楊 明

(中國石油物資有限公司，北京 100029)

我國油氣行業(yè)中用到的壓縮機和泵種類很多,涉及的標準面也很廣。這些流體機械設備多按照結(jié)構(gòu)進行分類。壓縮機按結(jié)構(gòu)可分為容積式和動力式2大類【1】。透平壓縮機屬于具有回轉(zhuǎn)葉片、輪盤或葉輪的動力式壓縮機，主要包括離心和軸流2種結(jié)構(gòu)形式。煉油催化主風機、乙烯三機、長輸管道壓縮機都是這類壓縮機的典型應用。泵按結(jié)構(gòu)可分為回轉(zhuǎn)動力式、容積式和其他特殊結(jié)構(gòu)等3類。離心泵是回轉(zhuǎn)動力式泵的1種，是行業(yè)用量最大的泵型。管道輸油泵多為離心泵，1個千萬噸的煉油廠需要各類泵約200臺，其中離心泵占比達83%【2】。

不同標準制造的機械設備在質(zhì)量和價格上差別較大，通常1臺按API 610標準制造的離心泵比1臺按ISO 5199標準制造的離心泵在價格上要高出1倍以上。我國標準從級別上分為國家標準、行業(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準4級，按對象可分為管理標準和技術標準2大類，技術標準又可分為基礎標準、產(chǎn)品標準等多個門類。本文主要對油氣行業(yè)中的透平壓縮機和離心泵(不含無密封離心泵)這類透平機械設備適用的產(chǎn)品標準及檢驗、試驗標準進行比較，總結(jié)出這些標準的結(jié)構(gòu)化特征，并給出選用標準的建議，以期實現(xiàn)設備采購性價比最優(yōu)的目標。

1 透平壓縮機和離心泵技術標準比較

1.1 透平壓縮機技術標準比較

油氣行業(yè)透平壓縮機主要適用的技術標準見表1。

從表1可以看出，透平壓縮機現(xiàn)行的產(chǎn)品標準都是行業(yè)標準。從采標情況看， SY/T 6651和JB/T 6443都是等同采用(IDT)美國石油協(xié)會標準API 617—2002的。SH/T 3144是在API 617—2002的基礎上補充了一些技術規(guī)定，適用范圍僅限于離心/軸流式壓縮機一類機型。API 617—2002這版標準和之前版本最顯著的不同是增加了適用物資范圍(擴大至軸流/離心式壓縮機、整體式齒輪增速離心壓縮機和膨脹機-壓縮機等3類機型)，標準整體結(jié)構(gòu)分為4個部分(第一部分是通用要求，其他3個部分針對3類機型提出具體要求)。另外API 617—2002在設備設計、制造、動力學等方面的技術要求也有所提高，比如設備不間斷連續(xù)運轉(zhuǎn)時間由3年提高至5年、轉(zhuǎn)子動力學部分的規(guī)定也增加了大量篇幅。JB/T 4359最早是等同采標ISO 8011—1988的，僅適用于介質(zhì)為空氣的軸流式壓縮機，它在特殊工況下的材料選擇、轉(zhuǎn)子帶阻尼不平衡響應分析及穩(wěn)定性分析、性能試驗執(zhí)行標準等方面的規(guī)定，與API 617標準相比要簡單一些。

表1 透平壓縮機適用技術標準

透平壓縮機輸送各種工藝氣體時，為了防止或限制這些氣體沿壓縮機旋轉(zhuǎn)軸泄漏到大氣中，就必須采用軸端密封，保證運行安全。透平壓縮機一般選用迷宮密封、浮環(huán)密封、機械密封、干氣密封等類型的密封。干氣密封這類非接觸式密封，由于具有可靠性高、無油污染、功率消耗低、壽命長等優(yōu)點，已成為危險性氣體軸端密封的主要選擇。SY/T 6651標準中對各類軸端密封都做了詳細規(guī)定，并附了典型的結(jié)構(gòu)剖面圖。而JB/T 11289僅適用于干氣密封一種類型，但對應壓縮機和泵兩類應用，在密封設計、制造、檢驗、泄漏標準等方面的規(guī)定還比較詳細。

國家標準GB/T 25630—2010是等同采用國際標準ISO 5389—2005的，是透平壓縮機性能試驗的準備、過程以及評定所應遵循的標準規(guī)程。API 617—2002在壓縮機性能試驗標準規(guī)定中也認可ISO 5389標準規(guī)定，但首選的性能試驗標準還是美國標準ASME PTC-10—1997。實際上，ISO 5389是結(jié)合了美國標準ASME PTC-10和德國工程師協(xié)會標準VDI 2045的相關規(guī)定而形成的國際標準，它更注重于通過相似理論將試驗結(jié)果中的測量值換算成保證條件，以驗證結(jié)果的保證程度。行業(yè)標準JB/T 3165與ASME PTC-10是非采標關系，雖然這兩個標準都將試驗類別劃分為合同指定氣體和代用氣體2類，但ASME PTC-10在氣體計算公式、換算模型推薦、壓縮機段間冷卻模型處理等相關規(guī)定上更加詳實。

1.2 離心泵技術標準比較

油氣行業(yè)離心泵主要適用的技術標準見表2。

表2 離心泵適用技術標準

從表2可以看出，GB/T 16907、GB/T 5656和GB/T 5657這3個標準分別等同采用國際標準ISO 9905、ISO 5199和ISO 9908，實際上就是國際標準化組織依據(jù)可靠性、操作條件等因素劃分出的3類離心泵。這3類泵在設計、制造和驗收規(guī)定上都是不一樣的，其中Ⅰ類最嚴格，Ⅲ類最寬松。我國油氣行業(yè)常用的是ISO標準的第Ⅱ類泵，也就是國家標準GB/T 5656—2008(ISO 5199)規(guī)定的這類離心泵。這個標準引用了GB/T 5662—2013(ISO 2858)、GB/T 5660—2013 (ISO 3661)和GB/T 3216—2016 (ISO 9906)，囊括了這類泵完整的結(jié)構(gòu)與水力性能試驗規(guī)定。GB/T 3215—2007等同采用美國石油協(xié)會標準API 610—2004，按該標準制造的泵就是常說的API離心泵。下面通過表3簡單對比一下GB/T 3215和GB/T 5656這2個離心泵標準。

表3 GB/T 3215—2007和GB/T 5656—2008比較

從表3看， GB/T 3215適用的離心泵類型更多，各項技術指標更嚴格，提出的要求和驗證程序更具體； GB/T 5656所適用的泵最高工作壓力相對低，且選材、軸封沒有給出具體指南，而諸如“滿足工況要求，滿足訂單要求”這樣原則性要求多，給出的技術指標也相對低一些。

在表3中出現(xiàn)的軸封標準ISO 21049， 實際上與API 682是等同的， 而GB/T 34875—2017又是等同采用ISO 21049—2004的， 所以這3個標準是一致的。ISO 21049(API 682)適用的密封腔工作范圍為： 溫度—40～400 ℃、 壓力4.2 MPa(絕)以下， 軸徑范圍為20～110 mm。密封按尺寸和工作范圍分為3種類別， 按密封件構(gòu)成分為A、 B和C型3種型式， 按布置方式分為單端面、 無壓雙重和有壓雙重密封3種結(jié)構(gòu)。這個標準對3種類別的密封在選型、 選材、 認定試驗等方面作出了詳細規(guī)定， 保證所選密封能夠達到連續(xù)運行3年的可靠性要求， 泄漏量指標為： 每對密封面允許逸出氣體體積濃度1 000 mL/m3(采用EPA方法21測定)，液體平均泄漏量為5.6 g/h(2滴/min)。我國泵用機械密封標準JB/T 1472適用的密封腔工作范圍為：溫度0～80 ℃、壓力3 MPa 以下，軸徑范圍為16～120 mm。該標準規(guī)定了7種單端面密封型式，適用轉(zhuǎn)速不大于3 000 r/min，泄漏量指標為：軸外徑50 mm以內(nèi)，泄漏量不大于3 mL/h；軸外徑大于50 mm，泄漏量不大于5 mL/h。由此可以看出：JB/T 1472規(guī)定的密封的最高工作溫度比ISO 21049(API 682)規(guī)定的第一類密封低不少，而工作壓力是相當?shù)?。如果? mL水等于25滴考慮，則這2個標準規(guī)定的液體允許泄漏量指標是相當?shù)?。需要指出的是：ISO 21049(API 682)規(guī)定要用水，丙烷，20%濃度氫氧化鈉，冷、熱礦物油等5種試驗液體進行一系列的靜、動態(tài)試驗來認定密封性能是否達標；而JB/T 1472僅規(guī)定用常溫清水完成密封泄漏試驗。有研究顯示，密封泄漏量隨著介質(zhì)粘度的增加而增加【19】。從這個角度看，ISO 21049(API 682)的認定試驗更嚴謹、更貼近實際應用。

SH/T 3139在開篇針對于石油化工用重載荷離心泵作出了定義， 即“泵送介質(zhì)為易燃或危險的； 或泵操作條件超出任一限制的： 額定排出壓力大于1.9 MPa(表)、 操作溫度大于等于225 ℃、額定轉(zhuǎn)速大于3 000 r/min、 額定揚程大于120 m、最高吸入壓力大于0.5 MPa(表)、 懸臂泵最大葉輪直徑大于330 mm； 或用作液力回收透平的泵”， 并規(guī)定重載荷離心泵遵循產(chǎn)品標準ISO 13709(API 610)以及SH/T 3139的補充技術規(guī)定。這些補充技術規(guī)定大多是對ISO 13709(API 610)標準選項條款的確定[如泵出、 入口法蘭力與力矩是ISO 13709標準的2倍， 軸封選用ISO 21409(API 682)的二類密封等]。SH/T 3140在開篇對石油化工用中、輕載荷離心泵作出了定義， 定義條件基本與SH/T 3139規(guī)定的重載荷條件相反， 并規(guī)定中、 輕載荷離心泵遵循產(chǎn)品標準ISO 5199以及SH/T 3140的補充技術規(guī)定[比如泵出、 入口法蘭力與力矩等同ISO 13709， 軸封選用ISO 21409(API 682)的一類密封等]。

2 技術標準選用建議

對于標準的不同之處，上文已進行了比較，那么，在項目設計、采購中如何選用相應的技術標準呢？這個問題要從2個方面來回答：一個是不同標準間的取舍，另一個是單個標準內(nèi)選項條款的確定。

煉油催化裝置主風機選用產(chǎn)品標準JB/T 4359是合適的， 國內(nèi)主要軸流式空氣壓縮機供貨商也是這個標準的主起草單位。而其他透平壓縮機遵循的產(chǎn)品標準以SY/T 6651、 JB/T 6443為主， 這些行業(yè)標準又都是等同采標API 617標準的， 所以這類設備標準選用重點就在于對API標準選項條款的確定上。主要選項條款包括選擇機型， 確認氣動模型和性能曲線； 選擇材料， 轉(zhuǎn)子動力學達標； 選擇密封，確定試驗方法與程序等。壓縮機采購時要重點評價供貨商對買方提出標準的偏離， 尤其是對新機型壓縮機， 確認偏離時更應從嚴。多年來正是依靠對標國際先進技術、 嚴格落實制造標準這條經(jīng)驗， 我國實現(xiàn)了百萬噸乙烯三機、 20 MW級管道壓縮機等重大裝備國產(chǎn)化的卓越成果。對于氣動模型已建立且經(jīng)過運行檢驗的壓縮機， 在確認技術偏離時， 可由買賣雙方根據(jù)設備應用情況并結(jié)合經(jīng)濟性因素自行協(xié)定。

離心泵標準選用要遵循以下3個原則：

1) 判定是不是重載荷工位泵，從而科學選用相應產(chǎn)品標準。重載荷意味著泵運行可靠且性能穩(wěn)定，泵送介質(zhì)安全性要求高，參數(shù)和操作條件達到SH/T 3139標準規(guī)定。重載荷工位泵要遵循產(chǎn)品標準API 610(GB/T 3215)、ISO 21409(API 682)。典型重載荷工位泵有油田管道項目用的給油泵、輸油泵、各類輕烴泵，煉油乙烯裝置用的塔底泵、油漿泵、進料泵、高壓鍋爐給水泵、低溫筒袋泵、立式高速泵等，這里不能一一列舉，可根據(jù)對重載荷的定義自行判定。非重載荷工位泵應遵循的產(chǎn)品標準是ISO 5199(GB/T 5656)，典型用泵有環(huán)保或給排水專業(yè)的水泵、非腐蝕液體泵、排污泵等。

2) 做到適度選用標準。為了增加質(zhì)量裕度，提出過于苛刻的NPSHR要求、能用單端面密封的改用雙端面密封或者提出泵法蘭受力載荷倍數(shù)過大等標準選項條款是沒有必要的。標準選用應滿足生產(chǎn)和環(huán)保需要，做到適用、適度。

3) 結(jié)合供貨商承諾的出廠標準，做到選用結(jié)果符合市場實際。原油或成品油管道長距離輸送多采用密閉、泵串聯(lián)方式。管道輸油泵操作條件的特點是輸送流量范圍大、壓力高、工況多變，泵密封承壓也很高。國產(chǎn)大功率管道輸油泵密封多按照API 682標準設計，多選用單端面機械密封配PLAN31+PLAN65沖洗方案【20】。在實際應用中，受工況多變和現(xiàn)場條件影響，國產(chǎn)輸油泵密封承諾的壽命和泄漏標準能達到JB/T 1472標準的規(guī)定，但在可靠性和穩(wěn)定性指標上和API標準相比還有一定差距。

3 結(jié)語

選用什么技術標準是買方需求的體現(xiàn)，反映的是買方為保證所購物資滿足質(zhì)量要求而提出的技術要約。選定后的標準也成為供貨商組織產(chǎn)品生產(chǎn)和交付驗收的依據(jù)。選標準意味著選質(zhì)量，同時也意味著選采購成本。透平壓縮機和離心泵這類透平機械多為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的關鍵設備，在項目建設中應追求采購性價比最優(yōu)的目標。能夠科學、適度且符合實際地選用技術標準是實現(xiàn)這一目標的根本保障。