離心泵測試標準的分析與比較

孫優(yōu)芳，孫景偉

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

離心泵作為石油、化工行業(yè)一種重要的轉(zhuǎn)動設(shè)備，其性能的好壞決定了裝置是否可以滿負荷生產(chǎn)，并影響裝置的運行成本。工廠測試是檢驗離心泵性能的主要手段。本文通過對離心泵常用測試標準的對比研究，歸納和總結(jié)了測試標準中涉及到的測試要求、適用范圍及標準間的差別，對于離心泵測試標準的理解和執(zhí)行具有很好的借鑒作用。目前,中國的工程公司正處于國際化進程中，對于不同測試標準的理解和使用，特別是掌握國內(nèi)外測試標準的差異對于國際化進程尤其重要。

1 常用的離心泵測試標準

常用的離心泵測試標準主要包括GB，ISO，ANSI 及ASME標準。

(1)GB/T 3216—2016回轉(zhuǎn)動力泵 水力性能驗收試驗 1級、2級和3級。此標準由中國國家標準化管理委員會發(fā)布,主要被國內(nèi)相關(guān)的泵標準及制造商引用。

(2)ISO9906-2012 Rotor dynamic Pumps- Hydraulic Performance Acceptance Tests-Grades 1,2 and 3 (回轉(zhuǎn)動力泵 水力性能驗收試驗等級1,2和3)。此標準由國際化標準組織發(fā)布，主要被ISO及API 相關(guān)的泵標準引用,國內(nèi)生產(chǎn)ISO和API的制造商也在使用。

(3)ANSI/HI 14.6-2016 American National Standard for Rotordynamic Pumps for Hydraulic Performance Acceptance Test(回轉(zhuǎn)動力泵 水力性能驗收試驗)。此標準由美國國家標準學會發(fā)布，主要是被API或者ANSI相關(guān)的泵標準引用。

(4)ASME PTC8.2-1990 Centrifugal Pumps Performance Test Code(離心泵性能測試標準)。此標準由美國機械工程師協(xié)會發(fā)布,它是ASME一系列測試標準的組成部分，相對比較獨立，在常用的離心泵標準規(guī)范中并沒有被引用。

標準GB/T3216和HI14.6規(guī)定的內(nèi)容范圍等同標準ISO9906，PTC8.2規(guī)定的內(nèi)容和前面三個標準的內(nèi)容區(qū)別較大。本文中所有省略年份的測試標準都是基于以上標準版本。

2 離心泵設(shè)計標準中對于測試項目和測試標準的規(guī)定

不同的離心泵設(shè)計標準，對測試項目和采用的測試標準都有相關(guān)規(guī)定。常用離心泵設(shè)計標準及這些標準對泵在測試驗收時采用的測試標準、測試項目及允差的規(guī)定見表1。

表1 離心泵設(shè)計標準及測試要求

由表1可以看出，不同離心泵標準對測試項目、測試要求及驗收準則都做出了不同的規(guī)定。在項目執(zhí)行的過程中，泵需要進行的測試項目和可以接受的允差的確定，首先應以買賣雙方合同規(guī)定為準；當合同沒有約定時，應以泵設(shè)計標準的要求為準；當泵設(shè)計標準中也沒有做規(guī)定時，則以測試標準的規(guī)定為準。由表1也可以看出ASME PTC8.2 并沒有被離心泵標準引用，只有當買方有規(guī)定的時候才被采用。

3 泵測試標準的比較

GB/T3216、HI14.6、ISO9906和PTC8.2這4個測試標準中主要規(guī)定了試驗臺的搭建、測試方法、數(shù)據(jù)處理和驗收準則等方面的內(nèi)容。

3.1 試驗臺的搭建

測試結(jié)果最終達到執(zhí)行標準要求的前提條件,就是測試臺的配置及測試程序滿足標準要求。目前,國內(nèi)制造廠的試驗臺有根據(jù)測試標準規(guī)定自己設(shè)計的，也有請研究所或設(shè)計院設(shè)計的，可以請國家工業(yè)泵質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心根據(jù)GB/T3216的測試等級對試驗臺進行鑒定。但是國家對于試驗臺的鑒定沒有做強制執(zhí)行，泵廠的試驗臺等級鑒定目前是出于一種自愿狀態(tài)。

3.1.1測試臺搭建的注意事項

首先是要盡量降低測量不確定度，將其控制在合理范圍內(nèi)；4個測試標準中對于流量、壓差、進出口壓力、輸入功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及介質(zhì)溫度等參數(shù)的隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度,根據(jù)測試等級都有明確的規(guī)定。

(1)隨機不確定度是由測量方法和系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定的，GB/T3216、ISO9906和 HI14.6這3個標準的隨機不確定度要求相同，和PTC8.2的規(guī)定不同。隨機不確定度可以在測量儀表中或者其連接管線中設(shè)置緩沖裝置降低波動值，緩沖裝置應是對稱和線性的。

(2)系統(tǒng)不確定度由測試臺所配置的儀表元件本身的不確定度、布置位置、安裝尺寸及數(shù)量確定。PTC8.2對于儀表元件的不確定度總體要求較高，GB/T3216、ISO9906和 HI14.6對于儀表的不確定度要求相同。同時,測試標準中對于壓力測點的取壓孔數(shù)量、取壓孔位置、取壓孔徑及深度也有具體規(guī)定。

(3)總測量不確定度是根據(jù)隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度進行綜合評定，PTC8.2對于總測量不確定度要求較高，GB/T3216、ISO9906和 HI14.6對于總測量不確定度要求相同。

關(guān)于降低系統(tǒng)不確地度和隨機不確定度的措施盡量在試驗臺搭建時實施，否則這些不確定度的累積將導致測試結(jié)果的總測量不確定度的失真，測試驗收評定也沒有基準可言。

3.1.2試驗臺維護的注意事項

試驗臺的維護主要是體現(xiàn)在儀表校正周期上。測試標準中對于所有測量儀表元件的校正周期都進行了規(guī)定，同一測試標準中不同測試等級的儀表校正周期是相同的。不同測試標準中，除彈簧壓力表和壓力變送器外，對其他儀表的調(diào)校周期，PTC8.2的要求均高于GB/T3216、ISO9906以及HI14.6的規(guī)定。詳細校正周期可以參閱各標準的相關(guān)章節(jié)。

對于測試臺的搭建和維護,建議按照最高等級要求進行，提高測試臺的適用范圍。

3.2 測試方法

測試方法的內(nèi)容主要涉及到數(shù)據(jù)測量方法、轉(zhuǎn)速選取、水壓試驗及NPSH的試驗。

3.2.1數(shù)據(jù)測量方法

每個標準中關(guān)于不同測試等級的測量數(shù)據(jù)方法是不同的。在試驗期間，測量方法應在測試大綱中體現(xiàn)出來，具體的差異見表2。

表2 測量數(shù)據(jù)方法

電功率的測量方法有電流測量和扭矩測量兩種。當采用電流測量法時,存在選用校準效率電機和非校準電機的區(qū)別，如果選用校準效率電機，可以準確測量到泵的效率;如果采用非校準電機(合同電機)，由于電機的效率沒有進行標定，可以準確測量到整機的效率。當采用扭矩方法測量電功率時，采用標準效率電機和非校準電機是沒有區(qū)別的，測量得到的都是泵的效率。

同時,通過測量方法可以降低隨機不確定度，對于壓力、流量及電功率等參數(shù)的測量,可以通過在同樣條件下增加同一量的測量次數(shù)來降低隨機不確定度。

3.2.2試驗轉(zhuǎn)速的選取

試驗轉(zhuǎn)速是性能測試的關(guān)鍵因素之一，采用試驗電機進行降速試驗時，應進行轉(zhuǎn)速換算；當采用合同電機額定轉(zhuǎn)速進行測試時，原則上不再考慮轉(zhuǎn)速修正。標準中對于試驗轉(zhuǎn)速的選取以及不同測試等級對應的轉(zhuǎn)速偏差要求見表3。

表3 轉(zhuǎn)速偏差要求

3.2.3水壓試驗的試驗壓力和時間規(guī)定

承壓部件的水壓試驗是必做測試項目之一，泵的設(shè)計標準中對水壓試驗的壓力和時間都作了規(guī)定，原則上,泵的水壓試驗應遵循其設(shè)計標準規(guī)定。測試標準PTC8.2、GB/T3216以及ISO9906對于試驗壓力并無明確規(guī)定；HI14.6對于試驗壓力和試驗時間都作了規(guī)定。

HI14.6規(guī)定水壓試驗壓力= 1.3×額定工作壓力，同時需要考慮溫度的修正,水壓試驗時間要求見表4。

表4 水壓試驗時間

如果表1中泵的設(shè)計標準沒有規(guī)定試驗時間時，可以遵照HI14.6中的相關(guān)規(guī)定。

3.2.4NPSH試驗方法及基準面的規(guī)定

NPSHr做為泵的特性參數(shù),在驗收測試時不能有較大偏差，否則會影響泵的穩(wěn)定運行。在工程應用中，通常當NPSHa-NPSHr≤1m，應進行NPSH試驗。PTC8.2對于NPSH試驗方法按照單級泵、多級泵以及測試等級有具體規(guī)定，GB/T3216、ISO9906、和HI14.6標準中沒有進行等級區(qū)分。NPSH測試規(guī)定及區(qū)別見表5。

GB/T3216、ISO9906、HI14.6 和PTC8.2四個測試標準中關(guān)于基準面均有規(guī)定，臥式泵和傾斜軸泵的NPSH基準面相同；但對于立式雙吸離式泵，NPSH基準面是不同的。GB/T3216、ISO9906和HI14.6規(guī)定的立式雙吸泵基準面是葉片吸入口上平面，PTC8.2 規(guī)定的立式雙吸泵基準面是出口中心線位置。當采用的測試方式和標準中規(guī)定的基準面不同時，需要換算到標準規(guī)定的基準面；在進行NPSHa和NPSHr比較時，也需要換算到相同的基準面進行比較。

3.3 試驗數(shù)據(jù)處理

4個測試標準對測量數(shù)據(jù)的處理方法相同,但當試驗轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速不同時，NPSH的修正方法略有不同(見表6)。

表6 NPSH的修正方法

3.4 驗收準則

GB/T3216、ISO9906和HI14.6規(guī)定了泵的驗收等級及容差；同時,GB/T3216和ISO9906還給出了適用于泵應用領(lǐng)域的推薦驗收等級；PTC8.2沒有對驗收等級做規(guī)定；可以根據(jù)合同的約定及泵的應用領(lǐng)域選用下表中合適的驗收等級。泵的驗收等級見表7。

測試標準中規(guī)定，對于不大于10kW的泵，表7中的規(guī)定過于嚴格。如制造廠和買方無另外商定， 流量允許±10%，揚程允許±8%，效率的容差按照下面推薦公式計算：

表7 泵試驗驗收等級和相應的容差系數(shù)值

其中,P2為工作范圍內(nèi)最大輸入功率。

4 結(jié)語

本文通過對離心泵測試標準規(guī)范的對比和分析，指出了測試標準中應該注意的要點和差異。在工程設(shè)計過程中，設(shè)備制造商、用戶和工程技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)備的適用范圍選擇合適的測試標準及驗收準則，特別是設(shè)備制造商更應重視對于測試標準的解讀和實踐。作為從業(yè)人員，熟悉和掌握這些標準，特別是不同標準的差異，能更好地解決設(shè)備測試或者驗收中遇到的問題，有利于國內(nèi)工程公司及國產(chǎn)設(shè)備國際化進程。