Při návrhu zařízení musí konstrukční ústav určit účel a výkon čerpadla a vybrat typ čerpadla. Tento výběr musí nejprve začít u typu a tvaru čerpadla. Jaké zásady tedy při výběru čerpadla použít? Co je základem?
Základ výběru čerpadla
Základ pro výběr čerpadla by měl být zvažován z pěti hledisek založených na procesním průtoku a požadavcích na dodávku vody a odvodnění, jmenovitě dodávaný objem kapaliny, výška zařízení, vlastnosti kapaliny, uspořádání potrubí a provozní podmínky.
1. Průtok
Průtok je jedním z důležitých výkonových údajů pro výběr čerpadla, který přímo souvisí s výrobní kapacitou a dopravní kapacitou celého zařízení. Konstrukční ústav může například vypočítat normální, minimální a maximální průtoky čerpadla v návrhu procesu. Při výběru čerpadla se vychází z maximálního průtoku s přihlédnutím k normálnímu průtoku. Pokud neexistuje maximální průtok, lze jako maximální průtok obvykle považovat 1,1násobek normálního průtoku.
2. Hlava
Hlava požadovaná systémem zařízení je dalším důležitým údajem o výkonu pro výběr čerpadla. Obecně se pro výběr používá hlava po zvětšení okraje o 5%-10%.
3. Vlastnosti kapalin
Vlastnosti kapaliny zahrnují název kapalného média, fyzikální vlastnosti, chemické vlastnosti a další vlastnosti. Fyzikální vlastnosti zahrnují teplotu c, hustotu d, viskozitu u, průměr pevných částic a obsah plynů v médiu atd. To zahrnuje hlavu systému, výpočet efektivní kavitační rezervy a typ vhodného čerpadla: chemické vlastnosti se týkají především chemické korozivnosti a toxicitu kapalného média, což je důležitý základ pro výběr materiálů čerpadla a jaký typ hřídelové ucpávky zvolit.
4. Podmínky uspořádání potrubí
Podmínky uspořádání potrubí systému zařízení se týkají výšky dodávky kapaliny, vzdálenosti dodávky kapaliny, směru dodávky kapaliny, nejnižší hladiny kapaliny na sací straně, nejvyšší hladiny kapaliny na výtlačné straně a dalších údajů a specifikací potrubí a jejich délky, materiály, specifikace potrubních tvarovek, množství atd., abyste mohli vypočítat výšku systému a zkontrolovat kavitační rezervu.
5. Provozní podmínky
Provozní podmínky obsahují mnoho obsahu, jako je kapalinový provoz T, síla nasycené páry P, tlak na sací straně (absolutní), tlak v nádobě na výtlačné straně PZ, nadmořská výška, okolní teplota, zda je provoz přerušovaný nebo nepřetržitý a zda poloha čerpadla je pevná nebo pohyblivá.
Ropný a chemický průmysl zaujímá v národním hospodářství velmi významné postavení. Chemická procesní čerpadla jako klíčové podpůrné zařízení také přitahují stále více pozornosti. Vzhledem ke komplexní charakteristice chemických médií a zvyšujícím se požadavkům na ochranu životního prostředí, jakým aspektům je třeba věnovat pozornost při výběru chemických čerpadel?
01. Vliv koroze
Koroze byla vždy jedním z nejobtížnějších rizik chemických zařízení. Pokud nebudete opatrní, přinejmenším to poškodí zařízení a v nejhorším případě způsobí nehody nebo dokonce katastrofy. Podle příslušných statistik je asi 60 % škod na chemických zařízeních způsobeno korozí. Při výběru chemických čerpadel byste proto měli nejprve věnovat pozornost vědecké povaze výběru materiálu.
Většinou dochází k nedorozumění, že nerez je „univerzální materiál“. Je velmi nebezpečné používat nerezovou ocel bez ohledu na médium a podmínky prostředí. Následuje diskuse o klíčových bodech výběru materiálu pro některá běžně používaná chemická média:
1. Kyselina sírová
Kyselina sírová je jako jedno ze silně korozivních médií důležitou průmyslovou surovinou s širokým spektrem použití. Kyselina sírová různých koncentrací a teplot má velký rozdíl v korozi materiálů. Pro koncentrovanou kyselinu sírovou s koncentrací vyšší než 80 % a teplotou nižší než 80 stupňů mají uhlíková ocel a litina dobrou odolnost proti korozi, ale nejsou vhodné pro vysokorychlostně proudící kyselinu sírovou a nejsou vhodné pro použití jako materiály pro čerpadla a ventily.
Obyčejná nerezová ocel, jako je 304 (0Cr18Ni9) a 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti), má také omezené použití pro média kyseliny sírové. Proto jsou čerpadla a ventily pro dopravu kyseliny sírové obvykle vyrobeny z litiny s vysokým obsahem křemíku (obtížně se odlévají a zpracovávají) a vysoce legované nerezové oceli (Alloy 20). Fluoroplasty mají dobrou odolnost vůči kyselině sírové a použití čerpadel s fluorem (F46) je ekonomičtější volbou. Mezi použitelné produkty společnosti patří: IHF čerpadla s fluorovou vložkou, PF (FS) vysoce korozivzdorná odstředivá čerpadla, CQB-F fluorová plastová magnetická čerpadla atd.
2. Kyselina chlorovodíková
Většina kovových materiálů není odolná vůči korozi kyselinou chlorovodíkovou (včetně různých materiálů z nerezové oceli) a železo s vysokým obsahem křemíku obsahující molybden lze použít pouze pro kyselinu chlorovodíkovou pod 50 stupňů a 30 %. Na rozdíl od kovových materiálů má většina nekovových materiálů dobrou odolnost proti korozi vůči kyselině chlorovodíkové, takže pryžová čerpadla s vložkou a plastová čerpadla (jako je polypropylen, fluoroplasty atd.) jsou nejlepší volbou pro přepravu kyseliny chlorovodíkové. Mezi použitelné produkty společnosti patří: IHF čerpadla s fluorovou vložkou, PF (FS) silná korozivzdorná odstředivá čerpadla, CQ polypropylenová magnetická čerpadla (nebo fluoroplastová magnetická čerpadla) atd.
3. Kyselina dusičná
Obecně platí, že většina kovů rychle koroduje a ničí se v kyselině dusičné. Nerezová ocel je nejpoužívanějším materiálem odolným vůči kyselině dusičné. Má dobrou odolnost proti korozi vůči kyselině dusičné všech koncentrací při pokojové teplotě. Za zmínku stojí, že nerezová ocel s obsahem molybdenu (např. 316, 316L) nejenže není lepší než běžná nerezová ocel (např. 304, 321) v odolnosti vůči kyselině dusičné, ale někdy dokonce horší.
Pro vysokoteplotní kyselinu dusičnou se obvykle používají materiály z titanu a slitin titanu. Mezi použitelné produkty společnosti patří: chemická čerpadla DFL (W) H, chemická čerpadla DFL (W) PH stíněná, procesní čerpadla DFCZ, samonasávací chemická čerpadla DFLZP, chemická čerpadla IH, magnetická čerpadla CQB atd., vyrobené z 304.
4. Kyselina octová
Je to jedna z nejvíce žíravých látek mezi organickými kyselinami. Obyčejná ocel bude silně zkorodována v kyselině octové všech koncentrací a teplot. Nerezová ocel je vynikající materiál odolný vůči kyselině octové. Nerezová ocel 316 obsahující molybden může být také použita pro vysokoteplotní a zředěné páry kyseliny octové. Pro náročné požadavky, jako je vysoká teplota a vysoká koncentrace kyseliny octové nebo jiných korozivních médií, lze zvolit čerpadla z vysoce legované nerezové oceli nebo fluoroplastů.
5. Alkálie (hydroxid sodný)
Ocel je široce používána v roztocích hydroxidu sodného pod 80 stupňů a do 30% koncentrace. Existuje také mnoho továren, které stále používají běžnou ocel na 100 stupňů a pod 75%. I když se koroze zvyšuje, je to ekonomické.
Obyčejná nerezová ocel nemá oproti litině žádnou zjevnou výhodu v odolnosti vůči alkalickému roztoku. Pokud je dovoleno přidat do média malé množství železa, nerezová ocel se nedoporučuje. Pro vysokoteplotní alkalické roztoky se většinou používají titan a slitiny titanu nebo vysoce legovaná nerezová ocel. Obecná litinová čerpadla společnosti lze použít pro roztoky alkálií s nízkou koncentrací při pokojové teplotě. V případě zvláštních požadavků lze použít různé typy čerpadel z nerezové oceli nebo fluoroplastových čerpadel.
6. Amoniak (hydroxid amonný)
Většina kovů a nekovů je v kapalném čpavku a čpavkové vodě (hydroxid amonný) mírně zkorodovaná, k použití není vhodná pouze měď a slitiny mědi. Většina produktů společnosti je vhodná pro přepravu čpavku a čpavkové vody.
7. Solanka (mořská voda)
Rychlost koroze běžné oceli v roztoku chloridu sodného, mořské vodě a slané vodě není příliš vysoká a obecně vyžaduje ochranu povlakem; různé typy nerezové oceli mají také velmi nízkou rovnoměrnou rychlost koroze, ale mohou způsobit místní korozi v důsledku chloridových iontů a nerezová ocel 316 je obvykle lepší. Všechny typy chemických čerpadel společnosti jsou konfigurovány s 316 materiály.
8. Alkoholy, ketony, estery, ethery
Mezi běžná alkoholová média patří methanol, ethanol, ethylenglykol, propanol atd., ketonová média zahrnují aceton, butanon atd., esterová média zahrnují různé methylestery, ethylestery atd., etherová média zahrnují methylether, ethylether, butylether , atd., jsou v zásadě nekorozivní a lze použít běžně používané materiály. Při výběru by měla být provedena rozumná volba na základě vlastností média a souvisejících požadavků.
Za zmínku také stojí, že ketony, estery a ethery jsou rozpustné v mnoha typech kaučuků, takže se vyvarujte chyb při výběru těsnících materiálů.
02. Vliv dalších faktorů
Obecně lze úniky v potrubním systému ignorovat v procesním toku průmyslových čerpadel, ale je třeba vzít v úvahu dopad změn procesu na průtok. Pokud zemědělská čerpadla používají k dopravě vody otevřené kanály, je třeba vzít v úvahu také úniky a vypařování.
Tlak: tlak v sací nádrži, tlak v drenážní nádrži, tlakový rozdíl v potrubním systému (tlaková ztráta).
Údaje o potrubním systému (průměr potrubí, délka, typ a počet příslušenství potrubí, geometrická výška od sací nádrže k tlakové nádrži atd.).
V případě potřeby by měla být nakreslena také charakteristika zařízení.
03. Vliv potrubí
Při navrhování a uspořádání potrubí je třeba vzít v úvahu následující záležitosti:
(1) Rozumný výběr průměru potrubí. Velký průměr potrubí znamená malou rychlost proudění kapaliny a malou ztrátu odporu při stejném průtoku, ale cena je vysoká. Malý průměr potrubí povede k prudkému nárůstu ztráty odporu, zvýšení dopravní výšky vybraného čerpadla, zvýšení výkonu a zvýšení nákladů a provozních nákladů. Proto by měl být posuzován komplexně z technického a ekonomického hlediska.
(2) Výtlačné potrubí a jeho potrubní spoje by měly brát v úvahu maximální tlak, který mohou odolat.
(3) Potrubí by mělo být uspořádáno pokud možno rovně a počet příslušenství v potrubí a délka potrubí by měly být minimalizovány. Je-li nutné otočení, poloměr ohybu kolena by měl být 3 až 5krát větší než průměr potrubí a úhel by měl být co největší.
(4) Ventily (kulové kohouty nebo uzavírací ventily atd.) a zpětné ventily musí být instalovány na výtlačné straně čerpadla. Ventil slouží k nastavení pracovního bodu čerpadla. Zpětný ventil může zabránit reverzaci čerpadla, když kapalina proudí zpět, a zabránit zasažení čerpadla vodním rázem. (Když kapalina proudí zpět, vytvoří se obrovský zpětný tlak, který způsobí poškození čerpadla)
04. Vliv průtokové výšky
Stanovení průtoku
(1) Jsou-li ve výrobním procesu uvedeny minimální, normální a maximální průtoky, je třeba vzít v úvahu maximální průtok.
(2) Je-li ve výrobním procesu uveden pouze běžný průtok, je třeba vzít v úvahu určité rozpětí.
U čerpadel ns100 s velkým průtokem a čerpadlem s nízkou spádem je průtoková rezerva 5 %, pro čerpadla s malým průtokem a čerpadlem s vysokou spádem ns50 je průtoková rezerva 10 %, pro 50 Menší nebo rovno ns Menší nebo rovno 100 čerpadel, průtok marže je rovněž 5 %, u nekvalitních čerpadel a špatných provozních podmínek by měla být průtoková rezerva 10 %.
(3) Pokud základní údaje udávají pouze hmotnostní průtok, měl by být převeden na objemový průtok.
05, vliv teploty
Doprava vysokoteplotního média klade vyšší požadavky na konstrukci, materiály a pomocné systémy čerpadla. Promluvme si o požadavcích na chlazení při různých změnách teplot a o použitelných typech čerpadel společnosti:
(1) Pro média s teplotou pod 120 stupňů se obvykle nenastavuje speciální chladicí systém a k mazání a chlazení se většinou používá médium samotné. Stejně jako chemická čerpadla DFL(W)H i chemická čerpadla DFL(W)PH stíněná (úroveň ochrany stíněného motoru by měla být úroveň H, když překročí 90 stupňů).
Chemická čerpadla DFCZ běžného typu a IH mohou dosáhnout horní hranice teploty 140 stupňů ~ 160 stupňů díky struktuře suspenze; maximální provozní teplota čerpadla IHF s fluorem může dosáhnout 200 stupňů; pouze běžné magnetické čerpadlo CQB má provozní teplotu nepřesahující 100 stupňů. Za zmínku stojí, že pro média, která snadno krystalizují nebo obsahují částice, by mělo být zajištěno proplachovací potrubí s těsnicí plochou (rozhraní jsou při návrhu vyhrazena).
(2) Pro média nad 120 stupňů a do 300 stupňů musí být obecně umístěna chladicí komora na krytu čerpadla a těsnicí komora by měla být také připojena k chladicí kapalině (musí být zajištěna oboustranná mechanická ucpávka). Když chladicí kapalina nemůže proniknout do média, mělo by být samotné médium ochlazeno a poté připojeno (toho lze dosáhnout pomocí jednoduchého výměníku tepla).
V současné době má společnost k výběru chemická procesní čerpadla DFCZ, vysokoteplotní potrubní čerpadla GRG a oběhová čerpadla na horkou vodu HPK (ve vývoji). Kromě toho lze vysokoteplotní magnetické čerpadlo CQB-G použít pro vysokoteplotní média v rozsahu 280 stupňů.
(3) U vysokoteplotních médií nad 300 stupňů je třeba chladit nejen hlavu čerpadla, ale také komora závěsného ložiska by měla být vybavena chladicím systémem. Konstrukce čerpadla je obecně typu středové podpory. Mechanická ucpávka je přednostně kovového vlnovce, ale cena je vysoká (cena je více než 10násobná oproti běžným mechanickým ucpávkám). V současné době má společnost pouze odstředivá olejová čerpadla DFAY, která mohou dosáhnout teploty 420 stupňů (ve vývoji).
06. Vliv těsnicích vlastností
Žádný únik je věčná honba za chemickými zařízeními. Právě tento požadavek vedl k rostoucímu používání magnetických čerpadel a stíněných čerpadel. Je však ještě dlouhá cesta k dosažení skutečně netěsností, jako je životnost izolačního pouzdra magnetického čerpadla a stínícího pouzdra stínícího čerpadla, problém důlkové koroze materiálu, spolehlivost statického těsnění atd. Nyní si krátce představíme základní informace o těsnění.
Forma těsnění
Pro statická těsnění jsou obvykle pouze dvě formy: těsnící těsnění a těsnící kroužky a O-kroužek je nejpoužívanější těsnicí kroužek.
U dynamických ucpávek chemická čerpadla zřídka používají ucpávkové těsnění a většinou používají mechanické ucpávky. Mechanické ucpávky se dělí na typy s jedním a dvěma konci, vyvážené a nevyvážené typy. Vyvážený typ je vhodný pro těsnění vysokotlakých médií (obvykle označuje tlak větší než 1.0MPa). Oboustranné mechanické ucpávky se používají hlavně pro vysokoteplotní, snadno krystalizující, viskózní, částice obsahující a toxická těkavá média. Oboustranné mechanické ucpávky by měly vstřikovat izolační kapalinu do dutiny těsnění a její tlak je obecně 0.07~0,1MPa vyšší než střední tlak.
Těsnící materiály
Materiálem statických těsnění chemických čerpadel je obecně fluorkaučuk a ve zvláštních případech se používají materiály z polytetrafluorethylenu; konfigurace materiálu dynamických a statických kroužků mechanické ucpávky je kritičtější a není nejlepší pro slinutý karbid ke slinutému karbidu. Vysoká cena je jedním aspektem a není rozumné, aby mezi nimi nebyl žádný rozdíl v tvrdosti, takže je nejlepší s nimi zacházet odlišně podle vlastností média.
(Poznámka: Osmé vydání API 610 American Petroleum Institute obsahuje podrobné předpisy o typické konfiguraci mechanických ucpávek a potrubních systémů v příloze D)
05. Vliv viskozity
Viskozita média má velký vliv na výkon čerpadla. Když se viskozita zvyšuje, křivka dopravní výšky čerpadla klesá a dopravní výška a průtok v nejlepších pracovních podmínkách se odpovídajícím způsobem snižují, zatímco výkon roste, takže účinnost klesá.