Ottimizzazione delle prestazioni e dell’affidabilità delle pompe offshore

Luca Lonoce, Pump Retrofit Specialist di Sulzer, esamina i vantaggi di un progetto di retrofit di pompe con un esempio che ha consentito all'operatore di risparmiare 150 milioni di dollari.

Possono essere necessarie modifiche alle prestazioni della pompa per una serie di motivi. Ad esempio, le raffinerie che cercano di aumentare la produzione esamineranno le risorse coinvolte e individueranno eventuali colli di bottiglia. In alcuni casi le portate dovranno essere aumentate oltre le capacità esistenti dell'attrezzatura; un pozzo di perforazione potrebbe dover aumentare le velocità di iniezione dell'acqua, oppure potrebbe essere necessario migliorare l'affidabilità di alcune risorse per raggiungere i nuovi obiettivi.

Nuovo per vecchio
La prima e più semplice soluzione è sostituire le pompe esistenti con nuove apparecchiature specificate per le nuove velocità di produzione. Questo ha molti vantaggi in termini di affidabilità, prestazioni ed efficienza; l'utilizzo dei materiali e della tecnologia di progettazione più recenti garantirà una soluzione duratura ed efficace.

Ci sono, tuttavia, alcuni inconvenienti: il tempo necessario per completare il progetto, la produzione persa mentre il lavoro è completato e la spesa complessiva in conto capitale. Insieme, questi escluderanno quasi sempre questa opzione.

Adattati e sopravvivi
Un'opzione più favorevole è modificare le risorse esistenti per consentire loro di raggiungere i nuovi obiettivi. Ci sono molte sfide che possono essere risolte in una certa misura implementando un progetto di retrofit. I problemi di affidabilità possono essere migliorati modificando i materiali per risolvere l'erosione o la corrosione; le prestazioni possono essere migliorate alterando il design idraulico della pompa.

I progetti di retrofit sono un'alternativa molto conveniente alla sostituzione di grandi risorse quando un sito di produzione richiede un cambiamento nelle prestazioni o un miglioramento dell'affidabilità. Riducendo al minimo il numero di componenti da modificare, sia il tempo che il costo coinvolti nel progetto sono ridotti al minimo.

Ad esempio, in Norvegia, il governo offre supporto all'industria petrolifera e del gas per ridurre la sua impronta di carbonio. Uno dei maggiori guadagni può essere ottenuto riducendo il consumo di energia degli impianti di pompaggio. Utilizzando un progetto di retrofit per ottimizzare le prestazioni della pompa per ciascuna applicazione, gli operatori hanno realizzato risparmi significativi sui costi di esercizio, che aiutano a raggiungere gli obiettivi nazionali di carbonio.

Prestazioni ottimizzate
Una delle principali aree di funzionamento delle pompe sono i sistemi di iniezione dell'acqua, che vengono utilizzati per massimizzare la produttività dei pozzi petroliferi. Con la maturazione del giacimento petrolifero, è necessario aumentare i tassi di iniezione dell'acqua per massimizzare la produzione di petrolio. Ciò richiede di aumentare la capacità delle pompe di iniezione senza influire sulla disposizione dell'impianto o sulle tubazioni esistenti.

In questo caso, la portata deve aumentare mantenendo la prevalenza, il che significa che la richiesta di potenza aumenterà e il design della pompa dovrà essere modificato. Lavorando a stretto contatto con gli ingegneri della piattaforma e stabilendo i limiti del motore o della turbina, i progettisti delle pompe possono elaborare una proposta idraulica modificata che migliorerà sia le prestazioni che l'efficienza.

In uno scenario alternativo, potrebbe essere necessario ridurre la pressione del sistema, mantenendo la portata originale. La riduzione della pressione generata da una pompa può essere ottenuta rimuovendo un numero di stadi dal rotore della pompa, il che ridurrà in modo significativo il fabbisogno energetico della pompa. In alcuni casi, la soluzione di rerate può includere un azionamento a velocità variabile, che può fornire una maggiore flessibilità in uscita dalla pompa.

Ripetendo le condizioni idrauliche di una pompa al nuovo punto di lavoro, una combinazione di flusso e prevalenza, consentirà al sistema di funzionare in modo più efficiente. In base ai requisiti a valle, le caratteristiche della pompa possono essere ridisegnate in modo che fornisca il flusso e la pressione necessari mentre funziona al suo punto di migliore efficienza (BEP) o vicino a esso.

Caso in questione
Uno dei più grandi giacimenti petroliferi offshore del Medio Oriente utilizza cinque pompe di iniezione BB5, quattro pompe Weir da 9 MW e una pompa Sulzer HPcp da 14 MW, tutte alimentate da turbine a gas. La proposta era di aumentare la produzione dal giacimento petrolifero, il che richiederebbe un potenziamento delle turbine a gas per fornire la massima potenza raggiungibile. Una volta ottenuto ciò, tutte e cinque le pompe verrebbero rivalutate per fornire le massime portate di iniezione possibili utilizzando la maggiore capacità di potenza.

In qualità di produttore di apparecchiature originali (OEM) per pompe e fornitore di manutenzione indipendente, Sulzer si è aggiudicata il contratto per l'aggiornamento di tutte e cinque le pompe. L'obiettivo era quello di ottenere le migliori portate possibili utilizzando il maggior numero possibile di componenti esistenti e con la minima interruzione del programma di produzione,

Sulzer aveva accesso a una cartuccia di ricambio completa per le pompe Weir, dalla quale potevano essere raccolte tutte le informazioni di progettazione necessarie e utilizzate come base per modificare il design della cartuccia. La proposta era di cambiare il design originale a 4 stadi per un'alternativa a 3 stadi con una girante di diametro simile. Ciò ha consentito di conservare le tubazioni esistenti, i sistemi di lubrificazione, le tenute meccaniche, gli alloggiamenti dei cuscinetti e le interfacce del sito.

Aumento della produttività
Utilizzando la cartuccia di ricambio, Sulzer ha implementato il nuovo design della canna e l'ha restituita alla piattaforma dove ha preso il posto di una delle pompe operative. L'intero processo per rimuovere e installare la nuova canna ha richiesto solo 2-3 giorni per essere completato, inclusa la messa in servizio. La cartuccia originale che era stata rimossa è stata riportata al centro di ingegneria di Sulzer dove è stata sottoposta allo stesso processo di revisione del progetto.

Il seguito di questo piano di implementazione ha assicurato che le operazioni sulla piattaforma non fossero influenzate dal progetto di rerate, eliminando eventuali costi di produzione persi e riducendo al minimo la quantità di lavoro che doveva essere completata sulla piattaforma. Le cartucce aggiornate hanno fornito un aumento del flusso del 25% rispetto al design originale delle quattro pompe, con un aumento della capacità di iniezione totale del 30%.

Questo progetto è stato anche estremamente conveniente. Rispetto a un progetto per l'acquisto di nuove attrezzature di pompaggio per svolgere lo stesso compito, il programma di rerate ha consentito all'operatore della piattaforma di risparmiare un totale di 150 milioni di dollari, oltre a evitare tutte le interruzioni che una nuova installazione avrebbe creato.

Supporto continuo
Gli impianti di produzione di petrolio e gas sono guidati dalle prestazioni e dall'affidabilità delle apparecchiature, che possono essere migliorate dalle competenze ingegneristiche e dall'esperienza di progettazione. Lavorando con un partner ingegneristico come Sulzer che ha una rete mondiale di centri di assistenza e decenni di esperienza nella progettazione di pompe, in particolare nei settori offshore e petrolio e gas, gli operatori di piattaforme possono ottimizzare il loro business.

I progetti di rivalutazione offrono l'opportunità di aumentare i tempi di attività, l'affidabilità e quindi la produttività. In alcune applicazioni è possibile migliorare l'efficienza, riducendo i costi energetici e l'impronta di carbonio dell'azienda. Qualunque sia l'obiettivo, quando si tratta di prestazioni della pompa, il progetto di retrofit dovrebbe sempre essere considerato come una delle opzioni principali.