基于API标准的石化装置中设备（泵、压缩机）选型与机械设计要点

1、引言

现代工业以石化行业为重要支柱，全球经济和能源结构的稳定直接受石化行业的发展规模与技术水平影响，近五年全球石化 industry 每年平均增长率为 3% 左右，且设备运行效率和可靠性是制约行业发展的关键要素，所以此时基于美国石油学会（API）标准进行设备选型与机械设计非常必要，因为 API 标准科学、严谨且适用范围广，已成为石化装置里泵和压缩机设计与选型的核心依据，而在石化装置中，泵和压缩机是关键设备，负责流体和气体的输送工作，其性能对工艺流程稳定性与装置安全性有直接影响，近些年，随着石化工艺越来越复杂且环保和能效要求越发严格，设备选型是否科学、设计是否精细就更受关注，因为研究显示，设计或者选型不合理会使设备故障率上升，还可能造成严重安全事故，例如在高压、高温或者有腐蚀性的环境中，要是不严格按照API 610 和API 617 标准设计，设备使用寿命和运行效率就会大大降低，所以深入探究API 标准在泵和压缩机选型以及机械设计方面的应用，有着重要的理论意义和实践价值，综合分析工艺参数、流体特性、安装环境这些关键因素并考虑离心泵、往复泵以及离心式、轴流式、往复式压缩机的特点，可给设备选型提供科学依据，而且机械设计方面，要是把材料选择、密封系统设计、轴承配置这些要点优化，设备的可靠性和安全性就能显著提高，本文想要探讨 API 标准在实际应用里的重要作用，为石化行业设备选型和设计提供有价值参考，推动行业高效、安全、可持续发展。

2、API 标准在石化装置设备选型与设计中的应用

2.1 API 标准对泵选型与设计的指导

在石化行业里，泵是核心的流体输送设备且工艺流程的稳定性与效率直接受其性能影响，国际上认可的泵选型和设计规范API610 标准全面指导离心泵设计并且按照这个标准选泵时得综合考量工艺参数、流体特性和安装环境等因素，像高温高压的工作状况下更要格外留意泵壳和叶轮材料的耐腐蚀性以及机械强度，这几年随着石化工业朝着高参数化发展，API610 对泵设计的可靠性要求提高了，例如轴承寿命要延长到25,000 小时以上并且密封系统必须能够适应极端条件下零泄漏的需求，另外API610 着重指出能效优化很重要，这和全球碳中和的目标相符，所以企业在设备选型的时候优先挑高效节能的型号。

实际设计时，泵要长期稳定运行靠API610 标准详细的技木条款来确保，就拿多级离心泵来说，标准规定轴向力平衡装置设计须符合特定动态负载要求以免因振动造成早期失效，而往复泵设计更看重流体特性匹配，特别是在处理含固体颗粒或者高粘度介质的时候，得用耐磨材料且优化进出口阀门结构，统计显示，2022 年国内石化行业由于泵故障造成的非计划停机时间在总停机时间里占比超 30% ，严格遵守 API 标准的企业能把这个比例降到 10% 以下，所以 API610 不但是个技术规范，更是保障石化装置高效运行的关键工具。

图1API610标准在石化装置泵选型与设计中的应用框架

2.2 API 标准对压缩机选型与设计的指导

在石化装置里，压缩机是关键的动力设备，其整体性能受选型和设计的影响巨大，所以离心式、轴流式和往复式压缩机有各自详细的选型与设计准则由API 617标准制定，在实际应用时要综合工艺气体组成、压力比、流量等参数来分析选型，像离心式压缩机因能用于大流量、中低压力比工况而在乙烯裂解气压缩领域广泛应用，并且 API 617 规定它转子动平衡等级和振动控制限值以保证高速运转时的稳定性和安全，轴流式压缩机结构紧凑、效率高，所以在大型炼化一体化项目里逐渐被当作首选设备。

在高压小流量工况下，往复式压缩机表现出色，所以常常被用于氢气增压、天然气输送等领域，并且 API618 标准对这种压缩机的活塞杆密封系统、气阀设计以及润滑方式有具体要求，这对设备使用寿命和运行可靠性直接相关，数据表明 2021 年全球石化行业新增压缩机订单大概 40% 是符合 API 标准的机型且亚洲市场占了很大一部分，需要注意的是API 标准着重强调压缩机能效优化，要求制造商在设计的时候就把能量回收和余热利用的可能性充分考虑进去，这样既能减少运营成本又与当下绿色低碳发展潮流相符。

2.3 API 标准在设备选型与设计中的关键考量因素

平衡性能、经济性与可靠性间的关系是设备选型和设计的核心内容，API 标准提供了对此进行科学评估的一套框架，其中材料选择很关键，API 标准规定了不同工况下推荐用的材料种类和性能指标，像在高温硫化氢环境里，奥氏体不锈钢由于耐腐蚀性能很好而被广泛应用，并且密封系统设计也不容小觑，API 标准要求机械密封必须有良好自适应性和长寿命，从而降低维护频率和泄漏风险，表 1 给出按 API 标准的典型设备材料选择方案，该方案涵盖常见工况下材料推荐及其适用范围。

表 1 基于 API 标准的设备材料选择方案

另外，设备运行参数要和所选轴承相匹配，API 标准推荐在高转速工况下用滚动轴承，而重载低速场景下滑动轴承更合适，企业综合考虑这些关键因素就能在设备选型与设计时达成更高可靠性与经济性，进而推动石化行业可持续发展。

3、结论

石化装置里基于 API 标准开展设备选型与机械设计方面的研究，给行业提供了重要的理论和实践方面的指导。这几年全球能源需求不断增长，石化行业趁着这个势头持续发展，到了 2022 年的时候全球石化市场的产值已经突破5000 亿美元大关，并且估计接下来的五年时间里每年都会以大概 4%的速度增长，而在这个时候泵和压缩机作为特别关键的设备，它们的性能会直接影响装置的运行效率和安全性。有研究显示，严格按照像 API610、API617 之类的标准去选型和设计设备的话，不但能使设备的可靠性与能效提高不少，还能让维护成本和安全风险降下来，在综合考量工艺参数、流体特性和环境条件的同时把密封系统、轴承选择这些关键因素考虑进去，就能保证设备在复杂工况下稳定运行。拿实际案例来分析，这进一步证明API 标准在实际应用里的重要性，也给行业从业人员提供了一条明晰的技术路线。总而言之，按照 API 标准选型和设计机械不只是遵守技术规范的事，更是保障石化装置高效、安全运行的关键所在[1]。

参考文献

[1]任宝杰;王彬;王民中;郝木明;.石化装置泵用湿封API冲洗方案的具体选型与应用探讨[J].化工与医药工程,2020(04):60-64.