Cum alegi pompa de proces petrochimică potrivită?

Selectarea pompelor într-o rafinărie sau o fabrică petrochimică nu este un exercițiu de catalog. A pompa de proces petrochimic funcționează în condiții care combină temperaturi ridicate, presiune ridicată, fluid inflamabil sau toxic și cicluri de funcționare continue. O selecție greșită creează opriri neplanificate, defecțiuni ale sigiliului și incidente de siguranță. Acest ghid acoperă tipurile de pompe, cerințele API 610, selecția materialelor, sistemele de etanșare mecanică și practicile de fiabilitate la nivelul de specificații cerut de inginerii de proces și de cumpărătorii angro de echipamente.

Ce este o pompă de proces petrochimic?

A pompa de proces petrochimic este o mașină de manipulare a fluidelor concepută special pentru utilizarea în rafinare, procesare chimică și industriile aferente hidrocarburilor. Transferă lichide care pot fi fierbinți, reci, vâscoase, abrazive, volatile sau agresive chimic. Pompa trebuie să conțină fluidul fără scurgeri, să funcționeze în mod fiabil pentru perioade lungi între intervalele de întreținere planificate și să îndeplinească cerințele de siguranță ale instalației.

Mediul de operare și caracteristicile fluidelor

• Fluidele de proces includ țiței, nafta, benzen, toluen, xilen, acid sulfuric, sodă caustică, gaze lichefiate și uleiuri de transfer de căldură la temperatură înaltă.
• Temperaturile de funcționare variază de la serviciul criogenic sub -100 de grade Celsius până la serviciul de încărcare a încălzitorului ars peste 400 de grade Celsius.
• Presiunile de funcționare în serviciul de alimentare cu reactoare de înaltă presiune pot depăși 300 bar în unele configurații.
• Multe fluide de proces sunt clasificate ca periculoase, inflamabile sau toxice în conformitate cu reglementările OSHA Process Safety Management (PSM), făcând reținerea fără scurgeri un criteriu de proiectare nenegociabil.
• Variațiile de greutate specifică și de vâscozitate în fluxurile de proces necesită o dimensionare hidraulică atentă pentru a evita funcționarea departe de punctul de cel mai bun punct de eficiență (BEP).

Tipuri de pompe utilizate în service petrochimic

Niciun tip de pompă nu acoperă întreaga gamă de condiții de service petrochimice. Inginerii de proces selectează tehnologia pompelor pe baza debitului, a presiunii diferențiale, a proprietăților fluidului și a obiectivelor de fiabilitate. Tabelul de mai jos compară principalele categorii de pompe utilizate în uzinele petrochimice.

Pompa centrifuga pentru industria petrochimica

The pompa centrifuga pentru industria petrochimica service reprezintă majoritatea unităților de pompare instalate într-o rafinărie tipică. Pompele centrifuge oferă debit continuu, încărcare lină a cuplului, ușurință de control prin variator de frecvență (VFD) și frecvență de întreținere relativ scăzută atunci când sunt dimensionate corespunzător. Limitarea lor cheie este sensibilitatea la capul net pozitiv de aspirație (NPSH) - în special cu hidrocarburile volatile în apropierea punctului lor de bule. Marja NPSH de cel puțin 1,0 metru peste NPSH necesar este minimul standard, mulți licențiatori specificând rapoarte de marjă NPSH de 3 dB pentru serviciile critice.

Opțiuni de deplasare pozitivă

Pompele volumetrice sunt specificate atunci când fluidul este prea vâscos pentru tehnologia centrifugă, când este necesară dozarea precisă sau când presiuni diferențiale foarte mari depășesc domeniul practic al modelelor centrifuge. Pompele cu angrenaje gestionează vâscozități de la 20 cSt la peste 100.000 cSt. Pompele cu piston alternativ sunt alegerea standard pentru injecția de înaltă presiune în reactoare care funcționează peste 100 bar.

Pompă de proces petrochimică API 610 — Cerințe standard

Standardul API 610 al Institutului American de Petrol este specificația de reglementare pentru pompele centrifuge din industria petrolului, petrochimică și a gazelor naturale. Conformitatea cu acest standard este necesară pentru majoritatea proiectelor EPC din întreaga lume. An Pompă pentru proces petrochimic API 610 trebuie să îndeplinească cerințele dimensionale, hidraulice, mecanice și de testare care depășesc cu mult practica generală a pompelor industriale.

Criterii cheie de proiectare și construcție API 610

• Debitul minim continuu stabil (MCSF) trebuie definit de producător și marcat pe curba de performanță a pompei.
• Regiunea de operare preferată (POR) este definită ca 70% până la 120% din debitul BEP — selectarea pompei trebuie să plaseze punctul nominal în acest interval.
• Carcasa cu volute duble este necesară pentru diametrele rotorului peste un prag de dimensiune specificat în standard, pentru a reduce sarcinile radiale ale rulmentului la funcționarea off-BEP.
• Carcasa rulmentului trebuie să găzduiască lubrifierea inelului de ulei, ceața de ulei pur sau alimentarea cu ulei sub presiune, conform specificațiilor. Rulmenții lubrifiați cu grăsime nu sunt permisi pentru majoritatea aplicațiilor de proces.
• Este necesară o durată de viață minimă a rulmentului L10 de 25.000 de ore în condițiile nominale - calculată conform ISO 281.
• Un test de presiune hidrostatică la de 1,5 ori presiunea maximă de lucru admisibilă (MAWP) este obligatoriu înainte de expediere.

Coduri de tip de pompă conform API 610

API 610 definește coduri de tip standardizate care descriu configurația mecanică a pompei. Tabelul de mai jos rezumă tipurile cele mai frecvent specificate.

Materiale pentru pompe petrochimice de înaltă temperatură

Materiale pentru pompe petrochimice de înaltă temperatură trebuie să păstreze rezistența mecanică, să reziste la oxidare și să rămână stabil dimensional pe intervale de temperatură de funcționare care se întind adesea câteva sute de grade Celsius. Selectarea materialului abordează, de asemenea, coroziunea din fluidul de proces și orice contaminanți antrenați.

Selecția carcasei și aliajului rotorului

Tabelul de mai jos mapează condițiile obișnuite de service ale procesului la carcasa corespunzătoare și materialul pieselor umede. Aceste selecții urmează practicile din industrie aliniate cu cerințele privind materialele rezistente la coroziune API 610 și NACE MR0103.

Selecția etanșării pompei petrochimice și a etanșării mecanice

Sistemul de etanșare a arborelui este componenta cea mai predispusă la defecțiuni pompa de proces petrochimic . Corect etanșarea pompei petrochimice și selecția etanșării mecanice este guvernată de API 682, care definește tipurile de sigilii, aranjamentele și planurile de spălare pentru serviciile periculoase și nepericuloase.

Prezentare generală a planurilor de etanșare API 682

API 682 specifică planuri de conducte care controlează mediul pe fețele de etanșare. Tabelul de mai jos rezumă cele mai utilizate planuri și logica lor de aplicare.

Întreținerea și fiabilitatea pompelor de proces petrochimic

Un program de fiabilitate structurat reduce timpul mediu dintre defecțiuni (MTBF) și scade costul ciclului de viață. Întreținerea și fiabilitatea pompelor de proces petrochimic programele se concentrează pe monitorizarea predictivă, analiza cauzei principale și standardele de reparații disciplinate.

Strategii de monitorizare a stării

• Analiza vibratiilor: Monitorizarea online a vibrațiilor cu senzori de viteză și accelerație detectează dezechilibrul rotorului, defecte ale rulmentului și instabilitatea hidraulică înainte de defecțiune. API 670 specifică cerințele de instrumentare pentru monitorizarea continuă a vibrațiilor la pompele critice.
• Monitorizarea temperaturii lagărului: Detectoarele de temperatură de rezistență (RTD) instalate în carcasa rulmentului avertizează operatorii cu privire la defectarea lubrifierii sau supraîncărcarea înainte de a se produce blocarea rulmentului.
• Detectarea scurgerilor de etanșare: Etanșările mecanice duble echipate cu sisteme Plan 52 sau 53A permit operatorilor să monitorizeze nivelul și presiunea lichidului tampon sau barieră ca indicatori indirecti ai stării etanșării interioare.
• Tendințe de performanță: Compararea regulată a datelor debit-putere reale cu curba inițială a pompei identifică uzura internă la inelele de uzură și pasajele rotorului înainte ca pierderea de eficiență să devină severă.
• Analiza uleiului: Analiza spectrometrică periodică a uleiului de carcasă a rulmenților detectează particulele de metal de uzură de la rulmenții și suporturile rulmentului, oferind o avertizare timpurie privind defecțiunea iminentă a rulmentului.

Conformitate și standarde industriale

• API 610 (ISO 13709): Pompe centrifuge pentru industria petrolieră, petrochimică și a gazelor naturale. Specificația principală pentru proiectarea pompei, materiale, testare și documentație.
• API 682 (ISO 21049): Pompe — Sisteme de etanșare a arborilor pentru pompe centrifuge și rotative. Guvernează tipul de etanșare mecanică, aranjamentul și selecția planului de spălare.
• API 670: Sisteme de protecție a mașinilor. Specifică instrumentele de monitorizare a vibrațiilor, temperaturii și vitezei pentru echipamentele critice rotative.
• NACE MR0103 / ISO 17945: Materiale metalice rezistente la fisurarea prin stres cu sulfuri în medii corozive de rafinare a petrolului. Obligatoriu pentru componentele pompei de serviciu acru.
• ASME B73.1: Pompe centrifuge orizontale cu aspirație finală pentru procese chimice — menționate pentru serviciul chimic general non-API din instalațiile petrochimice.

Întrebări frecvente

Î1: Care este diferența dintre configurațiile pompelor API 610 OH1 și OH2?

Atât OH1 cât și OH2 sunt pompe centrifuge suspendate, cu o singură etapă. Diferența constă în modul în care este susținută carcasa. O pompă OH1 este montată pe picior - carcasa se așează pe picioare fixate pe placa de bază. O pompă OH2 este montată pe linia centrală - carcasa este susținută de linia sa centrală prin console, ceea ce permite pompei să se extindă termic în sus și în jos în mod egal de la linia centrală a arborelui. Acest lucru previne dezalinierea arborelui din cauza creșterii termice. Montarea OH2 este cerută de API 610 pentru serviciile în care temperatura fluidului pompat depășește aproximativ 200 de grade Celsius, deoarece carcasele montate pe picior la temperatură ridicată generează nealiniere inacceptabilă între arbore și cuplare.

Î2: Cum se calculează marja NPSH pentru o pompă de hidrocarburi volatile?

Înălțimea de aspirație pozitivă disponibilă (NPSHa) este calculată din presiunea vasului de aspirație, înălțimea lichidului static deasupra duzei de aspirație a pompei, pierderile de frecare ale conductei de aspirație și presiunea vaporilor fluidului la temperatura de aspirație. Rezultatul trebuie să depășească NPSH (NPSHr) necesar pompei – luat din curba de performanță a producătorului – cu marja specificată. API 610 cere ca NPSHa să depășească NPSHr cu cel puțin 0 metri la punctul nominal, dar majoritatea practicilor de inginerie aplică o marjă de 3 dB (NPSHa egală cu sau mai mare de 1,3 ori NPSHr) pentru hidrocarburi ușoare și servicii volatile pentru a preveni deteriorarea cavitației și instabilitatea recircularei aspirației.

Î3: Când este necesară o etanșare mecanică dublă în loc de o etanșare unică?

API 682 clasifică fluidele după nivelul lor de pericol și proprietățile fizice. Un aranjament de etanșare dublă - fie nepresurizat (Planul 52) fie presurizat (Planul 53A) - este necesar atunci când fluidul pompat este clasificat ca toxic, cancerigen sau foarte inflamabil cu un punct de fierbere normal sub 0 grade Celsius sau când reglementările locale de mediu interzic orice emisie atmosferică a fluidului de proces. Sigiliile unice cu planuri de spălare adecvate sunt permise pentru serviciile cu risc redus. Selecția finală trebuie să fie confirmată în raport cu studiul HAZOP al site-ului, reglementările locale privind emisiile și cerințele licențiatorului de proces.

Î4: Ce cauzează defecțiunea prematură a etanșării mecanice la pompele petrochimice?

Cele mai frecvente cauze fundamentale ale defectării premature a etanșării în serviciul petrochimic sunt funcționarea uscată în timpul pornirii sau întreruperea procesului, selectarea incorectă a planului de spălare care duce la vaporizarea fluidului sau contaminarea fețelor de etanșare, vibrația excesivă a arborelui din instabilitatea hidraulică atunci când pompa funcționează departe de BEP și șocul termic din ciclul rapid al temperaturii. Fiecare dintre aceste moduri de defecțiune produce modele distincte de uzură a feței care pot fi identificate în timpul demontării post-defecțiune. O analiză a defectării cauzei principale (RCFA) executată corespunzător pentru fiecare eveniment de defectare a etanșării este instrumentul cel mai eficient pentru reducerea timpului mediu general de etanșare al șantierului dintre defecțiuni.

Referințe

• Institutul American de Petrol. Standardul API 610 / ISO 13709: Pompe centrifuge pentru industria petrolieră, petrochimică și a gazelor naturale , ed. a XII-a. Washington, DC: API, 2021.
• Institutul American de Petrol. Standardul API 682 / ISO 21049: Pompe — Sisteme de etanșare a arborilor pentru pompe centrifuge și rotative , ed. a IV-a. Washington, DC: API, 2014.
• Institutul American de Petrol. Standardul API 670: Sisteme de protecție a mașinilor , ed. a 5-a. Washington, DC: API, 2014.
• NACE International. NACE MR0103 / ISO 17945: Industrii petroliere, petrochimice și gaze naturale — Materiale metalice rezistente la fisurarea prin efort cu sulfuri în medii corozive de rafinare a petrolului . Houston, TX: NACE, 2015.
• Karassik, I.J., et al. Manualul pompei , ed. a IV-a. New York: McGraw-Hill, 2008.
• Bloch, H.P. și Geitner, F.K. Managementul practic al utilajelor pentru instalațiile de proces, volumul 2: Analiza defecțiunilor utilajelor și depanarea , ed. a IV-a. Oxford: Elsevier, 2012.