استاندارد ANSI B73.1 و کاربرد آن در پمپ‌های سانتریفیوژ افقی صنعتی

تاریخچه استاندارد ANSI B73.1

استاندارد ANSI B73.1 ریشه در همکاری‌های فنی سال 1962 بین انجمن شیمیدانان صنعتی آمریکا و کمیته‌ای ویژه از انستیتوی هیدرولیک آمریکا دارد. هدف این همکاری تدوین یک استاندارد واحد برای پمپ‌های فرآیندی شیمیایی بود که بعدها توسط انستیتوی استاندارد ملی آمریکا (ANSI) به رسمیت شناخته شد و در سال 1971 با عنوان ANSI B73.1 منتشر گردید. پس از آن، شماره گذاری این استاندارد در سال‌های 1974 و 1984 به ترتیب به B73.1 و B73.1M تغییر یافت.

حوزه کاربرد استاندارد

این استاندارد مشخصات پمپ‌های گریز از مرکز افقی تک‌مرحله‌ای با مکش از ته و فلنج خروجی هم‌راستا با مرکز مکش را پوشش می‌دهد. یکی از اهداف اصلی ANSI B73.1، ایجاد قابلیت تعویض‌پذیری پمپ‌ها از سازندگان مختلف است. به عبارت دیگر، دو پمپ با سایز یکسان باید از نظر موقعیت نازل‌ها، فلنج‌ها، شفت، محفظه بیرینگ و شاسی به‌طور کامل قابل جایگزینی باشند. هرگونه تغییر طراحی خارج از این استاندارد باید با توافق خریدار و شرح کامل انجام شود.

محدودیت‌های فشار و دما

تمامی محفظه‌های تحت فشار شامل پوسته حلزونی، محفظه آب‌بندی و گلند پمپ باید حداقل با فلنج‌های کلاس 150 استاندارد ASME B16.5 و B16.62 همخوانی داشته باشند. به‌عنوان نمونه، در پمپ‌های تیپ 3196 شرکت Xylem-Goulds، ضخامت پوسته حلزونی به گونه‌ای طراحی شده که حتی با ارتقاء فلنج از کلاس 150 به 300، فشار طراحی پوسته مطابق با فلنج کلاس 300 خواهد بود.این استاندارد اجازه نصب جداره‌های حرارتی و برودتی روی پوسته حلزونی و محفظه‌ها را می‌دهد. فشار طراحی این جداره‌ها باید حداقل 100 Psi (690 KPa) در دمای 170 درجه سانتی‌گراد باشد و بیشینه دمای طراحی یک پمپ طبق ANSI B73.1 حداقل 260 درجه سانتی‌گراد در نظر گرفته شده است. تمامی محفظه‌های تحت فشار و جداره‌ها باید تحت آزمون هیدرواستاتیک با فشار یک و نیم برابر بیشینه فشار طراحی قرار گیرند.

طراحی فلنج‌ها و جداره‌ها

تمامی نازل‌های پوسته حلزونی باید فلنج‌دار باشند و با استانداردهای ASME هماهنگ باشند. ضخامت پوسته در برخی مدل‌ها مانند تیپ 3196 حتی برای فلنج کلاس 150، مطابق با فشار کلاس 300 طراحی شده است.

جداره‌های حرارتی و برودتی می‌توانند به شکل‌های زیر تعبیه شوند:

• یکپارچه با پوسته حلزونی

• خارجی و متصل شونده با پیچ و مهره

• در محفظه‌های آب‌بندی

• جداره خنک‌کننده محفظه بیرینگ

این طراحی‌ها امکان انتقال سیالات داغ یا سرد را فراهم می‌کند و انعطاف پذیری بالایی در فرآیندهای صنعتی ایجاد می‌کند.

پروانه‌ها و اتصال به شفت

استاندارد ANSI B73.1 اجازه استفاده از پروانه‌های باز، نیمه‌باز و بسته را می‌دهد. پروانه‌های باز، همانند پمپ‌های تیپ 3196، باعث کاهش مشکلات ناشی از ساییدگی و افزایش راندمان حجمی می‌شوند. لقی بین تیغه‌ها و پوسته در سمت مکش بسیار کم است و بسته به سایز پمپ و دمای سیال بین 0.13 تا 0.61 میلی‌متر متغیر است.اتصال پروانه به شفت می‌تواند با خار (Key) یا رزوه (Thread) انجام شود. در روش رزوه‌ای، پیچش پروانه باید با جهت گردش پمپ هم‌جهت باشد و تماس با سیال به‌طور کامل جلوگیری شود. وجود واشر بین پروانه و آستینک نیز مانع تماس با سیال می‌شود.

مقایسه ANSI B73.1 و ISO 5199

دو استاندارد ANSI B73.1 و ISO 5199 به‌طور گسترده‌ای در سطح جهانی برای ساخت پمپ‌های سانتریفیوژ فرآیندی استفاده می‌شوند. هر دو استاندارد:

• مکش از انتها و دهش روی خط مرکز
• امکان خارج کردن پروانه بدون جداسازی پمپ از پایپینگ
• نصب روی فریم نگه‌دارنده

را پوشش می‌دهند. تفاوت اصلی آن‌ها معمولاً در فرکانس برق است: ANSI B73.1 با 60 هرتز و ISO 5199 با 50 هرتز شناخته می‌شود، اما امروزه با استفاده از اینورتر و درایو تغییر فرکانس می‌توان از هر استاندارد در شرایط مختلف بهره برد.

کاربرد پمپ‌های استاندارد ANSI B73.1 در صنایع

پمپ‌های سانتریفیوژ افقی مطابق استاندارد ANSI B73.1 به دلیل طراحی فرآیندی، مقاومت در برابر شرایط سخت کاری و قابلیت تعویض‌پذیری بین سازندگان مختلف، به‌طور گسترده در صنایع شیمیایی، پتروشیمی، پالایشگاه‌ها و واحدهای فرآوری مواد معدنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پمپ‌ها برای انتقال سیالات خورنده، سمی، داغ یا انتقال  مواد حاوی ذرات جامد معلق مناسب هستند و به‌دلیل امکان تجهیز به جداره‌های حرارتی و برودتی و همچنین دسترسی آسان به اجزای داخلی، در سرویس‌های مداوم و حیاتی فرایندی عملکرد قابل اطمینانی دارند. از انتقال اسیدها و حلال‌ها در صنایع شیمیایی گرفته تا پمپاژ هیدروکربن‌ها در پالایشگاه و اسلاری‌ها در صنایع معدنی، کاربرد این پمپ‌ها به‌دلیل انطباق با الزامات ابعادی و مکانیکی استاندارد ANSI B73.1 بسیار گسترده و قابل اعتماد است.

مزایای پمپ‌های سانتریفیوژ افقی طبق استاندارد ANSI B73.1

پمپ‌های سانتریفیوژ افقی طراحی‌شده مطابق استاندارد ANSI B73.1 به دلیل تبعیت از الزامات ابعادی و مکانیکی یکنواخت، مزایای عملیاتی و نگهداری قابل‌توجهی در کاربردهای صنعتی دارند. مهم‌ترین مزیت این پمپ‌ها تعویض‌پذیری کامل بین سازندگان مختلف است؛ به‌طوری‌که یک پمپ هم‌سایز بدون تغییر در پایپینگ یا شاسی با نمونه برند دیگر جایگزین می‌شود و زمان توقف فرایند کاهش می‌یابد. همچنین طراحی بک‌پول‌اوت (Back Pull-Out) امکان دسترسی به مجموعه دوار و تعمیر یا تنظیم لقی پروانه را بدون جداسازی پوسته از خطوط لوله فراهم می‌کند که هزینه و زمان سرویس را به حداقل می‌رساند. انطباق با کلاس‌های فلنج استاندارد، انتخاب متریال متناسب با سیالات خورنده یا داغ، و قابلیت تجهیز به جداره‌های حرارتی و برودتی نیز باعث می‌شود این پمپ‌ها در سرویس‌های شیمیایی و فرآیندی با اطمینان و دوام بالا کار کنند. علاوه بر این، ساختار استانداردشده قطعات، دسترسی آسان به قطعات یدکی و کاهش ریسک خطا در نصب و بهره‌برداری از دیگر مزایای مهم پمپ‌های ANSI B73.1 محسوب می‌شود.

اجزای اصلی پمپ سانتریفیوژ افقی ANSI B73.1

پمپ‌های سانتریفیوژ افقی طراحی‌شده بر اساس استاندارد ANSI B73.1 دارای ساختاری ماژولار و فرآیندی هستند که امکان تعمیر، تعویض و بهره‌برداری مطمئن را در شرایط صنعتی فراهم می‌کند. مهم‌ترین اجزای این پمپ‌ها عبارت‌اند از:

پوسته حلزونی (Casing)

پوسته حلزونی بخش ثابت پمپ است که انرژی جنبشی سیال خروجی از پروانه را به فشار تبدیل می‌کند. در پمپ‌های ANSI، پوسته دارای نازل مکش از انتها و دهش روی خط مرکز بوده و معمولاً به‌صورت فلنج‌دار مطابق کلاس‌های استاندارد طراحی می‌شود. امکان تجهیز پوسته به جداره‌های حرارتی یا برودتی نیز برای انتقال سیالات داغ یا حساس وجود دارد.

پروانه (Impeller)

پروانه عضو دوار اصلی پمپ است که انرژی مکانیکی شفت را به سیال منتقل می‌کند. در استاندارد ANSI B73.1 می‌توان از پروانه‌های باز، نیمه‌باز یا بسته استفاده کرد. در بسیاری از پمپ‌های فرآیندی، پروانه باز به دلیل مقاومت بهتر در برابر سایش و قابلیت تنظیم لقی محوری کاربرد بیشتری دارد.

شفت و مجموعه بیرینگ (Shaft & Bearings)

شفت وظیفه انتقال گشتاور از موتور به پروانه را بر عهده دارد و در داخل محفظه بیرینگ توسط یاتاقان‌ها پشتیبانی می‌شود. در طراحی ANSI، مجموعه بیرینگ به‌گونه‌ای قرار گرفته که امکان خروج مجموعه دوار بدون جداسازی پوسته از سیستم لوله‌کشی (طراحی بک‌پول‌اوت) فراهم باشد.

آب‌بند مکانیکی (Mechanical Seal)

آب‌بند مکانیکی از نشت سیال در محل عبور شفت از پوسته جلوگیری می‌کند. در پمپ‌های ANSI فضای استانداردی برای نصب انواع سیل‌های مکانیکی تکی یا دوتایی در نظر گرفته شده و در صورت نیاز می‌توان از سیستم‌های خنک‌کاری یا فلاشینگ برای افزایش عمر آب‌بند استفاده کرد.

شاسی یا فریم نگهدارنده (Baseplate)

شاسی ساختاری است که پمپ و الکتروموتور روی آن نصب می‌شوند و هم‌محوری دقیق بین آن‌ها را حفظ می‌کند. در پمپ‌های ANSI ابعاد و محل سوراخ‌های نصب شاسی استاندارد است تا تعویض پمپ بدون تغییر در فونداسیون یا کوپلینگ امکان‌پذیر باشد.

این اجزا در کنار هم ساختار استاندارد پمپ‌های سانتریفیوژ افقی ANSI B73.1 را تشکیل می‌دهند و باعث می‌شوند این پمپ‌ها از نظر نصب، نگهداری و قابلیت اطمینان در فرآیندهای صنعتی عملکردی قابل پیش‌بینی و یکنواخت داشته باشند.

نکات مهم در انتخاب پمپ مطابق استاندارد ANSI B73.1

انتخاب صحیح پمپ سانتریفیوژ افقی بر اساس استاندارد ANSI B73.1 نقش مهمی در عملکرد پایدار، کاهش استهلاک و افزایش عمر تجهیزات در سرویس‌های فرآیندی دارد. در زمان انتخاب این نوع پمپ‌ها باید علاوه بر دبی و هد موردنیاز، الزامات استاندارد و شرایط واقعی فرآیند نیز به‌دقت بررسی شود. مهم‌ترین نکات انتخاب عبارت‌اند از:

شرایط هیدرولیکی و نقطه کاری

ابتدا باید دبی، هد کل، چگالی و ویسکوزیته سیال مشخص شود تا سایز هیدرولیکی پمپ مطابق نقطه عملکرد بهینه انتخاب گردد. در پمپ‌های ANSI، سایزبندی بر اساس قطر نازل مکش × دهش × قطر پروانه انجام می‌شود و انتخاب صحیح آن از کارکرد خارج از منحنی و لرزش جلوگیری می‌کند.

دمای سیال و کلاس فشاری

استاندارد ANSI B73.1 حداقل دمای طراحی را 260 °C در نظر می‌گیرد، اما در عمل باید دمای واقعی سیال و فشار سیستم بررسی شود تا کلاس فلنج (150 یا 300) و ضخامت پوسته متناسب انتخاب گردد. در سیالات داغ یا با نوسان دمایی، وجود جداره حرارتی یا برودتی نیز اهمیت دارد.

ماهیت سیال و انتخاب متریال

خورندگی، سایش‌پذیری و وجود ذرات جامد از عوامل تعیین‌کننده در انتخاب جنس قطعات مرطوب (پوسته، پروانه، شفت، سیل) هستند. برای سیالات خورنده از آلیاژهای مقاوم یا فولاد زنگ‌نزن و برای اسلاری‌ها از متریال مقاوم به سایش استفاده می‌شود تا عمر پمپ افزایش یابد.

نوع پروانه و لقی مجاز

بسته به تمیزی یا آلودگی سیال، باید نوع پروانه (باز، نیمه‌باز یا بسته) انتخاب شود. در سرویس‌های دارای ذرات یا رسوب، پروانه باز با قابلیت تنظیم لقی گزینه مناسب‌تری است. امکان تنظیم لقی محوری در پمپ‌های ANSI یکی از مزایای مهم در حفظ راندمان در طول زمان است.

نوع آب‌بند و سیستم‌های جانبی

انتخاب سیل مکانیکی باید بر اساس فشار، دما و خطرات نشتی سیال انجام شود. در سیالات سمی، فرار یا داغ، استفاده از سیل دوتایی و سیستم‌های فلاشینگ یا خنک‌کاری توصیه می‌شود. استاندارد ANSI فضای کافی برای نصب انواع سیل‌های فرآیندی را فراهم کرده است.

الزامات نصب و تعویض‌پذیری

یکی از اهداف ANSI B73.1 تعویض‌پذیری بین سازندگان است، اما در انتخاب باید ابعاد شاسی، ارتفاع محور، محل نازل‌ها و جهت چرخش با سیستم موجود تطابق داشته باشد تا جایگزینی بدون تغییر در پایپینگ و فونداسیون انجام شود.

شرایط بهره‌برداری و نگهداری

نوع سرویس (پیوسته یا متناوب)، دسترسی به قطعات یدکی، قابلیت بک‌پول‌اوت و سهولت تعمیر از عوامل مهم انتخاب هستند. در واحدهای حیاتی فرآیندی، انتخاب پمپی با دسترسی سریع به مجموعه دوار و قطعات استاندارد، زمان توقف را به حداقل می‌رساند.

در مجموع، انتخاب پمپ مطابق استاندارد ANSI B73.1 تنها به تطابق ابعادی محدود نمی‌شود، بلکه باید مجموعه‌ای از پارامترهای هیدرولیکی، مکانیکی و فرآیندی به‌صورت یکپارچه بررسی شوند تا پمپ در شرایط واقعی کارکردی مطمئن و اقتصادی داشته باشد.

تفاوت پمپ ANSI B73.1 با پمپ‌های صنعتی معمولی

پمپ‌های سانتریفیوژ افقی طراحی‌شده مطابق استاندارد ANSI B73.1 از نظر ساختار، الزامات ابعادی و کاربرد فرآیندی تفاوت‌های اساسی با پمپ‌های صنعتی معمولی دارند. مهم‌ترین تفاوت، استاندارد بودن کامل ابعاد نصب و اجزای مکانیکی در پمپ‌های ANSI است؛ به‌گونه‌ای که پمپ هم‌سایز از هر سازنده‌ای بدون تغییر در پایپینگ، شاسی یا کوپلینگ قابل جایگزینی است، در حالی‌که در پمپ‌های معمولی هر سازنده ابعاد و طراحی خاص خود را دارد و تعویض آن‌ها اغلب نیازمند تغییرات مکانیکی است. همچنین پمپ‌های ANSI برای سرویس‌های فرآیندی شیمیایی و شرایط سخت کاری طراحی شده‌اند و از نظر مقاومت دمایی، فشار طراحی، متریال و قابلیت تجهیز به جداره‌های حرارتی و برودتی سطح بالاتری دارند، اما بسیاری از پمپ‌های صنعتی عمومی برای کاربردهای سبک‌تر مانند آب یا سیالات غیرخورنده ساخته می‌شوند. از نظر نگهداری نیز پمپ‌های ANSI معمولاً دارای طراحی بک‌پول‌اوت و دسترسی آسان به مجموعه دوار هستند، در حالی‌که در پمپ‌های معمولی برای تعمیر اغلب باید پوسته از خط لوله جدا شود. در مجموع، پمپ ANSI B73.1 یک پمپ فرآیندی استاندارد و قابل تعویض برای صنایع شیمیایی و نفتی محسوب می‌شود، در حالی‌که پمپ‌های صنعتی معمولی بیشتر کاربرد عمومی و غیر‌استاندارد دارند.

جمع‌بندی استاندارد ANSI B73.1

در مجموع، استاندارد ANSI B73.1 چارچوبی جامع برای طراحی، ساخت و نصب پمپ‌های سانتریفیوژ افقی فرآیندی ارائه می‌دهد که هدف اصلی آن ایجاد یکنواختی ابعادی، قابلیت تعویض‌پذیری بین سازندگان و اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در شرایط سخت صنعتی است. این استاندارد با تعریف الزامات مشخص برای پوسته، فلنج‌ها، پروانه، آب‌بند و محدوده فشار–دما، پمپ‌هایی مناسب برای انتقال سیالات خورنده، سمی یا داغ در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و پالایشگاهی فراهم می‌کند. همچنین ویژگی‌هایی مانند طراحی بک‌پول‌اوت، امکان تجهیز به جداره‌های حرارتی و برودتی و دسترسی آسان به قطعات، باعث شده پمپ‌های منطبق با ANSI B73.1 از نظر نگهداری، دوام و پایداری عملکرد در سرویس‌های فرآیندی به یکی از پرکاربردترین و قابل‌اعتمادترین استانداردهای پمپ در جهان تبدیل شوند.

سوالات متداول درمورد استاندارد ANSI B73.1

پمپ ANSI B73.1 چیست و چه کاربردی دارد؟

پمپ ANSI B73.1 نوعی پمپ سانتریفیوژ افقی فرآیندی است که طبق الزامات ابعادی و مکانیکی مشخصی طراحی می‌شود تا در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و پالایشگاهی برای انتقال سیالات خورنده، سمی یا داغ به‌صورت ایمن و پیوسته استفاده شود. مهم‌ترین ویژگی این پمپ‌ها تعویض‌پذیری بین سازندگان مختلف و قابلیت اطمینان بالا در سرویس‌های صنعتی است.

مهم‌ترین تفاوت استاندارد ANSI B73.1 با ISO 5199 چیست؟

هر دو استاندارد برای پمپ‌های سانتریفیوژ فرآیندی تدوین شده‌اند، اما ANSI B73.1 بیشتر در آمریکای شمالی و سیستم‌های مبتنی بر فرکانس 60 هرتز رایج است، در حالی‌که ISO 5199 در اروپا و شبکه‌های 50 هرتز کاربرد گسترده‌تری دارد. از نظر ساختار کلی مشابه‌اند، ولی تفاوت‌هایی در ابعاد، الزامات مکانیکی و برخی محدوده‌های عملکردی دارند.

آیا پمپ‌های ANSI B73.1 واقعاً بین برندهای مختلف قابل جایگزینی هستند؟

بله، یکی از اهداف اصلی این استاندارد یکنواخت‌سازی ابعاد نصب، محل نازل‌ها، ارتفاع محور و نقاط اتصال است. بنابراین اگر سایز پمپ یکسان باشد، معمولاً می‌توان پمپ یک سازنده را بدون تغییر در پایپینگ یا شاسی با برند دیگر جایگزین کرد، البته به شرط تطابق کامل سایز و کلاس فلنج.

چرا در پمپ‌های ANSI B73.1 از طراحی بک‌پول‌اوت استفاده می‌شود؟

طراحی بک‌پول‌اوت امکان خارج کردن مجموعه دوار (شفت، پروانه و بیرینگ) را بدون جدا کردن پوسته از خط لوله فراهم می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود تعمیر، تنظیم لقی پروانه یا تعویض سیل مکانیکی سریع‌تر انجام شود و زمان توقف واحد صنعتی کاهش یابد.

چه نوع پروانه‌ای در پمپ‌های ANSI B73.1 استفاده می‌شود؟

در این استاندارد امکان استفاده از پروانه باز، نیمه‌باز یا بسته وجود دارد. انتخاب نوع پروانه به ماهیت سیال بستگی دارد؛ برای سیالات حاوی ذرات یا مستعد رسوب، پروانه باز با قابلیت تنظیم لقی رایج‌تر است، در حالی‌که برای سیالات تمیز ممکن است پروانه بسته استفاده شود.

محدوده دمایی و فشاری پمپ‌های ANSI B73.1 چقدر است؟

طبق الزامات استاندارد، پمپ باید حداقل توانایی کار در دمای 260 درجه سانتی‌گراد را داشته باشد و فشار طراحی پوسته و محفظه‌های تحت فشار نباید کمتر از منحنی تحمل فلنج‌های کلاس 150 باشد. در بسیاری از طراحی‌های صنعتی، این محدوده‌ها بالاتر نیز در نظر گرفته می‌شود.

آیا می‌توان پمپ ANSI B73.1 را برای سیالات خورنده یا خطرناک استفاده کرد؟

بله، این پمپ‌ها دقیقاً برای سرویس‌های شیمیایی و فرآیندی طراحی شده‌اند. با انتخاب متریال مناسب (مانند فولاد زنگ‌نزن یا آلیاژهای مقاوم) و استفاده از سیل مکانیکی متناسب، می‌توان آن‌ها را برای انتقال اسیدها، حلال‌ها و سیالات سمی به‌کار برد.

آیا پمپ‌های استاندارد ANSI B73.1 فقط در صنایع شیمیایی استفاده می‌شوند؟

خیر، اگرچه این استاندارد برای فرآیندهای شیمیایی تدوین شده، اما امروزه در صنایع نفت و گاز، پالایشگاه، نیروگاه، صنایع معدنی و حتی برخی کاربردهای آب صنعتی نیز به‌دلیل قابلیت اطمینان و استاندارد بودن ابعاد به‌طور گسترده استفاده می‌شود.