Abstandsmessung zur Erkennung einer gebrochenen Kolbenstange
Erfolgreiche Vermeidung grösserer Folgeschäden durch Abstandsmessungen zur Erkennung einer angebrochenen Kolbenstange.
Vor einiger Zeit verhinderte das Online-Überwachungssystem im Yara-Werk Brunsbüttel (Deutschland) an einer Harnstoffanlage einen Kompressorschaden, indem es eine gerissene Kolbenstange in der ersten Stufe erkannte. Vor dem vollständigen Bruch der Kolbenstange stoppte die Maschine automatisch und verhinderte so kostspielige Folgeschäden.
Anwendung
Auf der Harnstoffanlage werden unter anderem zwei Thomassen-Kolbenverdichter im Kohlendioxid (CO2)-Bereich betrieben. Beide Verdichter sind mit einem PROGNOST-NT Online-Zustandsüberwachungssystem ausgestattet. In den letzten Jahren wurden durch das System mehrere Maschinenausfälle erkannt, wie z. B. Verschleiss der Kolbenringe, gelockerte Bauteile und Ventilprobleme. Die Maschinen sind vierkurbelige, vierstufige, horizontale Verdichter und sind seit 1997 im Betrieb.
Unser Überwachungssystem überwacht permanent alle sicherheits- und leistungsrelevanten Parameter an den Verdichtern. Schwingungs- und Näherungssensoren sowie Drucksensoren erzeugen die Signale, die für einen lückenlosen und aussagekräftigen Maschinenschutz- sowie die Zustandsüberwachung erforderlich sind.
Zusätzlich werden alle relevanten Prozessdaten aus dem Leitsystem (DCS) integriert, überwacht und als Trend ausgewertet: Yara hat sich entschieden, bei Auftreten eines gefährlichen Maschinenzustands eine automatische Abschaltung vorzunehmen. Basierend auf kurbelwinkelbezogene Kolbenstangenlage-Analysen schaltet das System die Maschine ab. Es berechnet den Spitze-Spitze-Wert des segmentierten Kolbenstangenlage-Signals (Laufspiel) und liefert zusätzliche Informationen zum Zustand der Mechanischen-Bauteile.
Abfolge der Ereignisse
Nach sechs Jahren Erfahrung mit diesem Maschinenüberwachungssystem waren wir zuversichtlich, dass der Kompressor rechtzeitig sicher abgeschaltet wird, falls die Überlastung grössere mechanische Probleme verursachen sollte.
Yara Wartungsleiter Dr. Uwe Ladwig.
Der Kompressor wurde absichtlich über die Auslegungsgrenzen hinaus betrieben. Yara simulierte für kurze Zeit eine Kapazitätserhöhung, um potenzielle Engpässe in der nachgelagerten Harnstoffanlage zu identifizieren - und zwar bevor ein zusätzlicher Kompressor installiert wurde.
Yara erhöhte den Ansaugdruck, um das Volumen des pro Zyklus komprimierten Gases zu steigern; der Auslassdruck sowie die Drehzahl blieben unverändert. Die Screenshots und Daten stammen aus dem Ringspeicher, den das PROGNOST-System automatisch gespeichert hat. Dies ermöglichte eine anschliessende Ursachenanalyse durch den Autor.
Ergebnisse
„Als die Maschine stoppte, fanden wir eine teilweise gerissene Kolbenstange in der ersten Stufe“, sagte Ladwig nach dem Stresstest. „Dank der – wie erwartet – rechtzeitigen Abschaltung konnten wir innerhalb von 24 Stunden reparieren und neu starten.“
Heutzutage ist es möglich, Kolbenverdichter abzuschalten, bevor eine Kolbenstange vollständig versagt. Die dynamische Kolbenstangenlage ist der entscheidende Parameter, um lockere Verbindungen im Antrieb des Kolbens oder Risse in den Kolbenstangen frühzeitig zu erkennen. Automatisierte Online-Maschinenüberwachung, einschliesslich Sicherheitsabschaltfunktionen, führt zu niedrigeren Produktionskosten und höherer Anlageneffizienz.
Von Dr. Uwe Ladwig, Instandhaltungsleiter, Harnstoff/Drehende Ausrüstung, bei Yara Brunsbüttel GmbH, Deutschland.
Über Yara
Yara wandelt Energie, natürliche Mineralien und Stickstoff aus der Luft in wichtige Produkte für Landwirte und Industriekunden um. Die Hauptanwendung sind Düngemittel, während industrielle Anwendungen und Umweltlösungen ebenfalls wichtige Wachstumssegmente darstellen. Der Standort Yara Brunsbüttel verfügt über zwei Produktionseinheiten, eine Ammoniakanlage und eine Harnstoffanlage.
