API610标准仪控仪表的解读（上）

API610标准仪控仪表的解读

01

前言

监测用仪控仪表作为机械保护系统是提高离心泵运行可靠性（目前用于预防性维护）的一种必要手段，也是将来作为状态监测（预测性维护）用基础数据的主要来源。

本文将结合工程实践经验，除了对ANSI/API610第11版标准中涉及仪控仪表的条款进行专门的解读外，还对相关的机械密封和润滑油系统中所使用的仪控仪表进行规范、汇总，希望能对石化泵行业有所借鉴。

02

泵的保护及监测

离心泵最常见的监测项目

离心泵最常见的监测项目通常如下：

-  温度/温升。主要涉及轴承、密封冲洗、润滑油、冷却水以及泵进/出口介质的温度；还涉及到泵壳体上/下温差。通过对泵进/出口介质温度的监测，有助于预测汽蚀的发生；通过对泵壳体上/下温差的监测，判断是否进行了充分的暖泵。

-  压力/压差。主要包括泵进/出口的压力、冷却水及润滑油的压力、机械密封系统压力；还包括过滤器前后的压差。

-  流量。可以预测泵壳体/叶轮耐磨环更换时间及开式叶轮间隙调整时间；通过流量监测还可以确定泵出口再循环系统的状态。

-  泄漏。主要用于预测密封故障或压力边界的失效。

-  振动。通过振动监测可以检测或诊断出泵及其系统存在的各种问题。

-  噪音。表示泵发生了汽蚀、动/静零部件出现摩擦、轴承损坏或其它一些异常情况。

-  液位。包括供液箱的液位、润滑油箱的液位及密封系统缓冲/隔离罐的液位。通过对供液箱液位的监测，可以预测泵汽蚀的发生

-  轴位移。主要用于可倾瓦推力轴承的离心泵，机械密封对轴向位移非常敏感。

-  转速。主要用于变速运行的离心泵，以观察其对泵性能的影响。

-  液位。包括供液箱的液位、润滑油箱的液位及密封系统缓冲/隔离罐的液位。通过对供液箱液位的监测，可以预测泵汽蚀的发生。

其它可能监测的项目

其它可能监测的项目有：

-  应变。预测动/静零部件之间是否会发生摩擦、泵壳体的腐蚀及现场管路支撑问题；另外，还可以监测离心泵轴向力的变化。

-  功耗。检查泵的效率，预测发热问题。

-  润滑剂品质。通过对润滑剂含水量及固体颗粒的检测，预测润滑剂的更换周期。

-  间隙。趋近式表可以记录开式叶轮与泵壳体之间的间隙。

-  轴挠度。通过安装于泵体上的趋近式表来测量轴挠度，以确保旋转部件与静止部件不会发生接触。同时，轴挠度过大，会导致耐磨环、机械密封和轴承过早失效。

03

标准的规定及解读

API泵（组）涉及的仪控仪表标准较多，主要是因为泵组除了泵本体以外，还包括机械密封系统、润滑油系统及驱动设备，这些系统和设备上都需要配置必要的监测。

泵组仪控仪表主要引用于ISO 10438、API 614、API 682和API 670标准。具体如下：

ISO 10438：2007《Petroleum, petrochemical and natural gas industries – Lubrication, shaft – sealing and control – oil systems and auxiliaries》；

API 614：2008《Lubrication, Shaft – sealing and Oil – control Systems and Auxiliaries》

API 682：2014《Pumps - Shaft sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps》

API 670：2014《Machinery Protection Systems》

API 610第11版标准对仪控仪表的规定

API610标准对仪控仪表的规定不多，全部摘录如下。

条款6.9.3.2 在性能试验过程中……应在下列位置进行振动测量：

a) 在各种泵的轴承箱或相应的部位，见图31至图33所示的位置；

b) 对于安装流体动压轴承的泵，如有规定，应采用趋近式振动传感器测量轴的振动。

●条款7.4.1  如果提供的话，温度计和压力表应符合ISO 10438（所有部分）的规定。

注：对于此项条款，API 614 标准等同于ISO 10438（所有部分）。

条款7.4.2  振动、位移和温度监测

●条款7.4.2.1  如果有规定，加速度测量仪应按照ANSI/API670标准提供、安装和调试。

●条款7.4.2.2  如果规定采用流体动压轴承，那么应该采取如下准备措施：在每个轴承箱上安装两只测轴径向振动的传感器；在每台泵的推力轴承端安装两只测轴位移的传感器；在每台泵上安装一只转速传感器。买方应当说明卖方是否需要供应这些传感器。这些传感器应当按照ANSI/API670标准的规定来提供、安装和调试。

●条款7.4.2.3  如果有规定，流体动压推力轴承和径向轴承应该装设轴承金属温度的传感器。如果强制润滑的流体动压推力轴承和径向轴承与温度传感器一起提供，则传感器的安装和校准应当按照ANSI/API670标准的规定来提供、安装和调试。

●条款7.4.2.4  如果有规定，应该按照ANSI/API670标准的规定来提供和/或安装带有连接到振动传感器、轴向位移传感器或温度传感器的电缆的监测器。

解读

条款7.4.2.1 是对就地仪表的要求：API泵所配的温度表和压力表应符合ISO 10438或API 614标准。

其余条款是对远传仪表的要求：

对于装有流体动压轴承的泵，标准要求采用趋近式振动传感器测量泵轴的相对振动，振动测量应为峰-峰值位移，单位是μm；而对于安装滚动轴承的泵，通常采用速度或加速度振动传感器测量轴承箱的绝对振动，轴承箱的振动测量应该用均方根（RMS）速度，单位为mm/s。

趋近式振动传感器安装（测量）部位：径向流体动压轴承附近，测量轴的径向位移（呈90°夹角安装）；轴端部靠近推力轴承，测量轴向位移。

速度或加速度传感器，安装（测量）部位：轴承箱水平方向、垂直方向及轴向。

趋近式（径向位移）振动传感器采用2只呈90°夹角安装布置的目的有两点，一是避免探头之间发生干扰，二是当转轴有偏心时，比如重力弯曲，探头对应取平均值。轴向位移探头靠近推力轴承、沿轴向安装，2取1，一般只用1只位移探头就可以达到监测效果。

三种传感器之间的关系（见图1）：

振动加速度传感器信号（mm²/s）

积分

速度传感器信号（mm/s）

积分

趋近式传感器信号（μm）

图1  三种传感器信号之间的关系图

注：如果泵径向轴承为流体动压滑动轴承、而推力轴承是7300系列背靠背安装的角接触球轴承，那么最佳的配置方法是在径向轴承采用趋近式振动传感器，而推力滚动轴承选用接触式加速度振动传感器。不过，这种配置在实际工程应用中基本不存在。

实际工程应用中，对于安装有流体动压径向轴承和推力轴承的卧式多级泵，如石化100万吨/年延迟装置中的高压切焦水泵、火电站大型高压锅炉给水泵等，通常采用趋近式振动传感器测量轴的径向相对振动及轴向相对振动（即轴向位移），其安装方式见图2和图3。除此之外的其它大型离心泵，如大型核电站常规岛主给水泵和凝结水泵，通常均采用加速度传感器测量轴承箱的绝对振动。加速度传感器及其安装见图4。

图2  趋近式振动探头径向应用的安装角度

图3  趋近式振动及位移探头安装实例

图4  加速度传感器及其安装