Bei der Rohöl-Vakuumrückstandspumpe treten wiederholt Ausfälle auf

Jan 21, 2024

In einer Raffinerie-Rohölverarbeitungsanlage ist seit 2014 eine Rohöl-Vakuumeinheit in Betrieb. Jede Verarbeitungslinie verfügt über zwei 460-Kilowatt-(kW)-Bodenvakuum-Rückstandspumpen. Die Pumpe ist einstufig mit einem Nenndurchfluss von 638 Kubikmetern pro Stunde (m3/h), einer Differenzförderhöhe von 205 m und einer Betriebstemperatur von etwa 360 °C.

Dieser Service ist angesichts der hohen Temperaturen und der Umgebung mit Rohölbehältern eine Herausforderung. Die betreffende Pumpe litt seit der Inbetriebnahme im Jahr 2014 unter Vibrationsproblemen und Reparaturausfällen. Der Feldbetrieb meldete kürzlich einen Pumpenausfall, der eine der in Betrieb befindlichen Pumpen aufgrund starker Vibrationen außer Betrieb setzte.

Eine umfassende Überprüfung und Fehlerbehebung ergab, dass Konstruktions- und Betriebsfehler die Zuverlässigkeit der Pumpe beeinträchtigten.

Die Trends beim Pumpenbetrieb wurden überprüft und mit der Kurve des Herstellers verglichen. Die Analyse des Pumpenbetriebs ergab, dass alle Pumpen der gleichen Bauart mit einem geringeren Durchfluss als dem Nenndurchfluss betrieben wurden, was fast 50 % des besten Effizienzpunkts (BEP) entspricht. Dieser Betrieb mit geringem Durchfluss verdeutlichte ein Problem der Überdimensionierung der Ausrüstung, das zur geringen Zuverlässigkeit der Pumpen beitrug. Darüber hinaus zeigten die allgemeinen Vibrationstrends einen allmählichen Anstieg der Gehäusevibrationen seit der Inbetriebnahme.

Die Pumpen wurden zerlegt, um die ausgefallenen Komponenten genauer zu untersuchen. Dabei wurden folgende Feststellungen getroffen:

Am Laufrad wurde Erosion auf der Saug- und Druckseite aufgrund der Rezirkulation mit geringem Durchfluss an Saug- und Druckseite festgestellt.

Es gab starke Korrosion am Laufrad.

Das Laufradmaterial wurde überprüft und es wurde festgestellt, dass es sich um austenitisches Kugelgraphitgusseisen der American Society for Testing and Materials (ASTM) A439 handelte.

Der Laufrad-Verschleißring am Antriebsende war mit dem Gehäuse-Verschleißring festgefressen.

Der Verschleißring des Laufrads auf der Nicht-Antriebsseite fehlte.

Das Pumpengehäuse aus A487 CA6NM war in gutem Zustand, es wurden keine Anzeichen von Korrosion oder Erosion festgestellt.

Der Betrieb der Pumpe bei geringem Durchfluss, entfernt vom BEP, verursachte Belastungen für die Pumpen und führte zu einer Saug- und Druckrezirkulation, wie sich in den Inspektionsergebnissen des Laufrads zeigte.

Darüber hinaus war das Konstruktionsmaterial der Pumpe aufgrund der am Laufrad festgestellten Korrosion fraglich. Das Laufrad besteht aus Gusseisenmaterial ASTM 439; Bei dem gepumpten Service handelt es sich um Rohöl in einer Vakuumanlage, das elementaren Schwefel enthält, der bei hohen Temperaturen Korrosion verursachen kann. Der Gesamtschwefelgehalt in einem Rohöl hängt vom Ölfeld ab und variiert zwischen 0,05 % und 14 %. Schwefelwerte von nur 0,2 % reichen aus, um Sulfidierungskorrosion in unlegierten Stählen und niedriglegierten Stählen zu verursachen.1

ASTM 439 enthält 1,75 % bis 2,75 % Chrom, gemäß den modifizierten McConomy-Kurven, unterhalb der erwarteten Korrosionsrate bei einer Betriebstemperatur von 360 °C, mehr als 0,1 Millimeter (mm)/Jahr, ohne Berücksichtigung anderer Faktoren wie Flüssigkeitsgeschwindigkeit und erosive Partikel Die Dienste. All dies hat eine korrosive Umgebung geschaffen und beschleunigt.

Der erste Vorschlag besteht darin, die Betriebsbedingungen der Pumpe so zu verbessern, dass sie näher an den Auslegungsparametern betrieben werden. Zweitens sollte das Laufradmaterial auf mindestens CA6NM der Güteklasse A487 mit einem höheren Chromanteil (11 % bis 14 %) aufgerüstet werden, was eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweist und Materialmängel beseitigt.

Luai A. Al-Fayez ist ein Pumpenspezialist mit 25 Jahren Erfahrung bei Saudi Aramco. Er verfügt über ein ISO 18736 CAT III-Zertifikat für Vibration.

Abdul-Mohsin Buluwi hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau von der King Fahad University of Petroleum and Minerals. Er ist Ingenieur für rotierende Anlagen und arbeitet in der Beratungsabteilung von Saudi Aramco. Weitere Informationen finden Sie unter www.aramco.com.