La modernización de la bomba de refinería aumenta la producción

Jul 15, 2023

Sección transversal del cilindro de la bomba y sus componentes internos, que muestra una reducción de 10/9 etapas (Fuente de la imagen: Sulzer)

Matt Kinney, especialista en reacondicionamiento hidráulico de Sulzer, examina un ejemplo en Texas donde un proyecto de reacondicionamiento permitió cumplir nuevos objetivos.

Los cambios en las regulaciones nacionales en los últimos años han visto aumentar significativamente la demanda de diesel ultrabajo en azufre (ULSD). En consecuencia, las refinerías han tenido que adaptar sus procesos y encontrar soluciones innovadoras para ofrecer una mayor capacidad. En Texas, la situación llevó a una refinería a comunicarse con el Centro de servicio de Odessa de Sulzer para buscar posibles soluciones.

El proyecto giraba en torno a dos bombas de carga diésel BB5 de 10 etapas, que necesitaban aumentar las tasas de entrega en más del 47 %. La BB5 del Instituto Americano del Petróleo (API) es una bomba de barril que encierra un haz interior multietapa dividido axialmente con una configuración de impulsor opuesto.

Dado que el límite de presión se divide radialmente, estas bombas suelen estar diseñadas para aplicaciones de alta temperatura y/o alta presión. Con la capacidad de manejar presiones y temperaturas de hasta 431 bar (6'250 psi) y 427 °C (800 °F) respectivamente, la API BB5 es una excelente selección de bomba para aplicaciones tales como inyección de agua, exportación de petróleo, alimentación de calderas, y servicio de carga.

Estableciendo nuevas metas Instaladas originalmente en 2006, las bombas tenían un punto nominal de 1'110 gpm (252 m3/h) a 4'014 pies (1'223 m). Sin embargo, con el cambio en la demanda de ULSD, los ingenieros de confiabilidad de la refinería estaban interesados ​​en aumentar la capacidad a 1628 gpm (370 m3/h) a 3450 pies (1052 m). El objetivo de Sulzer era encontrar la solución más económica y oportuna para satisfacer las necesidades del cliente.

En estas circunstancias, había tres opciones posibles. En primer lugar, compre una bomba nueva que cumpla con los nuevos requisitos de capacidad; como alternativa, modifique o vuelva a clasificar las bombas originales o opere ambas bombas existentes en paralelo al 100 % de la capacidad nominal (dependiendo de la curva del sistema del cliente).

Cada una de estas opciones tiene sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, la operación en paralelo sería claramente la menos costosa para lograr el aumento de caudal. Sin embargo, la falta de redundancia del sistema en caso de falla es riesgosa y, a menudo, puede ser muy costosa en términos de pérdida de producción.

Una nueva selección de bomba que se adapte a la aplicación podría ser ventajosa con respecto a la eficiencia, pero los largos plazos de entrega, el costo de redirigir las tuberías y las modificaciones de la placa base/cimiento pueden hacer que esta opción sea menos atractiva. Realmente no hubo inconveniente en volver a clasificar las bombas, aparte de que el rendimiento deseado no siempre se puede lograr en el tamaño de marco dado. Sin embargo, si es factible, la recalificación suele ser más rápida y económica.

Simplicidad de diseño De acuerdo con la criticidad de este servicio para el éxito general de la refinería, la posibilidad de recalificación fue de gran interés. Para ayudar al cliente, los ingenieros de Sulzer realizaron un estudio de viabilidad exhaustivo, tanto hidráulico como mecánico, para determinar si el objetivo era posible.

Una búsqueda basada en la velocidad específica (Ns) a través de la amplia base de datos hidráulica de Sulzer reveló un diseño existente y probado que satisfaría las necesidades del cliente, siempre que los impulsores pudieran encajar físicamente y las áreas de las boquillas de voluta de la carcasa interna pudieran aumentarse lo suficiente para permitir que el impulsor cumpla con el rendimiento diseñado. Una revisión de los dibujos de desarrollo de la voluta brindó la confianza de que se podían cumplir ambos elementos.

Sulzer eligió mantener el enfoque lo más simple posible para minimizar el tiempo total del proyecto. Esto se logró seleccionando un diseño hidráulico de impulsor estándar existente que era adecuado para el rendimiento deseado y había sido probado por al menos dos pruebas de fábrica. Además, la empresa se aseguró de que se pudieran hacer modificaciones en la caja para que se adaptaran al nuevo impulsor y confirmó que el área de la boquilla se podía aumentar lo suficiente para imitar el rendimiento de la bomba de referencia.

Idealmente, Sulzer habría realizado una prueba de fábrica después de completar este trabajo, pero desafortunadamente, el cronograma del proyecto no lo hizo posible, dado el plazo acordado. Por lo tanto, era importante que la mejora propuesta estuviera respaldada por experiencia y datos empíricos internos para brindar confianza en la precisión de los cambios de diseño propuestos. Era necesario que el ajuste previsto del impulsor se calculara correctamente en el primer intento.

solución optimizadaCon una gran variedad de diseños hidráulicos de impulsores disponibles, los ingenieros de Sulzer pudieron seleccionar un diseño existente que cumpliría con la nueva altura y capacidad requeridas para la aplicación.

Se realizó una reducción mecánica para lograr un aumento tanto en el área de la boquilla como en el diámetro del labio. Con base en datos empíricos, el aumento en el área de la boquilla permitiría que la selección del nuevo impulsor se desviara hasta el nuevo punto de diseño. El aumento en el diámetro del labio de la voluta permitió a los diseñadores lograr una holgura suficiente del labio. Esto, y el hecho de que la reducción fue 'en ángulo', ayudó con la reducción de las pulsaciones del paso de paletas y las amplitudes de vibración generales.

Las paletas de salida del impulsor se limaron para aumentar el área de salida entre paletas (OABV) y ayudar a aplanar la curva de rendimiento. Esto también impulsó el punto de mejor eficiencia (BEP) para lograr flujos más altos.

El proceso de diseño destacó el hecho de que el nuevo nivel de rendimiento no requería las 10 etapas. Se eliminó una etapa para que la moldura del impulsor pudiera tener un diámetro casi total. Esto benefició tanto la eficiencia como la ubicación BEP de la bomba. Con la reducción de etapa se analizó el efecto sobre la dirección y magnitud del empuje axial; los casquillos internos se redimensionaron para garantizar que la carga axial fuera aceptable para el cojinete de empuje.

Superando los desafíos Con una reclasificación importante como esta, puede ser bastante difícil colocar un impulsor nuevo, relativamente grande y de alta capacidad dentro de la voluta existente. Esto se debe a que las bombas de etapas múltiples, como esta, están diseñadas con el espacio de etapa más corto posible para limitar la longitud total de la bomba.

Afortunadamente, las bombas de este ejemplo estaban originalmente equipadas con un rotor de flujo relativamente bajo, en comparación con el tamaño de su estructura, lo que ofrecía más espacio para trabajar. Para acomodar el mayor ancho de salida del impulsor, las paredes laterales de la voluta requerían ensancharse o "revestirse" para garantizar un espacio libre adecuado en el espacio lateral, lo cual es extremadamente importante para las bombas centrífugas.

Además, se aumentó el diámetro del orificio de la línea de la carcasa interna para acomodar el mayor diámetro del ojo del impulsor. El diámetro interior se incrementó al valor máximo permitido, mientras se mantenía un espesor de pared suficiente entre este y las vías fluviales y se mantenía la integridad estructural del haz interior.

El mayor rendimiento de la bomba requería más potencia de la que podía entregar el motor original de 1'250 hp (932 kW), por lo que se necesitaba un nuevo motor para satisfacer esta demanda. Sin embargo, no se requirieron modificaciones en la placa base ya que el tamaño del bastidor para el motor de mayor capacidad nominal permaneció igual.

La cabeza de succión neta positiva requerida (NPSHr) había aumentado con el nuevo impulsor de succión seleccionado. Sin embargo, esto no fue un problema ya que la altura de succión neta positiva disponible (NPSHa) fue adecuada.

Entregando ventajas La decisión de cambiar la calificación de las bombas existentes, en lugar de comprar nuevas, fue muy ventajosa para el cliente en este caso. El proyecto de recalificación fue más económico, especialmente porque el barril exterior por sí solo es un componente de precio muy alto.

La nueva tarifa no requirió cambios en el espacio ocupado por la bomba existente, lo que ahorró un tiempo valioso para completar el proyecto. Si se hubiera especificado una bomba nueva, se habrían requerido modificaciones en la placa base y el cambio de ruta de las tuberías de succión y descarga.

Todas las modificaciones hidráulicas se limitaron al haz interior, lo que permitió que el barril exterior permaneciera entubado en la refinería. Esto tuvo un efecto significativamente positivo en el tiempo total de entrega del proyecto y la fecha de finalización mucho más corta resultó muy atractiva para el cliente.

resultado del proyecto Una vez completada, la bomba fue reinstalada y puesta en servicio. Debido a los altos niveles de confianza en el diseño y la ingeniería, las pruebas de rendimiento se realizaron en el sitio. La bomba superó los requisitos originales de caudal y altura, lo que superó las expectativas del cliente. Tanto los niveles de vibración como las temperaturas de los cojinetes estuvieron dentro de los límites aceptables.

Este proyecto fue un gran éxito y el cliente quedó satisfecho con el resultado general. El principal beneficio final fue que el período de recuperación del costo de este proyecto se logró en un tiempo muy corto de solo 35 días.

Fuente: Sulzer Ltd.