Филтрација у процесима рафинерије према API стандардима: Специфицирање металних филтер елемената

Рафинеријска процесна филтрација је контролисано уклањање честица, финих честица катализатора, љуспи и процесног отпада из угљоводоничних и процесних токова између рафинеријских јединица, које се изводи помоћу металних филтерских елемената и хватача нечистоћа пројектованих за рад под притиском, специфицираних према API стандардима за опрему и ASME кодовима за цевоводе под притиском. Ова дисциплина је квантификована, а не приближна: FCC филтер за суспензионо уље обично уклања фине честице катализатора у опсегу од 1–25 микрона, API 610 центрифугална пумпа се приликом пуштања у рад штити привременим усисним хватачем нечистоћа од нерђајућег челика, системи за подмазивање и заптивно уље API 617 компресорског агрегата користе дуплекс филтере са номиналном финоћом од 10 микрона, а сами елементи су пројектовани за процесне температуре од 200°C до 450°C, класе притиска до ASME Class 2500 и прирубничке спојеве обрађене према ASME B16.5. Будући да је свака од тих бројки утемељена на захтевима стандарда, а не на тврдњама произвођача, рафинеријска процесна филтрација је пре свега дисциплина спецификације, а тек потом одлука о хардверу — владајући стандард диктира избор елемента, а не обрнуто.

Зашто се рафинеријска процесна филтрација ослања на API стандарде

Рафинерија је скуп ротирајуће опреме, реактора и размењивача топлоте, а сваки филтер постоји да би заштитио неког од њих. Један непланирани застој у великом постројењу за прераду сирове нафте или хидрокрекинг може коштати и преко седмоцифреног износа дневно у изгубљеном капацитету, а најбржи начин да до тога дође јесте да фине честице, љуспе или остаци од заваривања доспеју до заптивке пумпе, лежаја компресора или активног слоја катализатора. Амерички институт за нафту (API) пише стандарде за опрему које рафинерије, даваоци лиценци и EPC извођачи користе као уговорну основу, а када се неки стандард позива на хватач нечистоћа или филтер, та компонента наслеђује класу притиска, класу прирубнице, материјале и захтеве за чистоћом целог агрегата. У рафинеријској примени, „филтер испуњава API...“ је почетна реченица сваке добре спецификације.

API стандарди који регулишу хватаче нечистоћа и филтере у рафинеријској примени

Не постоји јединствени „API стандард за филтере“; захтеви за филтере и хватаче нечистоћа налазе се унутар стандарда за опрему и системе, при чему се сваки односи на различити део постројења:

• API 610 — Центрифугалне пумпе. Најчешће коришћени стандард за рафинеријску процесну филтрацију. Он обухвата привремене усисне хватаче нечистоћа за покретање пумпи, дефинише материјал сита и очекивану слободну површину, те одређује када су оправдани трајни хватачи нечистоћа. Скоро сваки пумпни агрегат у савременој рафинерији специфициран је према API 610, што његове одредбе о хватачима нечистоћа чини најчешћим захтевом за филтрацијом у постројењу.
• API 614 — Системи за подмазивање, заптивање вратила и управљачко уље. Регулише системе за уље који опслужују компресоре и турбо-машине, укључујући избор филтера, дуплекс изведбу, финоћу филтрације и захтеве за елементима који се могу чистити за уље за подмазивање.
• API 617 — Аксијални и центрифугални компресори. Позива се на филтрацију уља за подмазивање и заптивног уља за компресорске агрегате; филтери су обично дуплекс и пројектовани за финоћу од око 10 микрона ради заштите брзоротирајућих лежајева.
• API 618 — Клипни компресори. Поставља очекивања за филтрацију мазивог уља код клипних рамова, где контаминирано уље скраћује животни век унакрсних глава и лежајева.
• API 676 — Запреминске пумпе — Ротационе. Захтева усисна сита како нечистоће не би оштетиле унутрашње делове са малим зазором.
• API 682 — Пумпе — Системи за заптивање вратила. Дефинише планове испирања заптивки који усмеравају чисто испирање кроз хватаче нечистоћа или филтере, на пример спољни круг са чистим флуидом Plan 32.

Поред API стандарда за машинску опрему, ASME B31.3 (процесни цевоводи) регулише цевовод око филтера и пројектовање кућишта филтера, док ASME B16.5 дефинише димензије прирубнице, номиналне вредности притиска и температуре, као и заптивне површине које се користе за повезивање кућишта у цевовод. Кућишта израђена као посуде под притиском могу бити пројектована према ASME Одељак VIII Дивизија 1. Материјали су усклађени са ASTM/EN класама постројења — нерђајући челик 304L и 316L као стандард, уз 904L, дуплекс и легуре никла за вруће или корозивне услове рада.

Типови металних филтерских елемената за рад у рафинерији: Синтеровани наспрам плетених наспрам оних од клинасте жице

Елемент је место где спецификација постаје хардвер. Три породице металних елемената покривају огромну већину послова филтрације у рафинеријским процесима, а свака одговара различитој комбинацији финих честица, температуре и филозофије чишћења.

Синтеровани елементи су подразумевани избор тамо где су фине честице проблем јер нуде апсолутно задржавање — круту структуру пора која задржава своју номиналну вредност кроз повратно прање и термичке циклусе. Плетена мрежа остаје главни ослонац за сита и грубу заштиту, где економичност и отворена површина превазилазе апсолутну номиналну вредност. Клинаста жица заузима своје место тамо где су оптерећења чврстим материјама довољно тешка да зачепе мрежу за неколико сати; профил са V-прорезом омогућава честицама да прођу уместо да се заглаве у отвору. За детаљније поређење две најчешће породице, KAIFIL водич за синтеровани метални филтер наспрам филтера од жичане мреже детаљно покрива компромисе.

Специфицирање усисних сита за пумпе према API 610

Најчешћа спецификација филтрације у рафинерији је уједно и најрутинскија: усисно сито на центрифугалној пумпи. API 610 захтева да склопови пумпи буду способни за покретање са привременим ситом уграђеним у усисни цевовод, а начин на који је то сито специфицирано одређује да ли ће пуштање у рад проћи глатко или ће доћи до застоја.

Три параметра су важна. Мрежа сита — стартни хватачи нечистоћа су обично 60 mesh (отвори од око 250 микрона), са 100 mesh (око 150 микрона) тамо где се очекују фине нечистоће и где маргина NPSH пумпе то дозвољава. Слободна површина — већина пројектних спецификација захтева да нето слободна површина хватача нечистоћа буде два до три пута већа од површине усисног прикључка, како сито не би оставило пумпу без протока при покретању. Геометрија за уклањање — конусни и корпасти хватачи нечистоћа имају предност јер нуде већу површину од равног сита у истој величини цевовода и могу се извући и очистити без сечења цеви.

Материјал и конструкција су и даље специфицирани: нерђајућа мрежа 304L или 316L, рам и излазна прирубница исте класе ASME B16.5 као и усисни вод, као и приступ за инспекцију и чишћење. Тамо где процес дуже траје са запрљаним медијумом, привремени хватач нечистоћа уступа место трајном корпастом хватачу нечистоћа или дуплекс систему, тако да се једна корпа може чистити док друга остаје у раду. KAIFIL-ова линија конусних и корпастих хватача нечистоћа покрива конусне и корпасте геометрије које се користе у овој примени.

Филтрација финих честица катализатора: Синтеровани елементи од 1–25 микрона

Највреднији задатак филтрације у модерној рафинерији је уклањање финих честица катализатора. У постројењу за флуидно каталитичко крековање (FCC), катализатор циркулише између реактора и регенератора и непрекидно се троши трењем; фине честице у опсегу од 1–25 микрона излазе заједно са муљним уљем и морају се уклонити пре него што се струја прода као лож уље или усмери на даљу прераду. У постројењима за хидропроцесирање, иста логика важи узводно: филтери на улазу штите слојеве катализатора, јер слој засићен честицама губи активност и приморава на скупу, превремену замену.

Синтеровани метални елементи доминирају у овом задатку из три разлога. Прво, они задржавају апсолутну оцену филтрације у опсегу од 1–25 микрона, тако да је низводна опрема пројектована за тачну вредност. Друго, они издржавају температуру — FCC муљ напушта главну фракциону колону на 300°C и више, што је далеко изнад могућности полимерних и кертриџ медијума, а синтерована структура задржава своју оцену филтрације кроз термичке циклусе. Треће, могу се чистити на лицу места: циклус повратног испирања подиже филтерски колач са крутог медијума и елемент се враћа у рад, што филтрацију веома финих честица чини економичном при рафинеријским брзинама протока. KAIFIL-ови петослојна синтерована мрежа је медијум који се најчешће уграђује у ове елементе, а линија филтерских елемената од синтерованог метала приказује формате кертриџа који се користе у сервисима за уљну кашу, напајање хидротретера и филтрацију амина.

Температура, класа притиска и ASME B16.5 прирубнице

Филтрација у рафинеријским процесима ретко је проблем који се јавља на амбијенталној температури. Елементи и кућишта се рутински специфицирају за рад на температурама од 200–450°C, што је управо област у којој се метални филтерски медијуми потпуно издвајају од свих осталих. Избор легуре прати карактеристике флуида: нерђајући челици 304L и 316L покривају већину примена до приближно 450°C непрекидног рада, пре него што пузање и сензитизација постану кључни фактори пројектовања; 904L, duplex и легуре никла проширују опсег примене тамо где се комбинују висока температура и корозија. Синтеровани медијум задржава своју геометрију пора и чврстоћу на повишеној температури јер је структура металуршки спојена, а не механички ткана — што је предност којој ниједна полимерна заптивка не може парирати на 400°C. Чланак компаније KAIFIL о материјалима за високотемпературне филтерске цеви од нерђајућег челика детаљније објашњава ограничења легура.

Притисак се дефинише у ASME класама, а елемент мора бити пројектован за диференцијални притисак који процес може изазвати, а не само за притисак у линији. Типично кућиште за рафинерије израђује се према ASME Class 150 до Class 2500 у зависности од постројења; петље за хидропроцесирање раде на самом врху тог опсега. Називни притисак колапса елемента — његова отпорност на спљоштавање под диференцијалним притиском када колач блокира проток — представља ставку у спецификацији, а синтеризовани медијум се бира управо зато што његова крута структура пора подноси високе диференцијалне притиске које ствара запрљани елемент.

Свако кућиште се повезује са процесним цевоводом преко ASME B16.5 прирубница, тако да су величина, класа и тип заптивне површине прирубнице (са испустом или са жлебом за заптивни прстен) део спецификације филтера. Прирубница Class 900 RTJ није заменљива са прирубницом Class 600 RF, а излаз елемента — било да је у питању цевна плоча филтерског улошка или прирубница корпе — мора одговарати кућишту и линији. На основу радних услова, класе линије и детаља о прирубницама, произвођач може понудити комплетан пакет кућишта и елемента. За комплетне јединице, KAIFIL-ова страница за примену у индустрији нафте, гаса и петрохемије води кроз примену у рафинеријама и постројењима за гас.

Практична контролна листа спецификација за рафинеријске филтерске елементе

Када пишете захтев за набавку рафинеријског филтера или хватача нечистоћа, унесите следеће податке у технички лист пре него што се обратите било ком добављачу:

1. Радни медијум и ток. Постројење, вод и флуид — сирова нафта, муљно уље, сировина за хидротретер, амин или уље за подмазивање — са специфичном густином, вискозношћу и описом чврстих честица при радним условима.
2. Задатак филтрације. Микронска оцена и да ли је номинална или апсолутна; расподела величине финих честица; и прихватљива ефикасност уклањања (бета однос) тамо где су фине честице важне.
3. Процесни услови. Радна и пројектна температура и притисак, нормалан и максималан проток, и дозвољени диференцијални притисак у чистом и запрљаном стању.
4. Тип елемента. Синтеровани метал, плетена мрежа или клинаста жица, са материјалом и конструкцијом медијума; дужина, пречник и прикључак елемента који одговарају кућишту.
5. Захтеви за кућиште. ASME B16.5 величина, класа и тип заптивне површине прирубнице; ASME B31.3 или Section VIII дизајн; број елемената; и концепт чишћења — резервни елементи, повратно испирање или дуплекс пребацивање.
6. Кодови и документација. Меродавни API стандард (610, 614, 617 или 618), сертификати о материјалу и било која NDE документација или документација о испитивању под притиском коју пројекат захтева.

Комплетан технички лист омогућава произвођачу да понуди елемент који је већ унутар API оквира, уместо генеричког производа који мора да се прилагођава — што чини разлику између филтера који преживи пуштање у рад и оног који се мења већ при првом ремонту.

Често постављана питања

Која је разлика између хватача нечистоћа и филтера у филтрацији рафинеријских процеса?

Хватач нечистоћа је уређај за грубу заштиту, обично у виду корпе или конуса од плетене жичане мреже који задржава крупне остатке — огарац, честице од заваривања, шљаку из цеви — који би могли да оштете ротирајућу опрему; класичан пример је API 610 привремени усисни хватач нечистоћа на центрифугалној пумпи. Филтер је декларисани уређај за сепарацију који уклања фине чврсте честице, као што су фине честице катализатора, до дефинисане микронске спецификације. Разлика је у намени: хватачи нечистоћа штите опрему, филтери штите квалитет производа и слојеве катализатора, а оба се обично уграђују у исту јединицу.

Који API стандард регулише усисне хватаче нечистоћа за пумпе?

API 610, Центрифугалне пумпе за нафтну, петрохемијску и индустрију природног гаса, регулише усисне хватаче нечистоћа за пумпе у рафинеријској примени. Он дефинише захтеве за привремене хватаче нечистоћа за пуштање у рад на центрифугалним пумпама, покривајући материјал сита и очекивану слободну површину како би се спречио рад пумпе без довољног дотока флуида. Трајни хватачи нечистоћа, тамо где се користе, обично се специфицирају према истим класама прирубница и притиска.

Која је микронска оцена потребна за уклањање финих честица катализатора у рафинерији?

Фине честице катализатора у FCC уљној суспензији обично се крећу од око 1 до 25 микрона, тако да се филтери за ову примену специфицирају у том опсегу, са апсолутним елементима од 1–5 микрона тамо где низводна примена захтева квалитет близак финој филтрацији. Синтеровани метални елементи су стандардни избор јер задржавају апсолутни степен филтрације на овим величинама, издржавају температуру суспензије изнад 300°C и могу се повратно испирати и поново користити.

Могу ли синтеровани елементи од нерђајућег челика да издрже високе радне температуре у рафинерији?

Да. Синтеровани елементи од нерђајућег челика се рутински специфицирају за рафинеријску примену на температурама од 200–450°C. Металуршки повезана структура пора задржава свој степен филтрације и механичку чврстоћу на повишеним температурама, због чега се синтеровани медијум — уместо полимерног или механички плетеног медијума — преферира у врућим процесима као што су FCC суспензија и петље за хидропроцесирање. Изнад приближно 450°C континуираног рада, легура прелази са 304L/316L на 904L, дуплекс или легуре никла како би се контролисали пузање и корозија.

Дали се синтеровани метални филтерски елементи могу чистити и поново користити?

Да. Синтеровани метални филтерски елементи су дизајнирани за вишекратно чишћење — повратно испирање, повратно прање или ултразвучно чишћење — и враћају се у рад са неоштећеном структуром пора. Пошто је медијум крут и металуршки повезан, он се не олабављује нити помера као што то може плетени медијум, што синтероване елементе чини економичним за примене са високим садржајем финих честица које би брзо потрошиле једнократне кертриџе.

Специфицирајте своје филтерске елементе за рафинерије са поверењем — разговарајте са KAIFIL

Свака спецификација филтрације у рафинеријским процесима своди се на исто питање: да ли елемент испуњава стандард пре него што уђе у процес? KAIFIL пројектује и производи синтероване металне филтерске елементе, филтерске патроне од синтероване жичане мреже, корпасте филтере и сита са клинастом жицом од нерђајућег челика и легура отпорних на високе температуре, израђене у складу са API и ASME захтевима који су обухваћени овим водичем. Ако специфицирате усисни филтер према API 610, филтер за фине честице катализатора од 1–25 микрона или високотемпературни елемент за петљу хидропроцесирања, пошаљите KAIFIL своје радне услове и технички лист и примите препоруку усклађену са стандардом, а не са залихама. Контактирајте KAIFIL данас за сертификоване, документоване филтерске елементе за ваше рафинеријске процесне јединице.