Pumppujen valinta jalostamossa tai petrokemian tehtaassa ei ole luettelotehtävä. A petrokemian prosessipumppu toimii olosuhteissa, joissa yhdistyvät korkea lämpötila, korkea paine, syttyvä tai myrkyllinen neste ja jatkuvat käyttöjaksot. Väärä valinta aiheuttaa odottamattomia seisokkeja, tiivistevaurioita ja turvallisuushäiriöitä. Tämä opas kattaa pumpputyypit, API 610 -vaatimukset, materiaalin valinnan, mekaaniset tiivistejärjestelmät ja luotettavuuskäytännöt prosessiinsinöörien ja tukkulaitteiden ostajien edellyttämällä tasolla.
Mikä on petrokemian prosessipumppu?
A petrokemian prosessipumppu on nesteenkäsittelykone, joka on suunniteltu erityisesti käytettäväksi jalostuksessa, kemiankäsittelyssä ja niihin liittyvissä hiilivetyteollisuudessa. Se siirtää nesteitä, jotka voivat olla kuumia, kylmiä, viskooseja, hankaavia, haihtuvia tai kemiallisesti aggressiivisia. Pumpun on sisällettävä neste ilman vuotoa, toimittava luotettavasti pitkiä aikoja suunniteltujen huoltovälien välillä ja täytettävä asennuksen turvallisuusvaatimukset.
Käyttöympäristö ja nesteen ominaisuudet
- Prosessinesteitä ovat raakaöljy, teollisuusbensiini, bentseeni, tolueeni, ksyleeni, rikkihappo, kaustinen sooda, nesteytetyt kaasut ja korkean lämpötilan lämmönsiirtoöljyt.
- Käyttölämpötilat vaihtelevat kryogeenisestä alle -100 celsiusasteen lämmittimestä yli 400 celsiusasteen latauspalveluun.
- Käyttöpaineet korkeapainereaktorin syöttöpalvelussa voivat joissakin kokoonpanoissa ylittää 300 baaria.
- Monet prosessinesteet on luokiteltu vaarallisiksi, syttyviksi tai myrkyllisiksi OSHA:n prosessiturvallisuuden hallinnan (PSM) määräysten mukaisesti, joten vuototon suoja on suunnittelukriteeri, josta ei voida neuvotella.
- Prosessivirtojen ominaispainon ja viskositeetin vaihtelut edellyttävät huolellista hydraulista mitoitusta, jotta vältytään toimimasta kaukana parhaan hyötysuhteen pisteestä (BEP).
Petrokemian palveluissa käytetyt pumpputyypit
Mikään yksittäinen pumpputyyppi ei kata kaikkia petrokemian käyttöolosuhteita. Prosessiinsinöörit valitsevat pumpputekniikan virtausnopeuden, paine-eron, nesteen ominaisuuksien ja luotettavuustavoitteiden perusteella. Alla olevassa taulukossa verrataan petrokemian laitoksissa käytettyjä pääpumppuluokkia.
| Pumpun tyyppi | Tyypillinen virtausalue | Tyypillinen painealue | Paras sovellus |
|---|---|---|---|
| Yksivaiheinen keskipako | 10-5000 m3/h | Jopa 30 bar | Tuotteen siirto, jäähdytysvesi ja yleinen prosessi |
| Monivaiheinen keskipako | 10-1000 m3/h | Jopa 300 bar | Kattilan syöttö, korkeapainereaktorin syöttö, putkisto |
| Hammaspyöräpumppu (positiivinen iskutilavuus) | 0,1-200 m3/h | Jopa 25 bar | Viskoosi nesteen siirto, voiteluöljy, asfaltti |
| Mäntäpumppu | 0,1-50 m3/h | Jopa 700 bar | Korkeapaineruiskutus, kemikaalien annostelu |
| Ruuvipumppu | 1-1000 m3/h | Jopa 40 bar | Raskas raakaöljy, bitumi, polttoöljykuormaus |
Keskipakopumppu petrokemianteollisuudelle
The keskipakopumppu petrokemian teollisuudelle huolto muodostaa suurimman osan asennetuista pumppuyksiköistä tyypillisessä jalostamossa. Keskipakopumput tarjoavat jatkuvan virtauksen, tasaisen vääntömomentin kuormituksen, helpon ohjauksen taajuusmuuttajan (VFD) avulla ja suhteellisen alhaisen huoltotiheyden oikein mitoitettuina. Niiden keskeinen rajoitus on herkkyys positiiviselle nettoimukorkeudelle (NPSH) – erityisesti kun haihtuvia hiilivetyjä on lähellä niiden kuplakohtaa. NPSH-marginaali, joka on vähintään 1,0 metriä vaaditun NPSH:n yläpuolella, on vakiominimi, ja monet lisenssinantajat määrittävät 3 dB:n NPSH-marginaalisuhteen kriittisille palveluille.
Positiiviset siirtymävaihtoehdot
Syrjäytyspumput määritetään, kun neste on liian viskoosia keskipakotekniikkaan, kun vaaditaan tarkkaa annostelua tai kun erittäin korkea paine-ero ylittää keskipakomallien käytännöllisen alueen. Hammaspyöräpumput käsittelevät viskositeettia 20 cSt - yli 100 000 cSt. Mäntäpumput ovat vakiovalinta korkeapaineruiskutukseen yli 100 baarin reaktoreihin.
API 610 petrokemian prosessipumppu — vakiovaatimukset
American Petroleum Institute -standardi API 610 on öljy-, petrokemian- ja maakaasuteollisuuden keskipakopumppujen hallitseva eritelmä. Tämän standardin noudattamista vaaditaan useimmissa EPC-projekteissa maailmanlaajuisesti. An API 610 petrokemian prosessipumppu on täytettävä mitta-, hydrauli-, mekaaniset ja testausvaatimukset, jotka ylittävät paljon yleisen teollisuuspumppukäytännön.
Keskeiset API 610 -suunnittelu- ja rakentamiskriteerit
- Valmistajan on määriteltävä jatkuva vakaa virtaus (MCSF) ja se on merkittävä pumpun suorituskykykäyrään.
- Ensisijainen toiminta-alue (POR) määritellään 70–120 %:ksi BEP-virtauksesta – pumpun valinnassa on asetettava nimellispiste tälle alueelle.
- Kaksikierteistä koteloa tarvitaan, kun juoksupyörän halkaisija ylittää standardissa määritellyn kokokynnyksen, jotta voidaan vähentää säteittäisten laakereiden kuormitusta off-BEP-käytössä.
- Laakeripesässä on oltava öljyrenkaan voitelu, puhdas öljysumu tai paineistettu öljyn syöttö ohjeiden mukaisesti. Rasvavoideltuja laakereita ei sallita useimmissa prosessisovelluksissa.
- L10-laakerien vähimmäiskesto on 25 000 tuntia nimellisolosuhteissa – laskettuna ISO 281:n mukaan.
- Hydrostaattinen painetesti 1,5 kertaa suurimmalla sallitulla käyttöpaineella (MAWP) on pakollinen ennen toimitusta.
Pumpputyyppikoodit API 610:n alla
API 610 määrittelee standardoidut tyyppikoodit, jotka kuvaavat pumpun mekaanista konfiguraatiota. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto useimmin määritetyistä tyypeistä.
| API 610 -tyyppikoodi | Kuvaus | Tyypillinen sovellus |
|---|---|---|
| OH1 | Ripustettu, jalkaan kiinnitettävä, yksivaiheinen | Yleinen prosessi, matala tai keskipaine |
| OH2 | Ripustettu, keskilinjaan asennettu, yksivaiheinen | Palvelu korkeissa lämpötiloissa yli 200 astetta |
| BB1 | Laakereiden välinen, yksivaiheinen, aksiaalisesti jaettu | Suuren virtauksen, kohtalaisen paineen prosessivirrat |
| BB2 | Laakereiden välissä, yksivaiheinen, säteittäisesti halkaistu | Korkean paineen, korkean lämpötilan yksivaiheinen palvelu |
| BB5 | Laakereiden välissä, monivaiheinen, säteittäisesti halkaistu | Kattilan syöttö, korkeapainereaktorin syöttö |
| VS1 | Pysty, yksikoteloinen, diffuusorityyppinen | Säiliötila, kaivo, kaivohuolto |
Korkean lämpötilan petrokemian pumppumateriaalit
Korkean lämpötilan petrokemian pumppumateriaalit sen on säilytettävä mekaaninen lujuus, kestettävä hapettumista ja pysyttävä mittavakaina käyttölämpötila-alueilla, jotka ulottuvat usein useisiin satoihin celsiusasteisiin. Materiaalivalinnalla huomioidaan myös prosessinesteen korroosio ja mahdolliset mukana kulkeutuvat epäpuhtaudet.
Kotelon ja juoksupyörän metalliseoksen valinta
Alla olevassa taulukossa on kartoitettu yleiset prosessin käyttöolosuhteet sopivan kotelon ja kostuneiden osien materiaaliin. Nämä valinnat noudattavat alan käytäntöjä API 610 ja NACE MR0103 korroosionkestävien materiaalien vaatimusten mukaisesti.
| Palvelun kunto | Kotelon materiaali | Juoksupyörän materiaali | Vakioviite |
|---|---|---|---|
| Yleinen hiilivety, ympäristön lämpötila | Valettu hiiliteräs (ASTM A216 WCB) | Valettu hiiliteräs tai CF8M | API 610, pöytämateriaaliluokka A |
| Korkea lämpötila yli 260 astetta | Cr-Mo-seosteräs (ASTM A217 WC6/WC9) | Cr-Mo tai 316 SS | API 610, pöytämateriaaliluokka C |
| Hapan palvelu (H2S) | Hiiliteräs NACE MR0103 mukaan | Kovuussäädelty hiiliteräs | NACE MR0103 / ISO 17945 |
| Rikkihapon siirto | Seos 20 (UNS N08020) | Alloy 20 | ASTM B473 |
| Kryogeeninen palvelu alle -50 astetta C | Austeniittinen SS (ASTM A351 CF8M) | 316L ruostumatonta terästä | API 610, iskutestattu alhaisessa lämpötilassa |
Petrokemian pumpun tiivisteen ja mekaanisen tiivisteen valinta
Akselitiivistejärjestelmä on vioittumisalttein komponentti petrokemian prosessipumppu . oikein petrokemian pumpun tiivisteen ja mekaanisen tiivisteen valinta Sitä säätelee API 682, joka määrittelee tiivistetyypit, järjestelyt ja huuhtelusuunnitelmat vaarallisille ja vaarattomille palveluille.
API 682 -tiivistesuunnitelmien yleiskatsaus
API 682 määrittelee putkistosuunnitelmat, jotka ohjaavat ympäristöä tiivistepinnoilla. Alla olevaan taulukkoon on koottu yleisimmin käytetyt suunnitelmat ja niiden soveltamislogiikka.
| API 682 -suunnitelma | Toiminto | Tyypillinen palvelu |
|---|---|---|
| Suunnitelma 11 | Kierrätys pumpun paineesta tiivistekammioon | Puhtaat, vilkkumattomat hiilivedyt |
| Suunnitelma 23 | Tiivistekammion jäähdytin pumppausrenkaalla | Kuuma palvelu yli 80 astetta C; alentaa tiivisteen pintalämpötilaa |
| Suunnitelma 32 | Puhdas ulkoinen huuhtelu ruiskutettuna tiivistekammioon | Likaiset, hankaavat tai polymeroituvat nesteet |
| Suunnitelma 52 | Painettamaton puskurineste säiliöllä kaksoistiivisteille | Myrkylliset tai syttyvät nesteet vaativat toissijaisen eristyksen |
| Suunnitelma 53A | Paineistettu sulkuneste säiliöllä kaksoistiivisteille | päästötön vaatimus; vaarallisia nesteitä |
| Suunnitelma 72/75 | Kuivakäyntinen suojatiiviste vuotojen keräämisellä | Kaasufaasi tai haihtuva neste kaksoistiivisteen ilmakehän puolella |
Petrokemian prosessipumppujen huolto ja luotettavuus
Strukturoitu luotettavuusohjelma lyhentää vikojen välistä keskimääräistä aikaa (MTBF) ja alentaa elinkaarikustannuksia. Petrokemian prosessipumpun huolto ja luotettavuus ohjelmat keskittyvät ennakoivaan seurantaan, perussyyanalyysiin ja kurinalaisiin korjausstandardeihin.
Kunnonseurantastrategiat
- Tärinäanalyysi: Online-värähtelyvalvonta nopeus- ja kiihtyvyysantureilla havaitsee juoksupyörän epätasapainon, laakerivirheet ja hydraulisen epävakauden ennen vikaa. API 670 määrittelee kriittisten pumppujen jatkuvan tärinänvalvonnan instrumentointivaatimukset.
- Laakerin lämpötilan valvonta: Laakeripesään asennetut resistanssilämpötilan ilmaisimet (RTD:t) varoittavat käyttäjiä voitelun rikkoutumisesta tai ylikuormituksesta ennen laakerin juuttumista.
- Tiivisteen vuodon havaitseminen: Kaksi mekaanista tiivistettä, jotka on varustettu Plan 52- tai 53A -järjestelmillä, antavat käyttäjälle mahdollisuuden tarkkailla puskurin tai sulkunesteen tasoa ja painetta sisäisen tiivisteen kunnon epäsuorina osoittimina.
- Suorituskykytrendit: Säännöllinen todellisten ylävirtaustehotietojen vertailu alkuperäiseen pumpun käyrään tunnistaa kulumisrenkaiden ja juoksupyörän kanavien sisäisen kulumisen ennen kuin tehon menetys tulee vakavaksi.
- Öljyanalyysi: Laakeripesän öljyn määräajoin suoritettava spektrometrinen analyysi havaitsee laakerikennistä ja laakereista peräisin olevat kuluneet metallihiukkaset, mikä antaa varhaisen varoituksen välittömästä laakerivauriosta.
Vaatimustenmukaisuus ja toimialastandardit
- API 610 (ISO 13709): Keskipakopumput öljy-, petrokemian- ja maakaasuteollisuudelle. Pumpun suunnittelun, materiaalien, testauksen ja dokumentoinnin ensisijainen eritelmä.
- API 682 (ISO 21049): Pumput — Akselitiivistysjärjestelmät keskipako- ja kiertopumppuihin. Säätelee mekaanisen tiivisteen tyyppiä, järjestelyä ja huuhtelusuunnitelman valintaa.
- API 670: Koneiden suojajärjestelmät. Määrittää tärinän, lämpötilan ja nopeuden valvontalaitteet kriittisille pyöriville laitteille.
- NACE MR0103 / ISO 17945: Metalliset materiaalit, jotka kestävät sulfidijännityshalkeilua syövyttävissä öljynjalostusympäristöissä. Pakollinen happaman huoltopumpun komponenteille.
- ASME B73.1: Vaakasuuntaiset pääteimulla toimivat keskipakopumput kemiallisiin prosesseihin – viitataan ei-API-yleisiin kemiallisiin palveluihin petrokemian laitoksissa.
Usein kysytyt kysymykset
Q1: Mitä eroa on API 610 OH1- ja OH2-pumppukokoonpanoilla?
Sekä OH1 että OH2 ovat riippuvia, yksivaiheisia keskipakopumppuja. Ero on siinä, miten kotelo on tuettu. OH1-pumppu on asennettu jalkaan – kotelo on jalkojen päällä, jotka on pultattu pohjalevyyn. OH2-pumppu on asennettu keskiviivaan – kotelo on tuettu keskilinjaltaan kiinnikkeillä, mikä mahdollistaa pumpun lämpölaajentumisen sekä ylös- että alaspäin tasaisesti akselin keskilinjasta. Tämä estää lämpökasvun aiheuttaman akselivirheen. API 610 edellyttää OH2-asennusta palveluissa, joissa pumpattavan nesteen lämpötila ylittää noin 200 celsiusastetta, koska jalkaan asennetut kotelot korkeassa lämpötilassa aiheuttavat ei-hyväksyttäviä akselin ja kytkimen kohdistusvirheitä.
Q2: Kuinka lasket NPSH-marginaalin haihtuvalle hiilivetypumpulle?
Nettopositiivinen käytettävissä oleva imukorkeus (NPSHa) lasketaan imuastian paineesta, pumpun imusuuttimen yläpuolella olevasta staattisesta nestekorkeudesta, imulinjan kitkahäviöistä ja nestehöyryn paineesta imulämpötilassa. Tuloksen on ylitettävä pumpun vaadittu NPSH (NPSHr) - joka on otettu valmistajan suorituskykykäyrästä - määritetyllä marginaalilla. API 610 edellyttää, että NPSHa ylittää NPSHr:n vähintään 0 metrillä nimellispisteessä, mutta useimmat tekniset käytännöt soveltavat 3 dB:n marginaalia (NPSHa, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin 1,3 kertaa NPSHr) kevyille hiilivedyille ja haihtuville palveluille kavitaatiovaurioiden ja imukierrätyksen epävakauden estämiseksi.
Q3: Milloin tarvitaan kaksi mekaanista tiivistettä yhden tiivisteen sijaan?
API 682 luokittelee nesteet niiden vaaratason ja fysikaalisten ominaisuuksien mukaan. Kaksoistiivistejärjestely – joko paineistamaton (suunnitelma 52) tai paineistettu (suunnitelma 53A) – vaaditaan, kun pumpattava neste on luokiteltu myrkylliseksi, syöpää aiheuttavaksi tai helposti syttyväksi, jonka normaali kiehumispiste on alle 0 Celsius-astetta, tai kun paikalliset ympäristömääräykset kieltävät prosessinesteen päästöt ilmakehään. Yksittäiset tiivisteet, joissa on riittävät huuhtelusuunnitelmat, ovat sallittuja vähäisemmässä vaarassa. Lopullinen valinta tulee vahvistaa kohteen HAZOP-tutkimuksen, paikallisten päästömääräysten ja prosessiluvan myöntäjän vaatimusten perusteella.
Q4: Mikä aiheuttaa ennenaikaisen mekaanisen tiivisteen vian petrokemian pumppuissa?
Yleisimmät ennenaikaisen tiivistevian perimmäiset syyt petrokemian huollossa ovat kuivakäynti käynnistyksen tai prosessin häiriintymisen aikana, väärä huuhtelusuunnitelman valinta, joka johtaa nesteen höyrystymiseen tai kontaminaatioon tiivistepinnoilla, liiallinen akselin tärinä, joka johtuu hydraulisesta epävakaudesta, kun pumppu toimii kaukana BEP:stä, ja lämpöshokki nopeasta lämpötilan vaihtelusta. Jokainen näistä vikatiloista tuottaa erillisiä kasvojen kulumiskuvioita, jotka voidaan tunnistaa vian jälkeisen purkamisen aikana. Oikein suoritettu perussyyvirheanalyysi (RCFA) jokaisessa tiivistevikatapahtumassa on tehokkain keino lyhentää toimipaikan kokonaiskeskimääräistä sinettiaikaa vikojen välillä.
Viitteet
- American Petroleum Institute. API-standardi 610 / ISO 13709: Keskipakopumput öljy-, petrokemian- ja maakaasuteollisuudelle , 12. painos Washington, DC: API, 2021.
- American Petroleum Institute. API-standardi 682 / ISO 21049: Pumput — Akselin tiivistysjärjestelmät keskipako- ja kiertopumppuihin , 4. painos Washington, DC: API, 2014.
- American Petroleum Institute. API Standard 670: Machinery Protection Systems , 5. painos Washington, DC: API, 2014.
- NACE International. NACE MR0103 / ISO 17945: Öljy-, petrokemian- ja maakaasuteollisuus — Metallimateriaalit, jotka kestävät sulfidijännityshalkeilua syövyttävissä öljynjalostusympäristöissä . Houston, TX: NACE, 2015.
- Karassik, I.J., et ai. Pumpun käsikirja , 4. painos New York: McGraw-Hill, 2008.
- Bloch, H.P. ja Geitner, F.K. Käytännön koneenhallinta prosessilaitoksille, osa 2: Konevikojen analyysi ja vianmääritys , 4. painos Oxford: Elsevier, 2012.
