Compresor Reformare Catalitica

Created by Paduraru Dumitru - 1 -

Analiza uleiului pentru compresorul de recirculare a hidrogenului de la instalaţia

de Reformare Catalitică

Articolul prezinta un caz practic de aplicare a mentenantei predictive pentru

compresorul de recirculare hidrogen din instalatia Reformare Catalitica a Rafinariei.

1. Tehnici noi de mentenanta predictiva

Reformarea Catalitica este un proces foarte important utilizat in rafinarie care

transforma benzina cu cifra octanica scazuta in benzina cu cifra octanica ridicata si un

potential ridicat de hidrocarburi aromatice. Pe langa produsele obtinute care se numesc

reformate, un alt produs important este hidrogenul (practic un amestec de hidrogen si

hidrocarburi condensabile) care este recirculat si folosit in alte procese. Instalatia de

reformare catalitica din cadrul Rafinariei Petromidia, sub licenta UOP, a fost pusa in

functiune in anul 1982 si are o capacitate de 500000 tone/an.

Fig.1. Schema de principiu - Reformare Catalitica

Produsul de intrare este amestecat cu hidrogenul recirculat, apoi incalzit si introdus

in reactor, pentru inceperea fiecarei reactii fiind nevoie de incalzire. La final produsul este

separat de hidrogen, acesta fiind recirculat sau utilizat in alte procese.


Din descrierea sumara a acestui proces se observa importanta compresorului de

hidrogen in instalatie, de performantele lui depinzand procesul de reformare catalitica.

Compresorul utilizat in cadrul instalatiei de Reformare Catalitica a Rafinariei

Petromidia este de origine GHH, de tip cartus actionat de turbina cu abur cu turatie

variabila (turatie nominala 12415 rpm).

Fig.2. Compresor centrifugal recirculare hidrogen

Acesta este prevazut cu instalatie auxiliara de ungere si etansare, formata din

tancul de ulei, incalzitoare, filtre, racitoare, degazor ulei etansare, pompele de circulatie si

instalatia de automatizare, urmarire si control al parametrilor.

Fig.3. Instalatia de ulei a compresorului


Figura de mai sus prezinta aceasta instalatie de ulei, cu cele doua circuite de

ungere si etansare, fara a se scoate in evidenta incalzitoarele de ulei, racitoarele si

filtrele.

Degazorul prevazut pe instalatia de etansare cu ulei a compresorului are rolul de a

separa eventualele scapari de hidrogen si hidrocarburi condensabile pentru a nu se

amesteca cu uleiul si a-i deteriora calitatile, iar tancul de sus are rolul de a asigura

ungerea in cazul opririlor accidentale ale pompelor de ungere.

Cele mai intalnite probleme ale acestui echipament dinamic au fost:

• Uzura lagarelor insotita de dezalinierea interna a turbinei si compresorului si

cresterea nivelului de vibratii – cele mai frecvente

• Dezechilibru rotoric al turbinei si compresorului

• Uzura labirintilor de abur si ulei ai turbinei insotita de scapari de abur

• Uzura labirintilor statorici si rotorici ai compresorului si scapari de gaze catre

degazor

Toate scaparile de abur si hidrogen insotite de hidrocarburi condensabile au afectat

calitatea lubrifiantului, in consecinta fiind afectate lagarele.

Avand in vedere importanta utilajului, de la punerea sa in functiune i s-au aplicat

diferite metode de monitorizare on-line si off-line atat a parametrilor functionarii, cat si ai

celor tehnologici.

Utilajul a fost prevazut cu sistem de monitorizare on-line analogic a nivelului de

vibratii, fara posibilitate de diagnoza si monitorizare online a temperaturilor lagarelor si a

deplasarii axiale.

Fig.4. Vechiul sistem de monitorizare

De asemenea, la intervale regulate (rute) erau monitorizate nivelele de vibratii pe

carcasa lagarelor si temperaturile acestora, temperaturile si presiunile in instalatia

centralizata de ungere.


Utilajul a fost modernizat prin schimbarea tuturor componentelor mecanice interne,

a fost prevazut cu sistem de comanda si control de ultima generatie, fiind integrat in

sistemul centralizat.

Comportarea compresorului poate fi urmarita cu ajutorul sistemului PI din orice

punct al rafinariei.

In acest moment metodele de mentenanta aplicate utilajului sunt urmatoarele:

• Mentenanta predictiva – sistem de monitorizare on-line (vibratii, temperaturi,

deplasare axiale) cu diagnoza, System 1 si 3500 Operator Display

Fig.5. Sistem 1 – display

System 1 permite vizualizarea, compararea, analizarea si listarea datelor colectate

de instrumentatia si hardware–ul sistemului care deserveste utilajul monitorizat.

Pe langa functiile de inregistrare si arhivare a parametrilor colectati, System 1

detine functia de notificare cum ar fi alarme si evenimente si functia de prezentare, figuri

ale utilajelor cu marcarea parametrilor, liste, grafice, etc.

Dintre graficele care pot fi analizate amintim: orbite, trenduri, diagrame XY, polare,

Bode, pozitia arborelui, spectre afisate in cascada sau waterfall.

Pentru personalul de exploatare, datorita usurintei de urmarire si asemanarii cu

vechiul sistem, se utilizeaza 3500 Operator Display care permite vizualizarea amplitudinii

parametrilor, alarmelor si evenimentelor.

• Mentenata predictiva off-line – masuratori, analiza de vibratii si analiza de

ulei, RBM Vibview si OilView


Aceasta activitate are la baza colectarea parametrilor vibratiilor mecanice ale

utilajului pe carcasa lagarelor si pentru utilajele dinamice rotative care il deservesc,

pompe de ulei, conform unor rute si cu frecventa prestabilita, utilizand Colectorul/Analizor

- CSI 2130 RBM Consultant si software-ul AMS Suite Machinery Health Manager - VIBView

Platinum.

Informatiile sunt stocate intr-o baza de date cu ajutorul careia sunt analizate si se

pot vizualiza trend-uri, spectre, alarme si rapoarte.

Tot din aceasta categorie de mentenanta face parte si AMS Suite Machinery Health

Manager – OILView care permite vizualizare imediata a sursei de contaminare a uleiului.

Cu ajutorul softului se face stocarea, analizarea si raportarea datelor.

Parametrii care rezulta in urma analizei sunt grupati intr-o diagrama trivectoriala

care urmareste trei aspecte: uzura, contaminare si starea chimica, rezultand o imagine

asupra starii echipamentului si a starii uleiului.

De asemenea, se traseaza graficele de variatie a unor parametrii in functie de

contaminarea uleiului, de temperatura sau de timp, acest lucru putand aparea in

rapoartele de analiza.

Analizand aceste date se pot trage concluzii despre starea echipamenului si a

uleiului, despre cauzele care au dus la starea din momentul analizei si ce masuri trebuie

luate pentru a readuce echipamentul, daca este cazul, la starea normala de functionare.

• Mentenata preventiva - curatari si spalari periodice ale racitoarelor si

incalzitoarelor, spalari periodice ale filtrelor turbinelor instalatiei de ungere si

a pompelor, filtrari periodice ale uleiului.

Orice incident este analizat pe baza informatiilor stocate de sistemele de

supraveghere, analizandu-se cauzele (Route Cause Analysis). Prin aceasta metoda se

identifica ce, cum si de ce s-a intamplat evenimentul.

Pe baza analizelor mentenantei predictive si a RCA se fac propuneri si proiecte

pentru eliminarea cauzelor.

2. Impactul mentenantei predictive asupra utilajului

Compresorul de recirculare hidrogen din instalatia Reformare Catalitica a fost

modernizat prin schimbarea tuturor componentelor mecanice interne, a fost prevazut cu

sistem de comanda si control de ultima generatie in luna octombrie 2005, fiind pornit la

inceputul lunii noiembrie 2005.


Observatiile si rapoartele de functionare s-au facut pe baza sistemului de

monitorizare on-line, System 1, pe baza masuratorilor de vibratii off-line cu ajutorul

sistemului RBM, cu ajutorul analizelor de ulei care au concluzionat cauzele functionarii

inadecvate a utilajului si pe baza carora s-au propus solutii in vederea inbunatatirii starii

generale a compresorului

Sistem de monitorizare on-line

Senzorii acestui sistem, vibratii, temperatura, deplasare axiala, turatie, sunt

amplasati in interiorul cutiei lagarului. Pe baza inregistrarilor s-a urmarit functionarea

compresorului din momentul pornirii si s-au efectuat analize de functionare.

Fig.6. Trend vibratii lagar A turbina cu abur

Din prima luna de functionare s-a observat o crestere a nivelului de vibratii,

inregistrat de sistemul de supraveghere online al utilajului, pe lagarul radial axial al

turbinei cu abur de actionare, iar apoi si pe cel al compresorului, existand perioade de

timp cand nivelul de vibratii depasea valoarea maxima admisibila.

In ceea ce priveste temperaturile inregistrate pe lagare, acestea nu au depasit

valorile alarma situindu-se in intervalul 45- 50 grade Celsius in conditiile in care

temperatura uleiului de intrare in lagar este 40 – 43 grade Celsius.

Nici deplasarile axiale nu au inregistrat cresteri semnificative mentinandu-se sub

valorile de alarma.


Fig.7. Trend vibratii lagar D compresor

Trend-urile au oferit primele informatii asupra starii generale a utilajului, analiza

spectrelor au scos in evidenta usoare slabiri mecanice in lagarele de alunecare datorita

aparitiei subarmonicilor, insotite de usoara nealiniere.

A fost evidentiat dezechilibrul rotoric.

Slabirile mecanice predictionate au condus la ideea uzurii lagarelor de alunecare

care atrag o usoara nealiniere si dezechilibrul rotoric.

Dezechilibrul rotoric este format din doua componente: dezechilibrul rotoric

remanent si dezechilibrul rotoric provocat de uzura si de actiunea substantelor vehiculate.

Fig.8. Spectru de deplasare


Analiza diagramelor polare a scos in evidenta instabilitatea fusului rotoric in lagar si

instabilitatea filmului de ulei. Instabilitatea fusului in lagar a fost confirmata si de analiza

diagramei pozitiei arborelui in lagar si de diagrama Bode.

Fig. 9 Diagrama polara

Determinarile anterioare au condus imediat la ideea existentei unor probleme cu

lubrifiantul.

Sistem de monitorizare off–line

Compresorul a fost si este monitorizat si off-line prin masuratori periodice si analize

in ruta a vibratiilor pe carcasa lagarelor utilajului.

Fig. 10. Trenduri monitorizare off-line


Urmarind evolutia nivelului de vibratii s-a observat ca acesta nu depaseste valoarea

de alarma impusa de standardul VDI 2056, concluzionandu-se ca energia de vibratie a

lagarelor de alunecare nu este transmisa catre exterior, provenind dintr-o instabilitate.

Analiza spectrelor de vibratii masurate in acceleratie au confirmat existenta

slabirilor mecanice dar si a unei subarmonici importante 0.48X ceeea ce inseamana

instabilitatea filmului de ulei.

Softul de monitorizare off-line prin programul de analiza automata a confirmat cele

de mai sus.

***** Diagnostic Summary *****

Database: D:\RBMsuite\CustData\Rompetrol Sectia 1.rbm

Area: (RC) RC

Equipment: (130K1) 130K1

------------------------

Nspectr Knowledge Base Version: V5.01.03

KEY POINT(s) PROBLEM SEV--CERT

-----------------------------------------------------------------------------

AH AV AA BH BV Sleeve bearing looseness 64-- 99

BA CH CV CA DH Sleeve bearing instability 52-- 99

AH AV CV CA DH Sleeve bearing oil whip 1-- 99

Fig.11. Spectrul in acceleratie


In urma acestor analize s-a constatat aparitia uzurii lagarelor datorira instabilitatii

filmului de ulei, practic a degradarii caracteristicilor lubrifiantului.

Analize de ulei

Minilaboratorul de ulei a fost pus in functiune in luna decembrie 2005, cand s-au

facut primele teste, doar vascozitate, valoarea acesteia fiind 27 Cst@40C, procentul de

schimbare fiind in zona de alerta la limita dintre alerta cod albastru si cod galben.

Fig. 12. Variatia vascozitatii


La un interval de doua saptamani (sfarsitul lunii decembrie 2005) s-a mai prelevat

o proba de ulei, realizandu-se un test complet din punc de vedere chimic al uzurii si al

contaminarii.

Analiza organoleptica (vizual, miros) a scos in evidenta prezenta apei in ulei sub

forma separata si in emulsie si miros puternic de hidrocarburi.

Vascozitatea uleiului avea valoarea de 22 Cst@40C in scadere, plasandu-se in zona

de alerta cod galben.

Din punct de vedere al contaminarii cu particule, analizele au scos in evidenta

prezenta particulelor feroase si din uzura a lagarelor si particule neferoase, gradul de

uzura plasandu-se in zona critica cod rosu.

Procentul de apa reiesit din analize a fost de 1,9%, impreuna cu hidrocarburile

condensabile prezente in ulei, plasand contaminarea in zona critica de defectiune cod

rosu.

Fig.13. Trivector si imagine microscopica

Fig. 14. Contaminare cu particule


In urma analizelor s-a concluzionat ca uleiul este contaminat cu apa, particule

solide si hidrocarburi condensabile, prima masura luata fiind centrifugarea uleiului.

La inceputul lunii ianuarie, dupa centrifugare a mai fost facuta o analiza completa,

procentul de apa situandu-se in limite normale, contaminarea cu particule situandu-se in

parametri, dar vascozitatea scazand la 20 Cst@40C la limita dintre zona galbena si mov,

nivel critic.

Prin centrifugare s-au eliminat aproximativ 90 litri de apa, s-a luat decizia de

introducere in tanc a unui butoi de ulei nou, in urma acestei operatiuni vascozitatea

uleiului crescand la 23 Cst@40C.

Dupa o saptamana s-a determinat din nou vascozitatea, aceasta scazand din nou la

19 Cst@40C, nivel critic cod mov.

Utilajul a functionat folosind acest lubrifiant doar cu nivelul de vibratii intre limita

de alarma si cea maxima admisibila, restul parametrilor de urmarire situandu-se in limite.

3. RCA - un pas inainte pentru mentinerea disponibilitatii utilajului

Fig. 15 Diagrama RCA

In tot acest timp s-au facut investigatii si observatii asupra functionarii turbinei si

compresorului, asupra instalatiei auxiliare de ulei, ungere si etansare, concluziile finale

fiind urmatoarele:


• Vascozitatea scazuta a uleiului compresorului se datoreaza

disfunctionalitatii degazorului de pe instalatia de ulei etansare compresor;

compresorul este prevazut cu etansare mecanica, scaparile fiind preluate

in instalatia de ulei de etansare iar degazorul trebuie sa le separe

introducand uleiul in tanc curat.

• Prezenta apei in ulei provine din scaparile de la labirintii de abur ai

turbinei si patrunderea condensului prin labirintii de ulei in lagar datorita

jocurilor mari.

In urma acestei analize si a diagramei RCA s-au impus urmatoarele masuri:

• Eliminarea contaminarii uleiului cu hidrocarburi condensabile

o Izolarea conductei de retur degazor – tanc pentru ca uleiul din

degazor sa nu mai ajunga in tanc

o Eliminarea uleiului din degazor in recipienti externi prin

constructia unei conducte de evacuare.

o Transportul uleiului contaminat la depozitul de uleiuri uzate

• Imbunatatire calitatii uleiului

o Adaugarea de ulei din aceeasi categorie de vascozitate ridicata

(o clasa mai sus)

• Eliminarea apei si impuritatilor

o Centrifugarea periodica a uleiului

Pana la constructia conductei de eliminare din degazor a uleiului uzat s-a adaugat

doar ulei si s-a centrifugat. Se observa din diagrama ca vascozitatea uleiului a crescut

cand s-a adaugat ulei nou si a scazut in perioada cand nu s-a mai adaugat.

Dupa realizarea conductei de evacuare, prin adaugare de ulei conform planului,

vascozitatea uleiului din tanc a crecut incadrandu-se in limite normale.

Datorita incalzirii uleiului din tanc, cantitatea de hidrocarburi condensabile s-a

vaporizat schimband mirosul uleiului. Apa fost eliminata prin centrifugare.

4. Cost saving.

In acest paragraf se va studia cost savingul intai din punct de vedere al

materialelor si fortei de munca utilizate pentru restabilirea conditiei lubrifiantului si din

punct de vedere estimativ, daca nu s-ar fi aplicat aceste masuri si compresorul ar fi fost

oprit pentru reparatie, rezultand pierderi de productie.


In conditiile aplicarii masurilor actuale, cheltuielile au fost urmatoarele:

Costuri Valoare

[EUR]

Ulei nou 6965

Ulei contaminat (transp si receptie) 478

Realizare instalatie evacuare ulei

(manopera si materiale)

282

Analize ulei 756

Total 8481

In conditiile in care nu s-ar fi aplicat aceste masuri, vascozitatea uleiului ar fi

scazut, vibratiile ar fi crescut, iar compresorul s-ar fi oprit.

De mentionat faptul ca instalatia Reformare Catalitica este programata pentru

oprire pentru luna martie 2007 pentru operatiunea de Regenerare Catalizator, oprirea

accidentala cauzeaza pierderi tehnologice imense.

Se vor analiza costurile opririi accidentale din punct de vedere al opririi totale a

Rafinariei si din punct de vedere al opririi partiale cu alimentarea celorlalte instalatii cu

hidrogen din cele trei fabrici de acest produs.

Oprirea compresorului ar fi durat aproximativ 7 zile, executandu-se urmatoarele

operatii:

Nr. Crt. Descriere operatiuni turbina

1 Oprire racire turbina

2 Demontarea si curatarea elementelor instalatiei de ungere

3 Demontarea semicarcasa superioara lagare (carcasa cuplaj)

4 Verificarea, demontarea, pasaportizarea lagarelor

5 Demontarea, verificarea cuplajului dintre turbina si compresor

6 Finalizarea si prezentarea raportului de inspectie

7 Premontarea lagarelor

8 Montarea finala, pasaportizarea lagarelor

9 Cuplarea turbina compresor

10 Verificare aliniere

11 Montare semicarcasa superioara lagare (carcasa cuplaj)


12 Montare elemente instalatie de ungere

13 Raport final

14 Incalzire turbina

15 Asistenta la punerea in functiune.

Nr. Crt. Descriere operatiuni compresor

1 Demontarea si curatarea elementelor instalatiei de ungere

2 Demontare semicarcasa superioara lagare (carcasa cuplaj)

3 Verificare, demontare, pasaportizare lagare

4 Demontare capace inchidere etansari mecanice

5 Extragere etansari mecanice

6 Inspectia etansarilor mecanice

7 Prezentarea raportului de inspectie

8 Montare etansare mecanica

9 Montare capace inchidere etansare mecanica

10 Montare etansare mecanica

11 Montare, pasaportizare lagare

12 Verificare aliniere

13 Montare semicarcasa superioara lagare (carcasa cuplaj)

14 Montare elemente instalatie de ungere

15 Raport final

In conditiile opririi totale a rafinariei, costurile ar fi fost urmatoarele:

Costuri Valoare [EUR]

Oprire totala estimat 5.458.000

Costuri reparatie estimat (manopeta

si materiale)

105.600

TOTAL 5.563.600

In conditiile in care rafinaria ar fi fost oprita partial, situatia ar fi fost urmatoarea

pentru partea de productie:


Capacitat Maxima 14000 tone/zi

Capacitat

Contractata

10500 tone/zi

Instalatia

Tehnologica

Capacitate

prelucrare [m3/h]

Precent

functionare

[%]

DAV 350 70

HB 125 0

RC 80 0

FG 30 0

HPR 50 0

HPM 130 75

MTBE 26 80

CC 174 80

HDV 180 0

CX 110 70

Costuri oprire partiala estimat [EUR] 2.937.000

In conditiile opririi partiale a Rafinariei costurile sunt urmatoarele:

Costuri Valoare

[EUR]

Oprire partiala estimat 2.937.000

Costuri reparatie estimat (manopeta

si materiale)

105.600

TOTAL 3.042.600

In cazul opririi partiale este afectata calitatea produselor, benzina si motorina fiind

produse care au un continut mare de sulf si se produc semifabricate care trebuie

depozitate si apoi reintroduse in proces.

Nu este afectata calitatea propilenei livrata catre petrochimie.

Cost savingul estimat in cazul opririi totale ar fi fost de 5.554.000 EUR.

In cazul opririi partiale, cost saving-ul estimat ar fi fost de 2.928.000

EUR.


5. Situatia actuala a utilajului, planuri si strategii

In momentul de fata prin actiunile intreprinse compresorul functioneaza in conditii

normale, nivelul de vibratii se afla sub limita de alarma, cu cresteri peste aceasta limita,

dar pentru perioade scurte, la modificarea turatiei, in functie de cerintele tehnologice,

deplasarea axiala si temperaturile pe lagare se incadreaza in intervalele prescrise.

Pana la oprirea programata se va monitoriza compresorul astfel:

• se vor analiza parametrii de urmarire furnizati de sistemul on-line

• se vor monitoriza vibratiile pe carcasa lagarelor si pompele instalatiei de ulei

folosind sistemul off-line

• se va monitoriza uleiul folosind minilaboratorul de ulei

• din punct de vedere preventiv se vor verifica filtrele si racitoarele de ulei

(spalare) si se va monitoriza instalatia de ulei din punct de vedere al

pierderilor.

Fig. 16 Situatia actuala

La oprirea programata se vor executa lucrarile:

• verificarea lagarelor utilajului (turbina si compresor)

• verificarea portlabirintilor de ulei ai lagarelor turbinei

• verificarea etansarii pe partea de abur tip labirint a turbinei

• verificarea etansarii mecanice a compresorului

• inlocuirea uleiului

• spalarea instalatiei de ulei


In functie de raportul de inspectie rezultat in urma verificarilor, se va lua decizia

schimbarii unor componente enumerate mai sus.

Pentru proiectele de viitor in urma analizelor ar fi benefica modificarea instalatiei de

ulei a utilajului prin crearea a doua instalatii independente - una de ungere si alta de

etansare - astfel incat contaminarea uleiului de etansare sa nu afecteze uleiul de ungere.

Fig 17. Proiect de viitor

In urma studiului acestui caz practic s-a aratat ca prin aplicarea combinata a

mentenantei predictive on-line si off-line s-a reusit mentinerea in functiune a

compresorului centrifugal de recirculare hidrogen din instalatia Reformare Catalitica si s-a

scos in evidenta cost savingul, daca compresorul s-ar fi oprit accidental.

Compresor Reformare Catalitica

Documents

Transcript of Compresor Reformare Catalitica