Solução de problemas de uma bomba de API com falha

Jul 29, 2023

Uma bomba de injeção de salmoura é uma parte crítica de qualquer operação de salmoura ou planta de sal praticando mineração de solução para matéria-prima.

Durante os dois anos para os quais os registros estavam disponíveis, uma dessas bombas centrífugas de 400 cavalos (hp), 3.600 rotações por minuto (rpm), 4x3x16 polegadas (Imagem 1, superior) falhava a cada dois meses. Os custos de manutenção eram previsíveis e altos.

Cada instância de falha era uma interrupção do processo na produção de salmoura para uma planta de sal e envolvia manutenção e custos de empreiteiros, mas por que era uma bomba tão problemática era um mistério, e os altos custos não podiam ser tolerados.

O projeto do processo na época era o mostrado na Imagem 2. Pelo que todos sabiam, esse projeto datava de 1984, quando essa bomba e o projeto do processo para reciclar sangrias foram adotados.

Devido ao projeto do processo e à configuração do duto a montante, o bombeamento pode variar de 1 grama por centímetro cúbico (g/cm3) quando na água, a 1,20 g/cm3 (100% de salinidade) quando passa um pouco de salmoura totalmente saturada. A densidade média ao longo do tempo foi de cerca de 50% de salinidade ou 1,10 g/cm3, mas a bomba não viu tanto a média quanto as variações.

A tubulação a jusante era outra parte da história, já que os poços de salmoura tinham 2.500 pés de profundidade. Estes fizeram um projeto de tubo em U com bombeamento de densidade variável na perna esquerda e salmoura saturada a 1,20 g/cm3 na direita.

Como se o projeto do processo não fosse um desafio suficiente para a bomba, os operadores adotaram, como prática preferencial, o estrangulamento pós-caverna. Este foi um desenvolvimento recente nos últimos dois anos e exacerbou o que já era uma situação problemática. Por causa disso, as bombas precisavam ser trocadas a cada dois meses.

Portanto, a combinação de projeto de processo e prática operacional enviou a bomba por meio de um ciclo de operação quase inoperante à esquerda do ponto de melhor eficiência (BEP), cruzando o BEP para operar em cavitação à extrema direita do BEP.

O estrangulamento pós-caverna foi preferido pelos operadores por causa da lógica de que "a salmoura continuaria fluindo por muito tempo após a falha de uma bomba". Os operadores não perceberam que esta prática estava promovendo a síndrome de falha frequente.

Olhando para os registros da operação do sistema, os registros de alta e baixa vazão durante um mês contaram parte da história. Houve uma grande variação do fluxo mais baixo para o médio e para o mais alto. Muitas das leituras diárias colocam o fluxo no que seria muito longe do BEP.

O problema não era apenas fluxo alto ou baixo, mas ambos (ocorrendo em momentos diferentes). A bomba balançava para frente e para trás em sua curva de desempenho de tão baixo quanto 100 galões por minuto (gpm) para uma taxa alta de 860 gpm, que estava além do final da curva de desempenho e quando o ruído de cavitação era forte.

A potência consumida pelo motor contava uma história mais surpreendente. O motor estava freqüentemente em uma condição de sobrecarga, com amperes de até 60 - muito acima da classificação nominal de 52.

Isso apontava para o fluxo excessivo de fluido de alta densidade como um problema sério também no aspecto de carga do motor, e toda essa energia estava indo para a bomba e causando autodestruição a cada dois meses.

Por que tanta variação estaria ocorrendo? Alguns dados sobre a densidade do bombeamento ajudam a aprofundar a história. A salinidade medida variou de 8% a 86% em mais de 200 leituras, e as médias ficaram em torno de 50% (Imagem 4). A variação de salinidade, combinada com o projeto do processo, forçava a bomba a variar em toda a sua faixa de vazão.

Olhando para todo o sistema, ele poderia funcionar com dois poços operando (um dentro, um fora), três poços (dois dentro um fora ou vice-versa) ou quatro poços (dois dentro, dois fora), que tratavam as bombas a perdas por atrito de descarga consideravelmente diferentes, dependendo da configuração.

Modelos hidráulicos foram desenvolvidos para as diferentes situações. A bomba era adequada para a situação de bombeamento apenas na água e o fluxo não iria para a zona de cavitação (Imagem 7).