Помпи и арматура за корозивни и агресивни флуиди

В и КСп. Инженеринг ревю - брой 6/2021 • 17.09.2021

  • Отсъствието на динамични уплътнения в конструкцията на диафрагмената помпа намалява уязвимостта й и дава много предимства в приложения с отпадъчни води

  • Сивият чугун осигурява добра устойчивост на износване и корозия благодарение на химическия си състав и на скоростта на охлаждане при отливането

  • В семейството на флуорполимерите PVDF е един от най-универсалните материали, подходящ за работа с киселинни води, наситени с хлориди или смеси от химикали

 

Агресивните, корозивни и замърсяващи околната среда течности трябва да се отвеждат и изпомпват сигурно и надеждно.

Плавното протичане на тези отговорни производствени процеси е силно зависимо от издръжливостта, износоустойчивостта и условията на поддръжка на инсталацията.

Отпадъчните води съдържат много твърди частици, като влакна, разтворени химични вещества, абразиви или други елементи, които представляват особено предизвикателство за помпите и арматурата за отвеждане на водите. Допълнителни проблеми за операторите на пречиствателни станции е смесването на отпадъчни води и дъждовна вода. Пясъкът, който попада в системата при смесването, е силно абразивен и причинява сериозни повреди на работното колело и корпуса на помпата.

Особено по време на обилни валежи, големи количества пясък може да навлязат в канализационната система и да се образуват локални отлагания. Не само местоположението, но и съответната функция на помпата оказват влияние върху скоростта на износването й. Например помпи, които изпомпват вода от уловители за пясък, естествено подлежат на много по-интензивно износване, отколкото помпите, които обработват общ поток отпадъчни води.

В предприятия от химическата промишленост и изобщо индустрии, за чиито процеси се използват големи количества вода и има висок риск от износване и корозия, трябва да се използват помпи и арматура от устойчиви материали, специално предназначени за такива среди.


Помпени технологии против износване

Обемните помпи, конструирани за работа без уплътнения, позволяват експлоатация с течности с абразиви и частици, които иначе биха повредили други видове помпи.

Отсъствието на динамични уплътнения в конструкцията и наличието на няколко диафрагми намалява уязвимостта на помпата и й дава много предимства в различни приложения в индустрията, най-вече свързани с пречистването на отпадъчни води или в процеса на обратна осмоза, нано- и ултрафилтрация. Например тези обемни помпи са идеален избор при изпомпване на води, замърсени с широк спектър от корозивни химикали, и за отвеждане на течности с частици твърди замърсители.

Диафрагмените обемни помпи, още наричани мембранни помпи, създават ниско и високо налягане посредством набор от мембрани, които се огъват навътре към и извън работната камера. Невъзвратни клапани насочват потока във и извън камерата. Докато буталото се прибира, налягането на атмосферния въздух изтласква течността през входящия невъзвратен клапан, за да запълни вакуума, оставен от буталото. Докато буталото обърне цикъла, налягането затваря входния невъзвратен клапан, а изпускателният невъзвратен клапан се отваря и през него преминава течността. Обемът на течността остава постоянен при всеки ход. Конфигурацията на помпата определя налягането и потока в системата. Скоростите на вала на помпата са сравнително ниски, което изисква намаляване на скоростта на двигателя.

Този тип помпи са изключително надеждно средство за работа с широк набор от течности, включително корозивни, горещи, абразивни, вискозни, несмазващи и рециклирани, както и течности, съдържащи твърди вещества. Многодиафрагмената конструкция без уплътнения осигурява 100% безопасно задържане дори за най-агресивните флуиди, като същевременно осигурява практически безимпулсна работа. Технологията гарантира точност, тъй като дебитът е пропорционален на скоростта на помпата. Диафрагмените помпи без динамични и механични уплътнения са пригодени за работа в тежки индустриални среди, като конструкцията им напълно минимизира рисковете от теч. Вискозитетът на течността не влияе върху работата на помпата, като всичко това е предпоставка за висока оперативна ефективност и намаляване на разходите за експлоатация. Някои специализирани модели се проектират с показатели, надвишаващи стандартите за ефективност и осигуряват плавен, линеен, практически безимпулсен поток без използване на скъпи демпфери за пулсации.


Износоустойчиви материали за помпи и арматура

Отпадъчните води с високо съдържание на абразивни частици могат значително да съкратят експлоатационния живот на помпата поради интензивността на износване.

Сивият чугун, като EN-GJL-250, осигурява добра устойчивост на износване и корозия благодарение на химическия си състав и на скоростта на охлаждане при отливане. Някои елементи, като силиций, никел и алуминий, както и бавното охлаждане увеличават графитообразуването. Резултатът е силно обогатен с въглерод, железни оксиди и силициев оксид материал. В случай на абразивни отпадъчни води обаче често това не е достатъчно, за да се гарантира дългосрочна експлоатационна надеждност.

Въпреки че са налични дебелослойни покрития за компоненти от сив чугун, трайността на такива защитни слоеве обикновено не може да посрещне изискванията при повишена абразивност в отпадъчните води. Поради тази причина производителите разработват варианти на помпи и импелери от специален бял чугун (EN-GJL-HB555), в който въглеродът е свързан с желязото под формата на железен карбид Fe3C, съдържа манган и силиций и има изключително високи показатели на износоустойчивост.

При изпитвания за износване този тип лят чугун демонстрира 20 пъти по-ниска загуба на материал в сравнение с нормалния сив чугун. Следователно за обработка на абразивни течности и особено за отпадъчни води, съдържащи пясък или други агресивни частици, белият чугун има категорични предимства по отношение на устойчивостта на износване. По-високата първоначална инвестиция за износоустойчива помпа бързо се оправдава от предимствата й по отношение на експлоатационния живот и надеждността на системата.


Материали за химически агресивни отпадъчни води

Специализираните помпи за химически агресивни отпадъчни води се изработват от неръждаеми стомани или легирани дуплекс стомани, които са силно устойчиви на корозия. Когато водата съдържа и разтворени химически елементи, това поставя специални изисквания към помпите по отношение на устойчивостта на корозия. Тъй като конвенционалните дуплексни стомани понякога не са достатъчно надеждни в такива условия, се използват специални дуплексни стомани с високо съдържание на хром и никел, които са категоризирани с определен PREN индекс, който служи като мярка за устойчивост на корозия. За определени приложения се прилага и пасивна катодна защита с помощта на цинков анод, който се прилага към корпуса за надеждна галванична защита от корозия.

Поливинилиден флуоридът (PVDF) е флуорополимер, който дава универсално решение за всякакви проблеми с корозията в преработката на силно химически замърсени отпадъчни води, като тези от минната промишленост и преработката на минерали. Флуорополимерите са семейство полимери, притежаващи висока химическа устойчивост и висока температурна стабилност.

В семейството на флуорполимерите PVDF е един от най-универсалните материали, подходящ за работа с киселинни води, наситени с хлориди или смеси от химикали. Тръбопроводни системи, помпи, клапани, фитинги, дюзи и филтърни системи, изработени от PVDF, гарантират висока надеждност при управлението на процесни води в промишлености като обработка на химикали, избелване на целулоза и хартия, биофармацевтична обработка и производство на полупроводникови компоненти.

PVDF е високоефективен полимер, широко употребяван във всички тези индустрии поради своите уникални свойства. Химическата и абразивна устойчивост, механичната издръжливост при по-високи температури и UV стабилността правят PVDF универсален материал, чието представяне е оценено в много индустрии. Освен това в естествената си форма без добавки PVDF е високохигиеничен флуорополимер, използван в приложения, където чистотата на крайния продукт не може да бъде компрометирана дори от минимално количество замърсители.

На пазара се предлагат различни модификации на PVDF, което е и още една предпоставка за добрите резултати от влагането му в голямо разнообразие от различни компоненти за преработка на води.

Някои недостатъци като преждевременни повреди на арматурата от обикновена пластмаса, подсилена с фибростъкло (FRP), еластомерни и уретанови облицовки при високотемпературни среди в индустрията карат производителите да търсят решения с по-дълъг живот. Доскоро в практиката за облицоване на смесители и бъркалки широко се използваше каучук, сега в много индустриални преработки на агресивни химически суспензии и киселинни условия с ниско рН също се прилагат PVDF покрития.

Зад отличните химически и физични характеристики на този полимер стои флуорното съдържание. Като тегловни проценти, стандартните PVDF хомополимери са флуорирани до 59,4%, а гъвкавите PVDF кополимери са флуорирани до 64%.


Уплътнения за помпи и арматура в агресивни среди

Основните проблеми, които стоят пред инженерите проектанти, по отношение на агресивната среда на работа са, от една страна, невъзможността помпата да се проектира така, че да е устойчива на всякакъв вид химикали, а от друга, въпросът дали да се посочи съвсем тясно специфициран флуороеластомер, за да се покрият всички евентуални рискове, или да се избере еластомер със средна химическа устойчивост с презумпцията той да е ефективен и надежден при повечето приложения.

През последните години разработките в сферата на еластомерите постепенно подобряват характеристиките на уплътняване на помпите, в това число по отношение на температурната устойчивост, химичните и механични свойства, а също така доведоха до нови еталонни норми в някои области на приложение. В резултат на това развитие никога преди не е имало толкова голям избор от ефективни решения за уплътнение.

Флуореластомерите (FKM), използвани за уплътнения, демонстрират своята висока ефективност най-добре в среда на висока температура и води, примесени с агресивни елементи. Различните видове флуороеластомери се отличават едни от други по своите характеристики. Това поставя предизвикателството пред инженерите, проектиращи помпени съоръжения и арматура, да специфицират най-подходящия FKM материал.

Има пет основни типа FKM според типовете мономери, използвани в производството на флуороеластомери. Те включват винилиден флуорид (VF2), хексафлуоропропилен (HFP), тетрафлуороетилен (TFE), перфлуорометилвинилетер (PMVE). Комбинацията от мономери определя свойствата на FKM.

Тип 1 – VF2 + HFP (кополимер/диполимер) има цялостни добри свойства и е най-често срещаният FKM. Тип 2 – VF2 + HFP + TFE (терполимер) – този еластомер има по-висока топлоустойчивост и подобрена химическа устойчивост спрямо FKM тип 1 към ароматни и нискомолекулни въглеводороди. Тип 3 – VF2 + TFE + PMVE (терполимер) – този еластомер разширява температурните показатели на еластомера, което позволява гъвкавост и пригодност за по-ниски температури. Тип 4 и тип 5 не касаят в такава степен преработката на замърсени води, тъй като рядко се срещат извън специални приложения в автомобилната индустрия.

При критични приложения на една нова помпа е важно инженерът да почерпи необходимата информация от своя доставчик, за да направи оптимален информиран избор от наличните материали и да отговори на техническите изисквания.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top