ANALISI DELLE VIBRAZIONI IN UNA RAFFINERIA
IL CLIENTE
Il nostro cliente è una raffineria presso la quale gli ingegneri di MIPU hanno introdotto controlli di manutenzione predittiva, in particolare di analisi delle vibrazioni.
Il monitoring mensile su macchine rotanti (pompe, compressori e ventilatori) relative agli impianti di raffinazione del petrolio, ha evidenziato la presenza di un problema ad un cuscinetto nella pompa adibita alla circolazione del greggio tra i serbatoi di contenimento dello stesso.
In questo caso di studio presentiamo dettagliatamente l’ispezione del cuscinetto tramite l’analisi delle vibrazioni, e come siamo riusciti non solo a individuare con certezza e precisione il difetto, ma anche a determinare la causa che ha portato alla rottura del cuscinetto stesso.
CINEMATICA GENERALE DELL’APPARECCHIATURA
La macchina in questione è composta da un motore da 37 kW che ruota ad una velocità di circa 1500 rpm accoppiato tramite giunto alla pompa atta all’estrazione del gasolio. Questa ha montati tre cuscinetti due 7316 BECMB e un 6315, entrambi lubrificati a bagno d’olio.
ANALISI DELLE VIBRAZIONI
Gli spettri raccolti durante le rotte mensili mostrano la presenza di picchi, con relative armoniche successive, alla frequenza di 4,963x la velocità di rotazione. Tale segnale indica la presenza di un difetto di pista esterna di cuscinetto.
Associato a questo, si rileva anche la presenza di rumore di fondo, soprattutto nelle misure in Peakvue. Quest’ultimo segnale suggerisce la presenza di una non perfetta lubrificazione, causata da olio lubrificante inquinato, probabilmente dalla presenza di acqua.
Una volta raggiunte ampiezze critiche, ne è stata suggerita la sostituzione.
Figura 1. Spettro relativo al cuscinetto nel lato opposto al giunto della pompa prima della sostituzione. Si notano i picchi a 4,962 ordini relativi al difetto di pista interna.
Figura 2. Immagine relativa all’analisi in Peakvue. Si nota come l’Autocorrelazione indichi come solo 1/6 circa dell’energia dell’onda (linea nera) è causata dal difetto di cuscinetto rilevato. La parte rimanente è da associare al disturbo del segnale e quindi legato alla presenza di una non perfetta lubrificazione.
Il trend (Figura 3) mostra il peggioramento del problema di pista di cuscinetto. Dagli spettri si nota anche come siano in aumento anche le armoniche relative alla frequenza di difetto di cuscinetto (in particolare di pista esterna).
Figura 3. Trend relativo agli spettri rilevati nella pompa. Si nota come sia presente un incremento nelle ampiezze dei picchi alla frequenza di difetto di pista esterna di cuscinetto.
AZIONE CORRETTIVA
Segnalato il problema il cuscinetto è stato sostituito. A seguito dell’intervento è stata effettuata un’ispezione del supporto per valutare lo stato e le cause che hanno portato alla nascita del difetto. L’analisi visiva dei componenti del cuscinetto ha messo in luce la presenza di un vero e proprio degrado della pista esterna ed interna del cuscinetto causato da ossidazione superficiale.
Figura 4. Immagine delle « macchie » di corrosione sulle piste del cuscinetto.
Le isole di corrosione sono un chiaro indice che l’origine del problema di cuscinetto rilevato è da ricercare nell’olio lubrificante. Infatti la presenza di contaminante fa sì che il cuscinetto vada incontro più velocemente a tale fenomeno. Questa, essendo una macchina adibita al ricircolo di materiale dai serbatoi, è utilizzata con numerose fasi di accensione e spegnimento. E’ proprio durante queste ultime che il contaminante (per lo più acquoso) incomincia a creare i problemi alla macchina.
La differenza di densità fa sì che l’acqua/umidità si concentri sul fondo del cuscinetto, in particolare tra gli interstizi degli elementi volventi. L’ambiente altamente corrosivo che si viene a creare, associato alle alte temperature dell’atmosfera e del materiale “lavorato” (greggio ndr), fa sì che il processo sia sempre più gravoso.
Guardando all’aspetto del cuscinetto, questo risulta regolare e non uniforme su tutta la pista. Le isole si creano in quanto i volventi tendono a tornare nelle stesse posizioni. L’usura e la corrosione creano solchi nei quali le sfere tendono a fermarsi nelle fasi di arresto. Questo non permette che il processo si distribuisca in modo uniforme su tutta la pista.
Oltre all’analisi visiva è stato deciso di analizzare anche l’olio lubrificante presente al momento della sostituzione. Questo è stato fatto per confermare ciò che le vibrazioni avevano messo in evidenza: la presenza di olio contaminato. Le analisi dell’olio hanno messo in luce come questo fosse fortemente contaminato d’acqua e da particelle non ferrose (es. polvere). Questi componenti sono alla base dei fenomeni di corrosione descritti in precedenza. Le particelle non ferrose infatti oltre a poter creare ambienti acidi ancora più aggressivi, se molto dure possono usurare la superficie delle piste.
Le analisi hanno confermato quello che era stato dedotto con l’analisi delle vibrazioni prima e con l’analisi visiva dopo.
La contaminazione ha avuto origine da due possibili vie (o entrambe):
- – La macchina è all’aperto e senza protezione. Questo la rende facilmente penetrabile dall’acqua piovana/umidità.
- – Presenza di tracce di acqua nel lubrificante. Ciò è dovuto ad uno stoccaggio inadeguato e/o rabbocchi effettuati in modo approssimativo. In particolare si è notata la presenza di bottiglie di lubrificante aperte vicino alla macchina. Questi contenitori risultano inevitabilmente sporchi e nell’olio è sicuramente presente acqua in quanto i tappi non ermetici ne permettono la penetrazione.
CONCLUSIONI
A sostituzione avvenuta, si evidenzia come dagli spettri siano spariti i picchi relativi al difetto rilevato. La sostituzione dell’olio ha anche abbassato il rumore di fondo rilevabile nelle passate misure. Lo stato della macchina risulta essere tornato a livelli ammissibili.
Figura 5. Spettri relativi al cuscinetto del lato non accoppiato della pompa a manutenzione avvenuta.
L’analisi del cuscinetto ha permesso non solo di confermare con certezza che le frequenze di difetto di cuscinetto che emergono dagli spettri fossero quelle relative ai difetti di pista di cuscinetto presenti nel supporto, ma anche di poter determinare la causa che ha portato alla rottura del cuscinetto stesso.
Gli spettri prima e l’analisi dell’olio lubrificante poi, hanno confermato come il problema al cuscinetto abbia origini dal non perfetto stato dell’olio.
A seguito di questo e di altre segnalazioni, si è deciso di attuare un programma di controllo della metodologia di ingrassaggio/rabbocco del lubrificante.
In particolare, l’utilizzo di procedure per il rabbocco, associate a ronde d’ispezione, ha permesso di abbassare l’incidenza del problema lubrificativo sullo stato dei cuscinetti. In un solo mese si è registrato un metto miglioramento nello numero di macchine con problemi di lubrificazione. Questo è ben evidenziato e confermato dal confronto tra la campagna di vibrazioni di Giugno e quella di Luglio. Le macchine che segnalavano problemi lubrificativi (area blu scura) risultano essere diminuite, come il numero totale di macchine sulle quali procedere con attività di manutenzione. (da 59 a 48).
Figura 6. Grafico degli interventi suggeriti a Giugno (59 macchine segnalate) e a Luglio (48 macchine segnalate). Il difetto di lubrificazione è evidenziato dalla fetta di torta in blu. E’ ben evidente come si sia dimezzato il numero di macchine che presentavano problemi di lubrificazione.
Risulta chiaro come l’analisi delle vibrazioni permetta di diagnosticare i difetti accuratamente e in breve tempo. In MIPU non solo offriamo questo servizio, ma organizziamo anche corsi di formazione approfonditi che permettano ai professionisti in impianto di configurare correttamente una misura vibrazionale e introdurre un programma di controlli predittivi da subito.
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