Wie PROGNOST‑NT den Maschinenschutz einer Raffinerie nachhaltig verbessert hat
Kreuzkopfschäden bei Kompressoren sind kostspielige Schäden, die zu unvorhergesehenen Maschinenstillständen und Produktionsausfällen führen.
Wir behaupten, dass die Entwicklung von Brüchen im Antriebsmechanismus, insbesondere am Kreuzkopf, durch die Analyse der segmentierten Spitze-Spitze-Werte der Kolbenstangenlage erkannt werden kann. Unser Unternehmen empfiehlt dies auch als verpflichtenden Maschinenschutz- und Abschaltparameter. Diese Behauptung wurde durch einen vollständigen Bruch eines Kreuzkopfes bestätigt, der hätte vermieden werden können, wenn die automatische Abschaltung vom Betreiber aktiviert worden wäre. Die Erfahrung dieses Falls motivierte den Betreiber zudem, seine Abschaltregelungen vor Ort zu verbessern.
Die Installation
An einem Raffineriestandort in den USA befand sich ein Nuovo Pignone Kolbenkompressor, der vor Jahren in Betrieb genommen wurde. Seit dem ersten Start wurde das PROGNOST®-NT-System verwendet, um häufige Fehler wie Ventile, Tragringe, Kolbenringe und andere zu erkennen.
Die Zuverlässigkeit des Kompressors war sehr gut. Es traten keine Ausfälle an den Antriebsstrang-Komponenten auf; keine Warnschwelle oder Safety-Ggrenzwert für Kreuzkopf-Vibrationen (aktiv) oder Kolbenstangenlage (inaktiv) wurde verletzt.
Fehlerhistorie
Am Anfang hatte der Kompressor nach sieben Jahren die erste grössere Überholung aufgrund eines Klopfens. Mehrere Teile wie die Pleuelstange der 1. Stufe, Lager, Kolbenbolzen und die Hauptlagerbuchsen wurden ersetzt. Der hier beschriebene Kolbenbolzenbruch trat elf Monate nach diesen Wartungsarbeiten auf, die von einem Nicht-OEM-Auftragnehmer durchgeführt wurden.
Entwicklung des Kreuzkopfschadens
Zum Zeitpunkt des Ereignisbeginns lief der Kompressor stabil mit einer normalen Last von 75 %.
- 29 Stunden vor dem Bruch gab das PROGNOST-NT System die erste Diagnosemeldung aus. Es meldete die folgende Schadensklasse: „Kreuzkopf / Kolbenstange / Kolben Stufe 1 mit einer Korrelation von 100 %“
- In den letzten Minuten vor dem Schaden gab es einen stetigen Anstieg von der ersten Diagnosemeldung (Voralarme) bis zum Alarm (Abschaltung). Zusätzlich wurden die Schwingungsgrenzwerte der Kreuzkopfbahn in mehreren Segmenten überschritten.
- 60 Sekunden vor dem Versagen des Kreuzkopfes erreichte die Position der Kolbenstange der 1. Stufe die Safety-Grenzwerte.
- Nachdem der Kreuzkopf gebrochen war und die Vibrationswarnbedingungen an beiden Kreuzkopfen erreicht wurden, wurde die automatische Abschaltung aufgrund der Kreuzkopfvibrationswerte eingeleitet.
- Da der Kompressor zuvor Probleme mit einem niedrigen Schmieröldruck hatte, interpretierten die Bediener die Abschaltung als mit diesen Problemen zusammenhängend. Sie überprüften das Ölsystem, fanden keinen Fehler und starteten den Kompressor 32 Minuten nach der Sicherheitsabschaltung neu.
Die Datenanalysen zeigten, dass die Kreuzkopfschwingungen und die Kolbenstangenlage sieben Tage vor dem Ausfall beide ein normales Online-Signal aufwiesen. Die Schwingungsgrenzwerte für den Kreuzkopf waren zwischen 2,0 und 2,3 g festgelegt.
60 Minuten vor dem Ereignis lagen die Kreuzkopfschwingungen und die Kolbenstangenlage deutlich unter den Sicherheitsgrenzen. Zwei Minuten vor dem Bruch war die Rissentwicklung in der Kreuzkopf-Vibrations-Effektivwert-Analyse in vier Segmenten sichtbar. Für die Sicherheitsabschaltung waren Verletzungen in sechs Segmenten erforderlich.
Im Vergleich zum Kreuzkopf stieg die Kolbenstangenlage zehn Minuten früher an und erreichte durchschnittlich 51,23 Mil - 60 Sekunden vor der Abschaltung. 15 Sekunden vor der Abschaltung erreichte die Kolbenstangenlage 71,2 Mil und überschritt in den letzten drei Umdrehungen 90 Mil.
Zusammenfassend illustrierten alle Daten vollständig die Reaktion des Systems kurz vor dem Bruch des Kreuzkopfes sowie das Geschehen, als das Bedienerteam die vom PROGNOST-NT System initiierte Abschaltung überging.
Die Abschaltungseinstellungen aus dem SAT-Protokoll (Site Acceptance Test) zeigten die detaillierten Sicherheitsgrenzen und Kriterien für die Aktivierung von Voralarm und Hauptalarm. Es bewies auch die Deaktivierung der Analysen durch Zurücksetzen des Sicherheitsalarms, wenn die Maschine stoppt.
Erfahrungen mit Brüchen für eine neue Sicherheitsabschaltphilosophie
Nach dem vollständigen Bruch des Kreuzkopfs führten die Datenanalysen zu mehreren Schlussfolgerungen auf Seiten des Betreibers. Zunächst zeigte die PROGNOST-Überwachung, dass die Entwicklungen dieser Art von Kreuzkopfbruch allein durch die Kreuzkopfschwingung nicht früh genug erkannt werden können. Der Einsatz von Messungen der Kolbenstangenlage hat sich als verlässlicher Sicherheitsfaktor erwiesen.
Infolgedessen ist die Überwachung der Kolbenstangenlagemessungen nun Teil der Abschaltungsphilosophie vor Ort bei Maschinen, die mit unseren Systemen in der Raffinerie ausgestattet sind. Zudem ist es den Bedienern nicht mehr gestattet, einen durch unser System abgeschalteten Kompressor neu zu starten. Somit hilft das PROGNOST-NT System nun, kostspielige Schäden an rotierenden Maschinen zu vermeiden, Ausfallzeiten zu reduzieren und die Produktivität in der Raffinerie zu sichern.
