API618作為石油、化工和天然氣行業往復活塞式壓縮機的國際性標準,自第一版問世以來,就受到業主方、制造商和各大工程公司、設計院的推崇,并得到了廣泛的實際應用,已被證明其是有效、安全和可靠的工程實踐。經過8年的準備,API618最新版(第六版)已于2024年5月正式出版,相比第五版有較大的變化和調整。本文擬根據標準條款順序對相關更新進行簡單梳理,旨在盤點第六版和第五版的異同,并探究部分條款變化對壓縮機設計、選型和使用等可能帶來的影響。
注:為方便閱讀,下文中所列標準條款序號均按照第六版最新編號。如為新增條款則明確標注并盡量列出原文;如果為部分修改,則主要體現前后變化,以概述為主。部分條款下方加注個人理解或總結性陳述。
1.范圍
1.1.第六版明確指出隔膜壓縮機不在標準管轄范圍,第五版則未提及。
說明:隔膜壓縮機作為一種特種壓縮機,使用一個膜腔替代了傳統往復活塞式壓縮機的氣缸,一般用于高純氣體或有毒、易爆介質的輸送。受其膜片變形量限制,一般隔膜壓縮機的排氣量都較小。
1.2.第六版刪除了針對高轉速壓縮機引用標準ISO13631的備注。
說明:ISO13631是基于API11P-1989起草的針對石油及天然氣工業用集成撬裝往復壓縮機的標準。API11P第三版已于2025年8月正式出版。
2.規范性參考資料
與第五版相比,第六版刪除了15項引用標準(大部分為ISO標準),并新增了20項引用標準,限于篇幅不在此一一列舉。
說明:
a.API688第二版已由第一版的推薦性實踐(RecommendedPractice)升級為標準(Standard),其對容積式機械設備如往復活塞式壓縮機、螺桿壓縮機、轉子泵、隔膜泵和柱塞泵等的脈動和振動控制做出了具體規定。
b.第六版針對驅動電機的執行標準更為詳盡。
c.關于硫化氫腐蝕規范,第六版由NACEMR-0175改為了NACEMR0103,原因在于MR-0175針對上游勘探和生產作業設備,而MR0103針對下游設備,更加契合API618的實際應用場合,它為選擇用于石油和天然氣生產設備的金屬及合金材料提供了導則和規定要求。
3.術語、定義及縮略詞
第六版新增了部分名詞解釋,包括認證點、慣性載荷、表面粗糙度和滾制螺紋等。
調整了部分術語的定義使之更加準確,包括十字頭銷載荷、氣體力、進口容積流量、安裝底板、標準狀態等。
增加了新的縮略詞解釋,如BPVC、NNT、VDDR等。
說明:關于標準狀態的定義,第六版參考ISO13433的定義,即1.01325bar@15°C,而第五版則為1.013bar@0°C。該調整主要是考慮天然氣行業,對于化工項目一般仍然采用1.013bar@0°C,建議在實際執行中應由買方在數據表中明確定義標準狀態所采用的溫度和壓力,以免造成誤解。
4.一般
該章節無任何變化。
5.要求
第六版明確了廠家資料、圖紙和銘牌的語言,即英語或者其他指定語言。
第六版將原來的沖突解決要求(conflictingrequirements)改為了優先級(hierarchy)。
說明:實際項目執行過程中,應在請購文件中明確定義文件的優先級,以便解決文件之間的不一致問題。
6.基本設計
6.1一般
6.1.1.針對設備的可靠性,第六版新增了現場驗證(FieldProven)的定義和具體要求。
6.1.2.針對設備壽命,第六版刪除了“設計壽命不低于20年和不間斷運行三年”的要求,改為“供應商應在報價中說明哪些零部件為有限壽命”。
說明:以上調整延續了API標準的一貫風格,類似的調整也體現在其他設備的標準中,如API610,617等。在API691-2017(基于風險的設備管理)中,將設備安裝驗證程度分為了概念設備、概念驗證設備、原型機和現場驗證設備四個大類七個小類。另外,設備的實際使用壽命受諸多因素影響,包括但不限于設備設計、設備制造、設備運行工況和設備維護。
6.1.4.關于買方要求的操作工況,第六版明確要求“買方應說明設備的所有運行工況”,并在備注中進一步解釋了“運行工況包括啟動、停機、試運行、瞬態和部分負荷”和“替代氣體工況”可能對機組設計帶來的影響。
6.1.7.關于噪音控制,第六版引用了ISO3740、ISO3744和ISO3746或者ASMEPTC36,故刪除了第五版中關于相關參數對噪音的影響的解釋。
6.1.8.關于冷卻水系統條件表(Table-1),第六版調整了壓力單位,改為了kPa和bar雙單位。
說明:值得注意的是,該表的部分數值存在單位制轉換偏差,如流速和溫度(如最大進口溫度,90°F=32.22℃,30℃=86°F),實際項目執行過程中應注意。
6.1.11.關于跳閘轉速,第六版新增了對于固定轉速電機的跳閘轉速的規定,即最大連續轉速的102%。
說明:對于固定轉速的電機,其轉速只受電網頻率的影響,個人理解該規定應該是充分考慮電網頻率的波動,如50±1Hz。
6.1.17.首次新增了關于壓縮機組土建設計責權的界定,明確規定“買方應負責壓縮機系統的土建設計”。
6.2螺栓連接
6.2.4.關于緊固件標識,第六版將NACE材料緊固件標識的要求前移至6.2.4,,從編排順序上更合理。
6.2.5.關于螺栓連接的鎖緊,第六版新增了“除非通過液壓拉伸或其他可產生準確預應力的明確方法來實現預緊(見6.10.1或6.10.2.1)”。
6.2.6.新增條款:“用于液壓拉伸的外螺紋應在外露螺紋上加裝保護罩”。
6.2.7.新增條款:“攻絲孔的螺紋列合度至少應為緊固件公稱直徑的1.5倍”。
6.5允許排氣溫度
6.5.1.最高排氣溫度
第六版將最高排氣溫度從150℃調整為135℃。對于富氫氣和無油潤滑工況,最高排氣溫度從135℃調整為120℃。
6.5.2.第六版將排氣溫度的調差設定值從180℃調低到175℃。
說明:以上兩條為最重大變化。調低排氣溫度的限值意味著壓縮機在選型的時候各級應采用更低的壓縮比,可能造成增加壓縮機級數,增加能耗甚至提高設備投資成本的后果,同時調低排氣溫度也限制了部分流量調節措施的應用(如旁路調節)。從另一方面來說,低的排氣溫度肯定更安全,尤其是考慮到非金屬件(活塞環、填料環和氣閥密封原件)在高溫下的失效問題。值得指出的是,近年來材料科學取得非常多的突破,實踐已經證明即便排氣溫度超過150℃,在合理的設計前提下,壓縮機也能夠安全可靠的運行。
6.6十字頭銷和氣體載荷
該節主要的調整是將第五版的“活塞桿載荷”和“活塞桿反向角”改為第六版的“十字頭銷載荷”和“十字頭銷反向角”。另外,關于反向角的具體要求,第六版不再區分小頭瓦“有油槽設計”和“無油槽設計”,統一規定為“至少15度和3%的載荷梯度”。
6.7臨界轉速
6.7.1.第六版刪除了橫向分析,只要求壓縮機供應商根據相關要求進行扭轉分析并提供報告。
6.7.2.關于扭轉分析的具體要求,第六版刪除了專門針對電驅機組和同步電機驅動的壓縮機的具體規定,只保留了統一要求。
6.7.3.關于臨界速度計算方法的規范性引用標準,第六版刪除了ISO10437、13691和API677。
6.8壓縮機氣缸
6.8.1.5.關于干式缸套,第六版增加了三條說明:
Note1:如果缸套在運行過程中損壞或者磨損,可以更換缸套。
Note2:可更換干式缸套允許采用其他材料作為磨損面,以期活塞環和支撐環獲得最佳性能。
Note3:非接觸立式迷宮式活塞不一定需要可更換缸套。
6.8.2.1.2.與氣缸連接的法蘭接口不再允許承插焊。
6.8.2.1.8.管螺紋標準調整為ISO7-1或者ASMEB1.20.1,第五版中引用的ISO7-2或者ASMEB16.5不再列出。
6.8.2.1.13.加入關于雙頭螺柱的要求。
6.8.2.1.19.加入關于潤滑油注入口的要求。
6.9.1.5.新增條款:懸掛式閥門需經買方批準。
6.9.1.8.關于氣閥的動態分析,第六版刪除了第五版提到的具體考慮因數,但是強調供應商應進行動態分析來優化氣閥元件的運動、影響和效率。
說明:該條第五版的措辭為“如果有規定,供應商應提交書面的氣閥動態分析報告”,而第六版改為“供應商應進行氣閥動態分析…這個報告應說明該分析的所有假設”。由此可知,關于氣閥動態分析,第五版為非強制性要求,而第六版則改為了強制性要求。
6.9.2.4.關于卸荷器,第六版新增了除氣動、液壓之外的機電驅動型式。
6.10.3.2.新增條款:所有活塞均應配備非金屬支撐環。支撐環應避免作為活塞環使用。帶有迷宮式活塞的立式氣缸可以不需要支撐環。
6.10.4.2.關于活塞桿涂層,基材表面鑿毛的金屬噴涂工藝和主涂層下使用底涂層的工藝由第五版的不推薦改為第六版的不得使用。
6.10.4.3.關于硫化氫工況的活塞桿選材,引用標準從第五版的MR0175調整為MR0103(前文已有提及)。
6.10.4.7.新增條款:螺紋應在熱處理之后滾制。如果適用NACEMR0103,只要基材硬度和屈服強度保持在NACE規定值范圍內,棒材材料應被視為合格。只要基材硬度滿足NACE規定值范圍內,螺紋滾壓導致的螺紋表面增加是可以接受的。
6.11.4.十字頭
關于十字頭的技術要求由第五版的一條概述細分為第六版的三條。十字頭的選材不再按照功率等級(是否高于150kW)區分,統一規定為鑄鐵或鑄鋼。通過現場加工調整十字頭間隙的做法由第五版的“應避免”改為第六版的“不得使用”。
6.11.5.曲軸箱壓力泄放口面積刪除了第五版“孔口面積與曲軸箱獨立體積之比不宜小于70mm2/dm3”的要求。
6.12.1.5.新增條款:對D型中間接座,活塞桿在機身側應配備由耐火材料制成的拋油環,且應采用分瓣設計方便填料拆裝。
6.12.2.3.對于C型和D型中間接座的設計壓力,第六版明確規定應按照獨立承受壓縮機最大允許工作壓力MAWP進行設計,且供應商應在圖紙上標明中間接座的最大允許壓力MAWP。
6.12.2.6.新增條款:對雙室型中間接座緩沖氣系統作出了詳細規定。
說明:第六版刪除了第五版第6.12.2.7款關于“內部填料放空管線和管件應采用奧氏體不銹鋼的規定”。
6.13.1.5.新增刮油環泄漏量的要求,規定“刮油環泄漏量不得超過每分鐘5滴”。
6.13.1.6.新增條款:填料盒中不使用的接口應采用鋼制螺紋絲堵進行封堵。
說明:第六版刪除了第五版第6.13.1.6款(減少工藝氣體泄漏的具體要求)。
6.13.2.2.關于填料盒是否采用全封閉式液體冷卻,對于無油潤滑填料環的情況,判據由所有壓力等級調整為17bar以上。
6.13.2.9.新增條款:如果有規定,填料放空溫度應進行監測。
6.13.3.緩沖氣系統
說明:該小節為新增要求,包括6.13.3.1至6.13.3.7一共七款,對緩沖氣種類、起源壓力、收集系統、儀表設置等作出了具體規定。
6.14.1.4.關于材料的額外測試要求,由第五版的“可以由買方規定”改為第六版的“應由買方指定”。
說明:該款意味著買方有權要求賣方針對使用的材料(特別是用于關鍵部件或者特殊工況的材料)做額外的測試以確保其滿足使用要求,且賣方不得拒絕,相較于第五版的要求更加嚴格。
6.14.1.6.新增要求:買方應說明工藝流體和現場環境中可能存在的導致腐蝕的任何組分(包括微量的)。
當買方明確說明介質中存在氯離子或氯化物,則材料的選擇應符合API571的相關規定。如果氯離子濃度超過50PPM,則可能需要選擇其他替代材料。
說明:原文還有三條備注,列舉了主要的腐蝕介質以及胺基物和應力腐蝕應遵循的要求。
6.14.1.15.關于螺栓材質應遵循的標準,由第五版的“ASTMA307GradeB”調整為第六版的“ASTMA193GradeB7orB7M”。
說明:該項調整將螺栓材質由普通碳鋼升級為鉻鉬鋼,后者有更好的機械性能,硬度和屈服強度等指標均比普通碳鋼高,更適合高溫、高壓及特殊工況。
說明:第六版刪除了原第五版第6.15.1.16款針對獨立氣液分離器和換熱器腐蝕裕量的具體要求。
6.14.3.2.1.第六版加入了針對非承壓零部件(如十字頭)的鑄件要求,規定按照“ASTMA395或者ASTMA536”執行。
6.14.6.9.新增條款:鑄件上損壞的螺紋孔,經買方批準,可以采用引入鑲嵌件或護套的方式進行機加工修復。
6.14.8.1.關于最低金屬設計壁溫和同時壓力,第六版明確要求由買方指定。
7.輔助設備
7.1.2.1.新增要求:電機應符合API541、API547、API546或者業主批準的其他標準。低于API541、API547或者API546功率范圍的電機則應符合IEEE841或IEC60034標準。
7.1.2.3.關于電機功率的選擇,第六版刪除了“服務系數”這個因素。
說明:服務系數是衡量電機短時間超負荷運行而不損壞的能力,相當于備用功率,但根據上述條款,在壓縮機電機選型時無論是安全閥工況還是其他正常工況的計算,均不應考慮電機服務系數。
7.2.1.1.關于聯軸器,第六版明確要求采用撓性聯軸器(按照第7.1.2.8供貨的單軸承電機除外)。
7.2.1.11.新增要求:聯軸器加長段應足夠長,以允許在不拆卸電機的情況下拆卸飛輪或者聯軸器輪轂。
7.4.2.關于皮帶傳動的張緊裝置,新增要求“該裝置應包括一個帶導向裝置和固定螺栓的橫向可調底座、兩個皮帶張緊螺釘和鎖緊裝置”。
7.5.1.(潤滑系統)一般要求
7.5.2.壓縮機機身潤滑
說明:第六版對潤滑系統的要求有較大變化,限于篇幅在此不再一一列舉,整體思路是按照API614執行。值得注意的是,即便是功率小于150kW,也應默認采用強制潤滑,具體要求按照API614的Table2(飛濺潤滑只有在得到買方批準的情況下才能使用)。API614對潤滑系統的配置進行了標準化,各類機械設備只需要按照Table2選擇即可。
7.5.3.1.2.新增條款:供應商應定義各潤滑點正常操作所需要的潤滑油量。
7.5.3.1.4.關于潤滑油泵的設計流量,由第五版的“100%增量和25%減量”改為第六版的“25%增量和25%減量”。
7.5.3.1.6.新增條款:注油器應具有在壓縮機啟動前進行預潤滑的功能。
7.5.3.1.13.新增條款:如有規定,應為潤滑油儲油罐提供自動浮球式補液裝置。
7.6.1.新增條款:除非另有規定,氣缸應帶冷卻水夾套。除非得到買方批準,賣方不應提供不帶冷卻或者空冷式氣缸。
說明:冷卻水夾套對壓縮機的正常工作至關重要,合理的冷卻可以保證排氣溫度在限定區間,且能夠改善活塞環支撐環的工作環境,延長使用壽命。風冷氣缸的冷卻效果受環境溫度和氣候條件影響較大,可靠性不能保證。
7.6.4.3.新增條款:如果氣體中可能存在可冷凝成分,則應配備加熱器或其他裝置,以保證水溫至少高于入口氣體露點溫度5度,從而防止氣體冷凝。
7.6.5.氣缸夾套冷卻水系統
說明:該小節含有9條新增條款,詳細規定了水系統的串并聯、冷卻水罐、加熱器、冷卻器等具體要求,限于篇幅,不在此一一列舉。
7.6.5.1.新增條款:供應商應說明氣缸夾套水系統是采用并聯還是串聯。
7.7.3.1.電機配備調平螺釘的重量要求從第五版的450kg降低為第六版的225kg。
7.7.4.7.新增了對吊耳焊縫的具體規定,要求為全焊透結構,且應進行100%無損檢測。
7.7.4.9.新增了對于長底座的要求,如果底座長度超過6米,則應在中間位置設置額外的墊塊。
7.7.4.13.新增條款:所有焊縫,包括甲板和結構件之間的焊縫,均應采用雙面連續密封焊,以防止裂縫腐蝕。頂部或底部的點焊均不可接受。
7.8.1.1.控制和儀表的引用標準增加了API670,刪除了ISO10438-1。
7.8.1.2.新增條款:儀表和控制的設計和制造應符合防爆區域劃分。
7.8.1.5.新增條款:儀表、控制柜和儀表架的安裝細節應協商確定。
7.8.1.7.新增了對散件供貨、現場安裝的儀表的規定,要求每個部件都應單獨貼上帶有詳細信息的標簽。
7.8.2.5.新增條款:如有規定,應提供自動瞬時泄壓裝置,以便在發生臨時停電之后(滿足規定的重啟允許時間要求)進行重新啟動。
7.8.6.5.關于報警停機推薦,第六版新增了“各級進氣壓力低”和“十字頭振動高”,取消了“各級高排氣溫度”導致的停機要求。
說明:第六版對“高排氣溫度”不再強制停車,如果需要設置停車,則根據第6.5.2條,一般考慮最大預期排氣溫度+30℃且最高不得超過175℃。另外,十字頭振動高,高為強制停車點。
7.9管路系統
說明:該章節有4條新增條款,主要涉及“7.9.1.5低點排凝”、“7.9.1.7匯管”、“7.9.6.5最終排氣管”,其他條款亦有少量改動,但整體變化不大。
7.10級間冷卻器、后冷卻器和分離器
說明:該章節有6條新增條款,主要涉及“7.10.1.3冷卻介質”、“7.10.1.4/5/6設計標準”、“7.10.1.7水側條件”和“7.10.2.2分離器設計時應考慮的因素”等內容。需要說明的是,冷卻器的設計標準為TEMA,API660或者API661,在國內項目執行的時候應合理提出偏離,盡量采用國標設計。
7.11脈動和振動控制
7.11.1.1.有關脈動和振動控制要求的應用指南,請參閱API688。
說明:關于脈動和振動分析,第六版是基于API688進行的規定。
7.11.1.4.新增條款:當無法滿足7.11.7和7.11.8中規定的驗收標準時,買方和供應商應就可接受的限值和控制方法達成一致。
7.11.4.第六版刪除了設計方法1,對于功率小于55kW,壓力小于35bar的情形也應采用設計方法2進行分析。
說明:這意味著單純采用增大脈動抑制容積的方式來滿足脈動和振動的方法是不能夠被接受的,必須采用方法2(聲學模擬+管道約束力分析)或方法3(聲學模擬+管道約束力分析+力學分析)。方法2和方法3的第一步都是進行脈動抑制裝置的容積計算。
7.11.7.5.第六版修正了管道設計振動標準的限制,將振幅值從0.5mm調整為0.57mm,振動速率從32mm/s調整為36mm/s。
7.11.8.1.關于脈動裝置的允許壓降,第六版根據壓力大小(是否小于1.4)和有無汽水分離器(作為脈動裝置的一部分)作出了細分要求,并調整了允許值。說明:對于壓力小于1.4的情況,允許壓降相較于第五版提高了約一倍(0.5%verse0.25%和0.6%verse0.33%)。
7.12.1.3.新增條款:進氣脈動抑制裝置的標定壓力值應按照各級自身的排氣壓力。
7.12.1.13.設置角撐板或加強筋的管道接口尺寸從DN25增大為DN40。
7.14.6.新增條款:盤車裝置和軸鎖緊限位開關必須為許可啟動。如果盤車裝置從靜止位置脫開,則應有跳車功能。
8.檢驗試驗
8.3.2.2.新增條款:如有規定,中間接座應按照最大允許工作壓力MAWP的1.5倍進行水壓試驗。
8.3.3.1.關于機械運轉試驗,第六版明確規定“應包含四小時的連續無負荷運轉”,且規定“預測試、中間檢查應在四小時運轉之前”。
說明:根據該條款,實際在供應商工廠進行的機械運轉試驗必然超過4個小時。
8.3.3.4.新增條款:主軸承和填料溫度監測(如果由供應商供貨),則應在運轉試驗期間記錄測驗數據。
8.3.3.6.如有規定,在運轉試驗期間應記錄機身和氣缸的振動數據。
8.3.3.7.加入新的要求:在發現故障證據后,應同意進行額外的拆檢。
8.3.4.5.新增條款:如有規定,卸荷器應安裝并進行功能性測試。
9.廠家資料
第六版刪除了原來第五版關于廠家資料的所有條款,改為參照附錄E執行。
10.附錄
附錄框架基本沿襲第五版,刪除了原第五版附錄D、N、O、P、Q,其他個別附錄內容有調整,在此不一一贅述。
以上介紹了API618第六版和第五版相比主要的變化點。總之,新版的API618改善了原版本的一些問題,引入了一些新的理念。了解這些變化,有助于廣大的工程技術人員在壓縮機設計、選用、制造、采購和使用過程中與時俱進,更好的服務于最終用戶,也避免產生技術分歧和爭議。限于筆者水平和篇幅,本文未全部列出所有變化,且部分中文翻譯未必精確,某些變化的影響也有待同行們進一步探討,大家在實際應用中請以標準原文為準。
參考文獻
【1】APISt618-2024(6th)ReciprocatingCompressorsforPetroleum,Chemical,andGasIndustryServices.
【2】APISt618-2016(5th)ReciprocatingCompressorsforPetroleum,Chemical,andGasIndustryServices.
作者簡介
向華(1986.11-),男,工學學士,主要從事石油化工項目動設備選型工作。
API618作為石油、化工和天然氣行業往復活塞式壓縮機的國際性標準,自第一版問世以來,就受到業主方、制造商和各大工程公司、設計院的推崇,并得到了廣泛的實際應用,已被證明其是有效、安全和可靠的工程實踐。經過8年的準備,API618最新版(第六版)已于2024年5月正式出版,相比第五版有較大的變化和調整。本文擬根據標準條款順序對相關更新進行簡單梳理,旨在盤點第六版和第五版的異同,并探究部分條款變化對壓縮機設計、選型和使用等可能帶來的影響。
注:為方便閱讀,下文中所列標準條款序號均按照第六版最新編號。如為新增條款則明確標注并盡量列出原文;如果為部分修改,則主要體現前后變化,以概述為主。部分條款下方加注個人理解或總結性陳述。
1.范圍
1.1.第六版明確指出隔膜壓縮機不在標準管轄范圍,第五版則未提及。
說明:隔膜壓縮機作為一種特種壓縮機,使用一個膜腔替代了傳統往復活塞式壓縮機的氣缸,一般用于高純氣體或有毒、易爆介質的輸送。受其膜片變形量限制,一般隔膜壓縮機的排氣量都較小。
1.2.第六版刪除了針對高轉速壓縮機引用標準ISO13631的備注。
說明:ISO13631是基于API11P-1989起草的針對石油及天然氣工業用集成撬裝往復壓縮機的標準。API11P第三版已于2025年8月正式出版。
2.規范性參考資料
與第五版相比,第六版刪除了15項引用標準(大部分為ISO標準),并新增了20項引用標準,限于篇幅不在此一一列舉。
說明:
a.API688第二版已由第一版的推薦性實踐(RecommendedPractice)升級為標準(Standard),其對容積式機械設備如往復活塞式壓縮機、螺桿壓縮機、轉子泵、隔膜泵和柱塞泵等的脈動和振動控制做出了具體規定。
b.第六版針對驅動電機的執行標準更為詳盡。
c.關于硫化氫腐蝕規范,第六版由NACEMR-0175改為了NACEMR0103,原因在于MR-0175針對上游勘探和生產作業設備,而MR0103針對下游設備,更加契合API618的實際應用場合,它為選擇用于石油和天然氣生產設備的金屬及合金材料提供了導則和規定要求。
3.術語、定義及縮略詞
第六版新增了部分名詞解釋,包括認證點、慣性載荷、表面粗糙度和滾制螺紋等。
調整了部分術語的定義使之更加準確,包括十字頭銷載荷、氣體力、進口容積流量、安裝底板、標準狀態等。
增加了新的縮略詞解釋,如BPVC、NNT、VDDR等。
說明:關于標準狀態的定義,第六版參考ISO13433的定義,即1.01325bar@15°C,而第五版則為1.013bar@0°C。該調整主要是考慮天然氣行業,對于化工項目一般仍然采用1.013bar@0°C,建議在實際執行中應由買方在數據表中明確定義標準狀態所采用的溫度和壓力,以免造成誤解。
4.一般
該章節無任何變化。
5.要求
第六版明確了廠家資料、圖紙和銘牌的語言,即英語或者其他指定語言。
第六版將原來的沖突解決要求(conflictingrequirements)改為了優先級(hierarchy)。
說明:實際項目執行過程中,應在請購文件中明確定義文件的優先級,以便解決文件之間的不一致問題。
6.基本設計
6.1一般
6.1.1.針對設備的可靠性,第六版新增了現場驗證(FieldProven)的定義和具體要求。
6.1.2.針對設備壽命,第六版刪除了“設計壽命不低于20年和不間斷運行三年”的要求,改為“供應商應在報價中說明哪些零部件為有限壽命”。
說明:以上調整延續了API標準的一貫風格,類似的調整也體現在其他設備的標準中,如API610,617等。在API691-2017(基于風險的設備管理)中,將設備安裝驗證程度分為了概念設備、概念驗證設備、原型機和現場驗證設備四個大類七個小類。另外,設備的實際使用壽命受諸多因素影響,包括但不限于設備設計、設備制造、設備運行工況和設備維護。
6.1.4.關于買方要求的操作工況,第六版明確要求“買方應說明設備的所有運行工況”,并在備注中進一步解釋了“運行工況包括啟動、停機、試運行、瞬態和部分負荷”和“替代氣體工況”可能對機組設計帶來的影響。
6.1.7.關于噪音控制,第六版引用了ISO3740、ISO3744和ISO3746或者ASMEPTC36,故刪除了第五版中關于相關參數對噪音的影響的解釋。
6.1.8.關于冷卻水系統條件表(Table-1),第六版調整了壓力單位,改為了kPa和bar雙單位。
說明:值得注意的是,該表的部分數值存在單位制轉換偏差,如流速和溫度(如最大進口溫度,90°F=32.22℃,30℃=86°F),實際項目執行過程中應注意。
6.1.11.關于跳閘轉速,第六版新增了對于固定轉速電機的跳閘轉速的規定,即最大連續轉速的102%。
說明:對于固定轉速的電機,其轉速只受電網頻率的影響,個人理解該規定應該是充分考慮電網頻率的波動,如50±1Hz。
6.1.17.首次新增了關于壓縮機組土建設計責權的界定,明確規定“買方應負責壓縮機系統的土建設計”。
6.2螺栓連接
6.2.4.關于緊固件標識,第六版將NACE材料緊固件標識的要求前移至6.2.4,,從編排順序上更合理。
6.2.5.關于螺栓連接的鎖緊,第六版新增了“除非通過液壓拉伸或其他可產生準確預應力的明確方法來實現預緊(見6.10.1或6.10.2.1)”。
6.2.6.新增條款:“用于液壓拉伸的外螺紋應在外露螺紋上加裝保護罩”。
6.2.7.新增條款:“攻絲孔的螺紋列合度至少應為緊固件公稱直徑的1.5倍”。
6.5允許排氣溫度
6.5.1.最高排氣溫度
第六版將最高排氣溫度從150℃調整為135℃。對于富氫氣和無油潤滑工況,最高排氣溫度從135℃調整為120℃。
6.5.2.第六版將排氣溫度的調差設定值從180℃調低到175℃。
說明:以上兩條為最重大變化。調低排氣溫度的限值意味著壓縮機在選型的時候各級應采用更低的壓縮比,可能造成增加壓縮機級數,增加能耗甚至提高設備投資成本的后果,同時調低排氣溫度也限制了部分流量調節措施的應用(如旁路調節)。從另一方面來說,低的排氣溫度肯定更安全,尤其是考慮到非金屬件(活塞環、填料環和氣閥密封原件)在高溫下的失效問題。值得指出的是,近年來材料科學取得非常多的突破,實踐已經證明即便排氣溫度超過150℃,在合理的設計前提下,壓縮機也能夠安全可靠的運行。
6.6十字頭銷和氣體載荷
該節主要的調整是將第五版的“活塞桿載荷”和“活塞桿反向角”改為第六版的“十字頭銷載荷”和“十字頭銷反向角”。另外,關于反向角的具體要求,第六版不再區分小頭瓦“有油槽設計”和“無油槽設計”,統一規定為“至少15度和3%的載荷梯度”。
6.7臨界轉速
6.7.1.第六版刪除了橫向分析,只要求壓縮機供應商根據相關要求進行扭轉分析并提供報告。
6.7.2.關于扭轉分析的具體要求,第六版刪除了專門針對電驅機組和同步電機驅動的壓縮機的具體規定,只保留了統一要求。
6.7.3.關于臨界速度計算方法的規范性引用標準,第六版刪除了ISO10437、13691和API677。
6.8壓縮機氣缸
6.8.1.5.關于干式缸套,第六版增加了三條說明:
Note1:如果缸套在運行過程中損壞或者磨損,可以更換缸套。
Note2:可更換干式缸套允許采用其他材料作為磨損面,以期活塞環和支撐環獲得最佳性能。
Note3:非接觸立式迷宮式活塞不一定需要可更換缸套。
6.8.2.1.2.與氣缸連接的法蘭接口不再允許承插焊。
6.8.2.1.8.管螺紋標準調整為ISO7-1或者ASMEB1.20.1,第五版中引用的ISO7-2或者ASMEB16.5不再列出。
6.8.2.1.13.加入關于雙頭螺柱的要求。
6.8.2.1.19.加入關于潤滑油注入口的要求。
6.9.1.5.新增條款:懸掛式閥門需經買方批準。
6.9.1.8.關于氣閥的動態分析,第六版刪除了第五版提到的具體考慮因數,但是強調供應商應進行動態分析來優化氣閥元件的運動、影響和效率。
說明:該條第五版的措辭為“如果有規定,供應商應提交書面的氣閥動態分析報告”,而第六版改為“供應商應進行氣閥動態分析…這個報告應說明該分析的所有假設”。由此可知,關于氣閥動態分析,第五版為非強制性要求,而第六版則改為了強制性要求。
6.9.2.4.關于卸荷器,第六版新增了除氣動、液壓之外的機電驅動型式。
6.10.3.2.新增條款:所有活塞均應配備非金屬支撐環。支撐環應避免作為活塞環使用。帶有迷宮式活塞的立式氣缸可以不需要支撐環。
6.10.4.2.關于活塞桿涂層,基材表面鑿毛的金屬噴涂工藝和主涂層下使用底涂層的工藝由第五版的不推薦改為第六版的不得使用。
6.10.4.3.關于硫化氫工況的活塞桿選材,引用標準從第五版的MR0175調整為MR0103(前文已有提及)。
6.10.4.7.新增條款:螺紋應在熱處理之后滾制。如果適用NACEMR0103,只要基材硬度和屈服強度保持在NACE規定值范圍內,棒材材料應被視為合格。只要基材硬度滿足NACE規定值范圍內,螺紋滾壓導致的螺紋表面增加是可以接受的。
6.11.4.十字頭
關于十字頭的技術要求由第五版的一條概述細分為第六版的三條。十字頭的選材不再按照功率等級(是否高于150kW)區分,統一規定為鑄鐵或鑄鋼。通過現場加工調整十字頭間隙的做法由第五版的“應避免”改為第六版的“不得使用”。
6.11.5.曲軸箱壓力泄放口面積刪除了第五版“孔口面積與曲軸箱獨立體積之比不宜小于70mm2/dm3”的要求。
6.12.1.5.新增條款:對D型中間接座,活塞桿在機身側應配備由耐火材料制成的拋油環,且應采用分瓣設計方便填料拆裝。
6.12.2.3.對于C型和D型中間接座的設計壓力,第六版明確規定應按照獨立承受壓縮機最大允許工作壓力MAWP進行設計,且供應商應在圖紙上標明中間接座的最大允許壓力MAWP。
6.12.2.6.新增條款:對雙室型中間接座緩沖氣系統作出了詳細規定。
說明:第六版刪除了第五版第6.12.2.7款關于“內部填料放空管線和管件應采用奧氏體不銹鋼的規定”。
6.13.1.5.新增刮油環泄漏量的要求,規定“刮油環泄漏量不得超過每分鐘5滴”。
6.13.1.6.新增條款:填料盒中不使用的接口應采用鋼制螺紋絲堵進行封堵。
說明:第六版刪除了第五版第6.13.1.6款(減少工藝氣體泄漏的具體要求)。
6.13.2.2.關于填料盒是否采用全封閉式液體冷卻,對于無油潤滑填料環的情況,判據由所有壓力等級調整為17bar以上。
6.13.2.9.新增條款:如果有規定,填料放空溫度應進行監測。
6.13.3.緩沖氣系統
說明:該小節為新增要求,包括6.13.3.1至6.13.3.7一共七款,對緩沖氣種類、起源壓力、收集系統、儀表設置等作出了具體規定。
6.14.1.4.關于材料的額外測試要求,由第五版的“可以由買方規定”改為第六版的“應由買方指定”。
說明:該款意味著買方有權要求賣方針對使用的材料(特別是用于關鍵部件或者特殊工況的材料)做額外的測試以確保其滿足使用要求,且賣方不得拒絕,相較于第五版的要求更加嚴格。
6.14.1.6.新增要求:買方應說明工藝流體和現場環境中可能存在的導致腐蝕的任何組分(包括微量的)。
當買方明確說明介質中存在氯離子或氯化物,則材料的選擇應符合API571的相關規定。如果氯離子濃度超過50PPM,則可能需要選擇其他替代材料。
說明:原文還有三條備注,列舉了主要的腐蝕介質以及胺基物和應力腐蝕應遵循的要求。
6.14.1.15.關于螺栓材質應遵循的標準,由第五版的“ASTMA307GradeB”調整為第六版的“ASTMA193GradeB7orB7M”。
說明:該項調整將螺栓材質由普通碳鋼升級為鉻鉬鋼,后者有更好的機械性能,硬度和屈服強度等指標均比普通碳鋼高,更適合高溫、高壓及特殊工況。
說明:第六版刪除了原第五版第6.15.1.16款針對獨立氣液分離器和換熱器腐蝕裕量的具體要求。
6.14.3.2.1.第六版加入了針對非承壓零部件(如十字頭)的鑄件要求,規定按照“ASTMA395或者ASTMA536”執行。
6.14.6.9.新增條款:鑄件上損壞的螺紋孔,經買方批準,可以采用引入鑲嵌件或護套的方式進行機加工修復。
6.14.8.1.關于最低金屬設計壁溫和同時壓力,第六版明確要求由買方指定。
7.輔助設備
7.1.2.1.新增要求:電機應符合API541、API547、API546或者業主批準的其他標準。低于API541、API547或者API546功率范圍的電機則應符合IEEE841或IEC60034標準。
7.1.2.3.關于電機功率的選擇,第六版刪除了“服務系數”這個因素。
說明:服務系數是衡量電機短時間超負荷運行而不損壞的能力,相當于備用功率,但根據上述條款,在壓縮機電機選型時無論是安全閥工況還是其他正常工況的計算,均不應考慮電機服務系數。
7.2.1.1.關于聯軸器,第六版明確要求采用撓性聯軸器(按照第7.1.2.8供貨的單軸承電機除外)。
7.2.1.11.新增要求:聯軸器加長段應足夠長,以允許在不拆卸電機的情況下拆卸飛輪或者聯軸器輪轂。
7.4.2.關于皮帶傳動的張緊裝置,新增要求“該裝置應包括一個帶導向裝置和固定螺栓的橫向可調底座、兩個皮帶張緊螺釘和鎖緊裝置”。
7.5.1.(潤滑系統)一般要求
7.5.2.壓縮機機身潤滑
說明:第六版對潤滑系統的要求有較大變化,限于篇幅在此不再一一列舉,整體思路是按照API614執行。值得注意的是,即便是功率小于150kW,也應默認采用強制潤滑,具體要求按照API614的Table2(飛濺潤滑只有在得到買方批準的情況下才能使用)。API614對潤滑系統的配置進行了標準化,各類機械設備只需要按照Table2選擇即可。
7.5.3.1.2.新增條款:供應商應定義各潤滑點正常操作所需要的潤滑油量。
7.5.3.1.4.關于潤滑油泵的設計流量,由第五版的“100%增量和25%減量”改為第六版的“25%增量和25%減量”。
7.5.3.1.6.新增條款:注油器應具有在壓縮機啟動前進行預潤滑的功能。
7.5.3.1.13.新增條款:如有規定,應為潤滑油儲油罐提供自動浮球式補液裝置。
7.6.1.新增條款:除非另有規定,氣缸應帶冷卻水夾套。除非得到買方批準,賣方不應提供不帶冷卻或者空冷式氣缸。
說明:冷卻水夾套對壓縮機的正常工作至關重要,合理的冷卻可以保證排氣溫度在限定區間,且能夠改善活塞環支撐環的工作環境,延長使用壽命。風冷氣缸的冷卻效果受環境溫度和氣候條件影響較大,可靠性不能保證。
7.6.4.3.新增條款:如果氣體中可能存在可冷凝成分,則應配備加熱器或其他裝置,以保證水溫至少高于入口氣體露點溫度5度,從而防止氣體冷凝。
7.6.5.氣缸夾套冷卻水系統
說明:該小節含有9條新增條款,詳細規定了水系統的串并聯、冷卻水罐、加熱器、冷卻器等具體要求,限于篇幅,不在此一一列舉。
7.6.5.1.新增條款:供應商應說明氣缸夾套水系統是采用并聯還是串聯。
7.7.3.1.電機配備調平螺釘的重量要求從第五版的450kg降低為第六版的225kg。
7.7.4.7.新增了對吊耳焊縫的具體規定,要求為全焊透結構,且應進行100%無損檢測。
7.7.4.9.新增了對于長底座的要求,如果底座長度超過6米,則應在中間位置設置額外的墊塊。
7.7.4.13.新增條款:所有焊縫,包括甲板和結構件之間的焊縫,均應采用雙面連續密封焊,以防止裂縫腐蝕。頂部或底部的點焊均不可接受。
7.8.1.1.控制和儀表的引用標準增加了API670,刪除了ISO10438-1。
7.8.1.2.新增條款:儀表和控制的設計和制造應符合防爆區域劃分。
7.8.1.5.新增條款:儀表、控制柜和儀表架的安裝細節應協商確定。
7.8.1.7.新增了對散件供貨、現場安裝的儀表的規定,要求每個部件都應單獨貼上帶有詳細信息的標簽。
7.8.2.5.新增條款:如有規定,應提供自動瞬時泄壓裝置,以便在發生臨時停電之后(滿足規定的重啟允許時間要求)進行重新啟動。
7.8.6.5.關于報警停機推薦,第六版新增了“各級進氣壓力低”和“十字頭振動高”,取消了“各級高排氣溫度”導致的停機要求。
說明:第六版對“高排氣溫度”不再強制停車,如果需要設置停車,則根據第6.5.2條,一般考慮最大預期排氣溫度+30℃且最高不得超過175℃。另外,十字頭振動高,高為強制停車點。
7.9管路系統
說明:該章節有4條新增條款,主要涉及“7.9.1.5低點排凝”、“7.9.1.7匯管”、“7.9.6.5最終排氣管”,其他條款亦有少量改動,但整體變化不大。
7.10級間冷卻器、后冷卻器和分離器
說明:該章節有6條新增條款,主要涉及“7.10.1.3冷卻介質”、“7.10.1.4/5/6設計標準”、“7.10.1.7水側條件”和“7.10.2.2分離器設計時應考慮的因素”等內容。需要說明的是,冷卻器的設計標準為TEMA,API660或者API661,在國內項目執行的時候應合理提出偏離,盡量采用國標設計。
7.11脈動和振動控制
7.11.1.1.有關脈動和振動控制要求的應用指南,請參閱API688。
說明:關于脈動和振動分析,第六版是基于API688進行的規定。
7.11.1.4.新增條款:當無法滿足7.11.7和7.11.8中規定的驗收標準時,買方和供應商應就可接受的限值和控制方法達成一致。
7.11.4.第六版刪除了設計方法1,對于功率小于55kW,壓力小于35bar的情形也應采用設計方法2進行分析。
說明:這意味著單純采用增大脈動抑制容積的方式來滿足脈動和振動的方法是不能夠被接受的,必須采用方法2(聲學模擬+管道約束力分析)或方法3(聲學模擬+管道約束力分析+力學分析)。方法2和方法3的第一步都是進行脈動抑制裝置的容積計算。
7.11.7.5.第六版修正了管道設計振動標準的限制,將振幅值從0.5mm調整為0.57mm,振動速率從32mm/s調整為36mm/s。
7.11.8.1.關于脈動裝置的允許壓降,第六版根據壓力大小(是否小于1.4)和有無汽水分離器(作為脈動裝置的一部分)作出了細分要求,并調整了允許值。說明:對于壓力小于1.4的情況,允許壓降相較于第五版提高了約一倍(0.5%verse0.25%和0.6%verse0.33%)。
7.12.1.3.新增條款:進氣脈動抑制裝置的標定壓力值應按照各級自身的排氣壓力。
7.12.1.13.設置角撐板或加強筋的管道接口尺寸從DN25增大為DN40。
7.14.6.新增條款:盤車裝置和軸鎖緊限位開關必須為許可啟動。如果盤車裝置從靜止位置脫開,則應有跳車功能。
8.檢驗試驗
8.3.2.2.新增條款:如有規定,中間接座應按照最大允許工作壓力MAWP的1.5倍進行水壓試驗。
8.3.3.1.關于機械運轉試驗,第六版明確規定“應包含四小時的連續無負荷運轉”,且規定“預測試、中間檢查應在四小時運轉之前”。
說明:根據該條款,實際在供應商工廠進行的機械運轉試驗必然超過4個小時。
8.3.3.4.新增條款:主軸承和填料溫度監測(如果由供應商供貨),則應在運轉試驗期間記錄測驗數據。
8.3.3.6.如有規定,在運轉試驗期間應記錄機身和氣缸的振動數據。
8.3.3.7.加入新的要求:在發現故障證據后,應同意進行額外的拆檢。
8.3.4.5.新增條款:如有規定,卸荷器應安裝并進行功能性測試。
9.廠家資料
第六版刪除了原來第五版關于廠家資料的所有條款,改為參照附錄E執行。
10.附錄
附錄框架基本沿襲第五版,刪除了原第五版附錄D、N、O、P、Q,其他個別附錄內容有調整,在此不一一贅述。
以上介紹了API618第六版和第五版相比主要的變化點。總之,新版的API618改善了原版本的一些問題,引入了一些新的理念。了解這些變化,有助于廣大的工程技術人員在壓縮機設計、選用、制造、采購和使用過程中與時俱進,更好的服務于最終用戶,也避免產生技術分歧和爭議。限于筆者水平和篇幅,本文未全部列出所有變化,且部分中文翻譯未必精確,某些變化的影響也有待同行們進一步探討,大家在實際應用中請以標準原文為準。
參考文獻
【1】APISt618-2024(6th)ReciprocatingCompressorsforPetroleum,Chemical,andGasIndustryServices.
【2】APISt618-2016(5th)ReciprocatingCompressorsforPetroleum,Chemical,andGasIndustryServices.
作者簡介
向華(1986.11-),男,工學學士,主要從事石油化工項目動設備選型工作。


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