Филтриране на рафинерийни процеси съгласно стандартите API: Специфициране на метални филтърни елементи

Процесната филтрация в рафинериите е контролираното отстраняване на твърди частици, фини частици от катализатор, котлен камък и технологични отпадъци от въглеводородни и процесни потоци между рафиниращите инсталации, извършвано с метални филтърни елементи под налягане и цедки, специфицирани съгласно стандартите за машини на API и кодовете за тръбопроводи под налягане на ASME. Тази дисциплина е по-скоро количествено определена, отколкото приблизителна: филтърът за суспензионно масло на FCC обикновено отстранява фини частици от катализатор в диапазона 1–25 micron, центробежна помпа по API 610 се защитава при пускане в експлоатация от временна смукателна цедка от неръждаема стомана, системите за смазочно и уплътнително масло на компресорна линия по API 617 работят с дуплекс филтри с номинален капацитет 10 micron, а самите елементи са проектирани за работни температури от 200°C до 450°C, класове на налягане до ASME Class 2500 и фланцови връзки, обработени съгласно ASME B16.5. Тъй като всяка от тези цифри е обвързана с изискване на код, а не с твърдение на доставчик, процесната филтрация в рафинериите е първо дисциплина на спецификациите и едва след това решение за хардуера — водещият стандарт определя избора на елемента, а не обратното.

Защо процесната филтрация в рафинериите се базира на стандартите API

Рафинерията е съвкупност от ротационни машини, реактори и топлообменници, и всеки филтър съществува, за да защити някой от тях. Едно единствено непланирано спиране в голяма инсталация за суров петрол или хидрокрекинг може да струва седемцифрена сума на ден под формата на загубена производителност, а най-бързият начин да се предизвика такова е да се позволи на фини частици, котлен камък или заваръчни отпадъци да достигнат до уплътнение на помпа, лагер на компресор или активен слой катализатор. Американският петролен институт (API) пише стандартите за машини, които рафинериите, лицензодателите и EPC изпълнителите използват като договорна база, и когато даден стандарт се позовава на цедка или филтър, този компонент наследява класа на налягане, номиналния параметър на фланеца, материалите и изискванията за чистота на съответния пакет. При работа в рафинерии изразът „филтърът отговаря на API...“ е първият ред на всяка добра спецификация.

Стандарти API, които регулират цедките и филтрите при работа в рафинерии

Не съществува единствен „стандарт за филтри на API“; изискванията за филтри и цедки се съдържат в стандартите за машини и системи, като всеки от тях се отнася до различна част от завода:

• API 610 — Центробежни помпи. Най-често цитираният стандарт за процесна филтрация в рафинериите. Той обхваща временните смукателни цедки за пускане на помпи в експлоатация, дефинира материала на ситото и очакванията за свободна площ (open-area) и определя кога са оправдани постоянните цедки. Почти всеки помпен агрегат в съвременна рафинерия е специфициран съгласно API 610, което прави неговите клаузи за цедки най-често срещаното изискване за филтрация в завода.
• API 614 — Системи за смазване, уплътняване на валове и управляващо масло. Регулира маслените системи, обслужващи компресори и турбомашини, включително избора на филтри, дуплексната конфигурация, номиналните параметри на филтрите и изискванията за почистващи се елементи за смазочно масло.
• API 617 — Осови и центробежни компресори. Се позовава на филтрацията на смазочно и уплътнително масло за компресорни линии; филтрите обикновено са дуплексни и с номинален капацитет около 10 micron за защита на високоскоростни лагери.
• API 618 — Бутални компресори. Определя очакванията за филтриране на смазочно масло за бутални рами, където замърсеното масло съкращава живота на крейцкопфите и лагерите.
• API 676 — Обемни помпи — Ротационни. Изисква смукателни филтри, за да не повредят замърсяванията вътрешните компоненти с малки хлабини.
• API 682 — Помпи — Системи за уплътняване на валове. Определя планове за промиване на уплътненията, които насочват чиста промивна течност през цедки или филтри, например външния контур за чиста течност Plan 32.

Наред със стандартите за машинно оборудване на API, ASME B31.3 (Технологични тръбопроводи) регламентира тръбопроводите около филтъра и проектирането на корпуса на филтъра, докато ASME B16.5 определя размерите на фланците, номиналните стойности за налягане и температура, както и уплътнителните повърхности, използвани за свързване на корпуса към линията. Корпусите, изработени като съдове под налягане, могат да бъдат проектирани съгласно ASME Раздел VIII, Дивизия 1. Материалите съответстват на заводските класове ASTM/EN — неръждаема стомана 304L и 316L по подразбиране, с 904L, дуплексни и никелови сплави за работа при високи температури или в корозивна среда.

Типове метални филтърни елементи за рафинерии: синтеровани срещу тъкани срещу клиновидна тел

Елементът е мястото, където спецификацията се превръща в готов продукт. Три фамилии метални елементи покриват огромното мнозинство от процесите на филтриране в рафинериите, като всяка от тях съответства на различна комбинация от фини частици, температура и концепция за почистване.

Синтерованите елементи са стандартният избор, когато проблемът са фините частици, тъй като те предлагат абсолютна степен на задържане — твърда пореста структура, която запазва своите характеристики при обратна промивка и термични цикли. Тъканата мрежа остава основният работен елемент за цедки и груба защита, където икономичността и отворената площ превъзхождат абсолютната степен на филтрация. Клиновидната тел намира своето място там, където натоварването с твърди частици е достатъчно голямо, за да задръсти мрежата за часове; профилът с V-образни процепи позволява на частиците да преминават, вместо да се заклиняват в отвора. За по-подробно сравнение на двете най-често срещани фамилии, ръководството на KAIFIL за синтерован метален филтър срещу филтър от телена мрежа разглежда подробно компромисите.

Специфициране на смукателни филтри за помпи по API 610

Най-често срещаната спецификация за филтриране в рафинериите е и най-рутинната: смукателният филтър на центробежна помпа. API 610 изисква помпените агрегати да могат да стартират с монтиран временен филтър в смукателния тръбопровод, а начинът, по който е специфициран този филтър, определя дали пускането в експлоатация ще премине гладко или ще спре.

Три параметъра са от значение. Филтрираща мрежа — пусковите филтри обикновено са с размер 60 mesh (отвори около 250 микрона), като се използва 100 mesh (около 150 микрона) там, където се очакват фини твърди частици и NPSH маржът на помпата го позволява. Свободна площ — повечето проектни спецификации изискват чистата свободна площ на цедката да бъде два до три пъти по-голяма от площта на смукателния патрубок, така че филтърът да не ограничи притока към помпата при стартиране. Геометрия за демонтаж — конусните и кошовите филтри се предпочитат, тъй като предлагат по-голяма площ от плоско сито при същия размер на тръбопровода и могат да бъдат извадени и почистени без рязане на тръбопровода.

Материалът и конструкцията все още се специфицират: неръждаема мрежа 304L или 316L, рамка и изходящ фланец от същия клас по ASME B16.5 като смукателния тръбопровод, както и достъп за инспекция и почистване. Когато процесът протича с по-продължително замърсяване, временният филтър отстъпва място на постоянен кошников филтър или дуплексна система, така че единият кош да може да се почиства, докато другият остава в експлоатация. Произвежданата от KAIFIL линия от конични и кошникови филтри покрива конусните и кошничните геометрии, използвани при тази експлоатация.

Филтриране на фини катализаторни частици: Спечени елементи при 1–25 микрона

Най-критичната задача за филтриране в една модерна рафинерия е отстраняването на фини катализаторни частици. В инсталация за флуиден каталитичен крекинг (FCC) катализаторът циркулира между реактора и регенератора и непрекъснато се изтрива; фините частици в диапазона 1–25 микрона се отнасят с шламовото масло и трябва да бъдат отстранени, преди потокът да бъде продаден като мазут или насочен за по-нататъшна преработка. В инсталациите за хидропроцесинг същата логика се прилага по веригата нагоре: филтрите за суровина защитават катализаторните слоеве, тъй като слой, запълнен с твърди частици, губи активност и налага скъпа преждевременна подмяна.

Спечените метални елементи доминират при това приложение поради три причини. Първо, те поддържат абсолютна степен на филтрация в диапазона 1–25 микрона, така че оборудването по веригата надолу се проектира по точни стойности. Второ, те издържат на температурата — шламът от FCC напуска основната фракционираща колона при 300°C и повече, което е далеч над възможностите на полимерните и патронните филтърни среди, а спечената структура запазва своите характеристики при термично циклиране. Трето, те могат да се почистват на място: цикълът на обратно промиване отделя филтърния кек от твърдата среда и елементът се връща в експлоатация, което прави филтрирането на изключително фини частици икономически изгодно при дебитите в рафинериите. На KAIFIL петслойна синтерована мрежа е филтърната среда, която най-често се вгражда в тези елементи, а продуктовата линия за синтеровани метални филтърни елементи показва форматите на патроните, използвани при филтриране на суспензионно масло, суровина за хидроочистка и амини.

Температура, клас на налягане и фланци ASME B16.5

Процесното филтриране в рафинериите рядко е проблем при температура на околната среда. Елементите и корпусите рутинно се специфицират за работа при 200–450°C, където металната филтърна среда се отличава категорично от всичко останало. Сплавта следва потока: неръждаемата стомана 304L и 316L покрива повечето приложения до приблизително 450°C непрекъсната работа, преди пълзенето и сенсибилизацията да станат определящи фактори за дизайна; сплавите 904L, дуплекс и никел разширяват границите на приложение там, където се комбинират температура и корозия. Синтерованата филтърна среда запазва геометрията на порите си и своята здравина при висока температура, тъй като структурата е металургично свързана, а не механично изтъкана — предимство, с което никое полимерно уплътнение не може да се сравни при 400°C. Статията на KAIFIL относно материали за високотемпературни филтърни тръби от неръждаема стомана обяснява по-подробно ограниченията на сплавите.

Налягането се специфицира в класове ASME, като елементът трябва да бъде разчетен за диференциалното налягане, което процесът може да наложи, а не само за налягането в тръбопровода. Типичният корпус за рафинерии се изработва съгласно ASME Class 150 до Class 2500 в зависимост от инсталацията; контурите за хидрообработка работят в горната граница на този диапазон. Устойчивостта на смачкване на елемента — неговата устойчивост на сплескване под въздействието на диференциално налягане, когато филтърната утайка блокира потока — е важна позиция в спецификацията, като синтерованата филтърна среда се избира именно защото нейната твърда структура на порите понася високите диференциални налягания, създавани от замърсения елемент.

Всеки корпус се свързва с технологичните тръбопроводи чрез фланци ASME B16.5, така че размерът, класът и челната повърхнина на фланеца (с уплътнителен ръб RF или с улей за метален пръстен RTJ) са част от спецификацията на филтъра. Фланец Class 900 RTJ не е взаимозаменяем с фланец Class 600 RF, а изходът на елемента — независимо дали е тръбна решетка на патрона или фланец на кошницата — трябва да съответства на корпуса и тръбопровода. Въз основа на работните условия, класа на тръбопровода и детайлите на фланците, производителят може да изготви оферта за пълен комплект от корпус и елемент. За цялостни системи, страницата на KAIFIL за приложения в нефтената, газовата и нефтохимическата промишленост представя подробно внедряването в рафинерии и газопреработвателни инсталации.

Практичен списък за проверка на спецификациите за филтърни елементи за рафинерии

Когато изготвяте заявка за филтър или цедка за рафинерия, посочете следното в информационния лист, преди да се свържете с доставчик:

1. Работна среда и поток. Инсталация, линия и флуид — суров нефт, шламово масло, суровина за хидроочистка, амин или смазочно масло — със специфично тегло, вискозитет и описание на твърдите частици при работни условия.
2. Филтрационна задача. Микронен рейтинг и дали е номинален или абсолютен; разпределението по размер на фините частици; и допустимата ефективност на улавяне (бета съотношение), където фините частици са от значение.
3. Процесни условия. Работна и проектна температура и налягане, нормален и максимален дебит, и допустимо диференциално налягане в чисто и замърсено състояние.
4. Тип на елемента. Спечен метал, тъкана мрежа или профилна тел, с материал и конструкция на филтърната среда; дължина, диаметър и присъединяване на елемента, съответстващи на корпуса.
5. Изисквания към корпуса. ASME B16.5 размер, клас и тип на челото на фланеца; конструкция по ASME B31.3 или Section VIII; брой елементи; и метод на почистване — резервни елементи, обратно промиване или превключване на двоен филтър.
6. Стандарти и документация. Приложимият API стандарт (610, 614, 617 или 618), сертификати за материали и всякаква документация за NDE или изпитване под налягане, която проектът изисква.

Пълният информационен лист позволява на производителя да предложи елемент, който вече съответства на API спецификациите, вместо стандартен продукт, който трябва да се адаптира — разликата между филтър, който издържа пускането в експлоатация, и такъв, който се подменя при първия планов ремонт.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между цедка и филтър при филтрирането на процеси в рафинериите?

Цедката е устройство за груба защита, обикновено кошница или конус от тъкана телена мрежа, която улавя големи замърсявания — окалина, заваръчни пръски, тръбна шлака — които биха повредили ротационното оборудване; класическият пример е временната смукателна цедка по API 610 на центробежна помпа. Филтърът е сертифицирано сепариращо устройство, което отстранява фини твърди частици, като например фини катализаторни частици, до определена микронна спецификация. Разликата се определя от функцията: цедките защитават оборудването, филтрите защитават качеството на продукта и катализаторните слоеве, като и двете обикновено се инсталират в една и съща секция.

Кой API стандарт урежда смукателните цедки за помпи?

API 610, „Центробежни помпи за нефтената, нефтохимическата и газовия промишленост“, урежда смукателните цедки за помпи при рафинерийни условия. Той установява изискванията за временни пускови цедки за центробежни помпи, като обхваща материала на мрежата и очакваната свободна площ, които предпазват помпата от недостиг на флуид. Постоянните цедки, където се използват, обикновено се специфицират за същите фланци и класове на налягане.

Каква микронна степен е необходима за отстраняване на фини катализаторни частици в рафинерия?

Фините катализаторни частици в FCC суспензионното масло обикновено варират от около 1 до 25 микрона, така че филтрите за този процес се специфицират в този диапазон, с 1–5 микрона абсолютни филтриращи елементи, когато последващото приложение изисква качество, близко до полиращо филтриране. Елементите от синтерован метал са стандартният избор, тъй като запазват абсолютния си рейтинг при тези размери, издържат на температури на суспензията над 300°C и могат да бъдат обратно промивани и използвани повторно.

Могат ли елементите от синтерована неръждаема стомана да издържат на високи работни температури в рафинериите?

Да. Елементите от синтерована неръждаема стомана рутинно се специфицират за рафинерийни процеси при 200–450°C. Металургично свързаната пореста структура запазва своя рейтинг и механична якост при висока температура, поради което синтерованата филтърна среда — вместо полимерната или механично тъканата среда — се предпочита при горещи процеси като FCC суспензия и контури за хидроочистка. Над около 450°C непрекъсната работа сплавта се променя от 304L/316L към 904L, дуплекс или никелови сплави за справяне с пълзенето и корозията.

Могат ли филтриращите елементи от синтерован метал да се почистват и използват повторно?

Да. Филтриращите елементи от синтерован метал са проектирани за многократно почистване — обратно промиване, промиване с обратен поток или ултразвуково почистване — и се връщат в експлоатация със запазена пореста структура. Тъй като средата е твърда и металургично свързана, тя не се отпуска или измества, както може да се случи при тъканата среда, което прави синтерованите елементи икономически изгодни за процеси с високо съдържание на фини частици, които бързо биха изразходвали патрони за еднократна употреба.

Специфицирайте филтриращите елементи за вашата рафинерия с увереност — говорете с KAIFIL

Всяка спецификация за филтриране в рафинерийните процеси се свежда до един и същ въпрос: отговаря ли елементът на стандарта, преди да влезе в процеса? KAIFIL проектира и произвежда спечени метални филтриращи елементи, филтърни патрони от спечена телена мрежа, кошови филтри и сита от клиновидна тел от неръждаема стомана и високотемпературни сплави, изработени в съответствие с изискванията на API и ASME, разгледани в това ръководство. Ако специфицирате смукателен филтър по API 610, филтър за фини катализаторни частици от 1–25 микрона или високотемпературен елемент за контур за хидропроцесинг, изпратете на KAIFIL вашите работни условия и технически лист и ще получите препоръка, съобразена със стандарта, а не с наличните на склад готови решения. Свържете се с KAIFIL днес за сертифицирани и документирани филтриращи елементи за вашите технологични инсталации в рафинерията.