คุณจะเลือกปั๊มกระบวนการปิโตรเคมีที่เหมาะสมได้อย่างไร?

การเลือกปั๊มในโรงกลั่นหรือโรงงานปิโตรเคมีไม่ใช่การดำเนินการตามแค็ตตาล็อก ก ปั๊มกระบวนการปิโตรเคมี ทำงานภายใต้สภาวะที่รวมอุณหภูมิสูง ความดันสูง ของเหลวไวไฟหรือเป็นพิษ และรอบการทำงานต่อเนื่อง การเลือกที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดการปิดระบบโดยไม่ได้วางแผน การซีลล้มเหลว และเหตุการณ์ด้านความปลอดภัย คู่มือนี้ครอบคลุมถึงประเภทของปั๊ม ข้อกำหนด กPI 610 การเลือกใช้วัสดุ ระบบซีลเชิงกล และหลักปฏิบัติด้านความน่าเชื่อถือในระดับข้อกำหนดที่กำหนดโดยวิศวกรกระบวนการและผู้ซื้ออุปกรณ์ขายส่ง

ปั๊มกระบวนการปิโตรเคมีคืออะไร?

A ปั๊มกระบวนการปิโตรเคมี เป็นเครื่องขนถ่ายของเหลวที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการกลั่น การแปรรูปทางเคมี และอุตสาหกรรมไฮโดรคาร์บอนที่เกี่ยวข้อง ถ่ายโอนของเหลวที่อาจร้อน เย็น หนืด มีฤทธิ์กัดกร่อน ระเหยง่าย หรือรุนแรงทางเคมี ปั๊มจะต้องมีของเหลวโดยไม่มีการรั่วซึม ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นระยะเวลานานระหว่างช่วงการบำรุงรักษาที่วางแผนไว้ และตรงตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของการติดตั้ง

สภาพแวดล้อมการทำงานและลักษณะของของไหล

• ของเหลวในกระบวนการประกอบด้วยน้ำมันดิบ แนฟทา เบนซีน โทลูอีน ไซลีน กรดซัลฟิวริก โซดาไฟ ก๊าซเหลว และน้ำมันถ่ายเทความร้อนที่อุณหภูมิสูง
• อุณหภูมิในการทำงานมีตั้งแต่บริการแช่แข็งต่ำกว่า -100 องศาเซลเซียส ไปจนถึงบริการชาร์จเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงสูงกว่า 400 องศาเซลเซียส
• แรงกดดันในการทำงานในบริการป้อนเครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูงอาจเกิน 300 บาร์ในบางการกำหนดค่า
• ของเหลวในกระบวนการหลายชนิดจัดอยู่ในประเภทอันตราย ไวไฟ หรือเป็นพิษภายใต้กฎระเบียบการจัดการความปลอดภัยในกระบวนการของ OSHA (PSM) ซึ่งทำให้การควบคุมการรั่วไหลเป็นศูนย์ถือเป็นเกณฑ์การออกแบบที่ไม่สามารถต่อรองได้
• ความถ่วงจำเพาะและการเปลี่ยนแปลงความหนืดตลอดกระบวนการต่างๆ ต้องใช้การปรับขนาดไฮดรอลิกอย่างระมัดระวัง เพื่อหลีกเลี่ยงการทำงานให้ห่างจากจุดประสิทธิภาพที่ดีที่สุด (BEP)

ประเภทปั๊มที่ใช้ในการบริการปิโตรเคมี

ไม่มีปั๊มประเภทเดียวที่ครอบคลุมเงื่อนไขการบริการปิโตรเคมีอย่างเต็มรูปแบบ วิศวกรกระบวนการเลือกเทคโนโลยีปั๊มตามอัตราการไหล ความดันแตกต่าง คุณสมบัติของของไหล และเป้าหมายความน่าเชื่อถือ ตารางด้านล่างเปรียบเทียบประเภทปั๊มหลักที่ใช้ในโรงงานปิโตรเคมี

ปั๊มหอยโข่งสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเคมี

ที่ ปั๊มหอยโข่งสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเคมี การบริการคิดเป็นส่วนใหญ่ของหน่วยปั๊มที่ติดตั้งในโรงกลั่นทั่วไป ปั๊มหอยโข่งให้การไหลต่อเนื่อง โหลดแรงบิดที่ราบรื่น ควบคุมได้ง่ายผ่านไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) และความถี่ในการบำรุงรักษาที่ค่อนข้างต่ำเมื่อมีขนาดที่เหมาะสม ข้อจำกัดที่สำคัญคือความไวต่อหัวดูดสุทธิบวก (NPSH) โดยเฉพาะกับไฮโดรคาร์บอนที่ระเหยง่ายใกล้กับจุดฟอง อัตรากำไรขั้นต้นของ NPSH ที่สูงกว่าค่า NPSH ที่กำหนดอย่างน้อย 1.0 เมตรถือเป็นค่าขั้นต่ำมาตรฐาน โดยมีผู้อนุญาตหลายรายระบุอัตราส่วนอัตรากำไรของ NPSH ไว้ที่ 3 dB สำหรับบริการที่สำคัญ

ตัวเลือกการแทนที่เชิงบวก

ปั๊มดิสเพลสเมนต์เชิงบวกจะถูกระบุเมื่อของไหลมีความหนืดมากเกินไปสำหรับเทคโนโลยีแรงเหวี่ยง เมื่อจำเป็นต้องมีการสูบจ่ายที่แม่นยำ หรือเมื่อแรงดันต่างที่สูงมากเกินขอบเขตการใช้งานจริงของการออกแบบแบบแรงเหวี่ยง ปั๊มเกียร์รองรับความหนืดตั้งแต่ 20 cSt ถึงมากกว่า 100,000 cSt ปั๊มลูกสูบลูกสูบเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการฉีดแรงดันสูงเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานเกิน 100 บาร์

ปั๊มกระบวนการปิโตรเคมี API 610 — ข้อกำหนดมาตรฐาน

ที่ 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 ปั๊มกระบวนการปิโตรเคมี API 610 ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านมิติ ไฮดรอลิก ทางกล และการทดสอบที่เหนือกว่าการปฏิบัติงานของปั๊มอุตสาหกรรมทั่วไป

เกณฑ์การออกแบบและการก่อสร้าง API 610 ที่สำคัญ

• ผู้ผลิตต้องกำหนดการไหลคงที่ต่อเนื่องขั้นต่ำ (MCSF) และทำเครื่องหมายไว้บนกราฟประสิทธิภาพของปั๊ม
• พื้นที่ปฏิบัติการที่ต้องการ (POR) ถูกกำหนดให้เป็น 70% ถึง 120% ของการไหลของ BEP - การเลือกปั๊มจะต้องวางจุดที่กำหนดภายในช่วงนี้
• ต้องใช้ปลอกรูปก้นหอยคู่สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดที่สูงกว่าเกณฑ์ขนาดที่ระบุไว้ในมาตรฐาน เพื่อลดภาระของตลับลูกปืนแนวรัศมีในการทำงานนอก BEP
• ตัวเรือนแบริ่งต้องรองรับการหล่อลื่นแหวนน้ำมัน ละอองน้ำมันบริสุทธิ์ หรือการจ่ายน้ำมันที่มีแรงดันตามที่ระบุ ไม่อนุญาตให้ใช้ตลับลูกปืนที่หล่อลื่นด้วยจาระบีสำหรับการใช้งานในกระบวนการส่วนใหญ่
• ต้องมีอายุการใช้งานตลับลูกปืน L10 ขั้นต่ำ 25,000 ชั่วโมงภายใต้สภาวะที่กำหนด — คำนวณตาม ISO 281
• ต้องมีการทดสอบแรงดันอุทกสถิตที่ 1.5 เท่าของแรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต (MAWP) ก่อนจัดส่ง

รหัสประเภทปั๊มภายใต้ API 610

API 610 กำหนดรหัสประเภทมาตรฐานที่อธิบายการกำหนดค่าทางกลของปั๊ม ตารางด้านล่างสรุปประเภทที่ระบุบ่อยที่สุด

วัสดุปั๊มปิโตรเคมีอุณหภูมิสูง

วัสดุปั๊มปิโตรเคมีอุณหภูมิสูง ต้องรักษาความแข็งแรงทางกล ต้านทานการเกิดออกซิเดชัน และคงความเสถียรของมิติตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานที่มักจะครอบคลุมหลายร้อยองศาเซลเซียส การเลือกใช้วัสดุยังช่วยแก้ปัญหาการกัดกร่อนจากของไหลในกระบวนการและสิ่งปนเปื้อนที่ตกค้างอีกด้วย

การเลือกปลอกและใบพัดอัลลอยด์

ที่ 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.

การเลือกซีลปั๊มปิโตรเคมีและซีลเครื่องกล

ที่ shaft seal system is the most failure-prone component in any ปั๊มกระบวนการปิโตรเคมี . ถูกต้อง การเลือกซีลปั๊มปิโตรเคมีและซีลเชิงกล อยู่ภายใต้ API 682 ซึ่งกำหนดประเภทซีล การจัดเตรียม และแผนการชำระล้างสำหรับบริการที่เป็นอันตรายและไม่เป็นอันตราย

ภาพรวมแผนซีล API 682

API 682 ระบุแผนการวางท่อที่ควบคุมสภาพแวดล้อมที่หน้าซีล ตารางด้านล่างสรุปแผนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและตรรกะการใช้งาน

การบำรุงรักษาและความน่าเชื่อถือของปั๊มกระบวนการปิโตรเคมี

โปรแกรมความน่าเชื่อถือที่มีโครงสร้างช่วยลดเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว (MTBF) และลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน การบำรุงรักษาและความน่าเชื่อถือของปั๊มกระบวนการปิโตรเคมี โปรแกรมมุ่งเน้นไปที่การติดตามคาดการณ์ การวิเคราะห์สาเหตุ และมาตรฐานการซ่อมแซมที่มีระเบียบวินัย

กลยุทธ์การติดตามสภาพ

• การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน: การตรวจสอบการสั่นสะเทือนแบบออนไลน์ด้วยเซ็นเซอร์ความเร็วและความเร่งจะตรวจจับความไม่สมดุลของใบพัด ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน และความไม่เสถียรของระบบไฮดรอลิกก่อนเกิดความล้มเหลว API 670 ระบุข้อกำหนดด้านเครื่องมือสำหรับการตรวจสอบการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องบนปั๊มที่สำคัญ
• การตรวจสอบอุณหภูมิแบริ่ง: เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) ที่ติดตั้งในตัวเรือนตลับลูกปืนจะแจ้งเตือนผู้ปฏิบัติงานว่าการหล่อลื่นพังหรือการโอเวอร์โหลดก่อนที่ตลับลูกปืนจะเกิดการยึด
• การตรวจจับการรั่วไหลของซีล: แมคคานิคอลซีลคู่ที่ติดตั้งระบบ Plan 52 หรือ 53A ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบระดับบัฟเฟอร์หรือของเหลวที่กีดขวางและความดันได้ เป็นตัวบ่งชี้ทางอ้อมของสภาพซีลด้านใน
• แนวโน้มประสิทธิภาพ: การเปรียบเทียบข้อมูลกำลังไหลส่วนหัวจริงกับกราฟปั๊มเดิมเป็นประจำจะระบุการสึกหรอภายในที่วงแหวนสึกหรอและทางเดินของใบพัด ก่อนที่การสูญเสียประสิทธิภาพจะรุนแรง
• การวิเคราะห์น้ำมัน: การวิเคราะห์สเปกโตรมิเตอร์เป็นระยะของน้ำมันตัวเรือนแบริ่งจะตรวจจับอนุภาคโลหะที่สึกหรอจากการแข่งขันของตลับลูกปืนและบันทึกประจำวัน โดยให้การเตือนล่วงหน้าถึงความล้มเหลวของตลับลูกปืนที่ใกล้จะเกิดขึ้น

การปฏิบัติตามข้อกำหนดและมาตรฐานอุตสาหกรรม

• เอพีไอ 610 (ISO 13709): ปั๊มหอยโข่งสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ปิโตรเคมี และก๊าซธรรมชาติ ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการออกแบบปั๊ม วัสดุ การทดสอบ และเอกสารประกอบ
• API 682 (มาตรฐาน ISO 21049): ปั๊ม — ระบบซีลเพลาสำหรับปั๊มแรงเหวี่ยงและปั๊มโรตารี ควบคุมประเภทซีลเชิงกล การจัดเรียง และการเลือกแผนการล้าง
• เอพีไอ 670: ระบบป้องกันเครื่องจักร ระบุเครื่องมือตรวจสอบการสั่นสะเทือน อุณหภูมิ และความเร็วสำหรับอุปกรณ์หมุนที่สำคัญ
• NACE MR0103 / ISO 17945: วัสดุโลหะที่ทนต่อการแตกร้าวจากความเครียดซัลไฟด์ในสภาพแวดล้อมการกลั่นปิโตรเลียมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน บังคับสำหรับส่วนประกอบปั๊มบริการเปรี้ยว
• ASME B73.1: ปั๊มหอยโข่งปลายดูดแนวนอนสำหรับกระบวนการทางเคมี — อ้างอิงสำหรับบริการเคมีทั่วไปที่ไม่ใช่ API ภายในโรงงานปิโตรเคมี

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: การกำหนดค่าปั๊ม API 610 OH1 และ OH2 แตกต่างกันอย่างไร

ทั้ง OH1 และ OH2 เป็นปั๊มหอยโข่งใบพัดเดี่ยวแบบโอเวอร์แขวน ความแตกต่างอยู่ที่วิธีการรองรับเคส ปั๊ม OH1 ติดตั้งแบบใช้เท้า — ตัวเรือนวางอยู่บนเท้าโดยยึดเข้ากับแผ่นฐาน ปั๊ม OH2 ติดตั้งอยู่ตรงกลาง — โครงได้รับการรองรับที่แนวกึ่งกลางด้วยวงเล็บ ซึ่งช่วยให้ปั๊มสามารถขยายความร้อนขึ้นและลงจากแนวกึ่งกลางเพลาได้อย่างเท่าๆ กัน วิธีนี้จะช่วยป้องกันการวางแนวของเพลาไม่ตรงเนื่องจากการเติบโตทางความร้อน API 610 กำหนดให้ติดตั้ง OH2 สำหรับบริการที่อุณหภูมิของเหลวที่สูบเกินประมาณ 200 องศาเซลเซียส เนื่องจากปลอกที่ติดตั้งแบบเท้าที่อุณหภูมิสูงทำให้เกิดการวางแนวระหว่างเพลากับข้อต่อที่ยอมรับไม่ได้

คำถามที่ 2: คุณจะคำนวณส่วนต่าง NPSH สำหรับปั๊มไฮโดรคาร์บอนที่ระเหยง่ายได้อย่างไร

หัวดูดสุทธิบวกที่มีอยู่ (NPSHa) คำนวณจากความดันของท่อดูด หัวของเหลวคงที่เหนือหัวดูดของปั๊ม การสูญเสียแรงเสียดทานของท่อดูด และความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมิดูด ผลลัพธ์จะต้องเกินค่า NPSH (NPSHr) ที่ต้องการของปั๊ม — ซึ่งนำมาจากกราฟประสิทธิภาพของผู้ผลิต — ตามระยะขอบที่ระบุ API 610 กำหนดให้ NPSHa เกิน NPSHr อย่างน้อย 0 เมตรที่จุดที่กำหนด แต่แนวทางปฏิบัติทางวิศวกรรมส่วนใหญ่ใช้ระยะขอบ 3 dB (NPSHa เท่ากับหรือมากกว่า 1.3 เท่า NPSHr) สำหรับไฮโดรคาร์บอนเบาและสารระเหย เพื่อป้องกันความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศและความไม่เสถียรของการหมุนเวียนซ้ำของการดูด

คำถามที่ 3: เมื่อใดจึงจำเป็นต้องใช้ซีลกลคู่แทนซีลเดี่ยว

API 682 จัดหมวดหมู่ของเหลวตามระดับอันตรายและคุณสมบัติทางกายภาพ การจัดเรียงซีลคู่ — ไม่ว่าจะแบบไม่มีแรงดัน (แผน 52) หรือแบบมีแรงดัน (แผน 53A) — จำเป็นเมื่อของเหลวที่สูบถูกจัดประเภทว่าเป็นพิษ เป็นสารก่อมะเร็ง หรือไวไฟสูงโดยมีจุดเดือดปกติต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส หรือเมื่อกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นห้ามไม่ให้มีการปล่อยก๊าซในชั้นบรรยากาศของของเหลวในกระบวนการ อนุญาตให้ใช้ซีลเดี่ยวที่มีแผนการชะล้างเพียงพอสำหรับบริการที่มีอันตรายน้อยกว่า การคัดเลือกขั้นสุดท้ายต้องได้รับการยืนยันโดยเทียบกับการศึกษา HAZOP ของสถานที่ กฎระเบียบการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในท้องถิ่น และข้อกำหนดของผู้อนุญาตกระบวนการ

คำถามที่ 4: อะไรเป็นสาเหตุให้เกิดความล้มเหลวของซีลเชิงกลก่อนกำหนดในปั๊มปิโตรเคมี

ที่ 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.

อ้างอิง

• สถาบันปิโตรเลียมอเมริกัน มาตรฐาน API 610 / ISO 13709: ปั๊มหอยโข่งสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ปิโตรเคมี และก๊าซธรรมชาติ , ฉบับที่ 12 วอชิงตัน ดี.ซี.: API, 2021
• สถาบันปิโตรเลียมอเมริกัน มาตรฐาน API 682 / ISO 21049: ปั๊ม - ระบบซีลเพลาสำหรับปั๊มหอยโข่งและโรตารี , ฉบับที่ 4 วอชิงตัน ดี.ซี.: API, 2014
• สถาบันปิโตรเลียมอเมริกัน มาตรฐาน API 670: ระบบป้องกันเครื่องจักร , ฉบับที่ 5 วอชิงตัน ดี.ซี.: API, 2014
• เอ็นเออี อินเตอร์เนชั่นแนล NACE MR0103 / ISO 17945: อุตสาหกรรมปิโตรเลียม ปิโตรเคมี และก๊าซธรรมชาติ - วัสดุโลหะที่ทนต่อการแตกร้าวจากความเครียดซัลไฟด์ในสภาพแวดล้อมการกลั่นปิโตรเลียมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน . ฮูสตัน เท็กซัส: NACE 2015
• Karassik, I.J. และคณะ คู่มือปั๊ม , ฉบับที่ 4 นิวยอร์ก: McGraw-Hill, 2008
• Bloch, H.P. และ Geitner, F.K. การจัดการเครื่องจักรเชิงปฏิบัติสำหรับโรงงานในกระบวนการผลิต เล่ม 2: การวิเคราะห์ความล้มเหลวของเครื่องจักรและการแก้ไขปัญหา , ฉบับที่ 4 อ็อกซ์ฟอร์ด: เอลส์เวียร์ 2012.