Перекачивание агрессивных сред в нефтехимической промышленности: как продлить срок службы насосов?
Увеличение глубины и качества переработки сырья в нефтехимической отрасли привело к целому ряду серьезных изменений в эксплуатации насосного оборудования. В частности, введение в технологические процессы новых агрессивных химикатов повлекло за собой повышение требований к материалам проточной части промышленных насосов.
Использование агрессивных и коррозионно-активных жидкостей, применяемых в нефтепереработке, привело к возникновению целого ряда проблем. Среди основных можно выделить следующие:
    • Коррозия и эрозия элементов насосов, имеющих непосредственный контакт с перекачиваемой средой, таких как рабочие колеса, валы, подшипники и корпуса — ведет к уменьшению толщины стенок и ухудшению параметров работы всего агрегата.
    • Кавитационные процессы — приводят к ударам во время работы, повышению вибрации всего агрегата, сокращению срока работы подшипников, увеличению износа внутрикорпусных элементов и деградации стенок корпуса.
    • Наличие в перекачиваемой среде твердых включений — приводит к абразивному изнашиванию проточной части и также снижает срок службы насоса.
    • Работа агрегатов на недогруженных (0,5፥0,7 Qопт) и нерасчетных режимах (ниже 0,5 Qопт) — существенно ухудшает вибродинамические характеристики центробежных насосов и, соответственно, снижает их работоспособность.
    • Работа насоса на неоптимальных режимах — ведет к неравномерному нагреву вала и стенок корпуса из-за разных коэффициентов расширения используемых материалов и способов крепления оборудования, что приводит к уменьшению нормированных зазоров в насосе и увеличению нагрузок на него.

    Перечисленные проблемы относятся к конструкции насоса в целом, хотя и не все из них связаны с проточной частью элементов конструкции. Однако влияние этих факторов на ее надежность очень существенно. Поскольку на НПЗ, как правило, находятся в эксплуатации более 2000 (на крупных — до 5000–6000) насосных агрегатов различных конструкций, потери, к которым ведут простои из-за вышеуказанных причин, очень велики. Способом их снижения является высокое качество оборудования, которое позволяет нивелировать агрессивное воздействие различных агентов в процессах производства.

    На основе анализа основных проблем эксплуатации в KSB, одном из лидеров производства насосного оборудования для нефтехимической и химической отраслей, были разработаны стандарты для изготовления насосных агрегатов, которые позволили унифицировать требования к оборудованию и привести к единому знаменателю показатели надежности. Для их достижения в компании используются следующие принципы:
    1) Разработка широкой линейки продукции

    Компания KSB не только учитывает весь диапазон поля Q-H для эффективной эксплуатации оборудования в зоне максимального КПД, но также предлагает различные типы насосов, разработанные под конкретный процесс. Например, популярный насос RPH, который полностью удовлетворяет всем современным требованиям стандарта API 610, широко применяется в различных технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности, на электростанциях, прибрежных и шельфовых буровых платформах, а также во вспомогательных системах АЭС.

    Компания постоянно расширяет линейку своего оборудования, регулярно представляя миру новейшие конструкторские разработки. Так, в 2012 г. на рынок вышел насос MegaCPK с более высоким КПД и улучшенными гидравлическими характеристиками по сравнению со своими предшественниками — стандартными химическими насосами CPK и CPKN, которые выпускались более 50 лет.

    Более 15 лет KSB производит насосы с гильзованным электродвигателем серии Secochem на базе гидравлик насоса CPKN. В 2014 г. состоялся успешный дебют насоса с магнитной муфтой серии Magnochem B, созданного на основе ставших бестселлерами насоса с магнитной муфтой Magnochem A и химического насоса MegaCPK. В 2017 году начался выпуск нового многоступенчатого горизонтального насоса CHTRa (тип исполнения BB3), разработанного в соответствии с требованиями API 610 и NACE для обеспечения высоких давлений, максимальной производительности и коррозионной стойкости. В 2018 году на рынке стартует полупогружной насос низкого давления серии Estigia с гидравлической частью стандартизованных химических насосов.

    Многообразие предлагаемых серий оборудования KSB не ограничивается приведенными примерами. Технические специалисты компании, детально изучив все исходные данные, включая требования и специфику процесса, самого проекта и условия предполагаемой эксплуатации, всегда с высокой точностью предложат индивидуальное решение, и насос большую часть времени будет работать в оптимальном режиме, что повышает его долговечность и надежность. А для максимальной адаптации производительности насоса к требованиям системы перед отправкой заказчику осуществляется индивидуальная механическая подрезка рабочего колеса.
      2) Использование современных материалов

      Современные стандарты достаточно жестко регламентируют типы материалов в зависимости от применяемого оборудования. Например, рабочие колеса при изготовлении химических насосов для агрессивных сред практически не делают из серого чугуна, так как он малоустойчив к воздействию агрессивных жидкостей. Это приводит к быстрому разрушению металла и постоянной замене деталей, что ухудшает надежность насоса и увеличивает эксплуатационные затраты. Кроме того, серый чугун не выдерживает высоких давления и температуры. Благодаря тому, что компания KSB имеет собственную лабораторию и литейное производство, она имеет возможность не только самостоятельно контролировать качество стандартных покупных материалов, но и разрабатывать собственные, с требуемыми показателями прочности и стойкости против коррозии и эрозии, а также специальные сплавы, выдерживающие не только высокие температуры перекачиваемой жидкости, но и низкие температуры регионов Крайнего Севера.
        Кроме того, стабильности работы способствует осесимметричное расположение опор насоса. Это требование является одним из основополагающих для обеспечения надежности при наличии серьезных температурных расширений (например, при установке агрегатов на улице в регионах с перепадами дневных/ночных температур в 20–30 градусов). Осесимметричность и отсутствие промежуточных опор (одно из требований API 610) также повышает устойчивость к воздействию высоких температур перекачиваемой среды.
          3) Особые требования к рабочим колесам

          Рабочее колесо является самой уязвимой частью насоса, но правильный выбор материалов и конструкции этого элемента дает возможность увеличить срок службы и надежность всего агрегата. Поэтому компания KSB придерживается строгих внутренних стандартов при изготовлении рабочих колес:

          • Использование только литой или кованой конструкции рабочего колеса для 99% насосов. Цельнометаллическая конструкция, в отличие от сварной, обеспечивает равномерный износ поверхности и не имеет нагруженных зон.
          • Применение сменных щелевых колец, которые ограничивают обратные токи перекачиваемой среды. Это увеличивает КПД насоса и защищает входную и тыльную части рабочего колеса от абразивного воздействия. Кроме того, при работе на пусковых и неоптимальных режимах, когда возникают серьезные обратные токи на краях рабочих колес, щелевые кольца частично берут удар на себя. Замена таких колец значительно дешевле замены рабочего колеса, что позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы. Особо следует отметить, что по характеру износа кольца можно диагностировать правильность режима работы агрегата.
          • Подбор оптимального угла и числа лопастей рабочего колеса с целью исключения излишнего воздействия радиальной силы на ротор насоса, а также вибраций на лопаточной частоте.
          • Тщательный подбор материалов. Существует два подхода к выбору защиты от износа — применяемый материал должен быть достаточно твердым, чтобы выдерживать абразивное действие ударяющих частиц, или же, напротив, эластичным и способным гасить удары и отталкивать частицы. Во избежание ошибок и для оптимизации подбора необходим серьезный анализ рабочих характеристик и состава перекачиваемой среды. Поэтому KSB при исполнении заказа всегда старается получить от эксплуатирующей организации максимально полную картину состава перекачиваемой жидкости.
            4) Общая жесткость конструкции и снижение вибрации

            Увеличение жесткости конструкции непосредственно связано с надежностью и виброустойчивостью всего агрегата. Поэтому в химических и нефтяных насосах стараются усилить не только внешние элементы конструкции (корпус, крышка, шпильки главного разъема и т. д.), но и внутренние ее части. За низкий уровень вибрации отвечают вал и подшипники, и их, как правило, делают усиленными по сравнению со стандартными исполнениями. Все эти меры ведут к снижению негативного воздействия на торцовое уплотнение и позволяют уменьшать зазоры между элементами проточной части. В связи с этим к подшипникам предъявляются специальные требования для обеспечения их длительного моторесурса.

            Жесткость конструкции также усиливается конструкцией фланцев. В отличие от зарубежных практик, где запрещено передавать нагрузку от трубопроводов на фланцевые соединения насосов, в России насосы нередко являются опорами для трубопроводов. Увеличенная толщина фланцев насосных агрегатов компании KSB позволяет выдерживать данные нагрузки, однако при заказе оборудования всегда стоит уточнить нагрузку на фланцы насосов. Отдельно следует отметить и требования к жесткости рамы.

            Для нефтяной и химической промышленности KSB разработало несколько конструкций рамы агрегата для возможности подбора оптимального сочетания цены/надежности. Жесткость рамы и всей фундаментной плиты — один из основополагающих факторов снижения вибрационных воздействий.
              5) Системы диагностики оборудования

              Хорошо известно, что лучше предотвратить повреждение, чем его устранять. Именно поэтому контроль основных параметров работы агрегата и их анализ является не менее важным фактором продления ресурса оборудования. Для этого KSB предлагает полную линейку всех необходимых датчиков контроля работы агрегата. Отметим основные:

              • для контроля температуры перекачиваемой среды, подшипников, обмоток фаз ротора и железа статора двигателя, масла и пр.;
              • для контроля давления на линии напора, всасывании, линии сброса давления и др.;
              • для контроля вибрации агрегата.

              Постоянный анализ собранных с их помощью показателей может помочь заметить повреждение элементов проточной части насоса или подшипников агрегата на начальной стадии и вовремя устранить его. Это, в свою очередь, позволит избежать замены элементов оборудования.

              В отдельную группу следует выделить герметичные насосы, которые часто применяются на объектах нефтепереработки и нефтехимии в процессах, где перекачиваемая жидкость может вступить в реакцию с воздухом. В целях повышения их надежности необходимо учитывать все вышеизложенное, а также дополнительные особенности.

              Так, при обследовании герметичных насосов встречается износ упорных пят трения, выполненных из силицированного графита или фторопласта и препятствующих осевому перемещению ротора. Реже происходит повреждение защитной гильзы ротора, служащей для герметизации сердечника ротора и обмотки от перекачиваемой жидкости. Обычно повреждение гильзы происходит в случае перекачивания абразивной среды, частицы которой могут попасть в зазор между статором и ротором. Это обстоятельство обязательно необходимо учитывать при выборе конструкции и материалов насоса. Компания KSB постоянно модернизирует конструкцию герметичных насосов и учитывает опыт их эксплуатации на производстве

                Безусловно, идеального оборудования не бывает. Однако компания KSB на основании своего полуторавекового опыта не только учитывает все требования современных стандартов производства, но и сама их развивает, активно участвуя в обсуждении и обновлении. Постоянное совершенствование наших технологий обусловливает успешную и надежную эксплуатацию насосов в любых самых сложных технологических процессах.
                Подпишитесь на рассылку
                Интересные статьи каждый месяц