Failure analysis of refinery hydrogen reciprocating compressors

Białek, P.; Bielawski, P.

doi:10.29354/diag/82961

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Failure analysis of refinery hydrogen reciprocating compressors

Autorzy

Białek P. , Bielawski P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.29354/diag/82961

Warianty tytułu

Analiza uszkodzeń tłokowych sprężarek wodoru użytkowanych w rafineriach

Języki publikacji

Abstrakty

Hydrogen compressors perform specific functions in the technical system of crude oil processing. The authors characterize consequences of wear margin loss of the compressor, present design solutions of hydrogen piston compressor and divide its construction into functional units. The compressor fault analysis is based on post repair documentation of compressors maintained according to their service life, and making use of technical diagnostics applied to 21 compressors, covering the last 20 years. The analysis distinguishes the loss of compressor wear margin due to loss of functional unit wear margin and due to damage to a compressor component. Faults typical of hydrogen compressor elements have been described. Besides, the authors estimate fault risks for selected elements and risks of wear margin loss of selected functional units. Statistical data are given in tables and bar charts. The analysis outcome indicates the need to implement methods and tools for diagnosing the cylinder unit, comprising several functional units.

Opisano zadania sprężarek wodoru w systemie technicznym przetwarzania ropy naftowej. Scharakteryzowano następstwa utraty potencjału eksploatacyjnego sprężarki. Przedstawiono rozwiązania konstrukcyjne tłokowych sprężarek wodoru użytkowanej w rafinerii. Analizę uszkodzeń sprężarek przeprowadzono w oparciu o badania dokumentacji poremontowej, obsługiwanych według resursu oraz z wykorzystaniem metod diagnostyki, 21 sprężarek z ostatnich 20 lat. W analizie uwzględniono fakt, że w przypadku sprężarek obsługiwanych według resursu podczas remontu po upływie z góry ustalonego czasu użytkowania wymieniane są elementy sprężarki, których potencjał eksploatacyjny nie został jeszcze wyczerpany. Stwierdzono około 500 przypadków utraty potencjału eksploatacyjnego analizowanych sprężarek. W analizie rozróżniono utratę potencjału eksploatacyjnego sprężarki z powodu utraty potencjału eksploatacyjnego danego zespołu funkcjonalnego sprężarki i z powodu uszkodzenia elementu sprężarki. W artykule zamieszczono opisy wybranych uszkodzeń wybranych elementów sprężarki. Oszacowano ryzyko uszkodzenia wybranych elementów i ryzyko utraty potencjału eksploatacyjnego wybranych zespołów funkcjonalnych. Dane statystyczne zestawiono w formie tabel i wykresów słupkowych. Stwierdzono, że: elementom można przypisać charakterystyczne dla sprężarek uszkodzenia; liczba przypadków utraty potencjału sprężarki zależy od składu sprężanego gazu; największy udział procentowy w uszkodzeniach elementów mają pierścienie uszczelniające zaworów oraz sprężyny dociskowe zaworów; największe ryzyko jest związane z uszkodzeniami pierścieni tłokowych jako elementów oraz łożysk (w tym wodzika) jako zespołów funkcjonalnych, z uwagi na poważne w skutkach uszkodzenia wtórne; największy udział procentowy mają zawory jako zespoły funkcjonalne, z największym ryzykiem związana jest utrata potencjału zespołu cylindra: tłok, pierścienie, tuleja cylindrowa, uszczelnienie gazowe, zawory robocze.

Słowa kluczowe

refinery hydrogen compressors piston machine faults fault analysis diagnostics reciprocating compressors

rafineria sprężarka wodoru uszkodzenie maszyna tłokowa analiza uszkodzeń diagnostyka sprężarka tłokowa

Wydawca

Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej

Czasopismo

Diagnostyka

Rocznik

2018

Tom

Vol. 19, No. 1

Strony

83--92

Opis fizyczny

Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Białek P.

pawel.bialek@grupalotos.pl

Grupa LOTOS S.A. 135 Elbląska St., 80-718 Gdańsk, Poland

autor

Bielawski P.

p.bielawski@am.szczecin.pl

Maritime University of Szczecin, 2-4 Willowa St., 71-650 Szczecin, Poland

Bibliografia

1. Ahmed M, Gu F, Ball AD. Fault detection of reciprocating compressors using a model from principles component analysis of vibrations. Journal of Physics: Conference series 364, IOP Publishing, 2012. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/364/1/012133.
2. Bielawski P. Elements of vibration diagnostics of ship engines piston-crank mechanisms. Maritime University of Szczecin, 2002. Szczecin, Poland.
3. Bielawski P. Identification of technical objects of production systems. Maritime University of Szczecin, 2014. Szczecin, Poland.
4. Bielawski P. Measurements and limits of the machine wear margin of production systems. Journal of Machine Construction and Maintenance. Maintenance Problems, 2016;1: 129-139.
5. Bloch H, Hoefner J.: Reciprocating compressors: operation and maintenance. Gulf Publishing Company, 1996. Houston, TX.
6. Cui H, Zhang L, Kang R, Lan X. Research on fault diagnosis for reciprocating compressor valve using information entropy and SVM method. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2009; 22(6): 864-867. http://dx.doi.org/10.1016/j.jlp.2009.08.012
7. Downarowicz O. Genesis and Present State of Technological Resources Management. Inżynieria Morska i Geotechnika, 1999/6, pages: 319-325.
8. Farzaneh-Gord M, Khoshnazar H. Valve fault detection for single-stage reciprocating compressors. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2016; 35: 1239-1248. http://dx.doi.org/10.1016/j.jngse.2016.09.062
9. Füner V. Indiziren kleinster motorverdichter. Kältetechnik, 1960/3, pages: 66-70, 1960/10, pages: 298-302.
10. Lankenau H. Fluch und Segen des Condicion Monitoring bei Kolbenkompressoren. Industriepumpen + Kompressoren, 1/2007: 22-28.
11. LMF reciprocating compressor type 13244-228 S 9.8. Technical documentation.
12. Loukopoulos P., Zolkiewski G., Benett I., Sampath S., Pilidis P., Duan F., Sattar T., Mba D.: Reciprocating compressor prognostics of an instantaneous failure mode utilizing temperature only measurements. Applied Acoustics, 2017; 12. http://dx.doi.org/10.1016/j.apacoust.2017.12.003
13. Machinery Protection Systems. API Standard 670 fourth edition, December 2000.
14. Manepatil SS, Tiwari A. Fault diagnosis of reciprocating compressor using pressure pulsations. International Compressor Engineering Conference, paper 1819. 2006.
15. Nickol J. Kompressorendiagnose in der praxis. Industriepumpen + Kompressoren, 4/2000 pages: 282-285.
16. Neuman & Esser reciprocating compressor type 1TZL300. Technical documentation.
17. Nuovo Pignone (now GE Oil & Gas) reciprocating compressor type 2HC/1. Technical documentation.
18. Nuovo Pignone (now GE Oil & Gas) reciprocating compressor type 2HB/1. Technical documentation.
19. Nuovo Pignone (now GE Oil & Gas) reciprocating compressor type 2HG/2. Technical documentation.
20. Nuovo Pignone (now GE Oil & Gas) reciprocating compressor type 4HF/3. Technical documentation.
21. Nuovo Pignone (now GE Oil & Gas) reciprocating compressor type OA/1. Technical documentation.
22. Pichler K, Lughofer E, Pichler M, Buchegger T, Klement EP, Huschenbett M. Fault detection in reciprocating compressor valves under varying load conditions. Mechanical Systems and Signal Processing, volumes 70-71, 3/2016, pages: 104-119. http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.09.005
23. PN-EN 13306: 2006. Terminologia dotycząca obsługiwania.
24. Post-repair documentation in possession of Grupa LOTOS S.A.
25. Rosenberg T, Schuhmann R. Überwachung von Kolbenverdichtern aus Sicht eines Betreibers. Industriepumpen + Kompressoren, 2/2010: 70-74.
26. Reciprocating Compressors for Petroleum, Chemical, and Gas Industry Services. API Standard 618 sixth edition, December 2013.
27. Thermodyn (now GE Oil & Gas) reciprocating compressor type KM2. Technical documentation.
28. Thomassen Compression system reciprocating compressor type C7-2. Technical documentation.
29. Townsend J, Affan Badar M, Szekerces J. Updating temperature monitoring on reciprocating compressor connecting rods to improve reliability. Engineering Science and Technology an International Journal, 2016; 19: 566-573.
30. Tung Tran V., AlThobiani F., Ball A.: An approach to fault diagnosis of reciprocating compressor valves using Teager-Kaiser energy operator and deep belief networks. Expert Systems with Applications, 2014; 41(9): 4113-4122. http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2013.12.026
31. Urbansky M.: Influence of piston compressor inner failure on mechanical system objective function. Diagnostyka, 2016, 17(3): 47-52.
32. Wang F., Zhang Y., Xu Y., Wang J., Fu X.: Design on intelligent diagnosis system of reciprocating compressor based on multi-agent technique. Procedia Engineering, 2012, 29: 3256-3261.
33. Wang Y., Xue C., Jia X., Peng X.: Fault diagnosis of reciprocating compressor valve with the method integrating acoustic emission signal simulated valve motion. Mechanical Systems and Signal Processing, 2015; 56-57: 197-212. http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2014.11.002
34. Zhao J, Wang S. Analysis for fatigue failure causes on a large-scale reciprocating compressor vibration by torsional vibration. Procedia Engineering, 2014; 74: 170-174.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-0fb3beed-dd9f-4f58-9b88-437e30ba170b