|
作者根據(jù)本人在石化泵一線十多年的工作及工程實踐經(jīng)驗，以第11版（等同于ISO13709第2版）為例對API610標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀，以幫助中國泵行業(yè)能更好地理解、設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)API泵，進(jìn)而打造出具有國際級品牌的產(chǎn)品。 注：本文中所涉及的條款、表及圖號均指API610第11版標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的條款、表及圖號。 第一部分以安全可靠性,壽命,可操作性,安裝及維護(hù)方面解讀了,第二部分以重點階段, 下面是第三部分: 1 離心泵常用的金屬材料 一般將工程材料（按化學(xué)成分）分為金屬材料和非金屬材料。金屬材料是最重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金。工業(yè)上將金屬材料分為黑色金屬（鋼、鑄鐵）和有色金屬（鋁及鋁合金、銅及銅合金等）兩大部分。 離心泵常用的金屬材料有： （1） 鑄鐵。鑄造及切削性能好、耐磨、消振能力強(qiáng)，但焊接性能、塑性和韌性差。離心泵上常用的鑄鐵材料有灰鑄鐵和球墨鑄鐵，主要用做離心泵的內(nèi)殼體（如VS6型泵）、耐磨環(huán)、軸承架及底座。而耐磨鑄鐵可用做高溫油漿泵的襯里和葉輪。 （2） 碳鋼。碳鋼冶煉簡便，加工容易，價格便宜，而且在一般情況下能滿足使用性能的要求。碳鋼在普通工況、一般用途的離心泵上使用非常廣泛，通常用做離心泵的壓力泵殼、葉輪、泵軸、（推力軸承的）推力盤、軸承架及底座等。 （3） 合金鋼。在碳鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素，如硅、錳、鉻、鎳、鎢、釩鈦等，根據(jù)加入的合金元素的不同，具有不同的性能。離心泵常用的合金鋼有20MnMo，主要用做BB5型泵外筒體（鍛件）；40Cr、35CrMo及42CrMo，主要用做離心泵的泵軸和壓力泵殼緊固件等。 （4） 馬氏體不銹鋼。強(qiáng)度和硬度較高，具有一定的耐蝕性，但塑性和焊接性較差。離心泵上常用的馬氏體不銹鋼有12Cr13、20Cr13和30Cr13，除了緊固件和密封墊以外，幾乎可以用做離心泵所有的零件。 （5） 奧氏體不銹鋼。具有優(yōu)異的耐蝕性，塑性和韌性好，但強(qiáng)度較低?？捎米鲭x心泵所有的零件。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)要求其用做泵軸材料、但強(qiáng)度不能滿足時，建議用雙向不銹鋼代替。 （6） 雙向不銹鋼。固溶組織中鐵素體與奧氏體各約占50%、且較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。兼具奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，耐蝕性和強(qiáng)度均高于奧氏體不銹鋼。與奧氏體不銹鋼相同，可用做離心泵所有的零件。 另外，對于API泵來說，還會用到無火花金屬材料，如聯(lián)軸器護(hù)罩、軸承箱可更換的迷宮式油封、擋油盤。常用的無火花金屬材料有銅及銅合金、鋁及鋁合金。 2 金屬材料的性能 金屬材料的性能，決定著材料的適用范圍與使用壽命。 金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機(jī)械零件在加工制造過程中，金屬材料在所確定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機(jī)械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能，它包括機(jī)械性能、化學(xué)性能、物理性能等。 （1） 機(jī)械性能 金屬零件在一定溫度條件下承受一定外力作用時，抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機(jī)械性能，也稱為力學(xué)性能。金屬材料的機(jī)械性能是零件的設(shè)計和選材時的主要依據(jù)。衡量金屬材料機(jī)械性能的指標(biāo)主要有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。 （2） 化學(xué)性能 金屬與其它物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的特性稱為金屬的化學(xué)性能。在實際工程應(yīng)用中主要考慮金屬的抗蝕性、抗氧化性以及不同金屬之間、金屬與非金屬之間形成的化合物對機(jī)械性能的影響等。 （3） 物理性能 金屬的物理性能主要考慮：密度、熔點、熱膨脹性、磁性、電學(xué)性能等。 （4） 熱處理 熱處理是借助一定的熱作用（有時兼用機(jī)械作用、化學(xué)作用或其它作用）來人為地改變金屬或合金內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)的過程，從而獲得所需要性能的工藝操作。 在各種金屬材料和制品的生產(chǎn)過程中，為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能，除合理選用材料和各種成型工藝外，熱處理是不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一。 金屬整個生產(chǎn)過程中均可進(jìn)行相應(yīng)的熱處理以改善金屬材料的性能。熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷[1]。 3 標(biāo)準(zhǔn)解讀 條款6.12.1.1 買方應(yīng)當(dāng)指定泵材料的等級。表G.1中提供的材料等級選用指南適合于各種使用條件。賣方可向買方建議在使用中可以替換的材料，包括能夠提高使用壽命和使用性能的材料，也可以包括在報價單內(nèi)并可以列在最終的數(shù)據(jù)表上。 條款6.12.1.2 列于表H.1中的所有零件材料規(guī)范在賣方的報價單中應(yīng)當(dāng)清楚地說明。材料應(yīng)參照采用的國際標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識，包括材料等級（表H.2和H.3可作為指導(dǎo)）。如果不采用國際標(biāo)準(zhǔn)材料，可以使用國際上承認(rèn)的國家或其它標(biāo)準(zhǔn)。如果沒有采用這樣的標(biāo)記，在報價單中應(yīng)該包括賣方的材料規(guī)范，并給出物理性質(zhì)、化學(xué)成分和試驗要求。 【解讀】表G.1給出了不同介質(zhì)、不同溫度下離心泵推薦選用的材料等級，但泵制造商也可以選擇替代性材料；而表H.1針對不同材料等級給出了所對應(yīng)的不同零件推薦使用的材料類型，但并沒有給出具體的材料牌號。 材料等級是根據(jù)壓力泵殼所使用的材料來確定的。工程實踐中，不同公司針對不同材料等級所給出的材料牌號各有差異。表1給出OH2型離心泵不同材料等級（S-5以上）主要零件所對應(yīng)的具體材料牌號，僅供參考。 表1 - OH2型泵主要零件材料選用參考表（ASTM） 不同的泵制造商根據(jù)各自的使用經(jīng)驗及綜合各種因素，在材料選用上存在較大差異： （1） 對于耐磨環(huán)材料，除鑄鐵以外，通常應(yīng)選用鍛件，但國內(nèi)泵制造廠為節(jié)約成本，普遍采用鑄件或者型材進(jìn)行加工。 （2） 對于泵軸材料，國內(nèi)只有極少數(shù)泵制造商基本按API610標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如果因強(qiáng)度不足則用高等級材料替代；而絕大多數(shù)泵制造商在選擇替代性材料時往往就低不就高，如某國外品牌石化泵制造商，從S-5到D-1，泵軸均統(tǒng)一采用GB/T1200標(biāo)準(zhǔn)材料30Cr13。 條款6.12.1.3 所有裸露在抽送液體中的墊片和O形圈的材料規(guī)范應(yīng)在報價單中標(biāo)記出。如果選用O形圈，其限定的應(yīng)用場合應(yīng)按ISO21049中的規(guī)定。 【解讀】對于（輔助密封）O形圈的選用，ISO21049：2004標(biāo)準(zhǔn)中僅給出了一個指導(dǎo)性的意見，如表2。至于工程實踐中不同介質(zhì)選用何種材料的O形圈，標(biāo)準(zhǔn)中并未給出詳細(xì)說明。在此，對于單一常見介質(zhì)，作者給出了一個參考性選用指南，見表3。如果介質(zhì)為混合物，其物性可能會有所改變，表3中針對單一介質(zhì)所選用的O形圈是否適用有待進(jìn)一步確認(rèn)（可以從機(jī)械密封制造商、用戶實際使用業(yè)績、百度等獲取適用的O形圈材料的信息）。 注：有些等級的FFKM不適用于20℃以下。 表3- 常用介質(zhì)O形圈選用指南 條款6.12.1.4 在表H.1中把具有強(qiáng)度或壓力完整性要求的泵部件稱為“完全符合”材料，并符合協(xié)議規(guī)范的所有要求。對于任何其它的部件（如果與防腐有主要關(guān)聯(lián)），只需遵守化學(xué)成分的規(guī)定。輔助管路的材料涵蓋在7.5節(jié)中。 【解讀】對于“完全符合”材料，主要涉及與壓力泵殼相關(guān)的零件、葉輪和泵軸，即：壓力泵殼（不包括內(nèi)殼體零件，如吸入函體、導(dǎo)葉、隔板等）、葉輪、泵軸、殼體及密封壓蓋螺柱、吸入筒體/吐出段以及與介質(zhì)接觸的緊固件。 條款6.12.1.5 賣方應(yīng)當(dāng)規(guī)定為保證材料滿足使用條件所必須的可選擇的試驗方法和檢驗方法。如果要求做額外的試驗和檢驗，特別是對重要零部件的檢查，買方應(yīng)當(dāng)加以說明。買方規(guī)定的試驗和檢驗要求應(yīng)記錄在附錄N數(shù)據(jù)表的“備注”欄內(nèi)。 【解讀】條款8.2.2對于壓力泵殼材料的檢驗要求及安排檢驗的時間段有詳細(xì)的規(guī)定： 條款8.2.2.1 除非另有規(guī)定，壓力泵殼的材料按照表14中所列要求進(jìn)行檢驗。 條款8.2.2.2 對于雙殼體泵，根據(jù)外殼體承壓/溫度來確定其鑄件的檢驗等級，內(nèi)殼體應(yīng)按Ⅰ級檢驗（表14）。 條款8.2.2.3 表14要求的檢驗，安排（檢驗）的時間段應(yīng)在： （1） VI/MT/PT檢驗，應(yīng)在坯料（粗）加工、且熱處理完成后…… （2） 鑄件的RT/UT檢驗應(yīng)當(dāng)在最終熱處理后進(jìn)行； （3） 對焊接件的RT檢驗、鍛件和焊接件的UT檢驗，均應(yīng)在最終熱處理后進(jìn)行。鍛件的UT檢驗應(yīng)放在機(jī)加工以前進(jìn)行…… （4） 對于不能做RT檢驗的鑄件，可以用UT替代。 對于不同的檢驗形式所執(zhí)行的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，表15中給出了詳細(xì)規(guī)定。 另外，如果有規(guī)定，對于合金材料制作的壓力邊界零件，應(yīng)進(jìn)行PMI（PositiveMaterial Identification）檢查，用于測定材料中合金元素的含量，以確保所提供的材料其標(biāo)準(zhǔn)組份正確無誤。PMI不適用于碳鋼材料。 實際工程應(yīng)用中，重要零部件的檢驗和試驗通常包括：壓力泵殼的超聲波檢驗或著色或磁粉和靜水壓試驗；與壓力泵殼相連接的接管焊縫處的X射線檢查；軸的著色、磁粉或超聲波檢驗；葉輪的著色或磁粉檢驗；耐磨環(huán)、泵軸的硬度檢查等。 條款6.12.1.6 壓力泵殼材料應(yīng)符合表H.1的要求。鑄鐵材料（I-1和I-2等級）僅用于表壓不超過1.725MPa的壓力泵殼。 條款6.12.1.7 如果處于暴露的條件下會加劇晶間腐蝕的奧氏體不銹鋼零件需要進(jìn)行焊接、表面硬化、堆焊或補(bǔ)焊的，這些零件應(yīng)該選用低碳類或穩(wěn)定化類的奧氏體不銹鋼制造。 注：含碳量超過0.10%的堆焊層或硬化表面，對于低碳類和穩(wěn)定化類的奧氏體不銹鋼都是敏感的，除非采用一層對于晶間腐蝕不敏感的過渡層。 【解讀】引起奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的介質(zhì)主要有兩類：一類是氧化性或弱氧化性介質(zhì)；另一類是強(qiáng)氧化性介質(zhì)，如濃硝酸等。碳析出是奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的根本原因，奧氏體不銹鋼中碳含量的多少對是否產(chǎn)生晶間腐蝕有著重要的影響。低碳奧氏體不銹鋼（含碳量≤0.07%）有較強(qiáng)的抗晶間腐蝕的能力；超低碳奧氏體不銹鋼（含碳量≤0.03%）在通常的腐蝕環(huán)境中一般不會發(fā)生晶間腐蝕。另外，經(jīng)穩(wěn)定化處理的奧氏體不銹鋼，能有效地消除晶間腐蝕。因此，工程實踐中，對用于上述工況的零件，應(yīng)選用低碳類或穩(wěn)定化類的奧氏體不銹鋼制造，除非采用一層對于晶間腐蝕不敏感的過渡層。 條款6.12.1.8 如果有規(guī)定，賣方應(yīng)提供材料合格證，包括用于承壓鑄件、鍛件、葉輪和軸，與其一起提供的以材料爐號進(jìn)行的化學(xué)分析和機(jī)械性能方面的數(shù)據(jù)。除非另有規(guī)定，管螺紋接頭、輔助管路元件和螺栓連接不包括在本要求的范圍之內(nèi)。 【解讀】實際工程應(yīng)用中，通常提供泵主要零部件的機(jī)械性能和材料化學(xué)成分方面的數(shù)據(jù)，如泵體、泵蓋、泵軸和葉輪。對于承壓高的主螺柱/主螺母（或穿杠/螺母），通常也要求提供機(jī)械性能方面的數(shù)據(jù)。 條款6.12.1.9 買方應(yīng)當(dāng)詳細(xì)說明，在流程液體和現(xiàn)場環(huán)境中是否存在任何腐蝕或腐蝕劑，包括會引起應(yīng)力腐蝕裂紋或侵蝕彈性體材料的組份。注：涉及到的典型腐蝕劑有硫化氫、胺、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物、氟化物、環(huán)烷酸和連多硫酸。其它影響彈性材料選擇的腐蝕劑包括酮、環(huán)氧乙烷、氫氧化鈉、甲烷、苯及溶液。如果泵送介質(zhì)中氯化物的含量超過10mg/kg(10ppm)則應(yīng)慎重選用不銹鋼材料。 【解讀】離心泵在選材時，不僅需要了解泵送介質(zhì)的特性，而且還應(yīng)了解泵使用現(xiàn)場環(huán)境情況（是否存在任何腐蝕劑）。與介質(zhì)或環(huán)境相關(guān)而引起石油化工設(shè)備常見的腐蝕開裂有： （1） 應(yīng)力腐蝕開裂。包括濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂、堿應(yīng)力腐蝕開裂、胺及液氨應(yīng)力腐蝕開裂、CO-CO2-H2O環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂、連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆等； （2） 高溫硫、高溫硫化氫加氫腐蝕； （3） 環(huán)烷酸腐蝕； （4） 露點腐蝕； （5） 酸性水腐蝕等。 條款6.12.1.10 如果有規(guī)定，買方和賣方之間協(xié)商的涂層形式應(yīng)適用于葉輪和其它過流零件，以減少腐蝕或提高效率。如果涂層適用于旋轉(zhuǎn)部件，在做過涂層之后應(yīng)進(jìn)行平衡驗收。平衡過程和旋轉(zhuǎn)部件涂層的順序應(yīng)當(dāng)經(jīng)過協(xié)商……為了減少對已涂層的表面的平衡校正，旋轉(zhuǎn)部件在涂層之前就應(yīng)進(jìn)行平衡。通過減少重新涂層的面積，在做完涂層修復(fù)之后可以不要求最后的平衡檢查。 【解讀】以防腐、抗磨或提高離心泵效率為目的，對泵的葉輪和過流面上噴涂高分子涂層材料，是近幾年來在機(jī)械制造業(yè)和機(jī)械維修中快速發(fā)展起來的一項新型材料和新技術(shù)。它能夠?qū)我徊牧系臋C(jī)械零件轉(zhuǎn)化成為復(fù)合型材料結(jié)構(gòu)，以金屬為基體可以承受零件設(shè)計的強(qiáng)度，以高分子材料涂層為表面用來改善零件的耐磨性和抗腐蝕性等。同時，超光滑涂層表面有利于提高泵的效率。大連Sulzer公司2010年曾為阿克蘇諾貝爾化學(xué)品有限公司提供過5臺ZA300-6630離心泵用于循環(huán)冷卻水的工藝段，額定流量下要求效率保證值為80%，而實際應(yīng)用時僅為78.5%，未達(dá)到合同要求。經(jīng)過高分子涂層技術(shù)處理后，采用一遍涂層時效率為80.2%，達(dá)到額定效率；采用二遍涂層時效率達(dá)到了81.4%。采用涂層技術(shù)后，可保持防腐效果5年以上，且4個月可收回一次性投入的成本。 條款6.12.1.11 在采用奧氏體不銹鋼或有類似咬合傾向的材料制造的配合零件，例如雙頭螺柱和螺母，應(yīng)該用要求適當(dāng)溫度條件并與規(guī)定的流程液體相容的適當(dāng)?shù)目共羵麆﹣頋櫥?/strong>注：達(dá)到必要的預(yù)緊力所要求的扭轉(zhuǎn)力矩值明顯地不同，這要視螺紋潤滑劑而定。 【解讀】在工程實踐中，對于配合零件（如雙頭螺柱和螺母），為了防止使用中發(fā)生咬合現(xiàn)象，在裝配過程中除了使用適當(dāng)?shù)目共羵麆ㄈ缍蚧f、石墨、中性潤滑油及油膏等）來潤滑以外，更重要的是配合零件之間必需具有至少50HB以上的硬度差。同時，務(wù)必注意雙頭螺柱的硬度應(yīng)高于螺母的硬度，否則極易在拆卸過程中損壞雙頭螺柱。 條款6.12.1.12 買方應(yīng)該明確正常操作、啟動、停機(jī)、空載備用及異常工況（諸如催化劑再生的異常工況）介質(zhì)中濕H2S的含量。在很多應(yīng)用場合，少量的濕H2S足以要求材料有耐H2S的應(yīng)力腐蝕裂紋的能力。如果已知含有微量的濕H2S，或者如果對可能含有的濕H2S的含量不確定，則買方應(yīng)考慮提出規(guī)定減少材料硬度的要求。
雙殼體泵處于壓縮狀態(tài)的內(nèi)殼體，如導(dǎo)葉，不看作壓力泵殼零件。
【解讀】中國石油天然氣集團(tuán)公司在“濕硫化氫環(huán)境腐蝕與防護(hù)指導(dǎo)意見”中，對濕硫化氫腐蝕環(huán)境給出了一個明確的定義，即介質(zhì)在液相中存在游離水，且具備下列條件之一時稱為濕硫化氫腐蝕環(huán)境： （1） 在液相水中總硫化物含量大于50 ppmw；或 （2） 液相水中PH值小于4，且總硫化物含量大于等于1 ppmw；或 （3） 液相水中PH值大于7.6及氫氰酸（HCN）大于等于20 ppmw，且總硫化物含量大于等于1 ppmw；或 （4） 氣相中含有硫化氫分壓大于0.0035 MPa·G，即相當(dāng)于常溫水中H2S的溶解度大于等于10×106。 煉油廠濕硫化氫環(huán)境眾多[2]： （1） 常減壓低溫部位，如常壓塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)、減壓塔部分揮發(fā)線和冷凝冷卻系統(tǒng)； （2） 脫硫裝置中干氣及液化石油氣脫硫再生塔系統(tǒng)和富液管線系統(tǒng)； （3） 催化裂化裝置分餾塔頂?shù)蜏夭课?、塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)； （4） 汽油、煤油、柴油加氫裝置中的精制油汽提塔頂系統(tǒng)、循環(huán)氫系統(tǒng)、燃料氣及其脫硫系統(tǒng)； （5） 加氫裂化、渣油加氫裝置中的循環(huán)氫系統(tǒng)、各種氣體及其脫硫系統(tǒng)、冷高分氣相系統(tǒng)及污水排放系統(tǒng)等。 工程實踐中，在所有規(guī)定的運行工況下，只要介質(zhì)中可能會出現(xiàn)濕H2S的情況，不管含量多少，建議均應(yīng)對與介質(zhì)接觸的零件的硬度進(jìn)行限制（洛氏硬度不超過HRC22或屈服強(qiáng)度不超出620 N/mm2），以避免出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕斷裂，但是可更換的耐磨環(huán)除外。 條款6.12.1.13 低碳鋼具有缺口敏感性，即使在環(huán)境（室內(nèi)）溫度下也易受脆性斷裂的影響。因此，只有將完全鎮(zhèn)靜鋼制成細(xì)晶粒的正火鋼方可使用。 【解讀】一般情況下，對于每種材料都有這樣一個臨界溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于該臨界溫度時，材料的沖擊韌性會急劇降低，這種現(xiàn)象稱為金屬材料的低溫-脆性轉(zhuǎn)變，這一臨界溫度稱為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。對于低碳鋼，隨著溫度的降低，材料的沖擊值下降，同時在斷裂面上的結(jié)晶狀斷面部分增加，亦即材料的韌性降低，脆性增加。低碳鋼（及中低合金鋼）通過正火處理后，可以細(xì)化晶粒，提高硬度。低碳鋼的晶粒越細(xì)，其脆性轉(zhuǎn)變溫度越低。 條款6.12.1.14 有很大電位差的不同材料，處在有電解能力的溶液中接觸時，會產(chǎn)生電偶，這種電偶對于惰性較差的材料會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，故選擇材料時應(yīng)避免這種情況發(fā)生。難以避免時，買方和賣方之間應(yīng)就材料的選擇和采取何種其它措施進(jìn)行協(xié)商。此種情況下，《NACECorrosion Engineer’s Reference Book》【89】是一本適當(dāng)材料選擇的參考書。 【解讀】實際工程應(yīng)用中，同一管線上應(yīng)避免采用存在電位差的兩種或多種材料。如核電站常島主給水泵再循環(huán)管路，最小流量閥前/后隔離閥本體材料通常為碳鋼，然而為了避免后隔離閥至除氧器之間的管路（因壓力突降）發(fā)生汽化、產(chǎn)生傷害，設(shè)計院/用戶要求將該段管路材料由碳鋼改為奧氏體不銹鋼。但根據(jù)德國KSB公司四十多年核電站的實際工程應(yīng)用經(jīng)驗表明，碳鋼與奧氏體不銹鋼兩種材料之間存在電位差，會產(chǎn)生電偶、加速管線腐蝕。 條款6.12.1.15 軸承箱、承受負(fù)荷的軸承箱蓋以及泵殼與軸承箱之間的支架應(yīng)該用鋼制造，表H.1Class I-1或I-2中所列零件除外。利用驅(qū)動機(jī)的推力軸承來支承軸的立式泵的驅(qū)動機(jī)支架應(yīng)該用鋼制造。 【解讀】API610第10版規(guī)定：輸送易燃或危險液體的泵，其軸承箱及軸承架才要求使用鋼制造；從第11版開始，不管輸送何種介質(zhì)，均要求泵使用鋼制軸承箱及軸承架。其主要目的是提高零件的安全可靠性（鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性要比碳鋼低）。 條款6.12.2.6 碳鋼承壓鑄件應(yīng)按正火和回火或淬火和回火條件提供。 【解讀】該條款是對碳鋼承壓鑄件的交貨狀態(tài)的要求。正火通常作為預(yù)備熱處理，主要的目的是細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力，為最終熱處理提供合適的組織狀態(tài)；淬火的主要目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，即獲得較高的硬度和強(qiáng)度，然后配以不同溫度回火獲得各種所需要的性能；回火的目的是減少或消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織與尺寸，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合；習(xí)慣上將淬火加高溫回火的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，這種熱處理已廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件。 條款6.12.4 低溫作業(yè) 條款6.12.4.1 買方應(yīng)規(guī)定泵在使用中能夠承受的最低設(shè)計金屬溫度，使用此溫度能達(dá)到?jīng)_擊試驗要求。一般情況下，此溫度是最低環(huán)境溫度或最低液體抽送溫度的下限值。但是，買方可以根據(jù)抽送液體的性能來規(guī)定一個最低設(shè)計金屬溫度，如在減壓時的自動制冷裝置。 條款6.12.4.2 為了避免脆裂故障，低溫作業(yè)的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)當(dāng)適合于本規(guī)范和其它要求中規(guī)定的最低設(shè)計金屬溫度。買方和賣方應(yīng)就使用、維護(hù)、運輸、安裝、試運行以及試驗期間可能出現(xiàn)的情況所需要的特殊措施進(jìn)行協(xié)商。 應(yīng)用于低于韌性-脆性轉(zhuǎn)變點溫度的材料的適用性受制造方法和焊接工藝選擇的影響……因此，賣方對零件預(yù)期使用低于40℃時，應(yīng)當(dāng)注意材料的選擇、制造方法和焊接工藝。 【解讀】低溫作業(yè)主要避免在低溫工況下材料發(fā)生韌性-脆性轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致泵零部件出現(xiàn)低溫脆裂現(xiàn)象。為此，在材料的選擇、制造方法和焊接工藝上應(yīng)引起關(guān)注。金屬材料的韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫沖擊韌性愈好。 最低設(shè)計金屬溫度（MDMT）應(yīng)取以下幾種情況的最低值： （1） 最低環(huán)境溫度； （2） 最低泵送介質(zhì)溫度； （3） 在所有正常工況或異常工況下可能出現(xiàn)的（介質(zhì)）最低溫度。 條款6.12.4.3 買方應(yīng)規(guī)定EN13445（所有部分）或ASMEBPVC，第Ⅷ卷，第1部分是否適用，且不涉及沖擊試驗要求。 條款6.12.4.4 用于確定沖擊試驗要求的控制厚度應(yīng)是下列中的較大者：
條款6.12.4.5 如果采用ASMEBPVC，第Ⅷ卷，第1部分，下列情況將適用：
【解讀】UHA-51規(guī)定：除UHA-51（d）、（e）、（f）或（g）的可以免除沖擊試驗以外，對于所有材料和最低設(shè)計金屬溫度的組合，表UHA-32所列材料應(yīng)按UHA-51（a）的規(guī)定進(jìn)行沖擊試驗。其中，UHA-51（d）是關(guān)于母材和熱影響區(qū)免除沖擊試驗的條款；UHA-51（e）是關(guān)于焊縫是否免除沖擊試驗的條款；UHA-51（g）是關(guān)于在低應(yīng)力下免除沖擊試驗的條款。 對于碳鋼和低合金鋼材料，應(yīng)首先假定要做沖擊試驗，然后再來確定是否可以免除。 UCS-66節(jié)規(guī)定：除非另有條款給予免除，對于最低設(shè)計金屬溫度和厚度的交點落于代表材料的曲線下方，必須進(jìn)行沖擊試驗。如果溫度 - 厚度的交點落于曲線上或上方，對母材可不必做沖擊試驗。殼體、管接頭……與容器構(gòu)成結(jié)構(gòu)整體并與承壓件相焊的裝接件，都應(yīng)分別判斷是否要進(jìn)行沖擊試驗。 不管什么材料，對于以下情況，必須進(jìn)行沖擊試驗： - 如果焊縫處的控制厚度大于4in（100mm），并且MDMT<120°F（50°C），必須進(jìn)行沖擊試驗； - 控制厚度超過6in（150mm），用螺栓連接的元件，如果MDMT<120°F（50°C），必須進(jìn)行沖擊試驗。 如果要求進(jìn)行沖擊試驗，UG-84規(guī)定了應(yīng)該使用的程序，且試驗的程序和設(shè)備應(yīng)符合SA-370的要求。 材料選擇時應(yīng)考慮的主要因素 （1） 泵送介質(zhì)（溫度、濃度、密度、PH值、雜質(zhì)及固體含量等）； （2） 可能出現(xiàn)的異常工況； （3） 現(xiàn)場環(huán)境； （4） 同種介質(zhì)以前使用的材料（經(jīng)驗）； （5） 加工工藝及制造能力； （6） 零部件的功能、載荷、安全性及使用壽命； （7） 環(huán)保、市場因素等。 幾種特殊介質(zhì)材料的選用 根據(jù)實際工程應(yīng)用經(jīng)驗，現(xiàn)對石油、化工行業(yè)中幾種特殊介質(zhì)的材料應(yīng)用進(jìn)行推薦，與標(biāo)準(zhǔn)有所差異，僅供參考。 （1） 碳酸鹽泵：溫度< 130℃，推薦材料等級A-7，主要零件材料清單見表4。 表4- 碳酸鹽泵主要零件材料清單表 （2） 油漿泵（催化裂化裝置FCCU）：含催化劑顆粒，介質(zhì)溫度380℃，推薦材料等級C-6，主要零件材料清單見表5。 （3） 液化氣泵：介質(zhì)溫度-45 ~ -20℃，推薦材料等級S-6（低溫碳鋼），主要零件材料清單見表6。 材料選用的幾點說明 （1） 17-4PH合金是由銅、鈮構(gòu)成的沉淀、硬化馬氏體不銹鋼，剛性好，具有高強(qiáng)度、硬度和抗腐蝕等特點，可以作為泵軸、耐磨環(huán)、板簧、甚至葉輪的材料。不過，該材料不能用于高于300℃或低溫工況。 （2） 對于材料等級為S-6（低溫工況）、S-8、A-7和A-8的離心泵，當(dāng)奧氏體不銹鋼強(qiáng)度不足時，建議直接用雙相不銹鋼替代泵軸材料。 （3） A-7通常指304SS材料，而A-8通常指316SS材料。盡管標(biāo)準(zhǔn)中并未明確殼體材料為304L、316L或317L時屬于哪種材料等級，但是，工程實踐中通常將其納入A-8等級。 （4） 對于煉油廠催化裂化裝置中的塔底油漿泵，選用材料等級為C-6。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗： - 當(dāng)泵送介質(zhì)（高溫油漿）中含有催化劑顆粒時，葉輪和襯里材料選用耐磨鑄鐵； - 當(dāng)泵送介質(zhì)（高溫油漿）中不含有催化劑顆粒時，葉輪和襯里材料可選用CA-6NM。 （5） 當(dāng)耐磨環(huán)材料為奧氏體不銹鋼時，標(biāo)準(zhǔn)僅要求進(jìn)行硬面處理，至于采用何種方式的硬面處理沒有要求。實際工程應(yīng)用中，對于奧氏體不銹鋼，硬面處理通常具有以下幾種方式：滲氮、滲碳、電鍍或化學(xué)鍍、噴涂（硬質(zhì)材料）、堆焊（硬質(zhì)合金）等。 （6） Ni-Cu合金又稱為蒙乃爾（Monel）合金，分為加工強(qiáng)化型和沉淀硬化型兩種類型，具有高強(qiáng)度、高耐蝕、耐磨損等特點。加工強(qiáng)化型合金在鹽酸、硫酸、氫氟酸和熱濃堿液中具有優(yōu)異的耐蝕性；沉淀硬化型合金具有與加工強(qiáng)化型相同的耐蝕性，適用于較惡劣的高硫、高蠟油層的地質(zhì)開采條件下工作，由于該合金沒有塑性-脆性轉(zhuǎn)變溫度，所以非常適用于各種低溫設(shè)備。 （7） 不管采用何種等級的材料，要想使離心泵的使用壽命達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)的要求，除了零部件的化學(xué)成份必須符合相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)以外，零部件的機(jī)械性能必須達(dá)到設(shè)計要求。 結(jié)束語 在產(chǎn)品設(shè)計過程中，材料的選用是一個復(fù)雜的決策過程。只有充分了解泵送介質(zhì)的特性、使用工況、產(chǎn)品功能、現(xiàn)場環(huán)境、壽命要求、市場等因素以及常用材料的基本知識，才能選擇出最合適的零部件材料。 在選材方面，只有最合適的，而沒有最好的。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型材料（如石墨烯、納米等材料）與一些先進(jìn)的制造技術(shù)（如增材制造、仿生制造、激光技術(shù)等）不斷涌現(xiàn)。作為產(chǎn)品設(shè)計工程師應(yīng)不斷與時俱進(jìn)，及時了解這些材料和技術(shù)，并將其運用到產(chǎn)品的設(shè)計和制造中去。 |
|
|
