API685標(biāo)準(zhǔn)中屏蔽泵技術(shù)條款淺析
中國(guó)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(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)探討了API685關(guān)于屏蔽泵的相關(guān)技術(shù)條款，并給出了選型建議。
[關(guān)鍵詞]無密封泵；屏蔽泵；API685；選型
隨著環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，無密封泵的應(yīng)用日益廣泛。保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類一切生產(chǎn)活動(dòng)的永恒主題。對(duì)于石油、化工裝置而言，在保證裝置安全可靠運(yùn)行的前提下，應(yīng)盡可能地降低環(huán)境污染。無密封離心泵,也稱無泄漏離心泵,可分為磁力驅(qū)動(dòng)離心泵(以下簡(jiǎn)稱磁力泵)和屏蔽泵,它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上只有靜密封而無動(dòng)密封,因此輸送液體時(shí)能保證無泄漏[1]。屏蔽泵作為無密封泵的一種，被廣泛應(yīng)用于石油化工裝置中，尤其是易燃易爆介質(zhì)、高毒極毒介質(zhì)、帶有刺激性氣味介質(zhì)、易滲透介質(zhì)等工況下[2]。
1、屏蔽泵的工作原理
屏蔽泵的泵頭和電動(dòng)機(jī)都被封閉在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi),此壓力容器只有靜密封。屏蔽泵的葉輪和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在同一根軸上,利用屏蔽套將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子隔開,轉(zhuǎn)子在被輸送的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn),其動(dòng)力通過定子磁場(chǎng)傳遞給轉(zhuǎn)子,詳見圖3[3]。
屏蔽泵 結(jié)構(gòu)示意圖（部分）
2、屏蔽泵的主要標(biāo)準(zhǔn)
目前屏蔽泵采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾個(gè)，詳見表1。工程中最常用的還是API685,但是API685相對(duì)來說較為嚴(yán)格，一般廠家只是參考執(zhí)行。從技術(shù)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(huì)大大增加[4]。
注：2022/11/28查詢標(biāo)準(zhǔn)最新版如下：
API 685-2022 石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用無密封式離心泵
API 685-2022 石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)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(shù)規(guī)范
ASME B73.3-2015 化工用無密封臥式端吸離心泵規(guī)范
3、API685標(biāo)準(zhǔn)屏蔽泵技術(shù)條款解讀
在實(shí)際工程中，常常出現(xiàn)用戶、工程公司和供貨商之間針對(duì)某些條款理解不一致的地方。針對(duì)這種情況，簡(jiǎn)要梳理下最新API685標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)以后的實(shí)際選型工作會(huì)有很大的幫助。
1）API685是重載荷無密封泵標(biāo)準(zhǔn)。
按照API685標(biāo)準(zhǔn)的要求，重載荷和中輕載荷泵定義如表2[5][6]。
按照API685標(biāo)準(zhǔn)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(duì)屏蔽泵不再?gòu)?qiáng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，所以基本是不會(huì)擔(dān)心出現(xiàn)熱膨脹導(dǎo)致的對(duì)中問題。
這一點(diǎn)在最新的API685標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)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(duì)屏蔽泵底座無強(qiáng)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?yàn)楸煤碗姍C(jī)對(duì)中沒有問題，對(duì)于屏蔽電泵來說剛性底座是不必要的。從最新標(biāo)準(zhǔn)的要求來說對(duì)屏蔽泵的剛性底座并沒有提出要求。但在實(shí)際選型設(shè)計(jì)時(shí)，這一點(diǎn)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(qiáng)度和剛度是否足夠。
4）API685第二版對(duì)軸承磨損和軸位移監(jiān)測(cè)無強(qiáng)制要求。
API685第二版中7.4.1.3如果規(guī)定，應(yīng)該提供一個(gè)機(jī)械式、液壓式或者電子式軸承磨損監(jiān)測(cè)器或軸位移傳感器。在外部顯示采用產(chǎn)品進(jìn)行潤(rùn)滑的軸承的徑向和/或軸向磨損。從標(biāo)準(zhǔn)的角度來說對(duì)軸承磨損和軸位移監(jiān)測(cè)無強(qiáng)制要求，如果需要這個(gè)配置，需要用戶或者工程公司提出來，供貨商執(zhí)行。
5）API685第二版設(shè)計(jì)壓力至少4MPa@38℃。
API685第二版中6.2.2MAWP應(yīng)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(shè)計(jì)參數(shù)，殼體最大允許工作壓力不應(yīng)該縮減。只要是滿足API685標(biāo)準(zhǔn)的泵型，設(shè)計(jì)壓力至少為4MPa@38℃。
6）API685第二版對(duì)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(yīng)遵循ISO6708。DN32，65，90，125，175，225不被接受（除非買方允許）。這點(diǎn)在實(shí)際項(xiàng)目中一般按項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)定執(zhí)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(guī)定，所有連接到一次承壓泵殼上的接口必須是承插焊、對(duì)接焊或整體法蘭，不允許螺紋連接，與買方對(duì)接界面為法蘭；
API685第二版6.3.3.2如果指定，用于循環(huán)管路的從殼體或短接到管的特殊過渡螺紋可以使用一個(gè)如O型圈之類的具備二次密封功能的部件，接點(diǎn)不能僅依靠螺紋來密封介質(zhì)。
8）API685第二版泵體必須耐磨環(huán)葉輪耐磨環(huán)或完整耐磨表面。
API685第二版6.6.1泵體應(yīng)該提供可更換耐磨環(huán)，葉輪在需要的地方應(yīng)該有完整的耐磨表面或可更換的耐磨環(huán)。
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(tǒng)應(yīng)該與泵體耐壓一致。除非其他規(guī)定，當(dāng)指定了二次控制/密封系統(tǒng)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)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(guī)定，所有內(nèi)腔包括轉(zhuǎn)子內(nèi)腔應(yīng)是可以通過一個(gè)連接到泵組件上的接頭進(jìn)行排液。如果當(dāng)排液接口打開而液體仍殘留在內(nèi)腔時(shí)，應(yīng)提供一個(gè)附加的用于轉(zhuǎn)子腔清洗/沖洗的接口，賣方應(yīng)在方案中提供接口尺寸及位置。
11）API685第二版夾套必須實(shí)現(xiàn)機(jī)械方式清理。
API685第二版6.1.21如果提供夾套，應(yīng)該設(shè)有清理孔，清理孔應(yīng)布置成使整個(gè)冷卻水通路能用機(jī)械方式進(jìn)行清理、沖洗和放液。
12）API685第二版應(yīng)該金屬對(duì)金屬配合。
API685第二版6.2.7泵體應(yīng)該有金屬對(duì)金屬配合，使用可控制壓縮量的壓縮墊圈，例如O型環(huán)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(shí)非纏繞墊可以提供.徑向剖分的壓力泵殼連接及螺栓應(yīng)該被設(shè)計(jì)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(dòng)軸承及止推軸承表面粗糙度不應(yīng)超過0.4μm。
4、選型時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)及建議
1）根據(jù)輸送介質(zhì)的特性，確定是選型機(jī)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(duì)比確定選用磁力泵還是屏蔽泵；
3）確定選用屏蔽泵后，根據(jù)輸送介質(zhì)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(dòng)軸承，嚴(yán)格禁止干運(yùn)轉(zhuǎn)[7]；
5）屏蔽泵一般采用輸送的介質(zhì)進(jìn)行潤(rùn)滑，如介質(zhì)潤(rùn)滑性不好應(yīng)慎用；
6）屏蔽泵一定要注意泵的最小連續(xù)穩(wěn)定流量，流量過小，泵效率非常低且容易發(fā)熱，流體易于蒸發(fā)造成泵干轉(zhuǎn)，引起軸承的損壞[8]。
5、展望
隨著國(guó)家政策對(duì)環(huán)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(yè)中的特殊介質(zhì)工況下，但是其本身的效率較低、維護(hù)較復(fù)雜的特點(diǎn)還需要有一個(gè)很大的改進(jìn)才能被更加廣泛的采用。在實(shí)際工程選用中，對(duì)于毒性較大、有極高爆炸性危險(xiǎn)、有特殊性氣味的介質(zhì)輸送中，無密封泵尤其是屏蔽泵是一個(gè)非常好的選擇。
◆參考文獻(xiàn)
[1]陳長(zhǎng)燕.屏蔽電泵國(guó)內(nèi)基本情況與發(fā)展趨勢(shì)分析[J].防爆電機(jī)，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(jīng)濟(jì)性比較[J].石油和化工設(shè)備，2019，22（3）：69-71.
[3]陳偉.無密封離心泵選用時(shí)應(yīng)注意的問題[J].化工設(shè)備與管道，2005，42（5）：29-35.
[4]全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站機(jī)泵技術(shù)委員會(huì).工業(yè)泵選用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)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(guó)設(shè)備工程，2020，（4）：177-179.
[8]晉劍英.屏蔽泵在化工裝置中的應(yīng)用[J].通用機(jī)械，2016，（5）：72-74.
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