قبل از انتخاب پمپ فرآیند شیمیایی چه چیزهایی باید بدانید؟

پمپ فرآیند شیمیایی چیست و چرا نیاز به توجه ویژه دارد؟

الف پمپ فرآیند شیمیایی یک پمپ صنعتی است که به طور خاص برای کنترل سیالات خورنده، سمی، ساینده، قابل اشتعال یا خطرناک در صنایع شیمیایی، پالایش پتروشیمی، تولید داروسازی، تصفیه آب و صنایع فرآیندی مرتبط طراحی شده است. برخلاف پمپ‌های آب استاندارد یا پمپ‌های عمومی، پمپ‌های فرآیند شیمیایی از ابتدا به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در برابر اثرات مخرب رسانه‌های تهاجمی مقاومت کنند و در عین حال عملکرد مطمئن و بدون نشتی را در فواصل زمانی طولانی‌مدت سرویس حفظ کنند. عواقب خرابی پمپ در یک محیط فرآیند شیمیایی از توقف پرهزینه تولید تا حوادث ایمنی فاجعه‌بار متغیر است، به همین دلیل است که انتخاب پمپ، مشخصات مواد و آرایش آب‌بندی با دقت بسیار بیشتری نسبت به کاربردهای صنعتی عمومی انجام می‌شود.

فلسفه طراحی پشت پمپ های فرآیند شیمیایی بر سه اولویت متمرکز است: مهار، دوام و قابلیت نگهداری. مهار به معنای جلوگیری از رسیدن سیال فرآیند به محیط یا پرسنل تحت هر شرایط عملیاتی، از جمله شرایط نابسامان و خرابی مهر و موم است. دوام به معنای انتخاب مواد و طرح‌های هیدرولیکی است که در طول عمر مفیدی که در سال‌ها به جای ماه‌ها اندازه‌گیری می‌شود، در برابر سایش، خوردگی و تنش حرارتی مقاومت می‌کنند. قابلیت نگهداری به معنای طراحی پمپ به گونه ای است که قطعات فرسوده را می توان به سرعت با حداقل جداسازی قطعات جایگزین کرد، میانگین زمان تعمیر را کاهش داد و به کارخانه ها اجازه داد تا موجودی قطعات یدکی را به طور موثر مدیریت کنند. قبل از مشخص کردن تجهیزات برای هر سرویس شیمیایی، درک چگونگی پرداختن به این اولویت ها در طرح های مختلف پمپ ضروری است.

چه نوع پمپ های فرآیند شیمیایی موجود است و هر کدام چه زمانی استفاده می شود؟

پمپ های فرآیند شیمیایی در چندین اصل عملیاتی اساسی موجود هستند که هر کدام برای ویژگی های خاص سیال، الزامات سرعت جریان و شرایط فشار مناسب هستند. انتخاب نوع پمپ اشتباه برای یک کاربرد منجر به راندمان ضعیف، سایش زودرس و مداخلات تعمیر و نگهداری مکرر بدون توجه به اینکه مواد چقدر خوب مشخص شده اند، می شود.

پمپ های فرآیند گریز از مرکز

پمپ های سانتریفیوژ پرمصرف ترین نوع در کارخانه های فرآیندهای شیمیایی هستند که اکثریت پمپ های نصب شده در پالایشگاه ها، مجتمع های شیمیایی و تاسیسات دارویی را به خود اختصاص می دهند. آنها انرژی را از طریق یک پروانه چرخان به سیال منتقل می کنند و انرژی جنبشی را در حین عبور سیال از محفظه حلقوی یا دیفیوزر به فشار تبدیل می کنند. پمپ های سانتریفیوژ برای سیالات با ویسکوزیته کم، دبی بالا و کاربردهایی که هد متوسط ​​تا بالا مورد نیاز است، مناسب هستند. آنها در برخی از پیکربندی ها به صورت خودکار آماده می شوند، به راحتی از طریق درایوهای سرعت متغیر کنترل می شوند، و طیف وسیعی از عملکرد هیدرولیک را از طریق پیرایش پروانه ارائه می دهند. ANSI B73.1 و ISO 2858 استانداردهای ابعادی غالب برای پمپ های سانتریفیوژ شیمیایی هستند که قابلیت تعویض بین تولیدکنندگان را تضمین می کند و مدیریت نگهداری و قطعات یدکی را ساده می کند.

پمپ های جابجایی مثبت

هنگامی که سیال فرآیند چسبناک، حساس به برش است، نیاز به اندازه گیری دقیق دارد، یا باید در فشار بسیار بالا با جریان کم پمپ شود، پمپ های جابجایی مثبت به انتخاب مناسب تبدیل می شوند. پمپ های دنده ای، پمپ های لوبی، پمپ های حفره ای پیشرونده، پمپ های دیافراگمی و پمپ های پیستونی همگی در این دسته قرار می گیرند. برخلاف پمپ‌های گریز از مرکز، پمپ‌های جابه‌جایی مثبت بدون توجه به فشار برگشتی سیستم، حجم ثابتی را در هر چرخش یا ضربه ارائه می‌کنند، که آن‌ها را برای کاربردهای دوز و برای سیالاتی مانند رزین‌ها، پلیمرها، دوغاب‌ها و خمیرهایی که پروانه گریز از مرکز نمی‌تواند به طور موثر از عهده آن برآید، ایده‌آل می‌کند. نرخ جریان یک پمپ جابجایی مثبت با تنظیم سرعت یا طول کورس به جای فشار دادن دریچه تخلیه کنترل می شود که باعث افزایش فشار بیش از حد و آسیب احتمالی تجهیزات می شود.

درایو مغناطیسی و پمپ های موتور کنسرو شده

در جاهایی که نشتی صفر یک الزام مطلق است - مانند هنگام کار با سیالات بسیار سمی، سرطان زا یا فوق خالص - پمپ های بدون آب بندی با جفت مغناطیسی یا موتور پمپ های کنسرو شده، مهر و موم مکانیکی شفت را به طور کامل حذف می کنند. در یک پمپ محرک مغناطیسی، پروانه از طریق یک کوپلینگ مغناطیسی به موتور محرک متصل می شود که گشتاور را در یک پوسته مهاری منتقل می کند، بدون اینکه شفت چرخشی به محفظه پمپ نفوذ کند. موتور پمپ های کنسرو شده استاتور موتور و محفظه پمپ را در یک واحد مهر و موم شده ادغام می کنند و سیال فرآیند یاتاقان های موتور را روان می کند. هر دو طرح ذاتاً ضد نشت هستند و به طور گسترده در تولید API دارویی، جابجایی کلر، خدمات اسید هیدروفلوئوریک و سایر کاربردهایی که حتی انتشار کمی از مایع فرآیند غیرقابل قبول است، مشخص شده‌اند.

کدام مواد در ساخت پمپ فرآیندهای شیمیایی استفاده می شود؟

انتخاب مواد از نظر فنی مهمترین جنبه مشخصات پمپ فرآیند شیمیایی است. پوشش پمپ، پروانه، شفت و اجزای آب بندی باید در برابر مکانیسم های حمله خورنده و فرسایشی خاص ارائه شده توسط سیال فرآیند مقاومت کنند، در حالی که مقاومت مکانیکی کافی را در دمای عملیاتی حفظ کنند. جدول زیر متداول ترین مصالح ساختمانی و کاربردهای معمول خدمات شیمیایی آنها را خلاصه می کند:

انتخاب مواد باید نه تنها سیال فرآیند اولیه، بلکه عوامل تمیزکننده، محیط های استریلیزاسیون، آلودگی های ردیابی و هر گونه شرایط ناراحت کننده ای که ممکن است پمپ در طول عمر خود با آن مواجه شود را نیز در نظر بگیرد. پمپی که در شرایط عادی عملکرد خوبی دارد اما در طول یک چرخه تمیز کردن سوزاننده به سرعت خورده می شود، زودتر از موعد از کار می افتد. مشاوره جداول داده های خوردگی از هر دو سازنده پمپ و مراجع تخصصی مهندسی خوردگی، و در صورت امکان اعتبارسنجی با آزمایش کوپن در سیال فرآیند واقعی، بالاترین اطمینان را در تصمیمات انتخاب مواد فراهم می کند.

مهر و موم های مکانیکی در پمپ های فرآیند شیمیایی چگونه کار می کنند و چرا اهمیت دارند؟

مهر و موم مکانیکی فشرده ترین و مستعد خرابی جزء در یک پمپ فرآیند شیمیایی آب بندی شده معمولی است. از خروج سیال فرآیند در امتداد شفت دوار جایی که از محفظه پمپ خارج می شود، جلوگیری می کند و در عین حال به شفت اجازه می دهد تا آزادانه بچرخد. مهر و موم مکانیکی از دو وجه آب بند دقیق تشکیل شده است - یکی که با شفت می چرخد ​​و دیگری در محفظه آب بند ثابت است - که توسط نیروی فنر و فشار سیال در تماس هستند. یک لایه نازک از مایع بین سطوح باعث روانکاری و خنک‌سازی می‌شود و درزگیرهای ثانویه الاستومری از نشت در اطراف خود اجزای مهر و موم جلوگیری می‌کنند.

مهر و موم مکانیکی تک در مقابل دوتایی

الف single mechanical seal is the simplest and most economical arrangement, appropriate for fluids that are not highly toxic, do not polymerize or crystallize on the seal faces, and can tolerate a minimal controlled leakage to atmosphere. Double mechanical seals consist of two seal sets arranged either back-to-back or face-to-face, with a barrier or buffer fluid circulated between them by an external seal support system. The barrier fluid is maintained at a pressure above or below the process fluid pressure depending on the configuration, preventing any process fluid from reaching the atmosphere even if the inner seal faces wear. Double seals are mandated by environmental regulations and safety codes for pumps handling volatile organic compounds, carcinogens, and other hazardous substances classified under emissions standards such as EPA 40 CFR Part 63 or the EU Industrial Emissions Directive.

مواد صورت مهر و موم برای خدمات شیمیایی

جفت شدن مواد صورت مهر در خدمات شیمیایی بسیار مهم است. کاربید سیلیکون در مقابل کاربید سیلیکون رایج ترین ترکیب با عملکرد بالا است که سختی، مقاومت شیمیایی و هدایت حرارتی عالی را ارائه می دهد. گرافیت کربن در برابر کاربید سیلیکون در جایی که به مقاومت در برابر جریان خشک نیاز است یا جایی که سیال فرآیند روانکاری ضعیفی را ارائه می دهد ترجیح داده می شود. برای اسید هیدروفلوئوریک و دیگر جریان‌های حاوی فلوراید، کاربید تنگستن یا مواد سرامیکی تخصصی مشخص شده است زیرا کاربید سیلیکون توسط فلورایدها مورد حمله قرار می‌گیرد. حلقه های O-الاستومری و مهر و موم های ثانویه نیز باید با سیال فرآیند سازگار باشند. EPDM، Viton (FKM)، PTFE، و Kalrez (FFKM) هر کدام محدوده‌های سازگاری شیمیایی و محدودیت‌های دمایی متفاوتی را پوشش می‌دهند.

چه پارامترهای کلیدی عملکردی باید قبل از انتخاب پمپ تعریف شوند؟

الفccurate hydraulic and process data are prerequisites for selecting a chemical process pump that will operate reliably at its best efficiency point and meet the process system's requirements throughout its operating range. Submitting incomplete or estimated data to a pump manufacturer leads to oversized or undersized equipment, excessive recirculation, cavitation, and mechanical failures that become apparent only after commissioning.

• سرعت جریان: جریان عملیاتی معمولی، حداقل جریان پایدار پیوسته و حداکثر جریانی که پمپ باید ارائه دهد را تعریف کنید. پمپ های گریز از مرکز که به طور مداوم زیر حداقل جریان پایدار خود کار می کنند، گردش مجدد، ارتعاش و سایش سریع اجزای پروانه و آب بندی را تجربه می کنند.
• کل سر دیفرانسیل: مقاومت سیستم را در دبی مشخص شده، محاسبه اختلاف ارتفاع استاتیک، تلفات اصطکاک لوله، تلفات اتصالات و اختلاف فشار بین مخازن مکش و تخلیه محاسبه کنید. این همان هدی است که پمپ باید ایجاد کند، نه فشار مخزن تخلیه به تنهایی.
• سر مکش خالص خالص موجود (NPSHa): NPSHa را در فلنج مکش پمپ بر اساس فشار مخزن مکش، فشار بخار سیال، سر استاتیک و تلفات اصطکاک خط مکش محاسبه کنید. NPSHr مورد نیاز پمپ باید حداقل 0.5 تا 1.0 متر زیر NPSHa باشد تا حاشیه کافی در برابر حفره ایجاد شود که باعث فرسایش پروانه و ناپایداری هیدرولیکی می شود.
• خواص سیال: چگالی و ویسکوزیته سیال را در دمای عملیاتی، فشار بخار، محتوای جامدات و اندازه ذرات در صورت وجود، و هرگونه تمایل به پلیمریزه شدن، کریستال شدن یا تشکیل رسوبات ارائه دهید. ویسکوزیته بالاتر از حدود 50 سانتی استوک مستلزم اعمال فاکتورهای اصلاحی در منحنی های عملکرد مبتنی بر آب پمپ است.
• محدوده دمای عملیاتی: دمای کارکرد معمولی، حداکثر دمای ناراحتی و حداقل دما را در هنگام راه‌اندازی یا خروج بخار مشخص کنید. تفاوت‌های انبساط حرارتی بین اجزای پمپ در دمای بالا بر فاصله‌ها، بارهای تحمل و عملکرد آب‌بندی تأثیر می‌گذارد.
• طبقه بندی وظایف: پمپ را به عنوان کار مداوم، کار متناوب یا سرویس آماده به کار طبقه بندی کنید. پمپ‌های کار مداوم نسبت به پمپ‌هایی که فقط گهگاه برای دوره‌های کوتاه کار می‌کنند، به اندازه محافظه‌کارانه‌تر و ترتیبات آب‌بندی و یاتاقان قوی‌تری نیاز دارند.

برای به حداکثر رساندن عمر مفید پمپ های فرآیند شیمیایی چگونه باید نگهداری شوند؟

حتی بهترین پمپ فرآیند شیمیایی مشخص شده در صورت ناکافی بودن شیوه های تعمیر و نگهداری، عملکرد ضعیفی دارد و پیش از موعد از کار می افتد. یک برنامه تعمیر و نگهداری ساختاریافته مبتنی بر قابلیت اطمینان متناسب با نوع پمپ، شدت سرویس و اهمیت فرآیند، مؤثرترین رویکرد برای به حداقل رساندن هزینه‌های چرخه عمر و زمان توقف برنامه‌ریزی نشده است.

• مدیریت طرح فلاش سیل مکانیکی: در هر بازرسی معمولی بررسی کنید که سیستم شستشوی آب بند یا سیال مانع با سرعت جریان و فشار صحیح کار می کند. از دست دادن جریان فلاش علت اصلی شکست زودرس آب بندی در خدمات شیمیایی است و اغلب از طریق نظارت ساده بر شاخص های سیستم فلاش قابل پیشگیری است.
• مانیتورینگ لرزش: سنسورهای ارتعاش را روی یاتاقان های پمپ و موتور نصب کنید و علائم ارتعاش پایه را هنگام راه اندازی ایجاد کنید. افزایش سطح ارتعاش نشان دهنده فرسودگی پروانه، حفره شدن، ناهماهنگی یا خرابی بلبرینگ چند هفته قبل از وقوع خرابی فاجعه بار است که به جای تعمیرات اضطراری امکان تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده را فراهم می کند.
• الفlignment verification: رشد حرارتی در حین کار، خطوط مرکزی شافت پمپ و موتور را نسبت به موقعیت‌های تراز سرد آنها حرکت می‌دهد. پمپ ها در سرویس گرم باید با استفاده از نشانگر معکوس یا تجهیزات تراز لیزری تراز گرم شوند تا اطمینان حاصل شود که تراز شفت در دمای کارکرد درست است، نه فقط در دمای محیط در حین نصب.
• مدیریت روانکاری بلبرینگ: برنامه روغن کاری سازنده را دقیقاً برای بلبرینگ های روغن کاری شده با گریس دنبال کنید. روغن کاری بیش از حد به اندازه کم گریس کاری مضر است و باعث گرم شدن بیش از حد بلبرینگ از طریق تلفات ناشی از خرد شدن می شود. قاب های بلبرینگ روغن کاری شده به بررسی منظم سطح روغن و تجزیه و تحلیل دوره ای روغن برای تشخیص آلودگی یا تخریب قبل از آسیب یاتاقان نیاز دارند.
• روند عملکرد هیدرولیک: فشار دیفرانسیل پمپ و دبی را در فواصل زمانی منظم کنترل کنید و نقطه کار را بر اساس منحنی عملکرد پمپ رسم کنید. تغییر در نقطه کار به سمت پایین تر و جریان بیشتر نشان دهنده سایش پروانه یا گردش مجدد داخلی از حلقه های فرسوده است، در حالی که تغییر به سمت سر بالاتر و جریان پایین تر نشان دهنده محدودیت مکش یا انسداد است.

مستندسازی تاریخچه تعمیر پمپ و تجزیه و تحلیل الگوهای خرابی مکرر به مهندسان تعمیر و نگهداری اجازه می دهد تا علل ریشه ای را شناسایی کرده و تغییرات طراحی یا عملیاتی را که چرخه خرابی را می شکند، اجرا کنند. پمپ‌هایی که هر سه تا شش ماه یک بار در یک سرویس خاص نیاز به تعویض آب‌بند دارند، سیگنال واضحی را ارسال می‌کنند مبنی بر اینکه طراحی آب‌بند، چیدمان فلاش یا شرایط عملیاتی نیاز به بازنگری دارند - و رسیدگی به علت اصلی همیشه مقرون به صرفه‌تر از پذیرش جایگزینی مزمن سیل به‌عنوان فعالیت معمولی تعمیر و نگهداری است.