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化学品输送技术的革新 ADMIN 2015/7/23
发布日期:2015-7-24    浏览量:1104

化学品输送技术的革新

来源:荣格

在本文中,Anthony Bennett回顾了化学品输送技术的创新,他介绍了三大制造商——Netzsch, Polyflx和Vogelsang在各行各业中尤其是条件恶劣的应用中所完成的工作。他还对行业当前发展以及未来的发展趋势发表了一些自己的看法,他认为行业发展应重点关注效率和环境。

我们询问合作方他们的公司在化学品存储、处理和输送环节涉及哪些具体的工作,这些都是他们目前的主要生产活动。

Vogelsang的工作人员告诉我,该公司业务主要集中在石油、天然气和化工行业,目前的工作重点是产品的输送。这涉及灌装和排空移动装置,如油箱、油罐列车或者油轮,以及工业现场的固定油箱。

Vogelsang公司的HaraldVogelsang解释道:“我们能够很好地处理高固体含量的介质,例如废油或具有粘性和化学腐蚀性的介质、油漆、肥皂、粘合剂和胶水、天然乳胶、农药、树脂、化妆品原料、酸和碱、油类或碳氢化合物混合原料。”

“我们还为化工厂的污水处理工艺提供适用的泵产品,我们能毫不费力地在这些工艺中很好地处理磨蚀性废料。”Netzsch公司介绍说它们也为各种应用提供泵送解决方案。其中包括汽车、化工品和生化、建筑行业中的应用。该公司还为煤炭开采、电镀、玻璃和陶瓷生产、皮革生产、选矿和核工业项目提供技术方案。

其他的应用则包括塑料生产、轮胎制造、发电、印刷油墨以及化学纸浆、炼油、橡胶工业、冶炼工程,以及纺织、油漆和木材加工行业中的各类项目。

新概念

Polyflx已开发出了一种全新概念的稀释泵,最初用于Glencore Nikkelverks的在线自动取样器。该泵能以高达1:200的比例非常准确地对产品进行稀释,并且在样本冲洗过程中不会产生稀释剂废物。这种泵具有适用于多种行业的应用潜力。

Polyflx的Loyd Arve Nornes说道:“这种新概念的泵能帮助我们通过一种非常简单而准确的方式来测量和混合任意多的液体。在操作过程中,可通过机械或电子方式调整所有液体的混合比例。”

Vogelsang的创新主要优先考虑两方面的问题。“一是泵送更难处理、更复杂的介质,”Vogelsang先生解释说。“二是降低装置的泵送成本,使我们的技术尽可能地更有吸引力。这意味着通过使用创新技术,例如我们获得了专利的喷射系统,以达到简化维护要求,提高能源效率,延长产品和部件使用寿命的目的。”

除了Netzsch建议的工艺优化之外,最近的研发重点还包括使平均维修时间最小化,实现完全就地服务技术,此外还关注能源效率和环境保护。

Nornes先生说:“为了挑战自己,我在车库里建了一个生物柴油厂。这很有趣,但是生产生物柴油并不能满足我的好奇心。我决定将我的批量生产工艺改进成持续生产工艺。”

连续流量

要想持续生成甲醇含量达14%的植物油流实属不易。Nornes先生总结道,无论是采用批量生产工艺还是更先进的循环工艺,都需要用到两台泵、两台电机、两个流量计、一个控制器和至少一个控制阀。因此需要一种更简单的解决方案。

经过不懈的努力研发后,Nornes先生想出了一种创新的方案——安装一个带有柱塞的活塞环。柱塞行程总是相同的,但是可以通过调节泵外壳离电动机的距离远近来调整活塞行程。这使得我们能够方便地调整混合比率。

流速可通过电动机的转速来进行调节。该设计非常简单。Polyflx制造的首台泵仅有20个零部件,其中包括止回阀内的球体和弹簧。当时挪威Glencore NikkelverkPolyflx公司负责新工艺研发分析的工作人员在阅读了挪威技术周刊上的一种设计理念后,立即询问是否可以借鉴这种理念来开发用于自动采样器的新型泵。

在使用蠕动泵过程中,他遇到了样本稀释的问题。随着时间流逝,泵管会发生变化,因此蠕动泵无法准确地进行稀释。他所需的泵是一个难题,因为要求的样本稀释比率为1:200,而且采样溶液具有很强的腐蚀性。

最终制造出了一个完全不同于Polyflx之前所设想的泵,但它仍然使用了同样的原则。该泵由钛和PVDF(见图一)组成,具有良好的可重复性。该设计理念在挪威已申请专利,并且正在申请国际专利。

Polymeter泵

Polymeter泵

混合比例

Polymeter泵是一种采用创新设计的全新方法,它能够测量和混合两种或多种液体并得到一致的结果。它将活塞和柱塞作用泵结合在同一工作腔内,完全控制了液体的混合比例。就单个贮液器来看,泵能准确、全自动地混合液体,生成最终产品。

Glencore还没有完成测试,但是诺尼斯先生对他自己的内部测试结果很满意。除了能够精确控制混合比例,这种泵还能在无需任何稀释剂的条件下冲洗样本。

Nornes先生说:“我们希望尽量少地使用稀释剂来得到新样本。当需要一个既准确又精确的稀释效果时,该泵能改善工艺分析结果。”

Polyflx公司注重减少浪费,提高测量精确度和可重复性。它生产的泵能以每小时四次的频率将30ml的稀释样本输送给在线分析仪。

Nornes先生说:“这项具有挑战性的稀释泵的设计最初花费了我们大量的时间,但我们现在准备对最初的设计思路作进一步研发,生产一个低压力、高容量的计量泵来取代现有的连续工艺或批处理工艺所用的泵。”

Polyflx公司获得了挪威创新署提供的资金资助,并协同一位要求极严的客户共同研发。他们正在寻找相信这种方案的合作伙伴。

Nornes先生说:“客户支付泵产品本身的费用,挪威创新署支付研发费用。”客户获得了专门针对他们的需求而设计的泵,但是他们只承诺购买一台泵。我们也对外开放,与现有泵制造商合作,希望将产品推向市场。

“该Polymeter泵能使你完全控制最终产品,保证每次使用都能产生精确的结果。它可以根据确切的规范要求适当调整。”

矿浆

在开采金、银矿的过程中,对矿浆浓度有一定的要求,其实质就是对矿石和水的混合物进行脱水。一旦矿浆浓缩了,它就必须被泵送到下一个处理阶段,通常是过滤。

墨西哥北部有一家大型金、银矿开采场,客户希望对脱水后矿浆的输送进行优化,因此考虑如何改进工作中的泵。

客户要求矿浆中矿物质固体的含量达到60%。他们面临的问题是,目前所用的离心泵不能输送固体含量超过30%的矿浆。因此,矿场操作人员不得不在刚刚耗费了能源和化学制剂对矿浆脱水之后,又再次给泥浆注水,使其具有足够的流动性以便泵送。

此外,离心泵需要定期进行维护,并且仅仅工作三个月之后就必须彻底更换。矿物质含量变低的矿浆在下一阶段的处理中还得再次耗费大量成本进行脱水,而流动性更好的矿浆中所含金、银物质会变少,降低了工厂的优化期望。

为了寻找一种能解决离心泵问题的方案,客户尝试了另一种泵型。然而,工作两天后泵壳就毁坏了。之后,客户通过经销商联系到了Netzsch,请它们来尝试解决这一生产问题。

“当我第一次了解到客户想要泵送的矿浆浓度时,我不确定我们是否能达到这一要求,”Netzsch公司的Antonio Castilhos说,“但是我知道,如果我们能帮助客户获得具有更高矿物质浓度的矿浆,他们每小时就能生产出更多的金、银,并且成本更低。所以,我们决定试一试。”

生产试验

Netzsch用螺杆泵在矿场开始生产试验。生产试验用到了矿物固体含量为30%的矿浆混合物,这和矿场离心泵目前所输送的矿浆完全一样。整个试验过程中,矿浆中的水含量不断降低,直到和注水一起停止,使用Netsch的泵能泵送矿物固体含量高达65%的矿浆。

Castilhos先生解释说:“我们能在完全不注水的情况下泵送矿浆,客户告诉我们这种水平的性能相当于节省了泵工作两三个小时的成本。”此外,由于矿浆中水含量减少了,所以到下一个操作阶段——过滤,客户只需使用较少量的腐蚀性化学品,不仅帮助客户节约成本,而且有利于保护环境。

经过一系列成功试验之后,我们确定了泵的最终规格。对于这种矿浆泵送应用,确定使用Nemo NM系列泵,它采用碳化钨转子以及一个具有优异耐磨性的Nemolast S61M定子。还使用变频驱动器来验证试验过程中的最佳运转速度。最初采用一台20马力的电动机,泵的转速达189rpm,但是经过试验之后,确定最佳转速为130rpm。

Netzsch公司的螺杆泵系列产品专门针对一些困难的应用,它们拥有一个放大的填料箱和锥形吸入壳,这样就提高了泵的工作效率。泵为自吸式,对泵送的流体产生低剪切速率,可以处理含有固体的高粘度流体。

Castilhos.先生说:“目前矿场上有三条矿浆生产线用到了我们的螺杆泵,客户从其工作中即可看到运营和生命周期成本的优势。”安装如图二所示。

矿浆应用中的泵装置

矿浆应用中的泵装置

Castilhos.先生补充道:“不必再给矿浆注水为过滤操作节省了昂贵的化学品。从生命周期成本角度来看,与之前的离心泵相比,该采矿作业已显著降低了维护和更换成本。”

“即使考虑矿浆的磨损性,Netzsch泵内的转子和定子也能持续工作三个月以上才需要更换。并且随着工厂正常运行时间的改善,工厂能生产更多的金矿石和银矿石,从而提高了整体运营利润。”

成本因素

化学品输送的核心过程包括排空、输送、计量和充填,成本是输送化学品时必须考虑的一项重要因素。为了满足该领域中对工作效率越来越高的要求,Netsch开发出了Tornado T2转子泵(如图三所示)。

Tornado T2旋转叶泵

Tornado T2旋转叶泵

流程工业中所用的泵必须工作在压力稳定、恒定和平滑的状态下。同时它们的维护成本应该较低,运营成本要合理。容积泵在各行业领域得到了广泛的应用。它们泵送能力强,完全自吸,可防止干运转,输送流体时不出现强波动或剪切力。

它们适用于高粘度、磨蚀性介质,无论其中含有固体或者气体,润滑或者无润滑。当重新设计这些泵时,必须保持这些典型的特征,同时通过进一步改进设计来提高效率。

对旋转叶泵的一项重要革新举措就是更换了泵室内的材料。原来是在钢材制成的泵室内安装弹性叶片,改进设计后,现在采用钢或不锈钢制成的轻型空心旋转叶片,它们在辅有异型弹性体插件的泵壳内旋转。

其优点在于,相比于以前橡胶叶片的较厚橡胶层,现在的新插件具有薄壁橡胶皮,它较不容易受温度波动的影响。因此,更容易控制其膨胀或收缩,使得弹性部件的制造公差更小。就径向间隙而言,与以前设计的橡胶叶片的叶尖相比,整个插件的径向区域必须消耗更多的弹性体。因此,从技术上将间隙降到最小是可行的,这也会提高整体效率。

必须确保泵室内只有钢和橡胶表面接触。为了达到这一目的,需要将一个尺寸精确的弹性体插件硫化安装到旋转叶片的两侧。这种结构能减少摩擦和功率损耗。与以前的设计或其他同类竞争产品相比,这种新设计能够使能耗降低约10%。

Netzsch公司介绍说,与其他泵技术相比,该公司的泵在油漆生产或瓦楞纸生产等过程中可节省高达70%的能耗。

混合材料意味着磨损更少,材料更耐用。到目前为止,弹性叶片已经在工作中承受了强大的动态力,这些会加速材料的老化。与之相反,钢能在相当长的时间内抵抗运动状态,这意味着维护工作和备用件的成本更低。相反,当出现磨损迹象时,可以更快速地更换新的弹性体外壳插件,更换成本比标准耐磨板低得多。

此外,笔直坚固的叶型有利于我们便捷地更换单个旋转叶片,并且由于叶片密封线较长,所以叶片的回流也较小。叶片体积更小意味着泵内的自由流动室更大,泵室里的自由球道也会更大。因此,含有粗粒的介质能够在低磨损状态下输送。

油罐车输送

“就运输和物流方面而言,我们的旋转叶片泵特别适合安装在油罐车内,”Vogelsang公司的Harald Vogelsang解释道。Vogelsang是一家国际化工程公司,总部位于德国。该公司研发及生产泵送设备和系统,粉碎和配送技术,这些主要用在农业、沼气行业以及工业和市政应用领域。

他补充说:“我们的旋转叶泵能满足这类车辆的特殊要求:流动方向可以反转,结构紧凑,容量大,并且服务方便。紧凑的设计使我们的旋转叶泵非常适用于安装在空间有限的油罐车内。”

一旦安装好(见图四),泵可直接在车辆上工作,方便快捷,无需拆卸。因为它的流动方向可以逆转,所以泵既能灌注也能排干油箱。这意味着只需要安装一台泵即可。并且它的自吸高达9米,能达到油罐车的深度,它还具有抗干运转特性——这些对油罐车的灌装来说非常重要。

Vogelsang旋转叶泵的安装

Vogelsang旋转叶泵的安装

Vogelsang的旋转叶泵能输送多种多样的介质,适用于食品、废物处理、石油和天然气、化工以及化妆品行业。它们也可用于一些难处理的介质,无论是具有化学腐蚀性或粘性的介质。例如,叶片适用于各种各样的材料:弹性涂层、不锈钢或聚氨酯。甚至还可以毫不费力地泵送含有诸如石头或硬化物等杂质的一些物料,因为获得专利的喷射系统使得泵能抵抗这些物质。
喷射系统帮助流体直接进入泵室,保护泵叶。Vogelsang先生补充说:“该系统有利于缩减泵的能耗,因为这意味着密封线更多,相应地容量损失就会减少。”对于VX系列旋转叶泵,根据所需的输送速率和压力范围,客户可从五类产品中进行选择,每类泵有八种不同的尺寸。

还有其他各类驱动器和材料可供选用,因此构成了全面的泵产品。它们适用于各种应用,包括橄榄油、糖浆、食品废弃物、有机肥、液体肥料、燃料或油,输送速率能达到3至1400立方米/小时。

IQ系列的旋转叶泵非常适合用在油罐车中。它们结构紧凑,具有多种接头,安装灵活,易于维护。泵壳由一个完整部分组成,这意味着可以迅速达到泵内部。齿轮箱外壳的新设计带有集成液体缓冲区,它既可以提供卓越的防干运转保护功能,还具有高吸入容量。IQ泵在工作中的输送速率可高达77立方米/小时,压力最高可8bar。

Vogelsang先生解释说:“我们研发出了一种可以降低能耗的特殊泵。减少容积损失,并相应地提高系统效率是我们的主要目标。”

快捷服务VX和IQ系列泵均配有普通型号的轴,它们能将轴偏转减少到最低限度。这意味着运行成本和所需能量都变少。对一个典型的200立方米/小时的容量泵来说,Vogelsang声称可以实现使每年所需能源减少高达17000千瓦时(11%)。

轴偏转是由泵的吸入侧和压力侧的压力差造成的,并且它还会导致磨损。叶片之间的间隙会增大,回流导致效率降低,运营成本增加。

HiFlo叶片是另一种降低能耗的设计。他们保证泵送效率高、无波动,据Vogelsang所说,它还能提供最低50%的额外密封线,最终能减小体积损失,提高能源效率。

1929年,Hugo Vogelsang成立了Vogelsang集团公司。如今,该集团已从一个农场设备制造商发展成为沼气、废水技术以及真空处理技术方面的创新专家。

Vogelsang的客户包括沼气安装运营商、农业企业、直辖市、造船厂以及无数的工业企业和德国铁路公司。

Vogelsang一直在成长,特别是自二十世纪90年代以来。员工由原先的100名增加到了全球650名,新的生产厂房建在公司总部,机器装备也在扩展。如今,在埃森,有一个面积超过14700平方米,配有最先进的自动控制生产机械的生产车间,超过500名工人在其中工作,制造Vogelsang产品。

未来趋势

Netzsch认为医疗保健和环境保护日渐重要,它们的发展将受到以下因素的推动,其中包括安全和保护措施的提高,全球范围的认证和监测,以及有效的培训。

Vogelsang先生说:“我们认为,在未来十年,服务和维护工作的优化将推动化学品泵送的发展。备件和能耗成本也将是未来几年我们考虑的另一个决定性因素。”诺尼斯先生说:“成本效益和效率永远都是至关重要的。”他还补充道:“如果就提高成本效益比率而言,对于终端用户来说,一定要审视过去保守的模式并设法创造机会尝试新方案。”

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