石油、ガス、石油および石油化学プラントにおける遠心ポンプの実践ガイドライン

Jul 31, 2023

ポンプの選択、構成、梱包、設置、試運転、および操作には、通常よりもはるかに注意が必要です。 ここでは、さまざまな石油、ガス、石油、石油化学サービスにおける遠心ポンプに関する実践的なガイドラインと役立つ推奨事項を示します。

業界全体で使用される最も一般的なポンプの種類は遠心ポンプです。 その理由は、柔軟性、信頼性、有利な揚程と流量の関係、リーズナブルな価格、およびよく開発された技術によるものです。 これらは通常電気モーターによって駆動されますが、特定の用途では蒸気タービン駆動の遠心ポンプが使用されています。 横型ポンプの方が望ましいと考えられますが、用途によっては、条件や特定の要件によっては縦型ポンプの選択が必要になる場合があります。

多くの施設では、設計、ポンプの選定、ポンプの設置、ポンプの配管、運転・保守に至るプロジェクトのあらゆる段階において、「様子を見てみよう」という方針がとられてきました。 この政策は適切でも生産的でもありません。 このようなポリシーは、石油、ガス、石油および石油化学プラントには適用されません。 ポンプのサイジング、ポンプの選択、ポンプの注文/購入、検査、設置、操作およびメンテナンスのすべての段階と手順は、正確な技術評価、専門家の知識/経験、および最近の成功した操作参考資料に基づいている必要があります。

主要な石油およびガスサービスの多くのポンプは、ポンプの停止によって生産が停止されることがないよう、1+1 (1 つの動作と 1 つのスタンバイ) 構成で設置されています。 ポンプの故障により工場や施設を停止することは、経済的損害やその他の懸念から、単純に選択肢ではありません。 ただし、信頼性と可用性の向上に関連する主要な領域にもさらに注意を払う必要があります。 この点では、シールとベアリングが重要な焦点となります。

動作温度はポンプとそのシステムにとって重要なパラメータです。 高温または低温で使用するポンプには細心の注意が必要です。 目安として、5 °F (-15 °C) 未満および 266 °F (130 °C) を超える動作温度では、ポンプには堅牢な設計および製造ガイドラインを使用する必要があります。 これは通常、American Petroleum Institute (API) 610 ポンプまたは同等品の使用を意味します。 高温または低温の動作温度に対しては、さまざまな機能や規定が用意されています。

たとえば、温度差の影響を軽減するには、ポンプ ケーシングを中心線でサポートする必要があります。 通常は、動作温度に適合する特殊な材料とシール システムを使用する必要があります。 上部排出、中心線でサポートされたポンプ構成は、極端な温度や、ポンプ ノズルに関連する (生成された) 配管負荷にさらされた場合でも安定性を提供します。

ポンプ速度は通常、サイジング/選択プロセスの初期段階で選択する必要があります。 実際の最高速度を選択することは、サイズが最小になり、通常はコストが低くなり、システム圧力の抑制が容易になるため、多くの場合望ましいことになります。 通常、速度が速くなると効率が向上します。 ただし、速度が高くなると、シールやベアリングなどのコンポーネントの寿命や全体的な信頼性が低下する可能性があります。 したがって、各ポンプの最適な速度を見つける最適化が必要です。 コード ガイドライン (API 610 など) および以前に成功したリファレンスもチェックする必要があります。

現在、メカニカル シールはほぼすべてのポンプに指定されています。 もちろん、マグネットドライブポンプなどシールを必要としないシールレスポンプもあります。 多くの場合、カートリッジ タイプのメカニカル シールが好まれます。 ほとんどすべてのシールは、ポンプで汲み上げた少量の液体または代替液体を利用してシール面をフラッシュします。

メカニカル シールの選択、組み立て、設置、試運転には特別な注意が必要です。 特に操作の最初の数時間は、シールに漏れがないか確認する必要があります。 シールからの少量の漏れは通常、短時間で無視できる程度に減少しますが、それが続く場合は問題が発生する可能性があります。 シールの取り付けに問題がある場合、動作の最初の数時間 (または初日) にシールが故障する可能性があります。 そうしないと、シールの取り付けが適切に行われたと判断される可能性があります。

メカニカル シールは、プロセス/主要ポンプの多くの予定外の停止の原因となっています。 ポンプのライフサイクル全体にわたるシールの交換とシールのメンテナンスにかかる総コストは、ポンプの運転とメンテナンスに関連する最も高価なコストの 1 つです。 概算として、ポンプのメカニカル シールの交換には約 3,000 ドルから 20,000 ドル (平均) がかかります。 ポンプによっては、1 ～ 3 年ごとにポンプ メカニカル シールの交換が必要になる場合があります。 ただし、シールの選択を間違えた場合や、継続的な操作上の問題がある場合は、数か月ごとにシールの故障が発生する可能性があります。 これは受け入れられず、費用対効果も高くないため、問題の根本原因を見つけて排除する必要があります。

工場での性能テストは、ほぼすべてのポンプにとって重要なテストです。 揚程対流量、正味正吸引揚程 (NPSH)、効率、出力などのポンプ曲線は、理論上の予測であるか、同様のポンプのデータに基づいています。 これらの曲線は、ポンプが現場に納品される前に、製造業者の工場で各ポンプについて検証されることが好ましい。 理想的には、ポンプ メーカーは、工場で各ポンプを十分な期間運転し、さまざまな動作点で必要なすべてのパラメータを測定して、性能とトラブルのない動作を検証する必要があります。

ポンプの性能試験には多くの手順があります。 ポイント数と定義は通常、各当事者間の交渉の対象となりますが、以下は大まかなガイドラインです。 理想的には、8 つ以上の動作点を考慮し、これらの点の揚程、容量、効率、電力を含む完全なテスト データを測定および記録する必要があります。 通常、これらのポイントは次のとおりです。

曲線の終わりに近いこの最後の点は、定格流量の 125% または 130% になる可能性があり、理論上の曲線がそれを超える場合はさらにそれ以上になる可能性があります。

通常、ポンプ メーカーにとって、NPSH 要求 (NPSHr) の確立は、他の性能パラメータよりもはるかに困難です。 したがって、利用可能な NPSH (NPSHa) が NPSHr に近すぎる (NPSH マージンが低い) 場合には、より注意が必要です。

クリティカルなポンプ、低い NPSH マージンなどについては、NPSHr テストを指定する必要があります。 もう 1 つの大まかな指標として、NPSH マージンが 1.5 メートル (場合によっては 2 メートル) 未満の場合、NPSHr テストが行​​われる可能性があります。

Amin Almasi は、オーストラリアの主任機械/機械コンサルタントです。 彼は、オーストラリアエンジニア (MIEAust CPEng–Mechanical) および IMechE (CEng MIMechE) の公認プロエンジニアです。 彼は機械工学の理学士号と理学修士号を取得しており、RPEQ (クイーンズランド州登録プロフェッショナルエンジニア) の資格を持っています。 彼は、ポンプ、回転装置、機械装置、状態監視および信頼性を扱う 200 を超える論文や記事を執筆しています。