Assicurare l’integrità di un Asset partendo da una corretta lubrificazione

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Fattore fondamentale nei compressori alternativi per applicazioni Oil & Gas e particolarmente per servizi di alta pressione

Figura 1 - Sistemi di lubrificazione nei compressori alternativi (fonte: CST training courses)
Figura 1 - Sistemi di lubrificazione nei compressori alternativi (fonte: CST training courses)
Figura 2 - Sistemi di lubrificazione cilindri e premistoppa (fonte: CST training courses)
Figura 2 - Sistemi di lubrificazione cilindri e premistoppa (fonte: CST training courses)
Figura 3 - Centralina del nuovo sistema di lubrificazione
Figura 3 - Centralina del nuovo sistema di lubrificazione

AIM

In impianti Oil&Gas, e soprattutto nelle raffinerie, l’Asset Integrity Management è un argomento par­ticolarmente sentito oggigiorno, sia per gli aspetti gestionali, ma particolarmente per una gestione at­tenta delle prestazioni operative e della sicurezza.

Nelle raffinerie si trovano molti asset: dai com­pressori centrifughi e alternativi, ai motori elettrici ed altri macchinari. L’obiettivo del AIM e quello di ottimizzare la sicurezza, gli aspetti ambientali, le prestazioni, l’efficienza e l’affidabilità. Il risultato può essere ottenuto dotando i macchinari della necessaria strumentazione in modo da poter an ticipare gli inconvenienti e quindi assicurare una disponibilità più alta possibile. Il sistema impianto è quindi condizionato dall’esercizio dei vari com­ponenti più o meno importanti, ma significativi dal punto di vista dell’affidabilità. Sulla base dei risultati operativi si potranno decidere le strategie manu­tentive condizionate dal MTBM (Main Time Betwe­en Maintenance) dei vari macchinari. Da una parte ci saranno asset ad alta affidabilità come i motori elettrici, che hanno un elevato MTBM, dall’altra i compressori, a partire dai centrifughi, fino agli al­ternativi. Il monitoraggio del MTBM deve essere continuamente valutato dall’ingegneria della ma­nutenzione e dagli operativi, in modo da decidere i miglioramenti possibili per allungare i tempi tra una manutenzione e l’altra. Nell’ambito di questi pro­grammi si devono tener conto anche delle fermate improvvise dovute a problemi vari. Questi possono essere anticipati, evitando fermate impreviste, con opportuni sistemi di monitoraggio e diagnostica.

Uno dei macchinari più critici agli effetti del MTBF e quindi della disponibilità dell’impianto è il compres­sore alternativo dove i componenti più critici sono rappresentati solitamente da valvole e tenute. Nel caso di seguito discusso si era in presenza di una scarsa affidabili­tà nelle tenute per effetto del sistema di lubrificazione ormai obsoleto. Il proble­ma si manifestava ogni 3-4 mesi con una fermata inattesa per eccessiva usura delle tenute del pistone. Normal­mente la vita di queste parti è attesa di oltre 8000 ore, ma particolari condi­zioni di marcia, gas sporchi o una non corretta lubrificazione possono ridurla sensibilmente.

L’usura improvvisa dei pattini dei pisto­ni, dovuta alla mancanza di olio lubrifi­cante, può portare ad un contatto con le camicie dei cilindri. Questo potrebbe degenerare in surriscaldamenti, grip­paggi fino anche a rischi di rotture di aste, con conseguenze catastrofiche. All’opposto anche un eccesso di olio lubrificante rappresenta un rischio sia per la salute, dovuto alla dispersione nell’ambiente di un agente comunque considerato inquinante, sia per la mac­china stessa, in quanto può causare problemi alle valvole. Tutti questi fattori condizionano quindi la sicurezza, in un ambiente già critico dalla presenza dell’idrogeno, gas altamente infiammabile. Occorre ricordare che ogni inter­ruzione di marcia comporta inoltre un tempo di ri-avviamento molto lungo in molti impianti (talvolta anche giorni) e quindi con impatti sensibili sull’ econo­micità della produzione. La necessità di togliere il gas e scaricarlo in torcia, con i relativi problemi ambientali, per consentire gli interventi manutentive in sicurezza per gli operatori, comporta poi nuove operazioni di bonifica, con potenziali rischi di manovre non corrette.

Alla domanda sui possibili miglioramenti per ovviare a questi inconvenien­ti di scarsa durata delle tenute, si è cercato di dare delle risposte tecniche. Dopotutto, così come queste macchine sono spesso l’elemento essenziale in una notevole parte delle attività industriali, la lubrificazione ne rappresenta la linfa vitale: quando questa viene trascurata o i sistemi presenti non vengono controllati o aggiornati, alla fine a farne le spese diventano la produttività e anche la sicurezza. Qui di seguito è descritto un esempio concreto a minimo impatto realizzativo sugli impianti esistenti ma di notevole vantaggio nel ciclo temporale operativo degli stessi. È dunque stato proprio l’efficientamento dei sistemi di lubrificazione uno dei primi ambiti nei quali ci si è concentrati per iniziare a fornire soluzioni di Asset Integrity Management.

Sistemi di lubrificazione

Riguardo, nello specifico, ai compressori alternativi questi presentano solita­mente due distinti sistemi (vedere in proposito la Figura 1):

  • uno di tipo chiuso, sempre presente, per lubrificare gli organi del manovel­lismo;
  • uno di tipo aperto, non sempre presente (nel caso ad esempio il processo non tolleri la presenza di olio), che lubrifica le parti in scorrimento all’inter­no dei cilindri, ovvero pistone e asta.

Non è tanto la lubrificazione del manovellismo a mostrare normalmente delle criticità, quanto più quella di cilindri e premistoppa, che è divenuta quindi og­getto di approfondimento in CST.

Ciò che dovrebbe essere evitata è ovviamente una scarsa lubrificazione e la conseguente usura prematura delle fasce elastiche, dei pattini e degli anelli premistoppa. Anche se è essenziale mante­nere una lubrificazione adeguata, ciò non è sempre tecnicamente semplice e la quantità di olio iniettata è molto spesso superiore a quella necessaria, con effetti collaterali su contaminazione del gas di pro­cesso, prestazioni della macchina e costi operativi per via dell’elevato consumo di olio.

Come illustrato in Figura 2, i due sistemi di lubrifi­cazione cilindri più comunemente usati attualmen­te sul mercato sono:

  • il sistema “Pump To Point”, tecnologia risalente addirittura agli inizi del ‘900
  • il sistema “Progressive Series”, detto anche “Divider Block”, di recente introduzione, con le prime applicazioni apparse circa una ventina di anni fa.

Ognuno di questi sistemi ha i suoi pro e contro.

Il meccanismo PTP è costituito da un sistema di lubrificazione con un’unità di pompaggio per ogni punto di iniezione; ogni pompante ha una propria pressione nominale e taglia e un sistema di bilan­cieri dedicato con una vite per la regolazione della corsa. L’erogazione dell’olio viene regolata indivi­dualmente e manualmente e può quindi essere ap­prossimativa (spesso con sovradosaggio), richie­dendo tempi tecnici di configurazione e ispezione continua da parte dell’operatore. Inoltre, di solito, l’unico modo per controllare e regolare il gocciola­mento dell’olio è attraverso un vetrino spia, la cui affidabilità spesso si rivela molto critica.

Nel sistema PS invece, il lubrificante viene pom­pato in un singolo ingresso di uno o più dosatori e viene distribuito volumetricamente ad un certo numero di uscite attraverso il movimento progres­sivo di pistoni posti all’interno dei singoli elementi degli stessi dosatori. Inoltre tali elementi sono stru­mentabili in modo da verificare da remoto il loro funzionamento e anche la quantità di olio erogata.

Questi aspetti consentono di superare gli svantaggi del sistema PTP garantendo una elevata affidabilità e una erogazione di olio molto più precisa. Anche questo sistema presenta tuttavia qualche svantag­gio, in particolare non consente alcuna regolazione del flusso del lubrificante verso i singoli punti né verso i singoli cilindri, a meno che non si sostitui­sca uno o più elementi dei dosatori. Inoltre, l’ostru­zione anche di uno solo dei punti di lubrificazione può causare l’arresto dell’intero sistema, causando anche un blocco cautelativo della macchina.

Impianto Hydrocracking

A seguito tuttavia dell’esperienza maturata in que­sto campo, si è potuto rispondere con successo a un cliente che necessitava di rivedere il sistema di lubrificazione di una serie compressori di Hy­drocraking in modo completamente personaliz­zato, superando gli svantaggi sia del sistema PTP esistente, che del sistema PS di nuova fornitura. Le maggiori criticità dell’applicazione erano dovute all’elevata pressione di scarico dello stadio finale dei compressori (~ 200 bar) e alla necessità di for­nire un sistema di distribuzione dell’olio di tipo PS che fosse completamente ridondante, mantenendo inoltre anche il lubrificatore PTP esistente come si­stema in stand-by, per esigenze impiantistiche.

La soluzione adottata ha garantito l’accuratezza del flusso erogato, intrinseca delle valvole del divisore, eliminando le problematiche di regolazione appros­simativa e inadeguata del sistema PTP e riducendo le necessità di continue ispezioni manutentive ai singoli erogatori; questo ha permesso quindi un no­tevole risparmio, sia di olio che di risorse, di ridurre l’inutile dispersione di olio nel gas e nell’ambiente e diminuire l’inquinamento del catalizzatore interno al reattore, posto a valle del compressore. Il sistema ha eliminato inoltre la possi­bilità di blocco del compressore in caso di problemi critici, grazie alla fornitura di un’adeguata strumentazione di controllo e alla ridondanza sia della pompa che di ogni linea di dosaggio olio, il tutto perfettamente gestibile anche da remoto. La soluzione applicata ha compreso strumenti di flusso e pressione installati nei punti critici del sistema e la gestione dei vari segnali per consen­tire il passaggio automatico a una pompa di stand-by o in alternativa anche al vecchio sistema di lubrificazione PTP, per esigenze manutentive o nell’ipotesi remota di malfunzionamenti contemporanei sia sulla linea attiva che su quella in stand-by. In Figura 3 è rappresentata la nuova centralina installata sui com­pressori in oggetto.

Durante la messa a punto iniziale del sistema sono state anche risolte talune problematiche, dovute prevalentemente all’alta pressione dell’applicazione, di cui è stata evidenziata una scarsa esperienza in letteratura e sugli impianti di tipologia simile, creando quindi delle lessons learned da tenere in dovuto conto per le future realizzazioni. Per studiare e risolvere tali problematiche è stato messo a punto un banco prova dedicato, sul quale sono state effettuate prove in pressione, modifiche sulle linee, test sulle tipologie di dosatori e tutte le necessarie misurazioni. Sul banco sono stati replicati gli stessi problemi riscontrati sul campo, e questo ha quindi consentito di comprenderne le cause e di implementare le necessarie azioni correttive.

L’esperienza ha perciò mostrato come la presenza di un sistema ridondante e di un adeguato monitoraggio e diagnostica consentano di raggiungere elevati livelli di sicurezza, alta disponibilità e manutenzione ottimizzata. Infatti, grazie alla ridondanza del sistema, non solo applicata ad ogni singolo componente ma anche all’intera architettura, il cliente ha potuto continuare la produzione anche durante i test.

Conclusioni

In definitiva, considerando anche le modifiche apportate a seguito dello studio sul banco prova, è possibile affermare che il sistema nel suo complesso:

  • ha raggiunto livelli di affidabilità e sicurezza superiori a quella dei due si­stemi di base;
  • con la soluzione proposta rappresenta un aggiornamento valido e innova­tivo sia per i sistemi di lubrificazione di nuova concezione che per i com­pressori lubrificati esistenti.

Quindi anche le macchine che sono in funzione da molto tempo e che utiliz­zano la vecchia tipologia di lubrificazione PTP o altri sistemi di lubrificazione obsoleti, possono migliorare le prestazioni del sistema di distribuzione olio e l’affidabilità della macchina nel suo complesso.

Tutto questo a vantaggio dell’efficienza operativa, di una riduzione delle attività di manutenzione ed infine della gestione economica degli impianti di com­pressione critici.

Cosimo Carcasci, Consultative Service Leader, Compression Service Technology Srl
Pamela Tani, System Engineer, Compression Service Technology Srl
Marco Sacco, Package Engineering Manager, Compression Service Technology Srl

Pubblicato il Settembre 21, 2018 - (9 views)
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