API 610第12版重要變化解讀

陳 超，徐 輝

(1. 中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101； 2. 山東裕龍石化有限公司，山東 煙臺 256716)

API 610《石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵》規(guī)范(以下簡稱API 610)是全球石油化工離心泵領(lǐng)域最重要、使用最廣泛的規(guī)范?，F(xiàn)常用版本為2010年出版的第11版【1】，經(jīng)過10年的應用、反饋和改進，API 610第12版【2】2021年正式出版。表1所示為API 610第11版和第12版的簡單對比。

表1 API 610第11版和第12版的簡單對比

API編委會經(jīng)過10年的總結(jié)，在API 610第12版中提出了很多新的理念，并對第11版進行了部分修改和補充。本文著重對比第12版和第11版的重要變化，并結(jié)合工程實際進行分析解讀。

1 API 610第12版重要變化解讀

下述描述中，如使用要求、規(guī)定兩個術(shù)語，則說明該條款在API 610第12版中為強制性要求，而使用推薦、建議兩個術(shù)語，則說明該條款在API 610第12版中為非強制性要求或需要買方額外規(guī)定。

1) API 610第12版不會與ISO 13709共同升版，因此API 610第12版中引用的標準以API標準為主，而不再引用ISO標準。

2) API 610第12版對BB1的水平中開泵型進行了更加細致的分類，分成了BB1-A(地腳安裝型)和BB1-B(近中心安裝型)兩種泵型，如圖1(a)～圖1(b)所示。實際工程中，對于重載的BB1泵，一般要求使用如圖1(b)所示的近中心安裝型。

圖1 兩種安裝形式的BB1泵

3) API 610第12版首次提出了優(yōu)先級(Hierarchy of Requirements)的概念，其中規(guī)定：如果API 610第12版中的相關(guān)規(guī)定與詢價文件有沖突時，應該以詢價文件為準；當?shù)搅瞬少忞A段，應該以采購訂單(PO-purchase order)為準；當本標準中關(guān)于某個特殊泵型的要求與本標準中的第9章節(jié)部分有沖突時，應以本標準中的第9章節(jié)的部分為準；買方的詢價文件中應該指定文件的優(yōu)先級。此新增條款雖然沒有在第11版中提及，但是實際工程項目中均已按照此要求執(zhí)行。

4) API 610第11版中規(guī)定，泵的使用壽命不少于20年，連續(xù)運轉(zhuǎn)不少于3年。而第12版中刪除了此條要求，取而代之的是，如買方要求，供貨商所提供的設(shè)備應該是經(jīng)過現(xiàn)場證明的(何為現(xiàn)場證明由買方定義，買方可參考API 691—2017《基于風險的設(shè)備管理》中內(nèi)容)，同時，供貨商應提供相關(guān)證明文件，證明設(shè)備是可靠的且經(jīng)過現(xiàn)場證明的。賣方應在報價文件中提供部件的有限壽命。

在實際工程中，連續(xù)運轉(zhuǎn)不小于3年的概念是很難界定的，而使用提供各個部件有限壽命的方式更適用于實際情況。

5) API 691規(guī)范的第一版發(fā)布于2017年6月，首次引用了一套完整的基于風險的設(shè)備管理程序。對設(shè)備進行了風險分類，根據(jù)風險等級進行管理。而API 610第12版首次提出了基于API 691—2017(以下簡稱API 691)《基于風險的設(shè)備管理標準》的建議，其中推薦，如果買方要求設(shè)備符合API 691，供貨商應指明哪些設(shè)備部件不符合API 691中的“現(xiàn)場驗證”的要求。對于特殊用途泵，關(guān)鍵泵，以及HAZOP、PSM或內(nèi)部風險評估識別的泵均可以引用API 691標準。

6) API 610第12版新增建議，對于沒有獨立流量控制的并聯(lián)運行泵，在各自優(yōu)先工作區(qū)內(nèi)任意給定流量下的泵揚程偏差應控制在3%的范圍內(nèi)。

如圖2所示，紅色曲線是B泵曲線，藍色曲線是A泵曲線，紫色是2臺泵并聯(lián)運行時的聯(lián)合曲線。從圖2中可以看出：由于2臺泵在任意相同流量下?lián)P程差距較大，導致2臺泵并聯(lián)運行時的聯(lián)合曲線出現(xiàn)了拐點。當2臺泵聯(lián)合曲線運行在圖2中的方塊點時，就會導致A泵變成了“強泵”吸走了大部分流量，而B泵變成了“弱泵”，流量急遽減少，從而導致B泵運行點偏離優(yōu)先工作區(qū)，甚至偏離允許工作區(qū)，進而造成B泵損壞。而當并聯(lián)運行的泵曲線完全相同或任意流量點的揚程非常接近時，則不會出現(xiàn)以上問題。

圖2 2臺不同流量揚程曲線泵的并聯(lián)性能曲線

7) API 610第11版和第12版均要求泵的優(yōu)先工作區(qū)應位于泵BEP(Best Efficient Point，即最佳效率點)流量點的70%～120%范圍內(nèi)，且額定流量應位于泵BEP點的80%～110%范圍內(nèi)；而API 610第12版新增了建議，即泵的BEP點位于正常流量和額定流量之間，該類型的泵相對于BEP點大于額定流量的泵來說更節(jié)能。此條雖然是強制要求，但其后面的備注指出，此限制并非為了開發(fā)更多泵型或限制使用高比轉(zhuǎn)速的泵，合適的情況下，在BEP點70%流量下或高比轉(zhuǎn)速條件下運行良好的泵也可以提供給買方。

實際工程中，因為廠商的水力模型有限，很難滿足所有泵的運行點都在BEP點的80%～100%范圍內(nèi)，此條可以作為評標時的加分項處理。

離心泵一般按照額定流量點選用，而泵的長期操作點卻往往是正常流量點，如果泵的BEP點大于額定流量點，則泵在正常流量點運行時，效率往往相對較低，且運行相對不穩(wěn)定，因此建議泵的BEP點盡量位于正常流量和額定流量之間。

8) API 610第11版和第12版均要求冷卻系統(tǒng)的最小溫升為20 K，最小流速為1.5～2.5 m/s。API 610第12版新補充了說明，即最小溫升要求是為了節(jié)約冷卻水，而最小流速要求是為了防止冷卻水結(jié)垢，如果冷卻系統(tǒng)的最小溫升和最小流速無法同時滿足，賣方應給買方提供說明。這樣更符合工程實際要求。

9) API 610第12版中新增建議，如指定，供貨商代表應見證并檢查螺栓松動狀態(tài)下的主要管道對中情況，同時還應進行環(huán)境條件下的軸初始對中檢查(冷態(tài)對中)和工作溫度下的軸對中情況檢查(熱態(tài)對中)，以上檢查可以參考API 686—2009《機械設(shè)備安裝及設(shè)計安裝慣例》標準。

實際工程中，往往要求泵制造商進行現(xiàn)場安裝指導。安裝指導包括指導監(jiān)督管道與泵口的對中和泵與電機的軸線對中。但是這種對中往往只是冷態(tài)對中，而加上此條規(guī)定可進一步提高泵的對中度，降低管口安裝應力和不對中情況發(fā)生的概率。

10) API 610第12版中新增了兩種需要使用徑向剖分泵的情況，一種是泵送液體溫度瞬變大于55 ℃，另一種是泵送液體溫度瞬變引起泵殼溫度變化率大于3 ℃/min。以上兩種工況一般發(fā)生在啟動或緊急停止時,溫度的瞬變會影響殼體熱膨脹的均勻性。軸向剖分泵的主密封面的對溫度瞬變十分敏感，如以上情況下使用軸向剖分泵，則過高的溫度瞬變會引起其主密封面的泄漏，因此這兩種情況下應使用徑向剖分泵。

11) API 610第12版中新增建議，如果規(guī)定，泵殼體的主螺栓應使用液壓拉緊螺栓，此條尤其適用于BB3和BB5的主密封面。

12) API 610第12版新增規(guī)定，焊接到殼體上的管道及附件(不含法蘭形式等非焊接連接的管道)，包括加固撐板，需要符合或超過殼體的材料以及殼體的溫壓要求(包括沖擊值)。對于C6材質(zhì)的泵，操作溫度在260 ℃及以下時，焊接到殼體上的管線或加固撐板應采用316L材質(zhì)；操作溫度在260 ℃以上時，焊接到殼體上的管線應采用UNS N06625材質(zhì)，加固撐板應至少采用316L材質(zhì)。

以上要求主要影響泵殼體的排凝管線。實際工程中，泵體的排凝管線大多采用承插焊的方式焊接到泵體上(部分采用法蘭連接)，這就要求排凝管線的材質(zhì)及壁厚滿足殼體材質(zhì)及溫壓要求。

13) API 610第12版新增要求，泵軸應是單件結(jié)構(gòu)，單獨加工。此條限制了多段焊接軸的使用。

14) API 610第12版新增要求，可使用非金屬的耐磨環(huán)。

15) API 610第12版新增1條需要做無阻尼固有頻率分析的要求，要求1 500 kW及以上的感應異步電動機驅(qū)動的泵應進行無阻尼固有頻率分析。

16) API 610第12版新增建議，采用 “排氣到軸承箱”而不是 “排氣到大氣”的恒位油杯?！芭艢獾捷S承箱”的恒位油杯如圖3所示，軸承箱與恒位油杯內(nèi)腔通過管道連接(圖3中的藍色管道)，這樣就可以保證油杯油位和軸承箱油位完全一致，而“排氣到大氣”的恒位油杯會因為軸承箱壓力升高或恒位油杯通氣口堵塞導致軸承箱油位得不到補充。

圖3 排氣到軸承箱的恒位油杯

17) API 610第12版新增建議，每個軸承箱下部可設(shè)置1個可以收集軸承箱雜質(zhì)(如鐵屑，水等)的透明容器(如圖4所示)，此容器材質(zhì)應與潤滑油相適應，且應帶排放門。這樣就可以很方便地觀察到軸承箱油品的質(zhì)量。

圖4 軸承箱油觀察器

18) API 610第12版新增建議，如泵的口環(huán)采用的是非金屬材質(zhì)，應由買賣雙方共同確認，且在泵體材質(zhì)代號后面增加字母“C”(如S-6C)。

19) API 610第12版新增要求，對于純油霧潤滑系統(tǒng)，軸承箱表面溫度不應超過71 ℃，軸承本體金屬溫度不應超過88 ℃。相比于壓力潤滑和油環(huán)潤滑，使用純油霧潤滑的軸承，其本體及軸承箱溫度要求更為苛刻。

20) API 610第12版修改聯(lián)軸器的精度要求，從第11版的G6.3改為買賣雙方協(xié)商平衡精度要求。

21) API 610第12版新增要求，軸承箱和密封壓蓋之間也應設(shè)置防護罩，防護罩應能防止氣體或液體的聚集，并能在不拆除防護罩的前提下觀察密封運行情況。從圖5(a)可以看出，常規(guī)設(shè)計的泵的軸承箱和機封腔之間存在孔洞，存在手伸進去或異物掉入的風險，而圖5(b)所示的防護罩可以很好地滿足此條要求。

圖5 軸承箱和密封壓蓋之間的防護罩

22) API 610第12版新增建議，增加了一種帶斜坡集液槽的平底座形式，如圖6所示。相對于斜坡底座，此次新增的底座形式為平底座，兩端懸掛帶有坡度的集液槽，用于收集平底座上的液體。

圖6 帶斜坡集液槽的平底座

23) API 610第12版修改了水壓試驗用水的氯離子含量要求。奧氏體不銹鋼的泵進行水壓試驗時，試驗用水中的氯離子含量由第11版中的不超過50 mg/L增加到不應超過100 mg/L。

24) 相對于第11版，API 610第12版新增了幾個性能試驗點的要求，從第11版的6個點增加到第12版的9個點。新增的3個試驗點分別為最小連續(xù)穩(wěn)定流量點與優(yōu)先工作區(qū)最小流量點之間的中間點、優(yōu)先工作區(qū)最小流量點和優(yōu)先工作區(qū)最大流量點，如圖7所示。

圖7 API 610第12版中要求的性能試驗點

25) API 610第12版新增要求，對于某些高能泵、整體齒輪泵或多級泵， 在關(guān)閉點進行試驗會導致溫度的急劇增加，可能引起安全問題，而溫度的上升與能量密度息息相關(guān)，可通過式(1)計算出能量密度PD，如果計算的能量密度PD大于13 MW/m3，則不建議在泵的關(guān)閉點進行試驗。

(1)

式中：Prated——水工況下單級葉輪的額定功率，MW；

Dimp——泵的額定葉輪直徑，m；

Dnozzle——泵的名義出口直徑，m，對于雙吸單級泵，Dnozzle為進口名義直徑。

26) API 610第12版新增要求，如果OH3泵是利用驅(qū)動機推力軸承作為泵軸向力承受單元的泵，其驅(qū)動機支撐材質(zhì)應為鋼。

27) API 610第12版新增要求，對于VS1～VS7的立式泵，應提供至少4點對中螺柱用于驅(qū)動機的對中。并且利用驅(qū)動機推力軸承作為泵軸向力承受單元的泵，其驅(qū)動機支撐材質(zhì)應為鋼。

28) API 610第12版新增要求，對于采用機械密封和整體止推軸承的立式泵，聯(lián)軸器的配置應有足夠的長度允許更換密封組件而不需要移除驅(qū)動機。該版提供了2種方案，如圖8(a)～圖8(b)所示。方案1是將全金屬的彈性元件和加長段的聯(lián)軸器安裝在推力軸承和驅(qū)動機軸之間，機械密封和推力軸承箱之間沒有聯(lián)軸器；方案2是將1個剛性可調(diào)帶加長段的聯(lián)軸器安裝在泵和推力軸承箱之間，另外在推力軸承和驅(qū)動機軸之間設(shè)置全金屬彈性非加長的聯(lián)軸器。

圖8 兩種帶機械密封和整體軸承箱立式泵的布置方案

第二種擁有兩種聯(lián)軸器的方案，可以在不吊起止推軸承箱的情況下更換機械密封。另外，在選擇使用哪種方案時，應考慮止推軸承箱的尺寸和總質(zhì)量。

29) API 610第12版附錄B中，刪除第11版中關(guān)于潤滑油系統(tǒng)的示意圖，僅保留了冷卻水示意圖，潤滑油直接參考API 614—2008。

30) API 610第12版刪除了第11版中的0.5、1、1.5和2這 4個最小系列的標準泵底座，使標準底座種類從第11版的21種縮減到17種。

31) API 610對附錄G材料等級選用指南進行了較大的修改，具體修改見表2。

表2 API 610第11版和第12版的材料及材料選用變化對比

(續(xù)表2)

32) API 610第12版刪除了第11版中的I-1、I-2、S-1和S-3四個材質(zhì)等級的泵，并將第11版中S-6材料等級中的軸材質(zhì)從4140鋼升級為12%Cr鋼。

33)API 610第12版將第11的附錄O從“API局部增補”修改為 “特殊用途離心泵”，其中詳細描述了特殊用途離心泵的定義、選擇、設(shè)計、制造和試驗環(huán)節(jié)。

2 結(jié)語

本文對API 610第12版中變化較大的內(nèi)容進行了詳細的描述與解讀。API 610第12版中的很多修改均是在工程實踐中積累而來的，能夠更好地適應工程實際，但同時，也有些強制性要求尚未在工程實際中應用，未來還需要各方人員在細致研讀的基礎(chǔ)上逐步適應。