چگونه پمپ فرآیند پتروشیمی مناسب را انتخاب می کنید؟

انتخاب پمپ در یک پالایشگاه یا پتروشیمی یک کار کاتالوگ نیست. الف پمپ فرآیند پتروشیمی تحت شرایطی عمل می کند که دمای بالا، فشار بالا، سیال قابل اشتعال یا سمی و چرخه های کار مداوم را ترکیب می کند. انتخاب اشتباه باعث خاموشی های برنامه ریزی نشده، خرابی مهر و موم و حوادث ایمنی می شود. این راهنما انواع پمپ، الزامات الفPI 610، انتخاب مواد، سیستم‌های مهر و موم مکانیکی و شیوه‌های قابلیت اطمینان در سطح مشخصات مورد نیاز مهندسین فرآیند و خریداران عمده‌فروشی تجهیزات را پوشش می‌دهد.

پمپ فرآیند پتروشیمی چیست؟

A پمپ فرآیند پتروشیمی یک ماشین جابجایی مایعات است که به طور خاص برای استفاده در پالایش، فرآوری شیمیایی و صنایع مربوط به هیدروکربن طراحی شده است. مایعاتی را منتقل می کند که ممکن است گرم، سرد، چسبناک، ساینده، فرار یا از نظر شیمیایی تهاجمی باشند. پمپ باید حاوی سیال بدون نشتی باشد، به طور قابل اعتماد برای دوره های طولانی بین فواصل نگهداری برنامه ریزی شده کار کند و الزامات ایمنی نصب را برآورده کند.

محیط عملیاتی و ویژگی های سیالات

• سیالات فرآیند شامل نفت خام، نفتا، بنزن، تولوئن، زایلن، اسید سولفوریک، سود سوزآور، گازهای مایع و روغن‌های انتقال حرارت با دمای بالا هستند.
• دمای عملیاتی از سرویس برودتی زیر 100- درجه سانتیگراد تا سرویس شارژ بخاری روشن شده بالای 400 درجه سانتیگراد متغیر است.
• فشار عملیاتی در سرویس تغذیه راکتور فشار بالا در برخی تنظیمات می تواند از 300 بار تجاوز کند.
• بسیاری از سیالات فرآیندی تحت قوانین مدیریت ایمنی فرآیند OSHA (PSM) به عنوان خطرناک، قابل اشتعال یا سمی طبقه بندی می شوند، که باعث می شود مهار نشت صفر یک معیار طراحی غیرقابل مذاکره باشد.
• تغییرات وزن مخصوص و ویسکوزیته در جریان های فرآیند نیاز به اندازه گیری دقیق هیدرولیکی دارد تا از عملکرد دور از بهترین نقطه بازده (BEP) جلوگیری شود.

انواع پمپ های مورد استفاده در خدمات پتروشیمی

هیچ نوع پمپ واحدی طیف کاملی از شرایط خدمات پتروشیمی را پوشش نمی دهد. مهندسان فرآیند، فناوری پمپ را بر اساس نرخ جریان، فشار دیفرانسیل، خواص سیال و اهداف قابلیت اطمینان انتخاب می‌کنند. جدول زیر دسته های اصلی پمپ های مورد استفاده در کارخانه های پتروشیمی را مقایسه می کند.

پمپ گریز از مرکز برای صنعت پتروشیمی

را پمپ گریز از مرکز برای صنعت پتروشیمی خدمات اکثر واحدهای پمپ نصب شده در یک پالایشگاه معمولی را تشکیل می دهد. پمپ های گریز از مرکز جریان پیوسته، بارگذاری گشتاور صاف، سهولت کنترل از طریق درایو فرکانس متغیر (VFD) و فرکانس نگهداری نسبتا پایین را در صورت اندازه گیری مناسب ارائه می دهند. محدودیت اصلی آنها حساسیت به سر مکش مثبت خالص (NPSH) است - به ویژه با هیدروکربن های فرار در نزدیکی نقطه حباب آنها. حاشیه NPSH حداقل 1.0 متر بالاتر از NPSH مورد نیاز حداقل استاندارد است، با بسیاری از مجوز دهندگان نسبت حاشیه NPSH 3 دسی بل را برای خدمات حیاتی مشخص می کنند.

گزینه های جابجایی مثبت

پمپ های جابجایی مثبت زمانی مشخص می شوند که سیال برای فناوری گریز از مرکز بیش از حد ویسکوز باشد، زمانی که اندازه گیری دقیق مورد نیاز است، یا زمانی که فشارهای دیفرانسیل بسیار بالا از محدوده عملی طرح های گریز از مرکز فراتر رود. پمپ های دنده ای ویسکوزیته از 20 cSt تا بیش از 100,000 cSt را کنترل می کنند. پمپ های پیستونی رفت و برگشتی انتخاب استاندارد برای تزریق فشار بالا به راکتورهایی هستند که بالای 100 بار کار می کنند.

پمپ فرآیند پتروشیمی API 610 - الزامات استاندارد

را American Petroleum Institute standard API 610 is the governing specification for centrifugal pumps in the petroleum, petrochemical, and natural gas industries. Compliance with this standard is required on most EPC projects worldwide. An پمپ فرآیند پتروشیمی API 610 باید الزامات ابعادی، هیدرولیکی، مکانیکی و آزمایشی را برآورده کند که فراتر از عملکرد عمومی پمپ صنعتی است.

معیارهای طراحی و ساخت کلید API 610

• حداقل جریان پایدار پیوسته (MCSF) باید توسط سازنده تعریف شده و بر روی منحنی عملکرد پمپ مشخص شود.
• منطقه عملیاتی ترجیحی (POR) به عنوان 70٪ تا 120٪ جریان BEP تعریف می شود - انتخاب پمپ باید نقطه نامی را در این محدوده قرار دهد.
• پوشش دو پیچی برای قطرهای پروانه بالاتر از آستانه اندازه مشخص شده در استاندارد مورد نیاز است تا بارهای باربر شعاعی در عملکرد خارج از BEP کاهش یابد.
• محفظه یاتاقان باید دارای روغنکاری رینگ روغن، غبار روغن خالص یا عرضه روغن تحت فشار به صورت مشخص باشد. بلبرینگ های روغن کاری شده با گریس برای اکثر کاربردهای فرآیندی مجاز نیستند.
• حداقل عمر بلبرینگ L10 25000 ساعت در شرایط رتبه بندی شده مورد نیاز است - بر اساس ISO 281 محاسبه می شود.
• آزمایش فشار هیدرواستاتیک در 1.5 برابر حداکثر فشار کاری مجاز (MAWP) قبل از حمل و نقل الزامی است.

کدهای نوع پمپ تحت API 610

API 610 کدهای استاندارد شده ای را تعریف می کند که پیکربندی مکانیکی پمپ را توصیف می کند. جدول زیر بیشتر انواع مشخص شده را خلاصه می کند.

مواد پمپ پتروشیمی با دمای بالا

مواد پمپ پتروشیمی با دمای بالا باید استحکام مکانیکی را حفظ کند، در برابر اکسیداسیون مقاومت کند، و از نظر ابعادی در محدوده دمای عملیاتی که اغلب چند صد درجه سانتیگراد است، پایدار بماند. انتخاب مواد همچنین به خوردگی ناشی از سیال فرآیند و هر گونه آلاینده وارد شده می پردازد.

انتخاب آلیاژ پوشش و پروانه

را table below maps common process service conditions to the appropriate casing and wetted parts material. These selections follow industry practice aligned with API 610 and NACE MR0103 corrosion-resistant materials requirements.

مهر و موم پمپ پتروشیمی و انتخاب مهر و موم مکانیکی

را shaft seal system is the most failure-prone component in any پمپ فرآیند پتروشیمی . درست است مهر و موم پمپ پتروشیمی و انتخاب مهر و موم مکانیکی توسط API 682 اداره می شود که انواع مهر و موم، ترتیبات و طرح های شستشو را برای خدمات خطرناک و غیرخطرناک تعریف می کند.

API 682 Seal Plans نمای کلی

API 682 نقشه‌های لوله‌کشی را مشخص می‌کند که محیط را در سطوح مهر و موم کنترل می‌کند. جدول زیر به طور خلاصه پرکاربردترین پلن ها و منطق کاربرد آنها را نشان می دهد.

تعمیر و نگهداری و قابلیت اطمینان پمپ فرآیند پتروشیمی

یک برنامه قابلیت اطمینان ساخت یافته، میانگین زمان بین خرابی ها (MTBF) را کاهش می دهد و هزینه چرخه عمر را کاهش می دهد. نگهداری و قابلیت اطمینان پمپ فرآیند پتروشیمی برنامه‌ها بر پایش پیش‌بینی‌کننده، تحلیل علت ریشه‌ای و استانداردهای تعمیرات منظم متمرکز هستند.

استراتژی های نظارت بر شرایط

• آنالیز ارتعاش: نظارت بر ارتعاش آنلاین با سنسورهای سرعت و شتاب، عدم تعادل پروانه، نقص بلبرینگ و ناپایداری هیدرولیک را قبل از خرابی تشخیص می دهد. API 670 الزامات ابزار دقیق برای نظارت مداوم ارتعاش در پمپ های حیاتی را مشخص می کند.
• نظارت بر دمای بلبرینگ: آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) نصب شده در محفظه یاتاقان، اپراتورها را نسبت به خرابی روانکاری یا بارگذاری بیش از حد قبل از وقوع انسداد یاتاقان هشدار می دهند.
• تشخیص نشتی مهر و موم: مهر و موم های مکانیکی دوگانه مجهز به سیستم های Plan 52 یا 53A به اپراتورها اجازه می دهد تا سطح و فشار سیال بافر یا سد را به عنوان شاخص های غیرمستقیم وضعیت آب بندی داخلی نظارت کنند.
• روند عملکرد: مقایسه منظم داده‌های توان جریان سر در برابر منحنی اصلی پمپ، سایش داخلی حلقه‌های سایش و گذرگاه‌های پروانه را قبل از اینکه از دست دادن راندمان شدید شود، شناسایی می‌کند.
• آنالیز روغن: تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی دوره‌ای روغن محفظه یاتاقان، ذرات فلز سایش را از بلبرینگ‌ها و ژورنال‌ها تشخیص می‌دهد و هشدار اولیه در مورد خرابی قریب‌الوقوع بلبرینگ را ارائه می‌دهد.

انطباق و استانداردهای صنعت

• API 610 (ISO 13709): پمپ های گریز از مرکز برای صنایع نفت، پتروشیمی و گاز طبیعی. مشخصات اولیه برای طراحی پمپ، مواد، آزمایش و مستندات.
• API 682 (ISO 21049): پمپ ها - سیستم های آب بندی شفت برای پمپ های گریز از مرکز و دوار. بر نوع مهر و موم مکانیکی، ترتیب، و انتخاب طرح فلاش نظارت دارد.
• API 670: سیستم های حفاظت از ماشین آلات ابزار دقیق نظارت بر ارتعاش، دما و سرعت را برای تجهیزات حیاتی دوار مشخص می کند.
• NACE MR0103 / ISO 17945: مواد فلزی مقاوم در برابر ترک خوردگی تنش سولفید در محیط های خورنده پالایش نفت. اجباری برای قطعات پمپ سرویس ترش.
• ASME B73.1: پمپ‌های گریز از مرکز مکش افقی برای فرآیندهای شیمیایی - برای خدمات شیمیایی عمومی غیر API در تاسیسات پتروشیمی ارجاع داده شده است.

سوالات متداول

Q1: تفاوت بین پیکربندی پمپ API 610 OH1 و OH2 چیست؟

هر دو OH1 و OH2 پمپ های گریز از مرکز تک مرحله ای هستند. تفاوت در نحوه پشتیبانی از پوشش نهفته است. یک پمپ OH1 روی پا نصب می شود - پوشش روی پایه هایی که به صفحه پایه پیچ شده است قرار می گیرد. یک پمپ OH2 روی خط مرکزی نصب شده است - پوشش در خط مرکزی آن توسط براکت‌هایی پشتیبانی می‌شود که به پمپ اجازه می‌دهد تا از نظر حرارتی به سمت بالا و پایین به طور مساوی از خط مرکزی شفت منبسط شود. این امر از ناهماهنگی شفت به دلیل رشد حرارتی جلوگیری می کند. نصب OH2 توسط API 610 برای خدماتی که دمای سیال پمپاژ شده از حدود 200 درجه سانتیگراد بیشتر است، مورد نیاز است، زیرا روکش‌های نصب شده روی پا در دمای بالا باعث ایجاد ناهماهنگی غیرقابل قبول شفت به کوپلینگ می‌شوند.

Q2: چگونه حاشیه NPSH را برای یک پمپ هیدروکربنی فرار محاسبه می کنید؟

سر مکش خالص موجود (NPSHa) از فشار مخزن مکش، سر مایع ساکن بالای نازل مکش پمپ، تلفات اصطکاک خط مکش و فشار بخار سیال در دمای مکش محاسبه می‌شود. نتیجه باید از NPSH مورد نیاز پمپ (NPSHr) - برگرفته از منحنی عملکرد سازنده - با حاشیه مشخص شده بیشتر باشد. API 610 مستلزم آن است که NPSHa حداقل 0 متر از NPSHr در نقطه نامی تجاوز کند، اما بیشتر روش های مهندسی برای جلوگیری از آسیب کاویتاسیون و ناپایداری گردش مجدد مکش، حاشیه 3 دسی بل (NPSHa برابر یا بیشتر از 1.3 برابر NPSHr) را برای خدمات هیدروکربنی سبک و فرار اعمال می کنند.

Q3: چه زمانی به جای مهر و موم تک مکانیکی نیاز به مهر و موم مکانیکی دوگانه است؟

API 682 سیالات را بر اساس سطح خطر و خواص فیزیکی آنها دسته بندی می کند. هنگامی که سیال پمپ شده به عنوان سمی، سرطان زا یا بسیار قابل اشتعال با نقطه جوش معمولی زیر 0 درجه سانتیگراد طبقه بندی می شود، یا زمانی که مقررات محیطی محلی هرگونه انتشار اتمسفری سیال فرآیند را ممنوع می کند، یک آرایش آب بندی دوگانه - بدون فشار (طرح 52) یا تحت فشار (طرح 53A) مورد نیاز است. مهر و موم های منفرد با طرح های فلاش کافی برای خدمات با خطر کمتر مجاز هستند. انتخاب نهایی باید بر اساس مطالعه HAZOP سایت، مقررات انتشار محلی، و الزامات مجوز فرآیند تایید شود.

Q4: علت خرابی زودرس سیل مکانیکی در پمپ های پتروشیمی چیست؟

را most common root causes of premature seal failure in petrochemical service are dry running during startup or process upset, incorrect flush plan selection leading to fluid vaporization or contamination at the seal faces, excessive shaft vibration from hydraulic instability when the pump operates far from BEP, and thermal shock from rapid temperature cycling. Each of these failure modes produces distinct face wear patterns that can be identified during post-failure teardown. A properly executed root cause failure analysis (RCFA) on each seal failure event is the most effective tool for reducing the site's overall seal mean time between failures.

مراجع

• موسسه نفت آمریکا استاندارد API 610 / ISO 13709: پمپ های گریز از مرکز برای صنایع نفت، پتروشیمی و گاز طبیعی ، چاپ دوازدهم واشنگتن، دی سی: API، 2021.
• موسسه نفت آمریکا استاندارد API 682 / ISO 21049: پمپ ها - سیستم های آب بندی شفت برای پمپ های گریز از مرکز و دوار ، ویرایش چهارم واشنگتن، دی سی: API، 2014.
• موسسه نفت آمریکا استاندارد API 670: سیستم های حفاظت از ماشین آلات ، ویرایش پنجم واشنگتن، دی سی: API، 2014.
• NACE International. NACE MR0103 / ISO 17945: صنایع نفت، پتروشیمی و گاز طبیعی - مواد فلزی مقاوم در برابر ترک خوردگی استرس سولفید در محیط‌های خورنده پالایش نفت . هیوستون، تگزاس: NACE، 2015.
• کاراسیک، آی جی، و همکاران. راهنمای پمپ ، ویرایش چهارم نیویورک: مک گراو هیل، 2008.
• Bloch، H.P.، and Geitner، F.K. مدیریت عملی ماشین آلات برای کارخانه های فرآیند، جلد 2: تجزیه و تحلیل خرابی ماشین آلات و عیب یابی ، ویرایش چهارم آکسفورد: الزویر، 2012.