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

不同的離心泵設計標準，對測試項目和采用的測試標準都有相關規(guī)定。常用離心泵設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，應以泵設計標準的要求為準；當泵設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)定自己設計的，也有請研究所或設計院設計的，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中泵的設計標準沒有規(guī)定試驗時間時，可以遵照HI14.6中的相關規(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。在工程設計過程中，設備制造商、用戶和工程技術人員可以根據(jù)設備的適用范圍選擇合適的測試標準及驗收準則，特別是設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)設備國際化進程。