Magnetické procesní pumpy do extrému
Od akvárií po kyseliny, aminy po čpavek, atomové urychlovače částic po xylen, magnetická procesní čerpadla lze nalézt v extrémních podmínkách. Tento článek zkoumá základní charakteristiky čerpadel s magnetickým pohonem (slitinových a nekovových) a jejich doprovodných systémů.
Magnetická čerpadla se výrazně vyvinula ze svých raných permutací v akváriích chránících nákladné Centropyge resplendens (Resplendent Angelfish). Čerpadla s magnetickou vazbou (mag-drive) dnes vynikají v kyselém provozu jako alternativa ke kovovým součástem mechanických ucpávek, které mají sklon ke korozi. Magové pohony API jsou ideální pro aminy a uhlovodíkové služby v rafinériích a vysoce výkonná slitinová čerpadla s magnetovým pohonem mohou bezpečně čerpat nebezpečný kapalný čpavek. Atomic Particle Super Collider v hodnotě 9 miliard $ v CERN (Centre European Research Nuclear) v Ženevě ve Švýcarsku obsahuje kryogenní tunel fungující blízko absolutní nuly při 2 Kelvinech (-271,15 °C nebo -456 °F), který zahrnuje magneticky spojená čerpadla z rafinované slitiny. .
Toto je několik příkladů v rámci"Seznam"zkapalněných toxinů. Prakticky všechny toxické chemikálie na seznamu EPA regulovaných chemikálií TRI (Toxic Release Inventory) lze bezpečně čerpat při nulových úrovních vypouštění pomocí slitinových nebo nekovových magneticky spojených čerpadel, v závislosti na vhodnosti smáčených materiálů čerpadel.
Jak ukazují tyto příklady, čerpadla s magnetickým pohonem jsou univerzálním typem čerpadel. Vyznačují se magnetickými spojkami s nulovými emisemi, nezávislými hydraulickými konci a samostatnými magnetickými spojkami v blízkosti HP a točivého momentu. Nezávislé motory čerpadel s magnetickým pohonem splňují požadavky závodu.
Design a standardy Mag-Drive
Charakteristiky návrhu ISO-2858
Konstrukce magnetických procesních čerpadel přesně odpovídá konstrukčním parametrům ISO-2858. Konstrukce ISO je v podstatě čerpadlo DIN vybavené přírubami ANSI. Mezi technické výhody čerpadel ISO patří plně uzavřená oběžná kola, která snižují axiální axiální zatížení a poskytují bezpečné provozní vůle i za extrémních teplotních podmínek. Vylepšená hydraulická stabilita s nižšími rychlostmi pro čerpadla ISO dodržuje"5-7 Pravidlo rychlosti"(tj. sání 5 snímků za sekundu a výboj 7 snímků za sekundu), zejména při 3 500 otáčkách za minutu.
Nižší hodnoty NSS (Net Suction Specific Speed) splňují požadavky pro kritické procesy a rafinerie. Konstrukční tolerance průtoku, dopravní výšky, účinnosti a rozměrů umožňují přímou zaměnitelnost mezi výrobci ISO. Rozsáhlé hydraulické pokrytí ISO zajišťuje optimální účinnost s mnoha středními velikostmi čerpadel, včetně 5palcových, 6palcových a 8palcových jmenovitých oběžných kol, a to i u větších modelů.
Standardy nožní a středové pumpy API
API-610 10th Ed. specifikace umožňuje konstrukce namontované na noze, které poskytují rozměrovou zaměnitelnost pod 300 °F (150 °C). Čerpadla namontovaná na středové ose se doporučují pro vyšší teploty v konvenčních volně zavěšených odstředivých čerpadlech. U čerpadel s magnetickým pohonem však není problém s házením mechanické ucpávky. Čerpadla s magnetickým pohonem s těsnou vazbou zvládnou až 500 °F, čímž se vyhnou problémům se zarovnáním rámu a spojky.
Specifikace bezucpávkového čerpadla API-685 vyžaduje montáž na středovou osu, ale byla určena pro extrémně vysoké tlaky a nebezpečné provozy.
Jedno a vícestupňová slitinová turbínová procesní čerpadla mohou být postavena podle specifikací API-610 10th Edition nebo API-685 pro požadavky na nízký průtok/vysokou dopravní výšku.
Specifikace slitinového Mag-Drive (odstředivé a turbínové).
Aplikace Alloy Mag-Drive
Slitinové bezucpávkové zdroje tepelné indukce
Tabulka 1 specifikuje zdroje tepelné indukce čerpadla pro bezucpávková čerpadla ze slitiny. Ztráty vířivými proudy jak u slitinového magnetického pohonu (zadní kryty), tak u čerpadel s uzavřeným motorem (izolační pláště) se snižují o druhou mocninu rychlosti (tj. čerpadla s 1 750 otáčkami za minutu mají 25 procent ztrát generovaných při 3 500 otáčkách za minutu). Ovládání VFD může nabídnout rychlou návratnost investic pouze pro úsporu energie. Ztráty vířivými proudy jsou lineární s tloušťkou, která definuje tlak, teplotu, korozi a odolnost proti porušení.
Indukce tepla motoru vlastní čerpadlům s uzavřeným motorem je konstantní bez ohledu na rychlost, se zbytkovým teplem přítomným během cyklů vypnutí. Mohou být vyžadovány pomocné ovládací prvky"nízké kotle"blízko bodu vzplanutí.
Mag-Drive
Konzervovaný motor
1) Ztráty vířivými proudy
Permanentní magnetické pole
Elektromagnetické pole
2) Vinutí statoru motoru
n/a, (externí motor)
Stator motoru TENV
3) Prokluzování kotvy motoru
n/a, (externí motor)
Vnitřní rotor čerpadla
4) Vnitřní tření pouzdra
Zanedbatelný
Zanedbatelný
5) Vnitřní recirkulace
Záleží na velikosti čerpadla
Záleží na velikosti čerpadla
Výkonové rozsahy pro slitinové odstředivé a turbínové magnetické pohony
Výkonový rozsah slitinového odstředivého Mag-Drive
- Nepřetržité čerpání při středních až vysokých průtokech
- Vhodné pro extrémně nebezpečné nebo toxické kapaliny
- Průtoky až 8 až 4 000 gpm (2 až 1 000 m3/h)
- Dosahuje až 3 850 stop (1 173 m)
- Systémové tlaky od vakua až do 7 250 psig (500 barů)
- Teplota od -150 °F/-100 °C do +650 °F/343 °C (840 °F s výměníkem tepla)
Rozsah výkonu slitinové turbíny Mag-Drive
Nepřetržité čerpání při nízkých až středních průtokech
- Vhodné pro vysoký diferenční nebo systémový tlak
- Zvládne až 20 procent unášeného plynu a odolává uzamykání páry
- Průtoky až 45 gpm (10 m3/h)
- Dosahuje až 3 250 stop (990 m)
- Systémové tlaky od vakua až do 7 250 psig (500 barů)
- Teplota od -150 °F/-100 °C do +650 °F/343 °C (840 °F s výměníkem tepla)
Požadavky na nízký průtok pro odstředivá a turbínová čerpadla
Indukce tepla s nízkým průtokem a vysoká kavitace
Recirkulačnímu třecímu teplu procesní kapaliny v odstředivých čerpadlech pracujících pod minimálními stabilními průtoky se nelze vyhnout, bez ohledu na vyvážení oběžného kola nebo konstrukci kontejnmentu. Indukce tepla z vnitřní recirkulace může vést k vysoké kavitaci hlavy z energie, která se přenáší do kapaliny. Izolační termoplastické nebo fluoroplastové obalové materiály mají nízkou tepelnou vodivost.
Hodnoty průtoku odstředivého čerpadla
Odstředivá čerpadla jsou navržena pro střední až vysoké průtoky s optimální účinností při BEP (Best Efficiency Point). Přijatá směrnice pro použití odstředivých čerpadel se pohybuje od 10 procent napravo od BEP a 20 procent nalevo. Tato směrnice se používá k zajištění optimální hydraulické účinnosti a zabránění házení a vysoké kavitaci hlavy.
Zvedněte se na vypnutí a řízení průtoku
Turbínová čerpadla jsou dimenzována pro nepřetržitý provoz v systémech s nízkým průtokem a vysokou dopravní výškou. Rozdíly v diferenciálních dopravních výškách mají minimální vliv na průtok turbínovým čerpadlem v důsledku vysokého nárůstu k uzavření. Dynamická charakteristika turbínového čerpadla umožňuje regulaci regulačního ventilu bez obtoku. Doporučují se sací síta pro turbínová čerpadla (velikost 100 mesh), pokud jsou přítomny pevné částice a pro nečistoty ze spouštění.
Specifikace nekovového Mag-Drive
Typické aplikace pro nekovové magnetické pohony
Typické aplikace pro nekovová čerpadla s magnetickým pohonem zahrnují všechny korozivní chemikálie monitorované EPA, korozivní kyseliny (HCL, H2SO4, HF, dusičná, fosforečná, octová atd.), žíraviny (hydroxid sodný, hydroxid draselný atd.), chlór , chlornan sodný, halogenové roztoky (chlór, fluor, brom, horká HCL), vysoce čisté kapaliny a vzácné kapaliny.
Fluoroplasty a termoplasty
Rychlosti permeace nekovových materiálů (fluoroplastů a termoplastů) závisí na jakosti, tloušťce a hustotě materiálu čerpadla, koncentraci a teplotě procesní kapaliny a tlaku v systému. Čerpadla s pohonem Mag vybavená fluoroplastovými obloženími nabízejí širokou chemickou odolnost, ale obložení o tloušťce 0,100 až 0,125 palce vyžadují údržbu po poruchách systému, kavitaci, unášených pevných látkách nebo"spadlý magnet"z vnitřního selhání ložiska.
Mechanické vlastnosti nekovových materiálů čerpadel jsou ohroženy extrémními teplotami (např. pevnost v tahu při vysokých teplotách, křehnutí při nízkých teplotách atd.).
Křivky pevnosti v tahu
Obráběné extrudované termoplasty
Čerpadla s pohonem Mag jsou k dispozici z obráběných extrudovaných termoplastů s vyšší hustotou, aby odolala pronikání nebo perforaci v důsledku větší tloušťky stěny pláště. Potrubí z legované nebo vložkované oceli však musí být řádně podepřeno a při extrémních teplotních cyklech nebo změnách mohou být vyžadovány pružné potrubní spoje.
Lisované termoplasty
Lisované termoplastické součásti, zejména kompozitní PP plněný sklem, mohou být napadeny a prostupovány mnoha korozivními chemikáliemi (např. žíravinami, chloridy, fluoridy, bromidy atd.) v důsledku leptání a vzlínání skleněných vláken, což vede k pronikání. Tvarovaná termoplastická pouzdra se závitovými porty NPT postrádají potřebnou tvrdost, aby zajistila nepropustné těsnění.
Systémové poruchy a monitorování
Run-out nebo vysoká hlava kavitace
Čerpadla s pohonem Mag by měla být dodávána se směrnicemi minimálního a maximálního průtoku, které udávají bezpečné nepřetržité provozní limity čerpadla v rámci parametrů systému. Například nedostatečná dopravní výška je primárním zdrojem poruch odstředivého čerpadla v důsledku podmínek házení a vysokých požadavků na NPSH. Při provozu pod stabilními minimálními průtoky se může objevit vysoká kavitace.
Chod nasucho
Menší čerpadla mohou být vybavena uhlíkovými ložisky, která zajišťují vlastní mazání, aby vydržela přerušovaný chod na sucho. Uhlík není praktický pro vysokokapacitní procesní čerpadla kvůli zatížení ložisek. Diamantové povlaky pro karbid křemíku mohou poskytovat omezenou ochranu, dokud se povrchový povlak neopotřebuje. Monitorování průtoku nebo výkonu je nejlepší ochranou proti chodu nasucho.
Mrtvý směr
V závislosti na vnitřních systémech oběhu ložisek může být přijatelný přerušovaný útlum. Doporučené provozní limity by měl specifikovat výrobce v závislosti na stabilitě procesních kapalin.
Podávání pevných látek
Procesní čerpadla s pohonem Mag navržená s proplachovací cirkulací ložisek mohou být vybavena různými proplachovacími plány API pro řízení pevných částic. Zvláštní pozornost je třeba věnovat povaze pevných látek (např. procentuální podíl, tvrdost, velikost, železitost, pojivost nebo nevaznost atd.). Typicky se doporučuje řádné propláchnutí nebo filtrace systému procesního potrubí před spuštěním.
Monitorovací systémy
Lineární monitory výkonu jsou účinným, neinvazivním prostředkem ochrany čerpadel s jedinečnou schopností detekovat kavitaci. Měření průtoku může být výhodné v procesech s různými viskozitami, měrnými hmotnostmi a teplotami. Teplotní sondy pro slitinová čerpadla nabízejí ochranu před ucpanými mazacími otvory nebo rušením rotujících součástí. Kapalinové snímací sondy a těsnění na pouzdrech adaptéru nabízejí sekundární uzavření.
https://www.pumpsandsystems.com