Care este diferența dintre pompele chimice centrifuge și cele cu deplasare pozitivă?

Instalațiile de procese chimice se bazează pe pompe pentru a deplasa lichidele în siguranță, cu acuratețe și eficient. Două familii fundamentale de pompe domină industria: pompele centrifuge și pompele volumetrice (PD). Fiecare familie are mai multe subtipuri și variații de design, dar principiile operaționale de bază și pachetele de performanță diferă semnificativ. Acest articol oferă inginerilor și echipelor de achiziții o comparație practică, detaliată, axată pe procesarea chimică - explicând principiile de lucru, caracteristicile de performanță, compatibilitatea materialelor, controlul și instrumentarea, preocupările legate de instalare, modurile de defecțiuni comune și regulile de selecție pentru aplicațiile din lumea reală.

Cum funcționează: principii de bază

Pompe centrifuge

Pompe centrifuge converti energia cinetică de rotație (de la un rotor) în presiune și debit de fluid. Fluidul intră în ochiul rotorului și este aruncat spre exterior prin paletele rotorului într-o volută sau difuzor, producând un flux care depinde de viteza și geometria rotorului. Sunt dispozitive în mod inerent cu debit variabil: pentru o anumită viteză a rotorului, debitul se modifică cu capul sistemului și invers. Pompele centrifuge sunt de obicei specificate de o curbă a pompei care mapează înălțimea în funcție de debit la anumite viteze și trimurile rotorului.

Pompe cu deplasare pozitivă

Pompele cu deplasare pozitivă mișcă fluidul prin captarea unui volum fix într-o cameră și forțându-l prin orificiul de refulare. Fiecare ciclu (tourarea rotorului, cursa pistonului sau cursa diafragmei) deplasează un volum aproape fix, făcând fluxul aproape proporțional cu viteza, indiferent de înălțimea de descărcare (până la limitele mecanice sau ale sistemului). Pompele PD includ tipuri alternative (piston, diafragmă) și tipuri rotative (dintate, lobi, cavitate progresivă). Sunt apreciate pentru măsurarea precisă și capacitatea de înaltă presiune.

Diferențe de performanță: debit, presiune și vâscozitate

Caracteristici de curgere

Pompele centrifuge produc debit variabil: atunci când rezistența sistemului crește, debitul scade și înălțimea crește. Ele sunt mai puțin previzibile în cazul sarcinilor care se schimbă rapid fără bucle de control. Pompele PD produc debit volumetric aproape constant față de presiune, astfel încât excelează acolo unde este necesară dozarea fixă ​​sau transferul volumetric precis.

Capacitate de presiune și cap

Centrifugalele pot atinge debite mari la înălțimi moderate; capacitatea lor de înălțime mare este limitată de designul și viteza rotorului. Pompele PD pot genera presiuni de refulare foarte mari la debit scăzut, făcându-le potrivite pentru sarcini de dozare, injecție sau transfer la presiune înaltă în intervale de debit mici până la moderate.

Manipularea fluidelor vâscoase și sensibile la forfecare

Performanța pompei centrifuge se degradează cu vâscozitatea ridicată a fluidului, deoarece eficiența hidraulică scade și cuplul necesar crește; trebuie utilizate curbele corectate ale pompei și derating. Pompele PD (rotative sau alternative) sunt mai puțin sensibile la vâscozitate și pot gestiona mai eficient nămolurile groase, sensibile la forfecare, menținând în același timp debitul precis.

Materiale, etanșări și compatibilitate chimică

Opțiuni materiale

Compatibilitatea chimică determină selecția materialului pentru piesele umede. Pompele centrifuge sunt disponibile în metale (oțel inoxidabil, duplex, aliaje de nichel) și materiale plastice (PP, PVDF, căptușit cu PTFE). De asemenea, pompele PD pot fi construite dintr-o gamă largă de materiale, deși unele modele PD (cum ar fi rotoarele cu cavitate progresivă umezite cu elastomer) au limitări suplimentare. Evaluați coroziunea, eroziunea și umflarea solvenților atunci când alegeți materiale.

Garnituri și control al scurgerilor

Etanșările mecanice sunt obișnuite la pompele centrifuge și necesită planuri adecvate de fluid de etanșare, etanșare a glandelor sau aranjamente cu etanșare dublă pentru substanțele chimice toxice/volatile. Pompele PD folosesc adesea etanșări mecanice similare, garnituri sau bariere cu diafragmă, în funcție de proiect. Pentru aplicații periculoase sau de măsurare, pompele centrifuge cu antrenare magnetică (fără etanșare) și pompele PD cu diafragmă oferă opțiuni fără scurgeri.

Control, măsurare și turndown

Turndown și acuratețe

Pompele PD au un control excelent al turndown-ului - debitul este proporțional cu viteza pe intervale largi și este foarte repetabil, făcându-le ideale pentru dozare și amestecare precisă. Pompele centrifuge necesită acționări cu viteză variabilă (VSD) sau supape de reglare pentru a controla debitul; accelerarea dăunează eficienței și poate provoca instabilitate dacă este operată departe de punctul de eficiență maxim (BEP).

Pornire/Oprire și pulsație

Pompele PD alternative produc un debit pulsatoriu care necesită amortizoare de pulsații sau acumulatori. Pompele centrifuge asigură un debit continuu mai fluid, dar pot suferi de cavitație și instabilitate dacă condițiile de aspirație sunt proaste. Instrumentarea adecvată - manometre, debitmetre și monitorizarea aspirației - este esențială pentru ambele familii.

Întreținere, fiabilitate și costul ciclului de viață

Profiluri de întreținere

Pompele centrifuge au, în general, mai puține piese în mișcare și o întreținere mai simplă pe unitățile mari, dar etanșările mecanice și rulmenții sunt elemente de uzură. Pompele PD pot avea elemente interne mai complexe (angrenaje, diafragme, pistoane) și necesită seturi diferite de abilități de întreținere. Piesele de uzură previzibile și accesul ușor sunt considerații cheie pentru ambele.

Considerații de fiabilitate

Alegeți în funcție de aplicație: pentru transferul în vrac de lichide cu vâscozitate scăzută la debit mare, pompele centrifuge bine selectate sunt foarte fiabile. Pentru dozare precisă, fluide abrazive sau cu vâscozitate ridicată sau în cazul în care sunt necesare presiuni mari de refulare la debit scăzut, pompele PD oferă adesea o fiabilitate mai mare pe termen lung și un cost total de proprietate mai mic, în ciuda costului inițial mai ridicat.

Exemple de aplicații și reguli de dimensionare

Exemplele de cazuri de utilizare fac diferențele concrete. Pompele centrifuge sunt utilizate în mod obișnuit pentru apă de răcire, recirculare, retur de condens și transfer în vrac în cazul în care volumele de curgere sunt mari și fluidele cu vâscozitate scăzută. Pompele PD sunt alese pentru injecția chimică, dozarea polimerilor, dozarea substanțelor corozive, transferul de nămol vâscos și liniile de injecție de înaltă presiune.

• Dacă precizia necesară a debitului este de ±1–2% și debitul este intermitent sau de volum redus, preferați PD (de exemplu, măsurarea prin angrenaj sau diafragmă).
• Dacă debitul > 50–100 m³/h la înălțime moderată și vâscozitatea <50 cP, pompele centrifuge sunt de obicei mai economice.
• Pentru șlamuri abrazive sau fluide sensibile la forfecare, selectați pompe PD concepute pentru transfer de solide sau cu forfecare scăzută (cavitate progresivă, peristaltică).

Tabel de comparație rapidă

Lista de verificare a selecției și sfaturi practice

Atunci când alegeți între pompe centrifuge și PD pentru service chimic, urmați o listă de verificare structurată: definiți debitul și precizia necesare, cuantificați vâscozitatea și conținutul de solide, determinați presiunea maximă de refulare, specificați riscul de scurgere acceptabil, evaluați materialele disponibile și opțiunile de etanșare și luați în considerare strategia de control (VSD, controlul cursei sau acţionat de motor). Consultați întotdeauna curbele pompei, solicitați date NPSH (Net Positive Suction Head) pentru selecțiile centrifuge și validați eficiența volumetrică PD în condițiile așteptate.

• Rulați teste de laborator sau pilot atunci când proprietățile fluidului sunt limită sau aplicația este critică.
• Luați în considerare costul ciclului de viață - costul PD inițial mai mare poate fi compensat prin reducerea timpului de nefuncționare și precizia îmbunătățită a dozării.
• Implementați monitorizarea stării (vibrații, detectarea scurgerilor de etanșare, senzori de pulsații) pentru a detecta semnele de defecțiune timpurii.

Concluzie

Pompele centrifuge și cele cu deplasare pozitivă au fiecare puteri distincte. Centrifugalele sunt de obicei cele mai bune pentru manipularea lichidelor cu volum mare, presiune joasă până la moderată, acolo unde contează fluxul continuu, fluid și funcționarea simplă. Pompele cu deplasare pozitivă excelează atunci când sunt necesare precizie, presiune ridicată la debit scăzut, toleranță la vâscozitate sau funcționare fără scurgeri. Alegerea „corectă” depinde de parametrii specifici aplicației - debit, înălțime, proprietăți ale fluidului, cerințele de precizie, compatibilitatea materialelor și capacitatea de întreținere. Folosiți lista de verificare a selecției, consultați curbele și datele producătorului și testați pilot acolo unde este necesar pentru a vă asigura că pompa aleasă îndeplinește cerințele procesului în mod fiabil și rentabil.