מדריך מקיף לבחירת משאבות כימיות: מקצב זרימה ועד לשיקולים של השפעות קורוזיה.

משאבות ממלאות תפקיד מכריע בייצור כימי, ומשפיעות על שלבים מרובים כולל האכלה, ריפלוקס, זרימת תחתית ומחזור. כדי להבטיח ייצור חלק, חיוני לבחור את סוג המשאבה המתאים בהתאם לצרכים הספציפיים. בחירת המשאבה הנכונה לא רק משפיעה על יעילות התהליך אלא גם משפיעה באופן משמעותי על בטיחות הייצור ועל הכלכלה הכוללת.

 

 

עקרונות בחירת משאבה כימית

1. ודא שסוג המשאבה והביצועים שנבחרו עומדים בפרמטרים של התהליך כגון קצב זרימה, ראש, לחץ, טמפרטורה, קצב זרימת קוויטציה ויניקה.
2. המשאבה חייבת לעמוד בדרישות של מאפייני המדיה.

• עבור משאבות המעבירות חומר דליק, נפיץ, רעיל או בעל ערך, אטם הפיר חייב להיות אמין וללא דליפות, כגון משאבות הנעה מגנטיות, משאבות דיאפרגמה ומשאבות מנוע משומרות.
• עבור משאבות המעבירות מדיה קורוזיבית, רכיבי ההסעה צריכים להיות עשויים מחומרים עמידים-לקורוזיה כגון משאבות עמידות בפני קורוזיה מפלדת אל-חלד AFB- ומשאבות הנעה מגנטיות מפלסטיק מהנדסת CQF.
• עבור משאבות המכילות חלקיקים מוצקים, רכיבי ההסעה חייבים להיות עשויים מחומרים עמידים לבלאי-; במידת הצורך, יש לשטוף את אטם הפיר בנוזל ניקוי.

3. אמינות מכנית גבוהה, רעש נמוך ורטט נמוך.

4. שיקולים כלכליים צריכים להתבסס על מזעור העלות הכוללת של ציוד, תפעול, תחזוקה וניהול.

5. בחירת משאבות כימיות במצבים נפוצים:

• משאבות צנטריפוגליות מאופיינות במהירות גבוהה, גודל קטן, משקל קל, יעילות גבוהה, קצב זרימה גדול, מבנה פשוט, משלוח חינם-לפעימה, ביצועים יציבים, תפעול קל ותחזוקה נוחה.
• כאשר נדרש מדידה, יש לבחור משאבת מדידה.
• כאשר נדרש ראש גבוה אך קצב הזרימה קטן מאוד, ואינה זמינה משאבה צנטריפוגלית-נמוכה-נמוכה, גבוהה-, ניתן להשתמש במשאבה הדדית; אם דרישות הקוויטציה אינן גבוהות, ניתן לבחור גם משאבת מערבולת.
• כאשר הראש נמוך מאוד וקצב הזרימה גדול מאוד, ניתן לבחור משאבות זרימה צירית ומשאבות זרימה מעורבת.
• כאשר הצמיגות הבינונית גבוהה (יותר מ-650~1000 מ"מ לשנייה), שקול לבחור במשאבת רוטור או במשאבה הדדית (משאבת גלגלי שיניים, משאבת בורג).
• כאשר תכולת הגז הבינונית היא 75%, קצב הזרימה נמוך, והצמיגות נמוכה מ-37.4 מ"מ לשנייה, ניתן לבחור במשאבת מערבולת.
• במצבים שבהם התחלות תכופות או שאיבה אינן נוחות, ניתן להשתמש במשאבות עם יכולות-פירור עצמי, כגון משאבות צנטריפוגליות-עצמיות, משאבות סחרור-עצמיות ומשאבות מיוחדות (חשמליות) פניאומטיות.

 

קצב זרימה וראש משאבות כימיות

1. קצב זרימה הוא אחד מפרמטרי הביצועים העיקריים לבחירת משאבה, המשפיע ישירות על כושר הייצור והשינוע הכולל של הציוד. לדוגמא, מכוני תכנון יכולים לחשב את קצב הזרימה הרגילה של המשאבה, קצב הספיקה המינימלי וקצב הספיקה המקסימלי של המשאבה בשלב התכנון. בעת בחירת משאבה, קצב הזרימה הרגיל מבוסס בדרך כלל על קצב הזרימה המקסימלי. אם קצב הזרימה המרבי אינו זמין, ניתן לקחת אותו כפי 1.1 מקצב הזרימה הרגיל.
2. הראש הנדרש של המערכת הוא פרמטר חשוב נוסף של ביצועי המשאבה. הראש נבחר בדרך כלל על ידי הגדלתו ב-5% עד 10%.
3. תכונות הנוזל, לרבות השם, תכונות פיזיקליות, תכונות כימיות ותכונות נוספות הקשורות לראש המערכת, חישוב מרווח הקוויטציה האפקטיבי, סוג המשאבה המתאים, בחירת חומרי המשאבה וסוג אטם הפיר שנבחר.
4. תנאי פריסת הצנרת של מערכת הציוד מתייחסים לנתונים כגון גובה כניסת הנוזל, כיוון כניסת הנוזל, צד היניקה, מפלס הנוזל המינימלי ורמת הנוזל המקסימלית, וכן מפרטי הצינור ואורכם, החומר, מפרטי ההתאמה והכמות שלהם, על מנת לבצע חישובים עבור תהליך ההרכבה ולאמת את NPSH (NP-Hydraulic Safety System).
5. קבע את תנאי ההפעלה, כגון טמפרטורת הפעלה של נוזל, לחץ אדים רווי, לחץ בצד היניקה (לחץ אבסולוטי), לחץ מיכל בצד הפריקה, גובה, טמפרטורת הסביבה, מצב פעולה (לסירוגין או מתמשך), מיקום המשאבה (קבוע או נייד) וכו' כל אלה הם גורמים חשובים לבחירה.

 

פריסת צנרת של משאבות כימיות

• בחר את קוטר הצינור המתאים. קוטר צינור גדול יותר מביא למהירות זרימה נמוכה יותר ופחות אובדן התנגדות, אך גם למחיר גבוה יותר; קוטר צינור קטן יותר מביא לאובדן התנגדות גדול יותר ודורש ראש משאבה גבוה יותר. כוח מוגבר מוביל להגדלת עלויות והוצאות תפעול. לכן, יש צורך בשיקול מקיף מנקודות מבט טכניות וכלכליות כאחד.
• יש לתכנן את צינור הפריקה והחיבורים שלו כך שיעמדו בלחץ המרבי.
• יש לפרוס את הצנרת באמצעות צינורות ישרים במידת האפשר, תוך מזעור אביזרי צנרת וקיצור אורך הצינור ככל האפשר. בעת ביצוע עיקולים, רדיוס הכיפוף צריך להיות פי 3-5 מקוטר הצינור, והזווית צריכה להיות גדולה מ-90 מעלות.
• צד פריקת המשאבה חייב להיות מצויד בשסתום (שסתום כדורי או שסתום שער וכו') ובשסתום סימון. שסתום זה משמש לוויסות נקודת הפעולה של המשאבה. שסתום הסימון מונע מהמשאבה להתהפך עקב זרימה חוזרת ומונע פטיש מים (שיוצר לחץ אחורי משמעותי ועלול לפגוע במשאבה).

 

אפשרויות איטום משאבה כימית

• חותמות

עבור אטמים סטטיים, יש בדרך כלל רק שני סוגים של אטמים ואטמים, כאשר טבעות O- הן הנפוצות ביותר בשימוש.

עבור אטמים דינמיים, משאבות כימיות ממעטות להשתמש באטמי אריזה, בעיקר באמצעות אטמים מכניים. אטמים מכניים מסווגים כיחידים-וסופיים-כפולים, מאוזנים ובלתי מאוזנים. אטמים מאוזנים מתאימים למדיה בלחץ גבוה- (בדרך כלל מתייחסים ללחצים הגבוהים מ-1.0 MPa). אטמים מכניים כפולים-משמשים בעיקר עבור חומרי חומר נדיפים-גבוהים, מתגבשים בקלות, צמיגים, המכילים חלקיקים- ורעילים. אטמים מכניים כפולים מצריכים הזרקת דיאפרגמה לתוך חלל האיטום, עם לחץ בדרך כלל גבוה ב-0.07~0.1 MPa מהלחץ הבינוני.

• חומרי איטום

החומר עבור אטמים סטטיים במשאבות כימיות הוא בדרך כלל fluorober; במקרים מיוחדים, ניתן להשתמש בפוליטטראפלואורואתילן (PTFE). בחירת החומר עבור הטבעות הנייחות והדינמיות של החותם המכני היא קריטית יותר. סגסוגות קשות אינן עשויות בהכרח מאותו חומר; הם יקרים, והבדלי הקשיות אינם סבירים. לכן, עדיף להבדיל אותם על סמך מאפייני המדיום.

 

מבחר מדיות מיוחדות למשאבות כימיות

• חומצה גופרתית

מידת המאכל של חומצה גופרתית משתנה מאוד בהתאם לריכוזה ולטמפרטורה שלה. עבור חומצה גופרתית מרוכזת (מעל 80%) ומתחת ל-80 מעלות, פלדת פחמן וברזל יצוק מציעים עמידות טובה בפני קורוזיה, אך אינם מתאימים לזרימה-ת גבוהה.

חומרים לא מתאימים למשאבות ושסתומים:

פלדות אל חלד נפוצות, כגון 304 (0Cr18Ni9), 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti)

משאבות ושסתומים להעברת חומצה גופרתית עשויים בדרך כלל מברזל יצוק-בסיליקון גבוה (קשה ליציקה ולמכונה) מפלדת אל-חלד מסגסוגת גבוהה-(סגסוגת 20). פלואורופלסטיק מציע עמידות טובה לחומצה גופרתית; שימוש במשאבות מרופדות פלואורפולימר-(F46) היא בחירה חסכונית יותר.

• חומצה הידרוכלורית

רוב החומרים המתכתיים אינם עמידים בפני קורוזיה של חומצה הידרוכלורית (כולל פלדות אל חלד שונות). מוליבדן-המכיל ברזל-סיליקון גבוה יכול לשמש רק ב-50 מעלות ובתנאים של 30% חומצה הידרוכלורית.

בניגוד לחומרים מתכתיים, לרוב החומרים הלא-מתכתיים יש עמידות טובה בפני קורוזיה של חומצה הידרוכלורית; לכן, משאבות גומי ומשאבות פלסטיק (כגון פוליפרופילן, פלואורופלסטיק וכו') הן הבחירות הטובות ביותר להעברת חומצה הידרוכלורית.

• חומצה חנקתית

בנסיבות רגילות, רוב המתכות מתכלות ומתפרקות במהירות בחומצה חנקתית. פלדת אל חלד היא החומר העמיד ביותר-לחומצה חנקתית, המציג עמידות טובה בפני קורוזיה לחומצה חנקתית בריכוזים שונים בטמפרטורת החדר. ראוי לציין שלמוליבדן-המכיל פלדות אל חלד (כגון 316 ו-316L) יש עמידות נחותה בפני קורוזיה של חומצה חנקתית בהשוואה לפלדות אל חלד רגילות (כגון 304 ו-321), ולעיתים אף גרועה יותר. בסביבות חומצה חנקתית בטמפרטורה גבוהה-, משתמשים בדרך כלל בסגסוגות טיטניום וטיטניום.

• חומצה אצטית

חומצה אצטית היא אחת החומצות האורגניות המאכלות ביותר. פלדות רגילות קורוזיות קשות בתמיסות חומצה אצטית בריכוזים ובטמפרטורות שונות. נירוסטה היא חומר עמיד במיוחד לחומצה אצטית-. מוליבדן-המכיל נירוסטה 316 יכול לשמש גם בסביבות אדי חומצה אצטית בטמפרטורה גבוהה-. עבור יישומים קשים כגון-טמפרטורה גבוהה, חומצה אצטית בריכוז-גבוה או חומר מאכל אחר, ניתן להשתמש במשאבות פלדת אל-חלד מסגסוגת גבוהה- או פלואורפלסטיות.

• אלקלי (נתרן הידרוקסיד)

נירוסטה רגילה אינה מציעה יתרון משמעותי בעמידות אלקלי בהשוואה לברזל יצוק. פלדת אל חלד אינה מומלצת כאשר נוכחות של כמויות קטנות של ברזל במדיום מותרת.

לנוזלים אלקליים בטמפרטורה-גבוהה, משתמשים בדרך כלל בסגסוגות טיטניום וטיטניום או פלדת אל-חלד מסגסוגת גבוהה-. ניתן להשתמש במשאבות ברזל יצוק-כלליות בתמיסות אלקליות בריכוז-נמוך בטמפרטורת החדר. לדרישות מיוחדות, ניתן להשתמש במשאבות שונות מנירוסטה או פלואו-פלסטיק.

• אמוניה (אמוניום הידרוקסיד)

רוב המתכות והמתכות הלא-מתכות מעט קורוזיביות באמוניה נוזלית ובאמוניה (אמוניום הידרוקסיד), למעט נחושת וסגסוגות נחושת.

• מלח (מי ים)

פלדה רגילה אינה קורוזיבית מאוד בתמיסות נתרן כלורי, מי ים או מי מלח, ובדרך כלל דורשת הגנה על צבע. לפלדות אל חלד שונות יש גם שיעורי קורוזיה אחידים נמוכים מאוד, אך עלולה להתרחש קורוזיה מקומית עקב פעולת יוני כלוריד; נירוסטה 316 בדרך כלל מתפקדת טוב יותר.

• אלכוהול, קטונים, אסטרים, אתרים

אמצעי אלכוהול נפוצים כוללים מתנול, אתנול, אתילן גליקול, פרופנול וכו'; אמצעי הקטון כוללים אצטון, מתיל אתיל קטון וכו'; אמצעי אסטר כוללים אסטרים מתיל שונים, אסטרים אתיליים וכו'; מדיה אתרית כוללת דימתיל אתר, דיאתיל אתר, בוטיל אתר וכו'. מדיה אלו בדרך כלל אינן- מאכלות, וחומרים נפוצים מתאימים. בחירה ספציפית צריכה להתבסס על המאפיינים של המדיום והדרישות הרלוונטיות.

 

ראוי לציין כי קטונים, אסטרים ואתרים מסיסים במגוון גומיות, ובכך נמנעים טעויות בבחירת חומרי האיטום.

 

השפעת צמיגות וטמפרטורה

לצמיגות המדיום יש השפעה משמעותית על ביצועי המשאבה. ככל שהצמיגות עולה, עקומת הראש של המשאבה יורדת, וקצב הזרימה והראש בתנאי הפעלה אופטימליים יורדים אף הם, בעוד ההספק עולה, ובכך מפחיתים את היעילות. באופן כללי, פרמטרי הביצועים של משאבה בעת שאיבת מים הם מדדי הביצועים שלה. בעת שאיבת חומר צמיג נדרשת המרה (ניתן למצוא מקדמי תיקון לצמיגות שונות בטבלאות ההמרה המתאימות). לשאיבת עיסת צמיגות, משחות ונוזלים צמיגים- גבוהה, מומלצות משאבות ברגים.

 

עבור מדיה עם טמפרטורות מתחת ל-120 מעלות, לרוב לא מסופקת מערכת קירור מיוחדת; המדיה עצמה משמשת כחומר סיכה ונוזל קירור.

עבור מדיה עם טמפרטורות מעל 120 מעלות אך מתחת ל-300 מעלות, יש לספק תא קירור על מכסה המשאבה. יש לחבר גם את תא האיטום לנוזל הקירור (באמצעות איטום מכני כפול). כאשר נוזל הקירור אינו יכול לחדור את המדיה, יש למשוך את המדיה לקירור ולחבר אותה לנוזל הקירור (ניתן להשיג זאת באמצעות מחליף חום פשוט).

 

עבור מדיה בטמפרטורה- גבוהה עם טמפרטורות מעל 300 מעלות, לא רק ראש המשאבה זקוק לקירור, אלא גם חלל נושא המתלים צריך להיות מצויד במערכת קירור. משאבות נתמכות בדרך כלל באופן מרכזי. אטמים מכניים מסוג מפוח מתכת עדיפים, אך הם יקרים יותר (יותר מפי 10 מהמחיר של אטמים מכניים רגילים).