كيفية اختيار مضخة API 610 OH6 عالية السرعة: تدفق، رأس، و NPSH اعتبارات

كيفية اختيار مضخة API 610 OH6 عالية السرعة: دليل هندسي عملي

اختيار المضخة الطرد المركزي عالية السرعة المناسبة API 610 OH6 المتكاملة هو قرار يشكل موثوقية المصنع واستهلاك الطاقة وعبء العمل في الصيانة لعقود. Process engineers who have managed pump populations in operating refineries know that a selection error discovered during commissioning costs ten times more to correct than one caught during design reviewيعتمد هذا الدليل على الخبرة الميدانية العملية في تحديد مضخات OH6 وتشغيلها وإصلاح الأخطاء عبر وحدات المعالجة المائية وقطارات تحلية الغاز ومحطات نقل البتروكيماويات.كل قسم يحتوي على أسئلة حقيقية طرحها المهندسون الميدانيون خلال المشاريع، مع إجابات تعكس الحكم المكتسب من كل من المنشآت الناجحة والدروس المستفادة من الفشل.

1فهم API 610 OH6 هيكل المضخة

مضخة API 610 OH6 هي مضخة طائرة مركزية عمودية متكاملة ذات مرحلة واحدة.ميزته المميزة هي علبة التروس التي تزيد من السرعة المتكاملة مباشرة في بيت المضخة، مضاعفة سرعة دخول المحرك (عادة 1500-3600 دورة في الدقيقة) إلى سرعات الدراجة من 8000 إلى 25,000 دورة في الدقيقة.هذا مضاعفة السرعة تمكن من مرحلة واحدة المروحة لتوليد رأس التفاضل التي من شأنها أن تتطلب خلاف ذلك من ثلاثة إلى خمسة مراحل في مضخة برميل متعددة المراحل الأفقية التقليديةالنتيجة هي بصمة عمودية مضغوطة ‬غالبا ما تكون مساحة الأرض أقل بنسبة 70 ٪ من وحدة متعددة المراحل ذات الاحتياجات المكافئة ‬ مما يجعلها الخيار المفضل لخفض تدفق،الخدمات عالية التكلفة حيث مساحة الأرض محدودة ويتم تقدير إمكانية الوصول للصيانة.

مربع التروس نفسه هو مجموعة مروحة من مرحلة واحدة يتم تزيينها بواسطة مضخة زيت مدفوعة بالعمود المتكامل مع مبادل حرارة يتم تبريده بالهواء.يتم تركيب الدفة مباشرة على عمود العجلات عالية السرعة، مرفوعة من محامل الداخلية ، مما يلغي متطلبات الارتباط المنفصل والمحاذاة لتكوين علبة التروس المستقلة.هذه البساطة التصميم هو السبب الرئيسي المضخات OH6 تحقيق موثوقية أعلى من القطارات مضخة عالية السرعة مقتربة بشكل منفصل.

س: فريق مشروعنا يناقش بين مضخة API 610 OH6 ذات التروس المتكاملة ومضخة OH2 الأفقية مع علبة معدات منفصلة. ما الفرق الحقيقي في الموثوقية؟

استناداً إلى بيانات الصيانة التي تم جمعها من ثلاث مصافي تعمل في منشآت موازية من كلا التكوينينين على مدى فترة عشر سنوات،تشكيل OH6 يظهر باستمرار 30-40٪ أقل من حوادث الصيانة غير المخطط لهاالسبب الرئيسي هو فشل مرتبط بالربط في ترتيب علبة التروس OH2 +: عدم مواءمة الربط ، تعب الفاصل ،ويشكل تخفيف المسامير أكثر من 40٪ من المواقف غير المخطط لها في قطارات مضخة عالية السرعة المرفقة بشكل منفصلالتصميم المتكامل لـ OH6 يزيل أوضاع الفشل هذه بالكامل بالإضافة إلى ذلكيؤدي التكوين الرأسي لـ OH6 إلى غطاء تنفسي يزيل الحاجة إلى تنفيس يدوي أثناء التشغيل، وهو مصدر شائع للأضرار الجافة في المضخات الأفقية عالية السرعة حيث قد ينسى المشغلون فتح صمامات التهوية قبل البدء.

2تحديد متطلبات معدل التدفق: طريقة النقاط الثلاثة

يتطلب تعريف التدفق الدقيق إنشاء ثلاث نقاط تشغيل متميزة: الحد الأدنى من التدفق المستقر المستمر ، والتدفق التشغيلي العادي ، والتدفق الاسمي.تفرض API 610 أن المضخة يجب أن تعمل دون تجاوز حدود الاهتزاز بين الحد الأدنى من التدفق المستقر المستمر ونهاية المنحنى، مع منطقة التشغيل المفضلة التي تمتد من 70٪ إلى 110٪ من معدل التدفق الأفضل.

بالنسبة لمضخات OH6 ، فإن نطاق التدفق العملي حوالي 3 إلى 300 م 3 / ساعة. تحت 3 م 3 / ساعة ، تصبح ممرات الدفة ضيقة بشكل غير عملي ، مما يخلق خطر الانسداد حتى من نطاق الأنابيب البسيط.أكثر من 300 متر3/ساعة، تتحول المعادلة الاقتصادية نحو مضخات متعددة المراحل المنقسمة أفقيًا التي توفر كفاءة متفوقة عند سرعات محددة أعلى.

عند تحديد التدفق الاسمي ، يحتوي مهندسو العمليات ذوو الخبرة على هامش 10 إلى 15٪ فوق قدرة المصنع الحالية لاستيعاب إزالة عنق الزجاجة في المستقبل. وهذا يتجنب السيناريو المكلف ،مراراً وتكراراً في المصافي القديمة، عندما يتوقف مشروع توسيع القدرة لأن المضخات الحالية لا تستطيع تلبية متطلبات التدفق الجديدة ولا توجد أثر احتياطي متاح لوحدات أكبر.

س: تبين ورقة بيانات المضخة لدينا تدفق اسمي 85 م 3 / ساعة، ولكن حرارة مرخصة العملية وتوازن المواد تشير إلى تدفق طبيعي 72 م 3 / ساعة.?

هامش 18٪ هو في الواقع حذر بدلا من مفرط لواجبات العملية المستمرة.وممارسة الصناعة لخدمات المصافي تطبق عادة 10-20٪ فوق التدفق العاديالاعتبار الرئيسي هو ما إذا كانت أفضل نقطة كفاءة المضخة موجهة بشكل مناسب بالنسبة لنقطة التشغيل العادية.إذا انخفضت BEP للدراجة المختارة إلى ما يقرب من 80-90 م 3 / ساعة، فإن تدفقك الطبيعي البالغ 72 مترًا في الساعة يقع عند 80-90٪ من BEP ‬في منطقة التشغيل المفضلة ‬والدفق المسموح به البالغ 85 مترًا في الساعة يزيد قليلاً عن BEP حيث تظل الكفاءة مرتفعة.تكلفة الهامش ضئيلة: مضخة بحجم 85 متر / ساعة من التدفق الاسمي عادة ما تكلف أقل من 5٪ أكثر من واحدة بحجم 72 متر / ساعة ،في حين أن تكلفة استبدال مضخة صغيرة الحجم خلال تجديد مستقبلي يمكن أن تتجاوز عشرة أضعاف هذه القسط عند وصول البناء، تعبئة الرافعة، وتوقيت توقف الإنتاج مدرجة في.

3حساب رأس التفاضل: خارج منحنى المضخة

الرأس التفاضلي هو الطاقة الصافية المضافة إلى السائل ، والتي يتم التعبير عنها في أمتار عمود السائل. يحتاج الحساب الدقيق إلى تحليل هيدروليكي كامل لأنابيب الشفط والإفراز ،حساب الارتفاع الثابت، اختلافات ضغط الوعاء ، وجميع خسائر الاحتكاك من خلال مكونات الأنابيب والمعدات الداخلية.

بالنسبة لمضخات OH6 ، فإن النطاق العملي للرأس يمتد من حوالي 200 م إلى 2500 م ، والذي يتم تحقيقه من خلال مزيج من قطر الدفة وسرعة الدوران التي تحكمها قوانين الصلة.لأن الرأس يزداد مع مربع سرعة رأس الدفة، مضاعفة سرعة الدوران من خلال علبة التروس أربعة أضعاف الرأس الناتج في نفس قطر الدوائر.

ملاحظة حاسمة في المجال التي غالبا ما يتجاهلها مهندسو التصميم هي تأثير شيخوخة الأنابيب على خسائر الاحتكاك.أنابيب عملية الصلب الكربوني في خدمة الهيدروكربونات تطور الخامة الداخلية من 0.5 إلى 1.5 ملم بعد عشر إلى خمسة عشر عامًا ، مقارنة بـ 0.046 ملم للأنابيب الصلبة التجارية الجديدة. يمكن لهذه الزيادة في الخامة أن تزيد من رأس الاحتكاك بنسبة 40-60٪ فوق حسابات الأنابيب الجديدة.المهندسون الذين يستخدمون افتراضات الأنابيب الجديدة يكتشفون بعد عدة سنوات من العمل أن مضخاتهم لم تعد قادرة على تحقيق ضغط التفريغ المطلوب، على الرغم من وجود حجم صحيح على الورق في وقت الاختيار.

السؤال: يبلغ إجمالي الرأس الديناميكي المحسوب عند التدفق الاسمي 1380 م. يقترح بائع المضخة تكوين مرحلتين على علبة معدات شائعة بدلاً من تصميم مرحلة واحدة عند سرعة أعلى.ما الذي يدفع هذه التوصية?

من المحتمل أن يكون البائع يُحسّن السرعة المحدّدة للدفة والاستقرار الديناميكي للدوران.يجب أن تعمل الدوائر في سرعة عالية جداً من الطرف الذي يدفع السرعة المحددة إلى نطاق حيث تنخفض الكفاءة الهيدروليكية بشكل كبير ويصبح قطر عين الدوائر صغير جداً، مما يخلق تحديات التصنيع ويجعل الدفعة حساسة للتغيرات الطفيفة في الصب.كل مرحلة تعمل في سرعة محددة أكثر ملاءمة مع كفاءة أفضل وهندسة محرك أكثر قوةيتحرك علبة التروس ببساطة اثنين من عمودات الدواسة بدلاً من واحدة ، مع توجيه الدراجة الخلفية إلى الخلف مما يوفر توازن الدفع المحوري المتأصل.زيادة تكلفة رأس المال حوالي 20-25% للجوفة الإضافية للمرحلة والأنابيب المتقاطعة بين المراحل، ولكن زيادة الكفاءة من 5-8 نقاط مئوية في هذه السرعة المحددة عادة ما تسترد التكلفة الإضافية من خلال وفورات الطاقة في غضون سنتين إلى ثلاث سنوات من التشغيل المستمر.لمضخة 200 كيلوواط تعمل 8،000 ساعة سنوياً، تحسين كفاءة بنسبة 6٪ يوفر حوالي 9،600 دولار أمريكي سنوياً عند 0.10 دولار أمريكي / كيلوواط ساعة.

4تحليل NPSH: الحد الذي يمنع التجويف

تحليل رأس الشفط الإيجابي الصافي هو الخطوة الأكثر أهمية في اختيار مضخة OH6 ، لأن الدوائر عالية السرعة التي تعمل عند 15،000-25 ،000 دورة في الدقيقة هي بطبيعتها أكثر عرضة للتجويف من الدوائر البطيئة السرعة بسبب سرعات محلية أعلى في عين الدوائر التي تخلق ضغوط ثابتة أقل.

يحدد API 610 الحد الأدنى لنسبة هامش NPSH من NPSHa مقسمة على NPSHr أكبر أو تساوي 1.3 لخدمات الهيدروكربونات و 1.5 للخدمات القائمة على المياه.يحدد العديد من المستخدمين النهائيين الحد الأدنى لنسبة NPSHa/NPSHr 1.5 لجميع الخدمات، مع إضافة هامش مطلق إضافي قدره 1.0 متر فوق متطلبات API.هذا النهج المحافظ يعكس الخبرة الميدانية التي أن مضخات المضخات عالية السرعة يمكن أن تعاني من تآكل التجويف في هامش NPSH التي ستكون كافية للمضخات بطيئة السرعة، لأن ارتفاع تردد مرور الدفة يعني أن دورات انهيار فقاعة التجويف تتراكم بشكل أسرع في الساعة الواحدة من التشغيل.

عندما يكون NPSHa في فليانج امتصاص المضخة غير كافية ، فإن الحل الأكثر فعالية لمضخات OH6 هو مرحلة محورية محفزة مثبتة أعلى التيار من الدفة الرئيسية.يعمل المحفز على شكل محفز ذو رأس منخفض يضغط السائل الوارد بما فيه الكفاية لقمع التجويف في عين الدفة الرئيسية، عادة ما يقلل من NPSHr بنسبة 40- 60 ٪.

السؤال: قمنا بقياس NPSHa من 3.8 متر عند الحد الأدنى من مستوى الخزان، ولكن NPSHr المذكورة من قبل البائع هي 3.2 متر عند التدفق المسموح به. النسبة هي 1 فقط.19، والتي تفشل في متطلبات API 610. فريق المشروع يريد رفع وعاء الشفط بمقدار 2 متر. هل هناك بديل أقل تكلفة؟

ارتفاع وعاء الشفط بمقدار 2 متر في محطة موجودة مكلف، يتطلب تعديلات هيكلية في الفولاذ، وتعديلات رف الأنابيب،ومدة إغلاق مطولة مع تكاليف إجمالية تصل بسهولة إلى 200 دولار أمريكي500000، اعتمادا على حجم السفينة والخدمات اللوجستية في الموقع. يجب تقييم ثلاثة بدائل أقل تكلفة أولا. الخيار الأول:تحقق مما إذا كان تعديل الهيدروكربون NPSHr ينطبق على سائل العملية الخاص بكيقدم المعهد الهيدروليكي عوامل تصحيح للسوائل ذات نسبة كثافة البخار إلى السائل أقل من الماء ،والهيدروكربونات الخفيفة يمكن أن نرى انخفاضات في NPSHr من 30-50 ٪.9-2.2 متر وتحقيق هامش مريح دون أي تغييرات في المعدات. الخيار الثاني: إضافة محفز إلى المضخة، والتي تكلف حوالي 3،000-5 دولار أمريكي،000 كخيار مصنع ويقلل من NPSHr إلى حوالي 1.3-1.6 م، وتحقيق نسبة الهامش فوق 2.0الخيار الثالث: فحص أنابيب الاستنشاق من أجل الأجهزة غير الضرورية، يمكن أن يستهلك صمام بوابة واحد مغلق جزئياً، أو سلطة بدء تشغيل مؤقتة تترك في مكانها، أو مفصل توسع ضخم..0 متر من NPSHa التي يمكن استردادها من خلال تعديلات بسيطة للأنابيب.الخيار الثاني مع إضافة المحفز يحل أكثر من 80٪ من نقص هامش NPSH في جزء صغير من تكلفة ارتفاع الوعاء.

5اختيار المواد لمواءمة سائل العملية

يجب أن تتطابق فئة مواد المضخة مع متطلبات التآكل والتآكل والخصائص الميكانيكية لسائل العملية عبر نطاق درجة الحرارة التشغيلية بالكامل.API 610 يحدد فئات المواد القياسية من S-4 (الصلب المقاوم للصدأ الاستينيتي) إلى C-6 (12٪ كروم)، مع وجود سبائك أعلى عندما تتطلب ظروف العملية.

بالنسبة لخدمات المعالجة المائية للمصافي ، فإن الامتثال لـ NACE MR0175 / ISO 15156 أمر إلزامي لجميع سوائل معالجة المضخات التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين عند ضغوط جزئية تزيد عن 0.3 كيلوبايت.هذا يفرض عناصر رطبة خاضعة لضبط القسوة ‬حد أقصى HRC 22 للفولاذ منخفض السبائك، الحد الأقصى HRB 100 للصلب الخالي من الفولاذ المقاوم للصدأ austenitic في محلول ‬ويتطلب وثائق شهادة المواد الكاملة بما في ذلك تقارير اختبار المصنع، وتحديد المواد الإيجابية،وسجلات اختبار القسوة لكل جزء تحت الضغطالمضخات التي يتم تسليمها بدون هذه الوثائق هي في الواقع غير متوافقة بغض النظر عن المادة نفسها.

بالنسبة للخدمات الغنية بالهيدروجين في درجات حرارة مرتفعة ، يوفر Hastelloy C-276 (UNS N10276) أفضل مزيج من مقاومة هشاشة الهيدروجين وقوة درجة الحرارة العالية.يتكون تركيب النيكل - الكروم - الموليبدينوم من بنية استنطينية مكعبة مستقرة مركزة على الوجه تقاوم بطبيعتها انتشار الهيدروجين، وهي خاصية لا تشترك بها الفولاذ المقاوم للصدأ 316L ، والذي يمكن أن يعاني من فقدان قابلة للقياس للدقة فوق 260 درجة مئوية عند ضغوط جزئية الهيدروجين تزيد عن 20 بار.

س: تطلب مواصفات مشروعنا لأجزاء مزدوجة من الفولاذ المقاوم للصدأ المبللة لمضخة إعادة حقن المياه المنتجة. اقترح البائع UNS S32750 فائقة مزدوجة بدلاً من UNS S31803 القياسية مزدوجة.هل الترقية تستحق علاوة التكلفة 15%؟

بالنسبة لخدمة إعادة ضخ المياه المنتجة ، فإن ترقية سوبر دوبلكس مبررة بقوة. الفرق الحاسم هو عدد مكافئ مقاومة الحفر: UNS S31803 لديه PREN حوالي 33 ،بينما UNS S32750 يحقق PREN فوق 40في المياه المنتجة مع تركيزات الكلوريد التي تتراوح عادة بين 20،000 و 150،000 ملغ / لتر ودرجات حرارة 60-90 درجة مئويةالفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج القياسي يعمل بالقرب من حد الكلوريد الآمن ويمكن أن يعاني من تآكل الحفر في عيوب السطح، أو المناطق المتأثرة بالحرارة الحامدة. يوفر سوبر دوبلكس هامشًا كبيرًا للسلامة ، خاصة في الطرف العلوي من نطاق تركيز الكلوريد ودرجة الحرارة.من منظور دورة الحياة، فإن علاوة رأس المال بنسبة 15٪ تترجم إلى ما يقرب من 4،000-8،000 دولار أمريكي على مضخة OH6 نموذجية. بالمقارنة مع استبدال مضخة واحد غير مخطط له بسبب تآكل الحفر، والذي يكلف 50،000-1500 دولار أمريكي.000 عند توقف الإنتاج، تعبئة الرافعة، وتسريع الطوارئ الرسوم مدرجة.لقد قمنا بتوحيد الخدمات المياه والمياه البحرية على أساس هذا التحليل.

6اختيار الختم الميكانيكي وتكوين المحامل

ترتيب الختم الميكانيكي لمضخة API 610 OH6 يتبع إرشادات API 682 ، مع نوع الختم ومخطط الأنابيب المختارة بناءً على خصائص سائل العملية ودرجة حرارة التشغيل ،ومتطلبات الانبعاثاتبالنسبة لخدمات الهيدروكربونات، فإن التكوين الأكثر موثوقية هو ختم غطاء مضغوط مزدوج مع نظام السوائل الحاجز API Plan 53B أو Plan 54،الذي يعزل تماما سائل العملية من الغلاف الجوي ويقدم نظيفة، سائل حاجز معدل درجة الحرارة إلى وجوه الختم.

يتطلب اختيار العوارض للعمل بسرعة عالية اهتماما خاصا. يجب أن تكون العوارض الشعاعية من نوع مجلة المنحني بدلا من العوارض ذات الأكمام الهندسية الثابتة.لأن محامل المنحنيات تقضي على الصلابة المتقاطعة التي تنتج عدم استقرار الدوران الزيتي ، وهو اهتزاز مدمر يمكن أن يتطور في غضون ثوان عند سرعات دوران عاليةيجب أن يكون محمل الدفع تصميمًا مزدوج التأثير ، مقاسًا للدفع المحوري الصافي من الدراجة بالإضافة إلى أي دفع إضافي يساهم به المحفز إذا تم تركيبه.أجهزة استشعار درجة الحرارة RTD المدمجة في كل من محامل الشعاع والدفع، متصلة بنظام تحكم المحطة مع نقاط تحديد الإنذار والإطلاق هي الممارسة المعتادة في الصناعة لجميع المنشآت OH6000 دورة في الدقيقة تتقدم من ارتفاع درجة الحرارة الأولية إلى تلف كارثي في أقل من 30 ثانية.

س: فريق الصيانة يريد القضاء على نظام دعم الختم المضغوط بالنيتروجين الخطة 53B لأن استبدال زجاجة النيتروجين وصيانة جهاز ضبط الضغط يخلق عبء عمل متكرر.هل يمكننا التحول إلى الخطة 54 مع نظام تدوير النفط النظيف بدلاً من ذلك?

الخطة 54 هي في الواقع مسار التحديث المفضل لهذا السبب بالضبط في نظام الخطة 53B، يجب الحفاظ على ضغط النيتروجين فوق ضغط غرفة الختم في جميع الأوقات، and the barrier fluid is static except for thermo-siphon circulation—meaning any nitrogen leakage through the bladder or pressure regulator drift results in reduced barrier pressure and potential process fluid ingress to the seal facesالخطة 54 تحل محل خزان الضغط الثابت بمضخة خارجية تدفق زيت الحاجز النظيف باستمرار عبر غرفة الختم بضغط ومعدل تدفق منظمعادةً باستخدام مضخة معدات صغيرة مدفوعة بواسطة عمود المضخةتسمح الدورة المستمرة بتبريد أكثر فعالية بكثير لأوجه الختم ، وإزالة بقايا التآكل من غرفة الختم ، وإزالة نظام النيتروجين بالكامل.تكلفة رأس المال الإضافية التي تبلغ حوالي 2 دولار أمريكيعادة ما يتم استرداد 3000-3000 دولار لكل مضخة خلال السنة الأولى من خلال القضاء على استهلاك زجاجات النيتروجين ، وتقليل صيانة الختم ، وطول عمر الختم.بناءً على مجموع 24 مضخة OH6 تم تحويلها من الخطة 53B إلى الخطة 54 في مصفاة في جنوب شرق آسيا، ارتفع متوسط الوقت بين استبدال الختم من 28 شهرًا إلى 52 شهرًا، مما أدى إلى مضاعفة عمر الختم تقريبًا مع التخلص من جميع صيانة نظام النيتروجين.