Per macchinari e componenti critici l'ottimizzazione delle prestazioni va affrontata in tutte le fasi e cioè progettazione, costruzione, esercizio e manutenzione.
In sostanza si tratta di gestire i vari rischi a cui il sistema andrà soggetto in fase operativa con il risultato di migliorare la sicurezza, la disponibilità e minimizzare i costi.
Impianto di LDPE
La produzione di polietilene a bassa densità necessita di compressori speciali per raggiungere le elevatissime pressioni operative.
Grande attenzione è rivolta a tutti i macchinari e componenti dell'impianto per ottenere un tempo di funzionamento più lungo possibile senza interruzioni. Le valvole sono componenti importanti che influenzano fortemente l'affidabilità di compressori alternativi e relativi impianti.
I compressori Booster e Primario, un tempo separati, sono oggi combinati in un multi-service (Fig.1). Portano la pressione da valori prossimi
all'atmosfera fino alla aspirazione dell' iper-compressore che alimenta il reattore. Il Booster-Primario richiede un controllo rigoroso della portata, aumentando ulteriormente la sua complessità operativa.
Nel caso in oggetto la macchina, prodotta da Nuovo Pignone, ora GE (Oil & Gas) ha 6 cilindri ed ha un motore con una potenza assorbita di circa 4000 HP a 327 RPM.
La portata è di circa 7000 kg/ h per il Booster e 25000 kg / h per il Primario, che raggiunge 25 MPa per alimentare l' Iper-compressore (costruito da Nuovo Pignone, ora GE (Oil & Gas), che ha 8 cilindri. Il Booster, con una pressione massima di 22,6 MPa, ha 3 cilindri a doppio effetto, con un totale di 24 valvole di progettazione Nuovo Pignone e costruite da Cozzani.
Il Primario ha 2 cilindri con una disposizione in tandem (2° e 3° stadio rispettivamente all'interno e all'esterno).
Tutti i cilindri sono dotati di pistoni e premistoppa con anelli di tenuta in materiale plastico. La lubrificazione dei cilindri è realizzata con lo stesso olio minerale additivato per Booster/Primario e Iper-compressore.
Valvole
30 valvole con anelli metallici sono montate su booster e primario. Il controllo di portata avviene con alza-valvole e by-pass. L'etilene non è corrosivo ed il materiale di sede e contro-sede è acciaio legato AISI 4140. I prigionieri che tengono insieme sede/contro-sede hanno una connessione filettata, con un trattamento superficiale per ottenere una vita più lunga.
Per evitare l'allentamento in servizio, sono usati dadi speciali anti-svitamento, con uno strato superficiale antiusura, per ridurre i danneggiamenti durante la manutenzione ed essere riutilizzati più volte.
Il progetto delle valvole è stato realizzato con programmi di simulazione considerando tutto il campo operativo. Essendo un'applicazione su macchine per servizi gravosi, la produzione è stata fatta in base a
procedure di controllo di qualità, per assicurare una buona performance operativa per il servizio richiesto. Le parti critiche (molle e anelli) sono controllate per sopportare le sollecitazioni di fatica dovute al movimento dinamico e impatto, per
- consentire una corretta apertura;
- evitare sfarfallamenti;
- chiudere prima del punto morto.
Strategie manutentive
Dal 1983, anno di avviamento, è stato deciso di usare la manutenzione predittiva per determinare il tempo di sostituzione delle valvole. Eventuali variazioni di temperatura e pressione del gas nei vari stadi potevano essere segnali di comportamenti anomali delle valvole. Ma nei primi 13 anni di vita non ci sono stati problemi. Nel 1996 si è avuta l'occasione per smontare tutte le valvole. Un controllo approfondito non ha evidenziato problemi. Dopo questa fermata, un programma di manutenzione preventiva basato sul tempo è stato sviluppato anche per le valvole, più in linea con gli standard in loco, ed analogamente per i cuscini.
Sui bulloni si effettuano periodicamente esami con ultrasuoni per evidenziare eventuali presenze di cricche. In occasione di una fermata (generalmente ogni due anni) si controlla:
- usura pattini stantuffi;
- giochi dei cuscini;
- olio e filtro;
- lubrificatori;
- funzionalità allarmi del compressore e arresti
- (temperature, pressioni e vibrazioni).
Durante il funzionamento vengono monitorati:
- parametri di processo;
- temperatura e pressione olio manovellismi;
- vibrazioni della macchina.
L'attenzione di operatori e tecnici di manutenzione ha permesso di mantenere il sistema in marcia continua oltre le ispezioni periodiche.
Prestazioni
Le valvole sono componenti critici del compressore e la loro funzionalità è stata verificata attraverso:
- l'analisi di pressione e temperatura dei cilindri;
- l'attenzione a scostamenti
- dai parametri di progettazione;
- in particolare per valvole
- dello stesso cilindro.
La valutazione del buon comportamento operativo ha permesso di proseguire l'esercizio. Per motivi operativi le valvole sono state modificate nel 1996 e ricontrollate nel 2002. Nel 2006, durante la sostituzione delle tenute dei cilindri di 3° fase primario, sono state smontate anche le valvole (i cilindri erano in gran parte smontati). Tutte le altre valvole sono rimaste in servizio.
Nel 2013, come parte del piano di sostituzione proattivo, le valvole di Booster e 1° fase primario sono state ricondizionate nel centro servizi di Cozzani a Magnolia, Texas, con il coordinamento del costruttore del compressore e con la supervisione del produttore delle valvole. La maggior parte delle valvole hanno una vita di 13, 6 e 11 anni. Le valvole di 3° fase primario sono state rimosse dopo 13, 6 e 4 anni. Le ultime valvole ancora in servizio hanno 9 anni. Dopo ogni ispezione, le valvole sono state trovate in buone condizioni (Fig.2) con
- lieve usura su alcune superfici di sedi e parte inferiore di alcuni alloggiamenti molle;
- anelli senza cricche o pezzi rotti;
- molle intatte, senza rotture o deformazioni.
Ogni ricondizionamento è stato effettuato secondo la rigorosa procedura consigliata.
Conclusioni
Le valvole originali del Booster-Primario hanno funzionato in modo impeccabile, basandosi su una sostituzione proattiva, per 32 anni. Le parti di ricambio sono state ordinate al disegno originale pur essendo disponibili migliorie (anelli in materiale plastico), dato che il progetto originale era perfetto. Per questa applicazione non si è mai pensato di cambiare. Un ulteriore vantaggioè che nessuna ora del gruppo Ingegneria di manutenzione è stata spesa per progetti di miglioramento, dato che la progettazione originale era impeccabile.
Il funzionamento di tutto l'impianto LDPE ha avuto molto successo e senza perdite di produzione imputabili alle valvole del Booster/Primario.
Jimmy Salmon, Senior Principal Engineer, Longview, Texas, USA
Enzo Giacomelli, Consultant for Dott. Ing. Mario Cozzani Srl
Articolo tratto
da COMPRESSORtech2, maggio 2016
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