TECHPUNKT Budowa i diagnostyka wibroakustyczna maszyn

TECHPUNKT Budowa i diagnostyka wibroakustyczna maszyn dr inż. Paweł Grudziński, 71-143 Szczecin, ul. Stanisława Kostki 8/2, tel. 914860000, fax 918808180 NIP 852-101-55-40 Regon 810686520 ANALIZA I OCENA MODERNIZACJI FUNDAMENTOWANIA SPRĘŻAREK I UCHWYTOWANA RUROCIĄGÓW NA SPRĘŻARKACH GAZU SYNTEZOWEGO W ZAKŁADACH AZOTOWYCH PUŁAWY S.A. wykonana na zlecenie z dnia 02.11.2009 r. Zakładu Konstrukcji i Ekspertyz TECHMARIN Sp. z o.o. ul. Karsiborska 4d w Świnoujściu Wykonawcy: Prof. dr hab. inż. Karol Grudziński Dr inż. Paweł Grudziński Szczecin, listopad 2009

TECHPUNKT Budowa i diagnostyka wibroakustyczna maszyn dr inż. Paweł Grudziński, 71-143 Szczecin, ul. Stanisława Kostki 8/2, tel. 914860000, fax 918808180 NIP 852-101-55-40 Regon 810686520 SPIS TREŚCI 1. Uwagi wstępne. 3 2. Ogólna charakterystyka przedmiotu analizy i oceny.. 4 3. Prace modernizacyjne dotyczące fundamentowania sprężarek i uchwytowania rurociągów.. 10 4. Ocena oryginalności i jakości wykonanych prac remontowomodernizacyjnych 15 5. Wnioski końcowe... 21 6. Materiały źródłowe... 22

1. Uwagi wstępne 1.1 Cel pracy Celem tej pracy jest dokonanie analizy i oceny prac wykonanych przez Zakład Konstrukcji i Ekspertyz TECHMARIN Sp. z o. o. w Świnoujściu w zakresie napraw i modernizacji fundamentowania sprężarek gazu syntezowego typu 6HGP/4 oraz uchwytowania podłączonych do nich rurociągów w obrębie hali kompresorowni D-66 Zakładu Amoniaku, Wydziału Syntezy w Zakładach Azotowych Puławy S.A., w latach 2005-09. 1. 2 Podstawa merytoryczna wykonania pracy Pracę wykonano w oparciu o: wizję lokalną dokonaną w hali kompresorowni D-66 Zakładu Amoniaku, Wydziału Syntezy w Zakładach Azotowych Puławy S.A. i przeprowadzone rozmowy z mgr inż. Tadeuszem Wiśniewskim - Inżynierem Utrzymania Ruchu Pionu Agro ZAP oraz mgr Ryszardem Klimczakiem - Zastępcą Dyrektora firmy TECHMARIN, nadzorującym wykonawców prac remontowomodernizacyjnych, w dniach 13. i 14. 10. 2009 r.; wizję lokalną w hali kompresorowni D-66 Zakładu Amoniaku dokonaną wcześniej, w dniu 09. 01 2008 r.; wyniki pomiarów drgań (przemieszczeń) przeprowadzonych na sprężarkach tłokowych KS-1, KS-7, KS-9 przed i po dokonaniu modernizacji; Protokół odbioru branżowego Nr 2/TWC/597/2006 z dnia 04. 09. 2006 r, dotyczący Modernizacji sprężarek gazu syntezowego ; Opinii o działalności firmy TECHMARIN, z dnia 17. 03. 2008 r., wystawionej przez Zakłady Azotowe Puławy S.A.; rysunki i zdjęcia fotograficzne oraz dane dotyczące prac modernizacyjnych wykonywanych w ZAP dostarczone przez Zleceniodawcę TECHMARIN ; ponad 35-letnie doświadczenia własne, zdobyte podczas opracowywania specjalnego tworzywa i nowoczesnej technologii fundamentowania maszyn i urządzeń z ich użyciem oraz ich praktycznych zastosowań na ok. 10 000 różnych maszyn i urządzeń technicznych, eksploatowanych w warunkach morskich i lądowych. Opisy i efekty tych prac przedstawione zostały w książce [1] oraz licznych opracowaniach i publikacjach [2-6]. 3

2. Ogólna charakterystyka przedmiotu analizy i oceny Przedmiotem analizy i oceny jest modernizacja fundamentowania sprężarek gazu syntezowego typu 6HGP/4 firmy Nuovo Pignone (Włochy) oraz uchwytowania podłączonych do nich rurociągów, zainstalowanych w obrębie hali kompresorowni D- 66 Zakładu Amoniaku, Wydziału Syntezy Zakładów Azotowych Puławy S.A. W hali kompresorowni znajduje się 11 sprężarek tłokowych gazu syntezowego oraz 6 kompresorów powietrza. Dwie sprężarki gazu syntezowego i jeden kompresor powietrza tworzą jedną linię produkcyjną. Łącznie jest 5 linii produkcyjnych. Jedna sprężarka gazu syntezowego i jeden kompresor powietrza stanowią rezerwę i mogą zastąpić odpowiednio każdą inną jednostkę w przypadku awarii lub planowego remontu. Sprężarki tłokowe gazu syntezowego należą do urządzeń technicznych (o ruchu posuwisto-zwrotnym) wytwarzających duże siły dynamiczne i drgania, oddziałujące niekorzystnie na fundamenty, podłączone do nich rurociągi i otoczenie, konstrukcję hali i przyległe do niej pomieszczenia. Biorąc pod uwagę fakt, że jednocześnie pracować może 5 linii produkcyjnych (10 sprężarek gazu i 5 kompresorów powietrza), generowane przez nie wibracje i hałasy stanowią często poważny problem techniczny i społeczny (zdrowotny). Wibracje i hałasy generowane przez sprężarki są niepożądanym i nieuniknionym zjawiskiem naturalnym. Problem polega na tym, że ich intensywność nie może być zbyt duża i przekraczać pewnych wartości, uznanych za dopuszczalne ze względów czysto technicznych (bezpieczeństwo maszyn i urządzeń), albo też ze względów formalnych, wynikających z określonych przepisów dotyczących ochrony środowiska (ograniczenia hałasu). Problemy drganiowe sprężarek tłokowych dostrzegane są przez ich użytkowników często dopiero wtedy, gdy występują powtarzające się ich uszkodzenia, powodujące znaczne przestoje i straty produkcyjne oraz duże koszty napraw. Sytuacje takie są dość powszechne i występują wszędzie tam, gdzie ciężkie maszyny i urządzenia tłokowe posadowione zostały w sposób tradycyjny na fundamentach żelbetowych z zastosowaniem płyt stalowych zakotwionych w betonie oraz stalowych podkładek wyrównawczych, w miejscach ich podparcia i zamocowania do fundamentu za pomocą śrub. Klasycznym przykładem dobrze ilustrującym takie sytuacje są omawiane tutaj sprężarki gazu syntezowego 6HGP/4 (rys. 1). 4

Rys. 1. Widok ogólny sprężarki tłokowej gazu syntezowego typu 6HGP/4 posadowionej w sposób tradycyjny na fundamencie betonowym (przed modernizacją fundamentowania) Sprężarki te posadowione zostały na Wydziale Syntezy Zakładu Amoniaku ZAP na fundamentach betonowych w sposób tradycyjny (według zaleceń ich producenta) i eksploatowane są od 1966 r. Według informacji uzyskanych od ich użytkownika, już po stosunkowo krótkim czasie ich eksploatacji zaczęły występować pewne problemy, które narastały w czasie i sprawiały wiele kłopotów. Polegały one głównie na: występowaniu nadmiernych drgań, przenoszących się na konstrukcję hali i do przyległych pomieszczeń; luzowaniu się połączeń śrubowych i urywaniu się śrub fundamentowych; wykruszaniu się i pękaniu fundamentu betonowego (np. odłamaniu się narożnika, rys. 4e); pękaniu elementów korpusowych sprężarki, a w tym także skrzyni korbowej; dużej awaryjności urządzeń, pociągającej za sobą znaczne straty gospodarcze i finansowe oraz duże koszy napraw. 5

Prawidłowe działanie, niezawodność i trwałość ciężkich sprężarek tłokowych zależą nie tylko od ich konstrukcji i jakości wykonania, ale także -- w dużym stopniu od sposobu i jakości wykonania ich posadowień na fundamencie. Przeprowadzone w tym zakresie badania na omawianych tutaj sprężarkach, a także na wielu innych podobnych obiektach wykazały [1-3, 9, 12], że główną przyczyną występowania nadmiernych drgań i dużej awaryjności jest niska jakość i duża zawodność tradycyjnego sposobu ich fundamentowania na podkładkach stalowych, albo też bezpośrednio na podlewkach betonowych. Jest to sposób przestarzały, który okazał się bardzo zawodny w praktyce. Zasadnicze wady tego sposobu fundamentowania polegają na: - dużej trudności odpowiedniego dopasowania wysokości wszystkich podkładek do powierzchni oporowych fundamentu i podstawy posadawianego obiektu (sprężarki), - braku możliwości zapewnienia dobrego kontaktu powierzchniowego pomiędzy betonem a płytą lub podkładką stalową, a także pomiędzy dwiema powierzchniami metalowymi. Ogólnie rzecz biorąc, konieczność stosowania płyt stalowych zakotwionych w betonie i stalowych podkładek wyrównawczych, w tradycyjnym sposobie posadawiania sprężarek tłokowych (rys, 2a), wynika z trudności wzajemnego dopasowania do siebie dużych powierzchni oporowych fundamentów i podstaw montowanych obiektów, a przede wszystkim z potrzeby dokładnego ustawienia współpracujących ze sobą elementów zespołu sprężarkowego. Zastosowanie podkładek fundamentowych powoduje zastąpienie podparcia ciągłego (powierzchniowego) podparciem niejako dyskretnym w określonej liczbie punktów. W przypadku, gdy takich punktów podparcia jest więcej niż trzy, układ staje się statycznie niewyznaczalny. Powstają wówczas duże trudności w odpowiednim dopasowaniu wysokości wszystkich podkładek i określeniu sił wzajemnego oddziaływania maszyny i fundamentu. W ciężkich sprężarkach i współpracujących z nimi urządzeniach liczba podkładek fundamentowych jest zwykle dużo większa od trzech. Układy takie są wiec wielokrotnie statycznie niewyznaczalne, co mocno komplikuje problem ich należytego fundamentowania. Nawet przy bardzo małych niedopasowaniach wysokości metalowych podkładek fundamentowych oraz współpracujących ze sobą elementów zespołu sprężarki, ze względu na ich dużą sztywność, w montowanym układzie powstają zwykle duże, nieprzewidziane (ukryte) naprężenia montażowe. Skutki występowania tych naprężeń, w połączeniu z naprężeniami termicznymi i roboczymi, ujawniają się zwykle dopiero w czasie eksploatacji urządzeń i są częstą przyczyną różnych awarii. Czasami stosuje się posadawianie skrzyni korbowej bezpośrednia na podlewkach betonowych i mocuje śrubami zakotwionymi w betonie (rys.2b), co także ma szereg wad, omówionych niżej. 6

Rys. 2. Schematy tradycyjnego posadowienia skrzyni korbowej sprężarki na fundamencie betonowym: a) przy zastosowaniu płyty i podkładki stalowej oraz pakietu cienkich blach, b) bezpośrednio na podlewce z betonu Z przeprowadzonych badań wynika ponadto [1, 2, 6], że nawet przy nominalnie dobrym dopasowaniu wysokości poszczególnych podkładek fundamentowych, albo też podlewki betonowej, występujące na ich powierzchniach makro- i mikronierówności powodują, że kontakt oddziałujących na siebie powierzchni ma charakter dyskretny i odbywa się tylko na wierzchołkach najwyższych nierówności (rys. 2). Rzeczywista powierzchnia styku podkładki z fundamentem i posadowionym obiektem jest bardzo mała w porównaniu z ich nominalną powierzchnią podparcia. Ponadto brak jest też sił adhezji w kontakcie metalu z betonem oraz metalu z metalem. Pod wpływem sił dynamicznych pod płytą stalową powstają bardzo szybko mikrowykruszenia i górna (zwykle słabsza) warstwa betonu zamienia się w drobny pył. Prowadzi to w efekcie do obluzowania się połączenia, wzrostu drgań i często także powstawania znacznych wykruszeń i makropęknięć betonu w górnej warstwie. Pęknięcia te przenikają z czasem w głąb fundamentu, powodując jego osłabienie albo też wyłamanie się jego części, np. narożnika (rys. 4e). Poziomowanie i kasowanie luzów za pomocą pakietu cienkich blach (rys. 2a) w dokładnym posadawianiu ciężkich maszyn i urządzeń na fundamencie (zarówno betonowym jak i stalowym) ma wiele istotnych wad i uznawane jest dzisiaj jako niewłaściwe z technicznego punktu widzenia, ze względu na dużą sprężystoplastyczną podatność kontaktową oddziałujących na siebie licznych powierzchni metalowych. Powoduje to tzw. wybijanie się i osiadanie powierzchni nośnych podkładek i fundamentu oraz luzowanie się fundamentowych połączeń śrubowych. W efekcie taki tradycyjny sposób fundamentowania jak na rys. 2, nie spełnia należycie swojego zadania i jest często główną przyczyną nadmiernych drgań i wielu problemów występujących i narastających w czasie eksploatacji sprężarki. Odrębnym problemem jest też występowanie korozji na styku stali z betonem oraz mała odporność na działania różnych czynników chemicznych. 7

Przeprowadzone pomiary drgań na przedmiotowych sprężarkach gazu syntezowego, przed modernizacją ich fundamentowania [9, 12], wykazały ponad wszelką wątpliwość, że ich zły stan dynamiczny, (objawiający się w nadmiernych drganiach), jest skutkiem nieprawidłowego mocowania ich elementów do podłoża, w szczególności zaś występowania znacznych luzów w mocowaniach do fundamentu ich korpusów i podpór komór wodzikowych. Nadmierne drgania stwierdzono także na rurociągach przynależnych do tych sprężarek. Na rys. 3 i 4 pokazano pewne fragmenty fundamentów sprężarek podczas ich rozbiórki przed modernizacją. Rysunek 3 pokazuje fragment ławy fundamentowej pod skrzynię korbową sprężarki z widocznymi pakietami obluzowanych blach, zabetonowanych w pobliżu śrub fundamentowych. Rys. 3. Fragment ławy fundamentowej pod skrzynią korbową sprężarki z widocznym pakietem obluzowanych blach w pobliżu śrub fundamentowych Na rysunkach 4 pokazano fragmenty innego fundamentu podczas jego rozbiórki. W tym wypadku ława fundamentowa została wykonana jako podlewka betonowa pod odpowiednio ustawioną skrzynią korbową, która następnie zamocowana została śrubami zakotwionymi w betonie. Na rysunku 4b pokazany jest fragment bezpośredniego posadowienia na betonie, po demontażu skrzyni korbowej. Podlewka betonowa nie zapewnia dobrego kontaktu pomiędzy oddziałującymi na siebie powierzchniami (rys. 2b). Rysunki 4c i d pokazują wykruszenia na powierzchni i głębokie pęknięcia betonu w miejscach zakotwionych płyt fundamentowych, stanowiących punkty podparcia i mocowania podpór komór wodzikowych sprężarki na fundamencie. Na rysunku 4e pokazano schematycznie przypadek odłamania się narożnika fundamentu. 8

a) b) c) d) e) Rys. 4. Przykładowe wady i skutki tradycyjnego sposobu fundamentowania sprężarek gazu syntezowego w Zakładzie Amoniaku ZAP 9

Ponieważ dokonywane w tym zakresie różne naprawy, podczas usuwania awarii, przy zachowaniu tradycyjnej metody fundamentowania, okazywały się mało skuteczne i krótkotrwałe, podjęto decyzję o dokonaniu gruntownej modernizacji fundamentowania przedmiotowych sprężarek oraz uchwytowania rurociągów, przy wykorzystaniu do tego celu nowoczesnej wiedzy i środków technicznych. Wykonania tych modernizacji podjął się Zakład Konstrukcji i Ekspertyz TECHMARIN Sp. z o.o. w Świnoujściu. 3. Prace modernizacyjne dotyczące fundamentowania sprężarek i uchwytowania rurociągów Problemy nadmiernych drgań i dużej zawodności (awaryjności) dotyczą nie tylko omawianych tutaj sprężarek tłokowych, ale także wielu innych maszyn i urządzeń tłokowych, posadowionych na fundamencie (betonowym lub stalowym) w sposób tradycyjny. Najpierw problem ten ujawnił i okazał się bardzo dotkliwy w przypadku maszyn i urządzeń okrętowych, a w szczególności dużych silników spalinowych napędu głównego, gdzie występują bardzo duże siły dynamiczne, wynikające nie tylko z pracy silnika, ale także falowania morza. Dlatego też w tym obszarze zaczęto najpierw poszukiwać różnych środków zaradczych oraz nowszych, lepszych rozwiązań dotyczących fundamentowania. Szczególną uwagę zwrócono na możliwości zastosowania do tego celu tworzyw sztucznych. Po wielu próbach i badaniach, dzięki opracowaniu (w latach 70. i 80. ub. w.) specjalnych kompozytów polimerowych na podkładki fundamentowe i zastosowaniu nowych technologii montażu z ich użyciem, w okrętownictwie problem ten został rozwiązany w takim stopniu, który dobrze spełnia wysokie wymagania techniczne i eksploatacyjne i zdobył powszechne uznanie na świecie. Na obecnym etapie ten sposób fundamentowania uważany jest za optymalny pod względem technicznym, ekonomicznym i eksploatacyjnym [1]. Dzięki licznym zaletom sposób ten stosowany jest obecnie także coraz szerzej w posadawianiu na fundamencie różnych ciężkich maszyn i urządzeń lądowych, zwłaszcza zaś generujących duże siły dynamiczne. Nowy sposób fundamentowania maszyn i urządzeń, przy użyciu specjalnie do tego celu opracowanego tworzywa polimerowego, w dużym skrócie, polega na dokładnym ustawieniu posadawianego obiektu na fundamencie (w pozycji roboczej), za pomocą śrub ustawczych lub klinów, wykonaniu między fundamentem a podstawą urządzenia odpowiednich form zalewowych z pianki poliuretanowej i blachy stalowej, a następnie zalaniu ich ciekłą kompozycją (odpowiednio wymieszaną z utwardzaczem, rys. 5a). Po utwardzeniu się tej kompozycji, w odpowiednich warunkach termicznych, i usunięciu nadlewów technologicznych, uzyskuje się gotowe podkładki fundamentowe (rys. 5b, c) 10

Rys.5. a) Schemat odlewania podkładki fundamentowej; b) Schemat podkładki fundamentowej z tworzywa odlanej na fundamencie betonowym; c) Widok podkładek fundamentowych odlanych pod skrzynią korbową i podporą komory wodzikowej sprężarki Zastosowanie tworzywa chemoutwardzalnego na podkładki fundamentowe i odlewanie ich (na gotowo) bezpośrednio na fundamencie stalowym lub betonowym pod urządzeniem, ustawionym w położeniu eksploatacyjnym, eliminuje wiele czynności, upraszcza montaż i skraca wydatnie czas jego realizacji. Powstałe w ten sposób podkładki, dzięki zastosowaniu pewnych nadlewków technologicznych wytwarzających ciśnienie hydrostatyczne (rys. 5a), przylegają dokładnie do wszystkich makro- i mikronierówności, zarówno powierzchni stalowych jak 11

i betonowych (rys. 5b). Zapewniają one znacznie lepsze dopasowanie do siebie powierzchni oporowych posadowionej maszyny i fundamentu niż podkładki stalowe (rys. 2a), albo też podlewki betonowe (rys. 2b). Uzyskuje się też dobrą przyczepność (adhezję) podkładki do betonu, co zapobiega jego wykruszaniu się. Zapewnia to korzystny rozkład rzeczywistych nacisków normalnych i wysoką wartość efektywnego współczynnika tarcia (bliską lub nawet większą od jedności). W efekcie uzyskuje się stabilną jego pracę w dłuższym okresie czasu, a dodatkowo lepsze tłumienie drgań i obniżenie poziomu hałasu. Stosunkowo mała wartość modułu sprężystości tworzywa (w porównaniu z metalem) i bardzo dobre samoczynne dopasowanie zalewanego tworzywa na dużej powierzchni styku, połączone z dużym współczynnikiem tarcia i dużą (w stosunku do metalu) rozszerzalnością cieplną, zapewniają dobre przenoszenie obciążeń statycznych i dynamicznych, wysoką jakość i trwałość montażu, bez występowania luzu, zjawiska frettingu i innych form zużycia powierzchni kontaktowych. Zakład Konstrukcji i Ekspertyz TECHN MARIN Sp. z o.o. w Świnoujściu, który zdobył bogate doświadczenie praktyczne w posadawianiu maszyn i urządzeń okrętowych na podkładkach fundamentowych odlewanych z tworzywa, wykorzystał je w sposób twórczy do modernizacji fundamentowania ciężkich sprężarek tłokowych oraz uchwytowania związanych z nimi rurociągów. W przypadku sprężarek gazu syntezowego typu 6HGP/4 w ZAP modernizacja fundamentowania obejmowała szeroki zakres prac i polegała z grubsza na: usunięciu górnej warstwy spękanego betonu, o grubości 60 cm, oraz znajdujących się w nim obluzowanych płyt oporowych i śrub zakotwionych w betonie (rys. 4); zaprojektowaniu i wykonaniu konstrukcji stalowej (ramy fundamentowej), do zainstalowania na fundamencie betonowym, w miejscu usuniętej warstwy betonu; wywierceniu w bloku fundamentowym 26 otworów o średnicy 60 mm na głębokość ok. 500 mm, do zakotwienia śrub M42 mocujących ramę do fundamentu; ułożeniu ramy stalowej na bloku fundamentowym i włożeniu śrub fundamentowych do przewidzianych dla nich otworów w stalowej ramie i betonowym bloku i następnie ustawieniu jej w położeniu eksploatacyjnym, za pomocą śrub regulacyjnych oraz klinów; zalaniu śrub ciekłym tworzywem i jednocześnie odlanie podkładek fundamentowych pomiędzy stalową ramą a blokiem betonowym; dokręceniu nakrętek mocujących ramę do żelbetowego fundamentu, po utwardzeniu się tworzywa; ustawieniu skrzyni korbowej sprężarki (za pomocą śrub regulacyjnych oraz klinów) na ramie fundamentowej w położeniu eksploatacyjnym; odlaniu podkładek fundamentowych z tworzywa pomiędzy podstawą skrzynią korbową sprężarki i metalową ramą; po utwardzeniu się podkładek z tworzywa, dokręceniu nakrętek śrub mocujących sprężarkę do metalowej ramy właściwym momentem, Po wykonaniu tych czynności następował montaż dalszych elementów zespołu sprężarki i jej orurowania. 12

Pewne etapy robocze oraz efekt końcowy tej modernizacji pokazane zostały odpowiednio na rys. rys. 6 i 7. Rysunek 6 pokazuje fragmenty konstrukcji stalowej na fundamencie betonowym (a) oraz posadowioną na niej skrzynię korbową sprężarki (b). a) b) Rys. 6. Etapy robocze posadowienia konstrukcji stalowej na fundamencie betonowym (a) oraz skrzyni korbowej sprężarki na tej konstrukcji (b) przy zastosowaniu podkładek fundamentowych odlanych (na gotowo) z tworzywa 13

a) b) Rys. 7. Widok ogólny sprężarki po modernizacji fundamentowania Modernizację fundamentowania sprężarek syntezowych w Zakładzie Amoniaku na Wydziale Syntezy ZAP rozpoczęto w 2005 roku. Aktualnie kończona jest modernizacja 10 tej sprężarki, która zamyka określony etap zaplanowanych prac remontowo-modernizacyjnych dla wszystkich pięciu linii produkcyjnych. Równolegle z modernizacją fundamentowania sprężarek dokonano także modernizacji uchwytowania związanych z nimi rurociągów, które wykazywały nadmierne drgania i przysparzały wiele kłopotów. Szczegółowa analiza i ocena dokonanych modernizacji fundamentowania sprężarek i uchwytowania rurociągów przedstawiona została w następnym punkcie tego opracowania. 14

4. Ocena oryginalności i jakości wykonanych prac remontowomodernizacyjnych Analizując dokonaną modernizację fundamentowania sprężarek syntezowych oraz uchwytowania ich rurociągów w Zakładzie Amoniaku na Wydziale Syntezy w ZAP można stwierdzić ogólnie, iż są to rozwiązania oryginalne, nowoczesne i wykonane na wysokim poziomie technicznym. Wykorzystano w nich najnowsze światowe osiągnięcia naukowe i techniczne w tej dziedzinie, które zastosowano i sprawdzono najpierw w posadowieniach maszyn i urządzeń okrętowych, a w szczególności silników napędu głównego. Silnikom tym, o dużych gabarytach i dużej masie (rzędu kilkuset kn), eksploatowanym w ekstremalnie trudnych warunkach morskich, gdzie występują nie tylko bardzo duże siły dynamiczne wynikające z ich pracy, ale także z falowania morza, stawia się bardzo wysokie wymagania dotyczące jakości fundamentowania oraz jego niezawodności i trwałości. Dzięki opracowaniu specjalnych kompozytów polimerowych na podkładki fundamentowe i zastosowaniu nowych technologii montażu z ich użyciem, problem fundamentowania maszyn i urządzeń w budownictwie okrętowym został rozwiązany w takim stopniu, który zdobył powszechne uznanie na świecie i na obecnym etapie uważany jest za optymalny pod względem technicznym, ekonomicznym i eksploatacyjnym. Warto jeszcze tutaj dodać, że maszyny i urządzenia okrętowe montowane są na fundamentach stalowych, co nie pozostało bez wpływu na dokonaną modernizację fundamentowania omawianych tutaj sprężarek. Dokonując analizy i oceny modernizacji fundamentowania przedmiotowych sprężarek 6HGP/4 w ZAP, należy przede wszystkim wymienić jego oryginalne (autorskie) rozwiązanie, polegające na zastosowaniu odpowiednio zaprojektowanej stalowej ramy fundamentowej oraz racjonalne, pionierskie wykorzystanie w jej montażu na fundamencie betonowym specjalnego tworzywa polimerowego, opracowanego na podkładki fundamentowe maszyn i urządzeń okrętowych. Dzięki zastosowaniu stalowej ramy fundamentowej, mocno zespolonej z fundamentem betonowym za pomocą podkładek odlanych (na gotowo) z tworzywa i śrub fundamentowych zakotwionych w tworzywie (rys. 6 i 7), uzyskano znaczne usztywnienie całego zespołu sprężarki oraz połączonych z nią rurociągów. W ten sposób wyeliminowano lub ograniczono wiele negatywnych efektów, mających swoje źródła w tradycyjnych posadowieniach sprężarek bezpośrednio na fundamentach betonowych, bez lub z użyciem podkładek metalowych. Tego rodzaju nowatorskie rozwiązanie zastosowane zostało po raz pierwszy przez firmę TECHMARIN w modernizacji fundamentowania motosprężarki GMVH- 12 w Odolanowie, w 1993 r. Zdało ono w pełni praktyczny egzamin i zastosowane zostało później w modernizacji fundamentowania wielu innych sprężarek, eksploatowanych w tłoczniach gazu zimnego. Pierwszą tego rodzaju modernizację fundamentowania sprężarki gazu syntezowego w Zakładzie Amoniaku w ZAP wykonano w maju 2005 roku. Dotyczyła ona sprężarki KS-8 i miała charakter próbny - doświadczalny. Zastosowane rozwiązanie, po dokonaniu pewnych drobnych korekt, okazało się trafne i zdało 15

praktyczny egzamin. Spełniło ono oczekiwania Inwestora w zakresie obniżenia poziomu drgań i zastosowane zostało później w modernizacji fundamentowania pozostałych sprężarek. Aktualnie kończona jest modernizacja fundamentowania ostatniej - dziesiątej sprężarki, wchodzącej w skład pięciu linii produkcyjnych amoniaku. Stalowa rama fundamentowa, o sztywnej, skrzyniowej budowie i dużej masie (ok. 10,5 tony), mocno osadzona na fundamencie betonowym, stanowi nie tylko dobry fundament dla skrzyni korbowej i podpór komór wodzikowych sprężarki (rys. 8), ale także stabilną bazę dla dodatkowych podpór, usztywniających jej mocno rozbudowaną konstrukcję, a także dla zamocowania licznych uchwytów mocujących rurociągi podłączone do sprężarki. Rys. 8. Fragment zmodernizowanego posadowienia sprężarki gazu syntezowego Ważną zaletą konstrukcji stalowej, trwale związanej z fundamentem betonowym, oprócz eliminacji wielu niekorzystnych efektów występujących w tradycyjnym fundamentowaniu sprężarek, jest także możliwość łatwej wymiany podkładek fundamentowych (odlewanych z tworzywa) i śrub mocujących posadawiane obiekty do tej konstrukcji (rys. 8) Odpowiednio zaprojektowane i rozmieszczone dodatkowe podpory (o regulowanej wysokości podparcia) dla cylindrów sprężarek (rys. 9a,b) oraz regulowane uchwyty z wkładkami elastycznymi dla rurociągów (rys. 9c, d, e) stanowią bardzo istotne i oryginalne elementy zastosowanej modernizacji fundamentowania sprężarek i uchwytowania rurociągów, mającej na celu obniżenie poziomu drgań oraz podwyższenie ich niezawodności i trwałości. 16

a) b) c) d) e) Rys. 9. Dodatkowe podpory o regulowanej wysokości oraz regulowane uchwyty dla rurociągów Generalnym założeniem wykonawcy modernizacji fundamentowania sprężarek i uchwytowania rurociągów było to, aby elementy zespołu sprężarkowego oraz połączone z nim bezpośrednio rurociągi stanowiły pewną zwartą całość, połączoną w odpowiedni sposób (mocno związany) ze stalową ramą fundamentową lub betonowym blokiem. Przyjęty sposób fundamentowania, na podkładkach z tworzywa odlewanych (na gotowo) bezpośrednio pod odpowiednio ustawionymi elementami zespołu sprężarki, zastosowanie dodatkowych podpór oraz oryginalnych regulowanych uchwytów dla rurociągów, przykręcanych lub przyspawanych do konstrukcji stalowej (rys 9c, d, e) lub przykręcanych do fundamentu betonowego (rys. 10, w tym wypadku także przy użyciu podkładek odlewanych z tworzywa), zapewniają dobrą spójność całego układu, bez nadmiernych, niekontrolowanych naprężeń początkowych (montażowych) oraz podatności do łatwego luzowania się połączeń. Oprócz dodatkowych podpór stałych, o regulowanej wysokości, (pokazanych na rys. 9a), zastosowano także specjalne podpory z poduszką poliuretanową (rys 9b) o stałej wysokości i dwóch stopniach swobody w płaszczyźnie horyzontalnej, które spełniają rolę pasywnych tłumików drgań w tej płaszczyźnie. Opaski, wykonane z gumy o odpowiednich twardościach dla rur zimnych i ciepłych, umieszczone w uchwytach rurociągów, umożliwiają występowanie odkształceń cieplnych bez wywoływania większych naprężeń termicznych w układzie. Zmniejszają one też występowanie zużycia ściernego w kontakcie, tłumią drgania mechaniczne i zmniejszają hałas. 17

a) b) c) d) Rys. 10. Regulowane uchwyty dla rurociągów zamocowane na wspornikach przykręconych do ściany fundamentu przy zastosowaniu podkładek z tworzywa Ograniczenie drgań rurociągów w miejscach oddalonych od sprężarki i jej fundamentu, osiągnięto za pomocą dodatkowych podpór i uchwytów umieszczonych na specjalnie dla nich wykonanych fundamentach po to, aby drgania tych rurociągów nie przenosiły się bezpośrednio na konstrukcje hali, co miało miejsce w dotychczasowych rozwiązaniach. 18

a) b) c) d) e) Rys.11. Przykłady dodatkowych podpór i uchwytów do rur umieszczonych na specjalnych fundamentach i podkładkach z tworzywa. e) KRIO Odolanów. Przy każdej sprężarce zainstalowano kilkadziesiąt dodatkowych uchwytów dla rur, co w efekcie przyczyniło się do znacznego obniżenia poziomu drgań oraz ich przenoszenia się na inne obiekty. 19

Wykonane modernizacje fundamentowania sprężarek oraz uchwytowania rurociągów dobrze spełniają warunki nowoczesności (wynikające z aktualnego stanu wiedzy w tej dziedzinie) oraz wymagania postawione przez Inwestora i użytkownika tych urządzeń, dotyczące obniżenia poziomu drgań, zapewnienia lepszego mocowania sprężarki i rurociągów, ochrony przed pękaniem elementów konstrukcyjnych (sprężarki oraz fundamentu) i występowania sytuacji awaryjnych. Wysoka jakość dokonanych modernizacji dla każdej sprężarki potwierdzona została przez pomiary drgań i ocenę jej stanu dynamicznego. I tak np. z pomiarów drgań przeprowadzonych dla sprężarki KS-1 (w dniu 15. 12. 2006) wynika [10], że w stosunku do pomiarów sprzed modernizacji jej fundamentowania oraz mocowania rurociągów nastąpił spadek ogólnego, maksymalnego i średniego poziomu drgań, zarówno w części maszynowej oraz rurociągowej, jak i w części dotyczącej posadowienia sprężarki. Z pomiarów tych wynika dalej że suma międzyszczytowych wartości przemieszczeń drgań (szczyt-szczyt) dla przyjętych 66 punktów pomiarowych, po przeprowadzonych modernizacjach fundamentowania sprężarki i uchwytowania rurociągów, została zredukowana o ok. 41 % [10]. Przeprowadzona analiza drgań łap sprężarki jak i podpór komór wodzikowych świadczy o poprawnym przyleganiu oraz mocowaniu korpusu sprężarki KS-1 i podpór komór wodzikowych do stalowej ramy fundamentowej. Pomiary drgań, przeprowadzone dla sprężarki KS-7 ( w dniu 22. 06. 2009), po modernizacji jej posadowienia i uchwytowania, wykazały znaczną poprawę [13]. We wszystkich punktach pomiarowych zanotowano spadek ogólnego poziomu skutecznych przemieszczeń drgań Displ. mrs : w części maszynowej oraz na rurociągach, średnio o 55 %, w części dotyczącej posadowienia maszyny, średnio o 49 %. Suma międzyszczytowych wartości przemieszczeń drgań (szczyt-szczyt) dla przyjętych 66 punktów pomiarowych, dla sprężarki KS-7, po przeprowadzonych modernizacjach jej fundamentowania oraz uchwytowania rurociągów, została zredukowana o ok. 39, 6 % [13]. Analogiczne, pozytywne efekty w zakresie obniżenia poziomu drgań wykazały także pomiary przeprowadzone dla pozostałych sprężarek po modernizacji ich fundamentowania i uchwytowania rurociągów. Stan dynamiczny sprężarek i ich osprzętu, uznany przed modernizacją ich fundamentowania i uchwytowania rurociągów w dużym zakresie jako niedopuszczalny [9, 12] (według standardu ISO-10816-6), po ich modernizacji, na podstawie zmierzonych drgań [10, 11, 13], oceniony został ogólnie jako dobry, kwalifikujący je do pracy ciągłej. W ostatecznej ocenie wyrobów lub usług, według standardu ISO 9001:2000 Realizacja wyrobu, oprócz spełnienia określonych norm i standardów, istotną rolę odgrywa należyte spełnienie specyficznych wymagań klienta (Inwestora). W przypadku wykonanych prac modernizacyjnych, dotyczących fundamentowania sprężarek i uchwytowania rurociągów oraz Opracowania systemu ochronnego maszyn i urządzeń przed drganiami oraz poprawy środowiska pracy obsługi przez ograniczenie drgań i hałasu ocena ta jest w pełni pozytywna. Dowodem na to jest 20

pisemna Opinia o działalności firmy ZKiE TECHMARIN Sp. z o.o. ze Świnoujścia, z dnia 17. 03. 2008, wystawiona przez Inżyniera Utrzymania Ruchu Pionu Agro, a w opinii tej napisano, m. in. co następuje: Zastosowane rozwiązania doprowadziły do poprawnego fundamentowania maszyn, ograniczyły drgania, emisję hałasu i doprowadziły do zdecydowanego ograniczenia ich awaryjności i postojów, co w konsekwencji daje wymierne efekty produkcyjne i ekonomiczne. Opinię tę kończą następujące stwierdzenia: Reasumując, należy stwierdzić, że firma TECHMARIN jest firmą rzetelną i solidną na wysokim poziomie technicznym i technologicznym. Wymierne efekty z realizacji dotychczasowych zadań pozwalają sądzić, że firma TECHMARIN zostanie naszym partnerem gospodarczym w następnych latach. Rozwiązania techniczne wdrożone w naszym zakładzie są na najwyższym poziomie i mogą być z powodzeniem wykorzystane w innych obiektach przemysłowych nie tylko w Polsce. Powyższa (nieco wcześniejsza) pozytywna opinia Inwestora o firmie TECHMARIN i wykonanych przez nią prac modernizacyjnych w Zakładach Azotowych Puławy S.A została w pełni podtrzymana i potwierdzona podczas dokonywania przez nas wizji lokalnej w dniach 13.-14. 10. 2009 roku. Na podstawie znajomości wielu innych tego rodzaju prac modernizacyjnych, wykonanych wcześniej przez firmę TECHMARIN w tłoczniach gazu ziemnego, można stwierdzić, że charakteryzują się one dużą niezawodnością i trwałością w eksploatacji. 5. Wnioski końcowe Przedmiotowe sprężarki gazu syntezowego wraz z ich orurowaniem stanowią mocno rozbudowane i złożone obiekty techniczne o bardzo skomplikowanej dynamice. Występujących w nich problemów drganiowych, niezawodnościowych i trwałościowych nie da się aktualnie, należycie rozwiązać na drodze modelowania, analizy teoretycznej i symulacji komputerowej. W celu utrzymania dopuszczalnego poziomu drgań i hałasów, albo też dalszego ich obniżenia, konieczne jest śledzenie zmian stanu dynamicznego poprzez okresowe pomiary drgań oraz dokonywanie odpowiednich regulacji podpór nadążnych bądź też wymiany podkładek fundamentowych oraz wkładów elastycznych w uchwytach rurociągów. Ważną rzeczą jest wykrywanie słabych ogniw w całym systemie, po to, aby je wyeliminować, bądź też ograniczyć ich negatywny wpływ na zachowanie się systemu. 21

6. Materiały źródłowe 1 Grudziński K., Jaroszewicz W.: Posadawianie maszyn i urządzeń na podkładkach fundamentowych odlewanych z tworzywa EPY, Wydawca ZAPOL Dmochowski, Sobczyk, Spółka Jawna, Wydanie II, Szczecin 2005. 2 Grudziński K.: Analiza porównawcza posadowień maszyn tłokowych na fundamentach betonowych i konstrukcjach stalowych, wykonana dla Spółki Operator Gazociągów Przesyłowych GAZ-SYSTEM S.A. w Warszawie. Raport Nr 1/08, Politechnika Szczecińska, Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Szczecin 2008 (niepublikowany). 3 Grudziński K., Jaroszewicz W., Kołodziejski W., Klimczak R.: Nowy sposób naprawy posadowienia ciężkich maszyn i urządzeń na przykładzie motosprężarek GMVH-12. Przegląd Mechaniczny nr 21/95, s. 21-24. 4 Grudziński K., Ratajczak l, Jaroszewicz W.: Zastosowanie specjalnego tworzywa polimerowego EPY w posadawianiu łożysk mostowych, Międzynarodowa Konferencja EKO MOST 2006, Kielce, Organizator: Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa 2006. Referaty, s. 125-13 5 Grudziński K., Ratajczak J., Jaroszewicz W.: Zastosowanie specjalnego tworzywa polimerowego w montażu maszyn i urządzeń instalowanych w górnictwie odkrywkowym. Górnictwo odkrywkowe, nr 1/2008, s. 51-56. 6 Grudziński K., Grudziński P.: Tradycyjny i nowoczesny sposób posadawiania ciężkich sprężarek tłokowych na fundamentach betonowych. Przegląd Mechaniczny, 5/09, s. 15-21. 7 Protokół odbioru branżowego Nr 2/TWC/597/2006 z dnia 04. 09.2006 r. dotyczący zadania inwestycyjnego Modernizacja sprężarek gazu syntezowego typ 6HGP/4 nr 1 2 do pracy w układzie ograniczonego smarowania wraz modernizacją fundamentowania. 8 Zakłady Azotowe Puławy S.A.: Opinia o działalności firmy: Zakład Konstrukcji i Ekspertyz TECMARIN Sp. z o.o. ze Świnoujścia, wykonującego prace dla Zakładow Azotowych Puławy S.A. z Puław. Pismo z dnia 17. 03. 2008, podpisane przez Inżyniera Utrzymania Ruchu Dywizji Agro Tadeusza Wiśniewskiego. 9 ZKiE TECHMARIN Sp. z o.o.: POMIARY PRZEMIESZCZEŃ SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ KS-1 przed modernizacją, Instalacja Amoniaku ZAP, Świnoujście, październik 2005. 10 ZKiE TECHMARIN Sp. z o.o.: POMIARY PRZEMIESZCZEŃ SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ KS-1 po modernizacji, Instalacja Amoniaku ZAP, Świnoujście, grudzień 2006. 22

11 ZKiE TECHMARIN Sp. z o.o.: POMIARY PRZEMIESZCZEŃ SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ KS-9 po modernizacji posadowienia, Instalacja Amoniaku ZAP, Świnoujście, marzec 2009. 12 ZKiE TECHMARIN Sp. z o.o.: POMIARY PRZEMIESZCZEŃ SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ KS-7 przed modernizacją posadowienia, Instalacja Amoniaku ZAP, Świnoujście, czerwiec 2008. 13 ZKiE TECHMARIN Sp. z o.o.: POMIARY PRZEMIESZCZEŃ SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ KS-7 po modernizacji posadowienia, Instalacja Amoniaku ZAP, Świnoujście, czerwiec 2009. 23