Las interrupciones no planificadas debido a fallas mecánicas pueden costar millones de dólares en tiempo de producción perdido para las compañías de petróleo y gas. Si bien es difícil cuantificar el costo del tiempo de inactividad no planificado, una interrupción de un solo día puede exceder los ~ $ 6.5M, para la refinería promedio de EE. UU.1. El cambio de las estrategias de mantenimiento reactivo (RM) a las de mantenimiento proactivo basado en datos (PAM) no solo puede reducir la pérdida de ingresos por interrupciones no planificadas, sino también reducir los costos generales asociados con la operación y el mantenimiento de los equipos de la planta en un 60%.2.
Los acoplamientos de disco y diafragma no son un "elemento de desgaste" como los sellos de una turbina o un compresor, que pueden causar una disminución en el rendimiento del equipo y generalmente se reemplazan según un programa basado en el tiempo. La mayoría de los acoplamientos de alto rendimiento están diseñados para no requerir mantenimiento y, si se operan dentro de sus capacidades nominales, pueden durar más que el equipo al que están conectados.3. Para maximizar la producción, cada activo, crítico o no, debe tener una estrategia de mantenimiento adecuada que se siga, se audite para determinar su efectividad y se ajuste según sea necesario para garantizar la confiabilidad.
La criticidad es un proceso de clasificación cuantitativa basado en: costo operativo, costo de mantenimiento, pérdidas de rendimiento, calidad, seguridad e implicaciones ambientales. El siguiente gráfico representa la distribución de la criticidad del equipo en una planta típica (Figura 1). Solo el 10% del equipo en esta planta se considera crítico debido a los costos incurridos si se pone fuera de servicio. El 25 por ciento puede definirse como esencial. El 30 por ciento es importante. El 35% restante no es imprescindible. Cada nivel de criticidad puede combinarse con una estrategia de mantenimiento eficaz para equilibrar el costo de implementación con los niveles de confiabilidad requeridos.
Después de un análisis de criticidad, se realiza un análisis de modos y efectos de falla (FMEA) para determinar todos los tipos de fallas potenciales, cuál es el efecto de falla y qué se puede usar para mitigar o eliminar el modo de falla. Luego, el FMEA se utiliza como base en el proceso de toma de decisiones para determinar la estrategia de mantenimiento correcta para equipos nuevos. Las estrategias de mantenimiento más comunes se enumeran a continuación.
Los acoplamientos de disco y diafragma están diseñados para una vida útil infinita cuando se operan dentro de los límites de diseño de su aplicación; Sin embargo, un cambio en las condiciones de funcionamiento puede reducir la vida útil de los acoplamientos.4. Las siguientes secciones destacan los posibles modos de falla que se pueden mitigar o eliminar a través del Kop-Flex®Servicio de Recertificación de Fábrica. Los acoplamientos usados se reacondicionan como si fueran nuevos y se devuelven con la garantía original de fábrica, por un valor significativo sobre la compra de nuevos.5.
Si bien la recertificación de acoplamientos de alto rendimiento durante cada cambio sería la estrategia de mantenimiento más conservadora, puede que no sea la más rentable o factible debido a la logística de programación. Las pautas que combinan la recertificación de fábrica y el monitoreo del estado, con la comprensión y prevención de problemas pasados, producen una estrategia de mantenimiento proactivo eficaz para su equipo rotativo crítico6. Las siguientes secciones proporcionan una comprensión fundamental de los factores que pueden resultar en la reducción de la vida útil efectiva de los acoplamientos.
Desalineación
Si bien la desalineación generalmente no se mide mientras el equipo está en servicio, es útil estar consciente de algunas variables problemáticas que pueden reducir la vida útil del acoplamiento. Una de las preguntas más comunes sobre la alineación del acoplamiento se refiere a las compensaciones térmicas durante el funcionamiento. Si el equipo y el acoplamiento están sujetos a grandes diferencias de temperatura, la precisión de los valores de crecimiento térmico es extremadamente importante. ¿Se realizó una verificación de alineación en caliente del equipo para mitigar el movimiento no cuantificado entre ejes y confirmar los valores suministrados? Otras dificultades en la determinación de la alineación durante el funcionamiento pueden deberse a cimientos móviles o deformación de la tubería. La monitorización de vibraciones o el análisis de causa raíz (RCA) de un acoplamiento fallido pueden ayudar enormemente en la identificación y resolución de estos problemas. La recertificación de fábrica se puede utilizar para restablecer la acumulación de daños que el acoplamiento puede haber sufrido y devolverlo a su condición "como nuevo".
Ambiental
Otro factor que debe considerarse es el entorno operativo del acoplamiento. Para muchas aplicaciones en alta mar, el agua salada da como resultado un ambiente altamente corrosivo que puede acelerar la oxidación de metales ferrosos. En algunas aplicaciones, los acoplamientos se operan a temperaturas muy por encima de la clasificación de diseño debido al diseño de la protección y problemas de campo imprevistos. Esta temperatura más alta puede afectar la vida útil del acoplamiento. Si estos u otros factores ambientales son ciertos, la frecuencia de inspección del equipo debe ajustarse en consecuencia. La recertificación de fábrica devuelve el factor de servicio de los acoplamientos al valor original, "según lo diseñado".
Equipo y condiciones operativas
La simulación de la respuesta a la vibración torsional de un tren motriz es una técnica de análisis crítica porque permite la evaluación de los pares transmitidos durante la etapa de diseño del equipo. Dado que existe cierto grado de incertidumbre en los resultados del modelo, los estándares API requieren un margen de separación del 10% de cualquier frecuencia de excitación. Si bien mejores datos y técnicas de modelado han aumentado la precisión de los sistemas de torsión, los problemas pueden persistir y dar como resultado vibraciones de torsión no amortiguadas que pueden dañar el equipo.
Además, si el equipo está sujeto a un programa de funcionamiento irregular, el acoplamiento puede experimentar un par transitorio de gran magnitud con cada arranque. El ajuste inadecuado de los motores controlados por VFD puede someter al acoplamiento a oscilaciones torsionales dañinas que no se tomaron en cuenta en la fase de diseño, lo que acorta la vida útil del acoplamiento y posiblemente del equipo.
Condiciones de proceso
La vida útil del acoplamiento también puede verse reducida por variaciones en las condiciones del proceso. ¿Un compresor ha estado sujeto a eventos de sobretensión conocidos? Quizás el tren de equipos no funciona tan suavemente como se esperaba debido a las pulsaciones del flujo del proceso o la excitación inesperada de la frecuencia natural de un sistema. Por lo general, estos eventos se identifican mediante técnicas de monitoreo de condiciones; por lo general, no es posible determinar cómo podrían afectar el caso de carga del acoplamiento.
Resumen
Los acoplamientos están diseñados para ser el eslabón más débil y el componente de menor costo en equipos rotativos. A menudo se pasan por alto debido a esto, pero con frecuencia brindan información sobre las condiciones de funcionamiento del equipo. Los discos exteriores agrietados de un acoplamiento de disco pueden indicarle si el equipo está funcionando con una desalineación excesiva y la excitación de una frecuencia de torsión resonante puede causar desgaste en el centro de un paquete de discos. Si estos problemas permanecen desconocidos y no se abordan, existe un mayor riesgo de falla del equipo, así como el tiempo de inactividad no planificado asociado y la pérdida de producción.
Considere este escenario, la Planta A y la Planta B están operando trenes de compresores impulsados por turbinas de vapor idénticos desde que se pusieron en servicio hace siete años. En la Planta A, el acoplamiento ha estado operando continuamente con baja vibración desde el inicio, mientras que en la Planta B, el tren tiene un historial de problemas que causan paradas y opera con una vibración más alta atribuida a la desalineación debido a la expansión térmica. Si bien ambas plantas deben incluir el acoplamiento en el plan de mantenimiento aplicable para su activo matriz, existe una mayor probabilidad de falla para el acoplamiento en la Planta B debido a la carga adicional a la que ha estado sujeto mientras está en servicio. Suponiendo que el tren de equipos en la Planta B cuesta ~ $ 20 millones, el costo de una recertificación del acoplamiento durante el segundo cambio a los 14 años es un pequeño precio a pagar por un rendimiento continuo asegurado.
Las secciones anteriores cubren algunos posibles modos de falla que se pueden mitigar a través de Kop-Flex®Servicio de Recertificación de Fábrica. Estos elementos pueden proporcionar una base de preguntas sobre su equipo para determinar el programa de mantenimiento adecuado para el equipo y la aplicación. Como paso inicial, el uso de los intervalos de mantenimiento preventivo del resto de equipos del tren proporciona un momento ideal para inspeccionar el acoplamiento flexible. Dependiendo de los factores de riesgo de un tren específico, la recertificación de fábrica puede ser la mejor práctica para lograr el máximo tiempo de actividad de su equipo.