پمپ گریز از مرکز برای سیالات فوق بحرانی: طراحی، انتخاب و کاربردها

سیالات فوق بحرانی بین گاز و مایع قرار می گیرند و این مشکل پمپ عملی ایجاد می کند. برای مثال دی اکسید کربن در حدود 31.1 درجه سانتی گراد و 7.38 مگاپاسکال به نقطه بحرانی خود می رسد. بالاتر از این مقادیر، این یک گاز نیست، بلکه یک سیال متراکم و قابل تراکم است. چگالی آن نزدیک به مایع است، اما سیال مانند گاز فشرده می شود. این رفتار نحوه انتخاب پمپ و نحوه پیش بینی عملکرد آن را تغییر می دهد.

پاسخ کوتاه این است که یک پمپ گریز از مرکز می تواند برای سیالات فوق بحرانی زمانی که سیال متراکم باشد و نسبت فشار مورد نیاز متوسط ​​باشد، به خوبی کار کند. در آن شرایط اغلب فشرده تر و کارآمدتر از کمپرسور است. اما پمپ باید با خواص سیال واقعی، حاشیه NPSH قوی و استراتژی آب بندی دقیق انتخاب شود. مفروضات مبتنی بر آب معمولاً به کاویتاسیون یا جریان کم ختم می شود.

پمپ گریز از مرکز یا کمپرسور؟ بر اساس چگالی سیال انتخاب کنید

کمپرسورها کاندیدای طبیعی برای گازها هستند. پمپ های گریز از مرکز کاندیدای طبیعی برای مایعات هستند. سیالات فوق بحرانی می توانند هر دو گزینه را مشکوک کنند. این تصمیم معمولاً به چگالی سیال در ورودی پمپ و افزایش کل فشار مورد نیاز برای فرآیند بستگی دارد.

برای چرخه CO2 فوق بحرانی، پمپ اغلب یک جریان مایع مانند را در نزدیکی نقطه بحرانی می گیرد و آن را تا فشار کاری بالا می برد. چگالی در سمت مکش زیاد است، در حالی که نسبت تراکم نسبتا کم است. این نقطه شیرین برای یک پمپ گریز از مرکز چند مرحله ای است. یک کمپرسور برای دستیابی به جریان جرمی یکسان به بدنه بسیار بزرگتر و توان بالاتر نیاز دارد. پمپ گریز از مرکز می تواند با انرژی جنبشی فشار ایجاد کند، نه با کاهش حجم، که در شرایط فاز متراکم مطلوب است.

پمپ شیمیایی استاندارد API 610 برای سرویس فاز متراکم این پمپ گریز از مرکز API 610 برای خدمات فاز متراکم فوق بحرانی CO2 مناسب است و آب بندی استاتیکی را برای به حداقل رساندن نشت و پشتیبانی از فرآیندهای شیمیایی با فشار بالا ارائه می دهد. مشاهده محصول →

چالش های طراحی در یک پمپ گریز از مرکز برای خدمات فوق بحرانی

خواص واقعی سیالات مهم است

پمپ سیال فوق بحرانی با خواص آب را اندازه نکنید. در نزدیکی نقطه بحرانی، چگالی، ویسکوزیته و فشار بخار با تغییرات جزئی دما و فشار به سرعت تغییر می‌کنند. برای دی اکسید کربن، تغییرات کوچک فشار می تواند باعث تغییر چگالی بزرگ شود. هنگام محاسبه سر پمپ مورد نیاز و NPSH سمت مکش موجود، از یک معادله حالت گاز واقعی یا یک پایگاه داده دارایی قابل اعتماد استفاده کنید.

NPSH اولین خطر است

CO2 فوق بحرانی در نقطه بحرانی دارای فشار بخار برابر با فشار بحرانی است. اگر سیال به خوبی زیر آن شرایط خنک نشود، یک افت فشار کوچک در خط مکش می تواند سیال را به خط اشباع بکشد و باعث چشمک زدن شود. به همین دلیل است که پمپ باید دارای NPSH پایین مورد نیاز باشد و لوله مکش باید تلفات فشار را به حداقل برساند. القا کننده ها و ترتیبات چند مرحله ای عمودی می توانند کمک کنند. یکی از علل شایع شکست، کاویتاسیون ناشی از حاشیه ضعیف NPSH است. نتیجه می تواند صدا، لرزش، سوراخ شدن پروانه و از دست دادن ناگهانی سر باشد. اگر می‌خواهید یک رویکرد عیب‌یابی دقیق داشته باشید، به بخش مراجعه کنید مکانیسم های کاویتاسیون که در این راهنما توضیح داده شده است .

طراحی چند مرحله ای یا با سرعت بالا

هنگامی که فشار تخلیه مورد نیاز بالا باشد، یک پمپ تک مرحله ای ممکن است خیلی سریع کار کند یا نیروی رانش شعاعی زیادی داشته باشد. پمپ چند مرحله ای اغلب مناسب تر است زیرا سر را بین چندین پروانه تقسیم می کند. این باعث می شود پمپ پایدارتر شود و به شما امکان می دهد سرعت پمپ را در سرویس فاز متراکم معقول نگه دارید.

پمپ چند مرحله ای عمودی برای کاربردهای فاز متراکم با فشار بالا ایده آل برای فشار تخلیه بالا، این پمپ عمودی چند مرحله ای، سر را بین مراحل تقسیم می کند و سرعت و پایداری معقول را در عملیات فاز متراکم حفظ می کند. مشاهده محصول →

آب بندی و مهار در فشار بالا

سیالات فوق بحرانی اغلب خطرناک، سمی یا گران هستند. دی اکسید کربن سمی نیست اما خفه کننده است و CO2 فوق بحرانی حلال خوبی است. پمپ باید از نشتی جلوگیری کند. مهر و موم های مکانیکی استاندارد به یک طرح شستشوی آب بند قوی نیاز دارند و ممکن است همچنان مقادیر کمی ساطع کنند. برای سرویس مداوم و بدون مراقبت، استدلال قوی برای پمپ بدون سیل وجود دارد. پمپ های کنسرو شده و پمپ های گریز از مرکز با محرک مغناطیسی سیال را در داخل پمپ بدون مهر و موم محور دینامیک نگه می دارند. این برای فرآیندهای پرفشار و همچنین برای کاربردهایی که باید از آلودگی اجتناب شود اهمیت دارد.

پمپ های فرآیند فشار بالا برای خدمات پالایشگاهی و شیمیایی باید از استانداردهای API 610 پیروی کنند. الف پمپ شیمیایی مغناطیسی نشتی صفر می تواند خطر خروج مایع از طریق درزگیر را از بین ببرد.

پمپ کنسرو کم مهر و موم برای سیالات پرفشار با دمای بالا این پمپ کنسرو شده که برای محیط های شیمیایی با دمای بالا و فشار بالا طراحی شده است، از یک موتور محافظ برای حذف آب بندی های دینامیکی استفاده می کند و از نشت در فرآیندهای فوق بحرانی جلوگیری می کند. مشاهده محصول →

کاربردهای رایج برای پمپ های گریز از مرکز در سیالات فوق بحرانی

• استخراج CO2 فوق بحرانی برای رازک، قهوه، روغن های گیاهی، طعم دهنده ها و مواد دارویی.
• چرخه های قدرت CO2 فوق بحرانی، از جمله چرخه های بریتون که در آن سیال کاری نزدیک به نقطه بحرانی قبل از فشرده سازی است.
• خطوط لوله بازیابی نفت و جذب کربن پیشرفته که در آن باید CO2 فاز متراکم تحت فشار و حمل و نقل قرار گیرد.
• سرویس اتیلن فاز متراکم تراکم پذیر در کارخانه های پتروشیمی، جایی که یک پمپ چند مرحله ای می تواند نیاز به سیستم کمپرسور را کاهش دهد.

پمپ ها یک راه حل جهانی نیستند. اگر سیال در هنگام مکش بسیار شبیه گاز است، باید با کمپرسور شروع کنید. اگر این فرآیند به فشار بسیار بالا اما جریان جرمی کم نیاز دارد، ممکن است پمپ پیستونی مناسب‌تر باشد. پمپ های گریز از مرکز زمانی بیشترین کاربرد را دارند که سیال متراکم باشد، جریان مداوم و نسبت فشار متوسط ​​باشد.

چک لیست انتخاب برای یک پمپ سیال فوق بحرانی

1. فشار بخار، چگالی، ویسکوزیته و تراکم پذیری دقیق را در دما و فشار ورودی پمپ بدست آورید. از یک معادله حالت گاز واقعی برای CO2 یا یک روش قابل مقایسه برای سیالات دیگر استفاده کنید.
2. قبل از اینکه از یک تامین کننده درخواست ارائه قیمت کنید، حداکثر فشار تخلیه، رتبه بدنه و رتبه فلنج را تعریف کنید.
3. NPSH موجود را محاسبه کنید و حاشیه ای را حداقل 0.5 متر تا 1 متر بالاتر از NPSH پمپ مورد نیاز نگه دارید.
4. هنگامی که کل هد بالا است اما NPSH محدود است، یک پمپ چند مرحله ای یا پرسرعت انتخاب کنید.
5. یک استراتژی آب بندی را انتخاب کنید. اگر اجازه نشتی سیال را ندارید، پمپ های کنسرو شده یا محرک مغناطیسی را در نظر بگیرید.
6. بررسی مواد برای حلالیت، انبساط و سازگاری شیمیایی. CO2 فوق بحرانی می تواند به عنوان یک حلال عمل کند و الاستومرها و پوشش ها را تغییر دهد.
7. گذرای فرآیند را در نظر بگیرید. پمپی که شرایط پایدار را برآورده می کند ممکن است در هنگام راه اندازی، خاموش شدن یا نوسانات فشار از کار بیفتد.

انتخاب پمپ با هد بالا کافی نیست. منحنی پمپ، سرعت پروانه، طراحی پوشش و حاشیه NPSH باید با سیال واقعی مطابقت داشته باشد. پمپی که برای آب کار می کند اغلب برای CO2 فوق بحرانی انتخاب اشتباهی است. این یک ریسک خرید رایج در پروژه های کارخانه فرآیند است.

چرا تجربه تجهیزات در پروژه های فوق بحرانی مهم است؟

فرآیندهای سیال فوق بحرانی هنوز برای بسیاری از تیم های مهندسی چالش برانگیز هستند. رفتار سیال مانند آب نیست و شرایط عملیاتی نزدیک به لبه مرزهای فاز است. سازنده پمپی که پمپ‌های فرآیند API 610، پمپ‌های کنسرو فشار بالا و پمپ‌های چند مرحله‌ای عمودی ساخته است، شانس بیشتری برای دریافت جزئیات قبل از سفارش دارد. سازنده باید حاشیه NPSH، انتخاب هیدرولیک و روش مهار را با هم تایید کند.

توصیه نهایی: با استفاده از خواص واقعی سیال، جریان جرمی، دمای ورودی، فشار مکش و فشار تخلیه را به تامین کننده پمپ بدهید. این تنها راه برای بدست آوردن پمپ گریز از مرکز مناسب برای سیالات فوق بحرانی است.