Làm thế nào để bạn chọn máy bơm xử lý hóa dầu phù hợp?

Lựa chọn máy bơm trong nhà máy lọc dầu hoặc nhà máy hóa dầu không phải là một bài tập theo danh mục. A máy bơm quá trình hóa dầu hoạt động trong các điều kiện kết hợp nhiệt độ cao, áp suất cao, chất lỏng dễ cháy hoặc độc hại và chu kỳ làm việc liên tục. Lựa chọn sai sẽ dẫn đến việc ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, hỏng hóc và sự cố về an toàn. Hướng dẫn này bao gồm các loại máy bơm, yêu cầu API 610, lựa chọn vật liệu, hệ thống phốt cơ khí và các biện pháp thực hành về độ tin cậy ở mức thông số kỹ thuật được yêu cầu bởi các kỹ sư xử lý và người mua thiết bị bán buôn.

Máy bơm xử lý hóa dầu là gì?

A máy bơm quá trình hóa dầu là máy xử lý chất lỏng được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong các ngành công nghiệp lọc dầu, xử lý hóa chất và các ngành công nghiệp hydrocarbon liên quan. Nó chuyển chất lỏng có thể nóng, lạnh, nhớt, mài mòn, dễ bay hơi hoặc tích cực về mặt hóa học. Máy bơm phải chứa chất lỏng không bị rò rỉ, vận hành đáng tin cậy trong thời gian dài giữa các khoảng thời gian bảo trì theo kế hoạch và đáp ứng các yêu cầu an toàn khi lắp đặt.

Môi trường hoạt động và đặc tính chất lỏng

• Chất lỏng xử lý bao gồm dầu thô, naphtha, benzen, toluene, xylene, axit sulfuric, xút, khí hóa lỏng và dầu truyền nhiệt ở nhiệt độ cao.
• Nhiệt độ hoạt động dao động từ dịch vụ đông lạnh dưới -100 độ C đến dịch vụ nạp lò sưởi đốt trên 400 độ C.
• Áp suất vận hành trong dịch vụ cấp liệu cho lò phản ứng áp suất cao có thể vượt quá 300 bar ở một số cấu hình.
• Nhiều chất lỏng xử lý được phân loại là nguy hiểm, dễ cháy hoặc độc hại theo quy định Quản lý an toàn quy trình OSHA (PSM), khiến việc ngăn chặn không rò rỉ trở thành tiêu chí thiết kế không thể thương lượng.
• Sự thay đổi trọng lượng riêng và độ nhớt trong các dòng quy trình đòi hỏi phải định cỡ thủy lực cẩn thận để tránh vận hành xa điểm hiệu quả tốt nhất (BEP).

Các loại máy bơm dùng trong dịch vụ hóa dầu

Không có loại máy bơm nào có thể đáp ứng đầy đủ các điều kiện dịch vụ hóa dầu. Các kỹ sư quy trình chọn công nghệ bơm dựa trên tốc độ dòng chảy, chênh lệch áp suất, đặc tính chất lỏng và mục tiêu về độ tin cậy. Bảng dưới đây so sánh các loại máy bơm chính được sử dụng trong các nhà máy hóa dầu.

Bơm ly tâm cho ngành hóa dầu

các bơm ly tâm cho ngành hóa dầu dịch vụ chiếm phần lớn các tổ máy bơm được lắp đặt trong một nhà máy lọc dầu điển hình. Máy bơm ly tâm cung cấp dòng chảy liên tục, tải mô-men xoắn trơn tru, dễ điều khiển thông qua bộ điều khiển tần số thay đổi (VFD) và tần suất bảo trì tương đối thấp khi có kích thước phù hợp. Hạn chế chính của chúng là độ nhạy với cột hút dương thực (NPSH) - đặc biệt với các hydrocacbon dễ bay hơi gần điểm sủi bọt của chúng. Biên NPSH cao hơn NPSH yêu cầu ít nhất 1,0 mét là mức tiêu chuẩn tối thiểu, với nhiều nhà cấp phép chỉ định tỷ lệ biên NPSH 3 dB cho các dịch vụ quan trọng.

Tùy chọn dịch chuyển tích cực

Bơm dịch chuyển dương được chỉ định khi chất lỏng quá nhớt đối với công nghệ ly tâm, khi cần đo chính xác hoặc khi áp suất chênh lệch rất cao vượt quá phạm vi thực tế của thiết kế ly tâm. Bơm bánh răng xử lý độ nhớt từ 20 cSt đến hơn 100.000 cSt. Bơm pít tông pittông là lựa chọn tiêu chuẩn để phun áp suất cao vào lò phản ứng hoạt động trên 100 bar.

Máy bơm xử lý hóa dầu API 610 - Yêu cầu tiêu chuẩn

các 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 Bơm xử lý hóa dầu API 610 phải đáp ứng các yêu cầu về kích thước, thủy lực, cơ khí và thử nghiệm vượt xa các yêu cầu về bơm công nghiệp nói chung.

Tiêu chí thiết kế và xây dựng API 610 chính

• Lưu lượng ổn định liên tục tối thiểu (MCSF) phải được nhà sản xuất xác định và đánh dấu trên đường cong hiệu suất của máy bơm.
• Vùng vận hành ưu tiên (POR) được xác định là 70% đến 120% lưu lượng BEP - việc lựa chọn máy bơm phải đặt điểm định mức trong phạm vi này.
• Cần có vỏ xoắn ốc đôi cho đường kính bánh công tác trên ngưỡng kích thước được chỉ định trong tiêu chuẩn, để giảm tải ổ trục hướng tâm khi vận hành ngoài BEP.
• Vỏ ổ trục phải có khả năng bôi trơn vòng dầu, phun sương dầu nguyên chất hoặc cung cấp dầu điều áp theo quy định. Vòng bi bôi trơn bằng mỡ không được phép sử dụng trong hầu hết các ứng dụng quy trình.
• Yêu cầu tuổi thọ vòng bi L10 tối thiểu là 25.000 giờ ở điều kiện định mức - được tính theo ISO 281.
• Kiểm tra áp suất thủy tĩnh ở mức 1,5 lần áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP) là bắt buộc trước khi vận chuyển.

Mã loại máy bơm theo API 610

API 610 xác định mã loại tiêu chuẩn mô tả cấu hình cơ học của máy bơm. Bảng dưới đây tóm tắt các loại được chỉ định thường xuyên nhất.

Vật liệu bơm hóa dầu nhiệt độ cao

Vật liệu bơm hóa dầu nhiệt độ cao phải giữ được độ bền cơ học, chống lại quá trình oxy hóa và duy trì ổn định về kích thước trong các phạm vi nhiệt độ vận hành thường kéo dài vài trăm độ C. Lựa chọn vật liệu cũng giải quyết vấn đề ăn mòn từ chất lỏng xử lý và bất kỳ chất gây ô nhiễm kèm theo nào.

Lựa chọn hợp kim vỏ và cánh quạt

các 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.

Lựa chọn Phốt bơm hóa dầu và Phốt cơ khí

các shaft seal system is the most failure-prone component in any máy bơm quá trình hóa dầu . đúng lựa chọn con dấu bơm hóa dầu và con dấu cơ khí được điều chỉnh bởi API 682, trong đó xác định các loại con dấu, cách sắp xếp và kế hoạch xả nước cho các dịch vụ nguy hiểm và không nguy hiểm.

Tổng quan về kế hoạch con dấu API 682

API 682 chỉ định sơ đồ đường ống kiểm soát môi trường ở các mặt bịt kín. Bảng dưới đây tóm tắt các kế hoạch được sử dụng rộng rãi nhất và logic ứng dụng của chúng.

Bảo trì và độ tin cậy của máy bơm quy trình hóa dầu

Chương trình độ tin cậy có cấu trúc giúp giảm thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTBF) và giảm chi phí vòng đời. Bảo trì và độ tin cậy của máy bơm quy trình hóa dầu các chương trình tập trung vào giám sát dự đoán, phân tích nguyên nhân gốc rễ và các tiêu chuẩn sửa chữa có kỷ luật.

Chiến lược giám sát tình trạng

• Phân tích rung động: Giám sát rung động trực tuyến với các cảm biến vận tốc và gia tốc phát hiện sự mất cân bằng của bánh công tác, các khuyết tật ổ trục và mất ổn định thủy lực trước khi hỏng hóc. API 670 chỉ định các yêu cầu về thiết bị đo để theo dõi độ rung liên tục trên các máy bơm quan trọng.
• Giám sát nhiệt độ vòng bi: Bộ phát hiện nhiệt độ điện trở (RTD) được lắp đặt trong ổ trục cảnh báo người vận hành về sự cố bôi trơn hoặc quá tải trước khi xảy ra hiện tượng giật ổ trục.
• Phát hiện rò rỉ kín: Phốt cơ khí kép được trang bị hệ thống Plan 52 hoặc 53A cho phép người vận hành giám sát mức và áp suất của đệm hoặc chất lỏng ngăn như là chỉ báo gián tiếp về tình trạng phốt bên trong.
• Xu hướng hiệu suất: Việc so sánh thường xuyên dữ liệu công suất đầu dòng thực tế với đường cong ban đầu của bơm sẽ xác định độ mòn bên trong ở các vòng mòn và các đoạn cánh quạt trước khi tình trạng mất hiệu suất trở nên nghiêm trọng.
• Phân tích dầu: Phân tích quang phổ định kỳ của dầu ổ trục phát hiện các hạt kim loại bị mài mòn từ các vòng bi và ổ trục, đưa ra cảnh báo sớm về hư hỏng ổ trục sắp xảy ra.

Tuân thủ và tiêu chuẩn ngành

• API 610 (ISO 13709): Máy bơm ly tâm cho ngành công nghiệp dầu khí, hóa dầu và khí tự nhiên. Thông số kỹ thuật cơ bản về thiết kế máy bơm, vật liệu, thử nghiệm và tài liệu.
• API 682 (ISO 21049): Máy bơm - Hệ thống làm kín trục cho máy bơm ly tâm và quay. Quản lý loại phốt cơ khí, sự sắp xếp và lựa chọn sơ đồ xả.
• API 670: Hệ thống bảo vệ máy móc. Chỉ định thiết bị đo độ rung, nhiệt độ và tốc độ cho thiết bị quay quan trọng.
• NACE MR0103 / ISO 17945: Vật liệu kim loại có khả năng chống nứt ứng suất sunfua trong môi trường lọc dầu ăn mòn. Bắt buộc đối với các bộ phận bơm dịch vụ chua.
• ASME B73.1: Máy bơm ly tâm hút ngang nằm ngang cho quy trình hóa học - được tham chiếu cho dịch vụ hóa chất tổng hợp không có API trong các cơ sở hóa dầu.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Sự khác biệt giữa cấu hình bơm API 610 OH1 và OH2 là gì?

Cả OH1 và OH2 đều là máy bơm ly tâm một tầng treo. Sự khác biệt nằm ở cách vỏ được hỗ trợ. Máy bơm OH1 được gắn vào chân — vỏ nằm trên các chân được bắt vít vào tấm đế. Máy bơm OH2 được gắn trên đường tâm - vỏ được đỡ ở đường tâm của nó bằng các giá đỡ, cho phép máy bơm giãn nở về mặt nhiệt lên và xuống đều so với đường tâm trục. Điều này ngăn chặn sự lệch trục do tăng trưởng nhiệt. API 610 yêu cầu lắp OH2 cho các dịch vụ trong đó nhiệt độ chất lỏng được bơm vượt quá khoảng 200 độ C, vì vỏ gắn chân ở nhiệt độ cao tạo ra độ lệch trục và khớp nối không thể chấp nhận được.

Câu hỏi 2: Bạn tính biên độ NPSH cho máy bơm hydrocarbon dễ bay hơi như thế nào?

Đầu hút dương thực hiện có (NPSHa) được tính từ áp suất bình hút, đầu chất lỏng tĩnh phía trên vòi hút của bơm, tổn thất ma sát đường hút và áp suất hơi chất lỏng ở nhiệt độ hút. Kết quả phải vượt quá NPSH (NPSHr) yêu cầu của máy bơm — được lấy từ đường cong hiệu suất của nhà sản xuất — theo mức quy định. API 610 yêu cầu NPSHa vượt quá NPSHr ít nhất 0 mét tại điểm định mức, nhưng hầu hết các biện pháp kỹ thuật đều áp dụng biên độ 3 dB (NPSHa bằng hoặc lớn hơn 1,3 lần NPSHr) đối với hydrocarbon nhẹ và các dịch vụ dễ bay hơi để ngăn ngừa hư hỏng do tạo bọt và mất ổn định tuần hoàn lực hút.

Câu hỏi 3: Khi nào cần có phốt cơ khí kép thay vì phốt đơn?

API 682 phân loại chất lỏng theo mức độ nguy hiểm và đặc tính vật lý của chúng. Bố trí cụm làm kín kép — không được điều áp (Sơ đồ 52) hoặc được điều áp (Sơ đồ 53A) — là cần thiết khi chất lỏng được bơm được phân loại là độc hại, gây ung thư hoặc rất dễ cháy với nhiệt độ sôi bình thường dưới 0 độ C hoặc khi các quy định về môi trường địa phương cấm bất kỳ sự phát thải nào vào khí quyển của chất lỏng xử lý. Cho phép sử dụng các vòng đệm đơn với sơ đồ xả thích hợp cho các dịch vụ có mức độ nguy hiểm thấp hơn. Lựa chọn cuối cùng phải được xác nhận dựa trên nghiên cứu HAZOP của cơ sở, các quy định về phát thải của địa phương và các yêu cầu của người cấp phép quy trình.

Câu hỏi 4: Nguyên nhân gây ra hư hỏng phốt cơ khí sớm trong máy bơm hóa dầu?

các 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.

Tài liệu tham khảo

• Viện Dầu khí Hoa Kỳ. Tiêu chuẩn API 610 / ISO 13709: Bơm ly tâm cho ngành dầu khí, hóa dầu và khí tự nhiên , tái bản lần thứ 12. Washington, DC: API, 2021.
• Viện Dầu khí Hoa Kỳ. Tiêu chuẩn API 682 / ISO 21049: Máy bơm - Hệ thống làm kín trục cho máy bơm ly tâm và quay , tái bản lần thứ 4. Washington, DC: API, 2014.
• Viện Dầu khí Hoa Kỳ. Tiêu chuẩn API 670: Hệ thống bảo vệ máy móc , tái bản lần thứ 5. Washington, DC: API, 2014.
• NACE quốc tế. NACE MR0103 / ISO 17945: Các ngành công nghiệp dầu mỏ, hóa dầu và khí tự nhiên - Vật liệu kim loại chống lại hiện tượng nứt do ứng suất sunfua trong môi trường lọc dầu ăn mòn . Houston, TX: NACE, 2015.
• Karassik, IJ, và cộng sự. Sổ tay máy bơm , tái bản lần thứ 4. New York: McGraw-Hill, 2008.
• Bloch, H.P., và Geitner, F.K. Quản lý máy móc thực hành cho các nhà máy chế biến, Tập 2: Phân tích lỗi máy móc và khắc phục sự cố , tái bản lần thứ 4. Oxford: Elsevier, 2012.