Химические нефтяные насосы по API 610

Автор: В.М. Полунин (ООО «ПромХимТех»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №4/2018

По мере развития химической, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей отраслей усложнялись процессы переработки и добычи нефти. Это связано с ростом требований к глубине переработки, качеству выпускаемой продукции (евростандарты топлива). Внедрялись новые установки глубокой переработки нефти и получения нефтепродуктов (гидроочистка топлива, крекинг, риформинг, замедленное коксование, изомеризация и т.д.). Увеличивались температуры и давления перекачиваемых жидкостей. Кроме того, стали применяться агрессивные химические жидкости (плавиковая кислота, соляная кислота, серная кислота и др.). Происходило также ужесточение экологических норм, норм безопасности и требований к нефтяным насосам и насосному оборудованию в целом. В различных странах создавались собственные стандарты. Это упрощало выбор насосов проектировщиками, позволяло понять «чего ждать» от насосов, выполненных по данному стандарту, через какой промежуток времени обслуживать насос механику, отдел материального снабжения мог сравнивать равнозначные по качествам и свойствам насосы.

Пионерами в разработке технологий переработки нефти являются США, и неудивительно, что именно в США в 1919 г. появилась организация, создавшая стандарт, используемый во всем мире – негосударственная организация «Американский институт нефти» (API). Институт разрабатывает стандарты для нефти, газодобывающей и перерабатывающей отраслей.

API разработал на данный момент более 450 стандартов для различного оборудования (насосов, компрессоров, арматуры и т.д.) для различных отраслей и процессов нефтепереработки и нефтедобычи. Сейчас стандарты API стали практически международными. API систематически проводит проверку стандартов и постоянно обновляет их, выпуская новые редакции. Суть этих процессов связана с усложнением процессов нефтепереработки и, как следствие, повышением требований к надежности насосов по API.

Основные задачи обновления редакций API стандартов для нефтяных и химических насосов:

• безопасность процессов нефтепереработки с использованием насосов по API;
• надежность насосов (увеличение межремонтного пробега);
• совместимость насосов по стандартам API, выполненных различными производителями (материалы корпуса, конструкция и т.д.);
• стандартизация узлов насосов (камеры торцового уплотнения насосов и др.);
• упрощение разработки и проектирования систем и насосов по API.

Для перекачивания холодных и горячих нефтепродуктов температурой до 470°С, бензина, керосина, товарной нефти, сырой нефти, флегмы, дизельного топлива, сжиженных углеводородов (СУГ), ШФЛУ, нефтепродуктов с твердыми включениями и других жидкостей используются насосы, выполненные по стандарту API 610.

API 610. Центробежные насосы для нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности

API 610 (Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical, Natural Gas) близок к стандартуИСО (ISO) 13709, описывающемунасосыдляперекачиваниянефти, процессовнефтепереработкиинасосов для ГПЗ и газовой промышленности.

API 610 описывает свойства и нормы для насосов с торцовыми уплотнениями для нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей отраслей. Хотя стандарт разрабатывался для нефтяных насосов, но насосы по API работают и в других процессах и отраслях, где требуется самая высокая надежность (химические процессы, производство полимеров, производство азота, энергетика и др.).

Конструкции насосов по API 610 приведены в табл. 1. В табл. 2 – классы материалов насосов по API 610.

Таблица 1

Таблица 2

Конструкции насосов по API 610

Тип ОН1. Нефтяной насос по API консольный, одноступенчатый, на лапах (рис. 1). Этот тип насоса только частично отвечает конструктивным требованиям API 610 (см. табл. 1).

Тип ОН2. Нефтяной насос консольный, одноступенчатый с опорами. Укомплектован одним усиленным подшипниковым узлом для распределения нагрузок и сил, влияющих на колесо и вал насоса. Подшипниковый узел без дополнительных опор, что защищает его от деформации при температурных расширениях. Насос установлен на раме и укомплектован гибкой муфтой, мотором и обвязкой уплотнений.

Тип ОН3. Конструкция насосов вертикальная в линию, от английского термина in line, с креплением подшипникового узла (рис. 2). Подшипниковый узел является единым блоком с рамой крепления мотора. Привод монтируется на опоре, составляющей одно целое с насосом. Насосы укомплектован гибкой муфтой, мотором и обвязкой уплотнений.

Тип ОН4. Вал этого нефтяного насоса жестко соединен с валом мотора (рис. 3). Этот тип насоса только частично отвечает конструктивным требованиям API 610 (см. табл. 1).

Тип ОН5. Вал двигателя этого нефтяного насоса соединяется напрямую без муфты с рабочим колесом насоса. Этот тип насоса только частично отвечает конструктивным требованиям API 610 (см. табл. 1).

Тип ОН6. В насосе установлен редуктор, позволяющий создавать более высокую частоту вращения. Рабочее колесо насоса установлено на валу редуктора без промежуточной муфты. Редуктор соединен с мотором гибкой муфтой.

Тип BB1. Горизонтальный одноступенчатый двухопорный нефтяной насос (возможен вариант с двумя ступенями). Конструкция корпуса разъемная, осевая (рис. 4).

Тип ВВ2. Горизонтальный одноступенчатый двухопорный нефтяной насос (рис. 5). Конструкция корпуса разъемная, радиальная. Возможен вариант нефтяного насоса по API 610 тип ВВ2 с двумя ступенями.

Тип ВВ3. Горизонтальный нефтяной многоступенчатый насос двойного входа. Конструкция корпуса разъемная, аксиальная.

Тип ВВ4. Горизонтальный нефтяной многоступенчатый двухопорный насос с однимкорпусом. Конструкция корпуса разъемная, осевая. Корпус насоса состоит из блоков и по сравнению с цельным корпусом ВВ3 не так надежен. Этот тип насоса только частично отвечает конструктивным требованиям API 610 (см. табл. 1).

Тип ВВ5. Двухкорпусный многоступенчатый насос с радиальным разъемом корпуса.

Тип VS1. Полупогружной вертикальный нефтяной насос с одним корпусом. Корпус насоса представляет собой колонну различной высоты – от 1 до 50 и более метров.

Тип VS2. Полупогружной вертикальный нефтяной насос с одним корпусом и спиральным отводом. Корпус насоса представляет собой колонну различной высоты – от 1 до 50 и более метров.

Тип VS3. Полупогружной вертикальный осевой нефтяной насос с одним корпусом, спиральным отводом и осевой конструкцией. Корпус насоса представляет собой колонну различной высоты – от 1 до 50 и более метров.

Тип VS4. Полупогружной вертикальный нефтяной насос с одним корпусом и спиральным отводом. Корпус насоса представляет собой колонну различной высоты – от 1 до 50 и более метров. Вал насоса может состоять из частей.

Тип VS5. Полупогружной вертикальный нефтяной химический насос с одним корпусом (рис. 6). Может выполняться с системой парового или электрического обогрева.

Тип VS6. Двухкорпусной полупогружной консольный вертикальный насос с направляющим аппаратом. Корпус насоса представляет собой колонну различной высоты.

Тип VS7. Двухкорпусной спиральный вертикальный консольный нефтяной насос.

Основные отличия нефтяного насоса по стандарту API-610 от обычного нефтяного насоса

Длительный срок службы и межремонтный пробег. Минимальный моторесурс нефтяного насоса по API – 20 лет. Межремонтный пробег нефтяного насоса по API 610 – 3 года. Это очень хороший показатель, он критически важен при коротких ремонтных остановках установок на НПЗ. Интересным фактом является, то что в США на НПЗ в большинстве случаев нет резервных насосов, а если и есть, то в качестве резерва на складе. Такой подход возможен благодаря высокой надежности насосов по API 610. Применение насосов по API позволяет снизить сервисные затраты в разы.

Специальная конструкция корпуса насоса. В первую очередь, это относится к прочности корпуса. Корпус должен выдерживать двойные давления от рабочих. Допустимое давление корпуса составляет 4 МПаи более. Также особое внимание уделено толщине стенок корпуса, благодаря чему допустимый коррозионный износ – до 3 мм за срок службы насоса, что позволяет быть уверенным в надежности насоса даже при перекачивании жидкостей с высокой коррозийной активностью и абразивными включениями.

Самое большое внимание уделено надежности корпуса насоса при температурных расширениях, особенно при перекачивании горячих продуктов (до 470’С), при установке насосов под навесом на улице в условиях Сибири, Крайнего Севера и степей Казахстана, где допустимая уличная температура может достигать –60°С а перепады дневных и ночных температур могут достигать 20°. В частности, нефтяной консольный насос по API 610 типа ОН2 не может иметь опоры, в том числе под муфтой. Благодаря отсутствию промежуточных опор и осесимметричной конструкции возникает устойчивость к воздействию высоких температур.

Фланцы насоса по API 610 изготовлены для выдерживания повышенных нагрузок. В нефтяных насосах по API 610допустима двойная нагрузка на фланцы по сравнению со стандартными требованиями для данного корпуса. Это очень важно, особенно в российских условиях, так как у нас трубопроводы крепятся плохо или вообще возникает ситуация, что насос висит на трубопроводе или длинный участок трубопровода просто висит на насосе, создавая повышенные нагрузки на фланцы.

Рабочее колесо нефтяного насоса обязательно цельное, литое, благодаря чему увеличивается срок службы рабочего колеса и насоса в целом. Сварные конструкции недопустимы.

В нефтяных насосах обязательно применяются сменные кольца износа рабочего колеса и корпуса. Кольца износа ограничивают рециркуляцию перекачиваемой жидкости, что увеличивает КПД насоса. По мере изнашивания легче и дешевле заменить кольца, чем ставить новое рабочее колесо. Нет необходимости в ремонте рабочего колеса (наплавки и пр.), что обусловливает снижение сервисных затрат.

Вал нефтяного насоса значительно толще и прочнее, чем у стандартного нефтяного насоса. Биение вала не превышает 0,025 мм. Максимальный прогиб в точке касания поверхностей трения уплотнений – 0,05 мм. Такие строгие требования к валу насоса увеличивают срок службы торцового уплотнения.

Низкий уровень вибрации насоса. Максимально допустимый уровень вибрации насоса – 3,0 мм/с. Такой низкий уровень вибрации достигается благодаря балансировке рабочего колеса, центровке вала и общей сбалансированной конструкции. Это дает возможность увеличить срок службы насоса и снизить сервисные затраты.

Длительный ресурс работы подшипников. Корпус подшипникового узла может быть выполнен из нержавеющей стали для перекачивания агрессивных жидкостей или из низкотемпературной углеродистой стали, что гарантирует его надежность при перепадах температур и высоких нагрузках. Минимальный ресурс подшипников нефтяного насоса по API 610 – 25 000 моточасов в номинальном режиме. Это увеличивает надежность системы и снижает сервисные затраты. Стандарт API 610 требует высококачественного уплотнения корпуса подшипников. Обязательно применение либо искробезопасного лабиринтного, либо магнитного уплотнения. Щелевые уплотнения для нефтяных насосов по API 610 не допускаются.

Фундаментная плита насоса должна иметь канавки для стока утечки или поддон для сбора жидкости. Весь продукт утечки должен быть собран в пределах плиты-основания. Монтажные прокладки должны иметь одинаковую плоскостность – 0,150 мм/м. Должна быть регулировочная подкладка под приводом (3,175 мм). Все компоненты насосного агрегата и фланцы должны располагаться «над» плитой-основанием. Бак с промывочной жидкостью может устанавливаться на консоли.

Испытания нефтяного насоса по API 610. Все элементы корпуса, работающие под давлением, должны подвергаться гидравлическим испытаниям под давлением, как минимум в 1,5 раза превышающим номинальное рабочее давление. При испытаниях должны использоваться жидкости по своим свойствам (вязкость, плотность и температура) соответствующие рабочим жидкостям. Строится гидравлическая кривая насоса под конкретную жидкость, которая выдается заказчику вместе с другими протоколами испытаний. Подобные стенды для испытаний нефтяных насосов по стандарту API 610 есть у ограниченного числа компаний-производителей насосов.

Таким образом, на основании изложенного можно сделать следующие выводы:

• нефтяные насосы по стандарту API 610 обладают повышенной надежностью;
• нефтяные насосы по стандарту API 610 позволяют сократить расходы на обслуживание и электроэнергию;
• нефтяные насосы по стандарту API 610 целесообразно применять для работы в тяжелых условиях.