Vol. 17 No. 1
H e t
S e a l i n g T e c h n o lo g y
M ag a z i n e
Een verlengde Reis Amerikaanse marine vermindert uitgaven met nieuwe afdichtingen
Een tandje hoger Groter, beter, sneller De afdichtingen beschermen Vier aanvullende technologieën Het licht aanhouden Betrouwbaarheid in het elektriciteitsnet
Cover Story
Overtroffen verwachtingen Amerikaanse marine verlaagt de onderhoudskosten met het nieuwe Flowserve GX-200 non-contacting seal .
D
e hele Amerikaanse marinevloot had een oplossing nodig voor een probleem met de verticale schroefpompen die werden gebruikt bij de service van brandstofolie, smeerolie en hydraulische smeerolie op de Spruance DD 963-klasse torpedojagers, CG47-klasse kruisers en DDG-klasse torpedojagers. De LOSP-pompen zijn boven op het oliecarter geïnstalleerd, een geometrie die ertoe kan leiden dat het seal opdroogt als het vloeistofniveau onder de middenlijn van de pomp daalt. Het traditionele mechanical seal van de OEM vereiste dat er vloeistof zit tussen de faces om warmteontwikkeling tegen te gaan. Zonder de vloeistof gaan de faces afbladderen, waardoor er holtes met koolstofafval ontstaan, de vlakheid van het seal verloren gaat en er lekkage ontstaat. Uiteindelijk raakten de seals van de OEM voortijdig defect en het onderhoud dat erop volgde was kostbaar.
www.flowserve.com
“Op een marineschip” legt Bob Epperson uit, Flowserve sales engineer, “kunnen de seals niet gewoon vervangen worden. De hele pomp moet ook worden gerepareerd. Omdat het bestaande seal zich in de pomp bevindt, is dit zowel een tijdrovend als kostbaar onderhoud.” Hoewel de seals slechts $ 300 tot $ 600 kosten, lopen de kosten om ze te vervangen op tot $ 25.000 en over het algemeen moeten er op elk schip jaarlijks minimaal vier pompen worden vervangen. De eindkosten kunnen oplopen tot $ 100.000 om vier seals van $ 300 te vervangen. De marine wilde minder vaak defecte seals hebben, de vervangingskosten omlaag brengen en de omlooptijd versnellen. De marine kreeg hiervoor een seal die zo betrouwbaar is, dat het hergebruikt kan worden en zelfs een langere levensduur heeft dan de andere pomponderdelen, zoals de dunne pakkingen.
Technische uitdagingen De marine gebruikt veel verschillende pompen, pompconfiguraties, seals en fabrikanten van seals. Nul lekkage is eenbelangrijkste vereiste voor een seal bij brandstofolie - een vereiste die de seals van de OEM die contact maken uitsluit. “Sealsdie contact maken, gaan lekken en raken defect,” zegt Rudy Hatala, life cycle manager bij de Navy Ship Systems Engineering Station (NAVSSES), in Philadelphia, Pennsylvania, VS. “Ongeacht welke contactacting seals we ook gebruikten en in diverse configuraties, ze lekten allemaal en raakten allemaal defect. We moesten een alternatief zoeken. Flowserve was toen nog geen leverancier. enwe vonden geen oplossing bij onze gebruikelijke leveranciers. Het noncontacting seal van Flowserve was aantrekkelijk, maar Face to Face
Zoeken naar ‘vitale lucht’ zemoesten de betrouwbaarheid nog wel bewijzen.” De pompconfiguraties van de marine vormen enkele grote technische uitdagingen. “De smeeroliepompen zuigen aan van de carters die onder de pompen zijn bevestigd” aldus Hatala. “Zet de pompen uit en de vloeistof loopt weg. Bij het opstarten hebben de mechanical seals die contact maken, vloeistof nodig die er niet was. Als gevolg daarvan liepen ze bij het opstarten droog en raakten ze defect. Wij hadden een non-contacting seal nodig, waar geen vloeistof voor nodig is.“ Het Flowserve non-contacting seal die de marine heeft gekozen, is de GX-200, een seal met een tweevoudige drukgasbarrière voorzien van de Flowserve ‚non-contacting Advanced Pattern Groove System‘- facetechnologie. Een betrouwbare stroom van beschermgas dat voorkomt dat de faces met een vloeistof moeten worden gekoeld. Dit voorkomt procesvervuiling, vermindert energieverbruik en geeft nul procesemissies bij gevaarlijke service. Gelaste metalen balgen elimineren de ophanging van dynamische O-ringen en de compacte patronen passen in de kamerpompen met boorafdichting die aan de ANSI- en DIN-normen voldoen. “De marine gaf ons laboratoriumomstandigheden waarin we moesten testen”, legt Epperson uit. “Wij zorgden ervoor dat het GX-200-seal voldeed aan de schok- en trillingsvereisten, daarna voerden we een test aan boord van het schip uit.” Het seal bleef werken na de verplichte testperiode van 1000 uur. Vijf maanden nadat de testen aan boord waren begonnen, werd de eindgoedkeuring gegeven. Ook berusten de evalutatie-programma‘s van de marine op de levenscycluskosten die bij een vervanging gemaakt worden . Vervangingen ouder dan drie jaar hebben minder prioriteit dan vervangingen met een resultaat van investering (R.O.I) van minder dan drie jaar. De GX-200 bood een R.O.I. van minder dan negen maanden.
Langere levensduur van de pompen, pakkingen 50% van de GX-200 seals met gasbarrière zijn geïnstalleerd in meerdere marineschepen. “Sinds oktober 2000 zijn er enkele pompen defect geraakt”, voegt Hatala eraan toe. “We hebben al enkele van de Flowserve
Face to Face
H
oewel de resultaten de moeite waard zijn, is het vervangen van meerdere installaties geen kleine taak. “Elk schip en elke bemanning waren anders en de schepen werden op verschillende manieren geleid”, zegt Bob Epperson, Flowserve sales engineer. “Die omstandigheden bepalen de manier waarop de installatie wordt uitgevoerd.” Om de grootste betrouwbaarheid te garanderen gebruikt deGX-200-oplossing van de marine”vitale lucht”; gas dat belangrijke scheepsapparatuur ondersteunt van bijvoorbeeld de elektronica en de wapensystemen. De beschikbaarheid van “vitale lucht” wordt zelden onderbroken. Als dit toch gebeurt, duurt het zelden langer dan 20 minuten en zijn er accusystemen beschikbaar. Voor het ontwerp van een reservesysteem voor de ondersteuning van de GX-200-seals, onderzochten de technici van Flowserve de tekeningen van het schip om plaatsen te identificeren waar ze twee aansluitpunten konden plaatsen en leidingen konden aanleggen. Zodra de ontwerpen zijn voltooid en goedgekeurd, zal de installatie beginnen. Smeervloeistofvoorzieningen en oude seals worden verwijderd, de twee aansluitpungen worden geplaatst en een gaspaneel dat de locaties van de nieuwe aansluitpunten aanduidt, wordt geïnstalleerd. Een nieuw passtuk vervangt de oude situatie. Vervolgens wordt de gasafdichting zelf geplaatst, alles wordt weer gemonteerd en de lucht wordt aangesloten. Het systeem wordt vervolgens ingeschakeld en de druk wordt getest. Nadat de motoren zijn opgestart, wordt de werking gecontroleerd middels een bedrijfstest en wordt het hele systeem in werking gesteld. GX-200 seals gebruikt bij vervangende pompen. Dat is iets wat de marine nog nooit heeft gedaan. Het is bijzonder dat de marine een sealheeft die hergebruikt kan worden.” “We halen de GX-200-seal gewoon van de pomp”, vervolgt Hatala. “Demonteren de seal, vegen hem af, maken hem schoon, zetten hem weer in elkaar en plaatsen het seal terug op de pomp.” De druk van het barrièregas ligt meestal hoger dan de druk in de sealchamber. “Zelfs een defect in het barrièregassysteem brengt de Flowserve GX-200 niet van de wijs”, zegt Epperson. “Als de druk wegvalt, werkt de GX-200 met tegendruk. Het is een enorme prestatie voor een tweevoudig gasseal en voorkomt veel problemen. Bij tegendruk wordt de olie die in het seal is gekomen eruit gespoeld als de luchtdruk wordt hersteld. Het seal gaat niet kapot en de pomp blijft werken”.
www.flowserve.com
Cover Story
Een weg banen door de vloot
V
anaf begin 2006 voldoet het Flowserve noncontacting GX-200 ontwerp aan alle belangrijke kwalificatievereisten van Naval Sea Systems Command (NAVSEA). Er zijn meer dan 120 seals geïnstalleerd op meerdere schepen en platforms. Brandstofolieservice MACHALT 562 is van toepassing op Warren 250 TSschroefpompen en smeerolieservice MACHALT 579 is van toepassing op Warren 575 TS-schroefpompen. De eerste bedrijfstesten zijn uitgevoerd op de USS Monterey gedurende meer dan 500 uur bij de 1A en 2A brandstofolieservicepompen (BOSP‘s). De seals zijn in oktober 2000 geïnstalleerd op vier BOSP‘s en één smeerolieservicepomp (SOSP).
Het systeem op fouten testen De marine staat voor dezelfde kwesties betreffende werknemers en training als de fabrikanten, daarom is vereenvoudiging belangrijk. “Dat was een van de dingen die de marine wilde”, zegt Hatala. “Flowserve weet dat het testen door de marine veel verder gaat dan wat dan ook. Wij doen dingen die je niet voor mogelijk houdt. Omdat vele jonge mariniers nog in de leerfase zitten en onze fouttest is ontworpen en bedoeld om alles te laten werken, hoeven de mariniers niets te weten over de non-contacting seals”De GX-200-afdichting biedt een eenvoudige installatie van het ‘cartridge’ontwerp en Flowserve ontwikkelde een eenvoudige installatieprocedure. Omdat de mariniers minder tijd besteden aan het onderhoud van pompen die zijn voorzien van de GX-200-afdichting, kan de bemanning worden ingezet bij missiespecifieke taken met een hogere prioriteit. “Wij bespreken het onderwerp van het vervangen van de pomp en seals tijdens de training van de mariniers”, zegt Hatala, “maar de mariniers gaan al binnen drie jaar weg en uiteraard onthouden ze geen onderhoudsdetails die ze niet vaak gebruiken.” Om de installatie te vereenvoudigen, volgen de mariniers een Shore Intermediate Maintenance Activity (SIMA). Een MACHALT-set (vooraf geassembleerde
www.flowserve.com
vervangingsonderdelen) bevat elk onderdeel dat nodig is om een GX-200-afdichting te installeren, met eenvoudige stapsgewijze instructies inclusief foto‘s. De marine ziet de Flowserve GX-200-sealsals zeer betrouwbaar. Lekkages komen echter voor - en om onverwachte redenen. “Het Flowserve-seal draait twee jaar en onze oude seals waren al na drie maanden defect”, zegt Hatala na een reis naar San Diego om een melding van lekkage te onderzoeken. “Wij dachten: ‘Eindelijk onze eerste defect.’ Maar er was niets aan de hand met het. Het was de pakking die kapot was.” “De pakkingen waren nog nooit kapot gegaan”, zegt Hatala, “Bij de driemaandelijkse vervangingen zaten ze nooit lang genoeg op de pomp om defect te raken. Nu hebben we een betere pakking nodig. Door de lange levensduur van het seal komen andere kwesties aan het licht. We komen nu op het punt waar de pomp eerder is versleten dan het seal. Dat laat de trend ons zien.”
Face to Face
Extremes
Een tandje hoger F
De industrie geeft een premie voor groter, beter en sneller en Flowserve gaat de uitdaging aan
abrikanten van compressoren krijgen een marktaandeel door apparatuur te ontwerpen die steeds sneller werkt. Om de betrouwbaarheid in het veld te waarborgen, voorzien zij hun units van seals die tegen de warmte kunnen. Actief onderzoek naar het ontwerp van hogesnelheidsafdichtingen in de Flowserve-vestiging in Temecula, Californië, VS ligt ver voor op de tendensen in de industrie. Daar moet elk nieuw seal, dat bedoeld is voor snelheid, zich bewijzen door extreme testen te overleven die worden uitgevoerd in een van de twee hogesnelheidstestruimten van het bedrijf. De eerste testruimte, gebaseerd op een Sundynecompressorplatform, heeft een capaciteit van ongeveer 40.000 rpm en kan een piek ontwikkelen van 1.500 psi. De tweede eenheid is gebaseerd op een Cooper-platform. Deze heeft een capaciteit van 80.000 rpm en kan een piek ontwikkelen van 1.500 psi. Een aantal andere recente ontwikkelingen van Flowserve zijn indrukwekkend. Met name in de fabriek in Dortmund, Duitsland, die is gericht op compressorafdichtingen. Flowserve heeft bijvoorbeeld een prototype compressorafdichting ontworpen voor de Cooper-Joycompressoren die gebruikt gaan worden in de olie- en gasindustrie. Deze 0,8750 inch enkelvoudig Gaspac-seal, model KZ-10, werkte succesvol bij een draaisnelheid van 60.113 rpm en een druk van 50 bar (732 psi). Deze omstandigheden komen overeen met een perifere snelheid van 215 m/s (707 voet/s, Mach 2-plus). Er is duidelijk weinig ruimte voor fouten bij deze ontwerpen, waar zelfs de kleinste onbalans rampzalige gevolgen kan hebben. Om dergelijke problemen te voorkomen, voert Flowserve de hogesnelheidsseals uit met een centreerstrip die de concentriciteit van hetseal waarborgt zonder de as te beschadigen. De fabrikanten van compressorendie voor hogere snelheden ontwerpen, weten dat Flowserve de enige leverancier van compressorseals is die een cartridgeeenheid kan maken die getest kan worden bij snelheden van circa 80.000 rpm. Dat is echte betrouwbaarheid
Face to Face
www.flowserve.com
Ancillaries
De seals beschermen Vier aanvullende technologieën helpen ervoor te zorgen dat Flowserve-seals goed blijven
B
ij de meeste compressortoepassingen is de eenvoudigste manier om mechanical seals door te spoelen het gebruik van drukgas dat afkomstig is van de afvoer van de compressor. Het grote nadeel is natuurlijk dat het afdichtingsgas nu dezelfde verontreinigingen bevat als de uitgang van de compressor. Gezien de hoge gevoeligheid van elk drooggasseal voor vaste en vloeibare verontreinigingen in het doorspoelgas van het seal, heeft Flowserve een assortiment van voorbehandelingsapparatuur voor gas ontworpen om de seals te beschermen tegen verontreiniging. De normale asrotatie is voldoende om een dunne scheiding te behouden tussen de vlakken van een droog seal. Als de as vertraagt, neemt de stroom door de compressor echter af en kan de gasstroom afnemen tot te lage niveaus. Als de gasstroom van het seal te laag is, kan onbehandeld procesgas de sealkamer verontreinigen en kunnen de vlakken van het seal met elkaar in contact komen, waarbij deeltjes de oppervlakken kunnen krassen. De Ampliflow Gas Booster biedt een stroom vers, gefilterd drukgas voor het seal, wanneer de snelheid en het drukdifferentieel van de compressoren te laag zijn om de faces van elkaar te houden. Zelfs bij nul rpm biedt de Ampliflow-technologie voldoende gasstroom om de faces te scheiden. Het gebruik van de afvoer van de compressor voor afdichtingsgas is alleen betrouwbaar als het procesgas redelijk schoon is. Anders kunnen meegevoerde vloeistoffen of deeltjes de seal faces verontreinigen. Daarentegen elimineert het
www.flowserve.com
Flowserve ‚Cleanpac gas conditioning system‘ de verontreinigingskwesties door deeltjes te verwijderen die zo fijn zijn als 0,3 micron en zoveel als 10% in volume van vloeibare slugs. Wegens het risico op ontvlamming gebruiken de aardolie- en petrochemische industrieën geen lucht om non-contacting gasseals door te spoelen. In plaats daarvan wordt stikstof gebruikt ter bescherming van de mechanical seals bij toepassingen waarbij koolwaterstoffen en brandbare gassen worden gebruikt. Maar een betrouwbare toevoer van inert materiaal naar afgelegen locaties kan onpraktisch o f gewoonweg onmogelijk zijn. In deze situaties biedt Flowserve de N2 Genpac, een volledig van instrumenten voorzien, losse, membraangebaseerd modulair luchtscheidingssysteem. Deze technologie concentreert atmosferische stikstof in een hoog zuivere stroom die geschikt is voor seals en het scheiden van gassen. Het American Petroleum Institute stelt normen op die het gebruik van verwarmd, droog gas aanbevelen om mechanical seals te beschermen. Het doel is het behouden van een dauwpuntmarge van 20_C (36_F). Het Flowserve ‚Drypac gas conditioning system‘ bevat een gekoelde droger om het dauwpunt van het afdichtingsgas te verlagen en een verwarmer om de gastemperatuur te verhogen, zodat de marge wordt behouden. Het Drypac-systeem integreert zowel de Ampliflow- als de Cleanpac-technologie om de levensduur van hetdroge gasseal maximaal te verbeteren.
Face to Face
Response
Het licht aanhouden Geëngineerde seals overleven eindeloze cycli om de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet van Californië te verbeteren
D
e elektriciteitscentrale Duke Energy Moss Landing ligt ongeveer 1,6 km landinwaarts van Moss Landing op de meest oostelijke kust van Monterey Bay, halverwege tussen Monterey en Santa Cruz, Californië. Als onderdeel van een fabrieksvernieuwing in 2002 heeft Duke Energy drie Atlas Copco Energas 24.000-rpm, tweefasige compressoren geïnstalleerd om aardgas aan de vier gasturbines te leveren. De compressoren produceren momenteel een uitlaatdruk van tussen de 485 psi en 500 psi, maar ze werken niet continu. Zes- of zevenwekelijkse start-/stopcycli van de compressor zijn standaardprocedures omdat de fabriek de stroomgeneratie aanpast aan de behoefte. Dat ene aspect van de procedure markeerde een belangrijk ontwerpprobleem. De seals van de compressor zijn onderhevig aan de nul-emissiewetgeving van Californië. En de originele OEM-seal van de compressor lekten. “Starten en stoppen”, zegt Craig Hill, Duke Energy assistant engineer, “was de kernfactor van de defecten bij het originele seal. Toen de as stopte, ontstond er een terugloop waarbij aardgas ontsnapte. We kregen slechts 2.500 tot 3.500 gebruiksuren tussen de storingen, terwijl we 50.000 uur hadden moeten krijgen.” Het storingspercentage leidde tot niet minder dan 17 vervangingen van originele OEM-seals bij drie compressoren in iets meer dan 18 maanden. “Het originele OEM-seal had geen technische ondersteuning in de Verenigde Staten”, voegde Hill eraan toe. “Dat betekende zes tot acht maanden voor nieuwe seals en reparaties. Wij kwamen in een positie dat we een surplus aan seals op voorraad moesten houden.” Om een goede beschikbaarheid te garanderen, lag er bij Duke voor ongeveer $ 250.000 aan cartridge seals en reparatiesets. Atlas Copco ondersteunde het onderzoek en de doorlopende zoektocht naar een oplossing voor de lekkage bij Face to Face
de seals. De mogelijke hoofdoorzaak teruggebracht tot een vermindering van enkele niet-metalen sealonderdelen die de faces bevuilden. Duke Energy was al bekend met de seals van Flowserve bij andere fabriekstoepassingen en nodigde Randy Olson, eigenaar van Sealtec Inc., de plaatselijke Flowserve-leve-
rancier, uit om mee te denken over het probleem. Olson nam contact op met John Marta, Flowserve senior compressor seal specialist in Littleton, Colorado, die de pogingen van het bedrijf om een engineerd sealte leveren naging. Er werd een Flowserve Gaspac “D” dubbele, tegenovergestelde droog gasseal ontworpen, speciaal voor de Duke Energy 2,09-inch compressorassen en -behuizingen zonder vereiste aanpassingen. Een belangrijke factor bij de selectieprocedure van het sealontwerp was ook het kunnen gebruiken van het bestaande ondersteuningssysteem van de seals. Het originele seals die in november 2003 werden vernieuwd, werken na bijna 30 maanden nog altijd zonder defecten. Alle compressoren zijn nu voorzien van Flowserve Gaspac-seals. www.flowserve.com
,IFE#YCLE !DVANTAGE
4HE 2IGHT 4EAMWORK #AN (ELP 9OU !CHIEVE 9OUR 'OALS 7ITH &LOWSERVE AS YOUR TRUSTED PARTNER YOU CAN REACH NEW HEIGHTS OF EFFICIENCY AND PROFITABILITY
&LOWSERVE ,IFE#YCLE !DVANTAGE IS THE INDUSTRYS LEADING EQUIPMENT MANAGEMENT PROGRAM #USTOMIZED TO MEET EVERY CUSTOMERS UNIQUE OPERATING GOALS AND ROTATING EQUIPMENT FSFV17N1/JUL06
REQUIREMENTS IT CAN LOWER THE TOTAL
^ÊÓääxÊÜÃiÀÛiÊ À«À>Ì
MECHANICAL SEAL OR VALVE AND AUTOMATION
4O LEARN HOW CONTACT YOUR
COST OF OWNERSHIP OF YOUR EQUIPMENT
LOCAL &LOWSERVE REPRESENTATIVE OR VISIT OUR WEBSITE AT FLOWSERVECOMLIFECYCLEADVANTAGE
FLOWSERVECOM
