Насосные решения для газонасыщенных, газовыделяющих и двухфазных сред

Газ — это свойство среды, которое большинство спецификаций на насос упускает, и именно оно останавливает насос. Жидкость, несущая газ — в виде свободных пузырьков, захваченных потоком, в виде растворённого газа, выделяющегося при падении давления на всасе, или в виде газа, который среда образует сама за счёт газовыделения — ведёт себя совсем не так, как чистая жидкость, заложенная в характеристику насоса. Конденсат, выходящий из паровой системы у точки кипения, хладагент под собственным давлением паров, сжиженный газ (LPG) и лёгкие топлива, летучий растворитель у температуры вспышки, гипохлорит натрия, разлагающийся в резервуаре с выделением кислорода: все они приходят на всас насоса, неся газ. Пропустите это через стандартный центробежный насос — и газ скапливается у входа рабочего колеса, насос теряет напор, а за несколькими процентами по объёму образуется газовая пробка и подача прекращается. На этой странице показано, как регенеративные периферийные (вихревые) и бессальниковые насосы с магнитной муфтой Aulank перекачивают газонасыщенные, газовыделяющие и двухфазные среды, не срывая заливку — и честно очерчены два края диапазона, микродозирование и настоящий многофазный поток, где работу выполняет другой насос.

Почему газонасыщенные, газовыделяющие и двухфазные среды выводят из строя стандартные насосы

Центробежный насос рассчитан на перекачивание непрерывной жидкости без газа, и газ нарушает его работу вполне определённым образом. Полезно разложить задачу на части:

●   Захваченный, растворённый и выделяющийся газ — три разных источника. Захваченный газ — это свободные пузырьки, которые жидкость уже несёт: из негерметичной линии всаса, из резервуара с воронкообразованием или из технологической стадии, взбивающей воздух. Растворённый газ остаётся невидимым, пока давление не упадёт на всасе и он не выйдет из раствора, как CO2 покидает газировку. Газовыделение — это газ, который среда образует сама: гипохлорит натрия и перекись водорода со временем разлагаются и выделяют кислород, и чем они теплее и концентрированнее, тем быстрее газят. Насос во всех трёх случаях видит одно и то же — газ там, где ожидал жидкость.

●   Газ скапливается у входа рабочего колеса и запирает насос. Вращающееся колесо отбрасывает более плотную жидкость наружу, а более лёгкий газ смещается к центру с низким давлением. Стандартное рабочее колесо выдерживает лишь несколько процентов газа по объёму, прежде чем производительность падает; коррекции нужны примерно с двух процентов, а когда газовый карман у входа вырастает примерно до диапазона от четырёх до десяти процентов, образуется газовая пробка — пузырь перекрывает вход жидкости, и поток прекращается.

●   Потеря напора и КПД задолго до запирания. Газ сжимаем, поэтому даже ниже точки запирания каждый процент газа означает меньший напор и меньший расход, чем обещает характеристика. На режиме, уже работающем у предела, немного захваченного газа достаточно, чтобы не выйти на заданный расход.

●   Это не то же самое, что кавитация. Кавитация образует паровые пузыри, когда давление на всасе падает ниже давления паров жидкости, и эти пузыри схлопываются при восстановлении давления в насосе, разрушая рабочее колесо. Захваченный газ неконденсируем — он не схлопывается и потому не бьёт по металлу, как кавитация, но всё равно отнимает напор и запирает насос газом. Летучая среда у точки кипения может испытывать и то и другое сразу, поэтому мы проверяем давление паров и NPSH вместе; наше руководство по кавитации разбирает эти запасы.

●   Срыв заливки и риск сухого хода. Когда образуется газовая пробка, насос перестаёт перемещать жидкость, а насос, продолжающий работать против газовой пробки, может пойти всухую и перегреться. На опасной среде оператору приходится тогда стравливать головку насоса вручную — рутинная и неприятная работа на линии гипохлорита.

Подход Aulank: регенеративная периферийная гидравлика и бессальниковая герметизация

Наш ответ на газонасыщенную среду — выбрать принцип перекачивания, который проносит газ вместе с жидкостью, а не отделяет его, и герметично закрыть насос, когда среда к тому же опасна. Именно для этого созданы наши вихревые насосы:

●   Регенеративная периферийная гидравлика проносит газ. Регенеративное (периферийное) рабочее колесо заставляет жидкость многократно циркулировать между своими лопатками и боковым каналом по мере движения по корпусу, и эта рециркуляция удерживает захваченный газ смешанным с жидкостью и продвигает его через насос, не давая ему отделиться и скопиться у входа. Этот класс насосов проносит гораздо большую долю газа, чем простой центробежный — конструкции с регенеративной турбиной и боковым каналом хорошо справляются с захваченным газом, при правильном исполнении почти до половины по объёму — поэтому насос продолжает подавать там, где стандартное колесо заперлось бы.

●   Самовсасывание и низкий NPSH. Та же рециркуляция делает насос самовсасывающим: он выводит газ из линии всаса и поднимает жидкость без ручной заливки при каждом пуске, и работает при низком NPSH, так что может забирать летучую среду у точки кипения или откачивать резервуар до низкого уровня, не кавитируя. Именно это нужно конденсату, хладагентам и средам под собственным давлением паров.

●   Высокий напор при малом и среднем расходе. Регенеративный периферийный насос даёт высокий напор при умеренном расходе в одну ступень — а это и есть режим, которого на деле требует большинство задач перекачки и циркуляции газонасыщенных сред: устойчивая подача умеренного объёма под высоким давлением, а не большой поток.

●   Бессальниковая герметизация там, где опасно. Газовыделяющие реагенты вроде гипохлорита коррозионны, а летучие растворители, сжиженный газ и лёгкие топлива горючи — ни один из них не должен вытекать. Наши вихревые насосы с магнитной муфтой и с экранированным ротором вращают рабочее колесо через статический разделительный стакан без уплотнения вала, так что нет уплотнения, которое могла бы разрушить газонасыщенная агрессивная среда, и нет пути утечки. Это тот же принцип нулевой утечки, что и в наших герметичных насосах, применённый к средам, несущим газ.

Границы стоит назвать прямо. Ввод газовыделяющего дезинфектанта при очень малом расходе — несколько литров гипохлорита натрия в сутки в водовод — это область дозирующего насоса, где перистальтический или мембранный дозирующий насос с автоматической дегазацией удерживает заливку сквозь газ на расходах, недоступных перекачивающему насосу. Настоящий многофазный поток с высоким содержанием газа, какой даёт нефтяная скважина, требует оборудования для многофазной работы. А очень холодный сжиженный газ, например жидкий азот, — это отдельная криогенная задача. Aulank поставляет вихревые и магнитоприводные насосы для перекачки и циркуляции газонасыщенных, газовыделяющих и близких к кипению сред; микродоза, настоящая многофазная скважина или криогенный газ требуют другого насоса.

Типы насосов и принципы работы

Вихревые насосы с магнитной муфтой (MDW, MDH, MDS) — газонасыщенные опасные и летучие среды

Когда газонасыщенная среда коррозионна, токсична или горюча, герметизация выходит на первое место. Вихревые насосы с магнитной муфтой MDW, MDH и MDS сочетают несущую газ самовсасывающую регенеративную гидравлику с бессальниковой магнитной муфтой — без прохода вала, без уплотнения, которое может потечь. Это насос для перекачки или циркуляции газовыделяющего реагента, летучего растворителя или хладагента, когда среда должна оставаться внутри корпуса. Серию MDW Aulank поставляет для задач с низкотемпературными фторированными жидкостями и чиллерами в производстве полупроводников, где летучий теплоноситель нужно перемещать без пути утечки.

Вихревые насосы с экранированным ротором (PWH-PWD-PWM, MDP) — герметичная циркуляция при высоком напоре

Вихревые насосы с экранированным ротором PWH-PWD-PWM и вихревой насос с экранированным ротором на постоянных магнитах MDP переносят ту же регенеративную гидравлику в конструкцию с экранированным ротором, где ротор вращается внутри перекачиваемой среды, а двигатель изолирован от атмосферы. Это компактный, полностью герметичный агрегат для циркуляции газонасыщенной или летучей среды при высоком напоре в замкнутом контуре — контуры терморегулирования, охлаждения и лёгких реагентов, где мало места и требуется нулевая утечка.

Где уместны пластинчатые и шестерённые насосы

Объёмный насос подаёт фиксированный объём за оборот и способен перемещать среду с небольшим количеством захваченного газа, не срывая заливку, поэтому пластинчатый или шестерённый насос с магнитной муфтой — вариант, когда газонасыщенная среда к тому же слабо смазывает или должна подаваться с устойчивым, независимым от давления расходом — например, летучий растворитель или лёгкое топливо. Полную картину по жидкотекучим и летучим средам даёт наша страница о маловязких средах; там, где главное — нулевые неорганизованные выбросы, страница о герметичных насосах разбирает герметизацию напрямую. Варианты типа и материала охватывает линейка объёмных насосов.

Честная граница — микродозирование и настоящий многофазный поток

Для химического ввода при очень малом расходе, который газит — дозирование гипохлорита натрия или перекиси водорода в поток воды по несколько литров в сутки — правильный выбор это перистальтический или мембранный дозирующий насос с автоматической дегазацией, потому что он удерживает заливку сквозь газ на дозирующих расходах, недоступных перекачивающему насосу. Многофазный поток с высокой объёмной долей газа требует оборудования, рассчитанного на многофазную работу. Aulank прямо скажет, когда задача попадает в одну из этих двух зон, вместо того чтобы продать насос, который не удержит заливку.

Где перекачивание с работой по газу решает реальную задачу

Газонасыщенные, газовыделяющие и близкие к кипению среды проходят через широкий срез технологических отраслей:

●   Возврат и рекуперация конденсата. Отбор горячего конденсата из паровой системы, где жидкость находится у точки кипения и вскипает, как только давление на всасе проседает — насос с низким NPSH и устойчивостью к газу удерживает заливку там, где стандартный центробежный запирается паром.

●   Циркуляция хладагента. Перемещение хладагентов и других летучих теплоносителей, работающих у точки кипения и несущих пар, где насос должен терпеть газ, не глохнув.

●   Перекачка сжиженного газа и лёгких топлив. Перекачка LPG, пропана и лёгких топлив под собственным давлением паров, где среда вскипает, как только давление на всасе падает, а самовсасывающий насос с низким NPSH удерживает её в движении.

●   Перекачка летучих растворителей. Работа с ацетоном, спиртами и разбавителями у температуры вспышки — жидкотекучими и летучими, где одновременно присутствуют захваченный пар и требование нулевой утечки.

●   Перекачка газовыделяющих реагентов. Перекачка гипохлорита натрия, перекиси водорода и подобных реагентов, которые разлагаются и выделяют газ в линии — бессальниковый насос, несущий газ, перемещает их на расходе перекачки без постоянного стравливания, которого требует неподходящий насос.

●   Опорожнение и осушение резервуаров. Откачка летучей среды до низкого уровня в резервуаре, где падающий уровень затягивает газ во всас, а обычный насос срывает заливку раньше, чем резервуар опустеет.

Как подобрать насос под газонасыщенную или двухфазную задачу

В качестве отправной точки поведение газа в среде и требование по выбросам указывают на насос — включая честные случаи, выходящие за пределы диапазона вихревого насоса:

Таблица указывает первый выбор; окончательный подбор зависит от объёмной доли газа, от давления паров относительно доступного напора на всасе, от того, захвачен газ, растворён или образуется газовыделением, и от того, нужно ли среду герметизировать.

Ключевые критерии подбора

Когда вы задаёте насос для газонасыщенной или двухфазной среды, работоспособность и удержание заливки определяют такие параметры:

●   Объёмная доля газа (GVF). Сколько газа реально несёт поток, поскольку это задаёт, пригоден ли вообще стандартный центробежный, подойдёт ли вихревой насос с работой по газу или задача является многофазной.

●   Источник газа. Захвачен ли газ, растворён и выходит на всасе или образуется газовыделением — газовыделение усиливается с температурой и концентрацией и продолжает образовывать газ в линии, поэтому насос должен нести газ непрерывно, а не просто убрать первоначальный карман.

●   Давление паров и NPSH. Давление паров среды относительно доступного давления на всасе, что определяет, сколько ожидать вскипания и выхода газа и насколько низким должен быть NPSH насоса. Там, где определяющий риск — кавитация, смотрите наше руководство по кавитации.

●   Герметизация. Достаточно ли среда коррозионна, токсична или горюча, чтобы требовать бессальникового насоса с магнитной муфтой или с экранированным ротором, или хватает уплотнённого насоса.

●   Перекачка против микродозирования. Состоит ли задача в перекачке или циркуляции реального потока — где уместен вихревой насос — или во вводе тонкой струйки, которая газит, где место дозирующему насосу.

●   Температура. Горячий это конденсат или холодный хладагент, поскольку платформа насоса и материалы должны подходить и под температуру, и под газ.

●   Абразив и сухой ход. Несёт ли среда твёрдые частицы, которые исключают тесные рабочие зазоры регенеративного периферийного насоса, и может ли задача осушить всас — самовсасывающий насос выводит газ, но всё же зависит от жидкости для охлаждения, так что риск сухого хода требует защиты по нижнему уровню.

Получите конфигурацию насоса с работой по газу для вашего процесса

Сообщите нам среду и то, несёт ли она захваченный газ, выделяет ли растворённый газ на всасе или газит в линии; её давление паров и доступный напор на всасе; нужные расход и давление; и нужно ли её герметизировать. Наша инженерная команда подберёт вихревой или магнитоприводной насос под задачу — или прямо скажет, когда правильный ответ это дозирующий насос или многофазное оборудование. Варианты типа и материала охватывают линейки вихревых насосов и объёмных насосов.

Свяжитесь с нашей командой: Связаться с Aulank | WhatsApp: +86 13773157367 | Эл. почта: info@aulankpump.com

По теме: герметичные насосы · маловязкие среды · предотвращение кавитации