления жидкости обратно к ее источнику. Ни при каких обстоятельствах напорный поток не должен направляться от стороны впуска насоса. Если это будет иметь место, то риск повреждения насоса может в значительной степени превысить любую возможную прибыль. Изменение направления потока от стороны впуска насоса приведет к сокращению службы насосного оборудования и возникновению небезопасных условий, которые могут уничтожить оборудование и причинить серьезные травмы и даже смерть.
4. Надлежащая работа
Во время функционирования насоса для обеспечения работы насосной системы эффективно и в достаточном объеме на постоянной основе необходимо мониторить такие критически важные элементы, как расход, давление, температуру, вибрацию, силу тока и степень очистки.
Как было отмечено ранее, крайне важно, чтобы размер насосов был подобран должным образом и чтобы они эксплуатировались на оптимальных скоростях для соответствия требованиям расхода и высоты при сохранении параметров КПД на протяжении большей части рабочего времени. Дополнительно чрезвычайно необходимо управлять работой насоса корректно, чтобы обеспечить оборудованию функционирование в течение максимального расчетного срока эксплуатации, а персоналу предприятия — безопасную работу. Повреждение насоса (подшипников/прокладок) носит накопительный характер. Несмотря на уровень повреждений, он остается с компонентами до их полной замены. Многократные эпизоды неправильной работы приведут к преждевременной поломке насоса.
Приведем несколько правил эксплуатации насосов:
- Всасывающий клапан должен быть открыт в 100% случаев.
- Нагнетаемый поток регулируется для обеспечения адекватного противодавления с целью исключения гидроудара или выпуска максимального уровня потока.
- Насос перед запуском прошел испытания и дренажирован.
- Системы промывки торцевых уплотнений проверены на работоспособность до начала запуска.
- Смазка частей проведена должным образом и соответствует определенным стандартам качества.
- Насосы должны работать на скорости, необходимой для поддержания адекватного расхода потока через насосную систему. (При минимальном расходе, установленном производителем.)
- Насосы не должны работать в течение длительного времени при максимальном расходе.
- Не управляйте насосным оборудованием без надлежащим образом установленных защитных кожухов соединительной муфты.
- Насосы не должны функционировать длительное время при закрытых напорных клапанах.
- Не позволяйте насосу вращаться в обратном направлении.
Несоблюдение этих правил может стать причиной повышения температуры, чрезмерной вибрации, потенциального испарения жидкости, кавитации и накопления избыточного давления, что может привести к катастрофическим и преждевременным неисправностям оборудования, травмам или смерти персонала.
Надлежащее техобслуживание
Техническое обслуживание — это второй по величине уровня затрат элемент в табулированных данных по коммерческому предложению: 20% против 32% по затратам на электроэнергию, поэтому чрезвычайно важно определить четкую программу по ТО и следовать ей, чтобы сохранить насосы в хорошем рабочем состоянии и увеличить до максимальной отметки срок их службы.
Техническое обслуживание насосов — вещь чрезвычайно простая, вы обычно выполняете те же операции в отношении любого вращающегося оборудования. В нашем случае самой частой причиной неполадок насосного оборудования является неправильная работа, которая приводит к нарушению герметичности, и неправильная смазка, вызывающая преждевременный выход из строя подшипников.
Первое правило бизнеса — определить программу мониторинга состояния оборудования, включающую в себя обоснованное количество технологий. Приведем состояния, которые нужно рассматривать и которые требуют некоторые затраты в технологии:
- расход;
- давление;
- температура;
- вибрация;
- ультразвук;
- номинальный ток при полной нагрузке.
Приемлемые диапазоны должны быть установлены для каждого из этих параметров с актуальными показателями, сравниваемыми каждый раз при определении. Данные должны иметь тенденцию в течение продолжительного времени к определению любых параметров, требуемых для дальнейшего анализа. Многие компьютеризированные системы управления техническим обслуживанием способны напрямую внедрять эти состояния в систему в электронном виде и предоставят графики тренда для своевременного анализа.
Другие условия, которые должны рассматриваться более традиционными мероприятиями по своевременному профилактическому техническому обслуживанию, это:
- смазка деталей (технические условия производителя);
- герметичность потока воды или упаковки;
- чистота;
- надлежащая сила течения воздуха;
- вопросы касательно фундамента или опорных пластин;
- целостность подвесных опор и креплений системы трубопроводов; осмотр защитных кожухов соединительной муфты;
- ослабленные болты.
Должны применяться профессиональные методики составления планов и графиков работ для того, чтобы все мероприятия по мониторингу состояния оборудования и профилактического технического оборудования были четко спланированы и занесены в графики. В общем, проблемы, которые решаются до того, как они приводят к поломкам, являются результатом затрат на программы мониторинга состояния и профилактического технического обслуживания оборудования.
Другим важным элементом хорошей программы технического обслуживания является привлечение устойчивых технических средств и методов обеспечения надежности, направленных на устранение неисправностей. Для увеличения степени надежности машины вам нужно понять, каким образом она может выйти из строя, и обеспечить возможность устранения неисправности. В результате вы бы устранили все возможности, которые могли бы привести к поломке, и получили бы в итоге более надежное оборудование. Производители самолетов и автомобилей и многих других машин используют эту методику для значительного увеличения надежности своей продукции.
Если вы внедрили эти методы в свою стратегию управления насосным оборудованием, вы на пути к оптимизации уровня затрат и мощности предприятия. Может показаться, что нужно много усилий для сохранения надежности работы насосных систем, но если вы сравните эти усилия с затратами на постоянную неэффективную работу и постоянно возникающие неисправности, эти попытки того стоят. Помните — все, что вы знаете о сохранении эффективной и достаточной работы насосных систем, может применяться напрямую к другим активам предприятия, что придаст инвестициям большую ценность.
Продолжение статьи читайте здесь.
Журнал Prostoev.NET № 4(21) 2019
По материалам зарубежных публикаций
Читайте так же
- Обзор проектов по обобществлению данных о надежности производственных активов
- В чьих руках находится надежность оборудования
- «Важно начинать управлять надежноcтью активов на ранних стадиях жизненного цикла»
- Современные бизнес-процессы поддержки оборудования. Управление работами по ТОиР
- «Работа механика – это умение не оперативно ликвидировать простои, а предотвращать их, предупреждать»
