Отказ насоса: причины, режимы и стратегии предотвращения

Для отраслей, которые зависят от движения жидкости, таких как очистка воды, нефть и газ, сельское хозяйство и производство, отказы насосов — это больше, чем просто неудобство. Одна поломка может привести к дорогостоящему простою, нарушить целые операции и привести к дорогостоящему ремонту или даже к катастрофическим отказам системы.

Чтобы насосы работали эффективно, важно понимать, почему они выходят из строя. Распознавание раннего предупреждения
Знаки неисправности и реализация стратегий упреждающего обслуживания могут значительно продлить срок службы оборудования, обеспечивая при этом бесперебойную работу.

Распространенные причины выхода из строя насоса

Механическое уплотнениеутечка: Большинство утечек происходит на стыке двух уплотнительных поверхностей, но иногда утечки происходят и из области вторичного уплотнения. Причинами утечки через механическое уплотнение являются сухой ход, тепловая деформация и несоосность уплотнительных колец, и это лишь некоторые из них.

Проблемы с подшипниками: Согласно техническому отчету RKB Bearing Industries Group, наиболее распространенной причиной выхода из строя подшипников является неправильная смазка (80%), вызывающая перегрев. Другие причины включают неправильный выбор подшипников, перегрузку, усталость и многое другое.

Износ рабочего колеса:Одной из наиболее распространенных причин износа рабочего колеса является эрозия, но она также может быть вызвана неправильно подобранным размером насоса, что может привести к дисбалансу давления.

Проблемы, связанные со сцеплением:Большинство отказов муфт происходит из-за несоосности, перегрузки, нетипичных факторов окружающей среды, крутильных колебаний или неправильной смазки.

Операционные ошибки:Даже самый передовой насос не прослужит долго, если его эксплуатировать за пределами предполагаемых параметров. Неправильный запуск и выключение, перегрузка или игнорирование рекомендаций производителя могут привести к перегреву, чрезмерному износу и опасным неисправностям. Для погружных насосов несоблюдение адекватных уровней погружения может привести к сухому ходу, что приведет к отказу уплотнения и перегоранию двигателя.

Проблемы с электропитанием:Стабильное электропитание имеет решающее значение для производительности насоса. Колебания напряжения, скачки напряжения и неожиданные отключения могут нанести ущерб двигателям, вызывая их перегрев, неэффективную работу или полный отказ.

Выход из строя насоса не происходит случайно — всегда есть причина. Будь то из-за небрежности, условий окружающей среды
или эксплуатационные ошибки, поломки могут быть дорогостоящими и разрушительными. Понимание основных причин поломок насосов является первым шагом к их предотвращению.

Выявление ранних признаков отказа насоса

Выход из строя насоса не происходит в одночасье — всегда есть предупреждающие признаки:

• Необычные шумы:Скрежещущие, воющие или стучащие звуки часто являются признаком кавитации, износа подшипников или нарушения соосности.

• Чрезмерная вибрация:Усиление вибрации может указывать на несоосность валов, разбалансировку рабочих колес или неисправность подшипников.

• Уменьшение расхода или давления:Внезапное падение производительности может быть вызвано засорами, утечками воздуха или внутренним износом.

• Перегрев: Если двигатели или подшипники нагреваются сильнее обычного, это может указывать на недостаточную смазку, перегрузку или проблемы с электрикой.

• Утечки или повреждение уплотнений:Видимые утечки часто указывают на изношенные уплотнения или чрезмерное внутреннее давление.

• Нестабильное потребление энергии:Скачки энергопотребления могут указывать на неэффективную или неисправную работу насоса.

Регулярные проверки, анализ вибрации и тепловой мониторинг могут помочь обнаружить эти проблемы до того, как они приведут к отказу.

Виды отказов, характерные для ESP

В то время как все насосы сталкиваются с общими рисками отказа, электрические погружные насосы (ЭПН) особенно уязвимы из-за их подводной работы и сложной конструкции. Ниже приведены некоторые распространенные уязвимости, характерные для ЭПН, и способы их устранения.

Ухудшение изоляции и отказы электрооборудования:Поскольку электрофильтры работают под водой, целостность изоляции играет важную роль в предотвращении электрических неисправностей. Со временем воздействие высоких температур, проникновение влаги и механическое напряжение могут ослабить изоляцию, увеличивая риск коротких замыканий и выхода из строя двигателя. Проведение регулярных испытаний сопротивления изоляции помогает выявить ухудшение на ранней стадии, прежде чем оно приведет к простою.

Газовая блокировка: В нефтегазовой отрасли ЭЦН склонны к газовым пробкам, когда избыточный свободный газ в перекачиваемой жидкости нарушает поток через рабочие колеса. Это приводит к потере эффективности, перегреву и потенциальному повреждению. Для борьбы с газовыми пробками операторы могут устанавливать газоотделители и корректировать конструкции впускных устройств для улучшения обработки жидкости.

Разрушение уплотнения и проникновение воды:Механические уплотнения предотвращают попадание внешних жидкостей в двигатель, но такие факторы, как износ, колебания давления и изменения температуры, могут привести к ухудшению состояния уплотнения, что приведет к проникновению воды и электрическим неисправностям. Регулярные проверки уплотнения и использование устройств выравнивания давления могут повысить долговечность уплотнения и снизить риски отказов.

Абразивное воздействие песка и твердых частиц: ESP в глубоких скважинах и нефтяных месторождениях часто работают в средах с высоким содержанием песка и абразивных частиц. Эти материалы ускоряют износ рабочих колес, диффузоров и подшипников, снижая эффективность насоса. Использование закаленных компонентов, песчаных фильтров и приводов с переменной скоростью помогает минимизировать износ и продлить срок службы насоса.

Анализ отказов насосов: диагностика и профилактика

Анализ первопричин (RCA) — это структурированный подход, используемый для определения основной причины отказов насосов. Систематически исследуя проблемы производительности, записи о техническом обслуживании и эксплуатационные данные, RCA может определить ключевые факторы, приводящие к поломкам. Такие методы, как анализ характера и последствий отказов (FMEA) и анализ дерева неисправностей (FTA), могут помочь диагностировать повторяющиеся проблемы и разрабатывать корректирующие действия.

Анализ электрической сигнатуры (ESA)проверяет сигналы тока и напряжения двигателя для обнаружения ранних признаков деградации. Этот метод особенно полезен для погружных насосов, поскольку он может выявить такие проблемы, как пробой изоляции обмотки, фазовый дисбаланс и механические перекосы, что позволяет своевременно вмешаться до возникновения сбоев.

Анализ вибрации·анализирует шаблоны и частоты вибрации, чтобы помочь выявить механические проблемы до их обострения. Необычные вибрации часто сигнализируют о несоосности, дисбалансе, износе подшипников или кавитации. Регулярный мониторинг позволяет бригадам по техническому обслуживанию решать эти проблемы заранее, сокращая незапланированные простои и расходы на ремонт.

Термографический контроль использует инфракрасное изображение для обнаружения аномальных тепловых сигнатур в насосных системах. Перегрев компонентов, таких как подшипники, уплотнения и обмотки двигателя, часто указывает на чрезмерное трение, проблемы со смазкой или электрические неисправности. Регулярные тепловизионные обследования помогают выявлять потенциальные неисправности на ранней стадии, что позволяет принимать корректирующие меры до того, как произойдет катастрофическая поломка.

Анализ масел и смазок это метод предиктивного обслуживания, который оценивает состояние смазочных материалов и обнаруживает загрязняющие вещества, такие как металлические частицы, вода и шлам. Изменение вязкости или кислотности или наличие продуктов износа может быть признаком деградации компонента. Регулярный отбор проб и тестирование помогают продлить срок службы подшипников, шестерен и уплотнений, сокращая расходы на техническое обслуживание.

Обнаружение и анализ кавитации.полезен в ситуациях, связанных с кавитацией, которая возникает, когда пузырьки пара образуются и разрушаются внутри насоса, что приводит к эрозии рабочих колес и снижению эффективности. Общие причины включают низкое давление всасывания, высокую скорость потока или неправильный выбор насоса. Акустический мониторинг, датчики давления и анализ расхода используются для обнаружения и уменьшения кавитации, предотвращая долгосрочное повреждение компонентов насоса.

Анализ остатков износа — это метод оценки состояния насоса путем исследования частиц, присутствующих в образцах масла. Размер, состав и количество металлических частиц помогают определить характер износа и виды отказов. Спектроскопия и феррография обычно используются для классификации типов износа, таких как адгезионный, абразивный или усталостный износ, что позволяет применять стратегии упреждающего обслуживания.

Мониторинг производительности насосавключает отслеживание ключевых параметров, таких как расход, давление, температура и энергопотребление. Отклонение от базовых данных производительности часто указывает на надвигающийся отказ. Внедрение систем удаленного мониторинга с аналитикой в ​​реальном времени позволяет обнаруживать проблемы на ранней стадии, оптимизируя эффективность и надежность насоса.

Мониторинг состояния погружных насосов с помощью ESA

Погружные насосы работают в суровых и труднодоступных условиях, что затрудняет внедрение традиционных методов диагностики, таких как анализ вибрации и термографический осмотр. ESA является эффективным и практичным подходом к мониторингу состояния погружных насосов по следующим причинам:

1. Неинтрузивный мониторинг

ESA анализирует электрические сигналы (ток и напряжение) от двигателя, не требуя физического доступа к насосу. Поскольку погружные насосы часто располагаются под водой, в колодцах или во взрывоопасных зонах, доступ к ним для измерения вибрации или температуры затруднен и дорог. ESA обеспечивает удаленный, неинтрузивный способ мониторинга состояния насоса без нарушения работы.

2. Раннее обнаружение механических и электрических проблем

ESA может обнаружить неисправности до того, как они проявятся в катастрофических отказах. Анализируя отклонения в электрических формах волн, ESA определяет ранние признаки:

• Пробой изоляции обмотки, приводящий к перегреву двигателя и коротким замыканиям

• Неуравновешенность фаз и колебания напряжения, приводящие к неэффективной работе двигателя и преждевременному выходу его из строя

• Дефекты стержня ротора, указывающие на потенциальную деградацию компонентов двигателя

• Механические перекосы и износ подшипников, обнаруженные по нерегулярным изменениям тока двигателя, которые коррелируют с механическим напряжением

3. Обнаружение неравномерности нагрузки и расхода насоса

В отличие от анализа вибрации, который в первую очередь фокусируется на механических аспектах, ESA может диагностировать проблемы, связанные с изменениями нагрузки насоса и проблемами потока. Изменения в сигнатурах электрического тока часто указывают на:

• Кавитация, характеризующаяся нерегулярными колебаниями нагрузки и нестабильностью двигателя

• Засоры в линиях всасывания или нагнетания, приводящие к ненормальному потреблению тока двигателем

• Износ уплотнений и рабочего колеса, увеличение энергопотребления из-за увеличения трения или неэффективности

4. Не подвержен влиянию суровых условий окружающей среды

Поскольку ESA полагается на анализ электрических сигналов, а не на показания физических датчиков, на него не влияют экстремальные температуры, высокое давление или погружение в жидкости. Это делает его идеальным для глубоких скважин, систем сточных вод, морских приложений и других труднодоступных установок.

5. Экономичность и масштабируемость

Помимо своей диагностической точности, ESA является высокомасштабируемым и экономически эффективным решением для мониторинга насосов. В отличие от традиционных методов, требующих прямого размещения датчиков, ESA обеспечивает удаленную информацию без необходимости установки дополнительного оборудования. Это делает его особенно ценным для отраслей, эксплуатирующих несколько погружных насосов в труднодоступных местах.

Предотвращение отказов насосов требует перехода от рутинных исправлений к стратегическому обслуживанию на основе состояния. С такими инструментами, как ESA, мониторинг вибрации и анализ масла, бригады по техническому обслуживанию могут выявлять проблемы на ранних стадиях, сокращать незапланированные простои и продлевать срок службы оборудования.