انیمیشن حرکت سیال در API Flush Plan 01

انیمیشن حرکت سیال در API Flush Plan 01

 

 

برای به حرکت درآمدن انیمیشن بر روی آن کلیک کنید

 انمیشن مابقی چیدمان های آببندی به مرور به اشتراک گذاشته خواهد شد

 

 

آشنایی با آببندهای مکانیکی

بررسی نکات مهم ویرایش 12 استاندارد API610 و تفاوت های آن با ویرایش 11- بخش ششم

بررسی نکات مهم ویرایش 12 استاندارد API610 و

 تفاوت های آن با ویرایش 11- بخش ششم

لینک به بخش قبلی

معیارهای انتخاب یاتاقان ها

در حال حاضر در ویرایش یازده استفاده از یاتاقان هیدرودینامیکی شعاعی و محوری برای چگالی انرژی (Energy density) 4.0x10⁶ kW/min     یا بالاتر  اجباری می باشد. برای ویرایش دوازده این نیاز مندی برای تمامی سرویس ها باقی مانده است به جزسرویس های خط لوله جایی که چگالی انرژی بالاتر از 10.7x10⁶ kW/min پیشنهاد می شود  . توجیه برای  این سطح بالاتر بر اساس تجربیات موفق در سایت ها می باشد و همچنین در نظر گرفتن این موضوع که از مشخصه های سرویس های خط لوله پمپ کردن محصولاتی با دمای پایین تر نسبت به سیالات دما متوسط تا دما بالای پالایشگاه ها، می باشد.

 

دمای روغن و محفظه یاتاقان

برای سیستم های روانکاری بدون فشار، مانند Ring Oil و یا سیستم های پاششی، محدوده های دمای روغن و محفظه یاتاقان به طور مناسبی بر اساس افزایش دما بیان شده اند، لذا دمای محیط معیار اساسی خواهد بود.

بررسی نکات مهم ویرایش 12 استاندارد API610 و تفاوت های آن با ویرایش 11- بخش چهارم

بررسی نکات مهم ویرایش 12 استاندارد API610 و 

تفاوت های آن با ویرایش 11- بخش چهارم

لینک به بخش قبلی

این مقاله با عنوان انگلیسی Preview of API 610 12th Edition توسط  Roger L. Jonesرییس کمیته تدوین استاندارد API610 و Frank Korkowskiمدیر بازاریابی بخش آموزش شرکت Flowsever در سی امین سمپوزیسیوم بهره برداران پمپ و چهل و سومین سپوریسیوم توربوماشین در سال 2014 در تگزاس امریکا ارایه شده است. در این مقاله مروری بر نکات بر جسته استاندارد API 610 12 Ed. انجام شده است. اصل این مقاله در وب لاگ شرکت به اشتراک گذاشته شده بود و از پر بازدید ترین مطالب وب لاگ بوده است لذا تصمیم گرفته شد تا ترجمه آن نیز توسط کارشناسان شرکت تدبیر انرژی امید صورت پذیرد و در اختیار علاقه مندان قرار گیرد.  

پمپ های انرژی بالا (High Energy pumps) (مصارف خاص (Special purpose ))

در در ویرایش یازدهم،  پمپ های با هد بر طبقه (Head per stage) بالاتر از 200 متر و توان بر طبقه (Power per stage) بالاتر از 225 کیلووات، پمپ انرژی بالا گفته می شود. در ویرایش یازدهم تنها قیدی برای درصد لقی مابین پره دیفیوزر یا ابتدای حلزونی با پره های پروانه نسبت به شعاع داده شده است. زیر-کمیته تشخیص داد که دو چیز: اول انرژی بالا معانی مختلفی برای افراد مختلف دارد، به عنوان شاهد، مشتریانی که در حال حاضر در مشخصات فنی خود نوشته اند که آنها چه چیزی را به عنوان انرژی بالا در نظر می گیرند. دوم بدون در نظر گرفتن تعریف انرژی بالا، دستورالعملی اینکه دقیقا چه چیزی باید به عنوان پمپ انرژی بالا در نظر گرفته شود مطلب بسیار مهمی بود. تصمیم گرفته شد تا:

پمپ ها تحت عنوان "مصارف خاص" باز نامگذاری شوند

یک پیوست جدید به این پمپ ها تخصیص یافت

پیوست شامل بخشی هایی برای تعاریف، معیارهای انتخاب برای مرز فشار و روتور، ملاحظات طراحی برای قطعات مرز فشار، پروانه، دیفیوزر یا حلزونی، آب بندی محور، یاتاقان ها و محفظه یاتاقان ها، مواد، ساخت و راهنمای انجام آزمون می باشد.

این پمپ های مثال هایی از پمپهای مصارف خاص هستند: توبوپمپ F-1 یک طبقه سرعت بالا (5490 RPM) هیدروژن و اکسیژن که به عنوان پمپ بوستر موتور ساترن پنج استفاده شده است، پمپ تزریق آب با فشار 500 بار سرعت 6000 RPM با هد هرطبقه معادل 500 متر، پمپ های فشار بالای خط لوله اتیلن، پمپ های فشار بالای تغذیه  آب بویلر و حتی پمپ های کاری تغذیه پالایشگاه ها با توان 3 الی 4 مگاوات. تشخیص داده شده است که تنها یک درصد از تمامی پمپ ها را پمپ های مصارف خاص تشکیل می دهند ولیکن آنها دارای برخی از بزرگترین چالش ها برای طراحان پمپ هستند و لذا ملاحظات ویژه طراحی نیاز خواهند داشت. شکل 2 ارایه دهنده یک رویکرد در تعریف سطح انرژی بر حسب افزایش فشار طبقه می باشد.

برای پمپ های انرژی بالا، هر جنبه از طراحی نیازی به بررسی دقیق دارد، مانند سختی روتور، توزیع تنش پس ماند در سطوح آب بندی فلز-به-فلز، تشخیص مقدار خیز در نقاط حساس و در نظر گرفتن لقی های کاری مناسب. انجام تحلیل ساختمان پروانه، دیفیوزر و یا حلزونی به اندازه تعیین حاشیه NPSH مناسب بر اساس مقدار NPSHi (Incipient NPSH)[1]  نه فقط 3 درصد NPSH3 اساسی می باشد. به خصوص برای طراحی های جدید، تحلیل اجزاء محدود محفظه یاتاقان می بایست انجام شود تا نوع یاتاقان های مورد استفاده به دقت تعیین شوند. در نهایت توانایی سوار و پیاده کردن پروانه های می بایست لحاظ گردد. همچنین برای نیازمندی های ساخت، قالب ها و چیدمانشان می بایست ریخته گری کاملی را فراهم کند گرچه آزمون غیر مخرب مناطق دارای استرس بالا می بایست انجام شود.

---

[1]- NPSHi (Incipient NPSH) : مقداری از NPSH می باشد که در آن اولین حباب های ناشی از کاویتاسیون بر روی پره پروانه قابل مشاهده می باشند. مقدار آن عددی بالاتر از NPSH3 می باشد.

دوره کامل آموزش پمپ های API610 (پمپ های فرآیندی) - بخش بیست- جنس قطعات

دوره کامل آموزش پمپ های API610 (پمپ های فرآیندی) - بخش بیست

 

جنس قطعات (Materials)

خریدار می بایست کلاس مواد قطعات پمپ را مشخص نماید. به منظور راهنمایی در جدول G-1 استاندارد کلاس مناسب برای سرویس های مختلف آورده شده است. ممکن است به منظور طول عمر قطعات و یا بهبود عملکرد آنها موادی برای قطعات از سوی سازنده پیشنهاد گردند. در این صورت این موارد می بایس در برگه های اطلاعاتی ذکر گردند.

 

توضیح جداول G-1، H-1 و H-2 استاندارد API 610

 

انتخاب مواد طبق پیوست H استاندارد API 610  انجام می‌شود. از روی جدول G-1 می توان کلاس مواد را تعیین کرد. و طبق کلاس مواد از روی جدول H-1 جنس قطعات تعیین می‌شود. همانطور که در جدول H-1 دیده می‌شود ستونی تحت عنوان “Full Compliance Material” وجود دارد. در مورد اجزائی که عبارت “Yes” در برابر آنها قرار گرفته است. استاندارد مواد این اجزاء باید دقیقا مطابق با استاندارهای مواد مشخص شده در جدول H-2 باشند. مثلاً اگر فرض شود که پوسته پمپ از جنسCast Iron می باشد. همانطور که مشاهده می‌شود برای پوسته پمپ در ستون “Full Compliance Material?” عبارت “Yes” آمده است.  لذا  Cast Iran انتخابی باید دقیقاً مطابق یکی از استانداردهای تعیین شده در ردیف اول باشد مثلاً در صورت استفاده از استاندارد ASTM باید مطابق ASTM A 278 Class 30 باشد. در مورد اجزاء دیگری که در ستون “Full Compliance Matrial?” عبارت “No” آمده است این اجزاء باید با موادی که دارای ترکیب شیمیایی قابل قبول ساخته شوند.  لازم به ذکر برای قطعات تحت فشار مانند پوسته پمپ می بایست از استاندارد ماده از ردیف Pressue casting انتخاب گردد.

 

در مواردی که جنس قطعه مطابق استانداردهای صنعتی نیست. تامین کنند ماده می بایست مشخصات کامل فیزیکی و شیمیایی و مشخصات لازم برای تست ماده را در پروپوزال خود ذکر کند.

 

از چدن (کلاس های مواد I-1 و I-2) فقط می توان در کارکرد هایی که فشار کاری از 17.25 barg بیشتر نمی شود استفاده کرد.

 

در صورت درخواست متقاضی فروشنده می بایست گواهینامه مواد شامل آنالیز شیمیایی و مشخصات مکانیکی ارایه دهد.

 

خریدار می بایست وجود عوامل ساینده و خورنده در سیال را مشخص کند. به خصوص مواردی موجب Stress- corrosion cracking و.یا Elastomer attack می شوند می بایست مشخص گردند.

 

متقاضی می بایست مقدار H2S را در سیال با توجه با درنظر گرفتن تمامی شرایط ممکن مشخص کند.

 

مشتری می بایست مشخص کند که آیا به کاهش سختی در موارد نیاز می باشد یا خیر در صورتی وی درخواست کاهش سختی موارد را بنماید این کاهش سختی می بایست بر اساس استاندارد NACE MR0103 انجام گیرد.

 

برای َآشنایی با استاندارد NACE MR0103 و دریافت متن آن بر روی لینک های زیر کلیک کنید:

1-     متن استاندارد

2-     آشنایی با استاندارد

 در صورتی که مشخص گردد که سختی مواد کاهش یابد، برای مواد آهنی که تحت پوشش استاندارد NACE MR0103 ویا  ISO 15156-1(ANSI/NACE MR0175) قرار نمی گیرند مقدار تنش تسلیم نبایست از 620 N/mm2 بیشتر شود و مقدار سختی می بایست کمتر از HRC 22 باشد. قطعاتی که با جوشکاری ساخته می شوند در صورت نیاز می بایست پیش از جوشکاری پیش گرم شوند بنابر این هم جوش و هم مناطق تحت تاثیر حرارت جوشکاری قرار گرفته اند می بایست نیازمندی های مربوط به تنش تسلیم و سختی را برآورده سازند.

در صورتی که مشخص گردد که مقدار سختی مواد کاهش یابد، حداقل سختی قطعات زیر می بایست

الف) پوسته تحت فشار

ب)محور ( شامل مهره های موجود بر روی محور که با سیال در تماسند)

ج) قطعاتی از آب بند مکانیکی که فشار را تحمل می کنند ( به جز Seal Ring and Mating Ring)

د) پیچ هایی که با سیال در تماسند

ه) Bowl

برای عملکرد مناسب پمپ سختی رینگهای سایشی باید بالاتر از 22 راکول C باشد. می‌توان باتوافق خریدار به جای استفاده از رینگهای سایشی سطوحی که دچار سایش می‌شوند را با استفاده از پوشش مناسب سختکاری کرد.

محفظه یاتاقان، براکت مابین محفظه یاتاقان و پوسته پمپ و پایه های آن به جز در کلاس های مواد I-1 و I-2 می بایست استیل باشد.

دوره کامل آموزش پمپ های API610 (پمپ های فرآیندی) - بخش نوزده: روانکاری

دوره کامل آموزش پمپ های API610 (پمپ های فرآیندی) - بخش نوزده

روانکاری (Lubrication)

بر اساس استاندارد API 610 11th Ed.  یاتاقان ها و محفظه یاتااقان ها می بایست برای رونکاری با روغن های معدنی طراحی گردند.

در صورتی که متقاضی درخواست نماید، سازنده می بایست  بر روی محفظه یاتاقان ملاحظات لازم برای روانکاری به روش های Pure oil-mist یا Purge oil-mist پیش بینی های لازم را در نظر بگیرد.

در روش روانکاری با Oil-mist روغن در یک سیستم مرکزی به صورت گرد درآمده و مخلوط هوا و روغن با فشار از طریق لوله کشی به محفظه یاتاقان وارد می گردد. در صورتی که روغن درون محفظه یاتاقان جمع گردد به این روش Purge oil-mist گفته شده و در صورتی که روغنی داخل محفظه یاتاقان جمع نگردد به آن Pure oil-mist گفته می شود. نمونه هایی از این روش ها در شکل های زیر نمایش داده شده است.

در صورتی که مشتری درخواست نماید که یاتاقان های غلتشی با گیریس روانکاری گردند، شرایط زیر می بایست لحاظ گردد:

الف) عمر مفید گیریس (بازه ای زمانی تعویض) می بایست بر اساس روش های توصیه شده سازنده یاتاقان ها و یا روش جایگزینی که خریدار تعیین می کند تخمین زده شود.

ب) درصورتی که طول عمر تخمین زده شده برای گیریس کمتر از 2000 ساعت باشد استفاده از گیریس مجاز نمی باشد.

ج) در صورتی که طول عمر گیریس مابین 2000 تا 25000 ساعت باشد تمهیدات لازم برای اضافه کردن گیریس در حین کارکرد یاتاقان در نظر گرفته شده و روش مناسبی برای تخلیه گیریس اضافی در نظر گرفته شود. سازنده می بایست بازه های لازم برای اضافه کردن گیریس را مشخص نماید.

د) در صورتی که عمر گیریس از 25000 ساعت بیشنر باشد از Grease nipple و یا سیستم دیگر اضافه کردن گیریس نباید استفاده گردد.

یاتاقان ها

دوره کامل آموزش پمپ های API610 (پمپ های فرآیندی) - بخش هجده

یاتاقان ها

·      برای هر محور می بایست دو عدد یاتاقان شعاعی و یک عدد یاتاقان محوری، که امکان مهار حرکت در دو جهت را داشته باشد، به منظور تحمل نیروهای شعاعی و محوری در نظر گرفته شود.  چیدمان یاتاقان ها بر اساس استاندارد API 610  می بایست بر اساس یکی از سه چیدمان زیر یاتاقان باشد. انتخاب چیدمان مناسب  باتوجه به شرایط کاری انجام می‌شود. این سه روش به صورت زیر هستند :

1- استفاده از یاتاقانها غلتشی برای مهار نیروهای شعاعی و محوری

2- استفاده از یاتاقان هیدرودینامیکی برای مهار نیروهای شعاعی و یاتاقان غلتشی برای نیروهای محوری

3- استفاده از یاتاقانهای هیدرودینامیکی برای مهار بارهای شعاعی و محوری

شرایط انتخاب بین این حالتها در جدول 10 استاندارد API610 11^th ed. آمده است .

 

·      یاتاقان محوری می بایست برای کارکرد پیوسته تحت تمامی شرایط از جمله حداکثر فشار کاری پمپ به همراه موراد ذیل انتخاب گردد.

الف) تمامی نیروهایی که با توجه به Clearance داخلی در حالت طراحی اعمال می شوند و همچنین نیرو هایی که با توجه به دو برابر شدن مقدار Clearance به دست می آیند.

ب) مقدار نیروی محوری برای کوپلینگ های منعطف می بایست بر اساس حداکثر خیز مجاز سازنده کوپلینگ محاسبه گردد.

ج) علاوه بر نیروهای محوری که توسط روتور و اجزاء داخلی پمپ بر اساس بدترین حالت ممکن محاسبه می گردند نیروهایی که توسط کوپلینگ منعطف منتقل می گردند نیز می بایست به عنوان بخشی از نیروهایی که یاتاقان محوری تحمل کند در نظر گرفته شود.

د) یاتاقان محوری می بایست قابلیت تحمل کامل نیروها را در صورت دوران معکوس پمپ را داشته باشند.

·      طول عمر یاتاقان های غلتشی می بایست بر اساس استاندارد ISO 281 محاسبه شده و حداقل 25000 ساعت کارکرد پیوسته در شرایط کاری و 16000 ساعت کارکرد با در نظر گرفتن حداکثر نیروهای شعاعی و محوری باشد.

·      یاتاقان های غلتشی می بایست توسط روشها ی زیز موقعیت دهی شده و در جای خود نگه داشته شود:

الف) یاتاقان می بایست توسط انطباق تداخلی بر روی شفت تصب گردد و در محفظه یاتاقان با توجه به Diametral clearance نصب شود. هر دوی این انطباقات می بایست بر اساس ANSI/ABMA 7 باشد.

ب) یاتاقان می بایست مستقمیا بر روی محور نصب گردد.

ج) موقعیت دهی یاتاقان بر روی محور می بایست با استفاده از پله، بوشن (Collars) و یا دیگر ابزار های موقعیت دهی  انجام پذیرد. استفاده از رینگ قفلی (Snap ring) و یا واشر فنری (Spring-type washer) قابل قبول نمی باشد.

د) ابزاری که یاتاقان محوری را بر روی محور قفل می کند می باشد توسط مهره و واشر خورشیدی مهار گردد.

Balancing

دوره کامل آموزش پمپ های API610 (پمپ های فرآیندی) - بخش هفده

 

بالانس کردن (Balancing)

 

پروانه ها، طبلک‌های بالانس (Balancing Drums) و اجزاء اصلی دوار باید طبق استاندارد ISO 1940 Grade G2.5  بالانس دینامیکی شوند. وزن محوری (Arbour) که برای بالانس کردن اجزاء به کار می‌رود نباید بیشتر از اجزایی که بالانس می‌شوند باشد. محور پمپ نیازی به بالانس شدن ندارد. برای پمپ های یک طبقه BB1 و BB2 که نصب اجزاء آن با انطباق تداخلی انجام می گیرد، ممکن است به جای بالانس تک تک اجزاء دوار اصلی کل مجموعه مونتاژ شده روتور بالانس گردد.

 

در اجزائی که نسبت D/B در آنها بزگتر از 6 باشد, بالانس در یک صفحه (Single Plane Balancing) انجام می‌شود (شکل 35 استاندارد API610 11^th ed.).

دینامیک پمپ های سانتریفوژ

دوره کامل آموزش پمپ های API610 (پمپ های فرآیندی) - بخش پانزده

دینامیک پمپ های سانتریفوژ- Dynamic of centrifugal pump

          ·        روتور پمپ های یک و دو طبقه می بایست به گونه ای طراحی شوند که سرعت بحرانی آنها بدون در نظر گرفتن اثر سیال 20درصد از حداکثر سرعت دورانی پمپ بیشتر باشد.

 

          ·        برای اینکه عملکرد آب بندی‌ها مطلوب باشد، حداکثر مقدار خیز محور در سخت‌ترین شرایط دینامیکی محدوده عملکرد مجاز پمپ در محل رینگ آب بندی اولیه
(Primury Seal Face) نباید از mm 50 بیشتر باشد.

 

 

 

Torsional Analysis

سه نوع Torsional analysis بر روی پمپ های سانتریفوژ انجام می گیرد:

-          Undamped natural frequency analysis

-          Steady-state damped response analysis

-          Transient torsional analysis

 

فلوچارت انجام Torsional Analysis در شکل29 آمده است.

در صورت وجود شرایط زیر Torsional Analysis انجام می‌شود:

الف) مجموعه پمپ و محرک با توان بیشتر از 1500 کیلووات که شامل سه ماشین یا بیشتر باشند که به هم کوپل شده باشند 

ب) موتور الکتریکی یا توربین با توان kw 1500 که توان آنها از طریق جعبه دنده به پمپ منتقل می‌شود.

پ) موتور احتراق داخلی با توان kw 250 یا بالاتر

ت) موتور سنکرون با توان kw 500 یا بالاتر

ث) موتور الکتریکی که بااستفاده از تغییر فرکانس تغذیه، دور آن تغییر یابد  (variable-frequency adjustable-speed drive (ASD)) با توان 1000 کلیووات و بالاتر

ج) پمپ عمودی که توان محرک از 750 کیلووات بیشتر باشد

 

فرکانس طبیعی پیچشی مجموعه کامل می بایست حداقل 10 درصد بالاتر ویا 10 درصد کمتر از هر گونه فرکانس تحریک در محدوده سرعت عملکرد پمپ باشد.

فرکانس های طبیعی پیچشی می بایست حداقل دو برابر سرعت کاری پمپ باشند تا از ایجاد پدیده تحریک جلوگیری شود. در صورتی که مقدار فرکانس طبیعی را نتوان تغییر داد می بایست کاملا مشخص گردد که تاثیر مخرب بر روی مجموعه پمپ و موتور نخواهد داشت.

پوسته تحت فشار (Pressure casing)

دوره کامل آموزش پمپ های API610  (پمپ های فرآیندی)- بخش ده

پوسته تحت فشار(Pressure casing):

          ·        تعریف: بر اساس تعریف استاندارد به تمامی قطعات ثابت پمپ که فشار را در خود نگه می دارند پوسته تحت فشار (Pressure casing) می گویند. باید توجه داشت که قطعات ثابت و دوار آب بند مکانیکی شامل این تعریف نمی شوند.

 

          ·        حداکثر فشار تخلیه پمپ می بایست معادل حداکثر فشار مکش به اضافه حداکثر اختلاف فشاری که پمپ می تواند با پروانه کاری خود تولید کند در سرعت کاری و چگالی مشخص شده، می باشد. در صورتی که مشخص گردد این فشار می بایست با لحاظ شدن موارد ذیل محاسبه گردد:

 

-         حدکثر چگالی

-         حداکثر قط پروانه و یا تعداد طبقاتی که پمپ می تواند داشته باشد.

-         Trip speed

مشتری می بایست وقوع موارد فوق را ارزیابی کرده و در صورت نیاز به سازنده اطلاع دهد.

با توجه به اینکه عملکرد در Trip speed عملکرد موقت و لحظه ای می باشد لذا می توان با توجه به فشار آزمون فشار (hyrotest) از آن صرف نظر کرد.

 

          ·        تنش کششی ماده استفاده شده برای پوسته تحت فشار نبایست از 0.25 حداقل مقاومت کششی نهایی و یا 0.67 حداقل نقطه تسلیم در محدوده دمای کاری، هر کدام که کمتر باشد، تجاوز کند. برای قطعات ریخته گری مقدار تنش کششی می بایست در ضرایب متناسب  جدول 4 ضرب گردند.

          ·        حداکثر فشار مجاز کاری (Max. Allowable Working Pressure, MAWP) می بایست معادل حداکثر فشار مکش به اضافه 10 درصد حداکثر اختلاف فشار تولیدی پمپ باشد ولی از مقادیر زیر نبایست کمتر باشد:

-         برای پمپ هایBB1و پمپ های عمودی (Vertically suspended) حداقل فشار برای MAWP معادل 20 barg

-         برای دیگر پمپ ها MAWP حداقل می بایست 4Mpa (40bar) در 38درجه سانتی گراد باشد.

          ·        فشار طراحی پوسته داخلی پمپ های دو پوسته می بایست معادل حداکثر اختلاف فشار تولیدی پمپ و یا 350kPa هر کدام که بیشتر بود باشد.

 

 

          ·        در صورتی که شرایط زیر برقرار باشد از پمپهای Radially Split استفاده می‌شود:

الف ) دمای ºC 200 و یا بالاتر در حالتی که امکان وقوع شوک حرارتی وجود دارد باید حد دمایی پایین‌تری در نظر گرفته شود.

ب) هنگامی که سیالی آتش‌زا و یا خطرناک با چگالی نسبی 0.7 و یا کمتر (در دمای پمپاژ) پمپ می‌شود.

ج) هنگامی که سیالی آتش‌زا و یا خطرناک در فشار کاری بالای Mpa 10 پمپ می‌شود

 

          ·        سطوح که با استفاده از اورینگ آب بندی می‌شوند شامل تمام شیارها، قطرهای داخلی باید حداکثرصافی سطح میانگین (Ra) آنها برابر mm 1.6 برای آب بندی استاتیکی و برای حالت دینامیکی mm 0.8 باشدو لبه‌ها باید پخش کاری و یا گرد شوند.

          ·        تا جایی که امکان دارد نباید از سوراخهای رزوه شده در قسمتهای نگهدارنده فشار استفاده شود.