การวินิจฉัยความล้มเหลวทั่วไปของของไหล: คู่มือการแก้ไขปัญหาของวิศวกรภาคสนาม

เหตุใดความล้มเหลวในการสิ้นสุดของไหลจึงต้องการความสนใจทันที

ในการปั๊มแรงดันสูง ไม่ว่าจะเป็นการแตกหักแบบไฮดรอลิก การกระตุ้นบ่อน้ำ หรือการถ่ายโอนของไหลทางอุตสาหกรรม ปลายของของไหลคือจุดที่พลังงานกลมาบรรจบกับของไหลในกระบวนการดิบ นอกจากนี้ยังเป็นจุดรวมความเครียดที่ลงโทษมากที่สุดอีกด้วย ความล้มเหลวที่ไม่ได้รับการวินิจฉัยเพียงครั้งเดียวสามารถเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว: บ่าวาล์วที่ร้าวกลายเป็นบายพาสแรงดัน ซึ่งเร่งการสึกหรอของลูกสูบ ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวในการบรรจุ ซึ่งบังคับให้ต้องปิดเครื่องฉุกเฉินซึ่งมีค่าใช้จ่ายหลายพันดอลลาร์ต่อชั่วโมงในการสูญเสียเวลาแท่นขุดเจาะ

สำหรับวิศวกรภาคสนาม ความท้าทายไม่ใช่แค่การตระหนักว่ามีบางอย่างผิดปกติ มันกำลังระบุตัวตน องค์ประกอบใดที่ล้มเหลว เหตุใดจึงล้มเหลว และต้องทำอย่างไรกับมันอย่างรวดเร็ว . คู่มือนี้จะอธิบายเกี่ยวกับโหมดความล้มเหลวของการสิ้นสุดของไหลที่พบบ่อยที่สุด สัญญาณเตือนระดับฟิลด์ที่อยู่ก่อนหน้า และวิธีการวินิจฉัยแบบมีโครงสร้างที่จะพาคุณไปยังสาเหตุที่แท้จริงโดยไม่ต้องเปลี่ยนชิ้นส่วนโดยไม่จำเป็น

ประเภทความล้มเหลวในการสิ้นสุดของไหลที่พบบ่อยที่สุด

ความล้มเหลวของของไหลแทบจะไม่เกิดขึ้นโดยไม่มีการเตือนล่วงหน้า การทำความเข้าใจประเภทความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดช่วยให้วิศวกรเชื่อมโยงอาการตั้งแต่เริ่มต้นกับการดำเนินการแก้ไขที่ถูกต้อง

ความล้มเหลวของวาล์วและบ่า

วาล์วและเบาะนั่งเป็นส่วนประกอบที่มีการสึกหรอสูงที่สุดในของเหลวส่วนปลาย พวกเขาหมุนเวียนหลายพันครั้งต่อนาทีภายใต้แรงกดดันที่แตกต่างกันอย่างมาก สาเหตุทั่วไปของความล้มเหลวก่อนกำหนด ได้แก่ อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในกระแสของเหลว รูปทรงของเบาะนั่งที่ไม่เหมาะสม และการทำงานที่สูงกว่าแรงดันที่กำหนด วาล์วที่สึกหรอไม่สามารถผนึกได้อย่างสมบูรณ์อีกต่อไป ทำให้ของเหลวสามารถเลี่ยงได้ทั้งจังหวะการดูดและจังหวะการจ่าย - ทำให้ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรลดลงและสร้างความร้อน

การบรรจุและการซีลรั่ว

ความล้มเหลวในการบรรจุจะแสดงว่ามีของเหลวไหลออกมารอบๆ ลูกสูบหรือกล่องบรรจุ สาเหตุหลัก ได้แก่ การเลือกวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ไม่ถูกต้องสำหรับเคมีของไหล การหล่อลื่นไม่เพียงพอ และการทำงานของลูกสูบเกินอัตราระยะชักที่แนะนำ แม้แต่หยดช้าๆ ก็แสดงถึงการสูญเสียแรงดันของระบบและวงจรการสึกหรอที่เร่งขึ้น : ของเหลวที่รั่วออกมาจะปนเปื้อนบริเวณการหล่อลื่นซึ่งจะเพิ่มแรงเสียดทานซึ่งทำให้ซีลสึกหรอเร็วขึ้น

การสึกหรอของลูกสูบและการให้คะแนน

พื้นผิวของลูกสูบเสื่อมสภาพเนื่องจากการเสียดสี การกัดกร่อน หรือความล้า ลูกสูบที่มีคะแนนจะเร่งการสึกหรอของการบรรจุและทำให้เกิดความล้มเหลวในการซีลโดยสมบูรณ์ในที่สุด ปัจจัยสำคัญ ได้แก่ ของเหลวที่มีของแข็งไหลผ่านตะแกรงดูด การเกิดโพรงโพรงบนใบหน้าของลูกสูบ และการวางแนวที่ไม่ตรงระหว่างลูกสูบและรูบรรจุภัณฑ์

ความเครียดแตกและกระดูกหักเมื่อยล้า

ส่วนปลายของของไหล ซึ่งโดยทั่วไปแล้วหล่อจากเหล็กโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง จะต้องได้รับแรงดันแบบไซคลิก เมื่อเวลาผ่านไป ความเข้มข้นของความเครียดที่ทางแยกของรู ช่องวาล์ว และช่องระบายสามารถทำให้เกิดรอยแตกเมื่อยล้าได้ การทำงานที่สูงกว่าแรงดันใช้งานที่กำหนด การหมุนเวียนของแรงดันที่มีแอมพลิจูดขัดขวางสูง และข้อบกพร่องของวัสดุ ล้วนเร่งการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว รอยแตกใกล้ทางระบายออกเป็นอันตรายอย่างยิ่งเพราะอาจทำให้ร่างกายล้มเหลวได้

ความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศ

การเกิดโพรงอากาศเกิดขึ้นเมื่อความดันในการดูดลดลงต่ำพอที่จะเกิดฟองไอในของเหลว เมื่อฟองอากาศเหล่านั้นยุบตัวกับพื้นผิวโลหะ จะทำให้เกิดคลื่นกระแทกเฉพาะที่ ซึ่งทำให้เกิดหลุมและกัดกร่อนบ่าวาล์ว หน้าลูกสูบ และรูปลายของไหล ขนาดของท่อดูดไม่เพียงพอ ความหนืดของของเหลวสูง และตัวกรองการดูดอุดตันเป็นสาเหตุหลัก

การอ่านสัญญาณเตือน: การรับรู้อาการระดับภาคสนาม

ความล้มเหลวในการสิ้นสุดของไหลส่วนใหญ่จะประกาศตัวเองก่อนที่จะกลายเป็นวิกฤต การรู้ว่าอาการใดสอดคล้องกับโหมดความล้มเหลวใดเป็นเส้นทางที่เร็วที่สุดในการวินิจฉัยที่แม่นยำ

หลักการด้านสนามที่สำคัญประการหนึ่ง: อย่าถือว่าความผันผวนของแรงดันเป็นปัญหาในการสอบเทียบก่อนที่จะวินิจฉัยความล้มเหลวของวาล์ว . วิศวกรมักเสียเวลาในการปรับเครื่องมือวัด เมื่อสาเหตุที่แท้จริงคือเช็ควาล์วสึกหรอซึ่งไม่สามารถเก็บแรงดันส่วนต่างได้อีกต่อไป

กระบวนการวินิจฉัยทีละขั้นตอน

ลำดับการวินิจฉัยที่มีโครงสร้างช่วยป้องกันแนวทาง "การเปลี่ยนชิ้นส่วน" ที่มีค่าใช้จ่ายสูง โดยที่ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกเปลี่ยนแบบสุ่มจนกว่าปัญหาจะหายไป ทำตามขั้นตอนเหล่านี้ตามลำดับ

ขั้นตอนที่ 1 — รวบรวมประวัติการดำเนินงาน

ก่อนสัมผัสปั๊ม ให้สัมภาษณ์ผู้ปฏิบัติงานและตรวจสอบบันทึกการทำงาน ถาม: อาการปรากฏครั้งแรกเมื่อใด? มีการเปลี่ยนแปลงของของเหลว แรงดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หรือเหตุการณ์จำกัดการดูดเมื่อเร็วๆ นี้หรือไม่ การสร้างไทม์ไลน์มักจะจำกัดความล้มเหลวให้แคบลงเหลือเพียงสาเหตุเดียวก่อนที่การตรวจสอบทางกายภาพจะเริ่มขึ้น

ขั้นตอนที่ 2 — การตรวจสอบด้วยสายตาภายนอก

เดินสำรวจปลายของเหลวทั้งหมดเพื่อค้นหาคราบของเหลว รอยการกัดกร่อน รอยแตกในร่างกาย หรือรอยร้องไห้รอบๆ ฝาครอบวาล์วและกล่องบรรจุ ให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดกับมุมของพอร์ตการเข้าถึงวาล์ว — ซึ่งเป็นจุดที่การแตกร้าวของความเครียดมักเริ่มต้นขึ้น รอยแตกบนพื้นผิวใดๆ ไม่ว่าจะปรากฏเล็กน้อยเพียงใด จำเป็นต้องได้รับการประเมินการเปลี่ยนตัวถังทันที

ขั้นตอนที่ 3 — การทดสอบแรงดันดูดและปล่อย

ติดตั้งเกจที่ปรับเทียบแล้วทั้งท่อร่วมดูดและช่องระบาย เดินปั๊มด้วยความเร็วการทำงานปกติ และเปรียบเทียบการอ่านกับข้อกำหนดพื้นฐาน แรงดันดูดที่ต่ำกว่าข้อกำหนด NPSH ขั้นต่ำของผู้ผลิตช่วยยืนยันความเสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศ แรงดันจำหน่ายที่ผันผวนมากกว่า ±5% ของค่าที่ตั้งไว้ที่สถานะคงตัว โดยทั่วไปจะบ่งชี้ว่าวาล์วบายพาส บันทึกการอ่านทั้งหมดด้วยการประทับเวลา — ข้อมูลแนวโน้มได้รับการวินิจฉัยมากกว่าจุดข้อมูลเดียว

ขั้นตอนที่ 4 — การสแกนเสียงและความร้อน

ใช้เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดหรือกล้องถ่ายภาพความร้อนเพื่อจัดทำแผนผังการกระจายอุณหภูมิทั่วทั้งตัวเรือนปลายของเหลว จุดร้อนที่สูงกว่า 20°F เหนือสภาพแวดล้อม บ่งชี้ว่ามีการบายพาสภายในเฉพาะจุดหรือการหล่อลื่นไม่เพียงพอ หูฟังของแพทย์หรือไมโครโฟนแบบสัมผัสที่ใช้กับฝาครอบวาล์วสามารถช่วยแยกได้ว่าการกระแทกเกิดขึ้นที่วาล์วเฉพาะกับส่วนต่อประสานของลูกสูบหรือไม่

ขั้นตอนที่ 5 — การถอดแยกชิ้นส่วนและการประเมินส่วนประกอบที่มีการควบคุม

เมื่อการวินิจฉัยภายนอกชี้ไปที่โซนเฉพาะ ให้ดำเนินการถอดชิ้นส่วนตามเป้าหมาย — ถอดฝาครอบวาล์วออกก่อน จากนั้นจึงตรวจสอบการบรรจุ จากนั้นจึงถอนลูกสูบ ประเมินแต่ละองค์ประกอบตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

• วาล์วและบ่า: ตรวจสอบหน้าซีลเพื่อหารูพรุน ร่องการกัดเซาะ หรือรูปแบบการสึกหรอที่ไม่สมมาตร ที่นั่งที่โยกหรือแสดงช่องว่างที่มองเห็นได้ภายใต้แรงกดของมือล้มเหลว
• การบรรจุ: มองหาการแข็งตัว การอัดขึ้นรูป หรือการย่อยสลายทางเคมี การบรรจุที่อัดเข้าไปในช่องว่างจะทำให้ลูกสูบติดเมื่อติดตั้งใหม่
• ลูกสูบ: วัด OD ที่ตำแหน่งตามแนวแกนสามตำแหน่ง ความเรียวมากกว่า 0.003 นิ้วหรือการให้คะแนนที่มองเห็นได้ต้องเปลี่ยนใหม่
• ส่วนปลายของของไหล: ทำการตรวจสอบสารแทรกซึมของสีย้อมหรืออนุภาคแม่เหล็กบนจุดตัดของรูและช่องวาล์ว หากสงสัยว่าเกิดการแตกร้าว

การซ่อมแซมกับการเปลี่ยน: การโทรที่ถูกต้อง

การตัดสินใจที่เป็นผลสืบเนื่องที่สุดประการหนึ่งที่วิศวกรภาคสนามทำคือว่าจะซ่อมแซมส่วนปลายของไหลที่เสื่อมสภาพหรือเปลี่ยนใหม่ทันที การทำผิดในทิศทางใดทิศทางหนึ่งนั้นมีค่าใช้จ่ายสูง การเปลี่ยนทดแทนโดยไม่จำเป็นทำให้สิ้นเปลืองเงินทุน ในขณะที่การขยายส่วนที่เสียหายมากเกินไปจะทำให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัย

ใช้กรอบการทำงานต่อไปนี้เป็นแนวทางในการตัดสินใจของคุณ:

• เปลี่ยนวาล์วและบรรจุภัณฑ์ เมื่อการสึกหรอถูกแยกออกจากส่วนประกอบสิ้นเปลือง และตัวเครื่องไม่มีร่องรอยของการแตกร้าวหรือการบิดเบี้ยว นี่คือการดำเนินการบำรุงรักษาตามปกติ
• เปลี่ยนลูกสูบ เมื่อความเรียวของ OD หรือการให้คะแนนพื้นผิวเกินพิกัดความเผื่อ การใช้ลูกสูบที่ทำคะแนนต่อไปจะทำลายบรรจุภัณฑ์ใหม่ภายในไม่กี่ชั่วโมง
• เปลี่ยนตัวถังปลายของเหลว เมื่อพบรอยแตกร้าวที่ได้รับการยืนยัน เมื่อเจาะแสดงการสึกหรอนอกรอบที่วัดได้ หรือเมื่อตัวถังสะสมชั่วโมงเกินอายุการใช้งานที่กำหนดของผู้ผลิต ส่วนปลายของของเหลวที่แตกร้าวนั้นไม่สามารถซ่อมแซมได้ — เป็นอันตรายต่อความปลอดภัยภายใต้ความกดดัน
• เปลี่ยนชุดปลายของเหลวทั้งชุด เป็นการเรียกที่ถูกต้องเมื่อส่วนประกอบหลายชิ้นในแอสเซมบลีใกล้หรือใกล้หมดอายุการใช้งานพร้อมกัน หรือเมื่อต้นทุนของการเปลี่ยนส่วนประกอบตามขั้นตอนในช่วงการบำรุงรักษาครั้งถัดไปเกินต้นทุนของแอสเซมบลีใหม่

บันทึกการตัดสินใจเปลี่ยนทุกครั้งพร้อมระบุสภาพส่วนประกอบที่พบเมื่อถอดแยกชิ้นส่วน ข้อมูลนี้สร้างประวัติความล้มเหลวที่ช่วยให้มีช่วงเวลาการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์เฉพาะสำหรับสภาพการทำงานของคุณ

การบำรุงรักษาเชิงป้องกันเพื่อยืดอายุการใช้งานของไหล

การแก้ไขปัญหาที่มีประสิทธิผลมากที่สุดคือสิ่งที่ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้น โปรแกรมการบำรุงรักษาเชิงป้องกันที่มีระเบียบวินัยจะจัดการกับสาเหตุที่แท้จริงของการสึกหรอของสารหล่อเย็นก่อนที่จะแสดงอาการ

ควบคุมแรงดันใช้งาน

การทำงานอย่างต่อเนื่องเหนือแรงดันใช้งานที่กำหนดของปลายของเหลวเป็นตัวขับเคลื่อนที่ใหญ่ที่สุดเพียงตัวเดียวของการแตกร้าวเมื่อยล้าก่อนวัยอันควรและการสึกหรอของวาล์ว กำหนดเพดานการปฏิบัติงานหนักที่ 90–95% ของแรงดันที่กำหนด และถือว่าส่วนที่เกินนั้นเป็นเหตุการณ์ที่ต้องรายงาน ไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นประจำ

รักษาคุณภาพของเหลว

อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในกระแสของเหลวจะเร่งทุกกลไกการสึกหรอภายใน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตะแกรงดูดมีขนาดและบำรุงรักษาเพื่อรักษาปริมาณของแข็งให้อยู่ในข้อกำหนด สำหรับงานเจาะ ให้ตรวจสอบว่าน้ำหนักโคลนและการกระจายขนาดอนุภาคอยู่ภายในพารามิเตอร์การออกแบบของปั๊มก่อนแต่ละงาน

หล่อลื่นอย่างสม่ำเสมอ

การหล่อลื่นลูกสูบไม่ใช่ทางเลือก ฟิล์มหล่อลื่นที่ไม่เพียงพอระหว่างลูกสูบและบรรจุภัณฑ์จะทำให้เกิดความร้อน เร่งการแข็งตัวของบรรจุภัณฑ์ และให้คะแนนพื้นผิวของลูกสูบ ตรวจสอบอัตราการจ่ายน้ำมันหล่อลื่นในการตรวจสอบก่อนงานทุกครั้ง และสอบเทียบตามข้อกำหนดของผู้ผลิตสำหรับอัตราระยะชักปัจจุบัน

กำหนดช่วงเวลาการตรวจสอบตามชั่วโมง ไม่ใช่ปฏิทิน

อายุการใช้งานของวาล์วและการบรรจุขึ้นอยู่กับชั่วโมงของปั๊มและรอบแรงดัน ไม่ใช่วันที่ผ่านไป ติดตามชั่วโมงปั๊มต่องานและกำหนดช่วงเวลาการเปลี่ยนส่วนประกอบตามลำดับ โดยทั่วไปทุกๆ 300–500 ชั่วโมงปั๊มสำหรับวาล์วที่ใช้งานหนัก และทุกๆ 150–250 ชั่วโมงสำหรับการบรรจุ ปรับช่วงเวลาเหล่านี้ตามข้อมูลการสึกหรอจริงจากบันทึกการแยกชิ้นส่วนของคุณเอง ไม่ใช่ค่าเริ่มต้นทั่วไปของอุตสาหกรรม

ติดตามแนวโน้ม ไม่ใช่แค่การอ่านแบบจุดต่อเวลา

การอ่านค่าแรงดันเพียงครั้งเดียวจะบอกสถานะปัจจุบันให้คุณทราบ การอ่านค่าต่างๆ อย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาหนึ่งจะบอกคุณถึงอัตราการย่อยสลาย ใช้บันทึกง่ายๆ แม้กระทั่งบันทึกด้วยลายมือ ซึ่งบันทึกแรงดันในการดูด แรงดันจ่าย อัตราระยะชัก และความผิดปกติใดๆ ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของแต่ละกะ แนวโน้มการค่อยๆ ลดลงของแรงดันระบายที่ความเร็วคงที่เป็นตัวบ่งชี้การสึกหรอของวาล์วในระยะเริ่มต้นที่ชัดเจนที่สุด ซึ่งมักจะตรวจพบได้ 12–24 ชั่วโมงก่อนที่ความล้มเหลวจะมีความสำคัญในการปฏิบัติงาน