upit sada
Superkritični fluidi nalaze se između plina i tekućine, a to stvara praktični problem s pumpom. Ugljični dioksid, na primjer, doseže kritičnu točku na oko 31,1°C i 7,38 MPa. Iznad tih vrijednosti, to nije plin, već gusta, stlačiva tekućina. Gustoća je bliska gustoći tekućine, ali se tekućina sabija poput plina. Ovo ponašanje mijenja način na koji odabirete crpku i kako predviđate njezin učinak.
Kratak odgovor je da centrifugalna pumpa može dobro raditi za superkritične tekućine kada je tekućina gusta, a potrebni omjer tlaka umjeren. Često je kompaktniji i učinkovitiji od kompresora u tim uvjetima. Ali pumpa mora biti odabrana sa stvarnim svojstvima tekućine, jakom NPSH marginom i pažljivom strategijom brtvljenja. Pretpostavke temeljene na vodi obično će završiti kavitacijom ili niskim protokom.
Centrifugalna pumpa ili kompresor? Odaberite na temelju gustoće tekućine
Kompresori su prirodni kandidati za plinove. Centrifugalne pumpe prirodni su kandidati za tekućine. Superkritični fluidi mogu učiniti obje opcije upitnima. Odluka se obično svodi na gustoću tekućine na ulazu u pumpu i ukupni porast tlaka potreban za proces.
| Atribut | Centrifugalna pumpa | kompresor |
|---|---|---|
| Faza ulaznog fluida | Nalik gustoj tekućini | Slično plinu ili blizu kritičnog |
| Tipični omjer tlaka | Niska do umjerena | Umjereno do visoko |
| Otisak stopala | Kompaktan, posebno višestupanjski | Veći s međuhlađenjem |
| Učinkovitost | Dobar u gustoj fazi | Bolji pri višim omjerima tlaka |
| Rizik od kavitacije | Visoka bez NPSH marže | Niska |
Za superkritični ciklus CO2, pumpa često uzima struju sličnu tekućini blizu kritične točke i podiže je do radnog tlaka. Gustoća na usisnoj strani je visoka, dok je omjer kompresije relativno nizak. To je najbolje mjesto za višestupanjske centrifugalne pumpe. Kompresor bi trebao mnogo veće kućište i veću snagu da postigne isti maseni protok. Centrifugalna pumpa može proizvesti tlak kinetičkom energijom, a ne smanjenjem volumena, što je povoljno u uvjetima guste faze.
API 610 standardna kemijska pumpa za uslugu guste faze Ova API 610 centrifugalna pumpa prikladna je za superkritične CO2 usluge guste faze, nudi statičko brtvljenje kako bi se curenje svelo na najmanju moguću mjeru i podržava visokotlačne kemijske procese. Pogledajte proizvod → Izazovi projektiranja centrifugalne pumpe za superkritične uvjete rada
Stvarna svojstva tekućine su važna
Nemojte dimenzionirati crpku superkritičnog fluida sa svojstvima vode. U blizini kritične točke, gustoća, viskoznost i tlak pare brzo se mijenjaju s malim promjenama temperature i tlaka. Za ugljikov dioksid, male promjene tlaka mogu uzrokovati velike promjene gustoće. Upotrijebite jednadžbu stanja stvarnog plina ili pouzdanu bazu podataka o svojstvima kada izračunate potrebnu visinu pumpe i dostupni NPSH na usisnoj strani.
NPSH je prvi rizik
Superkritični CO2 u kritičnoj točki ima tlak pare jednak kritičnom tlaku. Ako tekućina nije pothlađena znatno ispod tog uvjeta, mali gubitak tlaka u usisnom vodu može povući tekućinu na liniju zasićenja i izazvati treptanje. Zbog toga crpka mora imati potreban niski NPSH, a usisni cjevovod mora smanjiti gubitke tlaka na minimum. Induktori i okomiti višestupanjski rasporedi mogu pomoći. Čest uzrok kvara je kavitacija uzrokovana lošom marginom NPSH. Rezultat može biti buka, vibracije, udubljenje rotora i iznenadni gubitak glave. Ako želite detaljan pristup rješavanju problema, pogledajte mehanizme kavitacije opisane u ovom vodiču .
Višestupanjski ili dizajn velike brzine
Kada je potreban ispusni tlak visok, jednostupanjska pumpa može raditi prebrzo ili imati preveliki radijalni potisak. Višestupanjska pumpa često bolje odgovara jer dijeli glavu na nekoliko impelera. To čini crpku stabilnijom i omogućuje vam da održite razumnu brzinu pumpe u radu s gustom fazom.
Vertikalna višestupanjska pumpa za visokotlačne aplikacije guste faze Idealna za visoki tlak pražnjenja, ova vertikalna višestupanjska pumpa dijeli visinu preko stupnjeva, održavajući razumnu brzinu i stabilnost u operacijama s gustom fazom. Pogledajte proizvod → Brtvljenje i zadržavanje pri visokom tlaku
Superkritični fluidi često su opasni, otrovni ili skupi. Ugljični dioksid nije otrovan, ali djeluje gušljivo, a superkritični CO2 je dobro otapalo. Crpka mora izbjegavati curenje. Standardne mehaničke brtve zahtijevaju robustan plan ispiranja brtve i još uvijek mogu emitirati male količine. Za kontinuirani servis bez nadzora postoji jak argument za pumpu bez brtvila. Pumpe s limenkom i centrifugalne pumpe s magnetskim pogonom zadržavaju tekućinu unutar pumpe bez dinamičke brtve vratila. Ovo je važno za visokotlačne procese kao i za primjene u kojima se mora izbjeći kontaminacija.
Visokotlačne procesne pumpe za rafinerije i kemijske usluge trebaju slijediti standarde API 610. A magnetska kemijska pumpa bez curenja može eliminirati rizik od curenja tekućine kroz brtvu.
Pumpa u limenci bez brtve za visokotemperaturne i visokotlačne tekućine Dizajnirana za visokotemperaturne i visokotlačne kemijske medije, ova zatvorena pumpa koristi zaštićeni motor za uklanjanje dinamičkih brtvila, sprječavajući curenje u superkritičnim procesima. Pogledajte proizvod → Uobičajene primjene centrifugalnih pumpi na superkritičnim fluidima
- Superkritična ekstrakcija CO2 za hmelj, kavu, botanička ulja, arome i farmaceutske sastojke.
- Superkritični CO2 energetski ciklusi, uključujući Braytonove cikluse gdje je radni fluid blizu kritične točke prije kompresije.
- Unaprijeđeno dobivanje nafte i cjevovodi za hvatanje ugljika gdje CO2 guste faze mora biti pod tlakom i transportiran.
- Usluga kompresibilnog etilena guste faze u petrokemijskim postrojenjima, gdje višestupanjska pumpa može smanjiti potrebu za kompresorskim sustavom.
Pumpe nisu univerzalno rješenje. Ako je tekućina pri usisavanju vrlo slična plinu, trebali biste početi s kompresorima. Ako proces zahtijeva vrlo visok tlak, ali nizak maseni protok, klipna pumpa može biti prikladnija. Centrifugalne pumpe su najkorisnije kada je tekućina gusta, protok kontinuiran, a omjer tlaka umjeren.
Popis za provjeru odabira za superkritičnu fluidnu pumpu
- Dobijte točan tlak pare, gustoću, viskoznost i kompresibilnost na ulaznoj temperaturi i tlaku pumpe. Upotrijebite jednadžbu stanja stvarnog plina za CO2 ili usporedivu metodu za druge tekućine.
- Definirajte maksimalni tlak pražnjenja, nazivnu vrijednost kućišta i nazivnu vrijednost prirubnice prije nego što od dobavljača zatražite ponudu.
- Izračunajte dostupni NPSH i držite marginu od najmanje 0,5 m do 1 m iznad potrebnog NPSH pumpe.
- Odaberite višestupanjsku ili brzu pumpu kada je ukupna visina visoka, ali je NPSH ograničen.
- Odaberite strategiju brtvljenja. Razmotrite pumpe s limenkom ili pumpe s magnetskim pogonom ako se tekućina ne može dopustiti da iscuri.
- Pregledajte topljivost, ekspanziju i kemijsku kompatibilnost materijala. Superkritični CO2 može djelovati kao otapalo i mijenjati elastomere i premaze.
- Razmotrite prijelazne procese. Crpka koja zadovoljava uvjete stabilnog stanja može se pokvariti tijekom pokretanja, isključivanja ili promjena tlaka.
Nije dovoljno odabrati pumpu s visokim naporom. Krivulja pumpe, brzina rotora, dizajn kućišta i margina NPSH moraju biti usklađeni sa stvarnom tekućinom. Pumpa koja radi za vodu često će biti pogrešan izbor za superkritični CO2. Ovo je uobičajeni rizik nabave u projektima procesnih postrojenja.
Zašto je iskustvo s opremom važno u superkritičnim projektima
Procesi s superkritičnim fluidima i dalje su izazov za mnoge inženjerske timove. Ponašanje tekućine nije isto kao voda, a radni uvjeti su blizu ruba granica faza. Proizvođač crpki koji je izradio API 610 procesne crpke, visokotlačne crpke s limenkama i vertikalne višestupanjske crpke ima bolje šanse uhvatiti detalje prije naručivanja. Proizvođač mora zajedno potvrditi NPSH marginu, hidraulički odabir i metodu zadržavanja.
Završni savjet: dajte dobavljaču pumpe maseni protok, ulaznu temperaturu, usisni tlak i ispusni tlak koristeći stvarna svojstva tekućine. To je jedini način da dobijete ispravnu centrifugalnu pumpu za superkritične tekućine.
TOP