Как стать экспертом по выбору насосов — всего восемь шагов
Thread Content
I. Основные основания1. Расход является одним из важных показателей характеристик насоса при его выборе. Это напрямую связано с производственной мощностью и способностью к транспортировке всего устройства. Если в процессе технического проектирования в институте проектирования удастся рассчитать три значения расхода насоса: нормальное, минимальное и максимальное. При выборе насоса следует ориентироваться на максимальный расход, учитывая при этом нормальный расход. В случае отсутствия данных о максимальном расходе его можно принять равным 1,1 раза нормальному расходу. 2. Напор, необходимый для работы системы оборудования, является ещё одним важным показателем при выборе насоса. Как правило, для выбора модели необходимо учитывать напор с увеличением на 5–10%. 3. Свойства жидкости. Включает название жидкостного средства, его физические свойства, химические свойства и другие характеристики. К физическим свойствам относятся температура c, плотность d, вязкость u, диаметр твердых частиц в среде и содержание газа. Это влияет на высоту подъема жидкости, расчет эффективного запаса против аэроэрозии и выбор подходящего типа насоса. Химические свойства, в первую очередь касающиеся химической коррозионной активности и токсичности жидкости, являются важным критерием при выборе материала для насоса и типа уплотнения. 4. Условия расположения трубопроводов в системе устройства включают высоту подачи жидкости, расстояние подачи и направление подачи. Такие данные, как уровень жидкости на самом низком уровне на впускной стороне и на самом высоком уровне на выпускной стороне, а также спецификации трубопроводов — их длина, материал, характеристики фитингов, количество и т. д., необходимы для расчета подъемной силы насоса и проверки запаса против кавитации. 5. Содержание условий эксплуатации весьма обширно. Для жидкостей: давление насыщенного пара T, давление на впускной стороне PS (абсолютное), давление в резервуаре на выходной стороне PZ, высота над уровнем моря, температура окружающей среды, осуществляется ли процесс перекачки попеременно или непрерывно, является ли положение насоса фиксированным или может меняться. II. Влияние коррозии. На протяжении долгого времени коррозия остается одной из самых серьезных угроз для химического оборудования. Даже небольшая небрежность может привести к повреждению оборудования, а в худших случаях — к авариям или даже катастрофам. Согласно статистике, примерно 60% случаев повреждения химического оборудования обусловлены коррозией. Поэтому при выборе химических насосов необходимо в первую очередь уделять внимание научному подходу к выбору материалов. Существует распространенное заблуждение, согласно которому нержавеющая сталь является «универсальным материалом», пригодным в любых условиях и средах. Это крайне опасно. Ниже рассмотрены основные моменты при выборе материалов для использования с некоторыми распространенными химическими средами: 1. Сераная кислота, являясь одной из сильно коррозионных сред, представляет собой важный промышленный материал с очень широким спектром применения. Коррозионное воздействие серной кислоты при различных концентрациях и температурах сильно различается. При концентрации свыше 80% и температуре ниже 80°C у углеродистой стали и чугуна хорошая стойкость к коррозии. Однако такая кислота не подходит для использования в условиях высокой скорости потока, а также не может служить материалом для насосов и клапанов ； Обычная нержавеющая сталь, такая как 304 (0Cr18Ni9) и 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti), также имеет ограниченное применение в серной среде. Поэтому насосы и клапаны для транспортировки серной кислоты обычно изготавливаются из чугуна с высоким содержанием кремния (сложен в литье и обработке) или из высоколегированной нержавеющей стали (сплав номер 20). Фторопласты обладают хорошей стойкостью к серной кислоте, поэтому использование насосов с фторным покрытием (F46) является более экономичным решением. 2. Кислота хлористоводородная: подавляющее большинство металлических материалов не устойчивы к коррозии в кислоте хлористоводородной (включая различные виды нержавеющей стали); железо с высоким содержанием молибдена также может использоваться только в кислоте хлористоводородной при температуре 50°C и концентрации ниже 30%. В отличие от металлических материалов, подавляющее большинство неметаллических материалов обладают хорошей стойкостью к коррозии в серной кислоте. Поэтому насосы с резиновым или пластиковым покрытием (например, из полипропилена, фторопластов и т. д.) являются лучшим выбором для перекачки серной кислоты. 3. Нитрат: Большинство металлов быстро подвергаются коррозии в нитрате. Нержавеющая сталь является наиболее распространенным материалом, устойчивым к действию нитрата; она обладает хорошей стойкостью к коррозии при всех концентрациях нитрата при комнатной температуре. Следует отметить, что нержавеющая сталь, содержащая молибден (например, 316, 316L), не только не имеет лучшей стойкости к нитрату, чем обычная нержавеющая сталь (например, 304, 321), но иногда даже уступает ей. Что касается концентрированной нитратной кислоты при высоких температурах, то обычно используются материалы из титана и его сплавов. 4. Уксусная кислота – это один из наиболее агрессивных органических кислот. Обычная сталь подвергается сильной коррозии в уксусной кислоте любой концентрации и при любой температуре. Нержавеющая сталь является отличным материалом, устойчивым к действию уксусной кислоты; нержавеющая сталь марки 316, содержащая молибден, может использоваться даже при высоких температурах и в условиях наличия разбавленных паров уксусной кислоты. При высоких температурах, высокой концентрации уксусной кислоты или при наличии других агрессивных веществ могут использоваться насосы из высоколегированной нержавеющей стали или фторопластов. 5. Щелочь (гидроксид натрия). Сталь широко используется в растворах гидроксида натрия при температуре ниже 80°C и концентрации до 30%. Во многих заводах также продолжают использовать обычную сталь при температуре 100°C и концентрации до 75%. Хотя коррозия усиливается, это остается экономически выгодным решением. Обычная нержавеющая сталь не обладает значительными преимуществами по устойчивости к щелочам по сравнению с чугуном; её использование не рекомендуется, если в среде допускается наличие небольшого количества железа. Для работы в высокотемпературных щелочных средах чаще всего используют титан и его сплавы, а также высоколегированную нержавеющую сталь. 6. Аммиак (гидроксид аммония). У большинства металлов и неметаллов коррозия в жидком аммиаке и аммиачном растворе (гидроксиде аммония) происходит в незначительной степени; только медь и её сплавы не подходят для использования в таких условиях. 7. Соленая вода (морская вода): обычная сталь подвергается не слишком высокой коррозии в растворе хлорида натрия, а также в морской и соленой воде; для защиты её обычно используют покрытия. Различные виды нержавеющей стали также имеют низкий уровень однородной коррозии, однако из-за ионов хлора может возникать локальная коррозия; в таких случаях предпочтительнее использовать нержавеющую сталь марки 316. 8. Алкоголи, аналогичные вещества, эфиры, эфиры углеводородов. К распространенным алкогольным средам относятся метанол, этанол, этиленгликоль, пропанол и т. д. К аналогичным средам относятся пропан и бутан. Среди эфирных сред – различные метилэфиры, этилэфиры и т. д. Среди эфиров углеводородов – метилэфир, этилэфир, бутилэфир и т. д. У них практически нет коррозийной активности; подходят для использования с любыми материалами. При выборе необходимо учитывать свойства среды и соответствующие требования. Кроме того, стоит отметить, что спирты, эфиры и альдегиды способны растворять различные виды каучука, поэтому при выборе уплотнительных материалов необходимо избегать ошибок. III. Другие факторы. При использовании насосов для общих промышленных целей в технологических процессах можно игнорировать уровень утечек в трубопроводной системе. Однако необходимо учитывать влияние изменений в технологическом процессе на расход жидкости. Если для орошения используются насосы, работающие в открытых каналах, необходимо также учитывать уровень просачивания воды и её испарение. Давление: давление в резервуаре для набора воды, давление в резервуаре для сброса воды, разница давлений в трубопроводной системе (потери напора). Данные о трубопроводной системе (диаметр труб, длина, типы и количество фитингов, геометрические высоты от бассейна накопления воды до бассейна под давлением) и т. д. При необходимости также следует составить кривую характеристик устройства. IV. Влияние трубопроводов При проектировании и монтаже трубопроводов необходимо учитывать следующее: А. Разумный выбор диаметра трубопровода. При большом диаметре трубопровода при одинаковом расходе жидкости скорость её потока снижается, а потери на сопротивление уменьшаются. Однако стоимость таких трубопроводов выше. Если диаметр трубопровода мал, то потери на сопротивление резко возрастают, что приводит к увеличению нагрузки на насос, повышению его мощности, а также к увеличению затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому необходимо учитывать все аспекты с технической и экономической точек зрения. Б. При проектировании выпускных труб и их соединений необходимо учитывать максимальное давление, которое они способны выдерживать. В. Трубопроводы следует располагать в виде прямых участков по возможности; необходимо свести к минимуму количество фитингов в трубопроводах, а также укоротить их длину. При необходимости выполнения изгибов радиус изгиба должен составлять 3–5 раз диаметра трубы; угол изгиба должен быть как можно больше – не менее 90°. D. На выходной стороне насоса обязательно должны быть установлены клапаны (шаровые или обратные клапаны и т. д.) и обратный клапан. Клапаны используются для регулировки рабочей точки насоса; обратные клапаны предотвращают обратный поток жидкости, тем самым не допуская обратного вращения насоса и защищая его от ударов водяного молота. (При обратном токе жидкости возникает огромное обратное давление, которое может повредить насос) V. Влияние расхода и напора Определение расхода: А. Если в технологическом процессе указаны минимальный, нормальный и максимальный расходы, следует учитывать максимальный расход. Б. Если в технологическом процессе указан только нормальный расход, следует учесть наличие определенного запаса. Для насосов ns100 с большим расходом и низким напором значение запаса пропускной способности составляет 5%, для насосов ns50 с малым расходом и высоким напором — 10%. Для насосов с показателями 50≤ns≤100 также применяется значение запаса пропускной способности 5%. Для насосов низкого качества или работающих в сложных условиях значение запаса пропускной способности должно составлять 10%. В. Если в основных данных указана только массовая скорость потока, её необходимо преобразовать в объемную скорость потока. VI. Влияние температуры. Транспортировка среды при высоких температурах предъявляет более строгие требования к конструкции насоса, используемым материалам и вспомогательным системам. Ниже рассмотрим, какие требования предъявляются к системам охлаждения при различных изменениях температуры: 1. Для сред с температурой ниже 120°C обычно не требуется специальная система охлаждения; в таких случаях для смазки и охлаждения используется сама среда. Такие как химические насосы DFL(W)H, защищенные химические насосы DFL(W)PH (при температуре выше 90°C класс защиты двигателя должен быть классом H) ； Что касается обычных насосов DFCZ и химических насосов модели IH, то благодаря использованию подвесной конструкции у них верхняя граница температуры может достигать 140°C–160°C℃ ； Максимальная температура использования насосов IHF с фторопластовым покрытием может достигать 200°℃ ； Только обычные магнитные насосы типа CQB могут использоваться при температуре не выше 100°C. Следует отметить, что для сред, которые легко кристаллизуются или содержат частицы, необходимо предусмотреть систему омывания уплотнительных поверхностей (при проектировании всегда предусматриваются соединения для этой цели). 2. Для сред с температурой выше 120°C и ниже 300°C обычно на крышке насоса должна быть предусмотрена камера охлаждения; кроме того, камера уплотнения также должна быть соединена с охлаждающей жидкостью (требуется использование механического уплотнителя с двумя поверхностями). Если не допускается проникновение охлаждающей жидкости в среду, необходимо сначала охладить саму среду перед её подачей (это можно сделать с помощью простого теплообменника). 3. Для сред с высокой температурой свыше 300°C необходимо охлаждение не только части насоса, но и камеры подшипников опоры; конструкция насоса обычно представляет собой центральную опору. Для механического уплотнения рекомендуется использовать металлические волнообразные уплотнители, однако они стоят дорого (их стоимость в 10 раз превышает стоимость обычных уплотнителей). VII. Влияние герметичности. Отсутствие утечек — это постоянная цель в производстве химического оборудования. Именно эта потребность способствует все более широкому использованию магнитных и экранированных насосов. Однако до полного исключения утечек ещё предстоит пройти долгий путь: существуют такие проблемы, как срок службы изоляционных оболочек магнитных насосов и насосов с экранированием, проблема коррозии отверстий в материалах, а также проблемы надежности статических уплотнений и т. д. Теперь кратко расскажем о некоторых основных аспектах герметизации. 1. Формы уплотнения. Для статических уплотнений обычно существуют только два вида уплотнителей: прокладки и уплотнительные кольца. Среди уплотнительных колец наиболее широкое распространение имеют O-образные уплотнители ； Для динамических уплотнений в химических насосах редко используется уплотнение с прокладкой; в основном применяются механические уплотнения. Механические уплотнения бывают односторонними и двусторонними, а также балансированными и небалансированными. Балансированные уплотнения подходят для герметизации сред при высоком давлении (обычно давление превышает 1,0 МПа). Двусторонние механические уплотнения используются для сред с высокой температурой, склонных к кристаллизации, имеющих высокую вязкость, содержащих частицы или являющихся токсичными и легковоспламеняющимися. В таких случаях в уплотнительную камеру необходимо вводить изоляционную жидкость; давление этой жидкости обычно на 0,07–0,1 МПа превышает давление среды. 2. Материалы для герметизации: в качестве материала для статической герметизации химических насосов обычно используется фторопласт; в особых случаях применяется политетрафторэтилен ； Выбор материалов для статического и динамического кольцевых уплотнителей имеет большое значение. Не всегда лучше использовать сплавы из твердых металлов друг против друга: высокая стоимость — это одна из проблем, а отсутствие разницы в твердости между этими материалами также является неразумным. Поэтому желательно подбирать материалы с учетом особенностей используемой среды. (Примечание: В восьмом издании стандарта API 610 Американского института нефти в приложении D приведены подробные положения относительно типичных конфигураций механических уплотнений и трубопроводных систем.) VIII. Влияние вязкости. Вязкость среды оказывает значительное влияние на характеристики насоса. При увеличении вязкости кривая напора насоса снижается; напор и расход в оптимальных условиях также уменьшаются, в то время как мощность растет, в результате чего эффективность снижается. Параметры, указанные для обычных образцов, относятся к характеристикам при транспортировке чистой воды; при транспортировке вязких сред необходимо производить коррекцию (коэффициенты коррекции для различной вязкости можно найти в соответствующих таблицах). Для транспортировки суспензий, паст и вязких жидкостей с высокой вязкостью рекомендуется использовать насосы с винтовым двигателем.