запрос сейчас
English
русский
عربى
Сверхкритические жидкости находятся между газом и жидкостью, и это создает практическую проблему с насосом. Например, углекислый газ достигает своей критической точки при температуре около 31,1°C и давлении 7,38 МПа. Выше этих значений это не газ, а плотная сжимаемая жидкость. Плотность близка к жидкости, однако жидкость сжимается как газ. Такое поведение меняет способ выбора насоса и прогнозирования его производительности.
Короткий ответ: центробежный насос может хорошо работать с сверхкритическими жидкостями, когда жидкость плотная и требуемая степень давления умеренная. В таких условиях он зачастую более компактен и более эффективен, чем компрессор. Но насос должен выбираться с учетом реальных свойств жидкости, высокого запаса NPSH и тщательно продуманной стратегии уплотнения. Предположения, основанные на воде, обычно заканчиваются кавитацией или низким расходом.
Центробежный насос или компрессор? Выбирайте в зависимости от плотности жидкости
Компрессоры являются естественными кандидатами на газы. Центробежные насосы являются естественными кандидатами на роль жидкостей. Сверхкритические жидкости могут поставить под сомнение оба варианта. Решение обычно сводится к плотности жидкости на входе насоса и общему повышению давления, необходимому для процесса.
| Атрибут | Центробежный насос | Компрессор |
|---|---|---|
| Входная жидкая фаза | Плотная жидкость, похожая на | Газоподобный или близкий к критическому |
| Типичный коэффициент давления | От низкого до умеренного | От умеренного до высокого |
| След | Компактный, особенно многоступенчатый | Больше с промежуточным охлаждением |
| Эффективность | Хорошо в плотной фазе | Лучше при более высоких степенях давления |
| Кавитационный риск | Высокий без запаса NPSH | Низкий |
В сверхкритическом цикле CO2 насос часто отбирает жидкий поток вблизи критической точки и поднимает его до рабочего давления. Плотность на стороне всасывания высокая, а степень сжатия относительно низкая. Это лучшее место для многоступенчатого центробежного насоса. Компрессору потребуется гораздо больший корпус и более высокая мощность для достижения того же массового расхода. Центробежный насос может создавать давление за счет кинетической энергии, а не за счет уменьшения объема, что благоприятно в условиях плотной фазы.
Стандартный химический насос API 610 для работы с плотной фазой Этот центробежный насос API 610 подходит для работы с плотной фазой сверхкритического CO2, обеспечивает статическое уплотнение для минимизации утечек и поддерживает химические процессы под высоким давлением. Посмотреть продукт → Проблемы проектирования центробежного насоса для сверхкритических условий
Реальные свойства жидкости имеют значение
Не выбирайте насос для сверхкритической жидкости со свойствами воды. Вблизи критической точки плотность, вязкость и давление пара быстро изменяются при небольших изменениях температуры и давления. Для углекислого газа небольшие изменения давления могут вызвать большие изменения плотности. Используйте уравнение состояния реального газа или надежную базу данных свойств при расчете требуемого напора насоса и доступного NPSH на стороне всасывания.
NPSH — первый риск
Сверхкритический CO2 в критической точке имеет давление пара, равное критическому давлению. Если жидкость не переохлаждена значительно ниже этого состояния, небольшая потеря давления во всасывающей линии может перетянуть жидкость на линию насыщения и вызвать вспыхивание. Вот почему насос должен иметь низкий NPSH, а всасывающий трубопровод должен сводить к минимуму потери давления. В этом могут помочь индукторы и вертикальные многоступенчатые устройства. Распространенной причиной отказа является кавитация, вызванная плохим запасом NPSH. Результатом может стать шум, вибрация, точечная коррозия рабочего колеса и внезапная потеря напора. Если вам нужен подробный подход к устранению неполадок, см. механизмы кавитации, описанные в этом руководстве .
Многоступенчатое или высокоскоростное проектирование
Когда требуемое давление нагнетания велико, одноступенчатый насос может работать слишком быстро или иметь слишком большую радиальную тягу. Многоступенчатый насос часто подходит лучше, поскольку он разделяет напор на несколько рабочих колес. Это делает насос более стабильным и позволяет поддерживать разумную скорость насоса в условиях плотной фазы.
Вертикальный многоступенчатый насос для работы с плотной фазой под высоким давлением Этот вертикальный многоступенчатый насос идеально подходит для высокого давления нагнетания, разделяя напор между ступенями, поддерживая разумную скорость и стабильность при работе с плотной фазой. Посмотреть продукт → Герметизация и сдерживание при высоком давлении
Сверхкритические жидкости часто опасны, токсичны или дороги. Углекислый газ не токсичен, но удушает, а сверхкритический CO2 является хорошим растворителем. Насос должен избегать утечек. Стандартные механические уплотнения требуют надежного плана промывки уплотнений и все равно могут выделять небольшие количества. Для непрерывного обслуживания без присмотра существует веский аргумент в пользу насоса без уплотнений. Герметичные насосы и центробежные насосы с магнитным приводом удерживают жидкость внутри насоса без динамического уплотнения вала. Это важно для процессов под высоким давлением, а также для применений, где необходимо избегать загрязнения.
Технологические насосы высокого давления для нефтеперерабатывающих и химических предприятий должны соответствовать стандартам API 610. А Магнитный химический насос с нулевой утечкой может исключить риск утечки жидкости через уплотнение.
Бессальниковый герметичный насос для высокотемпературных жидкостей под высоким давлением В этом герметичном насосе, предназначенном для работы с химическими средами с высокой температурой и высоким давлением, используется экранированный двигатель, позволяющий исключить динамические уплотнения и предотвратить утечки в сверхкритических процессах. Посмотреть продукт → Общие применения центробежных насосов для сверхкритических жидкостей
- Сверхкритическая CO2-экстракция для хмеля, кофе, растительных масел, ароматизаторов и фармацевтических ингредиентов.
- Сверхкритические энергетические циклы CO2, включая циклы Брайтона, в которых рабочая жидкость находится вблизи критической точки перед сжатием.
- Трубопроводы повышенной нефтеотдачи и улавливания углерода, по которым плотная фаза CO2 должна находиться под давлением и транспортироваться.
- Применение сжимаемого этилена в плотной фазе на нефтехимических заводах, где многоступенчатый насос может снизить потребность в компрессорной системе.
Насосы не являются универсальным решением. Если жидкость на всасывании очень газообразна, следует начать с компрессоров. Если процесс требует очень высокого давления, но низкого массового расхода, более подходящим может оказаться плунжерный насос. Центробежные насосы наиболее полезны, когда жидкость плотная, поток непрерывный и соотношение давлений умеренное.
Контрольный список выбора насоса для сверхкритической жидкости
- Получите точные данные о давлении пара, плотности, вязкости и сжимаемости при температуре и давлении на входе насоса. Используйте уравнение состояния реального газа для CO2 или аналогичный метод для других жидкостей.
- Определите максимальное давление нагнетания, номинал корпуса и номинал фланца, прежде чем обращаться к поставщику с просьбой предоставить ценовое предложение.
- Рассчитайте имеющийся NPSH и оставьте запас по крайней мере на 0,5–1 м выше требуемого NPSH насоса.
- Выбирайте многоступенчатый или высокоскоростной насос, если общий напор высокий, но NPSH ограничен.
- Выберите стратегию уплотнения. Если нельзя допустить утечки жидкости, рассмотрите герметичные насосы или насосы с магнитным приводом.
- Проверьте материалы на растворимость, расширение и химическую совместимость. Сверхкритический CO2 может действовать как растворитель и изменять эластомеры и покрытия.
- Учитывайте переходные процессы процесса. Насос, который удовлетворяет установившимся условиям, может выйти из строя во время запуска, остановки или перепадов давления.
Недостаточно выбрать насос с высоким напором. Кривая насоса, скорость рабочего колеса, конструкция корпуса и запас NPSH должны соответствовать фактической жидкости. Насос, работающий на воде, часто оказывается неправильным выбором для сверхкритического CO2. Это распространенный риск при закупках в проектах перерабатывающих предприятий.
Почему опыт работы с оборудованием имеет значение в сверхкритических проектах
Процессы сверхкритических жидкостей по-прежнему представляют собой сложную задачу для многих инженерных команд. Поведение жидкости отличается от поведения воды, а условия эксплуатации находятся вблизи границы фазовых границ. Производитель насосов, выпускающий технологические насосы API 610, герметичные насосы высокого давления и вертикальные многоступенчатые насосы, имеет больше шансов уловить детали до того, как вы сделаете заказ. Производитель должен одновременно подтвердить запас NPSH, выбор гидравлики и метод локализации.
Последний совет: сообщите поставщику насоса данные о массовом расходе, температуре на входе, давлении всасывания и давлении нагнетания, используя реальные свойства жидкости. Это единственный способ получить правильный центробежный насос для сверхкритических жидкостей.
АНГЛ
ТОП