Sulzer Pumps

Innovative Produktentwicklungen bei Kreiselpumpenfür das Segment HPI ( Erdöl, Gas, Petrochemie )

Sulzer PumpsInnovative Produktentwicklungen bei Kreiselpumpenfür das Segment HPI ( Erdöl, Gas, Petrochemie )

• Mantelgehäusepumpen mit gegenläufiger Laufradanordnung

• Magnetgekuppelte mehrstufige API-Pumpen ( horizontal und vertikal )

• Magnetgekuppelte API-Pumpen mit Doppelspalttopf für besondere Anwendungen

• Einstufige API-Pumpen für kleine Fördermengen und große Förderhöhen

• Einstufige Mehrphasenpumpen und Hybrid Pumpen

Sulzer PumpsGSG – Design Overview

In Line, Bolted Cover

Twist Lock or Bolted Cover

50-220, 80-260, 80-310, 100-300, 100-350, 125-330, 150-360, 150-390

Low Pressure, 110bar40-180, 50-220, 80-260, 100-300, 125-330, 150-

360, 200-400

High Pressure, 250bar,100-300, 125-330, 150-

360, 200-400

Back to Back max. 400bar

High Temperatur 400°C, only Bolted Cover

Twist Lock

Bolted Cover

Sulzer Pumps

Wälz- oder Gleitlagervorhanden

Radialgeteilte, identischeStufengehäuse, Lauf und

Leiträder

Zwischenentnahmemöglich Sauglaufräder oder

doppelflutige Laufrädervorhanden

Radialgeteiltes,geschmiedetes odergegosenes Gehäuse,

gekammerte DichtungenInline- Rotor mit

EinzelradabstützungEntlastungskolbenund E- Buchse

GSG Inline – Hauptbauteile

AuswechselbareLabyrinthe

BefestigungGehäusedeckel mit"Super- nuts" beihohen Drücken

Sulzer Pumps

API 610 / ISO 13709 verlangt eine stabile Rotordynamik auch bei zweifachemSpaltspiel. Das ist bei der Inline Ausführung nur bis zu einer bestimmten Stufenzahlmöglich und begrenzt damit die Förderhöhe bei Pumpen mit Direktantrieb.

•Die Mittelbuchse wirkt als hydrostatisches Lager, der Lomakin – Effectbewirkt kontaktfreien Lauf im Betrieb

•Hohe Stufenzahlen auch bei niedrigen Viskositäten•Verringerung des Lagerabstandes•Durchbiegung der Welle reduziert, Welle liegt auf der

Mittelbuchse auf•Reduzierter Restaxialschub, kleinere Lagergrößen•Druckölschmierung nach API Kriterium•Keine Axialschubbeeinflussungdurch Verschleiß der Spaltringe

Vorteile der Back to Back Ausführung

L

L/2

L/2

Sulzer Pumps

FDrum ~ 85% Fa TotalFa Total = Fa 1st+Fa nst

� Durch die gleiche Anordnung aller Laufräder summieren sich die Axialkräfte.

Fa 1st

X X X X

Fa nst

� Unterschiedliche druckbeaufschlagte Flächen vor und hinter dem Laufrad erzeugeneine Axialkraft in Richtung Saugseite

Ps

FDrum

� Die gesamte Axialkraft wird durch den Entlastungskolben theoretisch ausgeglichen. Das Axiallager nimmt die Restaxialkraft auf.

Ps nst

Pd 1stPs 1st Pd nst

GSG – Axialschub bei Inline Bauweise

GSG Inline

Sulzer Pumps

AxialschubRestaxialschub

GSG – Axialschub bei Back to Back- Bauweise

Axialschub

Durch die gegenläufige Anordnung der Laufräder wird der Axialschubesfast vollkommen ausgeglichen. Bei Verschleiss der Spaltringe wird der

Restaxialschub nur geringfügig beeinflusst.

Sulzer PumpsGSG – Hochtemperaturausführung

Spezielle Ausführung für Betriebstemperaturen > 260°C

GraphitAbdichtungen

erweiterteSpaltspiele

Stufengehäuse mitMetallabdichtung

Elastische Befestigung derEntlastungsbuchse,

verhindert ein verringerndes Kolbenspieles

Mantelgehäuse mitBeheizung

dampfbeheizte neueAnordnung der GLRD

Sulzer PumpsGSG – Befestigungsmöglichkeiten der Gehäusedeckel

• Stiftschrauben und Muttern – wie bisher – hohe Drehmomente, unsichere Schraubenkraft, oder,

Deckel installiertDeckel eingeführt und

teilweise gedreht

Deckel in Position und fixiert

• Sulzer Patent, "Twist Lock" Twist- Lock- Druckdeckel, kleinereGehäusewandstärke – keine Schrauben und Muttern, schnellere Demontage.

• Supernuts – Anziehen von Hand mit Drehmomentschlüssel, oder,

Sulzer PumpsGSG back to back, Sleeve-Ball-Lagerung

Schrägkugellager, O-Anordnung, nur

axialbelastet,Ringölschmierung,

Radial-GleitlagerRingölschmierung

Lagerkühlung, drs. drehrichtungsabhängig

Haltering fürSchrägkugellager

Lagerträger axial-geteilt

Lagerkühlung, sgs. drehrichtungsabhängig

Konisches Wellenende mitSicherungsmutter

Lagerträger eingestelltund verstiftet

AuswechselbareLagerabdichtung, IMPRO

Sulzer PumpsGSG back to back, Pumpe-Saugseite

Anschluss Zirkulation zurDruckseite

Eintritt Entlastungsstrom zurersten Stufe

Anschluss Zirkulation zurSaugseite

O-Ring Abdichtung, Druck 2.Stufe

Sulzer PumpsGSG back to back, Centerbuchse

Druckseitige Stufenpaket mitDehnspalt

Federn zur Anpressung des druckseitigen Stufenpaketes

Centerbuchseelastisch fixiert

Saugseitiges Sufenpaket mitMontageschrauben gehalten

Laufräder mit leichtemSchrumpfsitz, 0,1mm

unterschiedlich

Entleerung Enddruckraum

Centerhülse

Sulzer Pumps

GSG back to back – 3-fach-Gleitringdichtung(Fördermedium Propylen)

Plan 23 Kühlung GLRDAnschluss Zirkulation von 2.Stufe NS, von 1.Stufe AS

Befestigung mitSchrumpfscheibe

Einstellhülse fürsichere Abstützung

gegen geteilten Ring

Spülbohrung mit Blende fürausreichenden Druck und

Zirkulation

Pumpring

Sulzer PumpsGLRD mit dampfbeheizten Räumen

Heizräume um die Gleitringdichtung

Sulzer Pumps

Protection devices

GSGM Pump Features

Barrel

Cover

PLB

Containment shell

Safety seal

PLB

Outer rotorInner rotorBalance

device

Hydraulic parts from Multistage Programme

Hollow shaft

PT100

Motor with Flange

Sulzer PumpsGSGM 50-220/10 Zirkulationsströme

Entlastungsstom durch die Welle zur 1. Stufe, Teilstrom durch das Lager NS

Zirkulation Magnetkupplung, von 1.Stufe über Magnetkupplung durch die Welle zum Eintritt vor erster Stufe, Teilstrom durch das Lager AS.

Sulzer PumpsGSGM Vorteile

• Pumpe ist nach API 610 ( ausser E-Scheibe)

• Pumpe ist hermetisch dicht

• Keine ölgeschmierte Lagerung notwendig

• Verringerung der Überwachung, (kein Vorlagesystem für GLRD)

• Kürzeres Aggregat

• Geringer Lagerabstand, sehr gute Rotordynamikwegen kurzer und dicker Welle, verringerteVibration und Geräuschemmission

• Weniger Instrumentierung

Sulzer Pumps

Balance Counter Disc

Pump Shaft

Balance Disc

Split Ring

PEEK Thrust Ring

Balance Devise for Axial Thrust Compensation

Sulzer PumpsSafety Seal for Pumps with Magnetic Coupling

Dry-running Gas Phase SealTyp CGSX/35

sealing ring

U-groovesindependent of rotational sense

stationary counter ring

sealing casing

multi springs

Advantages• No maintenace required

• Static pressure up to 75bar

• No edditional heating

• Independent of rotating

direction

Sulzer PumpsSealess HPI Pump, Type GSGM back to back

High EfficiencyMagnet Coupling

Axial / Radial Bearing

Hydro dynamicradial bearings

Sulzer Pumps

TTMCM Pumpen werden bevorzugt eingesetzt wennbrennbare, explosive, aggressive oder giftige Medien ohneLeckage gefördert werden müssen. Diese Medien habenmeist einen geringen Druck über dem Dampfdruck(NPSHA). Der notwendige Zulaufdruck wird durchtiefersetzen des Sauglaufrades erzeugt.

Einsatzgebiete

� Raffinerien� Chemische und Petrochemische Industrie� In Gasverflüssigungsanlagen� In der Kältetechnik

Ein großer Vorteil ist auch der geringe Platzbedarf

TTMCM – Anwendung in der Industrie

Sulzer Pumps

� Die Sulzer TTMCM-Pumpen sind vertikale, mehrstufige, radialgeteilte Pumpen mit Magnetkupplung

� Druckbelastete Teile sind nach API 610 ausgeführt� Magnetisches Axiallager� Axialschubausgleich durch Entlastungsscheibe

und - Gegenscheibe� Magnetkupplung mit hohem Wirkungsgrad� Retrofit von Pumpen mit Gleitringdichtung möglich

TTMCM Beschreibung

Sulzer Pumps

NML Magnetkupplung

PERMAVOR als magnetisches Axiallager

Sicherheits-gasdichtung

Selbstreinigender Magnetfilter für den Zirkulationsstrom

Anschluss für Lekage-und Druckwächter

TTMCM Konstruktions - Details

Produktgeschmierte Gleitlager, Siliciumcarbid / SUME-SOL ( SULZER Patent)

Sulzer PumpsTTMCM Konstruktions - Details

Axialschubausgleich,Entlastungsscheibe/ -Gegenscheibe

Laufräder,Leiträder und Stufengehäuse vom horizontalen, mehrstufigen Programm

interne Zirkulation durch die Welle

Druckleitung zum Axilschubausgleich

Spezielles Einlaufgehäuse für excellente NPSHR Werte

Produktgeschmierte Gleitlager, Siliciumcarbid / SUME-SOL ( SULZER Patent)

Sulzer PumpsTTMCM typische Anwendungen

• Medium: Flüssiggas � Propan, Butan, Ethane• Ethylene, Propylene• Kohlenwasserstoffe �Benzin, Benzol, Ethanol

• Temperatur:-56°C up to 120°C (150°C Auslegungstemperatur)

• Ausführung: Infloor � geringes NPSH A•• Overflow � genügend NPSH A

Sulzer Pumps

Train of TTMCM‘sin a Liquid Gas Plant

BASF Germany

TTMCM Referenz

Sulzer PumpsReference TTMCM OMV Burghausen

Pump size TTMCM 50-180/9

Medium HC + 5% Ethylbenzol

Capacity 66,5 m³/h

Head 332 m

Design pressure 40 bar

Operating temp. 25°C

Motor Power 90 kW

Sulzer PumpsHigh efficiency containment shell

Fixation flange

Disc springs preloading the segmental rings

Slotted outer shell

Segmental rings (isolated and sealed)

Deep drown Containment shell

Advantage:Segmental containment shell has only 20% of

the Eddy Currents, compared to the Deep drown containment shell

Drive Magnets

Containment Shell

Driven Magnets

Sulzer PumpsTTMCM - Balance device , disc / counter disc

Balance Disk

Balance Counter Disk

Pressure Chamber

Axial pre throttle gap

Radial throttle gap

Advantages•No residual axial trust

•independent of viscosity

•high efficience

•Axial pre throttle has the

effect as an product

lubricated bearing

Sulzer PumpsTTMCM - Product lubricated bearing

•Coating can be aplied directlyto rotors and stators, easelyreplacable

•maximum sliding wearresistance

•high load-bearing capacity

•solid lubricant dispersion to promote lubrication underextreme conditions

Bearing housing

Bearing sleevecoated with

SUME® SOL 220

SUME® SOL 220 layer

Basic sleeve material

Silicon Carbide bushing

Sulzer PumpsMagnetically axial Bearing

Rotor displacement [mm]

Axial Forces with 10 Magnetic Rings

RotorStator

Sulzer PumpsTTMCM - Standard Safety Instrumentation

Gas phase mechanical seal, dry running, designed for high pressure, allow increasepressure in the secondarycontainment.

Load Monitor installed in the motor cable, indicatedry running or cavitationby power dropping.

PT100-Temperature Monitoringof the circulation fluid, indicateplugged circulating path.

Liquide detector on discharge line, best way to see that the wholepump is filled withmedium.

Liquide detector on suction line, necessary for fluidgas loading pumps.

Pressure indicator, shut down the motor if 2bar indicated.

Liquide detector on secondary containment (onlyif the medium vaporepressure < atmosphare)

Sulzer PumpsTTMCM Self purifying Magnetic Strainer

Circulation fluid

6 Magnetic rings around on the stationary retainer

Rotating Plate

Function of the Strainer:

Magnetic particles in the circulation fluide will be collect by the stationarymagnets. If the clearance between the magnets and the plate is full of particles, therotating plate will thow avay the particles and open the circulation path.

Sulzer PumpsZEM 50- 450 mit Doppelspalttopf,

Anschluss, Drucküberwachung Spalttopf/Inliner

ZE - Bauteile

OHM - BauteileGehäusedeckel:

MonelStahl Magnetkupplung

NMB 685 22P–35-4R ND2 + Monell

Mitnehmer als Ventilator

Zwischenstück mit Kühlrippen

Zirkulationsanschlussmit Monelrohr

Sulzer Pumps

Inliner: 0,6mm dick Monell 400 oder K-500

Anschluss zur Drucküberwachung

Segmentspalttopf in vorhandener Konstruktion

Inliner mit Flansch verschweißt oder

verschraubt

Doppelspalttopf für Magnetkupplung

Sulzer PumpsDoppelspalttopf, Konstruktionsdetails

Ausbau des Inliners

Nut im Segmentspalttopf für DruckanzeigeMagnetkupplungsprüfstand

Sulzer PumpsÜberwachungssystem für Doppelspalttopf

Anschluss zur Warte

Verbindung zum Überwachungsraum

Testanschluss

Drucküberwachung

Secondary Containment

Inliner ( rot )

Sulzer PumpsDoppelspalttopf, Vorteile / Nachteile

Vorteile• Keine Abdichtung der Spalttopfsegmentringe zum Fördermedium

• Schnelles Ansprechen der Überwachung

• Geringerer Schaden beim Versagen der Lagerung undAnstreifen des Innenrotors

• Einfachere Reparatur des Spalttopfes ( evtl. nur Inliner)

• Verzicht auf Gasdichtung

• Secondary Containment ist nicht druckbelastet

• bei kritischen Medien ist nur der Inliner medienberührt

Nachteile:• Höhere Verlustleistung durch die zusätzliche Wand des Inliners

• Eventuell niedrigere, zulässige Drücke oder reduziertes Drehmoment

Sulzer Pumps

Prüffeldaufbau SWB

Sulzer PumpsPrüffeldaufbau SWB

Sulzer PumpsLow Flow Overhung Development

• The low flow range map begins at < 1m3/h and goes to about 50 m3/h

• Heads required are similar to those of larger flow overhung pumps. Customers always want more head, so we pushed the limit to see how far we could go in a single, overhung impeller

• While ISO 13709 prefers enclosed impellers, they are not practical at such low width to diameter ratios, so a semiopen impeller design was utilized

• Barske impeller designs have been used for many, many years. They have many vanes and make much head per stage, but are typically unstable (droop toward zero flow)

• Producing a pump with a stable curve, was the challenge.

Sulzer PumpsLow Flow Overhung Development

• The bearing frame utilized for the low flow pump is the same as for the larger flow rate overhung pumps (for both end suction and vertical inline versions). Only the shaft end under the impeller is different due to the different impeller design required.

• ISO 13709 specifies the seal chamber dimensions and ISO 21049 requires use of cartridge type mechanical seals. The low flow pumps utilize the same seal as used in the global overhung pumps.

• The hydraulic components are the difference.

Sulzer PumpsLow Flow Overhung Development

• Several impeller designs were tested with several different casings and diffusers.

• We wanted to achieve best available head coefficient, and best achievable efficiency

• All those "wants" had to occur while maintaining a stable head – capacity curve

• After much prototype testing, we found we were not able to achieve all the requirements in just a circular volute. We looked at bypassing the unstable portion of the curve through internal drillings, but the efficiency was not attractive in larger low flow sizes.

• In the beginning, we were unable to achieve stable H-Q curve even with our best impeller and diffuser configurations. It took months of CFD work and more testing before we finally were able to achieve reasonable results – with stable curves.

Impellers are investment cast.

Inducer optional on larger sizes

Sulzer PumpsIf we build it, we must test it…

• ISO 13709 requires performance testing of each pump. Customers often desire NPSH testing if their NPSHa is very close to the pump's NPSHr.

• The production test loops at some of our factories were not optimized for extremely low flow and very low NPSH testing

• A new test loop was installed that solved both problems. It allowed us to measure extremely low flow rates with assurance. It allowed us to pump down the test loop much more rapidly in order to do vacuum suppression NPSH testing at low values.

Sulzer PumpsLow Flow Overhung Development

• ISO 21049 requires that the minimum orifice size used in seal flush piping must be 3mm or larger.

• We used that logic to size our minimum diffuser throat - 3mm. That limited how low the Best Efficiency Point flow will be.

• The small diffuser throats cause rapid decrease in head beyond BEP. For that reason, we limited the low flow curves to about 105% of BEP.

• To achieve world class performance, some of the diffuser throats are not straight lines. With such small dimensions, machining techniques took some time to perfect.

• Due to the very low flows and relatively high head generated, the efficiencies are sometimes very low – some at 5% or less – which may be hard to believe, but that is world class for that Nq

Sulzer PumpsLow Flow Overhung Development

• From the previous example, with 5% efficiency, 95% of the power is going toward heat generation. Many HPI customers don't worry about pump temperature rise since they are adding heat to their process anyway.

• However, temperature rise and vapor pressure increase in light hydrocarbons, becomes important.

• Such low flow pumps are "partial emission" designs meaning that only a small portion of the fluid circulated by the impeller passes through the diffuser throat and out the discharge. There is much mixing of the fluid from the impeller discharge back into the impeller eye.

• On fluids with a rapid increase in vapor pressure for a few degrees temperature increase, consideration must be given to vapor pressure at discharge temperature, but at suction pressures.

Sulzer PumpsLow Flow Overhung Development

• Some of our low flow single stage sizes will make > 300 m head at 2950 rpm, > 400m at 3560 rpm. Power levels can exceed 300 kW

• Even with efficiencies approaching 50% on larger low flow sizes, temperature rise is still a concern in propane, butane, ethane and other light hydrocarbons with steep VP vs T curve. The same pump would run well on water or heavy hydrocarbons with flatter VP vs T curve.

Example: Small Propane Pump for 130m head, 6% eff:T. R. (oC) = 0.00981 x Head (m) x [(1/eff) – 1]

c (kJ/kg/K)= 0.00981 x 130 x [(1/0.06) – 1] = 8.7 oC

2.3

Sulzer PumpsLow Flow Development

• Temperature rise at startup against a closed valve is another concern due to the small liquid volume in the pump casing. Low flow, single stage, high speed pumps have same issue.

• It is evident that these pumps may be applied to a number of customer hydraulic requirements. However, they are not the "cure all" and we must understand the limitations to avoid misapplication

T.R. degrees/minute at shutoff = T.R.(oC) = kWso x 60

liters x CpA pump with 11 kW shutoff power, 7.4 liter liquid volume on hydrocarbon with 2.1 cp, will create a T.R. of 42 oC/minute

Sulzer PumpsAlternatives

• Multistage pumps are more efficient (and more expensive)

• They are available in horizontal and vertical configurations

• Horizontal multistage are limited on number of stages

• High speed pumps are more efficient, but have same issue with small casing and temperature rise at startup –pump could be full of vapor in less than a minute

• Positive Displacement pumps are more efficient but depending upon the type, may present sealing or pulsation issues

Sulzer PumpsSingle Stage Multiphase

• For frothy or vapor entrained fluids, we developed a single stage, helicoaxial pump

• The hydraulic components are from a stage piece utilized in our large multistage multiphase pumps.

• The bearing frame is from the overhung end suction products discussed on the previous slides

• Due to small market size, pumps are engineered to order

Sulzer PumpsGas Tolerant Hybrid Pump

For higher dP and vapor entrained fluids, the gas tolerant hybrid pump was developed

Several stages from our multiphase pump are on the suction end. Those are used to compress the vapor into a small volume or into liquid phase

Those are followed by conventional centrifugal, radial flow multistage pieces

Note the substantial shaft and bearing system

Due to limited market, pumps of this type are engineered to order

Sulzer PumpsQuestions / Discussion

• Questions

• Discussion

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