Dichtungslose Exzenterpumpen für Isocyanate
In den frühen Morgenstunden des 3. Dezember 1984 drang Wasser in einen Tank ein, der 42 Tonnen Methylisocyanat (MIC) enthielt. Die resultierende exotherme Reaktion erhöhte die Temperatur im Inneren des Tanks auf über 200 °C (392 °F) und erhöhte den atmosphärischen Druck dramatisch.
Infolgedessen entwichen in weniger als einer Stunde etwa 30 Tonnen MIC aus dem Tank in die Atmosphäre. Die Gase wurden von Südostwinden über die indische Stadt Bhopal geblasen, und das darauf folgende Chaos führte zur größten Industriekatastrophe der Geschichte.
Die Gastragödie von Bhopal, die ihren Ursprung im Werk von Union Carbide India Limited (UCIL) in Bhopal, Madhya Pradesh, Indien hatte, war Berichten zufolge für 3.000 Todesfälle innerhalb von Wochen nach dem Leck verantwortlich. Seitdem sind weitere 8.000 Menschen an gasbedingten Krankheiten gestorben. Eine eidesstattliche Erklärung der Regierung aus dem Jahr 2006 schätzte, dass die giftige Substanz mehr als eine halbe Million Verletzungen verursachte.
Es gibt unterschiedliche Theorien darüber, wie das Wasser ursprünglich in den Tank gelangt ist. Einige glauben, dass ein verärgerter Arbeiter als Sabotageakt Wasser direkt in den Tank eingefüllt hat. Andere berufen sich auf Fahrlässigkeit des Managements. Eines ist unbestreitbar – die Gastragödie von Bhopal hat die zerstörerische Kraft von Isocyanaten demonstriert, wenn sie nicht richtig gehandhabt und eingedämmt werden.
Isocyanate
Isocyanate sind eine Familie hochreaktiver Chemikalien mit niedrigem Molekulargewicht. Methylisocyanat ist ein monofunktionelles Isocyanat, während die am häufigsten verwendeten Verbindungen Diisocyanate und Polyisocyanate sind. Diisocyanate enthalten zwei Isocyanatgruppen, während Polyisocyanate üblicherweise von Diisocyanaten abgeleitet sind und mehrere Isocyanatgruppen enthalten können. Die am häufigsten verwendeten Diisocyanate umfassen Methylenbis(phenylisocyanat), bekannt als MDI, und Toluoldiisocyanat (TDI).
Exzenterscheibenpumpen bestehen aus einem Zylinder und einem Pumpelement, die auf einer Exzenterwelle montiert sind. Wenn die Exzenterwelle gedreht wird, bildet das Pumpelement Kammern innerhalb des Zylinders, die an der Einlassöffnung an Größe zunehmen und Fluid in die Pumpkammer ziehen. Das Fluid wird zur Auslassöffnung transportiert, wo die Pumpenkammergröße verringert wird. Dadurch wird die Flüssigkeit in die Druckleitung gedrückt.
MDI und TDI werden häufig in der Polyurethanindustrie verwendet, einschließlich der Herstellung von Weich- und Hartschäumen, Fasern, Elastomeren und Beschichtungen wie Farben und Lacken. Isocyanate werden immer häufiger in der Automobilindustrie, in der Karosserieinstandsetzung und in Baudämmstoffen eingesetzt.
Aufsprühbare Polyurethanprodukte, die Isocyanate enthalten, wurden für eine Vielzahl von Einzelhandels-, Gewerbe- und Industrieanwendungen entwickelt, um Zement, Holz, Glasfaser, Stahl und Aluminium zu schützen, einschließlich Schutzbeschichtungen für LKW-Ladeflächen, Anhänger, Boote, Fundamente und Decks.
Isocyanate werden in Farben verwendet, weil sie einen Vernetzungsmechanismus (chemische Bindungen) bieten, der sich von anderen Beschichtungen unterscheidet. Dadurch tragen Isocyanate dazu bei, haltbarere Beschichtungen mit herausragenden ästhetischen Eigenschaften zu schaffen. Diese Beschichtungen liefern Filme, die bei niedrigen Temperaturen schnell aushärten. Sie haben auch hervorragende Anwendungseigenschaften und erzeugen glatte Filme und hochglänzende Beschichtungen.
Isocyanate müssen in der gesamten Lieferkette ordnungsgemäß gehandhabt werden, da das Risiko einer übermäßigen Exposition zu einer Vielzahl von kurz- und langfristigen Gesundheitsproblemen führen kann.
Expositionsrisiko und Ergebnisse
Isocyanate sind starke Reizstoffe für die Schleimhäute der Augen und des Magen-Darm-Trakts. Auch direkter Hautkontakt kann zu spürbaren Entzündungen führen. Isocyanate können Arbeitnehmer sensibilisieren und bei erneuter Exposition zu schweren Asthmaanfällen führen.
Die häufigste berufliche Exposition gegenüber Isocyanaten ist das Einatmen von Dämpfen oder Aerosolen, obwohl eine Exposition durch Hautkontakt während der Handhabung von flüssigen Isocyanaten erfolgen kann. Die Exposition erfolgt typischerweise während der Herstellung und Verwendung von Isocyanaten, insbesondere während des Herstellungsprozesses in der Polyurethanschaumindustrie. Dazu gehört auch das Pumpen von Isocyanaten.
Isocyanate sind Gift- und Schadstoffe, können aber auch brennbar sein. Obwohl ihre Entflammbarkeit gering ist, können bestimmte Konzentrationen, das Vorhandensein von explosiven Dämpfen oder anderen brennbaren Flüssigkeiten am selben Standort eine gefährliche Umgebung für Arbeiter und die Gemeinde schaffen, wie bei der Tragödie von Bhopal.
Um Isocyanate sicher zu übertragen und einzudämmen, müssen Bediener die richtige Pumplösung auswählen.
Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften erfordern Isocyanate eine Pumpe, die das Produkt schonend behandelt (geringe Scherung), eine starke Saugfähigkeit hat und ein wartungsarmes, verschleißkompensierendes Design bietet. Zur Übertragung von Isocyanaten können verschiedene Technologien eingesetzt werden, aber die sicherste und effizienteste Lösung, die alle diese Kriterien erfüllt, ist die Exzenterscheibenpumpe.
Vorteile von Exzenterscheibenpumpen
Die Exzenterscheibentechnologie bietet weniger Risiko und mehr Effizienz als andere Pumpen, einschließlich Zahnradpumpen mit Magnetantrieb, die üblicherweise für die Handhabung von MDI verwendet werden. Die Vorteile der Verwendung von Exzenterscheiben gegenüber Getrieben liegen in der Bauweise, starker Saugkraft, geringer Scherung und Verschleißkompensation.
Entwurf
Exzenterscheibenpumpen bestehen aus einem feststehenden Zylinder und einer beweglichen Scheibe. Die Scheibe wird von einer exzentrischen Welle bewegt, die in einem Faltenbalgende untergebracht ist, das die Scheibe hält. Wenn die Exzenterwelle gedreht wird, bildet die Scheibe Kammern innerhalb des Zylinders, die an der Saugöffnung größer und an der Auslassöffnung kleiner werden. Im Betrieb drückt sich der Förderdruck gegen die Exzenterscheibe und verhindert so ein Verrutschen. Der geringe Schlupf zwischen Scheibe und Zylinder verleiht Exzenterscheibenpumpen ihre Fähigkeit, Produktlinien abzustreifen oder zu reinigen – ein entscheidender Vorteil gegenüber Zahnradpumpen.
Isocyanate sind von Natur aus giftig, daher erfordern sie dichtungslose Pumpen, um Lecks zu beseitigen und eine maximale Produkteindämmung zu gewährleisten. Exzenterscheibenpumpen und Magnetantriebspumpen sind dichtungslos. Mag-Drive-Zahnradpumpen verwenden anstelle von Packungen oder Gleitringdichtungen eine Magnetkupplung, um eine statische Wellendichtung zu erzeugen. Exzenterscheibenpumpen haben keine Magnetkupplungen, Packungen oder Gleitringdichtungen, wodurch eine potenzielle Leckstelle, die zu einem Ausfall führen könnte, eliminiert wird.
Starke Saugkraft
Beim Laden oder Entladen von MDI ist es wichtig, eine Pumpe zu haben, die die Leitungen reinigen kann. Die starke Saugkraft von Exzenterscheibenpumpen macht das Be- und Entladen viel sicherer und sauberer, da Schläuche und Rohre vor dem Trennen der Schläuche am Ende des Transfers geleert werden. Exzenterscheibenpumpen zeichnen sich auch durch eine hervorragende Saugleistung bei niedrigen Drehzahlen aus, wodurch sichergestellt wird, dass vor Wartungsarbeiten nur ein Minimum an Produkt in den Rohrleitungen verbleibt.
Niedrige Scherung
Isocyanate sind dilatante Flüssigkeiten, was bedeutet, dass ihre Viskosität dazu neigt, zuzunehmen, wenn sie hoher Scherung und Bewegung ausgesetzt werden. Zahnradpumpen allein scheren mehr Flüssigkeit als Exzenterscheibenpumpen, was zu Überhitzung und Verstopfungen führen kann. Das Endergebnis sind Pumpenausfälle und Ausfallzeiten. Dieses Problem tritt häufiger bei Zahnradpumpen auf, kann aber bei Exzenterscheibenpumpen aufgrund ihrer geringen Scherrate und des höheren Energieverbrauchs nicht auftreten.
Verschleißkompensation
Die meisten Verdrängerpumpen haben keine Verschleißkompensationssysteme, was bedeutet, dass der normale Pumpenverschleiß zu fortschreitenden Durchflussverlusten führt. Bediener können versuchen, den Verschleiß durch Beschleunigen der Pumpe auszugleichen, aber dadurch beginnt ein gefährlicher Zyklus, bei dem die Pumpe schneller läuft, was dazu führt, dass sich die Pumpe schneller abnutzt und mehr Energie verbraucht.
Das einzigartige Design von Exzenterscheibenpumpen ermöglicht es ihnen, mechanischen Verschleiß selbst zu kompensieren, wodurch die Pumpen in der Lage sind, über die Zeit konstante Durchflussraten aufrechtzuerhalten. Exzenterscheibenpumpen verschleißen nicht so schnell wie Zahnradpumpen. Ab dem ersten Einschalten einer Zahnradpumpe beginnen die Zahnräder zu verschleißen, was größere Freiräume im Flüssigkeitsweg und weniger konsistente Durchflussraten und Produktrückhaltung erzeugt. Exzenterscheibenpumpen verfügen über ein vollständiges Verschleißkompensationssystem, das trotz Verschleiß und ohne Drehzahlerhöhung weiterläuft.
Fazit
Die Katastrophe von Bhopal hat die Gefahren aufgezeigt, die mit dem Umgang mit Isocyanaten verbunden sind. In der heutigen Produktionsumgebung, insbesondere in der Polyurethanindustrie, sind Isocyanate eine der wichtigsten Verbindungen innerhalb des Produktionsprozesses. Der Umgang mit Isocyanaten ist mit vielen kurz- und langfristigen Risiken verbunden. Daher brauchen Betreiber die Gewissheit, die nur Exzenterscheibenpumpen bieten können. Exzenterscheibenpumpen sind wartungsarm und bieten die überlegene Verschleißkompensation, starke Saugleistung und geringe Scherung, die beim Umgang mit dieser gefährlichen Chemikalie zwingend erforderlich sind.