Monitorização de condição de bomba de água do mar em navio
Este artigo apresenta um exemplo de monitorização de condição de bomba de água do mar, em navio de GNL (Gás Natural Liquefeito)
Introdução
A Artesis concluiu recentemente com sucesso um ensaio de instalação do seu Monitor de Condição do Motor (MCM) para a organização global de navegação de um importante cliente da GE – uma das maiores empresas de energia do mundo. O objetivo desta instalação era validar a eficácia da tecnologia de monitorização de condição da Artesis em diversas aplicações. Este histórico de caso descreve os resultados das unidades e-MCM instaladas em duas bombas de água do mar a bordo de um navio transportador de Gás Natural Liquefeito (GNL).
A frota do cliente
A organização de navegação possui mais de 50 navios na sua frota global e já se encontra bastante ciente dos benefícios da Monitorização de Condição (CM), conduzindo uma iniciativa global bem-sucedida para adotar tecnologias e programas de CM em toda a frota. O e-MCM oferece a oportunidade de monitorizar equipamentos que estão atualmente fora do programa de CM existente, onde o equipamento pode ser inacessível ou estar numa localização perigosa para os trabalhadores.
Para a sua ampla gama de navios, que incluem transportadores de petróleo bruto e de produtos, navios petroleiros de transporte, Gás de Petróleo Liquefeito (GPL), GNL e transportadores de hidrocarbonetos, barcaças de óleo lubrificante e embarcações de apoio offshore, a organização de navegação aplica uma variedade de ferramentas para identificar, priorizar, avaliar, quantificar, mapear e controlar riscos – incluindo o risco de falha de ativos e paralisações dispendiosas.
Monitorização de condição de bomba de água do mar em navio – O projeto
O Superintendente de Engenharia da organização de navegação foi inicialmente apresentado à Artesis por meio de uma recomendação interna. Em seguida, após ler artigos na imprensa de engenharia e encontrar a equipa em um evento do setor, ficou interessado em explorar as capacidades do sistema e-MCM por conta própria.
… AO LONGO DOS MESES SEGUINTES, A EQUIPA DA ARTESIS FORNECEU UM EXCELENTE SUPORTE, ESPECIALMENTE DURANTE A FASE DE COMISSIONAMENTO, ONDE FORAM ENCONTRADOS VÁRIOS PROBLEMAS DE COMUNICAÇÃO DE SOFTWARE.
“Como acontece com toda tecnologia nova no mercado, há um certo grau de ceticismo ao embarcar num período inicial de pesquisa e desenvolvimento,” afirmou. “Para comprovar que a unidade e-MCM poderia ser uma ferramenta útil e valiosa, precisávamos de determinar se esta poderia detetar com precisão uma falha antes de uma falha catastrófica e, em última instância, proporcionar-nos um processo de monitorização não intrusivo com benefícios de redução de custos.”
“Após nos encontrarmos com a Artesis, concordamos que o nosso teste de validação seria executado até ao ponto em que uma falha específica fosse prevista e a manutenção fosse recomendada, para que a previsão pudesse ser comparada com o subsequente relatório de manutenção. As unidades foram então instaladas pelo especialista em energia do navio,” adicionou. “Nos próximos meses, a equipa da Artesis forneceu um excelente suporte, especialmente durante a fase de comissionamento, onde foram encontrados vários problemas de comunicação de software.”
As máquinas
“As duas bombas de água do mar acionadas por um motor que foram selecionadas para monitorização são bombas centrífugas verticais de dupla sucção no sistema de arrefecimento principal (Figura 1).”
Figura 1: Vista transversal da bomba de água do mar, mostrando o impulsor de seis pás com sucção dupla envolvente. O motor de acionamento acoplado diretamente não é mostrado neste desenho.
Monitorização de condição de bomba de água do mar em navio – Avaliação da condição da máquina
A Artesis realizou avaliações iniciais com relatórios preliminares indicando que ambas as bombas de água do mar monitorizadas estavam a sofrer de atrito, desalinhamento, uma anomalia na passagem da pá e uma redução na eficiência de bombagem que sugeriam que o desalinhamento inicial havia contribuído para danos no impulsor.
Relatórios sucessivos aumentaram as indicações de erosão ou corrosão progressiva dos componentes internos da bomba, com uma diminuição gradual no consumo de energia à medida que a bomba conseguia realizar menos trabalho útil.
Os especialistas em monitorização previram que o desempenho da bomba continuaria a diminuir à medida que a erosão avançasse. Este processo de análise também permitiu que a equipa utilizasse o fator de potência e a carga elétrica (kW) como um indicador simples do desempenho de bombagem e da condição das peças suscetíveis à erosão.
A informação do software
As informações iniciais apresentadas pelo software estão na forma de “sinais luminosos” (cores vermelha, amarela e verde) numa janela de diagnóstico (Figura 2).
Figura 2: Esta janela de diagnóstico mostra a situação que existia aproximadamente 6 meses após o início do processo de monitorização, com alarmes de nível 1 para Desalinhamento e Problemas no Rotor, bem como falhas elétricas internas e externas que podem indicar deterioração do estator como resultado do desalinhamento. Os alarmes de desequilíbrio de corrente mostraram que aumentou para mais de 10%, indicando possível dano no estator.
As luzes vermelhas indicam um problema que requer atenção, e orientações simples são fornecidas sobre a urgência associada ao problema e o trabalho necessário para resolvê-lo. Informações adicionais sobre esses problemas estão disponíveis por meio de linhas de tendência que mostram como os parâmetros monitorizados mudaram ao longo do tempo (Figura 3).
Figura 3: O gráfico de tendência evidencia uma diminuição progressiva gradual nos parâmetros de potência ativa e fator de potência para a Bomba de Água do Mar do Sistema de Arrefecimento Principal Número 1.
As curvas de tendência
As curvas de tendência podem ser exibidas para todos os parâmetros medidos e derivados. Na maioria dos casos, as curvas de tendência são rotuladas automaticamente com o parâmetro causador da anomalia. No entanto, em alguns casos, um problema incomum pode não ser classificado automaticamente pelo equipamento e requer interpretação especializada. O especialista pode analisar a curva de densidade espectral de potência (PSD) e outros parâmetros – que estão além do âmbito deste artigo – para identificar a natureza do problema subjacente. Neste caso, foi possível identificar uma anomalia correspondente à frequência de passagem das pás, confirmando o diagnóstico de que algo no interior da bomba estava a interferir com o fluxo normal e suave da água.
Curiosamente, à medida que o tempo passava, a potência continuava a diminuir, mas algumas indicações de atritos e problemas no estator do motor diminuíram, consistente com as cargas de desalinhamento interno diminuindo à medida que o desgaste interno ocorria dentro da bomba. Isso foi seguido por uma diminuição na intensidade dos sinais de frequência de passagem da pá, indicando uma perda de eficácia do impulsor, sugerindo que ele foi fortemente afetado por erosão ou outro dano.
Monitorização de condição de bomba de água do mar em navio – O relatório efetuado
Ao entregar um relatório de manutenção sucinto e informativo no final do teste, a Artesis afirmou que havia sinais de danos nos anéis de desgaste e uma perda de desempenho consistente com um buraco na carcaça da bomba (Figura 4).
Figura 4: Identificação de locais de degradação das condições da bomba.
Monitorização de condição de bomba de água do mar em navio – resultados da inspeção
Assim que o fator de potência caiu abaixo de um limite pré-determinado, foi agendada uma manutenção para desmontar o motor e a bomba para comparar as condições encontradas com as avaliações fornecidas pela unidade e-MCM. Quando a tampa superior da carcaça foi removida, ficou muito evidente que as pás de fluxo (aletas) haviam sofrido uma perda significativa de metal devido à erosão (Figura 5).
Figura 5: Peças internas da bomba após remoção para inspeção. Observe-se a perda significativa de metal nas extremidades das pás de fluxo da carcaça (volutas). Aproximadamente 19 mm de metal foram perdidos em dois locais. A espessura das volutas também foi reduzida da dimensão original de 7 mm para 4,5 mm. Descobriu-se que a anomalia na passagem da pá foi causada por este dano, em vez da deterioração do impulsor.
O impulsor estava levemente sujo, e os anéis de desgaste haviam erodido, causando uma redução no desempenho ao permitir o fluxo de recirculação. Um pequeno buraco também havia sido erodido na carcaça da bomba, onde uma perturbação no fluxo foi produzida por um parafuso de retenção do anel de desgaste (Figura 6).
Figura 6: Ao desmontar, descobriu-se que a erosão havia formado um buraco na carcaça da bomba, no ponto onde um parafuso de retenção do anel de desgaste causou uma perturbação localizada no fluxo.
Monitorização de condição de bomba de água do mar em navio – intervenção na bomba
• O impulsor estava em boas condições, então foi simplesmente limpo e reutilizado (Figuras 7 e 8).
• Os anéis de desgaste erodidos foram substituídos, restaurando as folgas normais e a eficiência da bomba.
• O orifício na carcaça da bomba foi reparado usando técnicas de resina a frio, impedindo uma maior deterioração da carcaça naquele local.
• Embora as aletas da carcaça estivessem fortemente erodidas, elas não estavam a impactar significativamente o desempenho, então a tampa da carcaça foi reutilizada sem reparar as aletas.
• O custo dos reparos foi aproximadamente 10% do custo “normal” de substituição da bomba associado ao regime anterior de Operar até Falhar (OTF).
Figura 7: Impulsor após a limpeza. Vista axial em um dos olhos do impulsor (sucção).
Figura 8: Impulsor após a limpeza. Vista radial das pontas das pás do impulsor (descarga).
A subsequente substituição dos anéis de desgaste e a reparação do buraco na carcaça ajudaram a restaurar a eficiência da bomba para níveis normais. Também foi relatado que o conserto do buraco na carcaça, onde está localizado o parafuso de retenção do anel de desgaste, salvou a carcaça da bomba de uma deterioração adicional. Embora as aletas da carcaça da bomba tenham sofrido uma perda significativa de material durante o teste, e tenha sido aconselhado que estas deveriam ser reparadas, isso não era essencial para a operação da bomba. Não foram registados danos no rotor ou estator do motor de acionamento, e nenhum dano foi sugerido pelos dados do teste.
Monitorização de condição de bomba de água do mar em navio – a conclusão do teste
Ao finalizar com êxito o teste, o Superintendente de Engenharia concluiu: “A monitorização do sistema online foi a parte mais benéfica do processo de teste. Utilizar um simples sistema de semáforo para identificar a existência de uma falha, quando e onde apropriado, permitiu investigações intrusivas e reparos antes da falha. Esta indicação remota online possibilitou uma redução nas horas de trabalho de manutenção e no tempo de inatividade. As unidades e-MCM têm o potencial de economizar em peças de reposição, e continuamos a avaliar a funcionalidade da Artesis em várias aplicações dentro da nossa frota.”
A aplicação da tecnologia e-MCM facilitou a implementação de uma abordagem proativa para a manutenção de bombas, resultando numa redução de custos de 90% em relação ao método anterior de substituir toda a bomba após sua falha.
