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              API685標準中屏蔽泵技術條款淺析

              中國昆侖工程有限公司  于勝栓 王天博 楊 光


               
              [摘要]介紹了石油化工裝置中屏蔽泵的原理和主要標準,詳細探討了API685關于屏蔽泵的相關技術條款,并給出了選型建議。
              [關鍵詞]無密封泵;屏蔽泵;API685;選型
               
              隨著環境保護要求的不斷提高,無密封泵的應用日益廣泛。保護環境,實現可持續發展是人類一切生產活動的永恒主題。對于石油、化工裝置而言,在保證裝置安全可靠運行的前提下,應盡可能地降低環境污染。無密封離心泵,也稱無泄漏離心泵,可分為磁力驅動離心泵(以下簡稱磁力泵)和屏蔽泵,它們在結構上只有靜密封而無動密封,因此輸送液體時能保證無泄漏[1]。屏蔽泵作為無密封泵的一種,被廣泛應用于石油化工裝置中,尤其是易燃易爆介質、高毒極毒介質、帶有刺激性氣味介質、易滲透介質等工況下[2]。
               
              1、屏蔽泵的工作原理
              屏蔽泵的泵頭和電動機都被封閉在一個被泵送介質充滿的壓力容器內,此壓力容器只有靜密封。屏蔽泵的葉輪和電動機的轉子固定在同一根軸上,利用屏蔽套將電動機的轉子和定子隔開,轉子在被輸送的介質中運轉,其動力通過定子磁場傳遞給轉子,詳見圖3[3]。



              屏蔽泵 結構示意圖(部分)







               


               
              2、屏蔽泵的主要標準
              目前屏蔽泵采用的標準主要有以下幾個,詳見表1。工程中最常用的還是API685,但是API685相對來說較為嚴格,一般廠家只是參考執行。從技術條款來說,并不是制造商不能完全滿足,而是如果按完全滿足API685的要求來說,成本會大大增加[4]。

              注:2022/11/28查詢標準最新版如下:
              API 685-2022 石油、重化學和天然氣工業用無密封式離心泵
              SH/T 3148-2016 石油化工無密封離心泵工程技術規范
              ASME B73.3-2015 化工用無密封臥式端吸離心泵規范

              3、API685標準屏蔽泵技術條款解讀
              在實際工程中,常常出現用戶、工程公司和供貨商之間針對某些條款理解不一致的地方。針對這種情況,簡要梳理下最新API685標準的要求,對以后的實際選型工作會有很大的幫助。
              1)API685是重載荷無密封泵標準。
              按照API685標準的要求,
              重載荷和中輕載荷泵定義如表2[5][6]。

              2)API685第二版對屏蔽泵不再強制要求中心線支撐。
              API685第二版中6.2.9泵送液溫≥175℃的臥式磁力泵需中心線支撐,并不適用屏蔽泵。而在上一版API685中并沒有明確說明這條不適用于屏蔽泵,導致很多用戶和工程公司都要求屏蔽泵也必須采用中心線支撐。因屏蔽泵同軸一體結構,所以基本是不會擔心出現熱膨脹導致的對中問題。
              這一點在最新的API685標準中已經明確,即溫度超過175℃的磁力泵需要采用中心支撐,屏蔽泵并沒有該要求。
              3)API685第二版對屏蔽泵底座無強制要求。
              API685第二版中7.3底座的要求不適用于屏蔽泵,適用于磁力泵的底座要求見9.1.5.3。注:因為泵和電機對中沒有問題,對于屏蔽電泵來說剛性底座是不必要的。從最新標準的要求來說對屏蔽泵的剛性底座并沒有提出要求。但在實際選型設計時,這一點還是需要注意,在高溫工況管口載荷較大的情況還是需要核算底座和支架的整體強度和剛度是否足夠。
              4)API685第二版對軸承磨損和軸位移監測無強制要求。
              API685第二版中7.4.1.3如果規定,應該提供一個機械式、液壓式或者電子式軸承磨損監測器或軸位移傳感器。在外部顯示采用產品進行潤滑的軸承的徑向和/或軸向磨損。從標準的角度來說對軸承磨損和軸位移監測無強制要求,如果需要這個配置,需要用戶或者工程公司提出來,供貨商執行。
              5)API685第二版設計壓力至少4MPa@38℃。
              API685第二版中6.2.2MAWP應該至少是最大出口壓力+10%最大壓差,并且不能低于表壓4MPa@38℃,或者至少為ISO7005-1PN50。最大允許工作壓力是殼體設計參數,殼體最大允許工作壓力不應該縮減。只要是滿足API685標準的泵型,設計壓力至少為4MPa@38℃。
              6)API685第二版對管口大小的要求。
              API685第二版6.3.1所有開口和管口連接尺寸應遵循ISO6708。DN32,65,90,125,175,225不被接受(除非買方允許)。這點在實際項目中一般按項目統一規定執行。
              7)API685第二版不能螺紋連接和依靠螺紋密封。
              API685第二版6.3.3.1除非有其他規定,所有連接到一次承壓泵殼上的接口必須是承插焊、對接焊或整體法蘭,不允許螺紋連接,與買方對接界面為法蘭;
              API685第二版6.3.3.2如果指定,用于循環管路的從殼體或短接到管的特殊過渡螺紋可以使用一個如O型圈之類的具備二次密封功能的部件,接點不能僅依靠螺紋來密封介質。
              8)API685第二版泵體必須耐磨環葉輪耐磨環或完整耐磨表面。
              API685第二版6.6.1泵體應該提供可更換耐磨環,葉輪在需要的地方應該有完整的耐磨表面或可更換的耐磨環。
              9)API685第二版必須滿足二次承壓要求。
              API685第二版6.7.5二次控制/密封系統應該與泵體耐壓一致。除非其他規定,當指定了二次控制/密封系統時監測設備應該由賣方提供。
              10)API685第二版必須連通放凈
              API685第二版6.1.11除非有其他規定,所有內腔包括轉子內腔應是可以通過一個連接到泵組件上的接頭進行排液。如果當排液接口打開而液體仍殘留在內腔時,應提供一個附加的用于轉子腔清洗/沖洗的接口,賣方應在方案中提供接口尺寸及位置。
              11)API685第二版夾套必須實現機械方式清理。
              API685第二版6.1.21如果提供夾套,應該設有清理孔,清理孔應布置成使整個冷卻水通路能用機械方式進行清理、沖洗和放液。
              12)API685第二版應該金屬對金屬配合。
              API685第二版6.2.7泵體應該有金屬對金屬配合,使用可控制壓縮量的壓縮墊圈,例如O型環或螺旋纏繞的型式。如果被證明適用于裝置并且被買方接受時非纏繞墊可以提供.徑向剖分的壓力泵殼連接及螺栓應該被設計成適合配備纏繞墊。
              13)API685第二版軸承表面粗糙度要求
              API685第二版6.9.2滑動軸承及止推軸承表面粗糙度不應超過0.4μm。
               
              4、選型時應注意的事項及建議
              1)根據輸送介質的特性,確定是選型機械密封離心泵還是無密封泵;
              2)確定選用無密封泵后,綜合對比確定選用磁力泵還是屏蔽泵;
              3)確定選用屏蔽泵后,根據輸送介質的工況條件,確定屬于重載荷屏蔽泵還是中輕載荷屏蔽泵;
              4)屏蔽泵采用的是滑動軸承,嚴格禁止干運轉[7];
              5)屏蔽泵一般采用輸送的介質進行潤滑,如介質潤滑性不好應慎用;
              6)屏蔽泵一定要注意泵的最小連續穩定流量,流量過小,泵效率非常低且容易發熱,流體易于蒸發造成泵干轉,引起軸承的損壞[8]。
               
              5、展望
              隨著國家政策對環保要求越來越高,無密封泵尤其是屏蔽泵的使用也逐漸增多,尤其是一些特殊行業中的特殊介質工況下,但是其本身的效率較低、維護較復雜的特點還需要有一個很大的改進才能被更加廣泛的采用。在實際工程選用中,對于毒性較大、有極高爆炸性危險、有特殊性氣味的介質輸送中,無密封泵尤其是屏蔽泵是一個非常好的選擇。
               
              ◆參考文獻
              [1]陳長燕.屏蔽電泵國內基本情況與發展趨勢分析[J].防爆電機,2017,52(5):54-57.
              [2]冶紅,楊貴花,李玉琦.屏蔽泵與磁力泵安全性經濟性比較[J].石油和化工設備,2019,22(3):69-71.
              [3]陳偉.無密封離心泵選用時應注意的問題[J].化工設備與管道,2005,42(5):29-35.
              [4]全國化工設備設計技術中心站機泵技術委員會.工業泵選用手冊[M].北京:化學工業出版社,2010.
              [5]AmericanPetroleumInstitute.APIStandard685.SeallessCentrifugalPumpsforPetroleum,HeavyDutyChemieal,andGasIndustryServices.Washington:API,2000.
              [6]AmericanPetroleumInstitute.APIStandard685.SeallessCentrifugalPumpsforPetroleum,Petrochemical,andGasIndustryProcessService.Washington:API,2011.
              [7]李云鵬.石化用屏蔽泵使用探討[J].中國設備工程,2020,(4):177-179.
              [8]晉劍英.屏蔽泵在化工裝置中的應用[J].通用機械,2016,(5):72-74.

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