Στις μονάδες υδρογόνωσης, οι σφαιρικές βαλβίδες Orbit που βρίσκονται στην έξοδο των παλινδρομικών συμπιεστών χρησιμεύουν ως κρίσιμες συσκευές απομόνωσης. Οι βλάβες σε αυτές τις βαλβίδες συχνά οδηγούν σε παρατεταμένους κύκλους προμηθειών για εισαγόμενα ανταλλακτικά και υπερβολικό κόστος, θέτοντας άμεσα σε κίνδυνο τη μακροπρόθεσμη- σταθερότητα της μονάδας. Για συνήθεις τρόπους αστοχίας, όπως "μπλοκάρισμα" και "θραύση" σε αυτές τις εισαγόμενες βαλβίδες, η οικιακή ανακαίνιση σε συνδυασμό με αναβαθμίσεις υλικών προσφέρει μια εξαιρετικά αποτελεσματική λύση. Η ακόλουθη ανάλυση περιγράφει λεπτομερώς μια τυπική περίπτωση αστοχίας, περιγράφοντας τις βασικές αιτίες και τις εφαρμοζόμενες στρατηγικές επισκευής.
Φόντο και φαινόμενο σφάλματος
Το αντικείμενο αυτής της ανάλυσης είναι μια σφαιρική βαλβίδα Orbit που είναι εγκατεστημένη στην έξοδο ενός παλινδρομικού συμπιεστή σε μια μονάδα υδρογόνωσης. Η αποτυχία παρουσιάστηκε κατά τη φάση φόρτωσης εκκίνησης. Η βαλβίδα ασφαλείας στην έξοδο του δεύτερου σταδίου-σηκώθηκε ξαφνικά, απαιτώντας διακοπή λειτουργίας έκτακτης ανάγκης. Μια ανασκόπηση των ιστορικών τάσεων πίεσης επιβεβαίωσε μια μη φυσιολογική απότομη αύξηση της πίεσης στην έξοδο του δεύτερου σταδίου. Επιβεβαιωμένο από την ανώμαλη ένδειξη της θέσης του στελέχους βαλβίδας πριν από το συμβάν, καθορίστηκε προκαταρκτικά ότι η βαλβίδα απέτυχε να ανοίξει, προκαλώντας υπερπίεση του συστήματος.
Κατά την αποσυναρμολόγηση και τον έλεγχο, παρατηρήθηκε σημαντική μηχανική βλάβη:
Το στέλεχος με την τροχιά έκκεντρου παρουσίαζε ρωγμές, σύνθλιψη άκρων και σοβαρή βαθμολόγηση.
Η περιοχή επαφής μεταξύ του οδηγού πείρου και της τροχιάς στελέχους έδειξε ευδιάκριτη παραμόρφωση.
Η εσωτερική επιφάνεια του δακτυλίου οδηγού εμφάνισε σοβαρή εσοχή και θόλωση.
Το πιο κρίσιμο ήταν ότι ο πείρος του στελέχους είχε κοπεί.
Η φασματική ανάλυση και ο έλεγχος σκληρότητας επιβεβαίωσαν ότι το υλικό των κατεστραμμένων εξαρτημάτων πληρούσε τις αρχικές προδιαγραφές SS410, αποκλείοντας ουσιαστικά ελαττώματα πρώτης ύλης.
Ανάλυση ριζικής αιτίας
Η σφαιρική βαλβίδα Orbit λειτουργεί μέσωένας μηχανισμός "ανύψωσης-και-στροφής", όπου η αλληλεπίδραση μεταξύ του πείρου οδήγησης στο καπό και της τροχιάς έκκεντρου στο στέλεχος περιστρέφει την μπάλα. Με βάση τα ευρήματα αποσυναρμολόγησης και τις συνθήκες λειτουργίας, η αστοχία αποδόθηκε σε τρεις κύριους παράγοντες: προβλήματα μηχανικής συναρμολόγησης, μέση διάβρωση και ευθραυστότητα υδρογόνου.
Μηχανική συναρμολόγηση και φθορά
Η εξέταση των σημαδιών παραμόρφωσης στην τροχιά του έκκεντρου αποκάλυψε ότι ο πείρος οδήγησης δεν γλίστρησε ομαλά μέσα στην ελικοειδή αυλάκωση, ιδιαίτερα μπλοκαρίζοντας στις καμπύλες μεταβάσεις. Αυτό το μπλοκάρισμα περιόρισε την περιστροφή της μπάλας, οδηγώντας σε φθορά και παραμόρφωση της πίστας υπό συχνή ποδηλασία. Επιπλέον, θραύσματα του σπασμένου πείρου συγκράτησης σφήνωσαν μεταξύ του στελέχους του έκκεντρου και του δακτυλίου, αυξάνοντας σημαντικά τη ροπή λειτουργίας. Κάτω από την υπέρθεση αυτών των μηχανικών τάσεων, το στέλεχος έσπασε στο σημείο της υψηλότερης συγκέντρωσης τάσης.
Διάβρωση ιόντων χλωρίου
Η βαλβίδα λειτουργεί στα 13,0 MPa με ένα μέσο που περιέχει υδρογονάνθρακες και ιχνοχλωρίδια. Η ανάλυση των ακαθαρσιών της λάσπης από την έξοδο του συμπιεστή αποκάλυψε περιεκτικότητα σε ιόντα χλωρίου τόσο υψηλή όσο 3,10%. Παρόλο που ο μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας SS410 έχει κάποια αντίσταση στα χλωρίδια, οι υψηλές συγκεντρώσεις μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο το φιλμ παθητικοποίησης, προάγοντας διάβρωση με κοίλωμα και ρωγμές. Η μακροχρόνια- έκθεση μείωσε την αποτελεσματική διατομή-και τη δομική ακεραιότητα των εξαρτημάτων.
Ευθραυστότητα υδρογόνου και κάταγμα καρφίτσας
Σε περιβάλλον με υψηλή μερική πίεση υδρογόνου, τα άτομα υδρογόνου διαχέονται στη μήτρα του χάλυβα, προκαλώντας ευθραυστότητα υδρογόνου που χαρακτηρίζεται από μειωμένη ολκιμότητα και σκληρότητα. Ενώ το υλικό πείρου στελέχους παρουσιάζει καλή αντοχή στη διάβρωση των τάσεων, ο συνδυασμός ευθραυστότητας υδρογόνου και υπερβολικής ροπής που προκύπτει από μηχανικό μπλοκάρισμα κατέστησε τον πείρο ευαίσθητο σε εύθραυστη θραύση μόλις η ροπή χειροκίνητης λειτουργίας υπερβεί το κρίσιμο όριο.
Σχέδιο ανακαίνισης και αναβάθμισης υλικού
Αντιμετωπίζοντας τις βασικές αιτίες, η στρατηγική ανακαίνισης επικεντρώθηκε στην «αποκατάσταση διαστάσεων, τοπική ενίσχυση και δομική βελτιστοποίηση», με ιδιαίτερη έμφαση στις αναβαθμίσεις υλικών για ευάλωτα εξαρτήματα.
Επένδυση λέιζερ για βασικά εξαρτήματα
Για να ενισχυθεί η αντοχή στη φθορά και να αποφευχθεί η παραμόρφωση, χρησιμοποιήθηκε τεχνολογία επένδυσης λέιζερ:
Στέλεχος με τροχιά έκκεντρου: Η ελικοειδής περιοχή της τροχιάς ήταν επενδυμένη με κράμα Stellite 12 σε βάση SS410. Το Stellite 12 προσφέρει υψηλή σκληρότητα και ανώτερη αντοχή στη φθορά, αποτρέποντας αποτελεσματικά την παραμόρφωση της τροχιάς.
Καρφίτσα οδηγού: Ο πείρος ήταν επενδυμένος με κράμα Stellite 6 σε βάση SS410. Το Stellite 6 παρέχει καλύτερη σκληρότητα και αντοχή στο θερμικό σοκ, καθιστώντας το ιδανικό για ζεύγη τριβής.
Ταυτόχρονα, ο δακτύλιος οδηγός και ο πείρος συγκράτησης-κατασκευάστηκαν εκ νέου για να εξασφαλιστούν ανοχές ακριβούς εφαρμογής.
Οικιακή Τροποποίηση Συστήματος Στεγανοποίησης
Η αρχική φλάντζα του καπό ήταν ένα προσαρμοσμένο-υπερ-εξάρτημα εισαγωγής με μεγάλο χρόνο παράδοσης. Μετά την επαλήθευση των περιθωρίων αντοχής, η επιφάνεια στεγανοποίησης του καπό υποβλήθηκε σε μηχανική κατεργασία για να δημιουργηθεί μια τυπική αυλάκωση για ένα σπειροειδές φλάντζα γραφίτη-. Αυτή η τροποποίηση έλυσε το πρόβλημα στεγανοποίησης και πέτυχε αυτάρκεια ανταλλακτικών. Επιπλέον, το τμήμα συσκευασίας αναβαθμίστηκε σε εγχώρια εύκαμπτη συσκευασία γραφίτη, ισοδύναμο με το εισαγόμενο πρότυπο GP-6.
Επιχειρησιακά Αποτελέσματα και Συμπέρασμα
Μετά την ανακαίνιση, η βαλβίδα πέρασε από υδροστατική και πνευματική δοκιμή και επανατοποθετήθηκε. Τα δεδομένα πεδίου υποδεικνύουν ότι η αναβαθμισμένη σφαιρική βαλβίδα Orbit λειτουργεί ομαλά με εξαιρετική απόδοση στεγανοποίησης. Μέχρι σήμερα, η βαλβίδα βρίσκεται σε σταθερή λειτουργία για τρία χρόνια χωρίς επαναλαμβανόμενες βλάβες.
Αυτή η περίπτωση καταδεικνύει ότι για εισαγόμενες σφαιρικές βαλβίδες Orbit που λειτουργούν υπό παρόμοιες σκληρές συνθήκες, οικιακή ανακαίνιση που χρησιμοποιεί τεχνολογίες επιφανειακής μηχανικής, όπως η επένδυση λέιζερ, η οποία όχι μόνο μπορεί να μετριάσει τις προκλήσεις προμήθειας ανταλλακτικών αλλά και να παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής σε περιβάλλοντα-πλούσια που περιέχουν υδρογόνο{{1}. Αυτή η λύση έχει ουσιαστική αξία για τη συντήρηση βαλβίδων σε παρόμοιες πετροχημικές μονάδες.
