Projektując sprzęt, instytut projektowy musi określić przeznaczenie i wydajność pompy oraz wybrać typ pompy. Wybór ten należy rozpocząć od typu i kształtu pompy. Jakimi więc zasadami należy się kierować przy doborze pompy? Jaka jest podstawa?
Podstawa doboru pompy
Podstawę doboru pompy należy wziąć pod uwagę z pięciu aspektów opartych na przepływie procesowym oraz wymaganiach dotyczących zaopatrzenia w wodę i odprowadzania wody, a mianowicie objętości dostarczanej cieczy, wysokości podnoszenia urządzenia, właściwości cieczy, układu rurociągu i warunków pracy.
1. Natężenie przepływu
Natężenie przepływu jest jednym z ważnych parametrów wydajnościowych przy doborze pompy, który jest bezpośrednio powiązany ze zdolnością produkcyjną i wydajnością całego urządzenia. Na przykład instytut projektowy może obliczyć normalne, minimalne i maksymalne natężenie przepływu pompy w projekcie procesu. Przy wyborze pompy jako podstawę przyjmuje się maksymalny przepływ, biorąc pod uwagę normalne natężenie przepływu. Jeżeli nie ma maksymalnego natężenia przepływu, za maksymalne natężenie przepływu można zwykle przyjąć 1,1-krotność normalnego natężenia przepływu.
2. Głowa
Wysokość podnoszenia wymagana przez system urządzenia to kolejny ważny parametr dotyczący wydajności przy wyborze pompy. Generalnie do selekcji używana jest głowica po powiększeniu marginesu o 5%-10%.
3. Właściwości cieczy
Właściwości cieczy obejmują nazwę ciekłego ośrodka, właściwości fizyczne, właściwości chemiczne i inne właściwości. Właściwości fizyczne obejmują temperaturę c, gęstość d, lepkość u, średnicę cząstek stałych i zawartość gazu w medium itp. Obejmuje to wysokość podnoszenia systemu, obliczenie efektywnego marginesu kawitacji i typ odpowiedniej pompy: właściwości chemiczne odnoszą się głównie do korozyjności chemicznej i toksyczność ciekłego medium, która jest ważną podstawą przy doborze materiałów pompy i rodzaju uszczelnienia wału.
4. Warunki układu rurociągu
Warunki rozmieszczenia rurociągów systemu urządzeń odnoszą się do wysokości podawania cieczy, odległości dostarczania cieczy, kierunku dostarczania cieczy, najniższego poziomu cieczy po stronie ssawnej, najwyższego poziomu cieczy po stronie tłocznej oraz innych danych i specyfikacji rurociągów oraz ich długości, materiałów, specyfikacji złączek rurowych, ilości itp., w celu obliczenia wysokości podnoszenia systemu i sprawdzenia marginesu kawitacji.
5. Warunki pracy
Warunki pracy zawierają wiele treści, takich jak praca w cieczy T, siła pary nasyconej P, ciśnienie po stronie ssania PS (absolutne), ciśnienie w zbiorniku po stronie tłoczenia PZ, wysokość nad poziomem morza, temperatura otoczenia, czy praca jest przerywana czy ciągła oraz czy pozycja pompy jest stała lub ruchoma.
Przemysł naftowy i chemiczny zajmują bardzo ważną pozycję w gospodarce narodowej. Jako kluczowe urządzenia pomocnicze, pompy do procesów chemicznych również cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Ze względu na złożoną charakterystykę mediów chemicznych i rosnące wymagania ochrony środowiska, na jakie aspekty należy zwrócić uwagę przy doborze pomp chemicznych?
01. Wpływ korozji
Korozja zawsze była jednym z najbardziej uciążliwych zagrożeń sprzętu chemicznego. Jeśli nie będziesz ostrożny, spowoduje to co najmniej uszkodzenie sprzętu, a w najgorszym wypadku spowoduje wypadki, a nawet katastrofy. Według odpowiednich statystyk około 60% uszkodzeń sprzętu chemicznego wynika z korozji. Dlatego przy wyborze pomp chemicznych należy w pierwszej kolejności zwrócić uwagę na naukowy charakter doboru materiału.
Zwykle panuje nieporozumienie, że stal nierdzewna jest „materiałem uniwersalnym”. Stosowanie stali nierdzewnej jest bardzo niebezpieczne niezależnie od medium i warunków środowiskowych. Poniżej znajduje się omówienie kluczowych punktów wyboru materiału dla niektórych powszechnie stosowanych mediów chemicznych:
1. Kwas siarkowy
Jako jedno z silnych mediów korozyjnych, kwas siarkowy jest ważnym surowcem przemysłowym o szerokim spektrum zastosowań. Kwas siarkowy o różnych stężeniach i temperaturach ma dużą różnicę w korozji materiałów. W przypadku stężonego kwasu siarkowego o stężeniu większym niż 80% i temperaturze poniżej 80 stopni stal węglowa i żeliwo mają dobrą odporność na korozję, ale nie nadają się do szybko płynącego kwasu siarkowego i nie nadają się do stosowania jako materiały na pompy i zawory.
Zwykła stal nierdzewna, taka jak 304 (0Cr18Ni9) i 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti) również ma ograniczone zastosowanie w środowisku kwasu siarkowego. Dlatego pompy i zawory do tłoczenia kwasu siarkowego są zwykle wykonane z żeliwa wysokokrzemowego (trudnego w odlewaniu i obróbce) oraz wysokostopowej stali nierdzewnej (Alloy 20). Fluoroplasty mają dobrą odporność na kwas siarkowy, a stosowanie pomp wyłożonych fluorem (F46) jest bardziej ekonomicznym wyborem. Produkty firmy obejmują: pompy z wyłożeniem fluoru IHF, pompy odśrodkowe PF (FS) o wysokiej odporności na korozję, pompy magnetyczne z fluorem i tworzywem sztucznym CQB-F itp.
2. Kwas solny
Większość materiałów metalowych nie jest odporna na korozję wywołaną kwasem solnym (w tym różne materiały ze stali nierdzewnej), a żelazo o wysokiej zawartości krzemu zawierające molibden można stosować tylko w przypadku kwasu solnego o stężeniu poniżej 50 i 30%. W przeciwieństwie do materiałów metalowych, większość materiałów niemetalowych ma dobrą odporność na korozję pod wpływem kwasu solnego, dlatego pompy z wyściółką gumową i pompy z tworzyw sztucznych (takich jak polipropylen, fluoroplasty itp.) są najlepszym wyborem do transportu kwasu solnego. Produkty firmy obejmują: pompy IHF z wyłożeniem fluoru, pompy odśrodkowe PF (FS) o dużej odporności na korozję, polipropylenowe pompy magnetyczne CQ (lub pompy magnetyczne z fluoroplastiku) itp.
3. Kwas azotowy
Ogólnie rzecz biorąc, większość metali szybko ulega korozji i zniszczeniu w kwasie azotowym. Stal nierdzewna jest najczęściej stosowanym materiałem odpornym na kwas azotowy. Ma dobrą odporność na korozję wobec kwasu azotowego we wszystkich stężeniach w temperaturze pokojowej. Warto wspomnieć, że stal nierdzewna zawierająca molibden (np. 316, 316L) nie tylko nie jest lepsza od zwykłej stali nierdzewnej (np. 304, 321) pod względem odporności na korozję wobec kwasu azotowego, ale czasami jest nawet gorsza.
W przypadku wysokotemperaturowego kwasu azotowego zwykle stosuje się tytan i materiały ze stopów tytanu. Produkty firmy obejmują: pompy chemiczne DFL (W) H, pompy chemiczne DFL (W) PH z osłoną, pompy procesowe DFCZ, samozasysające pompy chemiczne DFLZP, pompy chemiczne IH, pompy magnetyczne CQB itp. wykonane ze stali 304.
4. Kwas octowy
Jest to jedna z najbardziej żrących substancji spośród kwasów organicznych. Zwykła stal zostanie poważnie skorodowana w kwasie octowym we wszystkich stężeniach i temperaturach. Stal nierdzewna jest doskonałym materiałem odpornym na działanie kwasu octowego. Stal nierdzewną 316 zawierającą molibden można również stosować do pracy w wysokich temperaturach i w przypadku rozcieńczonych par kwasu octowego. W przypadku wymagających wymagań, takich jak wysoka temperatura i wysokie stężenie kwasu octowego lub innych mediów korozyjnych, można wybrać pompy ze stali nierdzewnej wysokostopowej lub tworzywa fluoroplastycznego.
5. Alkalia (wodorotlenek sodu)
Stal jest szeroko stosowana w roztworach wodorotlenku sodu poniżej 80 stopni i w stężeniu 30%. Istnieje również wiele fabryk, które nadal używają zwykłej stali o temperaturze 100 stopni i poniżej 75%. Chociaż korozja wzrasta, jest to ekonomiczne.
Zwykła stal nierdzewna nie ma oczywistej przewagi nad żeliwem pod względem odporności na korozję w roztworze alkalicznym. Jeśli do podłoża można dodać niewielką ilość żelaza, nie zaleca się stosowania stali nierdzewnej. W przypadku wysokotemperaturowych roztworów alkalicznych najczęściej stosuje się tytan i stopy tytanu lub wysokostopową stal nierdzewną. Ogólne pompy żeliwne tej firmy mogą być stosowane do roztworów alkalicznych o niskim stężeniu w temperaturze pokojowej. Jeśli istnieją specjalne wymagania, można zastosować różne typy pomp ze stali nierdzewnej lub pomp z tworzyw fluorowych.
6. Amoniak (wodorotlenek amoniaku)
Większość metali i niemetali ulega lekkiej korozji w ciekłym amoniaku i wodzie amoniakalnej (wodorotlenek amoniaku), jedynie miedź i stopy miedzi nie nadają się do stosowania. Większość produktów firmy nadaje się do transportu amoniaku i wody amoniakalnej.
7. Solanka (woda morska)
Szybkość korozji zwykłej stali w roztworze chlorku sodu, wodzie morskiej i słonej wodzie nie jest zbyt wysoka i generalnie wymaga zabezpieczenia powłoki; różne rodzaje stali nierdzewnej mają również bardzo niską równomierną szybkość korozji, ale mogą powodować lokalną korozję z powodu jonów chlorkowych, a stal nierdzewna 316 jest zwykle lepsza. Wszystkie typy pomp chemicznych firmy są skonfigurowane z 316 materiałów.
8. Alkohole, ketony, estry, etery
Typowe media alkoholowe obejmują metanol, etanol, glikol etylenowy, propanol itp., media ketonowe obejmują aceton, butanon itp., media estrowe obejmują różne estry metylowe, estry etylowe itp., media eterowe obejmują eter metylowy, eter etylowy, eter butylowy itp., są zasadniczo niekorozyjne i można stosować powszechnie stosowane materiały. Dokonując wyboru należy dokonać rozsądnego wyboru w oparciu o właściwości medium i związane z tym wymagania.
Warto również zaznaczyć, że ketony, estry i etery są rozpuszczalne w wielu rodzajach kauczuków, dlatego należy unikać błędów przy doborze materiałów uszczelniających.
02. Wpływ innych czynników
Ogólnie rzecz biorąc, nieszczelności w systemie rurociągów można zignorować w przepływie procesu pomp przemysłowych, ale należy wziąć pod uwagę wpływ zmian procesu na przepływ. Jeśli pompy rolnicze wykorzystują otwarte kanały do transportu wody, należy również wziąć pod uwagę wycieki i parowanie.
Ciśnienie: ciśnienie w zbiorniku ssącym, ciśnienie w zbiorniku drenażowym, różnica ciśnień w systemie rurociągów (utrata ciśnienia).
Dane dotyczące systemu rurociągów (średnica rury, długość, rodzaj i liczba akcesoriów rurociągu, wysokość geometryczna od zbiornika ssawnego do zbiornika ciśnieniowego itp.).
W razie potrzeby należy również narysować krzywą charakterystyczną urządzenia.
03. Wpływ rurociągów
Przy projektowaniu i układaniu rurociągów należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
(1) Rozsądny wybór średnicy rurociągu. Duża średnica rurociągu oznacza małą prędkość przepływu cieczy i małą stratę oporu przy tym samym natężeniu przepływu, ale cena jest wysoka. Mała średnica rurociągu doprowadzi do gwałtownego wzrostu utraty rezystancji, zwiększy wysokość podnoszenia wybranej pompy, zwiększy moc oraz zwiększy koszty i wydatki operacyjne. Należy zatem rozpatrywać je kompleksowo, zarówno od strony technicznej, jak i ekonomicznej.
(2) Rura tłoczna i jej złącza powinny uwzględniać maksymalne ciśnienie, jakie mogą wytrzymać.
(3) Rurociąg powinien być ułożony możliwie prosto, a liczba akcesoriów w rurociągu i jego długość powinny być zminimalizowane. Gdy konieczny jest skręt, promień zgięcia kolanka powinien wynosić od 3 do 5 średnicy rurociągu, a kąt powinien być jak największy.
(4) Zawory (zawory kulowe lub odcinające itp.) i zawory zwrotne muszą być zainstalowane po stronie tłocznej pompy. Zawór służy do regulacji punktu pracy pompy. Zawór zwrotny może uniemożliwić cofanie się pompy, gdy ciecz cofa się, i zapobiec uderzeniu pompy przez uderzenie wodne. (Kiedy ciecz zacznie cofać się, wytworzy się ogromne ciśnienie wsteczne, powodując uszkodzenie pompy)
04. Wpływ wysokości przepływu
Wyznaczanie przepływu
(1) Jeżeli w procesie produkcyjnym podano minimalne, normalne i maksymalne natężenie przepływu, należy wziąć pod uwagę maksymalne natężenie przepływu.
(2) Jeżeli w procesie produkcyjnym podane jest jedynie normalne natężenie przepływu, należy uwzględnić pewien margines.
Dla pomp ns100 o dużym przepływie i małej wysokości podnoszenia margines przepływu wynosi 5%, dla pomp ns50 o małym przepływie i dużej wysokości podnoszenia margines przepływu wynosi 10%, dla pomp 50 mniejszych lub równych ns mniejszych lub równych 100 pomp, przepływ margines wynosi również 5%, dla pomp o złej jakości i złych warunkach pracy margines przepływu powinien wynosić 10%.
(3) Jeżeli podstawowe dane podają jedynie przepływ wagowy, należy go przeliczyć na przepływ objętościowy.
05, wpływ temperatury
Transport czynnika o wysokiej temperaturze stawia wyższe wymagania konstrukcji, materiałom i układom pomocniczym pompy. Porozmawiajmy o wymaganiach dotyczących chłodzenia przy różnych zmianach temperatury i odpowiednich typach pomp firmy:
(1) W przypadku mediów o temperaturze poniżej 120 stopni zwykle nie instaluje się specjalnego układu chłodzenia, a samo medium służy głównie do smarowania i chłodzenia. Podobnie jak pompy chemiczne DFL(W)H, pompy chemiczne DFL(W)PH z ekranem (poziom ochrony silnika ekranowanego powinien wynosić poziom H, gdy przekracza 90 stopni).
Pompy chemiczne typu DFCZ zwykłego i IH mogą osiągnąć górną granicę temperatury 140 ~ 160 stopni ze względu na konstrukcję zawieszenia; maksymalna temperatura robocza pompy pokrytej fluorem IHF może osiągnąć 200 stopni; tylko zwykła pompa magnetyczna CQB ma temperaturę roboczą nieprzekraczającą 100 stopni. Warto wspomnieć, że dla mediów łatwo krystalizujących lub zawierających cząstki należy przewidzieć rurociąg płuczący powierzchnię uszczelniającą (interfejsy rezerwuje się na etapie projektowania).
(2) W przypadku mediów o temperaturze powyżej 120 stopni i w granicach 300 stopni, na pokrywie pompy należy ogólnie przewidzieć komorę chłodzącą, a komora uszczelniająca powinna być również połączona z chłodziwem (należy zapewnić dwustronne uszczelnienie mechaniczne). Gdy czynnik chłodzący nie może przedostać się do medium, należy samo medium schłodzić, a następnie podłączyć (można to osiągnąć za pomocą prostego wymiennika ciepła).
Obecnie firma posiada do doboru chemiczne pompy procesowe DFCZ, wysokotemperaturowe pompy rurociągowe GRG oraz pompy obiegowe ciepłej wody HPK (w fazie rozwoju). Ponadto wysokotemperaturowa pompa magnetyczna CQB-G może być stosowana do mediów o wysokiej temperaturze w zakresie 280 stopni.
(3) W przypadku mediów o wysokiej temperaturze powyżej 300 stopni należy schłodzić nie tylko głowicę pompy, ale także komorę łożyska zawieszenia, która powinna być wyposażona w układ chłodzenia. Konstrukcja pompy jest zazwyczaj typu wspornika centralnego. Preferowane jest uszczelnienie mechaniczne z mieszkiem metalowym, ale cena jest wysoka (cena jest ponad 10 razy wyższa niż w przypadku zwykłych uszczelnień mechanicznych). Obecnie firma posiada wyłącznie odśrodkowe pompy olejowe DFAY, które mogą osiągnąć temperaturę 420 stopni (w fazie rozwoju).
06. Wpływ właściwości uszczelniających
Żaden wyciek nie jest wieczną pogonią za sprzętem chemicznym. To właśnie ten wymóg doprowadził do rosnącego zastosowania pomp magnetycznych i pomp ekranowanych. Jednak do całkowitego wyeliminowania wycieków pozostaje jeszcze długa droga, np. trwałość tulei izolującej pompy magnetycznej i tulei ekranującej pompy ekranującej, problem wżerów materiału, niezawodność uszczelnienia statycznego itp. Przedstawmy teraz pokrótce kilka podstawowych informacji na temat uszczelnienia.
Forma uszczelnienia
W przypadku uszczelek statycznych występują zwykle tylko dwie formy: uszczelki i pierścienie uszczelniające, przy czym najczęściej stosowanym pierścieniem uszczelniającym jest O-ring.
W przypadku uszczelnień dynamicznych pompy chemiczne rzadko stosują uszczelnienia dławnicowe, a głównie wykorzystują uszczelnienia mechaniczne. Uszczelnienia mechaniczne dzielą się na typy jednostronne i dwustronne, zrównoważone i niezrównoważone. Typ zrównoważony nadaje się do uszczelniania mediów pod wysokim ciśnieniem (zwykle odnosi się do ciśnienia większego niż 1,0MPa). Uszczelnienia mechaniczne dwustronne stosowane są głównie w mediach wysokotemperaturowych, łatwych do krystalizacji, lepkich, zawierających cząstki i toksycznych lotnych. Uszczelnienia mechaniczne dwustronne powinny wtryskiwać płyn izolacyjny do wnęki uszczelniającej, a jego ciśnienie jest zwykle o 0.07 ~ 0,1 MPa wyższe niż ciśnienie średnie.
Materiały uszczelniające
Materiałem uszczelek statycznych pomp chemicznych jest zazwyczaj fluoroguma, a w specjalnych przypadkach stosuje się materiały politetrafluoroetylenowe; konfiguracja materiałowa pierścieni dynamicznych i statycznych uszczelnienia mechanicznego jest bardziej krytyczna i nie jest najlepsza w przypadku węglika spiekanego na węglik spiekany. Wysoka cena to jeden aspekt i nieuzasadniony jest brak różnicy w twardości między nimi, dlatego najlepiej jest je traktować inaczej, w zależności od właściwości medium.
(Uwaga: ósme wydanie API 610 Amerykańskiego Instytutu Naftowego zawiera szczegółowe przepisy dotyczące typowej konfiguracji uszczelnień mechanicznych i systemów rurociągów w Załączniku D)
05. Wpływ lepkości
Lepkość medium ma duży wpływ na wydajność pompy. Gdy lepkość wzrasta, krzywa podnoszenia pompy maleje, a wysokość podnoszenia i natężenie przepływu w najlepszych warunkach pracy odpowiednio się zmniejszają, podczas gdy moc wzrasta, a więc spada wydajność.