Magnetische Prozesspumpen bis zum Äußersten
Von Aquarien bis Säuren, Aminen bis Ammoniak, Atomteilchenbeschleunigern bis Xylol, magnetische Prozesspumpen sind unter extremen Bedingungen zu finden. In diesem Artikel werden die grundlegenden Eigenschaften von Pumpen mit Magnetantrieb (Legierung und nichtmetallisch) und den dazugehörigen Systemen untersucht.
Magnetpumpen haben sich seit ihren frühen Permutationen in Aquarien zum Schutz teurer Centropyge resplendens (Resplendent Angelfish) erheblich weiterentwickelt. Heutzutage überzeugen magnetgekuppelte (mag-drive) Pumpen im Säureeinsatz als Alternative zu metallischen Gleitringdichtungskomponenten, die zur Korrosion neigen. API-Magnetantriebe sind ideal für Amine und Kohlenwasserstoffe in Raffinerien, und Magnetantriebspumpen aus Hochleistungslegierungen können gefährliches flüssiges Ammoniak sicher pumpen. Der 9 Milliarden US-Dollar teure Atomic Particle Super Collider am CERN (Centre European Research Nuclear) in Genf, Schweiz, enthält einen kryogenen Tunnel, der bei 2 Kelvin (-271,15 °C oder -456 °F) nahe dem absoluten Nullpunkt betrieben wird und magnetisch gekoppelte Pumpen aus raffinierten Legierungen enthält .
Dies sind einige Beispiele innerhalb der"Eine Liste"von verflüssigten Toxinen. Nahezu alle toxischen Chemikalien auf der EPA-Liste der TRI (Toxic Release Inventory) regulierten Chemikalien können mit legierten oder nichtmetallischen magnetgekuppelten Pumpen sicher bei Nullausstoßniveaus gepumpt werden, je nach Eignung der benetzten Pumpenmaterialien.
Wie diese Beispiele zeigen, sind Magnetantriebspumpen ein vielseitiger Pumpentyp. Sie verfügen über emissionsfreie Magnetkupplungen, unabhängige hydraulische Enden und separate Magnetkupplungen in der Nähe von PS und Drehmoment. Die unabhängigen Motoren der Magnetantriebspumpen erfüllen die Anlagenanforderungen.
Mag-Drive-Design und -Standards
Konstruktionsmerkmale nach ISO-2858
Die Konstruktion magnetischer Prozesspumpen richtet sich eng nach den Konstruktionsparametern der ISO-2858. Das ISO-Design ist im Wesentlichen eine DIN-Pumpe, die mit ANSI-Flanschen ausgestattet ist. Zu den technischen Vorteilen von ISO-Pumpen gehören vollständig geschlossene Laufräder, die axiale Schubbelastungen reduzieren und selbst unter extremen Temperaturbedingungen sichere Betriebsspiele bieten. Verbesserte hydraulische Stabilität bei niedrigeren Geschwindigkeiten für ISO-Pumpen hält sich an die"5-7 Geschwindigkeitsregel"(dh 5 fps Ansaugen und 7 fps Entladen), insbesondere bei 3.500 U/min.
Niedrigere NSS-Werte (Net Suction Specific Speed) erfüllen die Anforderungen für kritische Prozesse und Raffinerien. Konstruktionstoleranzen für Durchfluss, Förderhöhe, Wirkungsgrad und Abmessungen ermöglichen eine direkte Austauschbarkeit zwischen ISO-Herstellern. Die umfangreiche ISO-Hydraulikabdeckung gewährleistet optimale Wirkungsgrade mit zahlreichen mittleren Pumpengrößen, einschließlich 5-Zoll-, 6-Zoll- und 8-Zoll-Nennlaufrädern, selbst bei größeren Modellen.
API-Standards für Fuß- und Mittellinienpumpen
Die API-610 10. Ausgabe. Die Spezifikation ermöglicht fußmontierte Konstruktionen, die dimensionale Austauschbarkeit unter 150 °C (300 °F) bieten. Mittellinienmontierte Pumpen werden für höhere Temperaturen in konventionellen fliegend gelagerten Kreiselpumpen empfohlen. Unrundheit der Gleitringdichtung ist jedoch kein Problem für Pumpen mit Magnetantrieb. Direkt gekoppelte Pumpen mit Magnetantrieb können bis zu 500 °F verarbeiten, wodurch Probleme mit der Ausrichtung des Antriebsrahmens und der Kupplung vermieden werden.
Die Spezifikation der dichtungslosen API-685-Pumpe erfordert eine Mittellinienmontage, war jedoch für extrem hohen Druck und gefährliche Anwendungen vorgesehen.
Ein- und mehrstufige Turbinen-Prozesspumpen aus Legierungen können gemäß API-610 10. Ausgabe oder API-685-Spezifikationen für Anforderungen mit geringem Durchfluss/hoher Förderhöhe gebaut werden.
Alloy Mag-Drive (Zentrifugal und Turbine) Spezifikationen
Alloy Mag-Drive-Anwendungen
Wärmeinduktionsquellen für dichtungslose Pumpen aus Legierung
Tabelle 1 spezifiziert die Pumpenwärmeinduktionsquellen für dichtungslose Pumpen aus Legierung. Wirbelstromverluste sowohl für Mag-Drive-Legierungspumpen (hintere Gehäuse) als auch für Spaltrohrmotorpumpen (Isoliergehäuse) verringern sich quadratisch mit der Drehzahl (dh Pumpen mit 1.750 U/min haben 25 Prozent der Verluste, die bei 3.500 U/min erzeugt werden). VFD-Steuerungen können allein durch Energieeinsparungen einen schnellen ROI bieten. Wirbelstromverluste sind linear zur Dicke, die Druck, Temperatur, Korrosion und Bruchfestigkeit definiert.
Die den Spaltrohrmotorpumpen innewohnende Motorwärmeinduktion ist unabhängig von der Drehzahl konstant, wobei während der Ausschaltzyklen Restwärme vorhanden ist. Hilfssteuerungen können erforderlich sein für"Niedrigsieder"in der Nähe des Flammpunktes.
Mag-Drive
Dosenmotor
1) Wirbelstromverluste
Permanentes Magnetfeld
Elektromagnetisches Feld
2) Motorstatorwicklungen
n/a, (externer Motor)
Stator des TENV-Motors
3) Motorankerschlupf
n/a, (externer Motor)
Interner Pumpenrotor
4) Interne Buchsenreibung
Unerheblich
Unerheblich
5) Interne Zirkulation
Abhängig von der Pumpengröße
Abhängig von der Pumpengröße
Leistungsbereiche für Alu-Zentrifugal- und Turbinen-Magnetantriebe
Alloy Centrifugal Mag-Drive Performance Range
- Pumpen im Dauerbetrieb bei mittleren bis hohen Durchflüssen
- Geeignet für extrem gefährliche oder giftige Flüssigkeiten
- Durchfluss von bis zu 2 bis 1.000 m3/h (8 bis 4.000 gpm)
- Förderhöhen bis zu 1.173 m (3.850 Fuß)
- Systemdrücke von Vakuum bis zu 500 bar (7.250 psig)
- Temperatur von -150 °F/-100 °C bis +650 °F/343 °C (840 °F mit Wärmetauscher)
Alloy Turbine Mag-Drive Leistungsbereich
Pumpen im Dauerbetrieb bei niedrigen bis mittleren Durchflussmengen
- Geeignet für hohen Differenz- oder Systemdruck
- Bewältigt bis zu 20 Prozent eingeschlossenes Gas und widersteht Dampfblasenbildung
- Durchfluss bis zu 10 m3/h (45 gpm)
- Förderhöhen bis zu 990 m (3.250 Fuß)
- Systemdrücke von Vakuum bis zu 500 bar (7.250 psig)
- Temperatur von -150 °F/-100 °C bis +650 °F/343 °C (840 °F mit Wärmetauscher)
Niedrige Durchflussanforderungen für Zentrifugal- und Turbinenpumpen
Wärmeinduktion bei geringem Durchfluss und Kavitation bei hoher Förderhöhe
Die Rezirkulations-Reibungswärme der Prozessflüssigkeit in Kreiselpumpen, die unterhalb der minimalen stabilen Strömung betrieben werden, kann nicht vermieden werden, unabhängig von der Auswuchtung des Laufrads oder der Konstruktion des Spalttopfs. Die Wärmeinduktion durch die interne Rezirkulation kann aufgrund der Energie, die der Flüssigkeit zugeführt wird, zu einer hohen Druckkavitation führen. Isolierende thermoplastische oder fluorplastische Gehäusematerialien haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit.
Durchflusswerte der Zentrifugalpumpe
Zentrifugalpumpen sind für mittlere bis hohe Fördermengen mit optimaler Effizienz am BEP (Best Efficiency Point) ausgelegt. Die akzeptierte Richtlinie für den Einsatz von Kreiselpumpen reicht von 10 Prozent rechts vom BEP und 20 Prozent links. Diese Richtlinie wird verwendet, um optimale hydraulische Wirkungsgrade zu gewährleisten und sowohl Rundlauf als auch Kavitation mit hoher Förderhöhe zu verhindern.
Rise to Shut-Off und Durchflusskontrolle
Turbinenpumpen sind für den Dauerbetrieb in Systemen mit niedrigem Durchfluss und hoher Förderhöhe ausgelegt. Aufgrund des hohen Anstiegs bis zum Abschalten haben Schwankungen der Differenzhöhen nur minimale Auswirkungen auf den Durchfluss der Turbinenpumpe. Dynamische Turbinenpumpencharakteristiken ermöglichen eine Steuerventilregulierung ohne Umgehung. Saugsiebe für Turbinenpumpen (Maschenweite 100) werden empfohlen, wenn feste Partikel vorhanden sind und Schmutz beim Anlaufen vorhanden ist.
Nichtmetallische Mag-Drive-Spezifikationen
Typische Anwendungen für nichtmetallische Magnetantriebe
Zu den typischen Anwendungen für nichtmetallische Pumpen mit Magnetantrieb gehören alle von der EPA überwachten korrosiven Chemikalien, korrosiven Säuren (HCL, H2SO4, HF, Salpetersäure, Phosphorsäure, Essigsäure usw.), Ätzmittel (Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid usw.) und Chlor , Natriumhypochlorit, Halogenlösungen (Chlor, Fluor, Brom, heiße HCL), hochreine Flüssigkeiten und Edelflüssigkeiten.
Fluorkunststoffe und Thermoplaste
Die Permeationsraten von nichtmetallischen Materialien (Fluorkunststoffe und Thermoplaste) hängen von der Qualität, Dicke und Dichte des Pumpenmaterials, der Konzentration und Temperatur der Prozessflüssigkeit und dem Systemdruck ab. Pumpen mit Magnetantrieb, die mit Fluorkunststoffauskleidungen ausgestattet sind, bieten eine breite chemische Beständigkeit, aber Auskleidungen mit einer Dicke von 0,100 Zoll bis 0,125 Zoll erfordern Wartungsinspektionen nach Systemstörungen, Kavitation, mitgerissenen Feststoffen oder a"heruntergefallener Magnet"von einem internen Lagerschaden.
Die mechanischen Eigenschaften von nichtmetallischen Pumpenmaterialien werden durch extreme Temperaturen beeinträchtigt (z. B. Zugfestigkeit bei hohen Temperaturen, Versprödung bei niedrigen Temperaturen usw.).
Zugfestigkeitskurven
Bearbeitete extrudierte Thermoplaste
Mag-Drive-Pumpen sind in bearbeiteten extrudierten Thermoplasten mit höherer Dichte erhältlich, um Permeation oder Perforation aufgrund größerer Gehäusewandstärken zu widerstehen. Rohre aus legiertem oder ausgekleidetem Stahl müssen jedoch ordnungsgemäß gestützt werden, und bei extremen Temperaturschwankungen oder -schwankungen können flexible Rohrverbindungen erforderlich sein.
Geformte Thermoplaste
Geformte thermoplastische Komponenten, insbesondere glasfaserverstärktes PP, können von vielen korrosiven Chemikalien (z. B. Ätzmitteln, Chloriden, Fluoriden, Bromiden usw.) angegriffen und durchdrungen werden aufgrund von Ätzung und Dochtwirkung der Glasfasern, was zur Permeation führt. Gegossene thermoplastische Gehäuse mit NPT-Gewindeanschlüssen haben nicht die nötige Härte, um eine blasendichte Abdichtung zu gewährleisten.
Systemstörungen und Überwachung
Run-out oder High Head Kavitation
Mag-Drive-Pumpen sollten mit Richtlinien für minimalen und maximalen Durchfluss geliefert werden, die sichere kontinuierliche Betriebsgrenzen der Pumpe innerhalb der Systemparameter angeben. Beispielsweise ist eine unzureichende Förderhöhe eine Hauptursache für Ausfälle von Zentrifugalpumpen aufgrund von Auslaufbedingungen und Spitzen-NPSH-Anforderungen. Beim Betrieb unterhalb stabiler Mindestdurchflüsse kann es zu Kavitation mit hoher Förderhöhe kommen.
Trockenlauf
Kleinere Pumpen können mit Kohlenstofflagern ausgestattet werden, die eine Eigenschmierung bieten, um einem intermittierenden Trockenlauf standzuhalten. Kohlenstoff ist aufgrund von Lagerbelastungen für Prozesspumpen mit hoher Kapazität nicht praktikabel. Diamantbeschichtungen für Siliziumkarbid können begrenzten Schutz bieten, bis die Oberflächenbeschichtung abgenutzt ist. Durchfluss- oder Leistungsüberwachung ist der beste Schutz gegen Trockenlauf.
Dead-Heading
Abhängig von internen Lagerzirkulationssystemen kann ein intermittierender Totkopf akzeptabel sein. Empfohlene Betriebsgrenzen sollten vom Hersteller in Abhängigkeit von der Stabilität der Prozessflüssigkeiten angegeben werden.
Feststoffübergabe
Prozesspumpen mit Magnetantrieb, die mit einer produktspülenden Lagerzirkulation ausgestattet sind, können mit verschiedenen API-Spülplänen für das Management von Feststoffpartikeln ausgestattet werden. Eine besondere Berücksichtigung der Art der Feststoffe ist erforderlich (z. B. Prozentsatz, Härte, Größe, Eisen, bindend oder nicht bindend usw.). In der Regel wird ein ordnungsgemäßes Spülen oder Filtern des Prozessleitungssystems vor der Inbetriebnahme empfohlen.
Überwachungssysteme
Lineare Leistungsmonitore sind ein effektives, nicht-invasives Mittel zum Pumpenschutz mit der einzigartigen Fähigkeit, Kavitation zu erkennen. Die Durchflussmessung kann in Prozessen mit variierenden Viskositäten, spezifischen Gewichten und Temperaturen bevorzugt werden. Temperatursonden für Legierungspumpen bieten Schutz vor verstopften Schmieröffnungen oder Störungen durch rotierende Komponenten. Flüssigkeitssensorsonden und Dichtungen an Adaptergehäusen bieten sekundäre Eindämmung.
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