Thread Content
Практически во всех промышленных процессах, связанных с жидкостями, на каком-либо этапе используются насосы. От добычи нефти и газа в глубоководных районах до секвенирования ДНК — для выполнения самых разных производственных задач необходимы насосы. Однако, независимо от конструкции или размеров насоса, ключевыми факторами в любом применении являются надежность и эффективность. Минимизация времени простоя и операционных затрат имеет решающее значение для современной промышленности. Для пользователей, использующих крупные промышленные насосы, существуют две основные специфические проблемы: во-первых, они обычно работают в сложных условиях окружающей среды, а во-вторых, им необходимо поддерживать высокие показатели работы насоса, несмотря на постоянную угрозу коррозии и износа. По мере углубления понимания этих производственных процессов, а также технологий, используемых для решения проблем, возникающих в ходе производства, клиенты могут применять более экономичные методы ремонта насосов. Коррозия, как правило, определяется как химическая реакция, происходящая между поверхностью детали и реагентной средой, протекающей через насос. Коррозия делится на две основные категории: обычная или равномерная коррозия и локальная коррозия, последняя включает такие явления, как точечная коррозия и коррозия в зазорах. Материалы, отличные от нержавеющей стали, в основном подвержены равномерной коррозии, тогда как металлы, на поверхности которых образуется оксидный слой, защищающий её, склонны к локальной коррозии. Ускоренная коррозия под действием потока. Ускоренная коррозия под действием потока (FAC) — это процесс устранения защитного оксидного слоя с поверхности металла. Скорость этого процесса зависит от содержания кислорода, скорости потока, а также в определенной степени — от содержания хлора. Кальциевый слой, образующийся из-за высокой жесткости воды на уровне карбонатов, может снизить или даже полностью препятствовать действию FAC. Технология покрытий повышает эффективность и долговечность насосов. Влияние кислорода можно увидеть на следующем примере: в воде с содержанием кислорода менее 20 частиц на миллиард, при скорости потока около 15 м/с, скорость коррозии обычно составляет примерно 0,01 мм в год. Однако при увеличении содержания кислорода скорость коррозии возрастает до нескольких миллиметров в год, что создает серьезные проблемы для производственных процессов. К счастью, FAC создает реальные проблемы только у низколегированной стали и чугуна. Увеличение содержания хрома или использование нержавеющей стали в значительной степени устранят уязвимость, вызванную ускоренной коррозией под действием потока. Абразия: при перекачивании жидкости, содержащей абразивные вещества (например, песок), на насос оказывается сильное абразионное воздействие; особенно сильно повреждения возникают в зонах с высокой скоростью потока. Такое явление часто встречается в нефтегазовой промышленности. В подобных случаях обычно используются инъекционные насосы для принудительного возвращения воды в нефтяное месторождение, тем самым поддерживая давление, необходимое для подъема нефти на поверхность. Песчинки, находящиеся в потоке воды, могут привести к износу насоса, а высокое рабочее давление ещё больше усугубляет проблему износа. С чисто дизайнерской точки зрения, с целью максимального снижения износа производители насосов в этой области имеют два варианта решения: • снизить скорость потока жидкости во всех участках насоса или • спроектировать насос таким образом, чтобы скорость потока жидкости в зонах тесного контакта была низкой. При выраженном явлении абразии и коррозии лучшим решением является использование специальных покрытий. Однако в большинстве случаев требуемые стандарты ограничивают применение любого из вышеупомянутых решений. В этих приложениях практика показала, что работоспособным решением является нанесение на выбранную часть насоса слоя краски с высокой стойкостью к износу. Абразия-коррозия: в условиях одновременного воздействия абразии и коррозии механизмы ухудшения качества материала могут становиться чрезвычайно сложными; они также зависят от типа основного материала и химических свойств жидкости. Коррозия приводит к образованию на поверхности материала слоя оксида с низкой адгезией, что делает материал более восприимчивым к износу. Еще одной возможной последствием коррозии является разрушение пассивного слоя, что приводит к активации поверхности материала и, в результате, ускоряет процесс коррозии. В таких случаях механизмы защиты поверхности часто являются лучшим и единственным вариантом. Кавитация — это наиболее распространенная проблема, возникающая в лопастях насоса. Она вызывается разницей давлений и может происходить как в самом корпусе насоса, так и в его лопастях. Когда локальное давление падает ниже насыщенного давления перекачиваемой жидкости, резкое снижение давления приводит к испарению жидкости с образованием пара. Предотвращение повреждений, вызванных аэроэрозией, осуществляется путем изменения характеристик системы насосов. Любые пузырьки, образующиеся в результате падения давления, перемещаются вместе с потоком жидкости и проходят мимо лопастей ротора. Когда пузырьки попадают в область, где локальное давление превышает насыщенное давление, они внезапно лопаются, создавая ударные волны. С течением времени это может привести к серьезному повреждению ротора и/или корпуса насоса. В большинстве случаев лучше предотвращать возникновение кавитации, чем пытаться снизить её влияние на насосное оборудование. Обычно для достижения этой цели применяют один из следующих трех методов: • Увеличение давления всасывания • Снижение температуры жидкости • Уменьшение необходимого запаса против кавитации (NPSHR). В случаях, когда невозможно избежать кавитации или когда в системе насоса возникает внутренняя циркуляция или чрезмерная турбулентность, может потребоваться пересмотр конструкции насоса или использование специальных покрытий для минимизации возможного ущерба для насоса. Правильный выбор материалов имеет ключевое значение для производителей насосов: при их изготовлении необходимо использовать наиболее подходящие материалы для снижения риска коррозии. В некоторых приложениях из-за учета факторов стоимости предпочтительнее использовать углеродистую сталь или чугун; в таких случаях можно очень точно оценить скорость коррозии. Исходя из допустимой годовой скорости коррозии, можно оценить срок службы насоса и учесть его в затратах на техническое обслуживание (публичный аккаунт: Помощник с насосами). Когда кавитация неизбежна, следует использовать специальные системы покрытий. Если ожидаемая скорость коррозии является неприемлемой, то материал насоса необходимо заменить на нержавеющую сталь, что приведет к увеличению затрат. Если невозможно принять вариант с таким увеличением затрат, то альтернативой является использование передовых красок, разработанных с учетом особенностей каждого типа применения. Если в качестве основного материала для определенного приложения выбрать нержавеющую сталь, то срок службы насоса может значительно увеличиться; в некоторых случаях он даже может быть бесконечным. Однако только путем выбора подходящего класса нержавеющей стали для конкретного применения, тщательной сборки насоса и его использования в соответствии с требованиями к рабочей среде можно обеспечить достаточно длительный срок службы насоса. Как только в жидкость попадают частицы, необходимо проявлять особую осторожность. В таких условиях даже нержавеющая сталь может легко подвергаться коррозии, поскольку при разрушении пассивирующего слоя основной материал становится активным и начинает разрушаться. Обычно можно восстановить пассивирующий слой, но если содержание хлоридов слишком высоко или значение pH слишком низкое, материал может оставаться активным, и коррозия продолжается. Еще одной распространенной причиной коррозии стальных насосов является состояние застоя, возникающее в результате прерываний в процессе работы или периодической остановки оборудования. Еще одной угрозой для нержавеющей стали является хлор, который в основном используется для подавления роста микроорганизмов в насосах или соединительных трубопроводах. Низкая концентрация хлора — около 2 частей на миллион — практически не оказывает воздействия на нержавеющую сталь. Однако важно понимать, как и где попадает хлор в водоток, чтобы избежать повреждения защитного слоя из-за слишком высокой концентрации в определенных местах. По сравнению с более дешевыми материалами из углеродистой стали, неожиданная коррозия легко сводит на нет высокие ожидания относительно повышенной долговечности нержавеющей стали. При применении защитного покрытия крайне важно разобраться в двух вопросах: во-первых, действительно ли использование защитного покрытия способствует улучшению характеристик и срока службы насоса, и во-вторых, действительно ли стоимость покрытия ниже, чем стоимость замены материалов. В большинстве случаев производители насосов стремятся соответствовать требованиям процесса производства путем использования материалов, наиболее подходящих для данного применения, рассматривая применение покрытий лишь как вспомогательное решение. Полимерные покрытия, такие как спекаемый эпоксид, могут применяться к компонентам насосов, обрабатываемым с использованием флуоризированных камер или методом электростатического нанесения. Пока покрытие не повреждено, оно способно эффективно защищать от коррозии. Как полимерное покрытие, оно применяется только при низких скоростях потока и обычно используется в системах с чистой водой. В таких условиях оно также способствует улучшению гидравлических характеристик за счет сглаживания поверхности насоса. Работа с опытными инженерами по материалам помогает обеспечить, чтобы конечные пользователи получали наиболее подходящее решение. Однако покрытия, подходящие для трубопроводов, могут не подходить для использования в насосах, поскольку в насосах скорость потока гораздо выше, узкие каналы приводят к концентрации потока, а движущиеся части сложно защитить. Поэтому многие методы, обычно используемые в трубопроводах (например, электрохимическая защита), не применимы к насосам. В таких случаях покрытие наносят в тех конкретных участках, где ожидается увеличение скорости потока, или в местах, где может возникнуть повреждение в результате столкновений (например, при изгибе под углом 90 градусов). Для нанесения прочных покрытий обычно используют такие методы покрытия, как распыление с использованием воздушной плазмы (APS) или высокоскоростное окислительно-топливное распыление (HVOF). Конкретный метод покрытия будет зависеть от требуемой толщины покрытия и состава краски. Покрытие из твердосплава, нанесенное с помощью метода высокоскоростного кислородного пламени, обладает высокой стойкостью к износу. Рекомендуется использовать титановую карбид, содержащий кобальт, никель или кобальто-хромовую основу. Благодаря усовершенствованиям в технологиях порошковой и термоопрыскивательной обработки материалы обладают не только высокой износостойкостью и прочностью, но и хорошей стойкостью к коррозии. Метод термоопрыскивания может применяться к большинству основных материалов, однако это процесс, требующий прямого обзора, что затрудняет покрытие деталей сложной формы (например, лопастей). Для сложных деталей, на которые трудно нанести покрытие с помощью метода термоопрыскивания, можно использовать процесс CVD, который позволяет создавать очень прочные покрытия. Однако этот процесс требует температуры выше 850°C. Такая высокая температура ограничивает выбор подложки, поскольку на этапе охлаждения могут происходить структурные изменения и частичная деформация. Не все краски одинаковы; системы покрытий способствуют улучшению производительности и долговечности насосов, поэтому существует множество услуг по нанесению покрытий. Люди могут относительно легко получить сырье и основное оборудование, а также использовать их для нанесения покрытий на различные устройства. Однако, если рассматривать покрытие HVOF, то его качество в основном зависит от параметров напыления, таких как температура материала, скорость нанесения покрытия, его плотность и качество используемого оборудования. Для правильного нанесения таких красок требуется определенное время, что неизбежно влияет на итоговую стоимость ремонта насоса. Однако увеличение скорости осадки приведет к повышению напряжений в покрытии, и со временем это может вызвать снижение его характеристик и преждевременное износ. Компании по производству насосов, такие как Sulzer, а также их поставщики красок потратили много лет на разработку процедур и настроек покрытия, которые они используют ； Широкие знания и богатый опыт в области технологического процесса — единственный способ его улучшения. Конечная технология нанесения каждого покрытия строго защищена; секретные данные обеспечивают то, что все клиенты во всем мире получают покрытие одинакового качества. Чтобы показать важность этих процедур, особенно в применении насосов, стоит рассмотреть процесс установки и демонтажа рабочего колеса. Во многих случаях необходимо нагревать ротор, чтобы можно было установить его на вал привода или снять с него. Этот процесс сжатия и соединения может привести к повреждению покрытия во время ежедневного технического обслуживания. Компания Sulzer гарантирует, что её технологии покрытий способны выдерживать такие тепловые нагрузки и обеспечивать долгосрочную защиту от коррозии. Современные технологии покрытия могут использоваться в рамках программы ремонта для традиционного оборудования с целью увеличения срока его службы. В рамках проекта по реконструкции нанесение нового покрытия может значительно повысить эффективность и надежность существующего оборудования. Наконец, ключом к успешному решению проблемы коррозии является полное понимание объекта применения и использование всех доступных данных для определения наиболее подходящих мер. Те, кто хочет модернизировать существующее оборудование, могут продлить срок его службы и улучшить эффективность насосов путем применения ряда мер по улучшению. Если требуется разработка нового насоса, появляется возможность выбрать наиболее подходящий материал и оптимальную систему покрытий для повышения долговечности насоса. В будущем, по мере дальнейшего совершенствования технологий покрытий, конечные пользователи смогут выбирать индивидуальные покрытия, которые можно нанести в процессе производства. Однако даже с использованием самых современных покрытий необходимо разрабатывать процессы нанесения, чтобы с их помощью наносить покрытия на сложные внутренние поверхности литых роторов и винтов. Поэтому это по-прежнему остается «священным граалем» в дизайне насосов: как только будет преодолена эта проблема, надежность и срок службы промышленных насосов еще больше улучшатся. Путем правильного использования основы и защитного покрытия, а также совершенствования дизайна насосов можно создать комплексные и экономически эффективные решения для насосов, что позволяет максимально снизить затраты на их владение.