Kylmyyshaaste erittäin kylmissä olosuhteissa toimivien hermeettisten pumppujen kunnonvalvonta
Tässä artikkelissa esitetään, kuinka haastavien hermeettisten pumppujen kunnon- valvonta on toteutettu Borealis Porvoon Petrokemian laitoksilla. Laitoksen merivesipumppujen kunnonvalvontaa on esitetty aikaisemmin Promaint-lehden numerossa 3/2009. Kuten jo tällöin kerrottiin, ovat kaikki laitoksen koneet kannettavan mittausjärjestelmän piirissä, ja kriittisimmät kohteet on varustettu jatkuvasti mittaavilla suojausjärjestelmillä, joista mittaussignaalit on johdettu laitoksen automaatiojärjestelmään.
Hermeettiset eteenin siirtopumput, yhteensä neljä kappaletta, eivät kriittisyysluokittelunsa ja olosuhteiden takia ole aiemmin olleet jatkuvassa mittauksessa, mutta seuraavat seikat johtivat siihen, että vuonna 2011 niille asennettiin myös jatkuva valvonta:
- Koneiden vikaantumisia on tapahtunut kohtuullisen usein.
- Tyypillisen vikaantumiskohde on vierintälaakeri, jonka vaihtotyö voidaan suorittaa paikallisesti. Mutta jos vikaantumista ei havaita ajoissa, on vierintälaakerin tuhoutumisen seurauksena moottorin vaurio, mikä vaatii pitkää ja kallista virkamatkaa koneen valmistajan luokse Ranskaan.
- Koneiden käyttötarve on epäsäännöllistä, joten niiden valvonta kannettavalla mittalaitteella on hankalaa. Yksi pumppu kerrallaan käy.
- Koneen käydessä se peittyy jäähän, kts. kuva 1, joten kannettavalla mittalaitteella ei välttämättä päästä tekemään mittauksia edustavista paikoista.
Nämä pumput joutuvat toimimaan varsin haastavissa olosuhteissa. Niiden tehtävänä on pumpata nestemäistä eteeniä höyrystimen kautta muovitehtaalle, joten lämpötila pumpun pinnassa on noin –100 °C. Pumput ovat täysin hermeettisiä, kuva 2, ja nestemäinen eteeni toimii myös moottorin vierintälaakereiden ja pumpun liukulaakerin voiteluaineena.
Rakenne vaatii erikoismateriaalien käyttöä sekä pyörivissä että staattisissa osissa, joten on ymmärrettävää, että korjauskulut ovat huomattavasti korkeampia kuin vastaavan kokoluokan normipumpulla. Riittävällä eristyksellä pyritään pitämään huoli siitä, ettei konekokonaisuus pääse ulkoilman vaikutuksesta liikaa lämpiämään.
Kuva 1. Pumput normaaleissa käyttöolosuhteissa talvella.
Kuva 2. Hermeettinen pumppu. Keltaisella värillä on esitetty nestemäisen eteenin esiintyminen.
Kunnonvalvonnan toteutus
Tällä tuotantolaitoksella ei ole erityistä jatkuvatoimista kunnonvalvontajärjestelmää, vaan mittausjärjestelmistä on saatava kustakin mittauspisteestä sellaiset tunnusluvut, että niiden avulla voidaan kattavasti ja luotettavasti saada automaatiojärjestelmään hälytys, kun koneen kunto heikkenee. Jo merivesipumppujen yhteydessä saatiin todennettua, että paikallinen valvontajärjestelmä 1900/65A täyttää vierintälaakeroidun koneen valvontatarpeen, koska siitä voidaan kustakin yksittäisestä anturista laskea kolme erillistä tunnuslukua, kattaen näin kolmen eri vikaantumismekanismin kunnonvalvontatarpeen.
Eteenipumppujen kohdalla päätettiin rajoittaa anturikohtaiset tunnusluvut kahteen, koska liitäntä automaatioon tuli tehdä mAsignaaleita käyttäen. Nämä kaksi tunnuslukua ovat:
- ISO 10816 -mukainen tärinänopeuden kokonaistaso Vrms (koneen yleiskunnon seuranta)
- vierintälaakerin kuntoa kuvaava kiihtyvyyden huippuarvo mitattuna taajuuskaistalta 0–5000 Hz.
Koska pumpun pintalämpötila on huomattavasti kiihtyvyysanturille sallitun alapuolella ja pumpun pintaan kertyy anturia mahdollisesti kuormittavaa jäätä, nähtiin parhaaksi vaihtoehdoksi erityisen mittaustapin kiinnittäminen pumpun kanteen, ja varsinaisen anturin kiinnitys tämän tapin päähän, kuva 3. Riskinä tällaista tappia käytettäessä on, että se tuo oman lisänsä värähtelyarvoihin, mutta eteenipumppujen kohdalla on havaittu, ettei kanteen kierretty tappi heikennä mittauksen taajuusvastetta korkeilla taajuuksilla eikä myöskään tuo mittaukseen haitallisia matalataajuisia resonanssivärähtelyjä.
Kuva 3. Eteenin siirtopumpun mittaustappi.
Kuva 4. Laakerin kuntoa mittaava arvo (vihreä) ja värähtelyn kokonaistaso (valkoinen).
Vastaavanlaisia tappeja kiinnitettiin myös pumpun muihin kohtiin, jotta kannettavalla mittalaitteellakin voidaan tarvittaessa tehdä luotettavia mittauksia, mutta jatkuvatoimiseen mittaukseen otettiin vain yksi anturi pumppua kohti. Anturina käytettiin ihan normaalia ICP-kiihtyvyysanturia, jolle alin sallittu lämpötila on –54 °C.
Koska eteenipumput sijaitsevat räjähdysvaarallisella alueella, on mittausjärjestelmä asennettu turvalliseen tilaan läheiseen ohjaamoon. Pisin kenttäkaapelin veto, eli anturin ja mittausjärjestelmän välimatka, on hieman yli 100 metriä, mikä ei vielä vaikuta mittauksen ylärajataajuuteen haitallisesti.
Tuloksia
Mittausjärjestelmä on ollut käytössä nyt kaksi vuotta, ja tänä aikana sen avulla on otettu kiinni kolme vikaantumista. Tyypillinen vikaantumistrendi on kuvassa 4, jossa nähdään laakerin kuntoa kuvaavan kiihtyvyyden korkeataajuisen huippuarvon kasvu normaalista 5 m/s²:sta yli kolminkertaiseksi.
Kuten kuvasta 4 nähdään, ei värähtelyn kokonaistaso vielä reagoi mitenkään laakerin kunnon heikkenemiseen, mistä voidaan päätellä, että vikaantuminen on vielä varsin varhaisessa vaiheessa.
Kuva 5. Sisäkehän alkavaa kuoriintumista.
Kuva 6. Verhokäyrän mittaussignaalin näytteet vikaantumassa olevasta (tammikuu–helmikuu) ja laakerivaihdon jälkeisestä hyväkuntoisesta (kesäkuu) koneesta.
Kun moottorin laakerit avattiin, oli jälki tämän näköistä, kuva 5. Kuten kuvastakin näkee, on sisäkehän vikaantuminen varsin alkuvaiheessa, mutta kuitenkin jo selvästi alkanut. Koska eteeni toimii täällä myös voiteluaineena, kaikki laakerista irtoavat partikkelit kulkeutuvat mukaan prosessiin, jossa ne eivät varmaankaan ole toivottavia, ja voivat myös tukkia käytössä olevia suodattimia. Tämänkin takia jo hyvin varhainen laakerivian havaitseminen on toivottavaa.
Korkeataajuinen signaali saat- taa kasvaa myös muista syistä kuin laakerivioista. Borealiksellakin on huomattu, että tietyissä toimintapisteissä virtauksesta aiheutuu ääniä, jotka hetkellisesti nostavat mittausarvoa. Tämän takia ennen laakerinvaihtoon ryhtymistä suoritetaan aina varmistava tarkistus kannettavalla mittalaitteella. Kuvassa 6 on verhokäyrän mittaussignaalin näytteitä vikaantumassa olevasta (tammikuu– helmikuu) ja laakerivaihdon jälkeisestä hyväkuntoisesta (kesäkuu) koneesta.
