Centrifugális szivattyú szuperkritikus folyadékokhoz: tervezés, kiválasztás és alkalmazások

A szuperkritikus folyadékok a gáz és a folyadék között helyezkednek el, és ez gyakorlati szivattyúproblémát okoz. A szén-dioxid például körülbelül 31,1 °C-on és 7,38 MPa-on éri el kritikus pontját. Ezen értékek felett nem gáz, hanem sűrű, összenyomható folyadék. A sűrűsége közel van a folyadékhoz, de a folyadék összenyomódik, mint egy gáz. Ez a viselkedés megváltoztatja a szivattyú kiválasztását és a teljesítményének előrejelzését.

A rövid válasz az, hogy a centrifugálszivattyú jól működik szuperkritikus folyadékoknál, ha a folyadék sűrű és a szükséges nyomásarány mérsékelt. Ilyen körülmények között gyakran kompaktabb és hatékonyabb, mint egy kompresszor. A szivattyút azonban valódi folyadéktulajdonságokkal, erős NPSH-résszel és gondos tömítési stratégiával kell kiválasztani. A vízalapú feltételezések általában kavitációval vagy alacsony áramlással végződnek.

Centrifugál szivattyú vagy kompresszor? Válassza a Folyadéksűrűség alapján

A kompresszorok a gázok természetes jelöltjei. A centrifugálszivattyúk természetes jelöltek folyadékokhoz. A szuperkritikus folyadékok mindkét lehetőséget megkérdőjelezhetik. A döntés általában a szivattyú bemeneténél lévő folyadék sűrűségén és a folyamathoz szükséges teljes nyomásemelkedésen múlik.

Szuperkritikus CO2 ciklus esetén a szivattyú gyakran folyadékszerű áramot vesz fel a kritikus pont közelében, és az üzemi nyomásra emeli. A szívóoldali sűrűség magas, míg a kompressziós arány viszonylag alacsony. Ez az édes pont egy többfokozatú centrifugálszivattyú számára. Egy kompresszornak sokkal nagyobb házra és nagyobb teljesítményre lenne szüksége ugyanazon tömegáram eléréséhez. A centrifugálszivattyú mozgási energiával tud nyomást előállítani, nem térfogatcsökkentéssel, ami sűrű fázisú körülmények között kedvező.

API 610 szabványos vegyi szivattyú sűrű fázisú szolgáltatáshoz Ez az API 610 centrifugálszivattyú alkalmas sűrű fázisú szuperkritikus CO2-szolgáltatásra, statikus tömítést kínál a szivárgás minimalizálása érdekében, és támogatja a nagynyomású vegyi folyamatokat. Termék megtekintése →

Tervezési kihívások egy szuperkritikus szolgáltatás centrifugálszivattyújában

A valódi folyadéktulajdonságok számítanak

Ne méretezzen víztulajdonságokkal rendelkező szuperkritikus folyadékszivattyút. A kritikus pont közelében a sűrűség, a viszkozitás és a gőznyomás kismértékű hőmérséklet- és nyomásváltozásokkal gyorsan változik. A szén-dioxid esetében kis nyomásváltozások nagy sűrűségeltolódásokat okozhatnak. A szükséges szivattyúmagasság és a rendelkezésre álló szívóoldali NPSH kiszámításához használjon valós gáz állapotegyenletet vagy megbízható tulajdonság-adatbázist.

Az NPSH az első kockázat

A kritikus ponton lévő szuperkritikus CO2 gőznyomása megegyezik a kritikus nyomással. Ha a folyadékot nem hűtjük le jóval ez alatt az állapot alatt, a szívóvezeték kis nyomásvesztése ráhúzhatja a folyadékot a telítési vezetékre, és villogást okozhat. Ez az oka annak, hogy a szivattyúnak alacsony NPSH-val kell rendelkeznie, és a szívócsöveknek minimálisra kell csökkenteniük a nyomásveszteséget. Az induktorok és a függőleges többlépcsős elrendezések segíthetnek. A meghibásodás gyakori oka a rossz NPSH margin okozta kavitáció. Ennek eredménye lehet zaj, vibráció, járókerék lyukasztás és hirtelen fejvesztés. Ha részletes hibaelhárítási megközelítést szeretne, tekintse meg a ebben az útmutatóban leírt kavitációs mechanizmusok .

Többlépcsős vagy nagysebességű tervezés

Ha a szükséges nyomónyomás magas, az egyfokozatú szivattyú túl gyorsan működhet, vagy túl nagy radiális tolóerővel rendelkezik. A többfokozatú szivattyú gyakran jobban illeszkedik, mert több járókerékre osztja a fejet. Ez stabilabbá teszi a szivattyút, és lehetővé teszi, hogy a szivattyú sebességét ésszerű szinten tartsa sűrű fázisú üzemben.

Függőleges többfokozatú szivattyú nagynyomású, sűrű fázisú alkalmazásokhoz Ideális a nagy nyomónyomáshoz, ez a függőleges többfokozatú szivattyú a fejet szakaszokra osztja, ésszerű sebességet és stabilitást biztosítva a sűrű fázisú műveleteknél. Termék megtekintése →

Tömítés és elszigetelés nagy nyomáson

A szuperkritikus folyadékok gyakran veszélyesek, mérgezőek vagy drágák. A szén-dioxid nem mérgező, de fulladást okoz, a szuperkritikus CO2 pedig jó oldószer. A szivattyúnak el kell kerülnie a szivárgást. A szabványos mechanikus tömítések robusztus tömítés-öblítési tervet igényelnek, és kis mennyiségben is bocsáthatnak ki. A folyamatos, felügyelet nélküli szerviz mellett erős érv szól a tömítés nélküli szivattyú mellett. A dobozos szivattyúk és a mágneses meghajtású centrifugálszivattyúk dinamikus tengelytömítés nélkül tartják a folyadékot a szivattyúban. Ez fontos a nagynyomású eljárásoknál, valamint olyan alkalmazásoknál, ahol el kell kerülni a szennyeződést.

A finomítók és a vegyipari szolgáltatások nagynyomású folyamatszivattyúinak meg kell felelniük az API 610 szabványoknak. A szivárgásmentes mágneses vegyszerszivattyú kiküszöbölheti annak a veszélyét, hogy a folyadék a tömítésen keresztül kiszivárogjon.

Tömítés nélküli dobozos szivattyú magas hőmérsékletű, nagynyomású folyadékokhoz A magas hőmérsékletű és nagynyomású vegyi közegekhez tervezett dobozos szivattyú árnyékolt motort használ a dinamikus tömítések kiküszöbölésére, megelőzve a szivárgást a szuperkritikus folyamatokban. Termék megtekintése →

Szuperkritikus folyadékokon működő centrifugálszivattyúk általános alkalmazásai

• Szuperkritikus CO2 extrakció komlóhoz, kávéhoz, növényi olajokhoz, aromákhoz és gyógyszerészeti összetevőkhöz.
• Szuperkritikus CO2 teljesítményciklusok, beleértve azokat a Brayton-ciklusokat is, amikor a munkafolyadék a kompresszió előtt a kritikus pont közelében van.
• Továbbfejlesztett olajvisszanyerő és szén-dioxid-leválasztó csővezetékek, ahol a sűrű fázisú CO2-t nyomás alá kell helyezni és szállítani kell.
• Összenyomható sűrű fázisú etilén szolgáltatás petrolkémiai üzemekben, ahol egy többfokozatú szivattyú csökkentheti a kompresszorrendszer szükségességét.

A szivattyúk nem univerzális megoldások. Ha a szívófolyadék nagyon gázszerű, kezdje a kompresszorokkal. Ha az eljárás nagyon nagy nyomást, de alacsony tömegáramot igényel, a dugattyús szivattyú megfelelőbb lehet. A centrifugálszivattyúk akkor a leghasznosabbak, ha a folyadék sűrű, az áramlás folyamatos és a nyomásarány mérsékelt.

Kiválasztási ellenőrző lista szuperkritikus folyadékszivattyúhoz

1. Állapítsa meg a pontos gőznyomást, sűrűséget, viszkozitást és összenyomhatóságot a szivattyú bemeneti hőmérsékletén és nyomásán. Használjon valós gáz állapotegyenletet CO2-hoz, vagy hasonló módszert más folyadékokhoz.
2. Határozza meg a maximális nyomónyomást, a ház és a karima névleges értékét, mielőtt árajánlatot kérne a szállítótól.
3. Számítsa ki a rendelkezésre álló NPSH-t, és tartson legalább 0,5–1 m-rel a szivattyú szükséges NPSH-értéke felett.
4. Válasszon többfokozatú vagy nagy sebességű szivattyút, ha a teljes emelőmagasság magas, de az NPSH korlátozott.
5. Válasszon tömítési stratégiát. Fontolja meg a dobozos vagy mágneses meghajtású szivattyúkat, ha a folyadék nem szivároghat.
6. Tekintse át az anyagokat az oldhatóság, a tágulás és a kémiai kompatibilitás szempontjából. A szuperkritikus CO2 oldószerként működhet, és megváltoztathatja az elasztomereket és a bevonatokat.
7. Vegye figyelembe a folyamat tranzienseit. Az állandósult állapot feltételeit kielégítő szivattyú meghibásodhat indítás, leállítás vagy nyomásingadozás közben.

Nem elég magas fejű szivattyút választani. A szivattyú görbéjét, a járókerék fordulatszámát, a ház kialakítását és az NPSH-határt a tényleges folyadékhoz kell igazítani. A vízhez működő szivattyú gyakran rossz választás a szuperkritikus CO2-hoz. Ez gyakori beszerzési kockázat a feldolgozóüzemi projektekben.

Miért számít a berendezések tapasztalata a szuperkritikus projekteknél?

A szuperkritikus folyadékfolyamatok még mindig kihívást jelentenek sok mérnöki csapat számára. A folyadék viselkedése nem azonos a vízével, és a működési feltételek a fázishatárok széléhez közel vannak. Az API 610 technológiai szivattyúkat, nagynyomású dobozos szivattyúkat és függőleges többfokozatú szivattyúkat gyártó szivattyúgyártónak nagyobb esélye van a részletekre a rendelés előtt. A gyártónak együttesen kell megerősítenie az NPSH határértéket, a hidraulikus választást és az elszigetelési módszert.

Végső tanács: adja meg a szivattyú szállítójának a tömegáramot, a bemeneti hőmérsékletet, a szívónyomást és a nyomónyomást a valós folyadéktulajdonságok alapján. Ez az egyetlen módja annak, hogy megfelelő centrifugálszivattyút kapjunk szuperkritikus folyadékokhoz.