Moderniser ou remplacer? Découvrir des économies pour le secteur des hydrocarbures

En tant qu'actifs importants, ils doivent fournir un service fiable tout en restant efficaces. En mettant davantage l'accent sur les coûts d'exploitation, il est de plus en plus important de réduire la consommation d'énergie chaque fois que cela est possible, et c'est également l'une des tâches qui peuvent être accomplies grâce à une conception de rénovation.

Luca Lonoce, spécialiste de la modernisation pour Sulzer, examine les avantages de l'utilisation de la technologie de modernisation pour répondre aux demandes changeantes de l'industrie de traitement des hydrocarbures.

Même si la plupart des gens ne les verront jamais, les pompes et compresseurs industriels sont des éléments essentiels de la vie quotidienne. Les installations pétrolières, gazières et chimiques utilisent des pompes et des compresseurs pour le transport et le traitement; créer du carburant et des matériaux sur lesquels nous comptons tous. Ces pièces d'équipement rotatif vitales aident à garder nos vies fluides.

L'industrie du traitement des hydrocarbures présente un environnement difficile pour les équipements rotatifs où les pompes et les compresseurs doivent gérer des fluides et des gaz qui peuvent contenir des solides, ce qui peut avoir un effet néfaste sur les performances. Les changements dans la matière première, les paramètres de processus et les considérations opérationnelles peuvent tous avoir une incidence sur les demandes faites sur de nombreux actifs dans l'environnement de production.

L'équipement rotatif moderne est conçu et fabriqué pour fonctionner dans de petites fenêtres opérationnelles, ce qui signifie qu'il y a très peu de tolérance pour les changements de performance de la matière première. Les équipements plus anciens ont une plus grande tolérance au changement, mais ont également la possibilité de s'adapter à des modifications dans la conception du rotor sans affecter le boîtier extérieur.

Par conséquent, lorsque des changements de conception sont nécessaires, que ce soit pour des problèmes de performance ou de fiabilité, les usines n'ont souvent que deux choix: investir dans un nouvel actif, dont le délai de livraison peut s'approcher de deux ans, ou développer un projet de modernisation qui adaptera la conception existante. pour répondre aux paramètres souhaités - un choix qui réduit considérablement le temps du projet.

Compresseurs

Évaluations initiales

Le processus commence par une évaluation initiale pour déterminer l'aptitude de l'équipement à la réévaluation à l'aide d'un processus systématique qui tient compte à la fois des conditions opérationnelles existantes et requises. Dans le cas d'un compresseur, les données minimales nécessaires pour ce premier examen sont la pression d'entrée, la température, le débit, l'humidité relative et les propriétés du gaz (compressibilité, poids moléculaire et capacité thermique spécifique) pour chaque condition. La pression finale souhaitée est la seule valeur requise pour le côté refoulement.

Les calculs initiaux fournissent les températures de décharge, les besoins en puissance et la vitesse de rotation. Les données calculées sont comparées aux mesures réelles sur le terrain ou aux enregistrements opérationnels et ajustées pour correspondre aux rendements, à la vitesse et à la puissance. La comparaison du nouveau point de fonctionnement avec les données de fonctionnement d'origine du compresseur détermine l'ampleur des changements nécessaires.

Les tailles des buses d'entrée et de sortie déterminent les limites finales pour le boîtier et la zone disponible pour que le débit volumique accru passe sans étrangler ou dépasser les limites de vitesse autorisées. Si le boîtier peut gérer les nouvelles exigences de débit, l'évaluation détaillée peut commencer.

Modifications de conception

Une équation simple régit le débit et les trois quantités qui peuvent être modifiées afin d'augmenter le débit volumique: surface d'écoulement, vitesse d'écoulement et densité de gaz.

Débit = zone d'écoulement x vitesse d'écoulement x densité de gaz

La modification de la zone d'écoulement est la méthode la plus complexe pour augmenter le débit. Cette mesure implique un nouvel assemblage aérodynamique comprenant des roues, des diaphragmes et des pièces structurelles. Une augmentation de la zone d'écoulement est réalisée par des roues plus larges, des roues de plus grand diamètre, de nouvelles conceptions d'aubes de roue, des passages de diffuseur plus grands ou une combinaison de tous ces éléments. Pourvu que les nouvelles pièces tiennent dans l'ancien espace de boîtier, le projet est réalisable.

Les techniques de conception modernes, telles que la dynamique des fluides computationnelle (CFD), et les technologies de fabrication ont permis la production de profils d'aubes de turbine en trois dimensions. Ceux-ci ont considérablement augmenté la surface active de la lame, ce qui offre une vitesse et une capacité volumétrique accrues à chaque étage, ainsi qu'une efficacité améliorée.

En fait, les améliorations sont telles que trois étages utilisant une conception 3-D peuvent remplacer un rotor à quatre étages équipé de roues bidimensionnelles et fournir le même rendement en utilisant jusqu'à 10% d'énergie en moins. De même, le rendement peut être augmenté par rapport aux chiffres d'origine sans avoir à changer les dimensions externes ou l'équipement environnant et tout cela peut être réalisé pendant une fenêtre de maintenance planifiée.

Amélioration des performances

La vitesse d'écoulement est améliorée en augmentant la vitesse de rotation de l'unité ou le diamètre de la roue. Les sections de compresseur stationnaires convertissent la vitesse accrue du gaz à la sortie de la turbine en une hauteur de refoulement plus élevée, ce qui donne le même résultat qu'une augmentation du coefficient d'écoulement réel.

Une augmentation de 1% de la vitesse équivaut à une amélioration du débit de 3%, avec la résistance mécanique des pièces en rotation et les tolérances d'assemblage des roues ainsi que des accouplements déterminant les limites de la conception finale. Tous ces calculs et évaluations peuvent être effectués pendant la phase de planification du projet afin de déterminer la conception la plus réalisable qui fournira le résultat souhaité.

Pompes

Améliorations matérielles

Pour les pompes, qu'elles soient à un ou plusieurs étages, les rénovations empruntent un chemin très similaire en termes d'évaluation et de modification de la conception. Les pompes à fûts ont clairement de nombreux aspects de conception en commun avec les compresseurs, tandis que les pompes centrifuges à un étage peuvent bénéficier d'une conception moderne de roue 3D et de l'utilisation de CFD pour établir une conception plus efficace.

Déterminer la meilleure conception et les améliorations matérielles pour une conception originale nécessite une expertise considérable. Cependant, cela doit être mis en contexte avec l'application plus large, en examinant les besoins en énergie, les conceptions de couplage et de joint, ainsi que l'impact sur l'équipement en aval de l'actif lui-même.

Diagnostic des pannes

Exemple 1: pompe diesel hydrotraiteur chaud.

Une pompe dos à dos à 8 étages, produisant 193 m3 / h (708 gpm) à 1'143 mètres (3'750 pieds) de hauteur avec une plage de température de fonctionnement de 10 à 230 ° C (50 à 446 ° F) montrait une perte de performance au fil du temps lorsqu'une défaillance inattendue a provoqué l'échappement du fluide de procédé dans l'atmosphère. Une analyse des causes profondes (ACR) a été réalisée pour déterminer l'action corrective la plus appropriée.

La pompe était équipée de pièces d'usure en polymère, conçues pour fonctionner avec des jeux plus serrés, améliorant ainsi l'efficacité et éliminant le risque de grippage métal sur métal. Cependant, RCA a révélé qu'une douille en polymère haute pression s'était extrudée de son élément de retenue, ce qui provoquait une surpression de la garniture mécanique.

Plusieurs options de réparation de la pompe étaient à la disposition de la raffinerie, qui a décidé d'éliminer entièrement le risque de défaillance répétée en adoptant des matériaux céramiques pour les traversées haute pression. Des pièces en céramique de zircone solide ont été sélectionnées pour les coussinets fixes, tandis que les bagues d'usure et les pièces rotatives avaient des revêtements céramiques projetés thermiquement.

Les pièces et revêtements en céramique offrent une résistance mécanique élevée, une excellente résistance à l'usure et à l'abrasion ainsi qu'un coefficient de dilatation similaire à celui de l'acier chromé, ce qui éliminerait le risque de compromission de l'ajustement serré. En tant que tel, la modernisation des pièces en céramique offrait une bien meilleure solution pour l'application et garantissait que la pompe continuerait à fonctionner de manière fiable et efficace pendant des années.

Exemple 2: augmentation de la production d'une raffinerie

Une raffinerie examinait la possibilité de réévaluer une grosse pompe à baril de 38'000 b / j à 43'000 b / j ainsi que d'augmenter la hauteur de chute de 1'420 m (4'600 ft) à 1'798 m (5'900 ft). , sans dépasser la puissance maximale du moteur existant. En outre, le projet devait inclure une mise à niveau de la 6e édition d'API 610 à la 8e édition d'API 610 pour garantir la conformité aux normes actuelles de l'industrie.

Pour obtenir le résultat souhaité, le boîtier intérieur de faible capacité et les roues ont été remplacés par des composants de grande capacité, tout en conservant le canon d'origine. La conception a été réalisée de manière à ce que le débit et la hauteur requis soient fournis dans les limites des capacités du moteur d'entraînement existant.

Cette solution rentable a nécessité beaucoup moins d'investissement qu'un nouvel équipement de pompe, qui aurait nécessité des modifications supplémentaires de la plaque de base ainsi que de la tuyauterie d'aspiration et de refoulement. Le rerate a également été achevé dans un délai beaucoup plus court qu'un projet de remplacement.

Solutions de pointe

Exemple 3: Extension de la durée de vie du rotor du compresseur

Un client du secteur pétrochimique rencontrait des problèmes de performances avec un turbocompresseur à trois étages à l'oxyde d'éthylène qui nécessitait une prolongation de sa durée de vie opérationnelle. Le projet exigeait un haut niveau de fabrication de précision pour créer tous les composants nécessaires.

Une expertise de fabrication considérable était nécessaire pour procéder à l'ingénierie inverse de la géométrie de la roue, ainsi que des connaissances sur les matériaux pour obtenir le rétrécissement requis des roues. La combinaison de l'expertise des turbomachines, de l'expérience de conception et de la technologie de soudage au laser a permis de créer les nouveaux composants avec un délai d'exécution minimal.

La capacité à réaliser un revêtement laser et à effectuer un équilibrage à grande vitesse du rotor était cruciale pour la livraison d'un rotor et d'une roue de précision qui allongeaient considérablement la durée de vie du compresseur.

Modernisation et réparation

Si, dans des circonstances idéales, les projets de modernisation sont terminés pendant les périodes de maintenance planifiées, ils peuvent également offrir une solution rentable en cas de panne. Lorsque le délai pour les nouvelles pièces retarde considérablement un projet de réparation, un projet de modernisation a la capacité de réduire les temps d'arrêt et d'améliorer la fiabilité pour l'avenir.

En utilisant des techniques d'ingénierie inverse, associées à des processus de fabrication rapides, y compris la fabrication additive, il est possible de créer des pièces de précision qui correspondent, voire dépassent, les spécifications du fabricant d'équipement d'origine (OEM). En s'engageant avec des prestataires de maintenance experts, capables de rassembler rapidement toutes les connaissances et ressources nécessaires, les opérateurs peuvent réduire les temps d'arrêt ainsi qu'une fiabilité et une productivité améliorées.

Expertise de l'industrie

Fournir une solution clé en main pour le pétrole en aval & amp; secteur du gaz, de nombreux domaines d'expertise sont nécessaires, notamment une connaissance approfondie de l'industrie et des applications dans lesquelles les équipements rotatifs fonctionnent. Avec des capacités de conception spécialisées, des ressources de fabrication et des installations de test, il est possible de fournir des solutions d'ingénierie de pointe qui combinent fiabilité, efficacité et performance, sans les implications en termes de temps et de coûts associées aux nouveaux investissements en actifs.