Které procesní čerpadlo mám použít, ANSI nebo API?

V posledních několika měsících mě můj plán školení zavedl do několika různých závodů, které používají jak čerpadla API, tak čerpadla ANSI. Ukázalo se, že v několika případech se zdá, že existují určité nejasnosti ohledně rozdílů mezi těmito dvěma typy procesních čerpadel. To způsobovalo, že uživatelé kupovali levnější čerpadlo ANSI, i když ve skutečnosti služba skutečně potřebovala čerpadlo API.

Přejděme tedy k praxi. V čem je rozdíl?

Čerpadlo ANSI

Čerpadlo ANSI je navrženo a vyrobeno podle rozměrových norem Amerického národního normalizačního institutu. V průběhu let se čerpadlo ANSI stalo preferovaným stylem čerpadel s koncovým sáním, a to nejen pro aplikace v chemických procesech, ale také pro vodu a další méně agresivní služby. Norma zajišťuje rozměrovou zaměnitelnost čerpadel od jednoho výrobce k druhému.

Čerpadlo API

Na druhé straně čerpadlo API splňuje požadavky normy American Petroleum Institute Standard 610 for General Refinery Service. Tento styl je téměř výhradní volbou pro aplikace v ropném rafinérském průmyslu, kde zvládá aplikace s vyšší teplotou a tlakem agresivnějšího charakteru, které jsou v rafinériích běžné.

Úvahy o provozu

V chemickém i petrochemickém průmyslu vyžaduje mnoho čerpaných kapalin více ohledů než jen poškození životního prostředí a účinnost a spolehlivost čerpání. Je třeba vzít v úvahu hledisko osobní bezpečnosti. Proto je třeba při výběru mezi čerpadlem ANSI a čerpadlem API zohlednit specifické vlastnosti kapaliny i provozní podmínky.

Jeden z hlavních rozdílů mezi těmito volbami je převážně důsledkem rozdílů v konstrukčních hodnotách pláště, které jsou následující:

Jmenovitá hodnota čerpadla ANSI = 300-psig při 300 stupních F

Jmenovitá hodnota čerpadla API = 750-psig při 500 stupních F

S ohledem na tyto údaje, je zřejmé, že čerpadla API by měla být zvažována pro vyšší tlakové a teplotní služby než čerpadla ANSI s nižším zatížením.

Konstrukce skříně

Obě provedení mají jednostupňovou konstrukci s radiálně dělenou skříní, která umožňuje uspořádání pro zpětné vytažení pro snadnější údržbu.

Většina čerpadel ANSI a některá čerpadla API používají ve vnitřních průchodech skříně konstrukci s jednou spirálou. To je zřejmé zejména u menších velikostí, které zahrnují nízké průtoky a nižší specifické rychlosti oběžného kola.

Jak je znázorněno na obrázku 1, plocha spirály se zvětšuje rychlostí, která je úměrná rychlosti výtoku z oběžného kola, čímž vzniká konstantní rychlost na obvodu oběžného kola. Tato rychlostní energie se pak mění na tlakovou energii v době, kdy kapalina vstupuje do výtlačné trysky.

Obrázek 1. Případ s jednou spirálou

Specifický tvar spirály rovněž způsobuje nerovnoměrné rozložení tlaku kolem oběžného kola, což následně vede k nerovnoměrnému rozložení tlakových zatížení kolem oběžného kola a v pravém úhlu k hřídeli. Toto zatížení musí hřídel a ložiska vyrovnat a o tomto problému se v posledních letech hodně diskutovalo.

Toto zatížení je maximální, když čerpadlo běží v uzavřeném stavu, a postupně klesá, jak se průtok blíží k B.E.P. Pokud čerpadlo pracuje za B.E.P., zatížení opět roste, ale v opačném směru ve stejné rovině. Zkoumání výsledných problémů s průhybem hřídele ukázalo, že radiální rovina, na kterou působí nevyvážené zatížení, je přibližně 60 stupňů proti směru hodinových ručiček od řezu vody ve spirále.

Obrázek 2. Skříň s dvojitou spirálou

Většina větších čerpadel API se vyrábí s dvojitou spirálou, aby se snížilo toto zatížení u jednotek s velkým průtokem a velkou výtlakem. Toho se dosahuje vyrovnáváním protichůdných nerovnovážných zatížení z každé spirály. I když je to spojeno s mírným snížením účinnosti, je to považováno za malou cenu za následnou zvýšenou spolehlivost.

Dalším prvkem skříně, který se vyskytuje u mnoha čerpadel API, je uspořádání horní sání/horní výtlak, kdy je sací tryska umístěna v horní části skříně v sousedství výtlačné trysky, nikoli na jejím konci. Nevýhodou této konstrukce je, že u většiny těchto čerpadel je požadovaná NPSH obvykle vyšší než u uspořádání sání na konci, aby se vyrovnaly ztráty třením na klikaté cestě od sací příruby k oku oběžného kola.

Uspořádání zadního krytu

Jeden z hlavních rozdílů mezi tělesy čerpadel ANSI a API spočívá ve způsobu upevnění zadního krytu k tělesu.

Obrázek 3: Uspořádání zadního krytu čerpadla. Typické čerpadlo ANSI S laskavým svolením společnosti Flowserve Corporation

V provedení ANSI znázorněném na obrázku 3 je zadní kryt a těsnění přichyceno k tělesu čerpadla pomocí adaptéru rámu ložiska, který se nejčastěji dodává z litiny. To má obvykle za následek mezeru mezi styčnými plochami adaptéru rámu a tělesa čerpadla, která může umožnit nerovnoměrné utahování šroubů. To může způsobit prasknutí adaptéru v případě vyššího než obvyklého natlakování skříně procesním systémem.

Obrázek 4. Typické čerpadlo API S laskavým svolením společnosti Flowserve Corporation

Konstrukce API na obrázku 4 přišroubuje zadní kryt přímo k plášti a používá uzavřené, řízené tlakové těsnění s uložením kov na kov. Adaptér je přišroubován nezávisle na zadním krytu a nehraje roli v tlakové hranici tělesa čerpadla.

Montážní patky

Dalším rozdílem mezi oběma typy čerpadel je konfigurace montážních patek. Všechny skříně čerpadel ANSI jsou namontovány na patkách vyčnívajících ze spodní strany skříně a přišroubovaných k základní desce. Pokud jsou tato čerpadla používána při vysokých teplotách, těleso se od montážních patek rozšiřuje směrem nahoru a způsobuje silné tepelné namáhání tělesa, které má nepříznivý vliv na spolehlivost čerpadla. Provoz při nižších teplotách tato vlastnost neovlivní.

Na druhé straně jsou čerpadla API namontována ve vodorovné ose tělesa na patkách vyčnívajících z každé strany tělesa a přišroubovaných k podstavcům, které jsou součástí základní desky. Toto uspořádání poskytuje čerpadlům API tu výhodu, že mohou pracovat s čerpáním při zvýšených teplotách. Jakmile se čerpadlo v takových případech dostane na teplotu, jakákoli roztažnost kovu bude nad a pod osou skříně a bude působit na skříň minimálním napětím, což přispěje k optimální spolehlivosti čerpadla.

Schopnost zvládnout provoz při vyšších teplotách se projevuje také v ložiskových skříních čerpadel API, které mají obvykle mnohem robustnější konstrukci a jsou také vybaveny chladicími plášti s větším objemem chladicí vody.

Přejděme k praxi. Budete-li mít tyto faktory při výběru na paměti, můžete skončit u správné konstrukce čerpadla, která byla správně vybrána tak, aby poskytovala ziskový a spolehlivý provozní systém.

Čerpadla &Systémy, září 2006