Vol. 15 No. 2
THE
SEALING
TECHNOLOGY
MAGAZINE
MOGELIJKHEDEN VOOR
PIJPLEIDINGEN Mechanische afdichtingen uitgerust met ‘wavy silicon carbide faces’ maken een ononderbroken levering van ruwe olie en vloeibare gassen door pijpleidingen mogelijk.
Cover story
MOGELIJKHEDEN VOOR
PIJPLEIDINGEN Mechanische afdichtingen uitgerust met ‘wavy silicon carbide faces’ maken een ononderbroken levering van ruwe olie en vloeibare gassen door pijpleidingen mogelijk.
loeibare gassen (Natural gas liquids, NGL) en ruwe olie worden in batches verpompt, daardoor varieert de druk over een breed bereik en de pompen worden blootgesteld aan veeleisende start/ stop-operaties. De aanwezigheid van abrasief leidingpolijstpoeder (ijzererts) is een extra complicatie. Mechanische afdichtingen zijn ontwikkeld om bij dergelijke veeleisende toepassingen van pijpleidingen goed te functioneren. Flowserve engineers maakten gebruik van de modernste technologie om afdichtingen te ontwerpen voor dergelijke moeilijke toepassingen en controleerden de werking van de asafdichting door testen in het laboratorium. Mechanische afdichtingen die gebruik maken van gelaserde wavy silicon carbide (SiC) faces worden sinds september 2000 met succes in het veld gebruikt. De pompstations van de pijpleiding staan ongeveer 48 tot 64 kilometer van elkaar af. Ieder station maakt gebruik van drie of vier pompen in een serie. Eén tot en met vier pompen zijn tegelijkertijd actief. De derde of vierde pomp ondervindt een sterk variërende aanzuigdruk (afdichtingsdruk). Om de bedrijfsomstandigheden van de afdichting vast te stellen werd de vierde pomp bij één station gecontroleerd door middel ‘monitoring’, apparatuur verbonden met een vaste bedrading naar een computer in de regelkamer van het station.
V
2
www.flowserve.com
Face to Face
Een mechanische asafdichting met ‘wavy silicon carbide faces’ kan succesvol werken bij zware NGL/ruwe olie pijpleiding toepassingen
Laserbewerking lost pijpleidingproblemen snel op Het door Flowserve ontwikkelde laser microbewerkingsproces wordt ook gebruikt om andere ‘pipeline’ problemen op te lossen. De lasertechnologie produceert bijzonder uniforme patronen, verbetert de oppervlakteafwerking en maakt het mogelijk complexere patronen sneller te maken en te testen. “De tijd tussen patroonconcept en prototype is veel korter,” aldus Lionel Young, specialized Technology Manager bij de vestiging Temecula California van Flowserve. “Vroeger kon het proces wel weken duren. Nu kunnen we binnen minuten nieuwe patronen maken.”
“De tijd tussen patroonconcept en prototype is veel korter... Nu kunnen we binnen minuten nieuwe patronen maken.” Bij een toepassing in een Canadese pijpleiding die met batches ruwe olie/ethaan werkt, doorstonden de seals zeer abrasieve omstandigheden en een druk variërend van 27 tot 70 bar. Een bijzonder probleem vormde echter de relatieve dichtheid, die ruim varieerde van 0.85 tot 0.44. “Ethaan is moeilijk af te dichten omdat het de neiging heeft om tussen de oppervlakken over te gaan in een gasvorm,” zegt Young. “Als dit gebeurt heeft de gepompte vloeistof geen smerende eigenschappen meer.” De laserbewerkte stationary face van de Flowserve HDHW 5500 afdichting (met siliciumcarbide tegen siliciumcarbide) samen met een GSL 5250 backup seal bood de oplossing. “Toen één set afdichtingen na 5.000 bedrijfsuren werd verwijderd, waren de oppervlakken in uitstekende conditie,” aldus Young. Multiphase pomptoepassingen in Venezuela zijn een goed voorbeeld waarbij het gebruik van de laserbewerkte wavy face seals hebben bijgedragen aan het oplossen van een ingewikkeld afdichtingsprobleem. Deze applicaties pompen ruwe olie direct uit de grond. De procestemperatuur op de dubbelschroefpomp, 30°C - 50°C, was niet zo erg, en de assnelheid was laag: 900 rpm. Het probleem was echter de druk, met name de opstartdruk van 50 bar vergeleken met de druk in statische toestand van 6 bar. De ruwe olie is bovendien bijzonder stroperig en bevat gas, water en zand, waardoor deze moeilijk op te pompen en moeilijk af te dichten is. Laserbewerkte golvende oppervlakken losten het probleem op.
Face to Face
Er werd een modem gebruikt om realtime toegang te krijgen en de gegevens te downloaden. Uit deze informatie bleek dat de druk in de sealkamer varieerde van 10 bar tot meer dan 90 bar. Bovendien lieten de gegevens pieken in de afdichtingsdruk zien van 25 bar (omhoog of omlaag) wanneer een pomp (1, 2 of 3) werd in- of uitgeschakeld. De dubbele mechanische asafdichting bestaat uit een HDHW primaire afdichting, die een drukval van het hele systeem aankan, en een drooglopende GSL seal (zie figuur 1). Het primaire seal is ontworpen om NGL en ruwe olie aan te kunnen met een druk tot 100 bar. Het GSL containment seal minimaliseert het vrijkomen van het product naar het milieu voor het geval een primaire afdichting faalt. Hij beschikt over een ‘bi-directional wavy liftoff face’ voor een lange levensduur en weinig slijtage. Deze ‘tandem’ seal constructie met een drooglopende secundaire afdichting is eenvoudig te onderhouden, aangezien er geen ondersteunend systeem met vloeibare buffervloeistof nodig is. Speciale analyse software werd gebruikt om seal faces te ontwerpen die het totale bereik van bedrijfscondities aankonden. Afdichtingsoppervlakken vervormen (conisch) als gevolg van druk en thermische belasting. Teneinde een lange levensduur en een lage lekkage te garanderen moet de netto conische vervorming van het oppervlak minder zijn dan ongeveer 1/400 van de dikte van een vel
Fig. 1 De constructie met de dubbele mechanische afdichting bestaat uit een HDHW primair seal dat een volledige systeem-drukval aankan en een drooglopend GSL seal.
www.flowserve.com
3
Cover story
De wavy SiC-seals realiseren een aanzienlijk langere levensduur ten opzichte van de conventionele seals die gebruik maken van onbewerkte koolstof faces tegen siliciumcarbide faces
papier. Voor het uiteindelijke ontwerp werd een vervorming berekend die zelfs minder dan de helft was van deze waarde bij gebruik met propaan (NGL) bij 80 bar. Er werden laboratoriumtesten uitgevoerd op propaan. Asafdichtingen die goede resultaten hadden in de testopstelling werden in het veld geïnstalleerd. De oorspronkelijke asafdichtingen maakten gebruik van conventionele oppervlaktematerialen: een carbon face tegen een silicon carbide face. De oorspronkelijke afdichtingen hadden over het algemeen een beperkte levensduur, met name bij de pompen die met een hogere druk werkten. Verbeterde smering- en slijtbestendige sealringen waren nodig. Het gebruik van SiC tegen SiC faces elimineerde de slijtage als gevolg van leidingpolijstpoeder. Bovendien is SiC ongeveer 15 keer stijver dan koolstof en zodoende veel minder gevoelig voor vervormingen als gevolg van druk. Door microbewerking met behulp van laser (een innovatieve ontwikkeling van Flowserve) kon er een glad golfpatroon worden gemaakt in één SiC-face (zie figuur 2). Het laserproces maakt het mogelijk de amplitude van de golving, de locatie van de afdichtingsdam en het aantal golven volledig te beheersen. Het golfpatroon verbetert de smerende werking. De golfamplitude is klein, in de orde van grootte van 2,5 tot 10 microns, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden. De radicale coniciteit in het golf4
www.flowserve.com
dal biedt ondersteuning onder alle bedrijfsomstandigheden, terwijl de rondgaande golving hydrodynamische ondersteuning biedt tijdens de asrotatie. De afdichtingsdam weerstaat lekkage en het golfpatroon is bestand tegen vervuiling. Andere voordelen van deze golvende vorm zijn onder andere draairichting ongevoelig, hoge filmstijfheid van de vloeistof, een lange levensduur en hoge betrouwbaarheid. Laboratoriumtesten op propaan hebben bewezen dat afdichtingen met golvende SiC-faces bestand waren tegen drukpieken van meer dan 27 bar en een bedrijfsdruk tot en met 90 bar. Na een test van 140 uur was er geen meetbare oppervlakteslijtage. De eerste twee wavy SiC-seals werden in september 2000 geïnstalleerd. Vanaf december 2003 zijn er wavy SiC- seals geïnstalleerd in 67 pompen (134 afdichtingen). Slechts vier NGL primaire afdichtingen faalden met een te hoge lekkage. Drie beschikten over faces in een uitstekende conditie (1037, 2149 en 4276 bedrijfsuren). De vierde die faalde had een zwaar beschadigde SiC-face (1697 uur). Figuur 2 laat een uitstekende conditie van de face zien die 4276 uur in bedrijf is geweest. De oorzaak van het falen van deze seals is niet vastgesteld. Uitvoerige analyses, laboratoriumtesten en veldtoepassingen hebben aangetoond dat een mechanische asafdichting die gebruik maakt van de wavy SiC faces met succes kan draaien in veeleisende pijpleidingtoepassingen met NGL/ruwe olie. De wavy SiC-seals realiseren een aanzienlijk langere levensduur vergeleken met conventionele seals die onbewerkte carbon faces tegen silicium carbide faces gebruiken. r
Fig. 2 Laser microbewerking, een uitvinding van Flowserve, werd gebruikt om een glad golfpatroon in één siliciumcarbide face te creëren.
Face to Face
Diensten
De voordelen van
ENGINEER ‘ON SITE’ Het Alliance-programma van Flowserve helpt raffinaderij Marathon Ashland Petroleum om pompstoringen te reduceren en de betrouwbaarheid van de apparatuur te verbeteren. et zoals de ‘journalisten ter plekke’ die een zo goed mogelijk verhaal willen halen aan het front, staan de ‘on-site’engineers van de Flow Solutions Division van Flowserve dicht bij de pompsystemen van de klant teneinde de betrouwbaarheid van de apparatuur te verbeteren. Deze Application Engineers (AE’s) op locatie zijn medewerkers van Flowserve die exclusief voor een bepaalde klant werken, zoals b.v. Marathon Ashland Petroleum (MAP) in de Verenigde Staten. Flowserve hoefde niet ver te zoeken naar een AE voor de MAP-raffinaderij in Robinson, Illinois. Ted Stone kent de installatie van Robinson als geen ander. Hij was namelijk 32 jaar in dienst bij MAP. Stone had al deel uitgemaakt van het MAP-Robinson Seal Improvement Team en kwam na zijn pensioen in dienst bij Flowserve. MAP doet mee aan het Alliance-programma van Flowserve, waarbij de twee bedrijven samen werken aan een gemeenschappelijke doelstelling om pompstoringen te reduceren en de betrouwbaarheid van de apparatuur bij de MAP-raffinaderijen te verbeteren. MAP-Robinson tekende haar eerste vijfjarige overeenkomst met Flowserve in september 1998 en ging vorig jaar een nieuwe overeenkomst aan. “Wij zijn net als hun eigen medewerkers”, legt Brian Bradley, District Sales Manager van Flowserve, uit. “We vormen een team. Wij maken allemaal deel uit van hetzelfde team.” Hoewel alle zeven MAP-raffinaderijen meedoen aan deze contracten met vaste vergoedingen, werkt de regeling het allerbest bij de Robinson-vestiging, die ver van alle belangrijke snelwegen en de QRC-vestiging van Flowserve af ligt. Het belangrijkste element van de alliantie is de ‘Embedded’ AE op locatie. Zij hebben de taak de alliantie ten uitvoer te brengen en het algemene programma op dagelijkse basis te beheren. Hieronder valt het beoordelen van alle apparaten die storingen hebben laten zien en het suggereren van oplossingen die de algemene betrouwbaarheid helpen verbeteren. MAP hoeft niet iedere keer de service afdeling te bellen als er iets kapot gaat, want de applicatie engineer kan op locatie snel verbeteringen aan de apparatuur doorvoeren. Hierdoor blijven de kosten voor dergelijk onderhoud consistent; er zijn geen verrassingen voor de begroting en geen vertragingen omdat eerst de financiering moet worden goedgekeurd. “Met deze overeenkomst hoeven wij ons niet zo druk te maken over de doeltreffendheid van upgrades als deze zich voordoen,” aldus Kent Paschen, die sinds 2000 als lid van de MAP-Robinson Reliability Department nauw samenwerkt met Flowserve. Paschen zegt dat door de overeenkomst MAP geen tijd meer kwijt is aan evaluaties, telkens wanneer er
N
Face to Face
een engineer een upgrade van de apparatuur vraagt. Het Alliance Program maakt het ook mogelijk de kwaliteit continu te verbeteren dankzij de geregelde controle van de prestatie van de apparatuur. “Het is een continu, doorlopend project,” aldus Stone. “Je kijkt naar alle aspecten van de pomp en probeert hem beter te laten werken.” Naast Stone bestaat het MAP-Robinson Seal Improvement Team uit de fabriekssupervisor, de supervisor bedrijfszekerheid, de voorman van de machinewerkplaats, en iemand van de inkoopafdeling van het bedrijf. De groep komt één keer per maand bij elkaar om de vraagstukken van iedere afdeling te bespreken en advies uit te wisselen om de fabriek beter te laten functioneren. MAP-Robinson maakt ook gebruik van de apparatuurdatabase van Flowserve, Flowstar.net. Flowstar.net houdt een inventaris bij van alle pompen in het programma en een dossier van eerdere apparatuurstoringen, zodat de engineers dezelfde problemen in de toekomst kunnen vermijden.
“Je kijkt naar ieder aspect van de pomp en probeert hem beter te laten werken.” – Ted Stone Stone is zeer enthousiast over de trainingscursus voor operators die is ontwikkeld door het Seal Improvement Team - met inbegrip van een ‘online’ versie die is gemaakt door Paschen. De cursus toont aan de MAP-technici de juiste methodes voor het bedienen en onderhouden van de apparatuur. Bij MAP-Robinson heeft het teamwerk in het kader van het Alliance-programma in vijf jaar geleid tot een verbetering in MTFB van 24 tot 70 maanden. Dit resulteert in een jaarlijkse besparing van meer dan 1,4 miljoen$ voor MAPRobinson. Hoewel misschien niet alle klanten zo snel zulke geweldige resultaten zullen bereiken of zullen kunnen profiteren van zo’n uitgebreide, locatiespecifieke ervaring van een Flowserve-engineer als Stone, kunnen zij, in het kader van het Flowserve Alliance-programma, van iedere AE van Flowserve wel dezelfde hoeveelheid aandacht, kostenbesparing en continue verbetering verwachten. r Voor meer informatie over het Flowserve Alliance programma kunt u contact opnemen met Dhr. E.Roosch, Manager Alliances FSD EMA. E-mail
[email protected]
www.flowserve.com
5
Nieuws
GROTE HEROPENING
TESTLABORATORIUM IN DUITSLAND m de twee jaar wonen de klanten van de Flow Solutions Division van Flowserve een technisch forum bij in Dortmund (Duitsland) om op de hoogte gehouden te worden van de recente technische ontwikkelingen. In het voorjaar van 2004 viel het Technisch Forum tegelijkertijd met de heropening van het testlaboratorium van FSD dat nu extra mogelijkheden biedt om compressorafdichtingen te testen. Belangrijke Europese klanten kregen een rondleiding door het gebouw, waarin kantoren speciaal waren verplaatst om een gebied te creëren voor de klanten waar ze ongestoord konden meekijken naar de testresultaten. De testgegevens stroomden direct via de LCD-monitors naar een speciale ruimte waar de klanten veilig de testresultaten konden bekijken (druk tot en met 450 bar (6500 psi)). De president van Flowserve FSD, Andy Beall, die in Dortmund was voor de grote heropening, zei: “Deze geavanceerde testinstallatie in Dortmund is opnieuw een voorbeeld van onze toewijding om onze klanten te voorzien van uitstekende capaciteiten en diensten.” Tijdens de forumpresentaties werd de Circpac LO geïntroduceerd. Dit is de meest recente oplossing voor het reduceren van stikstofverbruik door middel van een scheidingsafdichting in compressors. Deze koolstofringafdichting raakt de as ge-
O
durende statische omstandigheden aan, maar gaat omhoog als de as begint te draaien. Dit geeft lage lekpercentages tijdens zowel statische als dynamische omstandigheden en elimineert de koolslijtage en vervuiling van de ringen. r
SNELLE LEVERING VOOR
STANDAARD RESERVOIRS en correct gespecificeerd reservoirsysteem voor afdichtingen draagt aanzienlijk bij tot de duurzaamheid en de juiste functionering van pompsystemen. Reservoirsystemen voor afdichtingen zorgen voor vloeistof met de juiste temperatuur en druk om de mechanische afdichting op de juiste manier gesmeerd te houden. Dit draagt bij aan het realiseren van een maximale veiligheid en levensduur terwijl tegelijkertijd een minimale lekkage wordt gerealiseerd. Flowserve Flow Solutions heeft standaard API plan 52 of plan 53A reservoirs op voorraad die klaar staan voor een snelle levering. Deze reservoirs voldoen aan de API 682 richtlijnen en zijn ontworpen volgens de ASME VIII div 1 standaards, in overeenstemming met de richtlijn voor drukapparaten (Pressure Equipment Directive, P.E.D.). In zowel de eerste als de tweede editie van API 682 zijn duidelijke ontwerprichtlijnen vastgelegd voor reservoirs die gebruikt kunnen worden bij API plan 52 of 53A reservoirs.
E
Europese klanten woonden onlangs presentaties bij tijdens het tweejaarlijkse Technische Forum van Flowserve FSD in Dortmund, Duitsland (rechtsboven), en kregen een rondleiding door het testlaboratorium (boven) dat nu extra mogelijkheden biedt om compressorafdichtingen te testen.
6
www.flowserve.com
Face to Face
API plan 52 is bedoeld voor gebruik van buffervloeistoffen bij ‘dual unpressurized seals’, waarbij een drukloze buffervloeistof in het reservoir de lekkage van de primaire afdichting opvangt. In het geval van vluchtige vloeistoffen verdampt alle lekkage die via een ‘orifice’ gecontroleerd wordt afgevoerd. Bij niet vluchtige vloeistoffen wordt de lekkage van de primaire afdichting opgelost in de buffervloeistof, die periodiek dient te worden vervangen. API plan 53A wordt toegepast bij ‘dual pressurized seals’, waarbij een barrièrevloeistof onder druk de ruimte tussen de twee afdichtingen vult. Aangezien de druk in het barrièresysteem hoger is dan de af te dichten druk, zal alleen lekkage in de pomp plaatsvinden, zodat de af te dichten pompvloeistof nooit naar de atmosfeer kan lekken. Er bevinden zich aansluitingen op de reservoirs van Flowserve Flow Solutions voor de meest gebruikte componenten, zoals niveauschakelaars, drukschakelaars en manometers. Er kunnen zowel standaard componenten van Flowserve als klantspecifieke componenten worden geleverd. Standaard zijn de reservoirs uitgevoerd met een koelwaterspiraal, zodat een extra koeler in de meeste gevallen niet nodig zal zijn. r
API Plan 52 en Plan 53A Reservoirs Ontwerpdruk: afhankelijk van temperatuur, van 58 tot 77 Barg (840 tot 1117 psig) Totaal volume: 27 liter / 7 gallons Normaal werkvolume: 6,4 liter / 1.7 gallons Materiaal: roestvrij staal AISI 316L Aansluitingen: 3/4" 600# flenzen Meer informatie: www.flowserve.com/seals
OVEREENKOMST VOOR DE DISTRIBUTIE VAN WR- EN AR- MATERIALEN lowserve BV, Flow Solutions Division, heeft een overeenkomst ondertekend voor de Europese distributie van thermoplastische pompcomponenten van hoogstaande kwaliteit van Greene, Tweed & Co. De overeenkomst van vijf jaar heeft betrekking op de WR® en AR™ materialen van Greene Tweed. Het WR-materiaal, dat bestaat uit een composiet van een thermoplast verstevigd met lange koolstofvezels, is bestemd voor gebruik in ringen,
F
Face to Face
bushings, asafdichtingen en ‘wear plates’ in diverse pompen die worden gebruikt bij raffinaderijen en in chemische en petrochemische industrieën. Het materiaal is een alternatief voor pompelementen van metaal, koolstof en grafiet. WR-materiaal heeft een zeer hoge slijtagebestendigheid en beschikt onder bijna alle omstandigheden over goede zelfsmerende eigenschappen. Het beschikt ook over een lage expansiecoëfficiënt, waardoor het mogelijk is om met veel kleinere toleranties te werken. Het vermindert intern lekkageverlies wat leidt tot een efficiëntere pomp en minder trilling.
De slijtage van de bussen is verwaarloosbaar bij gebruik van WR300 materiaal Het AR-materiaal is een composiet dat speciaal is ontwikkeld voor bushings, lagers en slijtringen in pompen die abrasieve en erosieve stoffen verplaatsen. Het materiaal is tevens bijzonder goed bestand tegen thermische schokken en is slag- en stootbestendig. Hierdoor is het een goed alternatief voor traditionele materialen als rubber en brons. Ben van Eyndhoven, directeur van EMA sales voor Flowserve Flow Solutions: “Wij hebben uitgebreide testen uitgevoerd op de WR- en AR-materialen van Greene Tweede en deze testen hebben bevestigd wat wij al dachten. Pompen werken veel efficiënter wanneer gebruik wordt gemaakt van pompelementen die zijn gemaakt van zeer hoogwaardig composiet.. Dit is goed nieuws voor onze klanten in de chemische en petrochemische industrie.” Robert van de Velde, General Manager van Greene, Tweed & Co. Holdings International BV reageert: “We zijn erg blij met de deal met Flowserve. Het bedrijf heeft wereldwijd een grote reputatie op het gebied van de productie en het onderhoud van mechanische afdichtingen voor pompen in de procesindustrie. Onze WR- en AR-materialen sluiten goed aan bij de hoogstaande kwaliteit van de producten en de service van Flowserve.” Greene, Tweed & Co. Benelux BV, gevestigd in Halsteren (Nederland) is een dochteronderneming van Greene, Tweed & Co., Kulpsville, Pa. r
www.flowserve.com
7
