A Keystone Company

 

A centrifugál szivattyúk védelme

 

KEYSTONE

 

 

Miért van szükségük

a centrifugál szivattyúknak védelemre.

A centrifugál szivattyúból az áramló folyadék szállítja el a forgó alkatrészek és a csapágyazás által termelt hőt.

Amíg a szivattyú nagy teljesítményen működik, a folyadék mennyisége általában elegendő a túlhevülés elkerülésére; de kisebb teljesítmény szinten a hűtés nem megfelelővé válhat és - a csapágyak túlmelegedése és megszorulása, vagy a járókerék lapátok fokozott hőtágulása miatt bekövetkező - idő előtti szivattyú meghibásodások kockázata megnő.

A biztonságos szivattyú működtetés érdekében bármilyen teljesítmény szinten, de különösen a névleges szállítási kapacitás 25 %-a alatt, visszakeringtető (vagy megkerülő) rendszerre van szükség. A visszakeringtető rendszer szerepe egyszerű: az áramlást a szivattyú hatékony védelméhez szükséges szinten kell tartania, a technológia által nem igényelt többlet folyadékot vissza áramoltatva ugyanabba a tartályba vagy gyűjtő aknába ahonnan a szivattyú eredetileg elszállította.

A visszakeringtető rendszer a stabil áramlási mennyiség fenntartására is használható különösen a villamos erőművekben alkalmazott nagyteljesítményű centrifugál szivattyúknál, valamint a kisméretű, nagy sebességű centrifugál szivattyúknál, ahol a sebesség állandó, a nyomás és a szállítási teljesítmény szabályozása a járókerék átmérőjének változtatásával történik. A megfelelő visszakeringtetés segít a stabilitás és a pontosság fenntartásában.

 

A visszakeringtető rendszerek három típusa.

A visszakeringtető rendszereknek három fő típusa létezik, mindegyik rendelkezik sajátságos előnyökkel és hátrányokkal.

Folyamatos visszakeringtetés

Amint az a nevéből is következik, a folyamatos visszakeringtető rendszer a folyadékok folyamatosan áramoltatja a szivattyú nyomócsonkjától vissza a gyűjtőtartályba. A visszakeringtető ágban lévő rögzített nyílás csökkenti a szivattyú nyomócsonkja és a gyűjtőtartály közti nyomáskülönbséget; a nyílást körültekintően kell méretezni, hogy olyan mértékű állandó folyadék visszakeringtetést tegyen lehetővé, amely az egyes teljesítmény szinteken biztosítja a szivattyú megfelelő hűtését.

A folyamatos visszakeringtető rendszer ténylegesen megvédi a szivattyúkat a túlmelegedéstől, de drága és nem hatékony megoldás, mivel a visszakeringtetés még akkor is folyik, amikor az áramlás már elegendő a szivattyú hűtéséhez, a szivattyút és a meghajtó motort túl kell méretezni. Az emiatt elfogyasztott többlet energia jelentős lehet, amint azt a 2A és 2B ábrák mutatják.

 

Szabályozott áramlású visszakeringtetés

A szabályozott áramlású visszakeringtető rendszerek csak akkor keringtetik vissza a folyadékot, ha a szivattyún átáramló mennyiség megközelíti a szivattyú gyártója által meghatározott minimálisan biztonságos áramlási értéket. Ez lényegesen csökkenti az energiafogyasztást és teljesítmény szükségletet, a folyamatos visszakeringtető rendszerekhez képest.

A megoldásnak azonban vannak hátrányai is. A nyitás és a zárás ideje alatt a visszakeringtető szabályzó szelep veszi fel a szivattyú nyomócsonkja és a tároló tartály közti teljes nyomásesést. Ez a nyomásesés nagyon magas lehet, és komoly mértékű erózióhoz vezethet, hacsak lépcsős nyomásesés szabályzó szelepet nem építenek be a rendszerbe.

3. ábra

Jellegzetes szabályozott áramlású visszakeringtető rendszer

Fontos megemlíteni azt is, hogy a visszakeringtető szabályzó szelepnek tömören kell zárnia a szivattyú teljes nyomóoldali nyomása ellen is. Ha szivárog, a szivattyú teljesítménye csökken esetleg egészen addig a pontig, amikor már nem képes megfelelő mennyiségű folyadékot szállítani a technológia részére, noha a teljes áramlási mennyiségre szükség van. A nem elegendő mennyiségű folyadék-szállítás következményei az alkalmazás szerint változik, de általában véve ez az a helyzet, amelyet el kell kerülnünk.

Automatikus visszakeringtetés

Az automatikus visszakeringtető rendszer a technológiai áramlásnak megfelelően változtatja a visszakeringtetett folyadék mennyiségét azért, így a két tömegáram összege elegendő a szivattyú hűtéséhez. Mivel a tároló tartályba többlet folyadékmennyiség visszaáramlás nem történik, így a szivattyúnak nem kell nagyobb teljesítményűnek lennie, a technológiai rendszer által igényelt méretűnél.

Ezek a rendszerek általában egyszerűbbek és gazdaságosabban telepíthetők és üzemeltethetők, mint a folyamatos vagy az áramlás érzékelős megoldások. Egy automatikus visszakeringtető

4. ábra

Jellegzetes automatikus visszakeringető rendszer

 

rendszerben a rugóterhelésű visszacsapó szelep funkcionál áramlás érzékelő elemként; míg a folyamatos és a szabályozott áramlású rendszerekben a szivattyú nyomó oldalán szükség van egy visszacsapó szelepre a visszaáramlás megakadályozása érdekében. Szükség van továbbá elektromos betáplálásra az áramlás és/vagy hőmérséklet érzékelők számára, pneumatikus rendszerre a visszakeringtető szabályzó szelep működtetésére - mindezek növelik a létesítési és üzemeltetési költségeket.

Az automatikus rendszerben valamennyi áramlás érzékelő, visszaáramlás gátló, nyomás csökkentő és elzáró vagy szabályozott megkerülő áramlási funkciót egyetlen egység lát el. Mindössze három csatlakozásra van szükség - bemenet, kimenet és a bypass. Az automatikus rendszer továbbá önműködtető, azaz nem igényel kiegészítő elektromos vagy pneumatikus betáplálást.

Fontos azonban megjegyezni, hogy az automatikus rendszer általában csak olyan helyeken megfelelő, ahol a nyomásesés kb. 172 bar (2500 psi), vagy kisebb. Nagyobb nyomásesés esetén általában a szabályozott áramlású visszakeringtető rendszer a legjobb megoldás.

Automatikus visszakeringtető szabályzó szelep működése

Az automatikus visszakeringtető szabályzó szelepet jellemzően a szivattyú kimeneti karimája közelében kell csatlakoztatni és mind vízszintes mind függőleges helyzetben beszerelhető. Az 5, 6, és a 7. ábrák bemutatják egy ilyen szelep három lehetséges állapotát:

nincs fő áramlás, bypass is és fő áramlás is van, és nincs bypass áramlás.

5. ábra

Csak bypass áramlás van

6. ábra

Technológiai és bypass áramlás is van

Amikor nincs fő áramlás (5. ábra), a visszacsapó szelep tányérja zárt helyzetben van, megakadályozva a visszaáramlást, míg a bypass ág teljesen nyitva van.

 

Közbülső helyzetben, amikor a fő áram kisebb, mint a maximális, a visszacsapó szelep tányérja megemelkedik (6. ábra), csökkenti a bypass áramlást, a szivattyú hűtéséhez elegendő fő áramlás fenntartásával, egészen addig, amíg a fő áramlás addig a pontig emeli a visszacsapó szelep tányérját, ahol már nincs szükség a bypass áramlásra (7. ábra).

7. ábra

Csak technológiai áramlás van

 

Jellemző szivattyú védelmi helyzetek

Az alkalmazás:

Vasúti tartálykocsi töltés

Egy hat kocsis propántöltő álláson három centrifugál szivattyú üzemel, mindegyiket 300 gpm-re tervezték 110 psig nyomáson, és a minimum áramlás 120 gpm. Két szivattyú párhuzamosan dolgozik; a harmadik tartalékként szolgál.

A probléma:

A nyomás alatti tartálykocsiban maradó bármilyen kis mennyiségű propán párologni kezd a nyári napon, növelve a kocsi belső nyomását és akadályozza a szivattyúk felől érkező áramlást.

Amikor az áramlási mennyiség a minimálisan szükséges érték alá csökken, a külső tömítések terheltté válik és a szivattyú felmelegszik. A szivattyú tömítés és a járókerék meghibásodása általános jelenség - és a szivattyút évente legalább nyolcszor, tízszer javítani vagy cserélni kell.

A megoldás:

A Yarway kisnyomású szabályzó automatikus visszakeringtető szabályzó szelepét szerelték be mindhárom szivattyúhoz, melyek biztosítják a fő- és a bypass áramlást szükség szerint biztonságos szivattyú üzemeltetést eredményezve.

Az eredmény:

Tizenegy éve nincs szivattyú meghibásodás.

Az alkalmazás:

Tartálykocsi töltő

Egy finomító rakodó és szállító terminálján a töltőberendezésben egyetlen szivattyú található, amely több fúvókára dolgozik.

A probléma:

Ameddig legalább egyetlen fúvóka használatban volt, a szivattyún keresztüli áramlás elegendő volt a túlmelegedés elkerülésére. Időről időre azonban valamennyi fúvóka zárva volt; a szivattyú túlmelegedett, tömítései kiégtek és szivárgott.

Talán még a szivattyú javításhoz kapcsolódó költségeknél és állásidőnél is rosszabb volt az az állandóan jelenlévő veszély, hogy a túlmelegedett szivattyú meggyújthatja a benzint.

A megoldás:

Yarway automatikus visszakeringtető szabályzó szelepet szereltek be a szivattyú nyomó oldalára, amely mindenkor biztosítja a minimálisan szükséges áramlási mennyiséget, függetlenül a fúvókák használatától.

Az eredmény:

Hat hónapos működés után az ARC szelep ára nemcsak, hogy megtérült a javítási költségek és az állásidők elmaradása miatt, hanem megszűntette a benzin lehetséges meggyulladása miatti kritikus biztonsági problémát is.

Az alkalmazás:

Kazán tápszivattyú

Egy nagyobb vegyi üzemben hat kazán üzemel, 103 bar (1500 psi) nyomáson.

A probléma:

A kazán tápszivattyúkat eredetileg pneumatikus működtetésű visszakeringtető szelepekkel látták el.

A szelepek összességében - beleértve az alkatrészek költségét és a munkadíjat is - évi 40005000 US$ karbantartási költséget igényeltek.

A megoldás:

A vállalat másik finomítójábani meghibásodás mentes üzemelés tapasztalatai alapján az üzemben úgy döntöttek, hogy a hagyományos szelepeket Yarway automatikus visszakeringtető szabályzó szelepekkel váltják fel.

Az eredmény:

A hagyományos szelepek Yarway ARC szelepekkel történő cseréje, szigorúan a karbantartási költségek csökkenésének alapján kalkulálva 2,5 év alatt megtérül.

FŐLAP