Kritische Flansche: Fortschrittliche Unterlegscheiben verhindern Festfressen und Heißarbeiten

1. November 2022 | Von Lynnae Psimas, Ryder Britton und Shruti Bakshi, INTEGRA Technologies

Bei Schiffsausbrecharbeiten sollten Anlagen besonderes Augenmerk auf die Gestaltung der an verschraubten Flanschen verwendeten Unterlegscheiben legen. Eine einfache Änderung in diesem Bereich kann dazu beitragen, Ausfallzeiten zu reduzieren und die Sicherheit zu verbessern

Schraubflansche an Behältern und die dazugehörigen Unterlegscheiben werden in chemischen Verarbeitungsanlagen oft als unbedeutende Komponenten angesehen, die häufig übersehen werden – bis ein kritisches Problem auftritt. Eine genauere Untersuchung der Leistung und des Designs der Waschmaschine kann den Anlagen jedoch dabei helfen, Wartungszeit und -kosten deutlich zu reduzieren und die Sicherheit des Bedieners zu verbessern. Dieser Artikel beschreibt die reale Anwendung einer neuen Waschtechnologie – der Velocity Washer – in einer Petrochemie-Produktionsanlage.

Der patentierte Velocity Washer (Abbildung 1) wurde entwickelt, um schnellere Ausbrechzeiten an kritischen Flanschen zu ermöglichen. Der Velocity Washer wird an Hochdruck- und Hochtemperatur-Industrieflanschen in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Petrochemie, Fertigung und Luft- und Raumfahrt. Er reduziert Ausfallzeiten und erhöht die Sicherheit, indem er Abrieb, die Hauptursache für festsitzende Verbindungselemente, verhindert.

ABBILDUNG 1. Das symmetrische Design dieser Unterlegscheiben ermöglicht eine einfache Installation in jeder Ausrichtung

Zum Festfressen kommt es, wenn Metallteile unter hoher Belastung aneinander vorbeigleiten. Während der Bewegung können lokale Spannungen, Adhäsionsverformungen und Hitze die Bildung metallischer Bindungen vorantreiben, bis die beiden separaten Geräteteile zu einem festen Teil werden. Abrieb kommt sehr häufig vor und führt zu kostspieligen Verzögerungen und erfordert gefährliche Extraktionsmaßnahmen in den Anlagen. Die Velocity-Unterlegscheibe verhindert ein Festfressen, indem sie die Belastung einer Schraube vor dem Drehen der Mutter entfernt. Dies führt zu schnelleren und vorhersehbareren Ausbrechzeiten und dem Wegfall von Heißarbeiten, wodurch die Arbeitskosten gesenkt und die Arbeitssicherheit erhöht werden.

Der Velocity Washer wurde kürzlich für ein multinationales Petrochemieunternehmen eingeführt, um Probleme im Zusammenhang mit abgenutzten oder festsitzenden Bolzen und Muttern, Produktionsverzögerungen und Heißarbeiten in einem Prozessbereich zu beheben. Auf der Baustelle werden alle neun Monate drei große Wirbelschichtreaktoren ausgewaschen, um Feststoffansammlungen zu beseitigen. Der Standort hatte eine lange Geschichte kostspieliger Verzögerungen und möglicherweise gefährlicher Abhilfemaßnahmen beim Versuch, die Minikegel am Boden der Reaktoren zu lösen, um die besagten Auswaschungen durchzuführen. Vor der Einführung von Schnellspülern erforderte das Entfernen festgefressener Befestigungselemente das Abbrennen der Muttern, was den Auswaschvorgang um 4 bis 5 Stunden verlängerte und den Einsatz einer offenen Flamme in einem begrenzten Prozessbereich erforderte. Aufgrund der hohen Temperaturen in der Nähe der Dichtfläche des Flansches führte diese Praxis auch zu Integritätsproblemen.

Die offensichtlichen Sicherheitsprobleme, die hohen Kosten und die wiederholten Produktionsverzögerungen veranlassten den Standort, nach alternativen Lösungen zu suchen. Es wurden hydraulische Drehmomentwerkzeuge vorgeschlagen, die jedoch bei Verwendung nicht in der Lage waren, die festgefressenen Muttern zu brechen. Dies liegt daran, dass das Phänomen des Fressens viel komplexer ist als einfache hohe Reibung – es ist eine Verschmelzung der beiden Teile auf molekularer Ebene. Auch Hochtemperatur-Schraubenschmiermittel konnte das Festfressen nicht reduzieren, da es bei Prozesstemperaturen ausbrannte. Das leitende Wartungsteam vor Ort berücksichtigte auch hydraulische Muttern. Die Konsultation führte jedoch dazu, dass Integritätsexperten stattdessen den Velocity Washer vorschlugen, da dieser auf Verschleißfestigkeit, geringere Kosten und eine einfache Installation ausgerichtet ist.

Der Velocity Washer verfügt über ein zinnenförmiges Design (d. h. er verfügt über integrierte Öffnungen) und besteht aus zwei gestapelten Teilen, die wie eine normale Waschmaschine installiert werden. Aufgrund ihres symmetrischen Aufbaus ist ein falscher Einbau nicht möglich. Die Mutter wird mit Standardverfahren festgezogen und die Velocity-Unterlegscheibe bleibt während des gesamten Betriebs an Ort und Stelle. Beim Ausbruch wird die Mutter um 12 Grad nach links gedreht. Die Teile der Velocity-Unterlegscheibe kollabieren, entlasten die Mutter vollständig und verhindern ein Festfressen, bevor es beginnen kann. Die Mutter lässt sich dann leicht entfernen. Abbildung 2 veranschaulicht diese Schritte.

ABBILDUNG 2. Das Einrichtungsverfahren dieser Unterlegscheiben eliminiert das Risiko von Abrieb

Die Ingenieure des petrochemischen Standorts platzierten den Velocity Washer auf einem minikegelförmigen Flansch, um die Wirksamkeit zu testen. Beim Auswaschen verkürzte sich die gesamte Ausbruchszeit auf etwas mehr als eine Stunde, verglichen mit bis zu fünf Stunden zuvor.

Jeglicher Verschleiß – und damit auch alle Heißarbeiten – wurde eliminiert. Nach diesem positiven Ergebnis installierte das Wartungsteam des Standorts den Velocity Washer an allen Minicone-Flanschen. Sie planen auch, den Velocity Washer bei Ausfällen an anderen kritischen Flanschen zu installieren.

„Wir waren skeptisch, ob diese funktionieren würden, weil wir nicht sicher waren, ob es sich um Abrieb handelte. Es fühlte sich an, als würden sich die Muttern nie um 12 Grad bewegen, sondern sofort blockieren. Wir haben sie am Reaktor ausprobiert, der aus irgendeinem Grund am meisten hatte „Sie haben großartig funktioniert. Wir konnten alle Muttern lösen, ohne dass es zu Abnutzungserscheinungen kam“, erklärt einer der Wartungstechniker vor Ort. ■

Lynnae Psimas ist eine technische Redakteurin in Georgia und arbeitet im Auftrag von Integra Technologies. Psimas hat einen BS in Psychologie (2004) sowie einen Master of Education (2007) und einen Ph.D. in Schulpsychologie (2012) von der Georgia State University.

Ryder Britton (Telefon: 800-779-2658; E-Mail: [email protected]) ist Direktor für strategische Initiativen bei Integra Technologies in Ontario, Kanada. Er arbeitet seit 2011 bei Integra und verfügt über einen MBA der Ivey Business School der Western University.

Shruti Bakshi (E-Mail: [email protected]) ist Marketingspezialistin bei Integra Technologies. Sie verfügt über sechs Jahre Marketingerfahrung und absolviert derzeit einen Master of Management an der Schulich School of Business der York University in Toronto. Sie verfügt außerdem über einen BS-Abschluss in Biotechnologie vom Singhad College of Engineering.