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          螺桿泵

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          公司新聞

          挖掘螺桿泵的獨特應用優勢

          導讀:作為化工領域五大單元操作之一,傳統上,流體流動單元一直由流離心泵作為標準產品在其中承擔輸送等工作,但在哪些情況下,螺桿泵具有更多優勢?

          流體流動過程是化工領域五大單元操作之一。流體流動過程包括轉移、過濾、固體流化和輸送活動。

          傳統上離心泵一直是受流體流動過程領域歡迎的標準產品,但在有些情況下,這些離心泵的效率低、成本高。

          在這種情況下,正排量(PD)螺桿泵會是一種可行的替代方案。PD螺桿泵可用于處理各種流體,包括粘度較高的流體。

          在化工流體作業中使用螺桿泵技術有較多好處,包括能處理各種流量、壓力、液體類型和粘度,以及即便存在反壓也能使流速穩定一致等。

          為了更詳細地了解螺桿泵與離心泵相比的好處,我們先來看一看螺桿泵可以怎樣改善化工流程的應用狀況。

          螺桿泵有自身獨特的優勢

          在工業制造領域,單元操作一般是指整個流程的基本步驟。而在化工領域,單元操作的概念更廣泛,它囊括一系列必須精確完成的生產過程,以便將各種原材料加工為有用的成品。

          化工領域有五種類型的單元操作。本文的重點是流體流動過程。它一般包括轉移、過濾、固體流化和輸送活動。

          另外四種單元操作分別為傳熱(蒸發和換熱)、傳質(蒸餾、萃取、吸附和干燥)、傳動(制冷和氣體液化)和機械(粉碎、粉碎、篩選和篩選)加工。

          多年來,離心泵被譽為化工流程中流體輸送應用的標配泵送技術。平心而論,離心泵確實能滿足操作員的基本需求,因為相關方法使這種泵可以很好地適應工業應用中常見的大流量輸送工況。

          離心泵同樣還能很好地處理稀薄的、類似水一樣的流體。這些流體必須通過流量可變的管道網絡進行輸送。

          圖1:在化工流程中,單元操作是一系列生產過程的藍圖。其中的一個階段是包括輸送、過濾、固體流化和輸送活動在內的一系列流體流動過程。螺桿泵具有雙螺桿和三螺桿結構,在這些關鍵應用中表現出可靠、高效和安全的性能(圖片由Blackmer提供)。

          本文的重點是通過比較離心泵,說明包括正排量雙螺桿和三螺桿泵在內的不同類型的泵送技術在化工行業關鍵流體操作中所具有的優勢,其中很多工況會涉及到磨蝕性、腐蝕性和危害較高的流體。

          挑戰

          讓螺桿泵在化工行業得到廣泛應用的最大挑戰是:操作人員不再執著于離心泵是他們流體轉移工作的唯一選項。在很多情況下,化工系統是圍繞泵送技術而展開的,而非反之。

          這意味著工程師與離心泵首先熟悉了起來,并希望將之納入到與他們系統運行匹配的范疇。

          他們了解離心泵的作用機理、優勢,并堅信這類泵是他們想要實現的系統的最佳技術。

          基于這一認識,設計工程師會設計出混合或加熱化工原材料或復合材料的系統,通過控制工藝,使流體粘度降至300厘沲(cSt),以方便離心泵處理。這實際上是改變流體的狀態,使之適應泵送技術,而不顧及成本影響。

          盡管能夠通過改變流體的狀態來滿足離心泵的運行要求,操作人員依然需要確保離心泵在最佳效率點(BEP)上或附近運行。

          但現實中,離心泵很少能在BEP運行,因為很難出現純粹的泵送狀態。有鑒于此,一般認為離心泵會在80%~110% BEP的最佳效率窗口運行。

          如果泵的工況如果向BEP兩端偏離過多,葉輪上受的壓力就會變得不均勻,導致徑向推力增加,泵軸偏轉。這樣,軸承和密封件會因承受更大載荷而造成泵殼、擋板和葉輪的損壞。

          圖2:雖然化工行業長期以來采用離心泵處理流體,但螺桿泵可以適應不同溫度和粘度的流體。這意味著操作人員不需要操控流體輸送過程來使之滿足泵的要求,而這一過程費時費錢。

          另外,滿足生產速度和定額是化工廠的首要任務。隨著運行成本持續上漲,運行效率也需要提高,以便優化泵運行過程中的能耗。

          在這方面,離心泵則存在不足:

          §? 通常會選用過大的泵,以降低泵選擇的復雜性,這會導致運行和維護成本上升、運行抵消,能耗也容易高過實際需求。

          §? 在離心泵運行過程中,流速會隨著壓力的增加而下降。因此,對于需要流速穩定、時間成本高的作業,可能會花費更長的時間,成本也因此會更高。當泵送粘度高于100 cSt的流體時,離心泵的性能會負面影響。

          §? 最后,這些低效將導致能耗增加,甚至可能犧牲生產效率,從而從根本上對化工流程運行產生負面印象。

          解決方案

          另一種選擇是正排量(PD)螺桿泵。增加螺桿泵在化工行業的使用有兩個方面的難度:離心泵龐大裝機量的天然優勢,以及讓設計工程師相信有螺桿泵這樣的替代產品可用。

          許多工程師也持有“螺桿泵只能處理低流速流體”這樣的觀點。

          實際上,今天的螺桿泵在泵送流速上有了顯著的提升,介于 220~11,000 加侖/分鐘(gpm),折合833 ~41,635升/分(L/min)這一范圍已日益普遍。

          PD螺桿泵的設計使之可以處理各種流體,即便是高粘度流體。螺桿泵的運行方式方便互為反向的螺桿嚙合,與周邊的泵殼形成密封腔。

          隨著驅動螺桿轉動,不管泵壓如何,流體開始穩定而持續地向泵的排出端口運動,產生體積一致的流速。

          螺桿泵技術為化工流體輸送應用帶來的優勢很多,包括:

          §? 能夠處理各種流量、壓力、液體類型和粘度

          §? 流量穩定,即使存在因粘度變化引起的不同反壓力

          §? 體積和整體運營效率高,降低了運營成本

          §? 可通過較高的泵轉速比來控制產量或產能

          §? 內部速度低

          §? 自吸運行和良好的抽吸特性

          §? 機械振動低,延長了使用壽命

          §? 固有的平穩而安靜的運行的特性

          §? 脈動極低,降低了應力,延長了相關流體輸送部件(管道、軟管、密封件、軸承等)的壽命

          具體來說,兩種螺桿泵型號在化工流體輸送活動中表現出色:帶正時齒輪的雙螺桿(WTG)泵和三螺桿泵。

          WTG泵配有外部軸承和正時齒輪傳動機構,可形成雙吸、自吸,泵內部件不會產生金屬與金屬的接觸。

          這種設計有助于泵達到最高的流速,不管采用的是什么旋轉式PD泵,即便是反向壓力和粘度變化的情況下,也是如此。

          事實上,與離心泵不同的是,PD螺桿泵的實際流速會隨著流體粘度的提高而增加。這種設計特征也使螺桿泵適用于所有類型的輸送作業,包括低粘度或高粘度、潤滑或無潤滑、中性或腐蝕性、清潔與污染流體。

          三螺桿泵用于處理粘度、溫度和壓力范圍很廣、不含固體的清潔潤滑液。這種螺桿泵設計有一個外驅動主軸、兩個二級內主軸和一個裝有螺桿的殼體,流體得以平穩而持續地從吸入端到排出端進行軸向移動。這種操作方法使產品流動保持穩定一致,噪音低、能效高。

          結論

          在化工流程中,沒有任何一個單元的作業比另一個更重要,但如果制造商想優化其流體輸送應用的性能,最好考慮一下正排量螺桿泵所具有的優勢。

          螺桿泵的購買成本可能要高于離心泵,但記住這句老話:“要么現在付,要么以后付”。

          除了成本,螺桿泵的主要運行優勢還包括能以更高的速度和壓力處理粘度窗口更寬的流體,能耗低,不需要考慮BEF。

          這些優勢使得螺桿泵能賦予關鍵化工流程的流體輸送過程更高效、可靠、經濟、適應性廣的特性。

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