Quale pompa di processo dovrei usare, ANSI o API?
Negli ultimi mesi, il mio programma di formazione mi ha portato in diversi impianti che usano sia pompe API che ANSI. È diventato evidente che, in alcuni casi, sembrava esserci una certa confusione riguardo alle differenze tra questi due stili di pompe di processo. Questo induceva gli utenti ad acquistare la pompa ANSI meno costosa quando, in realtà, il servizio aveva davvero bisogno di una pompa API.
Perciò andiamo sul pratico. Qual è la differenza?
La pompa ANSI
La pompa ANSI è progettata e costruita secondo gli standard dimensionali dell’American National Standards Institute. Nel corso degli anni, la pompa ANSI è diventata lo stile preferito di pompe ad aspirazione finale, non solo per applicazioni di processo chimico, ma anche per acqua e altri servizi meno aggressivi. Lo standard prevede l’intercambiabilità dimensionale delle pompe da un produttore all’altro.
La pompa API
D’altra parte, la pompa API soddisfa i requisiti dell’American Petroleum Institute Standard 610 per servizio generale di raffineria. Questo stile è quasi la scelta esclusiva per le applicazioni nell’industria della raffineria di petrolio, dove gestisce applicazioni a temperature e pressioni più elevate e di natura più aggressiva che sono comuni nelle raffinerie.
Le considerazioni di servizio
In entrambe le industrie chimiche e petrolchimiche, molti dei liquidi pompati richiedono più considerazione del semplice danno ambientale e dell’efficienza e affidabilità di pompaggio. È necessario considerare l’aspetto della sicurezza personale. Pertanto, la scelta tra la pompa ANSI e la pompa API deve prendere in considerazione le proprietà specifiche del fluido e le condizioni operative.
Una delle principali differenze tra queste scelte è principalmente il risultato delle differenze nei valori nominali del rivestimento che sono i seguenti:
ANSI Pump Rating = 300-psig a 300-deg F
API Pump Rating = 750-psig a 500-deg F
In considerazione di queste cifre, è evidente che le pompe API dovrebbero essere prese in considerazione per servizi a pressione e temperatura più elevate rispetto alle pompe ANSI, più leggere.
Design del corpo
Entrambi gli stili sono a stadio singolo con un corpo diviso radialmente per ospitare un sistema di estrazione posteriore per facilitare la manutenzione.
La maggior parte delle pompe ANSI, e alcune pompe API, utilizzano un design a voluta singola nei passaggi interni del corpo. Questo è particolarmente evidente nelle dimensioni più piccole che comportano basse portate e velocità specifiche inferiori della girante.
Come mostrato nella Figura 1, l’area della voluta aumenta ad un tasso che è proporzionale al tasso di scarico dalla girante, producendo così una velocità costante alla periferia della girante. Questa energia di velocità viene poi trasformata in energia di pressione nel momento in cui il fluido entra nell’ugello di scarico.
Figura 1. La forma particolare della voluta produce anche una distribuzione non uniforme della pressione intorno alla girante che, a sua volta, risulta in uno squilibrio dei carichi di spinta intorno alla girante e perpendicolarmente all’albero. Questo carico deve essere accolto dall’albero e dai cuscinetti, e molto è stato discusso su questo problema negli ultimi anni.
Questo carico è al suo massimo quando la pompa viene fatta funzionare in condizione di spegnimento, e diminuisce gradualmente quando la portata si avvicina al B.E.P. Se la pompa funziona oltre il B.E.P., il carico aumenta ancora, ma nella direzione opposta sullo stesso piano. L’esame dei problemi di deflessione dell’albero risultante ha indicato che il piano radiale su cui agisce il carico sbilanciato è di circa 60 gradi in senso antiorario dal taglio dell’acqua della voluta.
Figura 2. Caso a doppia voluta
La maggior parte delle pompe API più grandi sono prodotte con un design a doppia voluta per ridurre questi carichi su unità ad alta portata e alta prevalenza. Questo si ottiene bilanciando i carichi opposti di sbilanciamento di ogni voluta. Mentre il costo di questo è una leggera riduzione dell’efficienza, è considerato un piccolo prezzo da pagare per la maggiore affidabilità che ne deriva.
Un’altra caratteristica del corpo trovata in molte pompe API è la disposizione di aspirazione superiore/scarico superiore, dove l’ugello di aspirazione si trova nella parte superiore del corpo adiacente all’ugello di scarico, piuttosto che all’estremità. Lo svantaggio di questo design è che, per la maggior parte di queste pompe, l’NPSH richiesto è di solito maggiore che nella disposizione di aspirazione finale, al fine di ospitare le perdite di attrito nel percorso tortuoso dalla flangia di aspirazione all’occhio della girante.
Disposizione del coperchio posteriore
Una delle maggiori differenze tra i corpi pompa ANSI e API è il modo in cui il coperchio posteriore è fissato al corpo.
Figura 3. Tipica pompa ANSI Per gentile concessione di Flowserve Corporation
Nel design ANSI mostrato nella Figura 3, il coperchio posteriore e la guarnizione sono tenuti contro il corpo della pompa dall’adattatore del telaio del cuscinetto, che è più spesso fornito in ghisa. Questo di solito si traduce in uno spazio tra le facce di accoppiamento dell’adattatore del telaio e l’alloggiamento della pompa che ha il potenziale di permettere un serraggio non uniforme dei bulloni. Questo può causare la rottura dell’adattatore nel caso di una pressurizzazione superiore al normale dell’involucro da parte del sistema di processo.
Figura 4. Tipica pompa API per gentile concessione di Flowserve Corporation
Il design API in Figura 4 imbullona il coperchio posteriore direttamente all’involucro e utilizza una guarnizione a compressione limitata e controllata con accoppiamenti metallo-metallo. L’adattatore è avvitato indipendentemente al coperchio posteriore e non gioca un ruolo nel limite di pressione dell’involucro della pompa.
Piedi di montaggio
Un’altra differenza tra i due stili di pompa è la configurazione dei piedi di montaggio. Tutti gli involucri delle pompe ANSI sono montati su piedi che sporgono dalla parte inferiore dell’involucro e imbullonati alla piastra di base. Se queste pompe vengono utilizzate in applicazioni ad alta temperatura, il corpo si espanderà verso l’alto dai piedi di montaggio e causerà forti sollecitazioni termiche nel corpo che influenzeranno negativamente l’affidabilità della pompa. Il funzionamento a temperature più basse non sarà influenzato da questa caratteristica.
D’altra parte, le pompe API sono montate sulla linea centrale orizzontale dell’involucro su piedi che sporgono da ogni lato dell’involucro e imbullonati a piedistalli che fanno parte della piastra di base. Questa disposizione fornisce alla pompa API il vantaggio di poter funzionare con pompaggio a temperature elevate. Quando la pompa arriva a temperatura in questi casi, qualsiasi espansione del metallo sarà sopra e sotto la linea centrale dell’involucro ed eserciterà una quantità minima di stress all’involucro, contribuendo così all’affidabilità ottimale della pompa.
La capacità di gestire servizi a temperature più elevate è evidente anche negli alloggiamenti dei cuscinetti delle pompe API, che tendono ad essere molto più robusti nel design e ospitano anche camicie di raffreddamento con una maggiore capacità di acqua di raffreddamento.
Andiamo sul pratico. Tenendo a mente questi fattori durante il processo di selezione, è possibile finire con il corretto design della pompa che è stato adeguatamente selezionato per fornire un sistema operativo redditizio e affidabile.
Pompe & Sistemi, settembre 2006