如果化工介质不算太粘稠,如果化工介质中的固体颗粒保持着整体的形状,则在输送这种化工介质时首选的应当是离心泵。然而,随着化工介质的粘稠度增加,随着化工介质中固体物质的含量增加,一切都将需要改变——研究资料建议使用挤出泵。PROCESS举办的一场专题技术讲座说明了这一问题。
机会是非常难得的。PROCESS的化工泵专题技术讲座在维尔茨堡市著名的玛利恩城堡举行,有争议的问题当场予以解答:是否古老教堂下方窗户的玻璃比上方窗户的厚?窗户玻璃长年累月在重力的作用下极为缓慢的“沉降”到下方?也许这些问题与化工介质多少有些联系,然而更重要的是化工实践中的问题:“介质的粘度和固体物质的影响”对聆听专题技术讲座的人们更有吸引力(这也是吸引了很多人参加这次专题技术讲座的重要原因)。
围绕的重点并不是“我应该使用什么样的化工泵?”,而是“使用哪一类泵可以解决我的化工介质输送任务?”这些问题明显有着各种不同的答案:每一个流程工业企业都很愿意回答第一个问题。而要想回答第二个问题,则必须具有深厚的化工泵专业知识。这些问题难不倒专题讲座的报告人。
这两位做专题报告的演讲者经历不凡:Friedrich W. Hennecke博士(原BASF公司化工泵研究中心的负责人)和Helmut Jaberg博士、Graz大学的教授(原KSB公司的领导成员之一)是两个功力深厚的实践家、学者,他们的演讲吸引了广大听众的“耳朵”。
在讲座中,两位演讲者都着重介绍了如何处理化工流程实践中的粘度问题。首先讲解了粘度是化工生产材料的一个特性,是衡量流体介质内部摩擦的一个尺度。粘度越高,介质的密度就越大。
然后是化工流程企业实践中经常遇到的问题:哪一种粘度属于动力学的,或者运动学的粘度?两种之间的分类是估计的还是测量的(如果是通过对粘度的材料来进行分类,使用何种测量仪器)?现实的问题是:流程设备的操作者和化工泵的生产者在这一问题的回答上“擦肩而过”。Hennecke先生一再强调指出:化工泵的生产厂家不完全相信用户对他们反应的情况,他们总是对用户意见的可信度进行调查了解。
Hennecke先生说,首先要确定介质的流动状况。在此基础上可以从原则上区分为牛顿流体和非牛顿流体。对于牛顿流体,在剪切应力、粘度和剪切速度下降之间有着线性关系;而在非牛顿流体中则不存在这种线性关系。在结构粘度和胶液凝固性中,粘度将不再是一个恒定的常数:它们随着剪切速度下降而发生变化。在触变性摇溶液体和流凝性介质中,它们的性质随着时间的变化而变化:随着最后一次流动的时间的长短而变化。许多情况下,必须有最低的剪切应力,以保证有足够的流动性(实际的流动)。
进入化工泵的是被输送的介质
被输送介质的组成成分是什么?这是合适的化工输送泵选择过程中的基本问题。遗憾的是,在这方面不是所有从事流程工业设备操作、使用的人员都有足够的知识,能够正确地给出答复。因为流程设备的生产参数在生产过程中并不是始终不变的,即使是在生产调度中心也很难掌握全面的、可靠的参数信息。
这是由于化工流程设备在生产过程中所使用的原材料的复杂性所致:当然,在流程设备中也经常使用一些化学成分极为简单的原材料,利用输送泵输送例如水、油或者其他简单的非结晶体原材料,但是经常输送的“典型”原材料则是成分复杂的被输送介质,包括含有固体颗粒的流体介质,配比成分不同的多种原材料的混合液,性能变化的、高粘度的悬浮物或者有着特殊流动性能的悬浮液,例如:弥散物质、聚合物溶液。
在工业企业中所使用的泵80%的是离心泵,该类型的泵也是用户愿意选择的种类。当被输送介质的粘度增加时,专业人员认为,建议使用旋转式挤出泵,即:例如齿轮式挤出泵或者螺杆式挤出泵。这种类型的输送泵可以输送粘度系数很高的介质。在高粘度的介质中再加入固体颗粒,则最好采用偏心螺杆泵和软管泵。但这类泵也有不足:它们允许工作的最高输送压力受到了一定的限制。有一点是非常明确的:被输送介质的成分越复杂,就越难正确地选择合适的输送泵。
由于几乎所有的化工泵生产厂家都对“使用寿命周期成本”非常重视,因此Jaberg博士引导说:LCC使用寿命周期成本仅在相同类型化工泵的比较中才有意义。在相同类型化工泵的比较中,相比较的化工泵之间没有本质的差异。在相同类型、不同生产厂家化工泵之间的比较中可以忽略各个生产厂家产品的微小区别。
在本次专题技术讲座中,对下列泵进行了讨论:
■偏心螺杆泵(Netzsch公司代理商提供);
■软管泵(Ponndorf公司);
■热媒泵(Allweiler公司),旋转活塞泵(Vogeksang公司)和齿轮泵(Witte Pumps公司);
■柱塞式隔膜泵(Lewa公司)和软管隔膜柱塞泵(Feluwa公司);
■不同叶轮形状的离心泵(Jaberg博士提供)。
但这不仅仅是围绕着流程工业设备所需的化工泵进行的:讲座中还有两场其他化工泵内容的专题讲座,一场是难密封介质的密封(Flowserve公司),一场是粘度测量(Endress+Hauser公司)。
齿轮泵
齿轮泵基于其独特的输送原理非常适合于在工业化生产中应用,尤其适合于低脉动式的输送从低粘度到高粘度的介质。例如下列实际应用:
■化学工业中的介质输送和定量供给;
■挤出生产线中提高挤出压力;
■从反应塔中输出高粘度的聚合物溶液。
偏心螺杆泵
偏心螺杆泵主要用于输送带有固体颗粒(含带有坚硬颗粒)的非均质介质、在小心翼翼的工作环境中输送介质。偏心螺杆泵的工作特性受到转子和定子共同作用的影响:在定子中,转子完成的是旋转和摆动运动。通过密封结合面形成有限的输送压缩空间。其特殊的技术特性表现为:自吸,可反向旋转,可反向输送,(有适合于定量输送的)重复定量输送能力,非均质介质的输送,具有原位清洗性能,可在任意位置安装,工作平稳噪音低,使用的金属材料种类繁多。
旋转柱塞泵
旋转式柱塞泵的技术特性与偏心螺杆泵相比较:自吸,可反向旋转,可反向输送,具有原位清洗和原位灭菌的性能,可在任意位置安装,工作平稳噪音低,高功率密度,良好的维修性能和可靠的干式运行性能。
软管泵
软管泵的技术特点非常明确:与偏心螺杆泵和旋转柱塞泵不同可以实现非常均匀地输送介质,输送时或多或少有点脉动的输送(即使是使用了脉动缓冲器时)。这种泵在要求均匀输送介质的情况下是不太适宜的,因为它无法避免输送脉动。另一方面,软管泵是密闭的输送系统,不存在密封、泄漏问题。
在许多讲座、报告中可以听到的基本评价是:
高粘度的介质对于化工泵本身一般没有太大的困难:“凡是进入泵的东西都将被泵所输出!”在流程工业实际生产中存在的问题是:被输送的介质是否可以被吸入到泵中去。因此有些泵的生产厂家建议:在异常困难时将泵安装在被输送液体介质的容器中,使用“潜水泵”,或者使用机械输送泵。最常听到的建议是:将泵安装在液体容器中,缩短吸入管道的长度。“问题出自流程设备,与泵的关系不大!”
还有一种“通用性”的建议,“不应只从节能的角度出发考虑问题,使泵在特性曲线的最高点处工作,也必须从机械性能的角度出发考虑问题,在特性曲线最高点工作时突发的径向力加重了轴承和密封圈的负担,使它们提前失效!”还会引起强烈的气蚀现象。因此,Jaberg博士平时最愿讲的是:“选择化工泵时没有绝对的安全系数!”
选择适合在化工流程设备中使用的输送泵主要是根据其所输送介质的粘度,介质中固体颗粒的含量和被输送介质的敏感性,在流程设备中的压力和温度比,现有的空间大小和价格。选择输送泵的标准是多种多样的,尤其是在考虑到泵的使用寿命周期成本时,还可以按照其他的标准选择合适的输送泵。
最终可行的
PROCESS举办的专题技术讲座得出的共同结论是“化工泵的竞赛”。本场讲座中,有8家企业准备好了生产实践中存在的问题(有些还准备得非常详细),准备寻求帮助。这次也与以前一样,问答双方在一次次的接触后逐步得出了一致的解决方案。许多流程设备的操作者在他们的日常工作中也经常遇到这些客观存在的现实问题!
小结:正如RROCESS杂志的编辑J?rg Kempf博士在告别专题讲座的听众时所说的那样:这不是轻松的一天。信息交流畅通无阻,一点不漏地全部被听众所接收。听众对专题讲座的评价很好。有关化工泵的核心问题,您还想知道多少呢?尽管没有回答教堂窗户玻璃的问题。
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