Вичерпний посібник із вибору хімічних насосів: від швидкості потоку до міркувань впливу корозії.

Насоси відіграють вирішальну роль у хімічному виробництві, впливаючи на кілька етапів, включаючи подачу, рефлюкс, нижню циркуляцію та рециркуляцію. Щоб забезпечити безперебійне виробництво, важливо вибрати відповідний тип насоса відповідно до конкретних потреб. Вибір правильного насоса не тільки впливає на ефективність процесу, але також значно впливає на загальну безпеку та економіку виробництва.

 

 

Принципи вибору хімічного насоса

1. Переконайтеся, що вибраний тип насоса та продуктивність відповідають параметрам процесу, таким як швидкість потоку, напор, тиск, температура, швидкість потоку кавітації та всмоктування.
2. Насос повинен відповідати вимогам за характеристиками середовища.

• Для насосів, що транспортують легкозаймисті, вибухонебезпечні, токсичні або цінні середовища, ущільнення вала має бути надійним і не протікати-, як-от насоси з магнітним приводом, мембранні насоси та насоси з герметизованим двигуном.
• Для насосів, що транспортують корозійні середовища, конвекційні компоненти мають бути виготовлені зі стійких до корозії-матеріалів, таких як корозійно-стійкі-насоси AFB із нержавіючої сталі та насоси з технічного пластику з магнітним приводом CQF.
• Для насосів, що містять тверді частинки, конвекційні компоненти мають бути виготовлені зі зносостійких-матеріалів; у разі необхідності ущільнення валу слід промити миючою рідиною.

3. Висока механічна надійність, низький рівень шуму та вібрації.

4. Економічні міркування повинні ґрунтуватися на мінімізації загальної вартості обладнання, експлуатації, технічного обслуговування та управління.

5. Вибір хімічних насосів у типових ситуаціях:

• Відцентрові насоси характеризуються високою швидкістю, малими розмірами, малою вагою, високою ефективністю, великою швидкістю потоку, простою конструкцією, без{0}}пульсації, стабільною продуктивністю, простотою експлуатації та зручним обслуговуванням.
• Якщо необхідне дозування, слід вибрати насос-дозатор.
• Якщо потрібен високий напір, але швидкість потоку дуже мала, а відповідний відцентровий насос із низьким-потоком-високим-напором недоступний, можна використовувати поршневий насос; якщо вимоги до кавітації невисокі, також можна вибрати вихровий насос.
• Якщо напір дуже низький і швидкість потоку дуже велика, можна вибрати насоси з осьовим потоком і насоси змішаного потоку.
• Якщо в’язкість середовища висока (більше 650~1000 мм²/с), подумайте про вибір роторного насоса або поршневого насоса (шестеренчастий насос, гвинтовий насос).
• Якщо середній вміст газу становить 75%, швидкість потоку низька, а в’язкість менше 37,4 мм²/с, можна вибрати вихровий насос.
• У ситуаціях, коли часті запуски або перекачування незручні, можна використовувати насоси з -самовсмоктувальними можливостями, наприклад само-відцентрові насоси, само-вихрові насоси та пневматичні (електричні) спеціальні насоси.

 

Витрата і напір хімічних насосів

1. Швидкість потоку є одним із ключових параметрів продуктивності для вибору насоса, який безпосередньо впливає на загальну продуктивність і транспортну потужність обладнання. Наприклад, проектні інститути можуть розрахувати нормальну швидкість потоку насоса, мінімальну швидкість потоку та максимальну швидкість потоку на етапі проектування. При виборі насоса нормальна швидкість потоку зазвичай базується на максимальній швидкості потоку. Якщо максимальна швидкість потоку недоступна, її можна прийняти як 1,1 нормальної швидкості потоку.
2. Необхідний напір системи – ще один важливий параметр продуктивності насоса. Напір зазвичай вибирається шляхом збільшення його на 5%-10%.
3. Властивості рідини, включаючи назву, фізичні властивості, хімічні властивості та інші властивості, пов’язані з головкою системи, розрахунок ефективного запасу кавітації, відповідний тип насоса, вибір матеріалів насоса та тип обраного ущільнення валу.
4. Умови розташування трубопроводів системи обладнання стосуються таких даних, як висота вхідного отвору для рідини, напрямок впускного отвору для рідини, сторона всмоктування, мінімальний і максимальний рівень рідини, а також специфікації труб і їх довжина, матеріал, специфікації кріплень і кількість, щоб виконати розрахунки для процесу складання та перевірити NPSH (NP-гідравлічну систему безпеки).
5. Визначте робочі умови, такі як робоча температура рідини, тиск насиченої пари, тиск на стороні всмоктування (абсолютний тиск), тиск у резервуарі на стороні нагнітання, висота над рівнем моря, температура навколишнього середовища, режим роботи (переривчастий або безперервний), розташування насоса (стаціонарний чи мобільний) тощо. Усе це важливі фактори для вибору.

 

Схема трубопроводів хімічних насосів

• Виберіть відповідний діаметр труби. Більший діаметр труби призводить до меншої швидкості потоку та менших втрат опору, але також і до вищої ціни; менший діаметр труби призводить до більшої втрати опору та вимагає більшого напору насоса. Збільшення потужності призводить до збільшення витрат і експлуатаційних витрат. Тому необхідний комплексний розгляд як з технічної, так і з економічної точки зору.
• Напірна труба та її з’єднання повинні бути розроблені таким чином, щоб витримувати максимальний тиск.
• Трубопроводи слід прокладати з використанням прямих труб, коли це можливо, мінімізуючи трубну арматуру та максимально скорочуючи довжину труби. При виконанні згинів радіус згину повинен бути в 3-5 разів більше діаметра труби, а кут повинен бути більше 90 градусів.
• Сторона нагнітання насоса повинна бути обладнана клапаном (кульовим або засувним краном тощо) і зворотним клапаном. Цей клапан використовується для регулювання робочої точки насоса. Зворотний клапан запобігає реверсу насоса через зворотний потік і запобігає гідроудару (який створює значний зворотний тиск і може пошкодити насос).

 

Варіанти герметизації хімічного насоса

• Пломби

Для статичних ущільнень зазвичай існує лише два типи прокладок і ущільнень, причому найчастіше використовуються ущільнювальні кільця.

Для динамічних ущільнень хімічні насоси рідко використовують сальникові ущільнення, в основному із застосуванням механічних ущільнень. Механічні ущільнення класифікуються як односторонні та двосторонні, збалансовані та незбалансовані. Збалансовані ущільнення підходять для середовища під високим -тиском (зазвичай йдеться про тиск понад 1,0 МПа). Подвійні-механічні ущільнення в основному використовуються для високотемпературних, легкокристалізованих, в’язких, -містких часток і токсичних летких середовищ. Двосторонні механічні ущільнення вимагають ін’єкції діафрагми в ущільнювальну порожнину під тиском, який зазвичай на 0,07~0,1 МПа перевищує середній тиск.

• Ущільнювальні матеріали

Матеріалом для статичних ущільнень у хімічних насосах є, як правило, фторкаучук; в особливих випадках можна використовувати політетрафторетилен (PTFE). Вибір матеріалу для нерухомих і динамічних кілець механічного ущільнення є більш критичним. Тверді сплави не обов'язково виготовляються з одного матеріалу; вони дорогі, а різниця в твердості невиправдана. Тому їх найкраще диференціювати за характеристиками середовища.

 

Вибір спеціальних середовищ для хімічних насосів

• Сірчана кислота

Корозійна активність сірчаної кислоти значно змінюється залежно від її концентрації та температури. Для концентрованої сірчаної кислоти (вище 80%) і нижче 80 градусів вуглецева сталь і чавун мають добру корозійну стійкість, але непридатні для високо-швидкісного потоку.

Невідповідні матеріали для насосів і клапанів:

Поширені нержавіючі сталі, такі як 304 (0Cr18Ni9), 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti)

Насоси та клапани для транспортування сірчаної кислоти зазвичай виготовляються з чавуну з високим вмістом-кремнію (важко піддається литтю та обробці) і високо{1}}нержавіючої сталі (сплав 20). Фторопласти мають хорошу стійкість до сірчаної кислоти; використання фторполімерних-насосів (F46) є більш економічним вибором.

• Соляна кислота

Більшість металевих матеріалів нестійкі до корозії соляною кислотою (включаючи різні нержавіючі сталі). Молібден-із високим-силіцієвим залізом можна використовувати лише за температури 50 градусів і в умовах 30% соляної кислоти.

На відміну від металевих матеріалів, більшість не{0}}металевих матеріалів мають добру стійкість до корозії соляною кислотою; тому гумові насоси та пластикові насоси (такі як поліпропіленові, фторопластові тощо) є найкращим вибором для транспортування соляної кислоти.

• Азотна кислота

За звичайних обставин більшість металів піддається корозії та швидко руйнується в азотній кислоті. Нержавіюча сталь є найбільш широко використовуваним стійким до азотної кислоти -матеріалом, демонструючи добру корозійну стійкість до азотної кислоти різних концентрацій за кімнатної температури. Варто зазначити, що нержавіючі сталі, що містять молібден- (такі як 316 і 316L), мають нижчу стійкість до корозії азотною кислотою порівняно зі звичайною нержавіючої сталлю (такі як 304 і 321), а іноді навіть гіршу. Для високо{9}}температурних середовищ азотної кислоти зазвичай використовуються титан і титанові сплави.

• Оцтова кислота

Оцтова кислота є однією з найбільш агресивних органічних кислот. Звичайні сталі піддаються сильній корозії в розчинах оцтової кислоти різної концентрації і температури. Нержавіюча сталь є чудовим матеріалом, -стійким до оцтової кислоти. Молібден-нержавіюча сталь 316 також може використовуватися в середовищах із високою-температурою та розбавленими парами оцтової кислоти. Для важких умов, таких як висока-температура, висока-концентрація оцтової кислоти або інші корозійні середовища, можна використовувати-насоси з високолегованої нержавіючої сталі або фторопласту.

• Луг (гідроксид натрію)

Звичайна нержавіюча сталь не має значної переваги в лугостійкості порівняно з чавуном. Не рекомендується використовувати нержавіючу сталь, якщо в середовищі допустима наявність невеликої кількості заліза.

Для високотемпературних лужних рідин зазвичай використовується титан і титанові сплави або високо-легована нержавіюча сталь. Наші-чавунні насоси загального призначення можна використовувати в лужних розчинах-низької{4}}концентрації при кімнатній температурі. Для особливих вимог можна використовувати різні насоси з нержавіючої сталі або фторопласту.

• Аміак (гідроксид амонію)

Більшість металів і не-металів є слабо корозійними в рідкому аміаку та аміаку (гідроксид амонію), за винятком міді та мідних сплавів.

• Розсіл (морська вода)

Звичайна сталь не викликає сильної корозії в розчинах хлориду натрію, морській воді або розсолах і, як правило, потребує захисту від фарби. Різні види нержавіючої сталі також мають дуже низькі рівномірні швидкості корозії, але локальна корозія може виникнути через дію іонів хлориду; Нержавіюча сталь 316 зазвичай працює краще.

• Спирти, кетони, естери, прості ефіри

Звичайні спиртові середовища включають метанол, етанол, етиленгліколь, пропанол тощо; кетонові середовища включають ацетон, метилетилкетон і т.д.; складноефірні носії включають різні метилові ефіри, етилові ефіри і т.д.; ефірні середовища включають диметиловий ефір, діетиловий ефір, бутиловий ефір тощо. Ці середовища, як правило, не є -корозійними, і підходять матеріали, що зазвичай використовуються. Конкретний вибір повинен ґрунтуватися на властивостях середовища та відповідних вимогах.

 

Варто відзначити, що кетони, складні та прості ефіри розчиняються в різних каучуках, що дозволяє уникнути помилок у виборі ущільнювальних матеріалів.

 

Вплив в'язкості і температури

В'язкість середовища має значний вплив на продуктивність насоса. Зі збільшенням в’язкості крива напору насоса знижується, напір і витрата за оптимальних умов експлуатації також зменшуються, тоді як потужність збільшується, таким чином знижуючи ефективність. Як правило, параметри роботи насоса при перекачуванні води є показниками його продуктивності. При перекачуванні в'язких середовищ необхідний перерахунок (поправочні коефіцієнти для різних в'язкостей можна знайти у відповідних таблицях перерахунку). Для перекачування целюлози з високою в’язкістю, паст і в’язких рідин рекомендуються гвинтові насоси.

 

Для носіїв з температурою нижче 120 градусів спеціальна система охолодження зазвичай не передбачена; сам носій служить мастилом і охолоджувачем.

Для середовища з температурою вище 120 градусів, але нижче 300 градусів, на кришці насоса повинна бути передбачена камера охолодження. Ущільнювальна камера також повинна бути з'єднана з теплоносієм (за допомогою подвійного механічного ущільнення). Якщо охолоджуюча рідина не може проникнути в середовище, її слід витягти для охолодження та підключити до охолоджувальної рідини (цього можна досягти за допомогою простого теплообмінника).

 

Для високо{0}}температурних середовищ із температурою понад 300 градусів охолодження потребує не лише головка насоса, але й порожнина підшипника підвіски також має бути обладнана системою охолодження. Насоси зазвичай мають центральну підтримку. Металеві сильфонні механічні ущільнення є кращими, але вони дорожчі (більш ніж у 10 разів дорожчі за звичайні механічні ущільнення).