Сравнение типов насосов

Современная индустрия развиваются быстрыми темпами, поэтому необходимость в международной стандартизации очевидна. 

По мере развития промышленности усложнялись процессы производства, появлялись новые отрасли. Становилось понятно, что использовать одно и то же оборудование на кардинально разных технологических процессах невозможно. Так, например, с растущим количеством высотных домов появились новые задачи для бытовых насосов: поднимать жидкость на большие высоты и быть безопасными для использования, при этом сохраняя стоимость продукта в разумных пределах. В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях усложнились процессы переработки и добычи нефти. Это связано с ростом требований к глубине добычи и качеству выпускаемой продукции (евростандарты топлива). Внедрялись новые установки глубокой переработки нефти и получения нефтепродуктов (гидроочистка топлива, крекинг, риформинг, замедленное коксование, изомеризация и т.д.). Увеличивались температуры и давления перекачиваемых жидкостей. Кроме того, стали перекачиваться агрессивные химические жидкости (плавиковая кислота, соляная кислота, серная кислота и др.). Происходило также ужесточение экологических норм, норм безопасности и требований к нефтяным насосам и насосному оборудованию в целом. В различных странах создавались собственные стандарты. Это упрощало выбор насосов проектировщиками, позволяло понять особенности насосов, выполненных по данному стандарту, через какой промежуток времени обслуживать насос механику, отдел материального снабжения мог сравнивать равнозначные по качествам и свойствам насосы.

Совершенствование системы стандартизации, применение международных стандартов — хорошие предпосылки для создания систем обеспечения качества, способных значительно повысить конкурентоспособность продукции. Хотя международные рекомендации по стандартизации не являются обязательными для всех государств, соответствие продукции нормам международных стандартов определяет ее стоимость и конкурентоспособность на международном рынке.

Почему необходимо полагаться на один из стандартов? Стандарты предполагают качество и безопасность, а также огромные преимущества. Компании, которые их используют или участвуют в их формировании, получают выгоду от рабочего процесса, высоких стандартов качества и безопасных операционных процедур. В итоге это позволяет уменьшить финансовые затраты производителям и поставщикам, а также получить доверие заказчиков, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на прибыли. На международном уровне стандарты функционируют как общий язык, на котором общаются международные торговые партнеры. Продукты, решения и процессы становятся сопоставимыми через границы. Если ваш деловой партнер использует стандарты, его операционные процессы становятся прозрачными, и вы можете оценить, соблюдает ли он и его поставщики экологические нормы и стандарты безопасности.
Стандартизация – движущая сила инноваций. Стандарты – это инструмент технического прогресса: сертификация новых разработок может помочь устойчиво позиционировать их на рынке. Стандартизация выявляет совместимость с другими решениями и продуктами и показывает единообразные методы измерения.

Приводя конкретику к насосным агрегатам, стоит отметить, что международные стандарты имеют ключевое значение не только в области применения насосов, но и указывают особые технические требования при их проектировании, проведении испытаний, пуско-наладке и сервисном обслуживании.

Насосы по стандарту DIN 24255 (EN 733) и ISO 2858 (EN 25855)

Прежде всего следует подчеркнуть, что термины DIN и ISO несколько вводят в заблуждение. Исторически сложилось так, что оба стандарта являются результатом в основном немецких усилий по описанию линейки насосов с всасыванием по оси, предназначенных для водохозяйственных применений – DIN 24255 – и линейки насосов для более требовательных применений – DIN 24256 – в химической промышленности. В рамках работы в ЕС DIN 24255 был заменен на EN733. Точно так же DIN 24256 был заменен на ISO 2858 (ГОСТ 22247-96). EN 733 не имеет соответствующего стандарта в рамках ISO.                        

Насосы служат для подачи в стационарных условиях чистой или слегка мутной воды (pH=6...9), и других жидкостей, схожих с водой по плотности, вязкости и химической активности, содержащие твердые включения размером от 3 до 20 мм, объемная концентрация которых не превышает 3%. Применяются в системах водоснабжения, водоподготовки, кондиционирования, отопления и водяного охлаждения, а также в противопожарном оборудовании, дождевальных и ирригационных системах. Аналогично могут использоваться при перекачивании производственно-хозяйственных вод.

Непосредственные различия между насосами ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) и EN 733 могут быть перечислены как:

Целью стандартов является обеспечение пользователя насосов возможностью сменить поставщика без изменения установки. Таким образом, стандарты указывают внешние размеры и номинальную рабочую точку для каждой модели. При сравнении размеров становится очевидным, что для большинства рабочих точек, насосы, соответствующие стандарту ISO 2858 (ГОСТ 22247-96), имеют входные и выходные патрубки больших размеров, чем соответствующие модели насосов по стандарту EN 733. Следовательно, скорость на входе и выходе у насосов ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) ниже, чем у насосов EN 733. Кроме того, для насосов по стандарту ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) большее отношение энергии на выходе насоса представлено в виде статического давления, чем для соответствующих насосов по стандарту EN 733. Таким образом, можно сказать, что насосы стандарта ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) более консервативны, чем насосы стандарта EN 733. Как следствие, значение NPSH для насосов ISO 2858 может быть ниже, чем для насосов EN 733, но это не упоминается в стандартах.

Отличительной особенностью насосов по стандарту DIN 24255 является возможность изготовление корпуса и рабочего колеса методом сварки и штамповки. Немного остановимся на этом методе, чтобы разобраться каким образом, а главное - для чего он применяется.

Для начала визуально ознакомимся с корпусами и рабочими колесами насосов, получаемых рассматриваемым методом.

Как видно на иллюстрациях выше, корпус насоса (улитка) изготовлена методом штампования, а рабочее колесо методом сварки.

Если процесс изготовления корпуса интуитивно понятен – с помощью штампа определенной формы из листа металла выдавливают планируемую геометрию корпуса насоса, то с рабочими колесами немного сложнее: первоначально производят сварку лопаток с покрывным диском по всему периметру внутренней поверхности покрывного диска в месте сопряжения торцевых поверхностей лопаток с упомянутой поверхностью покрывного диска, после чего выполняют сварное соединение покрывного диска с приваренными лопатками с основным диском.

Чем же так хороши описанные выше методы? Тем, что они обладают сравнительно большой скоростью и дешевизной. Для их производства не требуется сложное литейное оборудование, нет необходимости ждать охлаждения расплава после заливки, нет необходимости поверхностного упрочнения после процесса литья.

Конечно же, насосы, изготовленные по таким методом обладают ограниченными возможностями для использования. В основном это насосы систем водоснабжения и водоотведения, с количеством содержания примесей не превышающим 3% по массе.

Во многих случаях насосы стандарта ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) имеют концы вала большего диаметра, чем насосы стандарта EN 733. Таким образом, кажется очевидным, что ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) должен иметь более прочные валы, чем EN 733, чтобы справляться с жидкостями с более высокой плотностью. Это прямо не упоминается в стандарте, что дает производителям возможность отличаться от конкурентов.

Кронштейны подшипников насосов, соответствующих стандарту ISO 2858 (ГОСТ 22247-96), длиннее, чем кронштейны подшипников стандарта EN 733. Дополнительное пространство можно использовать для увеличения расстояния между подшипниками или увеличения пространства, доступного для уплотнения вала.

Подводя итог, можно сказать, что насосы стандарта ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) предназначены для более требовательных применений, чем насосы стандарта EN 733, благодаря следующим характеристикам:

• Максимальное статическое давление в системе 16 бар

• Больше моделей насосов в ассортименте

• Более низкие скорости потока

• Более прочные валы / более жесткие валы

• Больше места для создания большого уплотнения вала

Что такое насос по стандарту ANSI?

Насосы ANSI – это горизонтальные одноступенчатые центробежные насосы с осевым всасыванием, которые имеют консольное расположение рабочего колеса. Этот стандарт включает требования для центробежных горизонтальных одноступенчатых насосов с всасыванием по оси с разгрузкой осевой силы, в том числе требования по размерной взаимозаменяемости и наличию определенных конструкционных особенностей, упрощающих установку и техобслуживание. К стандарту ANSI предъявляются пониженные требования по сравнению со стандартом API. Из-за меньшей стоимости насосов ANSI, они широко используются в химической промышленности, нефтеперерабатывающих заводах, промышленных и горнодобывающих предприятиях при относительно низких показателях температуры и давления. Основным преимуществом насосов ANSI является их взаимозаменяемость. Аналогом стандарта ANSI является ГОСТ 22247-96. Стандарт ANSI – это американский стандарт, который во многом схож с требованиями стандарта ISO 2858, но одним из важнейших отличий является система измерений. Если в ISO 2858 (ГОСТ 22247-96) используется метрическая система измерений, что важно для замены насоса на производстве и предполагает метрические размеры насоса и фланцев, то ANSI предлагает дюймовую систему измерений. В этом и есть их основное отличие.

Что такое насос по API 610?

Насос API ­­– это особый тип центробежного насоса, который соответствует критериям проектирования, проверки и испытаний, установленным стандартом API 610, Американского института нефти для насосов. На нефтеперерабатывающих заводах и в нефтехимической промышленности в основном используются именно эти насосы, поскольку, благодаря своей надежной конструкции, они хорошо себя зарекомендовали при перекачке углеводородов. Традиционно, насосы по API считаются очень консервативными (с высокими требованиями к прочности) и дорогостоящими. Российским аналогом данного стандарта является ГОСТ 32601

Так чем же отличается насос по стандарту API?

Длительный срок службы и межремонтный пробег. Минимальный моторесурс нефтяного насоса по API – 20 лет. Межремонтный пробег нефтяного насоса по API 610 – 3 года. Это очень хороший показатель, он критически важен при коротких ремонтных остановках установок на НПЗ. Интересным фактом является, то что в США на НПЗ в большинстве случаев нет резервных насосов, а если и есть, то в качестве резерва на складе. Такой подход возможен благодаря высокой надежности насосов по API 610. Применение насосов по API (ГОСТ 32601) позволяет снизить сервисные затраты в разы.

Основным отличием является специальная конструкция корпуса насоса. В первую очередь, это относится к прочности корпуса. Корпус рассчитан на двукратное превышение давления внутри насоса. Допустимое давление корпуса составляет 4 Мпа и более. Также особое внимание уделено толщине стенок корпуса, благодаря чему допустимый коррозионный износ – до 5 мм за срок службы насоса, что позволяет быть уверенным в надежности насоса даже при перекачивании жидкостей с высокой коррозийной активностью и абразивными включениями.

Самое большое внимание уделено надежности корпуса насоса при температурных расширениях, особенно при перекачивании горячих продуктов (до 470’С), при установке насосов под навесом на улице в условиях Сибири, Крайнего Севера и степей Казахстана, где уличная температура может достигать -60°С, а перепады дневных и ночных температур могут достигать 20°.

Фланцы насоса по API 610 (ГОСТ 32601) рассчитаны на повышенные нагрузки. В нефтяных насосах по API 610 (ГОСТ 32601) допустима двойная нагрузка на фланцы по сравнению со стандартными требованиями для данного корпуса. Это важно, так как температурное расширение вызвать деформации корпуса и вала, и создать повышенные нагрузки на фланцы.

Рабочее колесо нефтяного насоса обязательно цельное, литое, благодаря чему увеличивается срок службы рабочего колеса и насоса в целом. Сварные конструкции недопустимы.

Вал нефтяного насоса по стандарту API значительно толще и прочнее, чем у стандартного нефтяного насоса. Биение вала не превышает 0,025 мм. Максимальный прогиб в точке касания поверхностей трения уплотнений – 0,05 мм. Такие строгие требования к валу насоса увеличивают срок службы торцового уплотнения. Также на срок службы подшипников и торцовых уплотнений влияет жесткость вала.

Низкий уровень вибрации насоса. Максимально допустимый уровень вибрации насоса – 3,0 мм/с. Такой низкий уровень вибрации достигается благодаря балансировке рабочего колеса, центровке вала и общей сбалансированной конструкции. Это дает возможность увеличить срок службы насоса и снизить сервисные затраты.

Длительный ресурс работы подшипников. Как правило, ресурс работы подшипников для насоса по стандарту API 610 (ГОСТ 32601) – 25000 часов. Корпус подшипникового узла может быть выполнен из углеродистой или нержавеющей стали, что гарантирует его надежность при перепадах температур и высоких нагрузках. Все это увеличивает надежность системы и снижает сервисные затраты. Стандарт API 610 (ГОСТ 32601) требует высококачественного уплотнения корпуса подшипников. Обязательно применение либо искробезопасного лабиринтного, либо магнитного уплотнения.

Фундаментная плита насоса не должна иметь изгибов, это должна быть жесткая металлическая конструкция. Также из-за перекачивания экологически опасных жидкостей плита должна иметь канавки для стока утечки или поддон для сбора жидкости. Утечки должны быть собраны в пределах плиты-основания. Монтажные прокладки должны иметь одинаковую плоскостность – 0,150 мм/м. Должна быть регулировочная подкладка под приводом. Все компоненты насосного агрегата и фланцы должны располагаться «над» плитой-основанием. Бак с промывочной жидкостью может устанавливаться консольно.

Все элементы корпуса, работающие под давлением, должны подвергаться гидравлическим испытаниям под давлением, как минимум в 1,5 раза превышающим номинальное рабочее давление. Строится гидравлическая кривая насоса, которая выдается заказчику вместе с другими протоколами испытаний. Подобные стенды для испытаний нефтяных насосов по стандарту API 610 (ГОСТ 32601) есть у ограниченного числа компаний-производителей насосов.

В таблице ниже можно наглядно сравнить характеристики насосов по стандарту API 610 (ГОСТ 32601)

Заключение

Соответствие международному стандарту качества – своеобразный критерий при выборе насосного агрегата. От этого зависит продолжительность и качество службы насоса. Ниже представлены ключевые отличия насосов, изготавливаемых по рассмотренным в данной статье стандартам.