Mit kell tudni, mielőtt vegyipari szivattyút választ?

Mi az a kémiai eljárású szivattyú, és miért igényel különös figyelmet?

A kémiai folyamat szivattyú egy ipari szivattyú, amelyet kifejezetten korrozív, mérgező, koptató, gyúlékony vagy egyéb módon veszélyes folyadékok kezelésére terveztek a vegyiparban, a petrolkémiai finomításban, a gyógyszergyártásban, a vízkezelésben és a kapcsolódó feldolgozóiparban. A szabványos vízszivattyúkkal vagy az általános közüzemi szivattyúkkal ellentétben a vegyipari folyamatok szivattyúit a kezdetektől úgy tervezték, hogy ellenálljanak az agresszív közegek pusztító hatásainak, miközben megbízható, szivárgásmentes működést biztosítanak hosszabb szervizintervallumon keresztül. A vegyi folyamatok környezetében a szivattyú meghibásodásának következményei a költséges termelési leállástól a katasztrofális biztonsági eseményekig terjednek, ezért a szivattyú kiválasztását, az anyagspecifikációt és a tömítések elrendezését sokkal szigorúbban kezelik, mint az általános ipari alkalmazásoknál.

A kémiai folyamatok szivattyúi mögött meghúzódó tervezési filozófia három prioritásra összpontosít: elszigetelésre, tartósságra és karbantarthatóságra. A visszatartás azt jelenti, hogy megakadályozzák, hogy a technológiai folyadék a környezethez vagy a személyzethez jusson bármilyen működési körülmény között, beleértve a felborult körülményeket és a tömítési hibákat is. A tartósság azt jelenti, hogy olyan anyagokat és hidraulikus kialakításokat kell kiválasztani, amelyek ellenállnak a kopásnak, a korróziónak és a termikus igénybevételnek a hónapok helyett években mért élettartam alatt. A karbantarthatóság azt jelenti, hogy a szivattyút úgy kell megtervezni, hogy a kopó alkatrészeket gyorsan ki lehessen cserélni minimális szétszereléssel, ami csökkenti a javítás átlagos idejét, és lehetővé teszi az üzemek számára a pótalkatrész-készletek hatékony kezelését. Alapvető fontosságú, hogy megértsük, hogyan kezelik ezeket a prioritásokat a különböző szivattyú-konstrukciókban, mielőtt bármilyen vegyi szolgáltatáshoz szükséges felszerelést meghatároznánk.

Milyen típusú vegyi eljárású szivattyúk állnak rendelkezésre, és mikor használják mindegyiket?

A kémiai folyamatok szivattyúi számos alapvető működési elvben állnak rendelkezésre, amelyek mindegyike megfelel az adott folyadék jellemzőinek, az áramlási sebesség követelményeinek és a nyomásviszonyoknak. Az adott alkalmazáshoz nem megfelelő szivattyútípus kiválasztása rossz hatásfokkal, idő előtti kopással és gyakori karbantartási beavatkozásokkal jár, függetlenül attól, hogy az anyagok milyen jól vannak megadva.

Centrifugális folyamatszivattyúk

A centrifugálszivattyúk a legszélesebb körben használt típusok a vegyi feldolgozó üzemekben, és a finomítókban, vegyi komplexumokban és gyógyszeripari létesítményekben található összes szivattyúberendezés többségét teszik ki. Egy forgó járókeréken keresztül energiát adnak át a folyadéknak, és a kinetikus energiát nyomássá alakítják, amikor a folyadék áthalad a tekercsen vagy a diffúzor burkolatán. A centrifugálszivattyúk a legalkalmasabbak alacsony viszkozitású folyadékokhoz, nagy áramlási sebességekhez és olyan alkalmazásokhoz, ahol mérsékelt vagy magas nyomásra van szükség. Egyes konfigurációkban önfelszívók, változtatható sebességű hajtásokkal könnyen vezérelhetők, és a járókerék trimmelésén keresztül a hidraulikus teljesítmény széles skáláját kínálják. Az ANSI B73.1 és az ISO 2858 a vegyi centrifugálszivattyúk domináns méretszabványai, amelyek biztosítják a gyártók közötti felcserélhetőséget, valamint egyszerűsítik a karbantartást és a pótalkatrészek kezelését.

Kiszorításos szivattyúk

Ha a technológiai közeg viszkózus, nyírásra érzékeny, pontos adagolást igényel, vagy nagyon nagy nyomáson kell szivattyúzni alacsony átfolyás mellett, a térfogat-kiszorításos szivattyú a megfelelő választás. A fogaskerekes szivattyúk, a szivattyúk, a progresszív üreges szivattyúk, a membránszivattyúk és a dugattyús szivattyúk mind ebbe a kategóriába tartoznak. A centrifugális szivattyúkkal ellentétben a térfogat-kiszorításos szivattyúk fordulatonként vagy löketenként rögzített térfogatot adnak le, függetlenül a rendszer ellennyomásától, így ideálisak adagolási alkalmazásokhoz és olyan folyadékokhoz, mint a gyanták, polimerek, iszapok és paszták, amelyeket a centrifugális járókerék nem képes hatékonyan kezelni. A térfogat-kiszorításos szivattyú áramlási sebességét a sebesség vagy a lökethossz beállításával szabályozzák a nyomószelep fojtása helyett, ami túlzott nyomásnövekedést és a berendezés esetleges károsodását okozhatja.

Mágneses hajtás és konzervmotoros szivattyúk

Ahol a szivárgásmentesség abszolút követelmény – például erősen mérgező, rákkeltő vagy ultratiszta folyadékok kezelésekor – a mágnesesen kapcsolt tömítés nélküli szivattyúk vagy a konzervmotoros szivattyúk teljesen megszüntetik a mechanikus tengelytömítést. A mágneses meghajtó szivattyúban a járókerék a hajtómotorhoz kapcsolódik egy mágneses tengelykapcsolón keresztül, amely a forgatónyomatékot a védőburkolaton keresztül továbbítja anélkül, hogy forgó tengely hatolna át a szivattyúházon. A konzervmotoros szivattyúk a motor állórészét és a szivattyúházat egyetlen zárt egységbe integrálják, és a technológiai folyadék keni a motor csapágyait. Mindkét kialakítás eleve szivárgásmentes, és széles körben specifikálják a gyógyszerészeti hatóanyag-gyártásban, a klórkezelésben, a hidrogén-fluorid-szolgáltatásban és más olyan alkalmazásokban, ahol a technológiai folyadék nyomokban történő kibocsátása is elfogadhatatlan.

Milyen anyagokat használnak a kémiai folyamatok szivattyúiban?

Az anyagválasztás a kémiai folyamatok szivattyú-specifikációjának műszakilag legigényesebb szempontja. A szivattyúháznak, a járókeréknek, a tengelynek és a tömítőelemeknek mind-mind ellenállniuk kell a technológiai közeg által kiváltott speciális korrozív és eróziós támadási mechanizmusoknak, miközben meg kell őrizni a megfelelő mechanikai szilárdságot az üzemi hőmérsékleten. Az alábbi táblázat összefoglalja a legelterjedtebb építőanyagokat és azok jellemző vegyipari alkalmazási területeit:

Az anyag kiválasztásánál nem csak az elsődleges technológiai folyadékot kell figyelembe venni, hanem a tisztítószereket, a sterilizáló közegeket, a nyomokban lévő szennyeződéseket és minden olyan zavaró körülményt is, amellyel a szivattyú élettartama során találkozhat. Az a szivattyú, amely normál üzemi körülmények között jól működik, de gyorsan korrodálódik a maró tisztítási ciklus során, idő előtt meghibásodik. A korróziós adattáblázatok tanulmányozása a szivattyú gyártójától és a speciális korróziós mérnöki referenciáktól, és ahol lehetséges, a tényleges technológiai folyadékban végzett kuponos teszteléssel történő érvényesítés biztosítja a legnagyobb biztonságot az anyagválasztási döntésekben.

Hogyan működnek a mechanikus tömítések a vegyi folyamatszivattyúkban, és miért fontosak?

A mechanikus tömítés a leginkább karbantartást igénylő és leginkább meghibásodásra hajlamos alkatrész a hagyományosan tömített vegyipari folyamatszivattyúkban. Megakadályozza a technológiai folyadék kijutását a forgó tengely mentén, ahol az kilép a szivattyúházból, fenntartva a visszatartást, miközben lehetővé teszi a tengely szabad forgását. A mechanikus tömítés két precíziós átlapolású tömítési felületből áll – az egyik a tengellyel forog, a másik pedig a tömítésházban áll –, amelyeket rugóerő és folyadéknyomás tart egymással. A felületek között vékony folyadékfilm kenést és hűtést biztosít, az elasztomer másodlagos tömítések pedig megakadályozzák a szivárgást maguk körül a tömítéselemek körül.

Egyszeres vs. kettős mechanikus tömítések

Az egyetlen mechanikus tömítés a legegyszerűbb és leggazdaságosabb elrendezés, amely olyan folyadékokhoz megfelelő, amelyek nem nagyon mérgezőek, nem polimerizálódnak vagy kristályosodnak a tömítési felületeken, és elviselik a minimális szabályozott légköri szivárgást. A kettős mechanikus tömítések két tömítéskészletből állnak, amelyek egymás mellett vagy egymással szemben vannak elrendezve, és közöttük egy külső tömítéstartó rendszer keringetett gáttal vagy pufferfolyadékkal. A zárófolyadékot a konfigurációtól függően a technológiai folyadék nyomása feletti vagy alatti nyomáson tartják, megakadályozva, hogy a technológiai folyadék elérje az atmoszférát még akkor is, ha a belső tömítés kopott. A kettős tömítéseket környezetvédelmi előírások és biztonsági kódok írják elő az illékony szerves vegyületeket, rákkeltő anyagokat és egyéb olyan veszélyes anyagokat kezelő szivattyúkra, amelyek a kibocsátási szabványok, például az EPA 40 CFR 63. része vagy az EU ipari kibocsátásokról szóló irányelve szerint vannak besorolva.

Tömítőfelület-anyagok a vegyipari szervizhez

A tömítőfelület anyagának párosítása kritikus fontosságú a vegyipari szolgáltatásokban. A szilícium-karbid és a szilícium-karbid a leggyakoribb nagy teljesítményű kombináció, amely kiváló keménységet, vegyszerállóságot és hővezető képességet kínál. A szén-grafit szilícium-karbiddal szemben előnyös, ha szárazonfutás-ellenállásra van szükség, vagy ahol a technológiai folyadék gyenge kenést biztosít. A hidrogén-fluorid és más fluoridtartalmú áramok esetében volfrám-karbid vagy speciális kerámia felületek vannak előírva, mivel a szilícium-karbidot megtámadják a fluoridok. Az elasztomer O-gyűrűknek és a másodlagos tömítéseknek is kompatibilisnek kell lenniük a technológiai folyadékkal; Az EPDM, a Viton (FKM), a PTFE és a Kalrez (FFKM) különböző kémiai kompatibilitási tartományokat és hőmérsékleti határokat fed le.

Milyen kulcsfontosságú teljesítményparamétereket kell meghatározni a szivattyú kiválasztása előtt?

A pontos hidraulikus és folyamatadatok előfeltételei egy olyan vegyipari folyamatszivattyú kiválasztásának, amely megbízhatóan működik a legjobb hatékonysági pontján, és megfelel a folyamatrendszer követelményeinek a teljes működési tartományban. A hiányos vagy becsült adatok benyújtása a szivattyú gyártójának túlméretezett vagy alulméretezett berendezésekhez, túlzott recirkulációhoz, kavitációhoz és mechanikai hibákhoz vezet, amelyek csak az üzembe helyezés után válnak nyilvánvalóvá.

• Áramlási sebesség: Határozza meg a normál üzemi áramlást, a minimális folyamatos stabil áramlást és a maximális áramlást, amelyet a szivattyúnak biztosítania kell. A folyamatosan minimális stabil áramlási szint alatt működő centrifugálszivattyúk recirkulációt, vibrációt, valamint a járókerék és a tömítés alkatrészeinek felgyorsult kopását tapasztalják.
• Teljes differenciálmagasság: Számítsa ki a rendszer ellenállását a megadott áramlási sebesség mellett, figyelembe véve a statikus magasságkülönbséget, a csősúrlódási veszteségeket, az illesztési veszteségeket, valamint a szívó- és nyomótartályok közötti nyomáskülönbséget. Ezt a nyomást a szivattyúnak kell generálnia, nem pedig egyedül a kisülési tartály nyomását.
• Rendelkezésre álló nettó pozitív szívómagasság (NPSHa): Számítsa ki az NPSHa-t a szivattyú szívókarimájánál a szívóedény nyomása, a folyadék gőznyomása, a statikus magasság és a szívóvezeték súrlódási veszteségei alapján. A szivattyú szükséges NPSHr értékének legalább 0,5-1,0 méterrel az NPSHa alatt kell lennie, hogy megfelelő tartalékot biztosítson a kavitáció ellen, amely járókerék eróziót és hidraulikus instabilitást okoz.
• A folyadék tulajdonságai: Adja meg a folyadék sűrűségét és viszkozitását az üzemi hőmérsékleten, a gőznyomást, a szilárdanyag-tartalmat és a részecskeméretet, ha lehetséges, valamint a polimerizációra, kristályosodásra vagy lerakódásokra való hajlamot. Körülbelül 50 centistokes feletti viszkozitás esetén korrekciós tényezőket kell alkalmazni a szivattyú közzétett vízalapú teljesítménygörbéire.
• Működési hőmérséklet tartomány: Adja meg a normál üzemi hőmérsékletet, a maximális felborítási hőmérsékletet és a minimális hőmérsékletet indításkor vagy gőzkibocsátáskor. A szivattyú alkatrészei közötti hőtágulási különbségek magasabb hőmérsékleten befolyásolják a hézagokat, a csapágyterhelést és a tömítés teljesítményét.
• Kötelezettség besorolása: A szivattyút folyamatos üzemű, szakaszos üzemű vagy készenléti üzembe sorolja be. A folyamatos üzemű szivattyúk konzervatívabb méretezést és robusztusabb tömítéseket és csapágyakat igényelnek, mint a csak alkalmanként, rövid ideig üzemelő szivattyúk.

Hogyan kell karbantartani a kémiai folyamatok szivattyúit az élettartam maximalizálása érdekében?

Még a legjobban meghatározott vegyipari folyamatszivattyú is alulteljesít, és idő előtt meghibásodik, ha a karbantartási gyakorlatok nem megfelelőek. A szivattyú típusához, a szolgáltatás súlyosságához és a folyamat kritikusságához igazított, strukturált, megbízhatóság-központú karbantartási program a leghatékonyabb módszer az életciklus-költségek és a nem tervezett leállások minimalizálására.

• Mechanikus tömítés öblítési terv kezelése: Minden rutinellenőrzéskor ellenőrizze, hogy a tömítés-öblítő- vagy zárófolyadék-rendszer a megfelelő áramlási sebességgel és nyomással működik-e. Az öblítési áramlás elvesztése a vezető oka a kémiai szervízben előforduló idő előtti tömítés meghibásodásának, és gyakran megelőzhető az öblítőrendszer jelzőinek egyszerű figyelésével.
• Rezgésfigyelés: Szereljen fel rezgésérzékelőket a szivattyú és a motor csapágyaira, és állítsa be az alapszintű vibrációs jeleket az üzembe helyezéskor. Az emelkedő rezgésszintek a járókerék kopását, kavitációját, elmozdulását vagy csapágyromlást jeleznek hetekkel a katasztrofális meghibásodás előtt, ami lehetővé teszi a tervezett karbantartást, nem pedig a sürgősségi javításokat.
• Igazítás ellenőrzése: A működés közbeni hőnövekedés elmozdítja a szivattyú és a motor tengelyének középvonalait a hidegbeállítási helyzetükhöz képest. A meleg üzemben lévő szivattyúkat melegen be kell állítani fordított tárcsa vagy lézerbeállító berendezés segítségével, hogy biztosítsák, hogy a tengelybeállítás megfelelő legyen üzemi hőmérsékleten, nem csak a környezeti hőmérsékleten a telepítés során.
• Csapágykenés kezelése: A zsírkenésű csapágyaknál pontosan kövesse a gyártó kenési ütemtervét. A túlzsírozás ugyanolyan káros, mint az alulzsírozás, ami a csapágy túlmelegedését okozza a kavargási veszteségek miatt. Az olajkenésű csapágykeretek rendszeres olajszint-ellenőrzést és időszakos olajelemzést igényelnek a szennyeződés vagy leromlás kimutatása érdekében, mielőtt a csapágy károsodása bekövetkezne.
• A hidraulikus teljesítmény trendjei: Rendszeres időközönként figyelje a szivattyú nyomáskülönbségét és áramlási sebességét, és ábrázolja a működési pontot a szivattyú teljesítménygörbéjének függvényében. A működési pont alacsonyabb fej és nagyobb áramlás irányába történő eltolódása a járókerék kopását vagy a kopott kopógyűrűk belső visszakeringetését jelzi, míg a magasabb emelőmagasság és az alacsonyabb áramlás irányába történő eltolódás a szívás korlátozására vagy eltömődésére utal.

A szivattyú javítási előzményeinek dokumentálása és az ismétlődő meghibásodási minták elemzése lehetővé teszi a karbantartó mérnökök számára, hogy azonosítsák a kiváltó okokat, és olyan tervezési vagy működési változtatásokat hajtsanak végre, amelyek megszakítják a meghibásodási ciklust. Azok a szivattyúk, amelyeknél három-hat havonta cserélni kell a tömítést egy adott szolgáltatásnál, egyértelmű jelzést adnak arról, hogy vagy a tömítés kialakítását, az öblítési elrendezést vagy az üzemi feltételeket kell felülvizsgálni – és a kiváltó ok kezelése mindig költséghatékonyabb, mint a krónikus tömítéscserét normál karbantartási tevékenységként elfogadni.