Недавно инженер-проектировщик подобрал технологический насос по стандарту ANSI для линии перекачки горячих углеводородов на нефтеперерабатывающем заводе, поскольку рабочая точка — 220 м³/ч при напоре 95 м — точно попадала в диапазон кривой типовой модели ASME B73.1. С гидравлической точки зрения выбор был оправдан. С эксплуатационной точки зрения — нет.
Насос соответствовал требуемому расходу и напору, однако номинальное давление в корпусе, конструкция прокладки и корпуса подшипника не были рассчитаны на термоциклирование и опасность утечки легких углеводородов.
Краткий ответ на вопрос о том, чем отличаются насосы ANSI от насосов API: насосы ANSI (ASME B73.1) представляют собой горизонтальные насосы с торцевым всасыванием, имеющие стандартизированные габариты и предназначенные для общепромышленного и химического применения, в то время как насосы API 610 — это высокопрочные насосы с осевым расположением вала, разработанные для нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности, где утечки, риск возгорания и длительная бесперебойная работа являются основными факторами при проектировании. Решение заключается не в том, какой насос "лучше", а в том, какой стандарт соответствует рискам эксплуатации и требуемому сроку службы.
Основные выводы
- Стандарт ANSI B73.1 устанавливает площадь; Стандарт API 610 устанавливает конверт для отправки.
- Взаимозаменяемость размеров является функцией стандарта ANSI, а не API — API допускает использование нескольких семейств конструкций.
- Центральное расположение, увеличенная грузоподъемность сопла и минимальный расчетный срок службы в 20 лет приводят к удорожанию, но эти характеристики обусловлены возможными режимами отказа на нефтеперерабатывающих заводах.
- Использование насоса, рассчитанного на работу с ANSI, для перекачки углеводородов с целью сокращения капитальных затрат — это наиболее распространённая ошибка при выборе стандартного оборудования в данной категории.
- Именно в техническом паспорте, а не на графике, обычно закрепляется неверный стандарт.
Выберите стандарт из списка рисков, связанных с услугой
Выбор стандартного оборудования — это в первую очередь вопрос рисков, а уже потом — гидравлический вопрос. Два насоса могут иметь одинаковые показатели расхода, напора и NPSHr, но при этом относиться к разным сферам применения, поскольку различаются перекачиваемая жидкость, температура и последствия утечки. Серная кислота при 40 °C на химическом заводе и нафта при 180 °C на нефтеперерабатывающем заводе могут иметь одинаковый расход 100 м³/ч, но только одна из них позволяет рассматривать утечку из уплотнения как событие, требующее технического обслуживания, а не как пожар.
В насосах, соответствующих стандарту ANSI, предполагается, что оператор может отключить, слить жидкость и провести техническое обслуживание агрегата в запланированные сроки. В насосах, соответствующих стандарту API 610, предполагается, что оператор не может позволить себе внеплановую остановку и что любая утечка представляет опасность. Если отказ в работе не приведет к серьезным последствиям и сопровождается лишь незначительной утечкой из резервуара, то применение стандарта ANSI, как правило, оправдано.
Если в процессе обслуживания используются легковоспламеняющиеся углеводороды, горячие масла или любые другие вещества, требующие вызова аварийных служб, то API следует рассматривать в первую очередь, независимо от того, насколько привлекательно выглядит предложение по стандарту ANSI.
Что обычно означает насос ANSI
Насос ANSI соответствует ASME B73.1, спецификация на горизонтальные центробежные насосы с торцевым всасыванием для химической промышленности. Стандарт устанавливает габаритные размеры — размеры опорной плиты, расположение патрубков, высоту вала и сопряжение с корпусом двигателя — таким образом, чтобы насосы разных производителей можно было устанавливать в одни и те же трубопроводы и фундаменты. Именно эта взаимозаменяемость размеров является коммерческой ценностью данного стандарта.
С конструктивной точки зрения насосы ANSI имеют опорную конструкцию, при которой корпус опирается ниже оси. Корпуса, как правило, рассчитаны на умеренное давление и температуру, а материалы варьируются от высокопрочного чугуна до нержавеющей стали марки 316 и сплава 20. Корпуса подшипников, уплотнительные камеры и сальники соответствуют габаритной схеме, однако детали конструкции остаются на усмотрение производителя.
Где ANSI органично вписывается
Насосы ANSI предназначены для использования на химических заводах, в установках водоочистки, в целлюлозно-бумажной промышленности, а также для перекачки жидкостей в общей промышленности. Рабочие условия характеризуются стабильной нагрузкой, перекачиваемые жидкости не являются взрывоопасными или представляют лишь незначительную опасность, а на предприятии проводятся плановые ремонтные работы, в ходе которых механические уплотнения и подшипники заменяются в качестве изнашиваемых деталей, а не в связи с аварийной ситуацией, связанной с утечкой.
Что дает стандарт API 610 для нефтяной и нефтехимической промышленности
API 610 регулирует требования к центробежным насосам, используемым в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности. Это не стандарт, определяющий габариты в понимании ANSI, а эксплуатационный стандарт. Два насоса API 610 OH2 от разных производителей не являются взаимозаменяемыми с точки зрения габаритов, однако оба были разработаны с учетом одного и того же набора возможных видов отказов.
Основной механической особенностью является монтаж по осевой линии. Корпус опирается на опоры по своей горизонтальной осевой линии, благодаря чему тепловое расширение, возникающее при работе в условиях высоких температур, не приводит к смещению вала относительно привода. Корпуса с опорным креплением, которые нормально работают в условиях воздействия холодных химических веществ, смещаются по вертикали при повышении температуры жидкости и асимметричном расширении корпуса.
Стандарт API 610 также устанавливает более высокие допустимые нагрузки на патрубки, минимальный расчетный срок службы в 20 лет с непрерывной эксплуатацией не менее трех лет между плановыми техническими обслуживаниями, более массивные секции вала для обеспечения низкого прогиба в местах уплотнения, а также предписываемые классы материалов в зависимости от перекачиваемой жидкости. На механические уплотнения распространяется стандарт API 682, а требования к проверкам — гидростатические испытания, испытания на работоспособность, испытания NPSH, испытания на механическую работу, где это указано — прописываются в заказе.
Типы конструкций, с которыми вы столкнетесь
В стандарте насосы подразделяются на типы (OH1, OH2, BB1, BB2, VS1 и т. д.). OH2 — одноступенчатый с навалом и осевым расположением — является основным насосом для технологических процессов на нефтеперерабатывающих заводах и именно с ним чаще всего ошибочно сравнивают насосы ANSI по цене. Это не один и тот же продукт, и их не следует сравнивать друг с другом, ориентируясь исключительно на гидравлические характеристики.
Сравнение методов закупок
Различия в договорных условиях между этими двумя стандартами более существенны, чем это следует из маркетинговых брошюр. В приведенной ниже таблице перечислены пункты, которые фактически влияют на содержание заказа на поставку.
Атрибут | ASME B73.1 (ANSI) | API 610 |
|---|---|---|
Основная сфера деятельности | Химические и промышленные процессы | Нефтяная, нефтехимическая, газовая |
Монтаж | Устанавливается на опоре, ниже центральной линии | Установка по оси для работы в условиях высоких температур |
Взаимозаменяемость деталей по размерам | Да, у всех поставщиков | Нет, зависит от поставщика и типа |
Основа расчета срока службы | Зависит от услуги, фиксированного минимума нет | Не менее 20 лет, с интервалом между капитальными ремонтами в 3 года |
Допустимая нагрузка на сопло | Ниже; трубопроводы необходимо надежно закрепить | Более высокая; выдерживает воздействие реактивных веществ в трубопроводах нефтеперерабатывающих заводов |
Стандартный эталон уплотнения | Указано производителем или покупателем | Обычно применяется стандарт API 682 |
Проверка и испытания | В зависимости от заказа, зачастую минимальный | Обязательно проведение гидравлических испытаний; часто проводятся испытания на рабочие характеристики и NPSH |
Типичный срок выполнения заказа | Короче, часто из имеющихся в наличии | Более длинные, изготовленные по индивидуальному заказу |
Относительная стоимость капитала | Нижний | Более высокие, зачастую в 2–4 раза по сравнению с аналогичными гидравлическими системами |
Стоимость жизненного цикла в условиях повышенной опасности | Более высокий риск в связи с ремонтом и простоями | Снижать, если риск, связанный с обслуживанием, оправдывает применение данного стандарта |
Когда ANSI подходит лучше
ANSI — это правильный выбор, когда речь идет о работе с химическими веществами, требующей использования оборудования, рассчитанного на промышленные условия эксплуатации. К этой категории относятся системы замкнутого контура охлаждающей воды, разбавленные щелочи, гальванические растворы, системы транспортировки латекса, а также большинство контуров CIP в пищевой и фармацевтической промышленности. Температура кипения жидкости ниже температуры рабочей среды, предприятие может допустить плановое отключение для замены уплотнения, а оператор ценит возможность заказать запчасть у любого квалифицированного поставщика в течение нескольких недель, а не месяцев.
Использование API для перекачки серной кислоты при комнатной температуре не является более безопасным — это излишняя техническая сложность. Тяжелый вал и осевое крепление решают проблемы, которых в данном случае нет, а длительные сроки изготовления и модель закупок по индивидуальному заказу замедляют реализацию проекта, в котором данное оборудование и не требовалось.
Когда требования к API являются обоснованными
Применение стандарта API 610 оправдано в тех случаях, когда последствием отказа уплотнения, трещины в корпусе или заклинивания подшипника станет не просто необходимость проведения технического обслуживания, а инцидент, угрожающий безопасности. К данной категории относятся системы перекачки сырой нефти, горячего газойля, реформата, легких фракций, циркуляции амина, сернистой воды, а также большинство установок гидропереработки. Температуры, превышающие примерно точку кипения жидкости при атмосферном давлении, запас давления пара, при котором может произойти мгновенное испарение при небольшом падении давления, а также любые операции внутри границ батареи нагревателя с горелкой или фракционера — все это склоняет выбор в сторону API.
Этот стандарт также оправдан с экономической точки зрения в тех случаях, когда незапланированные простои сопряжены с большими упущенными доходами. Нефтеперерабатывающий завод, который теряет объемы производства из-за выхода из строя нагнетательного насоса, окупает затраты на модернизацию в соответствии со стандартом API уже за один предотвращенный простой. API RP 697 в нем рассматриваются методы ремонта насосов, которые становятся актуальными, когда оператор переходит на более длительные межремонтные интервалы, предусмотренные стандартом API 610.
Вопросы, которые следует включить в техническое задание
Стандарт фиксируется в техническом задании, а не в ходе рассмотрения предложений. Прежде чем запрос покинет инженерный отдел, на следующие вопросы следует дать четкие ответы, а не оставлять их на усмотрение участника тендера.
- Какова максимальная температура непрерывной работы и каково давление паров жидкости при этой температуре?
- Находится ли объект в пределах зоны размещения боевых систем или в зоне ограниченного доступа?
- Какова требуемая продолжительность бесперебойной работы между плановыми техническими обслуживаниями?
- Какие нагрузки на патрубки насос будет испытывать — и были ли они рассчитаны, а не просто взяты из воздуха?
- Указана ли конструкция уплотнения в чертеже по стандарту API 682, или допустимо использование стандартного уплотнения общего назначения?
- Во сколько обойдется незапланированный 48-часовой перерыв в предоставлении данной услуги?
- Имеет ли спецификация оператора (которая зачастую содержит более строгие требования, чем любой из стандартов) приоритет над выбором по умолчанию?
Технические требования, в которых на эти вопросы даны честные ответы, редко приводят к неправильному выбору стандарта. А вот в случае, когда эти вопросы игнорируются, в результате на трубопроводе для углеводородов может оказаться насос, соответствующий стандарту ANSI, просто потому, что его характеристики лучше всего соответствуют кривой.
Вопросы и ответы
Можно ли модернизировать насос ANSI для работы с легкими углеводородами?
Материалы можно модернизировать, а схемы уплотнений — дополнять, однако замена материалов не влечет за собой изменения геометрии корпуса с опорными ножками и расчетных оснований, предусмотренных стандартом B73.1. Если оборудование действительно предназначено для работы в условиях углеводородного процесса, правильным выбором будет стандарт API 610 OH2 или его эквивалент, а не стандарт ANSI с большим количеством дополнительных опций.
Являются ли насосы API 610 взаимозаменяемыми между производителями, как насосы ANSI?
Нет. Стандарт API 610 устанавливает требования к эксплуатационным характеристикам, расчетному сроку службы, нагрузкам на патрубки и техническому осмотру, но не к габаритным размерам. Замена насоса, соответствующего стандарту API, обычно влечет за собой замену опорной плиты, участков трубопровода и работы по выравниванию муфт, что является одной из причин, по которой выбор насосов, соответствующих стандарту API, тщательно продумывается еще на этапе проектирования.
Что произойдет, если на насосе ANSI с опорной рамой будет осуществляться работа под давлением?
В результате теплового расширения корпус смещается относительно корпуса подшипника и приводного вала. Смещается центрирование муфты, изменяются внутренние зазоры, а на уплотнительные поверхности действует неравномерная нагрузка. Насос может продолжать работать, но срок службы подшипников и уплотнений резко сокращается, а уровень вибрации начинает расти в течение нескольких недель, а не лет.
Влияет ли различие между стандартами ANSI и API на выбор механического уплотнения?
Как правило, это так. В заказах по стандарту ANSI часто допускается использование уплотнения, соответствующего стандарту производителя. В заказах по стандарту API 610 обычно ссылаются на стандарт API 682, который определяет категории уплотнений, схемы промывки и квалификационные испытания.
Стоимость уплотнения зачастую превышает разницу в цене самого насоса.
Допустимо ли использование API 610 на химическом заводе?
Да, особенно в случае контуров с высокотемпературными теплоносителями, систем с горячим маслом или тех объектов, где оператор химического завода ввел на всей территории предприятия стандарты, соответствующие требованиям нефтеперерабатывающих заводов. Определяющим фактором здесь являются эксплуатационные риски и расчетный срок службы, а не код SIC объекта.
Заключение
Выбор между насосами ANSI и API — это решение, обусловленное рисками эксплуатации и требуемым расчетным сроком службы, а не гидравлическими характеристиками. Стандарт ASME B73.1 обеспечивает химическим заводам взаимозаменяемые габариты и разумные капитальные затраты; API 610 обеспечивает монтаж по осевой линии на нефтеперерабатывающих заводах, более высокие нагрузки на патрубки, предписанные проверки и 20-летний расчетный срок службы, зафиксированный в заказе. Если рабочая среда не представляет опасности, а остановки можно планировать, ANSI — это правильный выбор.
Если утечка из уплотнения приводит к необходимости экстренного реагирования, то соответствие кривой производительности насоса стандарту ANSI не является весомым аргументом в пользу его покупки.