실패한 API 펌프 문제 해결

Jul 29, 2023

염수장 주입 펌프는 원료 용액 채굴을 실행하는 모든 염수 또는 염전 작업에서 중요한 부분입니다.

기록이 있는 2년 동안 400마력(hp), 분당 3,600회전(rpm), 4x3x16인치 원심 펌프(이미지 1, 상단) 중 하나가 2개월마다 고장났습니다. 유지 관리 비용은 예측 가능하고 높았습니다.

각각의 고장 사례는 염전의 염수 제조 공정을 방해하고 유지 관리 및 계약 비용을 수반했지만 왜 그렇게 번거로운 펌프인지는 미스터리였으며 높은 비용은 용납할 수 없었습니다.

당시 공정 설계는 그림 2와 같습니다. 누구나 아는 한 이 설계는 블리드를 재활용하기 위한 펌프 및 공정 설계가 채택된 ​​1984년으로 거슬러 올라갑니다.

공정 설계 및 업스트림 파이프라인 구성으로 인해 펌핑량은 물 위에서는 입방센티미터당 1그램(g/cm3)에서 완전히 포화된 염수 슬러그가 통과할 때는 1.20g/cm3(100% 염도)까지 다양할 수 있습니다. 시간에 따른 평균 밀도는 약 50% 염도, 즉 1.10g/cm3였지만 펌프는 평균을 보지 못하고 편차만 봤습니다.

염수 우물의 깊이가 2,500피트였기 때문에 하류 배관도 이야기의 또 다른 부분이었습니다. 이것은 왼쪽 다리에 다양한 밀도의 펌핑을 하고 오른쪽에 1.20g/cm3의 포화 염수를 갖는 U-튜브 디자인을 만들었습니다.

프로세스 설계가 펌프에 대한 도전으로 충분하지 않은 것처럼 운영자는 선호하는 방식으로 동굴 후 조절을 채택했습니다. 이는 지난 몇 년 동안의 최근 발전으로 이미 문제가 있었던 상황을 더욱 악화시켰습니다. 이 때문에 펌프는 2개월에 한 번씩 교체해야 했습니다.

따라서 공정 설계와 운영 관행의 결합으로 펌프는 최고 효율 지점(BEP) 왼쪽의 거의 정지 작동 주기를 거쳐 BEP를 건너 BEP의 맨 오른쪽에 있는 캐비테이션 작동 주기로 보내졌습니다.

운영자는 "펌프가 고장난 후에도 소금물이 오랫동안 계속 흐를 것"이라는 논리 때문에 동굴 후 조절을 선호했습니다. 운영자들은 이러한 관행이 빈번한 고장 증후군을 조장하고 있다는 사실을 깨닫지 못했습니다.

시스템 운영 기록을 살펴보면 한 달 동안의 높은 유량 기록과 낮은 유량 기록이 그 일부를 말해줍니다. 최저 유량부터 평균 유량, 최고 유량까지 큰 차이가 있었습니다. 일일 판독값의 대부분은 BEP에서 너무 멀리 떨어져 있는 흐름을 설정합니다.

문제는 유량이 높거나 낮을 뿐만 아니라 두 가지 모두(서로 다른 시기에 발생)였습니다. 펌프는 성능 곡선을 따라 분당 100갤런(gpm)의 낮은 속도에서 성능 곡선의 끝을 넘어 캐비테이션 소음이 강한 860gpm의 높은 속도까지 앞뒤로 흔들리고 있었습니다.

모터가 소비하는 전력은 더욱 놀라운 이야기를 들려줍니다. 모터는 종종 정격 전류인 52보다 훨씬 높은 전류 60으로 과부하 상태에 놓였습니다.

이는 모터 부하 측면에서도 고밀도 유체의 과잉 흐름이 심각한 문제로 지적되었으며, 그 모든 전력이 두 달마다 펌프로 들어가 자멸을 일으켰습니다.

왜 그렇게 많은 변화가 일어날까요? 펌핑 밀도에 대한 일부 데이터는 이야기를 구체화하는 데 도움이 됩니다. 측정된 염도는 200개 이상의 판독값에서 8%에서 86%까지 다양했으며 평균은 약 50%였습니다(그림 4). 공정 설계와 결합된 염분 변화로 인해 펌프는 유량 범위 전체에 걸쳐 변화하게 되었습니다.

전체 시스템을 살펴보면 펌프를 처리하는 2개의 유정(1개, 1개 출력), 3개 유정(2개는 1개 또는 그 반대) 또는 4개 유정(2개, 2개)으로 운영될 수 있습니다. 구성에 따라 방전 마찰 손실이 상당히 다릅니다.

다양한 상황에 맞게 유압 모델이 개발되었습니다. 펌프는 물만 펌핑하는 상황에 적합했으며 흐름은 캐비테이션 영역으로 들어가지 않았습니다(그림 7).