Leitartikel: Jenseits der Lagergehäuse-Nachrüstung

Jul 17, 2023

Abbildung 1: Aktuelle Konstruktion der Pumpe in fliegender Ausführung (Bildquelle: Sulzer Ltd.)

Was häufig übersehen wird, ist die Möglichkeit, die gesamte Flüssigkeitsseite der Pumpe aufzurüsten, um noch mehr Zuverlässigkeitsverbesserungen zu erzielen, ohne dass bestehende Rohrleitungen und Fundamente geändert werden müssen. In diesem Artikel werden sowohl die Vorteile von Lagergehäuse-Nachrüstungen als auch zusätzliche Upgrades erörtert, die angewendet werden können, um die bestmögliche Zuverlässigkeit von API-610-Horizontal-Fertigpumpen zu erreichen.

Einstufige fliegende Pumpen sind eine äußerst wichtige globale Ressource für den Transfer von Flüssigkeiten von einem Ort zum anderen. Dieser spezielle Pumpentyp ist der weltweit am weitesten verbreitete Pumpentyp, da er eine relativ große Auswahl an Durchfluss- und Druckbereichen bietet und im Allgemeinen einfach zu warten ist (Abbildung 1). Die bedienten Prozesse können in einigen Fällen von schweren bis leichten Flüssigkeiten und kryogenen Flüssigkeiten bis zu Temperaturen über 800 °F (427 °C) reichen. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit stehen diese Pumpen häufig im Rampenlicht der Wartung, um die Zuverlässigkeit und Laufzeit zu erhöhen und die Produktionsanlagen am Laufen zu halten.

Einstufige Hängepumpen haben sich seit ihrer Einführung ständig weiterentwickelt. Mit zunehmender Technologie und Erfahrung haben Fortschritte bei Herstellung, Materialien und Design die Gesamtzuverlässigkeit dieser Pumpentypen weiter verbessert. Die grundlegenden Konstruktionskriterien für horizontale OH-Pumpen sind relativ konstant geblieben; bestehend aus einem Lagergehäuse mit Radial- und Axiallager, wobei das Laufrad fliegend auf einer Welle außerhalb des Lagergehäuses gelagert ist. Industriestandards wie API-610, Kaufempfehlungen und Designüberlegungen wurden entwickelt und kontinuierlich überarbeitet, um die Gesamtzuverlässigkeit dieses Pumpentyps zu erhöhen.

Die gemeinsame Nachrüstung von API-610-Lagergehäusen in der aktuellen Ausgabe dient dazu, mehrere Upgrades für Pumpen älterer Bauart bereitzustellen, die möglicherweise kurzen Zeitintervallen zwischen Reparaturen (MTBR) oder Anforderungen zur Reduzierung diffuser Emissionen unterliegen. Diese Nachrüstungen umfassen in den meisten Fällen ein einreihiges Radiallager mit tiefer Nut und paarweise angeordnete Axial-Schräglager. Die Schmierung wird durch Ölschleuderringe und Schmierkanäle verbessert. Größere Ölwannen, Lüfter und Gussrippen wurden hinzugefügt, um den Bedarf an externem Kühlwasser zu reduzieren oder ganz zu beseitigen. Schließlich sind die Dichtungskammer und die Welle so konzipiert, dass sie die aktuellen API-610-Durchbiegungsgrenzwerte und die Abmessungen von Tabelle 7 erfüllen. Dies ermöglicht die Verwendung einer API-682-Dichtung für eine verbesserte Dichtungstechnologie, eine verbesserte Lebensdauer und Dichtungsleistung.

Was üblicherweise nicht in Betracht gezogen wird, sind Aufrüstungen der vorhandenen Flüssigkeitsendkomponenten der Pumpe. Viele ältere Pumpen wurden vor vielen Industriestandards entwickelt und verfügen nicht über mehrere Funktionen, die die Wartung und die Zuverlässigkeit der Druckgrenze erleichtern. Die folgenden Upgrade-Möglichkeiten sind Elemente, die Sulzer bei mehreren Endbenutzern implementiert hat, was zu einer robusteren Pumpausrüstung und längeren Betriebsintervallen zwischen Reparaturen führt.

Verbesserungen beim Düsenladen Geräte, die vor der Umsetzung moderner Industriespezifikationen gekauft und installiert wurden, sind möglicherweise nicht in der Lage, externe Düsenkräfte und -momente zu bewältigen, die durch die angeschlossenen Rohrleitungen entstehen. Diese Kräfte können bei übermäßiger Anwendung dazu führen, dass sich das Pumpengehäuse und/oder die Basis verformen, was auf eine Fehlausrichtung, übermäßige Vibration und möglicherweise den Kontakt von Verschleißteilen zurückzuführen ist. Oft wurden diese Pumpen mit dünnen Montagefüßen, minimaler Gurtverstrebung und Flanschen mit flacher Oberfläche konstruiert und für 150 oder 300 psi (10 oder 20 bar) ausgelegt. Diese Konfigurationen können durch geeignete Änderungen an den vorhandenen Mustern aufgerüstet werden, während die Möglichkeit erhalten bleibt, in die vorhandenen Rohrleitungen und Grundplatteninstallationen zu passen.

Ältere Montagefüße und Gurtbänder können je nach Originalkonstruktion 2,5 cm oder sogar weniger dick sein. Neuere API-610-konforme Pumpen werden mit viel dickeren Füßen und Gurtband geliefert, um die API-610-Düsenbelastungsanforderungen zu erfüllen. Abbildung 2 zeigt Musteränderungen, die an einem älteren Design vorgenommen wurden, um die Gesamtsteifigkeit der Pumpe zu verbessern.

Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, hat sich die Dicke des Montagefußes mehr als verdoppelt, was dem Gussstück zusätzliche Festigkeit verleiht. Auch die Stegverstrebung vom Fuß bis zu den Spiralaußenwänden ist dicker geworden. Zusätzlich zu diesen Änderungen wurden die Flansche für diesen Fall vom ursprünglichen 300# Raised Face-Design des American National Standards Institute (ANSI) auf eine ANSI 600#-Dicke mit den gleichen Bohr- und Bearbeitungsabmessungen der ursprünglichen 300#-Flansche geändert. Alle diese Modifikationen haben dazu beigetragen, den Gesamtwiderstand des Gehäuses gegen Durchbiegung bei vorhandener Rohrspannung zu verbessern oder die Gesamtzulässigkeit der Rohrspannung in Bezug auf die Pumpenausrichtung zu erhöhen.

Die letzte Verbesserung, die für dieses Gehäuse durchgeführt wurde, um die Gesamtsteifigkeit der Pumpen- und Gehäuseverbindungen zu verbessern, war die Installation von Zwickeln an den Entlüftungs- und Ablassflanschen. Durch das Hinzufügen von Zwickeln wird das Risiko von Schweißfehlern bei Rohren mit kleinem Durchmesser aufgrund von Vibrationsermüdung verringert.

Gehäusedichtungsanordnung ANSI/American Society of Mechanical Engineers (ASME) B73.1-Pumpen und Pumpen im Vor-API-Stil bis hin zu API-610 4. Edition erforderten nicht die Verwendung einer begrenzten, kontrollierten Kompressionsspiraldichtung zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel . In vielen Fällen handelte es sich bei der verwendeten Dichtung um ein nichtmetallisches Blech, das zwischen Deckelflansch und Gehäuse eingelegt wurde. Diese Dichtungen können etwas unzuverlässig sein, da die Kompression über die Dichtfläche je nach dem auf die Gehäuseverschraubung ausgeübten Drehmoment variieren kann. Darüber hinaus können die Materialien Grenzwerte für die Temperatur und die chemische Zusammensetzung der gepumpten Flüssigkeit aufweisen. In der 5. Ausgabe von API-610 wurde die Anforderung einer begrenzten, spiralförmig gewickelten Dichtung mit kontrollierter Kompression eingeführt, um die Dichtungsfähigkeiten der Pumpe zu verbessern und die Betriebsgrenzen für Temperatur und Produkt zu erweitern.

Viele Hersteller von Lagergehäusenachrüstungen verwenden bei der Gestaltung eines neuen Gehäusedeckels eine Spiraldichtung. Allerdings muss das Gehäuse in den meisten Fällen auch für diesen Umbau vorbereitet werden. Viele Pumpen älterer Bauart verfügen möglicherweise über eine Aussparung für eine nichtmetallische Dichtung, diese Maschinengröße hatte jedoch selten eine genau kontrollierte Tiefe. Andere Gehäusetypen verfügen möglicherweise überhaupt nicht über eine Dichtungsaussparung. Die Möglichkeit, das gesamte Dichtungsdesign zu verbessern, kann durch die Anwendung von Änderungen an vorhandenen Gehäusemustern, wie im vorherigen Abschnitt beschrieben, integriert werden. Wenn die vorhandenen Gehäuseabmessungen an der Schnittstelle des Gehäusedeckels den Einbau einer spiralförmig gewickelten Dichtungsnut nicht zulassen, kann eine zusätzliche Isolierung am Außendurchmesser angebracht werden. Anschließend wird der Lochkreis des Gehäuseverschlusses vergrößert, um den nötigen Raum für den Einbau einer modernen API-610 Table 7-Dichtungskammer zu schaffen.

Hydraulische Neuberechnungen und Metallurgie-Upgrades Bei modernen Raffinerieanwendungen ist es sehr wahrscheinlich, dass sich der ursprüngliche Betriebspunkt der Pumpenkonstruktion im Laufe der erwarteten Pumpenlebensdauer aufgrund alternativer Produktionsanforderungen im Vergleich zu den ursprünglichen Betriebsanforderungen ändert. Während der Neukonstruktionsphase des neu gelieferten Gehäuses könnte eine hydraulische Neuregelung angewendet werden, um die Leistung der Pumpe so zu optimieren, dass sie den aktuellen Betriebsanforderungen entspricht. Spiralförmige Lippenverlängerungen oder Kürzungen gegenüber dem ursprünglichen Design können ausreichen. Bei Bedarf könnte ein alternativer Spiralkernkasten geschaffen werden, um besser aufeinander abgestimmte hydraulische Profile bereitzustellen. Ein überarbeitetes Laufrad mit hoher oder niedriger Kapazität kann installiert werden, um den besten Wirkungsgradpunkt für die gewünschte Betriebsdurchflussrate und den gewünschten Differenzdruck weiter zu optimieren.

Die Abbildungen 4a und 4b zeigen eine Neubeladung, die an einer hängenden Pumpe durchgeführt wurde. Der ursprünglich für diese Pumpe geforderte Betriebspunkt war reduziert worden und ein neuer Batch-Prozess erforderte eine noch weitere Reduzierung der Durchflussrate. Eine Kombination der oben genannten Spiralmodifikationen und ein Laufradaustausch führten zu einer zufriedenstellenden Betriebskurve, die den Anforderungen des Kunden entsprach.

Korrosions-/Erosionsverbesserungen Um die Auswirkungen von Korrosion oder Erosion in Pumpengehäusen zu bekämpfen, kann es sinnvoll sein, die Gehäusemetallurgie zu verbessern, um sie besser an die Prozessflüssigkeit anzupassen. Diese Änderungen können Upgrades von Kohlenstoffstahl auf martensitischen, austenitischen oder Duplex-Edelstahl umfassen. Alternativ könnten viele dieser älteren Pumpen aus Gusseisen bestehen. Der Ersatz von Gusseisen durch Kohlenstoffstahl oder eine andere schweißbare Legierung kann die Lebensdauer der Ausrüstung um Jahrzehnte verlängern. Bei stark erosiven Bedingungen können auch zusätzliche Schritte in Betracht gezogen werden, die das Aufbringen von Beschichtungen in den Strömungswegen umfassen. Dazu können Technologien wie Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoffsprays (HVOF), Schweißüberzüge und Diffusionsbeschichtungen gehören.

Abschluss Überhängende Lagergehäuse-Nachrüstungen sind seit langem eine bewährte Verbesserung, um die MTBR von API- und Pre-API-Pumpen zu verlängern. Es ist jedoch wichtig, sich darüber im Klaren zu sein, dass durch die ordnungsgemäße Anwendung der neuen Pumpentechnologie auf ältere Geräte weitere Vorteile erzielt werden können, ohne dass zusätzliche Änderungen an der vorhandenen Anlage vor Ort erforderlich sind. Auch wenn diese Modifikationen scheinbar eine lange Vorlaufzeit erfordern und im Vorfeld kostspielig sind, werden sie wahrscheinlich von den Kosten für Modifikationen an Grundplatten und Rohrleitungsinstallationen vor Ort in den Schatten gestellt. Zusätzlich zu diesen Ausgaben können häufig Effizienzverbesserungen integriert werden, um die Lebensdauer der Einheit weiter zu verlängern und die Betriebskosten zu senken und gleichzeitig den geänderten Produktionsanforderungen der Anlage gerecht zu werden.

Quelle: Sulzer Ltd.