ปั๊มหอยโข่งสำหรับของไหลวิกฤตยิ่งยวด: การออกแบบ การเลือก และการใช้งาน

ของไหลวิกฤตยิ่งยวดอยู่ระหว่างก๊าซและของเหลว และสร้างปัญหาให้กับปั๊มในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น คาร์บอนไดออกไซด์ถึงจุดวิกฤตที่อุณหภูมิประมาณ 31.1°C และ 7.38 MPa เหนือค่าเหล่านั้น มันไม่ใช่ก๊าซ แต่เป็นของไหลที่มีความหนาแน่นและอัดตัวได้ ความหนาแน่นใกล้เคียงกับของเหลว แต่ของไหลอัดเหมือนแก๊ส ลักษณะการทำงานนี้จะเปลี่ยนวิธีที่คุณเลือกปั๊มและวิธีการคาดการณ์ประสิทธิภาพของปั๊ม

คำตอบสั้นๆ ก็คือ ปั๊มหอยโข่งสามารถทำงานได้ดีกับของไหลวิกฤตยิ่งยวด เมื่อของไหลมีความหนาแน่นและอัตราส่วนแรงดันที่ต้องการอยู่ในระดับปานกลาง มักจะมีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากกว่าคอมเพรสเซอร์ในสภาวะเหล่านั้น แต่ต้องเลือกปั๊มที่มีคุณสมบัติของไหลจริง ค่า NPSH ที่แข็งแกร่ง และกลยุทธ์การซีลอย่างระมัดระวัง สมมติฐานที่เป็นน้ำมักจะจบลงด้วยการเกิดโพรงอากาศหรือการไหลต่ำ

ปั๊มหอยโข่งหรือคอมเพรสเซอร์? เลือกตามความหนาแน่นของของไหล

คอมเพรสเซอร์เป็นตัวเลือกตามธรรมชาติสำหรับก๊าซ ปั๊มหอยโข่งเป็นตัวเลือกตามธรรมชาติสำหรับของเหลว ของไหลวิกฤตยิ่งยวดสามารถทำให้ทั้งสองตัวเลือกเกิดข้อสงสัยได้ การตัดสินใจมักจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของไหลที่ทางเข้าปั๊มและแรงดันที่เพิ่มขึ้นทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ

สำหรับวงจร CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวด ปั๊มมักจะรับกระแสน้ำคล้ายของเหลวใกล้กับจุดวิกฤติและเพิ่มแรงดันให้เป็นแรงดันใช้งาน ความหนาแน่นที่ด้านดูดสูง ในขณะที่อัตราส่วนกำลังอัดค่อนข้างต่ำ นั่นคือจุดที่น่าสนใจสำหรับปั๊มหอยโข่งแบบหลายใบพัด คอมเพรสเซอร์จะต้องมีตัวเครื่องที่ใหญ่กว่าและมีกำลังสูงกว่ามากเพื่อให้ได้อัตราการไหลของมวลเท่าเดิม ปั๊มหอยโข่งสามารถสร้างแรงดันด้วยพลังงานจลน์ ไม่ใช่โดยการลดปริมาตร ซึ่งเป็นประโยชน์ในสภาวะที่มีเฟสหนาแน่น

ปั๊มเคมีมาตรฐาน API 610 สำหรับการบริการแบบหนาแน่น ปั๊มหอยโข่ง API 610 นี้เหมาะสำหรับบริการ CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวดในเฟสหนาแน่น โดยให้การซีลแบบคงที่เพื่อลดการรั่วไหลให้เหลือน้อยที่สุด และรองรับกระบวนการทางเคมีแรงดันสูง ดูผลิตภัณฑ์ →

ความท้าทายในการออกแบบปั๊มหอยโข่งสำหรับการบริการที่วิกฤตยิ่งยวด

คุณสมบัติของของไหลที่แท้จริงมีความสำคัญ

อย่าปรับขนาดปั๊มของเหลวที่วิกฤตยิ่งยวดที่มีคุณสมบัติเป็นน้ำ เมื่อใกล้กับจุดวิกฤต ความหนาแน่น ความหนืด และความดันไอล้วนเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดันเล็กน้อย สำหรับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การเปลี่ยนแปลงความดันเล็กน้อยอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นอย่างมาก ใช้สมการสถานะของก๊าซจริงหรือฐานข้อมูลคุณสมบัติที่เชื่อถือได้เมื่อคุณคำนวณหัวปั๊มที่ต้องการและ NPSH ฝั่งดูดที่มีอยู่

NPSH คือความเสี่ยงแรก

CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวดที่จุดวิกฤติจะมีความดันไอเท่ากับความดันวิกฤติ หากของเหลวไม่ได้ถูกทำให้เย็นต่ำกว่าสภาวะดังกล่าว การสูญเสียแรงดันเล็กน้อยในท่อดูดสามารถดึงของเหลวไปยังเส้นอิ่มตัวและทำให้เกิดอาการกระพริบได้ นี่คือเหตุผลว่าทำไมปั๊มจึงต้องมี NPSH ต่ำ และท่อดูดต้องรักษาการสูญเสียแรงดันให้น้อยที่สุด ตัวเหนี่ยวนำและการจัดเรียงหลายขั้นตอนแนวตั้งสามารถช่วยได้ สาเหตุทั่วไปของความล้มเหลวคือการเกิดโพรงอากาศที่เกิดจากส่วนต่าง NPSH ที่ไม่ดี ผลลัพธ์ที่ได้อาจเป็นเสียงรบกวน แรงสั่นสะเทือน ใบพัดเป็นรู และการสูญเสียศีรษะกะทันหัน หากคุณต้องการวิธีการแก้ไขปัญหาโดยละเอียด โปรดดูที่ กลไกการเกิดโพรงอากาศที่อธิบายไว้ในคู่มือนี้ .

การออกแบบหลายขั้นตอนหรือความเร็วสูง

เมื่อแรงดันจ่ายที่ต้องการสูง ปั๊มแบบขั้นตอนเดียวอาจทำงานเร็วเกินไปหรือมีแรงขับในแนวรัศมีมากเกินไป ปั๊มหลายใบพัดมักจะเหมาะสมกว่าเพราะแยกส่วนหัวออกเป็นหลายใบพัด สิ่งนี้ทำให้ปั๊มมีเสถียรภาพมากขึ้นและช่วยให้คุณรักษาความเร็วของปั๊มให้เหมาะสมในบริการเฟสหนาแน่น

ปั๊มหลายใบพัดแนวตั้งสำหรับการใช้งานเฟสหนาแน่นแรงดันสูง ปั๊มหลายใบพัดแนวตั้งนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแรงดันจ่ายสูง โดยจะแบ่งส่วนหัวระหว่างขั้นตอน โดยคงความเร็วและความเสถียรที่เหมาะสมในการทำงานในเฟสหนาแน่น ดูผลิตภัณฑ์ →

การปิดผนึกและการบรรจุที่แรงดันสูง

ของเหลวที่วิกฤตยิ่งยวดมักเป็นอันตราย เป็นพิษ หรือมีราคาแพง คาร์บอนไดออกไซด์ไม่เป็นพิษแต่ทำให้หายใจไม่ออก และ CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวดเป็นตัวทำละลายที่ดี ปั๊มจะต้องหลีกเลี่ยงการรั่วไหล ซีลเชิงกลมาตรฐานจำเป็นต้องมีแผนการล้างซีลที่แข็งแกร่งและอาจยังคงมีการปล่อยก๊าซออกมาในปริมาณเล็กน้อย สำหรับการบริการที่ต่อเนื่องและไม่ต้องดูแล มีข้อโต้แย้งที่ชัดเจนเกี่ยวกับปั๊มแบบไม่ต้องซีล ปั๊มกระป๋องและปั๊มแรงเหวี่ยงแบบขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็กจะเก็บของเหลวไว้ภายในปั๊มโดยไม่ต้องมีซีลเพลาแบบไดนามิก สิ่งนี้สำคัญสำหรับกระบวนการแรงดันสูงตลอดจนการใช้งานที่ต้องหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน

ปั๊มกระบวนการแรงดันสูงสำหรับโรงกลั่นและบริการเคมีควรเป็นไปตามมาตรฐาน API 610 ก ปั๊มเคมีแม่เหล็กรั่วเป็นศูนย์ สามารถขจัดความเสี่ยงที่ของเหลวจะเล็ดลอดผ่านซีลได้

ปั๊มบรรจุกระป๋องแบบไม่ต้องซีลสำหรับของเหลวแรงดันสูงที่อุณหภูมิสูง ออกแบบมาสำหรับตัวกลางสารเคมีที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง ปั๊มกระป๋องนี้ใช้มอเตอร์ที่มีฉนวนหุ้มเพื่อกำจัดซีลแบบไดนามิก ป้องกันการรั่วไหลในกระบวนการวิกฤตยิ่งยวด ดูผลิตภัณฑ์ →

การใช้งานทั่วไปสำหรับปั๊มหอยโข่งกับของไหลวิกฤตยิ่งยวด

• การสกัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่วิกฤตยิ่งยวดสำหรับฮ็อพ กาแฟ น้ำมันจากพืช สารปรุงแต่งรส และส่วนผสมทางเภสัชกรรม
• วงจรกำลังของ CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวด รวมถึงวงจรของ Brayton ที่ซึ่งของไหลทำงานอยู่ใกล้จุดวิกฤตก่อนการบีบอัด
• การนำน้ำมันกลับมาใช้ใหม่และท่อดักจับคาร์บอนที่ดีขึ้น ซึ่งต้องมีแรงดันและขนส่ง CO2 ในเฟสหนาแน่น
• บริการเอทิลีนเฟสหนาแน่นแบบอัดได้ในโรงงานปิโตรเคมี ซึ่งปั๊มแบบหลายใบพัดสามารถลดความจำเป็นในการใช้ระบบคอมเพรสเซอร์ได้

ปั๊มไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาที่เป็นสากล หากของเหลวที่ดูดมีลักษณะคล้ายแก๊สมาก คุณควรเริ่มด้วยคอมเพรสเซอร์ หากกระบวนการนี้ต้องการแรงดันสูงมากแต่มีการไหลของมวลต่ำ ปั๊มลูกสูบอาจเหมาะสมกว่า ปั๊มหอยโข่งมีประโยชน์มากที่สุดเมื่อของไหลมีความหนาแน่น การไหลต่อเนื่อง และอัตราส่วนความดันอยู่ในระดับปานกลาง

รายการตรวจสอบการเลือกปั๊มของไหลแบบวิกฤตยิ่งยวด

1. ได้รับความดันไอ ความหนาแน่น ความหนืด และความสามารถในการอัดที่แม่นยำที่อุณหภูมิและความดันทางเข้าของปั๊ม ใช้สมการสถานะของก๊าซจริงสำหรับ CO2 หรือวิธีการเทียบเคียงกับของเหลวอื่นๆ
2. กำหนดแรงดันปล่อยสูงสุด พิกัดปลอก และพิกัดหน้าแปลน ก่อนที่คุณจะขอให้ซัพพลายเออร์เสนอราคา
3. คำนวณ NPSH ที่พร้อมใช้งาน และรักษาระยะห่างอย่างน้อย 0.5 ม. ถึง 1 ม. เหนือปั๊ม NPSH ที่ต้องการ
4. เลือกปั๊มหลายใบพัดหรือปั๊มความเร็วสูงเมื่อหัวรวมสูงแต่ NPSH มีจำกัด
5. เลือกกลยุทธ์การปิดผนึก พิจารณาใช้ปั๊มแบบกระป๋องหรือแบบขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็ก หากของเหลวไม่สามารถรั่วไหลได้
6. ตรวจสอบวัสดุสำหรับความสามารถในการละลาย การขยายตัว และความเข้ากันได้ทางเคมี CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวดสามารถทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายและเปลี่ยนแปลงอีลาสโตเมอร์และสารเคลือบได้
7. พิจารณากระบวนการชั่วคราว ปั๊มที่เป็นไปตามสภาวะคงตัวอาจทำงานล้มเหลวระหว่างสตาร์ท ปิดเครื่อง หรือแรงดันเปลี่ยนแปลง

การเลือกปั๊มที่มีหัวสูงนั้นไม่เพียงพอ เส้นโค้งของปั๊ม ความเร็วใบพัด การออกแบบปลอก และระยะขอบ NPSH จะต้องตรงกับของไหลจริง ปั๊มที่ใช้กับน้ำมักจะเป็นตัวเลือกที่ผิดสำหรับ CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวด นี่เป็นความเสี่ยงในการจัดซื้อจัดจ้างทั่วไปในโครงการโรงงานแบบแปรรูป

เหตุใดประสบการณ์ด้านอุปกรณ์จึงมีความสำคัญในโครงการที่วิกฤตยิ่งยวด

กระบวนการของไหลที่วิกฤตยิ่งยวดยังคงเป็นสิ่งที่ท้าทายสำหรับทีมวิศวกรจำนวนมาก พฤติกรรมของของไหลไม่เหมือนกับน้ำ และสภาพการทำงานอยู่ใกล้ขอบของขอบเขตเฟส ผู้ผลิตปั๊มที่สร้างปั๊มกระบวนการ API 610 ปั๊มกระป๋องแรงดันสูง และปั๊มหลายใบพัดแนวตั้ง มีโอกาสที่ดีกว่าในการจับรายละเอียดก่อนสั่งซื้อ ผู้ผลิตจะต้องยืนยันระยะขอบ NPSH การเลือกไฮดรอลิก และวิธีการกักเก็บร่วมกัน

คำแนะนำขั้นสุดท้าย: แจ้งการไหลของมวล อุณหภูมิขาเข้า แรงดันดูด และแรงดันระบายแก่ซัพพลายเออร์ปั๊มโดยใช้คุณสมบัติของของไหลจริง นั่นคือวิธีเดียวที่จะได้ปั๊มแรงเหวี่ยงที่ถูกต้องสำหรับของไหลวิกฤตยิ่งยวด