Welche Prozesspumpe soll ich verwenden, ANSI oder API?

In den letzten Monaten habe ich im Rahmen meiner Ausbildung eine Reihe von Anlagen besucht, die sowohl API- als auch ANSI-Pumpen verwenden. Dabei wurde deutlich, dass in einigen Fällen eine gewisse Verwirrung über die Unterschiede zwischen diesen beiden Arten von Prozesspumpen zu herrschen schien. Dies führte dazu, dass die Benutzer die billigere ANSI-Pumpe kauften, obwohl sie eigentlich eine API-Pumpe benötigten.

So lassen Sie uns praktisch werden. Was ist der Unterschied?

Die ANSI-Pumpe

Die ANSI-Pumpe wird nach den Maßstäben des American National Standards Institute konstruiert und gebaut. Im Laufe der Jahre hat sich die ANSI-Pumpe zur bevorzugten Bauart für endsaugende Pumpen entwickelt, nicht nur für chemische Prozessanwendungen, sondern auch für Wasser und andere weniger aggressive Anwendungen. Die Norm ermöglicht die Austauschbarkeit der Abmessungen von Pumpen verschiedener Hersteller.

Die API-Pumpe

Die API-Pumpe hingegen erfüllt die Anforderungen der Norm 610 des American Petroleum Institute für allgemeine Raffinerieanwendungen. Diese Bauart ist fast die einzige Wahl für Anwendungen in der Ölraffinerie-Industrie, wo sie für höhere Temperaturen und Drücke aggressiverer Art geeignet ist, wie sie in Raffinerien üblich sind.

Die Service-Betrachtungen

Sowohl in der chemischen als auch in der petrochemischen Industrie müssen bei vielen der gepumpten Flüssigkeiten mehr als nur Umweltschäden, Pumpeneffizienz und Zuverlässigkeit berücksichtigt werden. Es muss auch der Aspekt der persönlichen Sicherheit berücksichtigt werden. Bei der Wahl zwischen einer ANSI-Pumpe und einer API-Pumpe müssen daher die spezifischen Flüssigkeitseigenschaften sowie die Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.

Einer der Hauptunterschiede zwischen diesen beiden Pumpen ist vor allem auf die unterschiedlichen Nennwerte der Gehäuse zurückzuführen, die wie folgt lauten:

ANSI Pump Rating = 300-psig bei 300-deg F

API Pump Rating = 750-psig bei 500-deg F

In Anbetracht dieser Zahlen, ist es offensichtlich, dass die API-Pumpen für höhere Drücke und Temperaturen in Betracht gezogen werden sollten als die leichtere ANSI-Pumpe.

Gehäusekonstruktionen

Beide Ausführungen sind einstufig und haben ein radial geteiltes Gehäuse, das zur Erleichterung der Wartung nach hinten herausgezogen werden kann.

Die meisten ANSI-Pumpen und einige API-Pumpen haben in den inneren Kanälen des Gehäuses eine einzelne Spirale. Wie in Abbildung 1 dargestellt, vergrößert sich die Fläche des Spiralgehäuses proportional zur Förderleistung des Laufrads, so dass am Umfang des Laufrads eine konstante Geschwindigkeit entsteht. Diese Geschwindigkeitsenergie wird dann in Druckenergie umgewandelt, wenn die Flüssigkeit in die Druckdüse eintritt.

Abbildung 1. Gehäuse mit einer Spirale

Die besondere Form der Spirale führt auch zu einer ungleichmäßigen Druckverteilung um das Laufrad herum, was wiederum zu einem Ungleichgewicht der Schubkräfte um das Laufrad herum und im rechten Winkel zur Welle führt. Diese Belastung muss von der Welle und den Lagern aufgenommen werden, und in den letzten Jahren ist viel über dieses Problem diskutiert worden.

Diese Belastung ist am größten, wenn die Pumpe im abgeschalteten Zustand betrieben wird, und nimmt allmählich ab, wenn sich der Förderstrom dem B.E.P. nähert. Wenn die Pumpe über den B.E.P. hinaus betrieben wird, nimmt die Belastung wieder zu, allerdings in der entgegengesetzten Richtung auf derselben Ebene. Die Untersuchung der sich daraus ergebenden Wellendurchbiegungsprobleme hat ergeben, dass die radiale Ebene, auf der die unausgeglichene Last wirkt, etwa 60 Grad gegen den Uhrzeigersinn vom Wasserschnitt der Spirale entfernt ist.

Abbildung 2. Gehäuse mit Doppelspirale

Die meisten größeren API-Pumpen werden mit einer Doppelspirale hergestellt, um diese Belastungen bei Geräten mit hohem Förderstrom und großer Förderhöhe zu verringern. Dies wird dadurch erreicht, dass die gegensätzlichen Unwuchtlasten von jeder Spirale ausgeglichen werden. Der Preis dafür ist zwar eine geringfügige Verringerung des Wirkungsgrads, doch wird dies als geringer Preis für die daraus resultierende höhere Zuverlässigkeit angesehen.

Ein weiteres Gehäusemerkmal, das bei vielen API-Pumpen zu finden ist, ist die Anordnung von Ansaug- und Druckstutzen an der Oberseite des Gehäuses, wobei sich der Ansaugstutzen an der Oberseite des Gehäuses neben dem Druckstutzen befindet und nicht an dessen Ende. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass bei den meisten dieser Pumpen der erforderliche NPSH-Wert in der Regel höher ist als bei der Endansaugung, um die Reibungsverluste auf dem gewundenen Weg vom Saugflansch zum Auge des Laufrads auszugleichen.

Anordnung des hinteren Deckels

Einer der Hauptunterschiede zwischen ANSI- und API-Pumpengehäusen liegt in der Art und Weise, wie der hintere Deckel am Gehäuse befestigt ist.

Abbildung 3. Typische ANSI-Pumpe mit freundlicher Genehmigung der Flowserve Corporation

Bei der in Abbildung 3 gezeigten ANSI-Konstruktion werden der hintere Deckel und die Dichtung durch den Lagerrahmenadapter, der meist aus Gusseisen geliefert wird, am Pumpengehäuse gehalten. Dadurch entsteht in der Regel ein Spalt zwischen den Gegenflächen des Rahmenadapters und des Pumpengehäuses, der ein ungleichmäßiges Anziehen der Schrauben ermöglichen kann. Dies kann zu einem Bruch des Adapters führen, wenn der Druck im Gehäuse durch das Prozesssystem höher als normal ist.

Abbildung 4. Typische API-Pumpe mit freundlicher Genehmigung der Flowserve Corporation

Bei der API-Konstruktion in Abbildung 4 wird der hintere Deckel direkt mit dem Gehäuse verschraubt, wobei eine begrenzte, kontrollierte Kompressionsdichtung mit Metall-Metall-Passungen verwendet wird. Der Adapter ist unabhängig von der hinteren Abdeckung verschraubt und spielt keine Rolle bei der Druckbegrenzung des Pumpengehäuses.

Montagefüße

Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden Pumpenarten ist die Konfiguration der Montagefüße. Alle ANSI-Pumpengehäuse sind auf Füßen montiert, die von der Unterseite des Gehäuses abstehen und mit der Grundplatte verschraubt sind. Wenn diese Pumpen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, dehnt sich das Gehäuse von den Montagefüßen nach oben aus und verursacht starke thermische Spannungen im Gehäuse, die sich negativ auf die Zuverlässigkeit der Pumpe auswirken. Der Betrieb bei niedrigeren Temperaturen wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Auf der anderen Seite werden API-Pumpen auf der horizontalen Mittellinie des Gehäuses auf Füßen montiert, die auf beiden Seiten des Gehäuses herausragen und mit Sockeln verschraubt sind, die Teil der Grundplatte sind. Diese Anordnung bietet der API-Pumpe den Vorteil, dass sie auch bei höheren Temperaturen arbeiten kann. Wenn die Pumpe auf Temperatur kommt, wird jede Ausdehnung des Metalls oberhalb und unterhalb der Mittellinie des Gehäuses stattfinden und minimale Spannungen auf das Gehäuse ausüben, was zu einer optimalen Zuverlässigkeit der Pumpe beiträgt.

Die Fähigkeit, höhere Temperaturen zu bewältigen, zeigt sich auch in den Lagergehäusen der API-Pumpen, die in der Regel viel robuster konstruiert sind und auch Kühlmäntel mit einer größeren Kühlwasserkapazität aufnehmen können.

Lassen Sie uns praktisch werden. Wenn Sie diese Faktoren während des Auswahlprozesses berücksichtigen, können Sie am Ende die richtige Pumpenkonstruktion auswählen, die ein rentables und zuverlässiges Betriebssystem bietet.

Pumpen & Systeme, September 2006