Выбор насоса для химического производства

Аксель Йешке
16.03.2022 531

Почему двухвинтовые насосы так хорошо справляются с жидкостями с разной вязкостью и другими характеристиками?

Двухвинтовые объемные насосы — это эффективное решение для работы с химическими веществами при серийном производстве. Зачастую двухвинтовые насосы — это последняя надежда производителей, поскольку они могут решить многие проблемы, однако при этом технология не столь широко известна. Сам двухвинтовой насос стоит дороже, чем центробежный. Однако если сравнить общие затраты на систему, оптимизированную под двухвинтовой насос, то этот вариант сразу станет весьма привлекательным.

Двухвинтовые насосы следует рассматривать в случаях, когда процесс подвергается риску кавитации, в нем присутствует газ или пар, изменения расхода, температуры, давления, вязкости и других характеристик жидкости. Эффективность двухвинтовых насосов особенно выделяется в области обработки и перекачивания химических веществ, которые подвергаются нескольким подобным изменениям, а также в сложных условиях эксплуатации, с которыми не справляются другие, более распространенные типы насосов.

При обработке химических веществ конструкция двухвинтовых насосов обеспечивает расход до 3000 м3/ч, выдерживает перепады давления более 100 бар, температуру продукта до 400 °C (752 °F) и вязкость от 1 до 1000000 сП, что делает эти насосы очень надежными. Они выдерживают различные производственные условия, характерные для химической перерабатывающей промышленности, например, работу на сухом ходу, самовсасывание, широкий диапазон мощностей, промывки, очистку и регулировку расхода.

Частотно-регулируемые приводы — это надежная вспомогательная технология для двухвинтовых насосов. Современные частотно-регулируемые приводы позволяют пользователям ощутить всю универсальность двухвинтовых насосов, поскольку производительность насоса зависит от скорости и на нее практически не влияют перепады давления. Использование частотно-регулируемых приводов позволяет реализовать все возможности насоса, от 10% до 100% расчетной скорости и производительности.

Если оценивать общие расходы на запуск, эксплуатацию, техническое обслуживание и отключение, двухвинтовые насосы могут оказаться наиболее экономичным решением.

Рабочее колесо центробежного насоса создает область низкого давления у своего приемного отверстия.

Основы технологии двухвинтовых насосов

Двухвинтовые насосы могут работать с различными жидкостями и материалами с самой разной вязкостью при серийном производстве. Они также приспособлены к широкому диапазону характеристик жидкостей (смазочным, несмазочным, агрессивным и абразивным жидкостям), а также к жидкостям, содержащим увлеченные газы.

Рабочее колесо центробежного насоса создает область низкого давления у своего приемного отверстия. При перекачивании жидкости с увлеченным газом газ отделяется и скапливается в этом месте. Это явление, известное как газовая пробка, возникает, когда газ в приемном отверстии ограничивает прохождение жидкости через рабочее колесо. Единственный способ борьбы с газовой пробкой — это удаление газа. Для этого нужно остановить насос, удалить из системы воздух и заново запустить насос. Двухвинтовые и роторные объемные насосы ничем не ограничены в этом отношении. Увлеченный газ, попадающий в полость насоса, вытесняется жидкостью, выпускаемой из насоса, поскольку линия нагнетания изолирована от линии всасывания.

Второе преимущество двухвинтовых насосов — это энергоэффективность. Объемная эффективность двухвинтовых и других роторных объемных насосов повышается по мере повышения вязкости. Из-за особенностей конструкции центробежных насосов при повышении вязкости их производительность и эффективность падает. Потери на внутреннее трение в центробежных насосах увеличиваются при повышении вязкости, что приводит к снижению производительности, напора и эффективности. Производительность центробежных насосов также меняется при изменении давления в системе, из-за чего нужды дополнительные средства контроля, например, регулирующие клапаны и частотно-регулируемые приводы.

Двухвинтовые насосы имеют низкий требуемый кавитационный запас. Это позволяет перекачивает различные жидкости на одном и том же насосе. Двухвинтовые насосы обеспечивают низкий кавитационный запас, поскольку это снижает сопротивление потоку жидкости, попадающей в камеры насоса; при более высоком сопротивлении возникают более высокие перепады давления, что увеличивает вероятность кавитации.

Особенности конструкции двухвинтовых насосов, благодаря которым снижается сопротивление потоку:

  • отдельные пути потока, разделяющие входящую жидкость в противоположные стороны корпуса;
  • более низкая осевая скорость внутри камеры насоса, зависящая от скорости вращения насоса и выбранного хода винтов;
  • предотвращение накапливания жидкости.

В стандартном процессе серийного производства зачастую происходят изменения характеристик перекачиваемого материала и его компонентов. Каждый тип материала требует определенного диапазона давления и температуры, чтобы вызвать необходимые химические реакции. Для этих реакций, как правило, требуется, чтобы насос мог перекачивать материал из корпуса реактора через теплообменник обратно в корпус реактора. Таким образом, насос должен иметь возможность работать с полным диапазоном вязкости материалов при ее изменении, начиная с материала с характеристиками реагента и заканчивая готовым продуктом, а также опорожнять реактор после обработки каждой партии.

Низкий требуемый кавитационный запас и возможность работать на сухом ходу становятся важными особенностями на данной стадии, поскольку оставшийся в реакторе продукт более не пригоден для дальнейшего использования. Откачивание материала из реактора с низким уровнем жидкости и его опорожнение с помощью газовых пробок, а также способность насоса работать на сухом ходу повышают эффективность и прибыльность станции. Механическое уплотнение двухвинтового насоса и внутренние зазоры, обеспечиваемые жесткими распределительными шестернями, позволяют справиться с технологическим требованиями к процессу. Благодаря этому двухвинтовой насос может перекачивать низковязкие жидкости, используемые в циклах очистки растворителем или щелочью, а также более вязкие готовые продукты, полученные в реакторе.

Дополнительные конструктивные решения

Конструкции двухвинтовых насосов имеют дополнительную оболочку для корпуса насоса и кожух сальниковой коробки, что обеспечивает дополнительную эксплуатационную гибкость при запуске и отключении, циклах очистки и в условиях сбоя. Профиль и шаг резьбы винтов можно отрегулировать под индивидуальные эксплуатационные требования, что дополнительно повышает эффективность в каждом конкретном случае. Сальниковые коробки также можно подобрать согласно различным промышленным стандартам по уплотнению. Многие модели имеют консольную конструкцию, которая облегчает проведение проверок и технического обслуживания. Она устраняет необходимость демонтажа трубопровода и привода.

Специальные твердые покрытия (керамические, никелевые и на основе кобальта) также используются для придания дополнительной износостойкости критически важным поверхностям насоса, например, отверстию корпуса и винтам. Корпус насоса может быть изготовлен из любых поддающихся механической обработке сплавов, в зависимости от требований к коррозионной защите. Насосы производят с использованием таких материалов, как чугун, ковкое железо, белая жесть, нирезист, сталь, низкотемпературная сталь, нержавеющая сталь, дуплексная нержавеющая сталь и Хастеллой.

Регулирование расхода и рекуперация энергии

Двухвинтовые насосы перекачивают жидкость внутри замкнутых камер, образуемых винтами. Таким образом, производительность насоса напрямую зависит от его скорости. Регулировка скорости насоса позволяет пользователям оптимизировать контроль за процессом. Регулировка расхода зависит от скорости насоса. Пока давление на выходе насоса выше давления на входе, он работает как насос, передает энергию потоку и потребляет энергию.

Однако, когда давление на входе выше давления на выходе, насос действует как гидравлический двигатель и рекуперирует гидравлическую энергию. Он выполняет функцию дросселя рекуперации или клапана регулировки давления или расхода с рекуперацией энергии. Двухвинтовые насосы могут извлекать гидравлическую энергию из технологической жидкости и возвращать ее в энергосистему.

Стабильная производительность

Понимание требований в каждом конкретном случае — это ключ к подбору правильного размера и проектированию надежных насосов для эксплуатации в тяжелых условиях. В конструкции должны учитываться условия запуска, эксплуатации (полный диапазон), технического обслуживания и отключения. Проектировщики системы должны работать совместно с производителем насосов, чтобы полностью разбираться в процессе и получить наибольшие преимущества.

Каждый случай особый, и может понадобиться изменить конструкцию двухвинтового насоса, чтобы добавить специальные зазоры, особые покрытия и фланцы, поменять организацию механического уплотнения, расположение впускных и нагнетательных патрубков, приборы и компоненты. Такой индивидуальный подход позволяет использовать двухвинтовые насосы в особых условиях любого производственного предприятия.

Согласно стандарту Американского института нефти (API 676), двухвинтовые насосы — это бесконтактные насосы. Это верно, однако есть два варианта бесконтактных конструкций. Для ситуаций, когда требуется работа с низковязкими жидкостями, газом, на сухом ходу, рекомендуется использовать полностью механическую бесконтактную конструкцию. Такие насосы могут работать практически с любой технологической средой, при этом ротор и втулка цилиндра насоса не контактируют.

Если технологическая среда допускает наличие смазки между роторами и втулкой (как в зубчатом колесе или трехвинтовых насосах), двухвинтовые насосы можно оптимизировать для достижения большей эффективности путем уменьшения радиальных зазоров винтов и использования гидродинамической пленки, чтобы избежать контакта между металлическими компонентами. Гибридные конструкции могут работать с газом и промывочными жидкостями при более низком давлении (при очистке на месте и самовсасывании), при этом эффективность остается неизменной.

Поскольку двухвинтовые насосы могут работать с максимальной эффективностью и могут изготавливаться в высокотемпературном, коррозионностойком и устойчивом к истиранию исполнении, они отлично подходят для серийного производства. Среди областей применения, связанных с химическими веществами, в которых двухвинтовые насосы могут оказаться очень полезными, можно назвать производство полимерных клеев, полимерных герметиков, полимер-цемента, конструкционного пенопласта и гранулированных полимеров, которые используются для создания таких продуктов, как нити и основа ковров, держатели ручек, дверные ручки, упаковка, товары для личной гигиены, компоненты автомобилей и др.

Аксель Йешке — директор по передовым технологиям в компании CIRCOR.

Дополнительная информация представлена на сайте www.circor.com.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Химия-2022: новости 1-ого дня выставки
Химия-2022: новости 1-ого дня выставки
Новости 1-ого дня выставки «Химия-2022», которая проходит с 31 октября по 3 ноября в Экспоцентре…
01.11.2022
57
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
ExpoCoating Moscow – ключевая в России специализированная международная выставка материалов и оборудования для обработки поверхности,…
28.11.2022
28
Восстановление насосов с помощью покрытий
Восстановление насосов с помощью покрытий
Ремонт насосов с помощью покрытий способствует сокращению затрат и энергопотребления.
Терри Торн
16.03.2022
334
Открыта регистрация на выставку ExpoCoating Moscow
Открыта регистрация на выставку ExpoCoating Moscow
25-27 октября 2022 года в МВЦ «Крокус Экспо» пройдет ключевая выставка материалов и оборудования для…
15.06.2022
1057
Климат, который делают люди
Климат, который делают люди
Выставка Мир Климата Экспо 2023 пройдет под девизом «Климат, который делают люди». Одно из центральных…
24.10.2022
35
Бессальниковый насос для фтористоводородного алкилирования
Бессальниковый насос для фтористоводородного алкилирования
Бессальниковые насосы с магнитным приводом, оснащенные новыми технологиями, разработаны специально для использования при фтористоводородном алкилировании.…
30.03.2022
424
Итоги 25-й международной выставки «ХИМИЯ-2022»
Итоги 25-й международной выставки «ХИМИЯ-2022»
Главное выставочно-конгрессное мероприятие привлекло внимание профессионалов, разработчиков, представителей власти, руководителей компаний для ознакомления с новинками…
14.11.2022
87
Повышаем производительность, снижаем затраты
Повышаем производительность, снижаем затраты
Быстросохнущие UHS-системы от компании FreiLacke соответствуют нормам по содержанию ЛОС, ускоряют рабочий процесс, исключают необходимость…
Оливер Заннер
05.08.2020
330
Как фильтрация и регенерация сказываются на уровне расходов?
Как фильтрация и регенерация сказываются на уровне расходов?
Нестабильная экономическая ситуация и жесткие экологические требования заставляют гальванические производства тщательно следить за расходом химикатов
Ч. Шультц
07.08.2018
914