Welke procespomp moet ik gebruiken, ANSI of API?

De afgelopen maanden heb ik in het kader van mijn opleiding een aantal fabrieken bezocht die zowel API-pompen als ANSI-pompen gebruiken. Het werd duidelijk dat er in een aantal gevallen verwarring leek te bestaan over de verschillen tussen deze twee procespompstijlen. Hierdoor kochten gebruikers de goedkopere ANSI-pomp, terwijl ze eigenlijk een API-pomp nodig hadden.

Dus laten we praktisch worden. Wat is het verschil?

De ANSI-pomp

De ANSI-pomp is ontworpen en gebouwd volgens de dimensionale normen van het American National Standards Institute. In de loop der jaren is de ANSI-pomp de voorkeursstijl van eindzuigpompen geworden, niet alleen voor chemische procestoepassingen, maar ook voor water en andere minder agressieve diensten. De norm voorziet in dimensionale uitwisselbaarheid van pompen van de ene fabrikant naar de andere.

De API-pomp

Aan de andere kant voldoet de API-pomp aan de eisen van de American Petroleum Institute Standard 610 voor algemene raffinaderijdienst. Deze stijl is bijna de exclusieve keuze voor toepassingen in de olieraffinaderij-industrie, waar het hogere temperatuur en druk toepassingen van een meer agressieve aard die gebruikelijk zijn in de raffinaderijen behandelt.

De dienst overwegingen

In zowel de chemische en petrochemische industrie, veel van de vloeistoffen die worden gepompt vereisen meer overweging dan alleen schade aan het milieu en het pompen van efficiëntie en betrouwbaarheid. Er moet ook rekening worden gehouden met het aspect van de persoonlijke veiligheid. Daarom moet bij de keuze tussen de ANSI-pomp en de API-pomp rekening worden gehouden met de specifieke vloeistofeigenschappen, alsmede met de bedrijfsomstandigheden.

Een van de belangrijkste verschillen tussen deze keuzes is voornamelijk een gevolg van de verschillen in ontwerp van de behuizing, die als volgt zijn:

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

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

In het licht van deze cijfers, is het duidelijk dat de API-pompen moeten worden overwogen voor diensten met een hogere druk en temperatuur dan de lichtere ANSI-pomp.

Ontwerpen van de behuizing

Beide stijlen zijn van een eentrapsontwerp met een radiaal gespleten omhulsel om een terugtrekregeling voor gemak van onderhoud aan te passen.

De meeste ANSI pompen, en sommige API pompen, gebruiken een enkel voluutontwerp in de binnenlandse doorgangen van het omhulsel. Dit is vooral duidelijk in de kleinere maten die lage debieten en lagere specifieke snelheden van de waaier impliceren.

Zoals getoond in Figure 1, neemt de oppervlakte van de volute toe aan een tarief dat evenredig is met de snelheid van lossing uit de waaier, waarbij een constante snelheid aan de periferie van de waaier wordt veroorzaakt. Deze snelheidsenergie wordt vervolgens omgezet in drukenergie tegen de tijd dat de vloeistof de uitstroomopening binnenkomt.

Figuur 1. Single Volute Case

De bijzondere vorm van de spiraal zorgt ook voor een ongelijke drukverdeling rond de waaier, wat op zijn beurt resulteert in een onbalans van de stuwdrukbelastingen rond de waaier en haaks op de as. Deze belasting moet door de as en de lagers worden opgevangen, en over dit probleem is de laatste jaren veel gediscussieerd.

Deze belasting is maximaal wanneer de pomp in de uitgeschakelde toestand draait, en neemt geleidelijk af naarmate het debiet het B.E.P. nadert. Als de pomp voorbij het B.E.P. werkt, neemt de belasting weer toe, maar in de tegenovergestelde richting op hetzelfde vlak. Onderzoek van de resulterende asdoorbuigingsproblemen heeft uitgewezen dat het radiale vlak waarop de uit balans geraakte belasting werkt ongeveer 60° tegen de wijzers van de klok in ligt ten opzichte van het snijwater van de spiraal.

Figuur 2. Double Volute Case

De meeste van de grotere API pompen worden geproduceerd met een dubbel spiraalontwerp om deze belastingen op high flow en high head units te verminderen. Dit wordt verwezenlijkt door het in evenwicht brengen van de tegengestelde uit-evenwichtbelastingen van elk slakkenhuis. Terwijl de kosten van dit een lichte vermindering van efficiency is, wordt het beschouwd als een kleine prijs om voor de verhoogde betrouwbaarheid te betalen die voortvloeit.

Een ander omhulselkenmerk dat in vele API pompen wordt gevonden is de hoogste aanzuiging/het hoogste lossingsregeling, waar de aanzuigpijp zich bij de bovenkant van het omhulsel naast de lossingspijp, eerder dan op het eind bevindt. Het nadeel van dit ontwerp is dat voor de meeste van deze pompen de vereiste NPSH gewoonlijk groter is dan in de eindaanzuigopstelling om de wrijvingsverliezen in het kronkelige pad van de aanzuigflens naar het oog van de waaier op te vangen.

Rugdeksels

Een van de belangrijkste verschillen tussen de ANSI- en API-pompbehuizingen is de wijze waarop de rugdekking aan het pomphuis is bevestigd.

Figuur 3. Typische ANSI-pomp Met dank aan Flowserve Corporation

In het in figuur 3 getoonde ANSI-ontwerp worden het rugdeksel en de pakking tegen het pomphuis gehouden door de lagerframe-adapter, die meestal in gietijzer wordt geleverd. Dit resulteert gewoonlijk in een spleet tussen de tegenvlakken van de frame-adapter en het pomphuis, waardoor de bouten ongelijk kunnen worden aangehaald. Dit kan leiden tot een breuk van de adapter wanneer de druk in het pomphuis door het processysteem hoger wordt dan normaal.

Figuur 4. Typische API-pomp met dank aan Flowserve Corporation

Het API-ontwerp in figuur 4 schroeft de achterklep rechtstreeks op het omhulsel en gebruikt een beperkte, gecontroleerde compressiepakking met metaal-op-metaalpassingen. De adapter is onafhankelijk aan het rugdeksel vastgebout en speelt geen rol in de drukbegrenzing van het pomphuis.

Montagevoeten

Een ander verschil tussen de twee pompstijlen is de configuratie van de montagevoeten. Alle ANSI pomphuizen zijn gemonteerd op voeten die aan de onderzijde van het pomphuis uitsteken en met bouten aan de grondplaat zijn bevestigd. Wanneer deze pompen worden gebruikt voor toepassingen met hoge temperaturen, zal het pomphuis naar boven uitzetten ten opzichte van de montagevoeten en ernstige thermische spanningen in het pomphuis veroorzaken, hetgeen de betrouwbaarheid van de pomp nadelig zal beïnvloeden. Bij lagere temperaturen heeft dit geen invloed op de werking van de pomp.

API-pompen daarentegen zijn op de horizontale middellijn van het pomphuis gemonteerd op poten die aan weerszijden van het pomphuis uitsteken en zijn vastgeschroefd op voetstukken die deel uitmaken van de grondplaat. Deze opstelling biedt de API-pomp het voordeel dat hij kan werken met pompvermogen bij verhoogde temperaturen. Als de pomp in dergelijke gevallen op temperatuur komt, zal elke uitzetting van het metaal boven en onder de middellijn van het pomphuis plaatsvinden en minimale spanningen op het pomphuis uitoefenen, hetgeen bijdraagt tot de optimale betrouwbaarheid van de pomp.

Het vermogen om diensten bij hogere temperaturen aan te kunnen, blijkt ook uit de lagerhuizen van de API-pompen, die doorgaans veel robuuster van ontwerp zijn en ook koelmantels bevatten met een grotere capaciteit aan koelwater.

Laten we praktisch worden. Door deze factoren tijdens het selectieproces in gedachten te houden, kunt u eindigen met het juiste pompontwerp dat goed is geselecteerd om een rendabel en betrouwbaar werkend systeem te bieden.

Pompen & Systemen, September 2006