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(yīng)用、反饋和改進(jìn)，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(jìn)行了部分修改和補(bǔ)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(shí)際進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)以API標(biāo)準(zhǔn)為主，而不再引用ISO標(biāo)準(zhǔn)。

2) API 610第12版對BB1的水平中開泵型進(jìn)行了更加細(xì)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(shí)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(jià)文件有沖突時(shí)，應(yīng)該以詢價(jià)文件為準(zhǔn)；當(dāng)?shù)搅瞬少忞A段，應(yīng)該以采購訂單(PO-purchase order)為準(zhǔn)；當(dāng)本標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于某個特殊泵型的要求與本標(biāo)準(zhǔn)中的第9章節(jié)部分有沖突時(shí)，應(yīng)以本標(biāo)準(zhǔn)中的第9章節(jié)的部分為準(zhǔn)；買方的詢價(jià)文件中應(yīng)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(shí)際工程項(xiàng)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(yùn)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(yīng)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(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備管理》中內(nèi)容)，同時(shí)，供貨商應(yīng)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(yīng)在報(bào)價(jià)文件中提供部件的有限壽命。

在實(shí)際工程中，連續(xù)運(yùn)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(shí)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(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備管理程序。對設(shè)備進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分類，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)》的建議，其中推薦，如果買方要求設(shè)備符合API 691，供貨商應(yīng)指明哪些設(shè)備部件不符合API 691中的“現(xiàn)場驗(yàn)證”的要求。對于特殊用途泵，關(guān)鍵泵，以及HAZOP、PSM或內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)評估識別的泵均可以引用API 691標(biāo)準(zhǔn)。

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

如圖2所示，紅色曲線是B泵曲線，藍(lán)色曲線是A泵曲線，紫色是2臺泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)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(dǎo)致2臺泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的聯(lián)合曲線出現(xiàn)了拐點(diǎn)。當(dāng)2臺泵聯(lián)合曲線運(yùn)行在圖2中的方塊點(diǎn)時(shí)，就會導(dǎo)致A泵變成了“強(qiáng)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(dǎo)致B泵運(yùn)行點(diǎn)偏離優(yōu)先工作區(qū)，甚至偏離允許工作區(qū)，進(jìn)而造成B泵損壞。而當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行的泵曲線完全相同或任意流量點(diǎn)的揚(yáng)程非常接近時(shí)，則不會出現(xiàn)以上問題。

圖2 2臺不同流量揚(yáng)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(yīng)位于泵BEP(Best Efficient Point，即最佳效率點(diǎn))流量點(diǎn)的70%～120%范圍內(nèi)，且額定流量應(yīng)位于泵BEP點(diǎn)的80%～110%范圍內(nèi)；而API 610第12版新增了建議，即泵的BEP點(diǎn)位于正常流量和額定流量之間，該類型的泵相對于BEP點(diǎn)大于額定流量的泵來說更節(jié)能。此條雖然是強(qiáng)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(diǎn)70%流量下或高比轉(zhuǎn)速條件下運(yùn)行良好的泵也可以提供給買方。

實(shí)際工程中，因?yàn)閺S商的水力模型有限，很難滿足所有泵的運(yùn)行點(diǎn)都在BEP點(diǎn)的80%～100%范圍內(nèi)，此條可以作為評標(biāo)時(shí)的加分項(xiàng)處理。

離心泵一般按照額定流量點(diǎn)選用，而泵的長期操作點(diǎn)卻往往是正常流量點(diǎn)，如果泵的BEP點(diǎn)大于額定流量點(diǎn)，則泵在正常流量點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，效率往往相對較低，且運(yùn)行相對不穩(wěn)定，因此建議泵的BEP點(diǎn)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(bǔ)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(shí)滿足，賣方應(yīng)給買方提供說明。這樣更符合工程實(shí)際要求。

9) API 610第12版中新增建議，如指定，供貨商代表應(yīng)見證并檢查螺栓松動狀態(tài)下的主要管道對中情況，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)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(jī)械設(shè)備安裝及設(shè)計(jì)安裝慣例》標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際工程中，往往要求泵制造商進(jìn)行現(xiàn)場安裝指導(dǎo)。安裝指導(dǎo)包括指導(dǎo)監(jiān)督管道與泵口的對中和泵與電機(jī)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(jìn)一步提高泵的對中度，降低管口安裝應(yīng)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(shí),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(yīng)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(yīng)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(shí)，焊接到殼體上的管線或加固撐板應(yīng)采用316L材質(zhì)；操作溫度在260 ℃以上時(shí)，焊接到殼體上的管線應(yīng)采用UNS N06625材質(zhì)，加固撐板應(yīng)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(shí)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(yīng)是單件結(jié)構(gòu)，單獨(dú)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(yīng)異步電動機(jī)驅(qū)動的泵應(yīng)進(jìn)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(lán)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?yàn)檩S承箱壓力升高或恒位油杯通氣口堵塞導(dǎo)致軸承箱油位得不到補(bǔ)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(yīng)與潤滑油相適應(yīng)，且應(yīng)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(yīng)由買賣雙方共同確認(rèn)，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(yīng)超過71 ℃，軸承本體金屬溫度不應(yīng)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(yīng)設(shè)置防護(hù)罩，防護(hù)罩應(yīng)能防止氣體或液體的聚集，并能在不拆除防護(hù)罩的前提下觀察密封運(yùn)行情況。從圖5(a)可以看出，常規(guī)設(shè)計(jì)的泵的軸承箱和機(jī)封腔之間存在孔洞，存在手伸進(jìn)去或異物掉入的風(fēng)險(xiǎn)，而圖5(b)所示的防護(hù)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(hù)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(yàn)用水的氯離子含量要求。奧氏體不銹鋼的泵進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)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(yīng)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(yàn)點(diǎn)的要求，從第11版的6個點(diǎn)增加到第12版的9個點(diǎn)。新增的3個試驗(yàn)點(diǎn)分別為最小連續(xù)穩(wěn)定流量點(diǎn)與優(yōu)先工作區(qū)最小流量點(diǎn)之間的中間點(diǎn)、優(yōu)先工作區(qū)最小流量點(diǎn)和優(yōu)先工作區(qū)最大流量點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 API 610第12版中要求的性能試驗(yàn)點(diǎn)

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(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)會導(dǎo)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(jì)算出能量密度PD，如果計(jì)算的能量密度PD大于13 MW/m3，則不建議在泵的關(guān)閉點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

(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(jìn)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(jī)推力軸承作為泵軸向力承受單元的泵，其驅(qū)動機(jī)支撐材質(zhì)應(yīng)為鋼。

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

28) API 610第12版新增要求，對于采用機(jī)械密封和整體止推軸承的立式泵，聯(lián)軸器的配置應(yīng)有足夠的長度允許更換密封組件而不需要移除驅(qū)動機(jī)。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(jī)軸之間，機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械密封。另外，在選擇使用哪種方案時(shí)，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)泵底座，使標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(bǔ)”修改為 “特殊用途離心泵”，其中詳細(xì)描述了特殊用途離心泵的定義、選擇、設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)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(jìn)行了詳細(xì)的描述與解讀。API 610第12版中的很多修改均是在工程實(shí)踐中積累而來的，能夠更好地適應(yīng)工程實(shí)際，但同時(shí)，也有些強(qiáng)制性要求尚未在工程實(shí)際中應(yīng)用，未來還需要各方人員在細(xì)致研讀的基礎(chǔ)上逐步適應(yīng)。