Praktische Richtlinien für Kreiselpumpen in Öl-, Gas-, Erdöl- und petrochemischen Anlagen

Jul 31, 2023

Die Auswahl, Konfiguration, Verpackung, Installation, Inbetriebnahme und der Betrieb von Pumpen erfordern weitaus mehr Sorgfalt als üblich. Hier finden Sie praktische Richtlinien und nützliche Empfehlungen für Kreiselpumpen in verschiedenen Öl-, Gas-, Erdöl- und petrochemischen Bereichen.

Der branchenübergreifend am häufigsten eingesetzte Pumpentyp ist die Kreiselpumpe. Dies liegt an ihrer Flexibilität, Zuverlässigkeit, günstigen Förderhöhenverhältnissen, günstigen Preisen und gut entwickelten Technologien. Sie werden in der Regel von Elektromotoren angetrieben, obwohl in bestimmten Anwendungen auch dampfturbinenbetriebene Kreiselpumpen eingesetzt werden. Horizontale Pumpen können als wünschenswerter angesehen werden, aber in manchen Anwendungen erfordern Bedingungen und spezifische Anforderungen möglicherweise die Wahl vertikaler Pumpen.

In vielen Anlagen gilt in allen Phasen des Projekts, vom Entwurf über die Pumpenauswahl, den Pumpenstandort, die Pumpenverrohrung bis hin zum Betrieb und der Wartung, der Grundsatz „Mal sehen, wie es weitergeht“. Diese Politik ist weder geeignet noch produktiv. Eine solche Richtlinie gilt nicht für Öl-, Gas-, Erdöl- und petrochemische Anlagen. Alle Phasen und Schritte – Pumpendimensionierung, Pumpenauswahl, Pumpenbestellung/-kauf, Inspektion, Installation, Betrieb und Wartung – sollten auf genauen technischen Bewertungen, Expertenwissen/-erfahrung und aktuellen erfolgreichen Betriebsreferenzen basieren.

Viele Pumpen in wichtigen Öl- und Gasdiensten wurden in einer 1+1-Konfiguration (ein Betrieb und eine Standby-Konfiguration) installiert, da das Abschalten einer Pumpe die Produktion nicht stoppen sollte. Aufgrund finanzieller Schäden und anderer Bedenken ist die Abschaltung der Anlage aufgrund einer Pumpenstörung einfach keine Option. Allerdings sollte auch den Schlüsselbereichen im Zusammenhang mit der Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Dichtungen und Lagern.

Die Betriebstemperatur ist ein zentraler Parameter für Pumpen und deren Systeme. Pumpen für den Einsatz bei hohen oder niedrigen Temperaturen benötigen große Sorgfalt. Als Anhaltspunkt gilt: Für Betriebstemperaturen unter 5 F (-15 C) und über 266 F (130 C) sollten robuste Konstruktions- und Fertigungsrichtlinien für Pumpen verwendet werden. Dies bedeutet normalerweise die Verwendung von Pumpen des American Petroleum Institute (API) 610 oder einer gleichwertigen Pumpe. Es gab unterschiedliche Merkmale und Vorkehrungen für hohe oder niedrige Betriebstemperaturen.

Beispielsweise sollten Pumpengehäuse in der Mitte gestützt werden, um die Auswirkungen von Temperaturunterschieden zu verringern. Normalerweise sollten spezielle Materialien und Dichtungssysteme verwendet werden, die mit den Betriebstemperaturen kompatibel sind. Die von oben entladende, mittig gestützte Pumpenkonfiguration sorgt für Stabilität, wenn sie extremen Temperaturen und den damit verbundenen (produzierten) Rohrleitungslasten an den Pumpendüsen ausgesetzt ist.

Die Pumpengeschwindigkeit sollte normalerweise in einem frühen Stadium des Dimensionierungs-/Auswahlprozesses gewählt werden. Die Auswahl der höchsten praktischen Geschwindigkeit ist oft wünschenswert, da sie die kleinste Größe und in der Regel die niedrigsten Kosten sowie die einfachste Eindämmung des Systemdrucks ergibt. Die Effizienz wird normalerweise mit größerer Geschwindigkeit verbessert. Höhere Geschwindigkeiten könnten jedoch die Lebensdauer von Komponenten wie Dichtungen oder Lagern und die Gesamtzuverlässigkeit verkürzen. Daher ist eine Optimierung erforderlich, um die optimale Drehzahl für jede Pumpe zu finden. Auch Code-Richtlinien (z. B. API 610) und bisher erfolgreiche Referenzen sollten überprüft werden.

Heutzutage sind Gleitringdichtungen für nahezu jede Pumpe vorgeschrieben. Natürlich gibt es dichtungslose Pumpen, wie zum Beispiel Magnetkupplungspumpen, die keine Dichtungen benötigen. Am häufigsten werden Gleitringdichtungen vom Patronentyp bevorzugt. Fast alle Dichtungen nutzen eine kleine Menge der gepumpten Flüssigkeit oder eine alternative Flüssigkeit, um die Dichtungsflächen zu spülen.

Gleitringdichtungen erfordern bei der Auswahl, Montage, Installation und Inbetriebnahme besondere Aufmerksamkeit. Insbesondere in den ersten Betriebsstunden sollten Dichtungen auf Undichtigkeiten überprüft werden. Ein geringfügiges Leck durch die Dichtung verringert sich in der Regel nach kurzer Zeit auf ein vernachlässigbares Maß, wenn es jedoch weiterhin auftritt, könnte ein Problem vorliegen. Wenn beim Einbau der Dichtung etwas nicht stimmt, kann die Dichtung bereits in den ersten Betriebsstunden (oder am ersten Betriebstag) versagen. Andernfalls könnte davon ausgegangen werden, dass die Dichtung ordnungsgemäß installiert wurde.

Die Gleitringdichtung war für viele außerplanmäßige Abschaltungen von Prozess-/Großpumpen verantwortlich. Die Gesamtkosten für den Dichtungsaustausch und die Dichtungswartung während des Lebenszyklus einer Pumpe gehören zu den teuersten Kosten im Zusammenhang mit Pumpenbetrieb und -wartung. Als grobe Schätzung können etwa 3.000 bis 20.000 US-Dollar (durchschnittlich) für den Austausch der mechanischen Pumpendichtung ausgegeben werden. Bei einigen Pumpen kann es erforderlich sein, alle ein bis drei Jahre die mechanische Dichtung der Pumpe auszutauschen. Allerdings kann es bei einem Fehler bei der Dichtungsauswahl oder anhaltenden Betriebsproblemen alle paar Monate zu einem Dichtungsausfall kommen. Dies ist weder akzeptabel noch kosteneffektiv, und die Grundursache des Problems sollte gefunden und beseitigt werden.

Ein Werkstattleistungstest ist ein wichtiger Test für fast jede Pumpe. Pumpenkurven für Förderhöhe im Verhältnis zur Durchflussrate, positive Nettosaughöhe (NPSH), Effizienz, Leistung usw. waren theoretische Vorhersagen oder basierten auf Daten ähnlicher Pumpen. Diese Kurven sollten vorzugsweise für jede Pumpe im Werk des Herstellers überprüft werden, bevor die Pumpe an die Baustelle geliefert wird. Idealerweise sollte ein Pumpenhersteller jede Pumpe in der Werkstatt über einen ausreichenden Zeitraum betreiben und alle erforderlichen Parameter in verschiedenen Betriebspunkten messen, um die Leistung und den störungsfreien Betrieb zu überprüfen.

Es gibt viele Verfahren für Pumpenleistungstests. Die Anzahl der Punkte und die Definitionen unterliegen in der Regel der Verhandlung zwischen verschiedenen Parteien, im Folgenden handelt es sich jedoch um grobe Richtlinien. Idealerweise sollten mehr als acht Betriebspunkte berücksichtigt und vollständige Testdaten – einschließlich Förderhöhe, Kapazität, Effizienz und Leistung – für diese Punkte gemessen und aufgezeichnet werden. Diese Punkte sind in der Regel:

Dieser letzte Punkt nahe dem Ende der Kurve könnte 125 % oder 130 % des Nenndurchflusses betragen oder sogar mehr, wenn die theoretische Kurve darüber hinausgeht.

Die Ermittlung des erforderlichen NPSH (NPSHr) stellt für einen Pumpenhersteller in der Regel weitaus größere Schwierigkeiten dar als andere Leistungsparameter. Folglich sollte mehr Vorsicht geboten sein, wenn der verfügbare NPSH-Wert (NPSHa) zu nahe am NPSHr liegt (niedrige NPSH-Marge).

Für kritische Pumpen, niedrige NPSH-Margen usw. sollte eine NPSHr-Prüfung vorgeschrieben werden. Ein weiterer grober Hinweis: Ein NPSH-Abstand von weniger als 1,5 Metern (manchmal auch 2 Metern) kann zu NPSHr-Tests führen.

Amin Almasi ist ein leitender Maschinen-/Mechanikberater in Australien. Er ist zugelassener Berufsingenieur von Engineers Australia (MIEAust CPEng–Mechanical) und IMechE (CEng MIMechE). Er verfügt über einen Bachelor of Science und einen Master of Science in Maschinenbau und ist ein RPEQ (Registered Professional Engineer in Queensland). Er hat mehr als 200 Aufsätze und Artikel verfasst, die sich mit Pumpen, rotierenden Geräten, mechanischen Geräten, Zustandsüberwachung und Zuverlässigkeit befassen.