Авторизация
В статье Саймона Брэдшоу, директора по инженерным технологиям Trillium Flow Technologies, рассматривается актуальная проблема — рост требований к допустимым силам и моментам, действующим на патрубки насосов. Автор отмечает, что в последнее десятилетие проектировщики систем всё чаще требуют, чтобы насосы выдерживали нагрузки в 3–4 раза выше значений, приведённых в таблице 5 API 610, а иногда даже до 10 раз.
Брэдшоу объясняет, что такие требования ошибочны: насосы не должны служить в качестве якорной точки трубопровода, поскольку это приводит к деформациям корпуса, несоосности валов, преждевременному износу подшипников и уплотнений.
Автор подробно рассматривает требования API 610 (пп. 6.3.3 и 7.4.23), указывая, что нормы «двойных нагрузок» относятся только к расчёту прочности корпуса насоса, а не к эксплуатационным допускаемым нагрузкам на патрубки.
Он подчёркивает, что уменьшение капитальных затрат за счёт жёсткой фиксации трубопроводов на насосе неизбежно приводит к росту эксплуатационных расходов и снижению MTBF (среднего времени наработки между отказами). Брэдшоу призывает проектировщиков придерживаться пределов нагрузок, указанных в API 610 Table 5, чтобы обеспечить надёжность и долговечность насосного оборудования.
Саймон Брэдшоу
Глобальный директор по инженерным технологиям компании Trillium Flow Technologies
10 декабря 2024 г.
Признаюсь, я часто провожу ночные часы за беспорядочным просмотром Интернета, углубляясь в интересные темы. Однажды я наткнулся на один из своих любимых YouTube-каналов — Pilot Debrief, посвящённый анализу авиационных происшествий. Авторы канала системно разбирают причины аварий, и в большинстве случаев упоминается феномен, называемый «нормализацией риска» — это ситуация, когда человек многократно выполняет опасное действие без негативных последствий и со временем начинает воспринимать его как безопасное.
В инженерной деятельности проявления «нормализации риска» встречаются не реже, особенно при проектировании оборудования.
Эта тема возникла в ходе обсуждения на заседании рабочей группы по подготовке 13-го издания API 610. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция, когда проектировщики технологических установок требуют, чтобы насосы выдерживали всё более высокие внешние силы и изгибающие моменты от трубопроводов. Это упрощает компоновку трубопроводной системы, фактически превращая насос в опорную (якорную) точку трубопровода.
Ещё 10–15 лет назад производители насосов получали запросы на допустимые нагрузки, превышающие значения таблицы 5 API 610 вдвое. Сейчас обычной практикой стали требования на уровне 3×–4×, а в отдельных случаях — даже 10× от установленных норм.
Согласно п. 6.3.3 а) стандарта API 610,
Корпус насоса должен быть рассчитан на работу без утечек и без внутреннего контакта между вращающимися и неподвижными элементами при одновременном воздействии максимально допустимого рабочего давления, максимальной рабочей температуры и наихудшей комбинации удвоенных нагрузок на патрубки, указанных в таблице 5.
Важно отметить, что этот пункт не разрешает проектировщикам трубопроводов прикладывать удвоенные нагрузки. Он относится исключительно к прочностной проверке корпуса насоса и обеспечивает запас прочности конструкции.
Примечание к разделу 6.3.3 прямо указывает, что допустимые нагрузки для проектировщиков — это значения таблицы 5, в которых уже учтены влияние жёсткости корпуса и оснований.
Избыточные силы и моменты, приложенные к патрубкам, могут привести к следующим последствиям:
В одном из предыдущих выпусков Pumping Corner был рассмотрен случай, когда корпус насоса типа BB2, эксплуатировавшегося в режиме вакуума, получил необратимые деформации вследствие превышения допустимых трубопроводных нагрузок и был выведен из эксплуатации.
Согласно п. 7.4.23 API 610:
Для минимизации несоосности валов насоса и привода вследствие нагрузок на патрубки насос и его фундаментная плита должны обладать достаточной жёсткостью, чтобы ограничить смещение конца вала или сопряжения муфты в пределах значений, указанных в таблице 13.
Таблица 13 ссылается на изгибающие моменты MYc и MZc из таблицы 5.
Назначение требования — предотвращение чрезмерного прогиба корпуса и плиты, который вызывает несоосность муфты. Последствия превышения допустимого прогиба:
|
Условие нагружения |
Фундаментная плита, предназначенная для цементирования<br>Смещение вала насоса, дюйм (мкм) |
Фундаментная плита, не предназначенная для цементирования<br>Смещение вала насоса, дюйм (мкм) |
Направление |
|
M<sub>Yc</sub> |
0.007 (175) |
0.005 (125) |
+Z |
|
M<sub>Zc</sub> |
0.003 (75) |
0.002 (50) |
−Y |
Примечание:
M<sub>Yc</sub> и M<sub>Zc</sub> равны сумме допустимых моментов на всасывающем и нагнетательном патрубках из таблицы 5:
MYc=(MY)всасывание+(MY)нагнетаниеM_{Yc} = (M_Y)_{всасывание} + (M_Y)_{нагнетание}MYc=(MY)всасывание+(MY)нагнетание MZc=(MZ)всасывание+(MZ)нагнетаниеM_{Zc} = (M_Z)_{всасывание} + (M_Z)_{нагнетание}MZc=(MZ)всасывание+(MZ)нагнетание
Пояснение терминов:
Таким образом, при проведении испытаний на жёсткость допускаемое смещение конца вала насоса не должно превышать указанных значений в зависимости от типа фундамента и направления нагрузки.
Основная причина — снижение капитальных затрат: уменьшение габаритов фундамента, сокращение трубопроводов и числа опор. В морских установках (например, FPSO) добавляются динамические нагрузки от качки, перемещения корпуса судна и аварийных воздействий.
Однако использование насоса как опоры трубопровода неизбежно влечёт механические деформации корпуса. Насос — это высокоточный механизм с внутренними зазорами порядка 0,1 мм. Даже минимальные смещения вызывают перекос торцевого уплотнения и сокращение срока его службы. Крутильные и изгибные деформации корпуса увеличивают нагрузки на подшипники и снижают расчётную долговечность (L10-жизнь).
Так как подшипники и уплотнения являются наиболее уязвимыми элементами насоса, любое воздействие, снижающее их ресурс, требует особого внимания.
Для обеспечения надёжной и длительной работы насосов рекомендуется проектировать трубопроводные системы так, чтобы нагрузки на патрубки соответствовали значениям таблицы 5 API 610. Это повысит среднюю наработку на отказ, снизит эксплуатационные расходы и обеспечит соблюдение норм безопасности, установленных стандартами.
Также интересны некоторые комментарии к статье:
Ashish Thapliyal
Инженер по вращающемуся оборудованию и пакетным установкам
10 мес. назад
Самое время, чтобы кто-то это озвучил!
Похоже, жажда превышать допустимые нагрузки на патрубки, установленные API, просто неутолима.
Могу подтвердить из собственного опыта — наша группа расчёта на прочность как-то настаивала не на десятикратных, а на четырнадцатикратных нагрузках по API 610. Это был настоящий кошмар!
Aymeric Housez
Инженер по вращающемуся оборудованию
10 мес. назад
Полностью согласен со статьёй.
То, что на первый взгляд может показаться прогрессом, на деле противоречит принципам корректного проектирования и монтажа машин.
Mansour Razzaghi, C.E.T., P. Eng. (Alberta)
Ведущий инженер-механик по оборудованию нефтегазовой и энергетической отраслей
10 мес. назад
Скажу прямо: не каждый, кто умеет работать в программе Caesar II, является компетентным инженером по расчёту напряжений — и в этом уже кроется проблема.
А кроме того, в API предельные нагрузки на патрубки и таблицы одинаковы независимо от того, какой установлен фланец — класс 300 или 2500, что тоже является серьёзным недостатком стандарта.
Авторизация