Guia da bomba dividida axialmente: limites do revestimento, materiais e regras de seleção

Um planejador de manutenção em um complexo petroquímico de 600 mil t/ano pode retirar o rotor de uma bomba dividida axialmente e colocar a máquina de volta em serviço em um turno de oito horas. O mesmo trabalho em uma carcaça bipartida radialmente de serviço idêntico leva de dois a três dias, porque os flanges de sucção e descarga, o acoplamento e às vezes a placa de base precisam ser quebrados antes que o conjunto do rotor possa se mover. Essa diferença de três para um no tempo de resposta decide mais seleções de bombas do que as curvas de eficiência jamais o fazem.

A questão ressurge a cada reforma, atualização de capacidade e substituição de produtos corrosivos. Quatro fatos de engenharia resolvem a questão: como o invólucro é dividido, quanta pressão a junta aparafusada pode suportar, o que o meio faz com o metal e como a máquina será mantida durante os próximos vinte anos.

O que é uma bomba dividida axialmente e onde ela fica na API 610

Uma bomba dividida axialmente é uma bomba centrífuga cuja carcaça é dividida no plano horizontal através da linha central do eixo, de modo que a metade superior possa ser elevada para fora do rotor sem perturbar a tubulação de sucção, a tubulação de descarga, o acionador ou a fundação.

API 610, o padrão que rege bombas de refinaria e petroquímicas, reconhece duas famílias divididas axialmente em sua linha de rolamentos entre rolamentos.

• BB1: um ou dois estágios, normalmente com impulsor de sucção dupla, cobrindo tarefas de alta vazão e altura manométrica moderada, como transferência de petróleo bruto, água de resfriamento e serviço de reforço.
• BB3: um invólucro multiestágio dividido horizontalmente com impulsores opostos, carregando cabeçote que um único estágio não consegue, mantendo o acesso à metade superior.

O termo é regularmente confundido com uma bomba de fluxo axial, que move o líquido ao longo do eixo do eixo com um impulsor em forma de hélice. O fluxo axial descreve o caminho hidráulico; dividida axialmente descreve a junta do revestimento. A mistura dos dois em uma solicitação de cotação produz uma cotação errada e, ocasionalmente, a máquina errada no local.

A mesma lógica de junta horizontal torna uma unidade de estágio único de sucção dupla prática para grandes circulação de água e tarefas de transferência de petróleo bruto.

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Acesso à manutenção: Por que as bombas divididas axialmente ganham no tempo de resposta

Em condições idênticas, um revestimento dividido axialmente reduz o tempo de acesso ao elemento rotativo em 60 a 75 por cento em comparação com um revestimento dividido radialmente com o mesmo fluxo e altura manométrica.

Três detalhes mecânicos produzem essa lacuna.

• A junta horizontal é um único flange aparafusado. Levantar a metade superior não requer quebra de tubo, alinhamento a laser e nenhum trabalho de rejunte.
• Um acoplamento espaçador permite que o conjunto do rotor seja retirado axialmente quando a metade superior for removida.
• Os impulsores opostos em um BB3 cancelam a maior parte do empuxo axial hidraulicamente, portanto não há tambor de equilíbrio, nenhuma linha de equilíbrio e menos uma peça de desgaste para reconstruir.

A articulação também pune o trabalho descuidado. Uma junta espiralada com enchimento de grafite flexível, uma sequência controlada de aperto de parafusos em padrão cruzado e um novo torque após o primeiro ciclo de aquecimento separam uma carcaça que permanece seca por anos daquela que chora a cada excursão térmica.

As fábricas que operam um BB1 ou BB3 como máquina sobressalente geralmente mantêm um conjunto de rotor balanceado na prateleira. A troca de um cartucho pré-balanceado é um trabalho de turno único, e o rotor removido vai para a oficina enquanto a bomba continua funcionando.

Limites de pressão e temperatura: onde a junta horizontal para de funcionar

Um invólucro dividido axialmente é a resposta certa até cerca de 40 bar para um BB1 de estágio único e cerca de 100 a 150 bar para um BB3 de vários estágios. Acima disso, o limite horizontal aparafusado torna-se a parte menos confiável da máquina e uma carcaça dividida radialmente ou em barril vence.

A razão é geométrica. A junta horizontal é um caminho de vazamento contínuo que percorre todo o comprimento da carcaça em ambos os lados do eixo, aproximadamente o dobro do comprimento de uma junta radial, e cada 10 bar adicional de pressão de descarga multiplica a carga do parafuso necessária para manter a junta comprimida.

Uma junta horizontal não é um projeto fraco. É um projeto com teto de pressão, e esse teto é definido pela carga do parafuso, deformação da junta e ciclagem térmica, e não pelo impulsor.

A temperatura se comporta da mesma maneira. A expansão diferencial entre as metades superior e inferior abre ligeiramente a junta a cada aquecimento, portanto acima de aproximadamente 200°C a junta deve ser escolhida para recuperação elástica em vez de apenas compressão. Esse é o ponto em que engenheiros experientes passam para um invólucro dividido radialmente.

Os materiais decidem se o revestimento sobrevive ao meio

A seleção do material, e não o projeto dividido, decide se a bomba sobreviverá cinco anos ou cinco meses no mesmo ponto de funcionamento.

As carcaças para bombas de processo divididas axialmente são normalmente fornecidas em uma dessas famílias.

• Aço carbono A216 WCB para água, salmoura e hidrocarbonetos benignos.
• Inox austenítico 304 e 316L para ácidos diluídos e serviços químicos em geral.
• Duplex 2205 e super duplex 2507 onde os cloretos excluem o 316L através da corrosão sob tensão.
• CD4MCu e classes duplex fundidas similares para pastas abrasivas e corrosivas.
• Ligas de níquel como Hastelloy, além de titânio, para cloretos fortes e ácidos oxidantes.
• 2520 resistente ao calor para fluxos de processo de alta temperatura.

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Uma advertência se aplica. Se o meio for fortemente ácido e o fluxo for modesto, uma bomba de acionamento magnético revestida com fluoroplástico ou sem vedação é muitas vezes mais barata e mais segura do que um invólucro de metal, porque o limite molhado é de polímero e não de liga. Combine o estilo da carcaça com a função, nunca o contrário.

Divisão axial ou divisão radial: uma comparação prática

Acima de 150 bar, em carga de refinaria e serviço de hidroprocessamento, uma máquina de divisão radial ou barril é a única escolha sensata. Em um circuito de água de resfriamento de 3.000 m3/h ou em uma linha de transferência de petróleo bruto, o invólucro dividido axialmente ganha no custo do ciclo de vida porque a economia de manutenção se repete toda vez que a máquina é aberta.

Onde um serviço fica no meio, uma bomba de processo horizontal back-pull-out oferece um compromisso: o rotor sai pela parte traseira sem quebrar a tubulação de sucção, embora não tão rápido quanto levantar a metade superior.

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Como especificar corretamente uma bomba dividida axialmente

Seis entradas decidem se uma bomba dividida axialmente funciona por vinte anos ou se torna uma responsabilidade de manutenção.

1. Fixe o envelope operacional completo, não o ponto nominal. Fluxos 20% acima e abaixo do projeto alteram a velocidade específica, o ajuste do impulsor e o equilíbrio do empuxo axial.
2. Confirme a margem NPSH no pior cenário operacional. Uma margem de meio metro no papel desaparece após a primeira falha no filtro de sucção.
3. Escolha a contagem de estágios em relação à velocidade do eixo. Oito estágios a 3.600 rpm não são a mesma máquina que quatro estágios a 1.800 rpm, mesmo com cabeçote idêntico.
4. Combine a metalurgia com o meio em cada peça molhada: carcaça, impulsor, anéis de desgaste, eixo e câmara de vedação.
5. Especifique o selo mecânico e seu plano de tubulação API 682 com a bomba, e não depois dela. A falha na vedação, e não a falha hidráulica, causa a maioria das interrupções nas bombas de processo.
6. Combine a lista de peças sobressalentes e o intervalo de inspeção antes de fazer o pedido. Um rotor sobressalente e um selo de cartucho sobressalente decidem quanto tempo dura uma interrupção não planejada.

Grande parte deste procedimento é transferido para a família mais ampla de bombas de processo e o guia sobre como selecionar uma bomba de processo petroquímico adiciona as verificações que se aplicam quando uma máquina fica dentro de uma unidade de refinaria licenciada.

Perguntas frequentes sobre bombas divididas axialmente

Qual é a diferença entre uma bomba dividida axialmente e uma bomba dividida radialmente?

A junta da carcaça é toda a diferença. Uma carcaça dividida axialmente é aparafusada na linha central horizontal, de forma que a metade superior se levante e o rotor fique exposto sem tocar na tubulação. Uma carcaça dividida radialmente é aparafusada em torno da linha central vertical, de modo que o rotor saia ao longo do eixo do eixo, o que em máquinas maiores significa quebrar o acoplamento e as conexões do tubo.

Qual é a pressão máxima que uma bomba dividida axialmente pode suportar?

Um BB1 de estágio único é normalmente limitado a cerca de 40 bar de pressão de descarga. Os projetos BB3 de vários estágios chegam a 100 ou 150 bar, dependendo da contagem de estágios, tamanho do parafuso e detalhes da junta. Acima de 150 bar, os invólucros do barril assumem o controle porque o limite de pressão se torna um único forjamento cilíndrico em vez de duas metades aparafusadas.

Por que as bombas multiestágio divididas axialmente usam impulsores opostos?

Os impulsores opostos cancelam a maior parte do empuxo axial hidráulico dentro da carcaça, de modo que o rolamento axial carrega apenas carga residual e nenhum tambor ou linha de equilíbrio é necessário. A remoção dessas peças elimina dois pontos de falha comuns e encurta o rotor, o que torna mais fácil levantá-lo pela metade superior da abertura.

Uma bomba dividida axialmente pode lidar com produtos químicos agressivos?

Sim, desde que a metalurgia corresponda ao meio. Duplex 2205, super duplex 2507, CD4MCu, Hastelloy e titânio ampliam o design para serviços contendo cloreto, ácidos e abrasivos. Para meios fortemente agressivos com fluxo baixo, uma bomba de acionamento magnético revestida com fluoroplástico ou sem vedação geralmente é a escolha de menor risco.

Tem um ponto de serviço que precisa ser verificado? Envie vazão, altura manométrica, temperatura, gravidade específica e meio para a equipe de engenharia através do página de contato e solicite uma contagem de estágios e uma combinação de materiais antes que a folha de dados seja congelada.