Estudo de caso: falha da bomba de circulação cáustica sem vedação
IMAGEM 1: Fricção severa do invólucro e cristalização cáustica (Imagens cortesia da Saudi Aramco)
O circuito de regeneração cáustica que garante a remoção do enxofre total dos líquidos de gás natural (NGL) em uma usina de gás possui duas bombas sem vedação de circulação cáustica enxuta. Essas bombas são responsáveis por fornecer a cáustica regenerada magra com gás natural (nafta) do separador de dissulfetos para o decantador de lavagem de gás natural.
Revisão do Projeto da Bomba
Essas bombas são bombas de acionamento magnético sem vedação de 178 cavalos de potência (hp) com um fluxo nominal de 294 galões por minuto (gpm) e altura diferencial total de 638 pés (ft). O fluido do processo está totalmente contido dentro do invólucro de contenção da bomba e depende para remover o calor gerado através de caminhos internos de lubrificação.
Portanto, qualquer pequena restrição aos caminhos do fluxo de lubrificação prejudicará a condição das peças internas da bomba, resultando em falha catastrófica. Além disso, o fluido corre entre o ímã interno, o invólucro de contenção e os orifícios do eixo até a parte traseira do eixo da bomba, onde retorna à sucção da bomba através do orifício de equilíbrio de empuxo no impulsor (Imagem 3). O eixo da bomba que está conectado ao ímã interno é girado pela ação do circuito de fluxo magnético entre o ímã interno e externo. O ímã externo é acoplado ao motor de acionamento por meio de outro eixo para transmitir a rotação ao ímã interno.
Informações básicas
Dentro das condições normais de operação, a bomba foi desarmada devido ao sinal de falha de sobrecarga térmica do motor. Todas as condições do processo foram verificadas e encontradas dentro dos parâmetros normais. Mais tarde, a bomba foi acionada novamente e imediatamente disparou no sinal de falha do motor parado.
IMAGEM 2: Conjunto da carcaça da bucha traseira (suporte da bucha) com almofada de impulso danificada e impacto de corrosão/erosão
A decisão foi retirar a bomba para desmontagem e inspeção interna. As principais descobertas incluem:
Houve fricção excessiva entre a tampa frontal do impulsor e a carcaça da bomba. Além disso, houve afinamento nas coberturas do impulsor. Esta é uma indicação de movimento de alto empuxo, conforme mostrado nas imagens 1 e 4.
Coxim de encosto traseiro, arruela de encosto e bucha de manga não foram encontrados no lugar. Os rolamentos de carbeto de silício falharam e seus vestígios foram encontrados dentro da carcaça da bomba (Imagens 2, 5 e 6).
Investigação e Descobertas
Uma conclusão foi alcançada com base nos resultados da inspeção acima, tendências operacionais, análise de amostras de laboratório de cáustica e análise metalúrgica. A análise do material mostrou que os grãos da bucha da manga de titânio eram de cor azul, consistente com o catalisador de processo recém-lançado em 2019. Isso foi considerado um sinal de reação de corrosão.
Suspeita-se que o catalisador encheu a bomba de reserva e, quando não está em operação, a bomba não conseguiria dispersar o líquido. O produto teria então atacado a bucha da manga dianteira, pois esta está montada na voluta da carcaça, enquanto a bucha da manga traseira está em uma área menos acessível da bomba.
Ocasionalmente, o processo é submetido a alta concentração cáustica. A análise do material mostra que deve haver uma taxa acelerada de corrosão do suporte da bucha da luva de titânio nos casos em que a bomba é exposta a concentrações cáusticas mais altas de 40% a 50%.
IMAGEM 3: Sinais de ataque químico (corrosão) no conjunto da carcaça da bucha de titânio de avaliação não destrutiva frontal (NDE)
Conforme mostrado na Imagem 6, suspeita-se que a corrosão e a perda da circunferência da bucha da luva de titânio foram suficientes para permitir que os parafusos perdessem a aderência entre o porta-bucha e o suporte. Assim, todos os suportes da bucha ficaram livres para se mover radial e axialmente, fazendo com que a almofada de encosto e a arruela de encosto de carboneto de silício se quebrassem. A falha do coxim traseiro e da arruela de encosto (rolamento ativo) aumentou o empuxo negativo e o movimento axial de todo o rotor em direção à carcaça da bomba. Isso resultou em grande desgaste na carcaça, rotor e falha na bucha radial.
Recomendação
O impacto da concentração cáustica intermitente de 50% e o novo tipo de catalisador corroeram a peça de titânio, resultando em falha do mancal de encosto.
O usuário confirmou que o uso de titânio não é uma seleção comum, mas foi solicitado pelo usuário durante a concepção do projeto. Além disso, os outros componentes da bomba são feitos de aço inoxidável duplex e não sofreram nenhum ataque de corrosão. De acordo com as descobertas, a experiência do usuário e o gráfico de corrosão, foi recomendado atualizar o material da carcaça da bucha para material de aço inoxidável duplex.
IMAGEM 4: Impacto de atrito do impulsor (afinamento)
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