Stop ai guasti delle guarnizioni nelle applicazioni chimiche
Le pompe centrifughe senza tenuta con accoppiamento magnetico sono diventate più popolari tra gli utenti finali dell'industria chimica. I magneti in terre rare hanno ridotto i costi associati agli accoppiamenti magnetici diminuendo la massa del magnete e la potenza richiesta. Questa innovazione ha abbassato il costo del giunto e il costo operativo complessivo.
Il guasto della tenuta è una delle cause più comuni di manutenzione della pompa e tempi di fermo. Se la tenuta si guasta, il fluido fuoriesce lungo l'albero che collega il motore alla girante. Anche quando è prevista la manutenzione, la pompa deve essere messa fuori servizio per sostituire la guarnizione.
Sebbene la tecnologia della tenuta meccanica sia migliorata nel tempo, le innovazioni spesso richiedono attrezzature aggiuntive. Le doppie tenute meccaniche, back-to-back o in tandem, sono comuni per condizioni difficili come il pompaggio di sostanze chimiche.
Mantenere il fluido barriera in questi progetti spesso significa acquistare serbatoi per fluido barriera, controlli e persino pompe aggiuntive. Le guarnizioni antigas sono un'altra opzione, ma richiedono anche apparecchiature di supporto che presentano il rischio di guasti.
All'inizio, gli utenti finali consideravano solo le pompe senza tenuta durante la manipolazione di fluidi pericolosi. Il costo iniziale di una pompa accoppiata magneticamente superava di gran lunga un progetto sigillato convenzionalmente. Tuttavia, con il passare del tempo, gli operatori sono diventati più interessati al costo totale di proprietà che all'esborso di capitale preliminare.
Le pompe ad accoppiamento magnetico iniziarono a mostrare un vero vantaggio in termini di costi. I design senza tenuta hanno sostituito le pompe sigillate meccanicamente che richiedevano la rimozione annuale per la manutenzione. Intervalli di manutenzione e tempo medio tra i guasti estesi. Le emissioni sono diminuite e la sicurezza è migliorata.
Gli operatori ora considerano le pompe senza tenuta per servizi che non avrebbero avuto solo pochi anni fa, applicazioni non pericolose che sono ancora difficili e costose da sigillare.
Nelle pompe centrifughe, l'albero trasmette la coppia dal motore alla girante. Una guarnizione impedisce al fluido pompato di fuoriuscire lungo l'albero. La tenuta comprende due parti, una fissa e l'altra rotante. Le facce della tenuta sono in genere realizzate in carbonio, carburo di tungsteno o carburo di silicio (SiC).
In una pompa magnetica senza tenuta, la coppia del motore fa ruotare un supporto magnetico o magneti di azionamento. La coppia viene trasmessa attraverso un guscio di contenimento a un magnete interno, o magnete guidato. Il magnete fornisce coppia alla girante. Il campo magnetico crea correnti parassite quando passa attraverso un contenitore metallico. I gusci in ceramica prevengono le correnti parassite ma possono contenere solo una pressione limitata. Queste correnti parassite creano calore direttamente tra i magneti e questo calore deve essere dissipato.
Figura 1. Il percorso del flusso di circolazione interno dettagliato per la pompa con girante posteriore consente l'aumento della pressione prima dell'immissione di calore. (Immagini e grafica per gentile concessione di Dickow)
I percorsi del flusso, una combinazione di passaggi attraverso l'albero della pompa, l'alloggiamento o entrambi, trasportano il calore nel fluido pompato. Il liquido viaggia dalla mandata della pompa al magnete condotto e torna all'aspirazione o allo scarico. Il fluido può influenzare la prevalenza netta di aspirazione se ritorna all'estremità di aspirazione.
Una girante posteriore sul magnete condotto mantiene il fluido sotto una pressione maggiore dopo aver assorbito il calore dalle correnti parassite. La pressione protegge i fluidi volatili dal bagliore dopo l'aggiunta di calore nel contenitore. La girante posteriore elimina la necessità del raffreddamento dell'utenza o di costose tubazioni per riportare il fluido al serbatoio di aspirazione.
Figura 2. Il percorso del flusso di circolazione interno dettagliato per la pompa con fori di iniezione della girante consente al fluido di rimanere al di sopra della pressione di aspirazione.
Immagine 1. Le pompe senza tenuta forniscono coppia alla girante attraverso una serie di magneti all'interno di un guscio di contenimento. Il fluido pompato porta via il calore generato dai magneti durante il funzionamento.
Nelle pompe senza tenuta, l'equilibrio della spinta dell'estremità bagnata è fondamentale. L'estremità bagnata galleggia, quindi i manicotti dell'albero e i cuscinetti a manicotto devono sopportare la spinta radiale dalla girante e dall'estremità bagnata rotante. Un film fluido stabile e una forza idrodinamica supportano il gruppo albero. Il fluido non lubrifica i cuscinetti perché non entrano in contatto.
I carichi assiali di spinta possono comportare rischi durante i disturbi del sistema. L'estremità bagnata è progettata per ridurre la forza assiale della pompa, ma quando il sistema subisce modifiche vengono spesso utilizzati anelli di avviamento o cuscinetti assiali di spinta. Quando lo spazio tra un anello di avvio e la superficie di accoppiamento si chiude, la forza dell'altro anello di avvio aumenta. Se la pressione di aspirazione aumenta improvvisamente, il gioco dell'anello di avvio anteriore si chiude e si apre il gioco dell'anello di avvio posteriore. La pompa produce automaticamente una forza di controbilanciamento nella direzione di aspirazione della pompa. Se abbinato alle superfici dei cuscinetti SiC, questo design consente all'estremità bagnata di non avere parti che sarebbero considerate parti di manutenzione ordinaria.
Sempre più utenti finali installano pompe senza tenuta per applicazioni chimiche. Il costo ridotto dei giunti magnetici rende questa tecnologia una scelta conveniente per fluidi pericolosi.
La superficie di usura dei manicotti dell'albero, dei cuscinetti a manicotto e degli anelli di avvio è comunemente realizzata in carbonio o SiC. La durezza, l'usura e la tolleranza al calore del SiC lo rendono adatto a quasi tutte le applicazioni. Un rivestimento simile alla polvere di diamante sulla superficie del SiC migliora la lubrificazione e prolunga la durata, nel caso in cui il flusso del liquido e la pellicola stabile siano interrotti.
I produttori di pompe senza tenuta utilizzano diversi materiali per le parti bagnate, che vanno dalla ghisa alle leghe di nichel, a seconda del servizio. Alcuni materiali comuni includono ghisa sferoidale, acciaio al carbonio, acciaio inossidabile 316 e acciaio inossidabile duplex. Le aree bagnate, anche intere pompe, vengono ora realizzate con materiali termoplastici. Questi materiali si comportano bene quando si pompano fluidi corrosivi, ma incontrano gravi limitazioni nelle applicazioni ad alta pressione o ad alta temperatura.
Le applicazioni difficili spesso richiedono un approccio non tradizionale. Quando si selezionano le pompe per il trattamento chimico e petrolchimico, i gestori delle strutture dovrebbero mantenere una mente aperta su come affrontare al meglio le sfide della tenuta e della manutenzione delle pompe. Le pompe senza tenuta migliorano l'affidabilità, prolungano il tempo medio tra i guasti e riducono il costo totale di proprietà. Questa tecnologia può avere un impatto significativo sul risparmio e sulla sicurezza in qualsiasi struttura, indipendentemente dall'applicazione.