Precauzioni nei cilindri dei compressori secondari di etilene

08/03/2017 17:25:08

Sommario

Tutti i macchinari, in occasione di fermate prolungate, corrono il rischio di subire dei danni provocati dalla presenza di umidità che, unitamente al contatto tra materiali di diversa natura, può provocare fenomeni di corrosione elettrolitica.

Ciò rappresenta un rischio anche per i compressori alternativi ed in particolari negli hyper compressors adibiti alla produzione di LDPE (Low Density PolyEthylene).

In occasione di una fermata prolungata, non potendo prevedere quando l’impianto avrebbe potuto ripartire, ci si è posti il problema di garantire l’integrità e la futura affidabilità di tali macchine, pertanto è stato deciso di attuare un piano di azioni e di controlli, che includesse anche una verifica su qualche componente critico come i plunger ed i relativi componenti del cilindro, atta a garantire la conservazione delle macchine.

Ciò con lo scopo di valutare l’opportunità di sottoporre i cilindri ad un intervento esteso di revisione generale, per essere pronti a ripartire avendo ridotto i rischi di sull’affidabilità e cercando nel contempo di mantenere i livelli di disponibilità di macchine e impianto normalmente ottenuti.

Poiché il cilindro esaminato, scelto in base alle ore di marcia, ha evidenziato fenomeni di potenziale pericolosità per una fermata prolungata, dopo aver verificato le ore marcia dei restanti cilindri si è deciso di estendere la revisione a tutti i cilindri, con l’obiettivo di garantire l’ottimale preservazione dei componenti.

Ciò ha coinvolto anche altre macchine dello stesso impianto, in quanto potenzialmente più importanti per l’esercizio e l’economia produttiva del sito.

Introduzione

La produzione di polietilene a bassa densità richiede impianti con reattori che operino a pressione da 1200 a 3500 bar. Compressori Booster comprimono il gas recuperato dalle fughe d’impianto ed alimentano uno o più compressoriprimari che raggiungono pressioni di 250- 300 bar circa. I compressori secondari di Etilene, detti iper-compressori, portano il gas alla pressione necessaria alla reazione.

Un compressore secondario è una macchina speciale, con manovellismo che deve sopportare spinte elevate ed i cui cilindri sono sottoposti a pressioni operative affaticanti elevatissime.

Materiali speciali ad alta resistenza sono necessari per i premistoppa (Fig. 1) e le camere di compressione, nonché per le testate dei cilindri.

Elementi di tenuta speciali e aste tuffanti (plunger) in carburo di tungsteno (WC), dotati di alta resistenza ma anche fragili, costituiscono un elemento di affidabilità, ma anche di rischio senon operano con un allineamento adeguato ese non sono adeguatamente protetti dal potenziale rischio di corrosione elettrolitica derivante dal contatto prolungato con gli elementi di tenuta del pacco premistoppa.

I compressori per la produzione di Polietilene a bassa densità (PEBD) hanno caratteristiche particolari e necessitano di attenzioni sia durante la fase operativa che durante quelle di inattività.

Gli aspetti manutentivi sono ugualmente importanti e condizionano l’affidabilità delle macchine.

La necessità di cambio di produzione o problemi di mercato richiedono talvolta situazioni di fermate prolungate. In tal caso i cilindri ed anche parti del manovellismo risentono di queste pause, che si possono trasformare in criticità se non adeguatamente gestite, portando a fenomeni di danneggiamento di parti critiche.

Attività durante soste prolungate

È allora opportuno garantire la movimentazione periodica del manovellismo, degli stantuffi e del motore elettrico mediante l’ausilio di un viratore manuale o elettrico, un componente utilizzato durante le operazioni di manutenzione della macchina che permette la lenta movimentazione dell’albero. Tale operazione – da eseguirsi almeno due volte a settimana – nel caso in esame evita il contatto prolungato tra materiali diversi nella stessa posizione. Ciò permette quindi di ridurre il rischio di danneggiamenti di natura elettrolitica dei vari componenti (aste e anelli di tenuta, nonché cuscini e perni d’albero o spinotti), che potrebbero verificarsi in caso di stazionamento prolungato in presenza di olio e umidità. Le procedure di protezionedelle macchine prevedono usualmente di mettere in marcia i sistemi ausiliari dilubrificazione e raffreddamento durante la movimentazione dell’albero, in modo da garantire anche la circolazione/ricambio degli olii macchina.

In particolare gli iper-compressori sono sensibili a questi problemi in quanto la corrosione del WC può creare difetti superficiali, di profondità variabile, che aumentano il rischio di rottura neimateriali fragili.

La presenza di difetti superficiali può infatti comportare l’esistenza di intagli che favoriscono pericolose concentrazioni di tensione.

Meno critico il problema sui cilindri di prima fase, solo nei casi in cui sono realizzati con fasce elastiche e camicie in WC. Fenomeni elettrolitici si possono verificare anche tra le tenute delle valvole assiali (anelli anti- estrusione in bronzo) e relativo alloggiamento sulla testata del cilindro. La normale protezione di tali macchine, durante ogni fermata di breve o media durata (entro i 2 mesi) prevede l’introduzione di azoto nel sistema gas (per alcune macchine anche nell’incastellatura), oltre al viraggio periodico dell’albero con la messa in marcia dei circuiti ausiliari. Tale procedura però non garantisce l’integrità dei componenti nei casi di fermate più prolungate.

In caso di fermate prolungate è opportuno che l’olio di lubrificazione manovellismo, normalmente usato durante l’esercizio, venga sostituito con un olio protettivo, al fine di preservare i circuiti e tutte le superfici esposte all’atmosfera. In tutti i casi, indipendentemente dalla durata della fermata, particolare attenzione va data all’olio delle centraline di lubrificazione dei plunger che, essendo molto igroscopico, va sempre mantenuto ad una adeguata temperatura (in modo da evitare l’ingresso di umidità che può causare fenomeni di corrosione dei plunger), o addirittura sostituito.

Nel caso in esame, oltre alle basilari procedure di conservazione su esposte, è stato deciso di controllare la situazione dei componenti critici delle macchine e in particolare dei cilindri. Specifica attenzione è stata rivolta ai compressori secondari e ai plunger.

Compressori secondari

Revisione Cilindri

In genere negli impianti si trovano compressori di varie portate e pressioni finali in funzione deiparticolari processi utilizzati.

Nel caso analizzato l’alimentazione del reattore tubolare è effettuata con iper-compressori monofase da 250 a 2500 bar di pressione. È stato deciso di controllare il cilindro col maggior

numero di ore di marcia, per verificarne lo stato dopo quasi due anni di esercizio.

Evidenze allo smontaggio

A prima vista la situazione del plunger è simile a quella riscontrata in altre occasioni per cilindri col medesimo numero di ore di marcia (Fig. 3). La parte lucida è relativa alla zona di pattinaggio.

Sono presenti impronte circonferenziali relative al contatto con anello rompi-pressione e boccola di guida.

Le valvole sono in buone condizioni, inclusi i componenti più critici come molle e poppet. La superficie esterna dei premistoppa appare in buone condizioni con presenza estesa di olio di raffreddamento. Alcune scatole mostrano fenomeni di fretting corrosion ed incipienti cricche circonferenziali di fatica.La condizione delle tenute

è tipica di quella che si ha dopo una duratadi esercizio lunga. Con gli anelli ancora in posizione si nota olio e poltiglia dovuta all’usura, con alcune rotture ed estrusioni. Non sono evidenti fenomeni di surriscaldamento eccessivo. La presenza di lubrificazione è adeguata.

Analisi approfondita del Plunger

Allo smontaggio non si notano particolari segni di danneggiamento ed è in genere si procede alla pulizia preliminare.

Dopo ripulitura il plunger presenta leggeri segni di strisciamento con gli anelli in bronzo.

Il controllo visivo è stato eseguito con lente di ingrandimento 5X sulle generatrici ogni 30°.

Dall’ispezione visiva si notano zone con piccole impronte superficiali, forse dovute a contatto con le mani durante le operazioni precedenti o con olio di lubrificazione.

Si nota inoltre qualche piccolo segno di inizio corrosione elettrolitica - molto superficiale - dovuta ad un anello in bronzo, con larghezza esattamente corrispondente ai bordi dello stesso. Da un lato per circa 2 cm, dall’altro per 6 cm circa (Fig.3).

Secondo il parere degli operatori, che normalmente eseguono il ricondizionamento dei cilindri, lo stato superficiale del plunger risulta in linea con le condizioni rilevate in altri smontaggi. Ad ogni modo, dai rilievi dimensionali questo plunger è già al minimo di tolleranza 1/1000, conseguentemente ai ricondizionamenti precedenti.

Nel codolo del plunger, nella zona di alloggiamento con il particolare intermedio della testa a croce, sono evidenti segni di fretting corrosion.

In genere sarebbe consigliabile avere a disposizione uno strumento di ingrandimento 20X o 40X con possibilità di evidenziare in maniera più appropriata le dimensioni di eventuali difetti.

In questo caso i difetti superficiali rientrano nei limiti dell’esperienza e soprattutto non mostrano porosità profonde e significative.

Interventi sui cilindri

Quando si verificano situazioni di inattività prolungata, occorre valutare le possibilità di intervento esplorativo su alcuni componenti particolari come i cilindri.

La decisione viene presa sulla base di verifica di:

  • tempo di esercizio attuale
  • MTBF (10.000 ore per il cilindro in esame)
  • Tempo previsto di fermo impianto
  • Rischi di fermate successive non previste
  • Interventi di manutenzione programmata
  • Perdite potenziali di produzione

Mediamente l’impianto si ferma una volta ogni 30 giorni per motivi programmati e/o accidentalità. Tempo di sostituzione cilindri circa 6 ore.

Sulla base delle considerazioni sopra esposte, e del lungo periodo di fermata prospettato (superiore i 2 mesi), si consiglia di:

  • smontare e revisionare i cilindri e relativi pacchi premistoppa
  • togliere i plunger, pulirli, controllarli accuratamente e proteggerli adeguatamente
  • in ambiente asciutto
  • drenare e pulire le centraline di lubrificazione plunger per evitare l’insorgere
  • di fenomeni di condensa e ossidazione
  • installare i plunger al momento del montaggio dei cilindri sulle macchine

Ciò per ridurre il rischio di gravi danneggiamenti ai plunger e rischi di ulteriori rotture del pacco premistoppa, con propagazione a quelle adiacenti.

Conclusioni

Per il ripristino dei cilindri è consigliabile di effettuare le seguenti operazioni per ogni cilindro: ricondizionare, rimontare con valvole e tenere protetto in officina privo di plunger.

Per i plunger, che sono i componenti più delicati e critici degli iper-compressori, è opportuno attenersi alle seguenti operazioni:

  • ripristino della superficie, protezione secondo procedura del Costruttore e conservazione in cassa di legno.
  • Introdurli nel premistoppa solo quando i cilindri saranno montati sulla macchina in prossimità dell’avviamento dell’impianto.

Le centraline di lubrificazione plunger vanno drenate e pulite eliminando eventuali morchie. Il successivo riempimento dovrà essere effettuato con olio fresco prima dell’avviamento impianto.

Fabio La Monica Responsabile Manutenzione, Versalis, Ragusa

Emanuele Cintolo Assistente Responsabile di Manutenzione, Versalis, Ragusa