Étude de cas : Défaillance de la pompe de circulation caustique sans joint
IMAGE 1 : Enveloppe frottant sévèrement et cristallisation caustique (Images avec l'aimable autorisation de Saudi Aramco)
La boucle de régénération caustique qui assure l'élimination du soufre total des liquides de gaz naturel (LGN) d'une usine à gaz comporte deux pompes sans joint de circulation de caustique pauvre. Ces pompes sont responsables de la livraison de la soude caustique régénérée pauvre avec du gaz naturel (naphta) du séparateur de disulfures au décanteur de lavage de gaz naturel.
Examen de la conception de la pompe
Ces pompes sont des pompes à entraînement magnétique sans joint de 178 chevaux (hp) avec un débit nominal de 294 gallons par minute (gpm) et une hauteur différentielle totale de 638 pieds (ft). Le fluide de traitement est totalement contenu à l'intérieur de la coque de confinement de la pompe et dépend de l'élimination de la chaleur générée par les voies de lubrification internes.
Par conséquent, toute légère restriction des voies d'écoulement de lubrification compromettra l'état des pièces internes de la pompe, entraînant une défaillance catastrophique. De plus, le fluide s'écoule entre l'aimant interne, la coque de confinement et à travers les trous d'arbre à l'arrière de l'arbre de la pompe où il retourne à l'aspiration de la pompe à travers le trou d'équilibrage de poussée dans la roue (Image 3). L'arbre de la pompe qui est relié à l'aimant interne est mis en rotation par l'action du circuit de flux magnétique entre l'aimant interne et l'aimant externe. L'aimant extérieur est couplé au moteur d'entraînement par un autre arbre pour transmettre la rotation à l'aimant intérieur.
Informations d'arrière-plan
Dans des conditions de fonctionnement normales, la pompe s'est déclenchée en raison du signal de défaut de surcharge thermique du moteur. Toutes les conditions de traitement ont été vérifiées et trouvées dans les paramètres normaux. Plus tard, la pompe a été redémarrée et s'est immédiatement déclenchée sur le signal de défaut du moteur bloqué.
IMAGE 2 : Ensemble de boîtier de douille arrière (support de douille) avec plaquette de butée endommagée et impact de corrosion/érosion
La décision a été de retirer la pompe pour démontage et inspection interne. Les principaux résultats comprennent :
Il y avait un frottement excessif entre le couvercle avant de la turbine et le corps de pompe. De plus, il y avait un amincissement sur les carénages de la roue. Il s'agit d'une indication d'un mouvement de poussée élevé, comme le montrent les images 1 et 4.
La plaquette de butée arrière, la rondelle de butée et la bague de manchon n'ont pas été retrouvées en place. Les roulements en carbure de silicium avaient cédé et ses traces ont été retrouvées à l'intérieur du corps de pompe (Images 2, 5 et 6).
Enquête et conclusions
Une conclusion a été tirée sur la base des résultats d'inspection ci-dessus, des tendances opérationnelles, de l'analyse des échantillons caustiques en laboratoire et de l'analyse métallurgique. L'analyse des matériaux a montré que les grains de la douille du manchon en titane étaient colorés en bleu, ce qui correspond au catalyseur de procédé nouvellement introduit en 2019. Cela a été considéré comme le signe d'une réaction de corrosion.
On soupçonne que le catalyseur a rempli la pompe de secours et lorsqu'elle n'est pas en fonctionnement, la pompe aurait été incapable de disperser le liquide. Le produit aurait alors attaqué la douille avant car celle-ci est montée dans la volute du carter, alors que la douille arrière se trouve dans une zone moins accessible de la pompe.
Occasionnellement, le procédé est soumis à une forte concentration en caustique. L'analyse des matériaux montre qu'il devrait y avoir une vitesse de corrosion accélérée du support de bague en titane dans les cas où la pompe est exposée à des concentrations caustiques supérieures de 40 % à 50 %.
IMAGE 3 : Signes d'attaque chimique (corrosion) dans l'ensemble de logement de bague en titane pour évaluation non destructive (END) avant
Comme le montre l'image 6, on soupçonne que la corrosion et la perte de la circonférence de la bague en titane ont été suffisantes pour permettre aux boulons de perdre l'adhérence entre le support de bague et le support. Par conséquent, tous les supports de douille sont devenus libres de se déplacer radialement et axialement, ce qui a entraîné l'éclatement du patin de butée et de la rondelle de butée en carbure de silicium. La défaillance du patin de butée arrière et de la rondelle de butée (palier actif) a augmenté la poussée négative et le mouvement axial de l'ensemble du rotor vers le corps de pompe. Cela a entraîné une forte usure du carter, de la roue et une défaillance de la bague radiale.
Recommandation
L'impact de la concentration caustique intermittente de 50 % et le nouveau type de catalyseur ont corrodé la pièce en titane, entraînant une défaillance du palier de butée.
L'utilisateur a confirmé que l'utilisation du titane n'est pas une sélection courante mais qu'elle a été demandée par l'utilisateur lors de la conception du projet. De plus, les autres composants de la pompe sont en acier inoxydable duplex et n'ont subi aucune attaque de corrosion. Selon les résultats, l'expérience de l'utilisateur et le tableau de corrosion, il a été recommandé de mettre à niveau le matériau du boîtier de la douille en un matériau en acier inoxydable duplex.
IMAGE 4 : impact de frottement de la turbine (amincissement)
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