Assurance de performance pour les pompes critiques dans une centrale électrique en période de pointe

Jul 01, 2023

Qu'il s'agisse d'un ingénieur en fiabilité ou d'un responsable des achats dans une centrale électrique, personne ne veut jamais apprendre que sa pompe dans une application critique est irréparable. Pourtant, cela peut se produire lorsque les contrôles de santé d'une pompe ne sont jamais programmés, en particulier si, en raison d'un choix judicieux d'équipement, la pompe a fonctionné de manière fiable pendant plusieurs décennies.

Cela s'est produit avec un fournisseur principal d'alimentation électrique de secours, qui fournit une alimentation supplémentaire aux clients résidentiels et commerciaux sur son territoire lorsque le réseau électrique est surchargé.

Les conditions de traitement ont changé plusieurs fois au fil des ans, car les normes d'émission fédérales obligeaient les fournisseurs d'électricité à réduire la pollution. Mais ce qui n'avait pas changé, c'était la fiabilité des deux pompes à carburant à double vis de l'usine. Aucune des deux pompes n'était tombée en panne pendant cette période, malgré leur âge de plus de 40 ans. Cependant, les viscosités du carburant ont été réduites plusieurs fois au cours des décennies à mesure que les conditions de traitement ont été modifiées, et les pompes n'ont pas été conçues pour fonctionner dans cette situation.

Les deux pompes à double vis fournissaient du carburant à deux turbines séparées, qui produisaient l'énergie. Chacun fonctionnait séparément, avec un seul nécessaire à la fois pour fournir 100 % des obligations de production de l'usine, et le second était une sauvegarde si nécessaire. Cependant, les performances fiables et constantes des pompes avaient donné à l'usine un faux sentiment de sécurité, et l'usine n'avait pas stocké de kits de réparation majeurs ou mineurs pour répondre aux temps d'arrêt imprévus s'ils se produisaient.

Le fabricant de pompes à double vis a mené un audit à l'échelle de l'usine. Les éléments évalués comprenaient l'équipement vieillissant, les applications critiques pour la mission et les processus qui avaient subi des changements de système spectaculaires. Avec ces trois conditions présentes, une approche de fonctionnement jusqu'à la panne sur des pompes de plus de 40 ans comportait des risques importants. Faute de kits de pièces en stock, les options de réparation seraient plus limitées et la centrale devrait attendre plus longtemps pour une nouvelle pompe de remplacement.

Reconnaissant la situation précaire, le personnel de l'usine s'est associé au centre de service agréé de son fournisseur pour effectuer un démontage complet, une inspection et une analyse de deux semaines sur l'une des deux pompes à double vis qui avaient été vendues neuves en 1979. L'analyse et les conclusions, avec des recommandations , inclus:

Boîtier de la pompe

Les quatre emplacements de forage présentaient des zones de grippage dû au contact des vis dans les zones d'aspiration et de refoulement. Les diamètres intérieurs d'alésage mesurés jusqu'à 0,0085 pouce au-dessus de la tolérance élevée conçue. Ce corps était en fonte et n'a pas pu être restauré.

Recommandation : remplacer

Assemblage tournant

Les flancs des vis présentaient une usure excessive, ce qui indiquait un mauvais calage des arbres de vis sur les engrenages. Les deux côtés des flancs ont montré un contact. Les arbres longs et courts avaient un revêtement détaché sur les extrémités d'aspiration et de refoulement de la vis. Cela correspondait aux zones de contact importantes notées ci-dessus dans les alésages du boîtier. Diamètres extérieurs mesurés à la fois supérieurs et inférieurs à la conception en fonction du point de mesure. C'était le résultat de l'usure et de la matière en relief sur la surface des vis à cause du contact des flancs. Les dégagements de flanc mesuraient jusqu'à 0,012 pouce, soit 0,005 pouce au-dessus de la tolérance élevée. Ce dégagement supplémentaire a entraîné une perte de débit délivré pendant le fonctionnement. Les engrenages de distribution montraient des signes de frottement important et le diamètre intérieur des alésages d'engrenage dépassait la tolérance prévue.

Recommandation : Remplacer ; le prix de la réparation représentait plus de 60 % du prix d'une pompe neuve

Supports de roulement

Les supports de palier avant et arrière nécessitaient un nettoyage mineur pour bien rincer les orifices d'étanchéité, mais ils pouvaient être utilisés tels quels une fois le nettoyage et l'ébavurage effectués.

Recommandation : réutiliser

Boîtier de pignon de distribution et tête avant

Ces deux éléments ont été jugés utilisables dans leur état actuel, après nettoyage et ébavurage.

Recommandation : réutiliser

Conclusion : les auditeurs de la pompe ont découvert qu'un calage incorrect des vis avait provoqué une usure excessive des flancs des vis, empêchant une réparation économique de l'unité. Les turbines fonctionnaient à la viscosité du mazout léger. En supposant une viscosité du mazout de 44 Saybolt Seconds Universal (SSU), le plus petit pas pour une pompe de taille de châssis de 1 250 (0,875 pouces) aux rotations par minute (tr/min) les plus élevées (1 550), et une pression différentielle de 1 000 livres par jauge en pouces carrés (psig) (comme indiqué sur la plaque signalétique), un nouvel élément rotatif de remplacement et un corps réutilisé fonctionneraient toujours avec une efficacité volumétrique de seulement 30 %, entraînant une perte excessive d'efficacité volumétrique et de génération de chaleur.

L'audit a permis au personnel de l'usine de prendre une décision éclairée sur les prochaines étapes, notamment :

En fin de compte, une réparation mineure ou majeure n'était pas considérée comme un moyen efficace d'atténuer le risque de la centrale en raison des pertes de performances substantielles qui subsisteraient. Ainsi, la décision a été prise d'utiliser temporairement la pompe réassemblée comme secours d'urgence et de commander une nouvelle pompe à double vis. Le centre de service agréé du fournisseur de la pompe a remonté la pompe dans un délai d'une semaine à cette fin.

Après l'installation réussie de la nouvelle pompe, la centrale électrique a mis sa deuxième unité hors ligne et a exécuté le même processus, avec les mêmes résultats et le même succès, offrant à la centrale la tranquillité d'esprit de savoir qu'un risque de défaillance opérationnelle avait été éliminé pour de nombreuses années à venir.

Leçons pour les opérateurs

Il est de notoriété publique que les joints mécaniques, les roulements et les joints ont une durée de vie limitée et nécessitent un remplacement périodique et continu. Une petite quantité de fuite de joint (environ 10 gouttes par heure par joint) est normale et nécessaire ; tout dépassement doit être réparé ou remplacé par un joint compatible avec les conditions de fonctionnement de la pompe. Les roulements et les joints doivent être nettoyés, ébavurés, lubrifiés et vérifiés régulièrement pour détecter tout bruit et/ou vibrations anormales et tout fonctionnement irrégulier afin de s'assurer que toutes les connexions sont bien serrées.

Mais il devrait également être de notoriété publique qu'une approche de laisser-faire avec le boîtier de la pompe et les travaux principaux n'est jamais recommandée pour les opérations critiques.

Voici pourquoi le démontage, le nettoyage et l'inspection de la pompe d'un utilisateur est une approche sensée par rapport à une panne coûteuse :

Pignons de distribution : Dans l'ensemble tournant, les pignons de distribution d'une pompe à vis sont au cœur de ses performances de débit. Si les tolérances de conception ont été dépassées et que les dommages par frottement sont excessifs, l'ensemble doit généralement être remplacé.

Alignement de l'entraînement de la pompe : le système peut subir des niveaux de vibration inhabituels ou de grandes variations de températures de fonctionnement s'il n'est pas aligné.

Corps de la pompe : les dommages causés par le grippage des vis dans les orifices d'aspiration et de refoulement peuvent faire en sorte que les sites d'alésage dépassent les tolérances de conception. La restauration peut ne pas être possible.

Lorsque l'usure est si excessive qu'une unité ne peut pas être réparée de manière économique, un remplacement complet de la pompe est le meilleur remède dans le pire des cas. Dans le meilleur des cas, le stockage de kits mineurs et majeurs peut sauver la mise, même lorsque l'usine a bénéficié de décennies de fonctionnement fiable sans temps d'arrêt.

En fin de compte, cependant, personne ne connaît la pompe à vis comme l'équipe qui l'a construite, et les contrôles de santé effectués par des techniciens certifiés préparent le terrain pour restaurer les dégagements d'usine et les tolérances de conception pour lesquelles l'équipement a été construit, afin que les utilisateurs finaux puissent se concentrer sur ce qu'ils font de mieux.

Jim Sorensen est le directeur de la distribution pour l'ouest des États-Unis de CIRCOR Industrial Group Americas. Il a obtenu un diplôme en génie mécanique de la Texas A&M University et est une ceinture noire Six Sigma. Sorensen a plus de 20 ans d'expérience dans l'industrie des pompes. Pour plus d'informations, visitez www.circorpt.com.