Bombas Criogênicas| Projetar, instalar e manter
Prefácio
Com o desenvolvimento da indústria química, particularmente a ascensão da indústria química de carvão como um substituto para o petróleo nos últimos anos, o equipamento de separação de ar está tendendo para escalas maiores, maiores níveis de pressão de produto gasoso, mais produtos líquidos, maior pureza do produto, menores custos operacionais e operação estável e confiável do equipamento. Em processos de separação de ar, compressão interna e processos de produção de argônio sem hidrogênio comumente empregam bombas de líquido criogênico (doravante denominadas bombas de líquido criogênico) como bombas de processo e bombas de produção. As bombas de líquido criogênico desempenham um papel crucial em processos de separação de ar, e sua condição operacional afeta diretamente se todo o processo de separação de ar pode atender às metas de projeto.
Como fornecedor líder da indústria de equipamentos de gás criogênico,Zoiun Fluid & Gas Equipment Co., Ltd.acumulou ampla experiência no projeto e aplicação de bombas de líquido criogênico. Atualmente, fornecemos equipamentos que atendem aos padrões internacionais para garantir uma operação eficiente e estável. Devido à lacuna tecnológica entre produtos nacionais e estrangeiros, as bombas de líquido criogênico nacionais são normalmente usadas em aplicações de alta pressão, baixo fluxo ou baixo fluxo e alta pressão, enquanto as plantas de separação de ar com capacidades acima de 20,000 Nm³/h geralmente usam marcas estrangeiras de bombas de líquido criogênico.
Marcas estrangeiras comuns incluem CRYOSTAR, CRYOMEC e ACD. Bombas de líquido criogênico são geralmente classificadas em bombas verticais e horizontais com base em sua estrutura. Bombas horizontais são usadas principalmente para líquidos de baixa vazão, como bombas de argônio, bombas de oxigênio em pequenas unidades de separação de ar e bombas de enchimento. Bombas de líquido criogênico verticais são usadas principalmente em unidades de separação de ar por compressão interna com vazões relativamente grandes, como grandes bombas de processo de separação de ar. Este artigo se concentrará em bombas verticais.
Projeto de Engenharia de Bombas de Líquidos Criogênicos
Princípios de Design
>Os processos de separação de ar envolvem bombas de oxigênio líquido, bombas de argônio líquido, bombas de nitrogênio líquido e, às vezes, bombas de enchimento, todas projetadas com uma em uso e uma em espera. Para facilitar a instalação, manutenção e segurança, cada bomba de líquido é feita com uma caixa fria separada, colocada fora da caixa fria principal da unidade de separação de ar. Para facilitar a manutenção, uma divisória é usada para separar as duas bombas, com o painel feito de Q235B e reforçado com seções em locais apropriados. No processo de design e fabricação,Zoiun Fluid & Gas Equipment Co., Ltd.garante resistência estrutural ao mesmo tempo em que considera totalmente a conveniência de operação e manutenção.
>A CRYOSTAR usa uma estrutura de flange para o suporte superior de suas bombas. O Kaifeng Air Separation Group Research Institute usa uma placa de aço de 30 mm de espessura para abrir um furo na parte superior da pequena caixa fria, enquanto a ACD geralmente faz um suporte separado para atender aos requisitos estruturais. Os suportes de equipamento e suportes de tubo usados na caixa interna são todos feitos de aço inoxidável para garantir a resistência do material em ambientes criogênicos. A fita elástica de PTFE é usada como uma almofada na conexão entre a tubulação criogênica e o suporte do tubo. Usar um suporte com uma abertura de placa de aço de 30 mm de espessura pode vedar melhor a caixa fria da bomba, evitando a troca de calor entre o ar úmido externo e o ar dentro da caixa fria, melhorando assim o efeito de isolamento da caixa fria.ZoiunOs engenheiros também adotaram medidas semelhantes no projeto de caixas frias para garantir que nossos equipamentos operem de forma estável sob temperaturas extremamente baixas.
>A linha de descarga de líquido na entrada da bomba deve ser conduzida para fora do topo da tubulação. Como a tubulação de gás de aquecimento da bomba é instalada na tubulação de saída da bomba, um filtro deve ser instalado. A tubulação de gás de aquecimento da bomba também deve ser conduzida para fora do topo da tubulação. Os suportes para as tubulações de entrada e saída da bomba devem ser capazes de suportar o estresse causado pela contração das tubulações dentro da caixa fria e atender aos requisitos de suporte do fabricante da bomba.Zoiunpresta atenção especial à racionalidade do layout da tubulação durante o projeto do equipamento para garantir a estabilidade do equipamento sob diversas condições de trabalho.
>Uma válvula de segurança é adicionada após a válvula de entrada da bomba, com o nível de pressão alterado para 5 barg (1 bar=10^5 Pa).
>Um gasoduto de retorno precisa ser instalado para a bomba, que pode ser diretamente ventilado ou retornado para a caixa fria. Se retornado para a caixa fria, o gasoduto de retorno deve sempre manter uma inclinação ascendente. Muitos locais não seguem os desenhos durante a configuração do gasoduto, resultando na falha da bomba de líquido criogênico em iniciar normalmente, mesmo formando uma vedação de líquido. Nos últimos anos, retornar o gás do produto vaporizado para a coluna de destilação para reduzir o desperdício do produto e melhorar as taxas de extração tornou-se uma prática comum. As soluções fornecidas porZoiunconsidere totalmente o projeto do gasoduto de retorno para garantir um retorno suave do gás e minimizar o desperdício do produto.
>A pressão da fonte de gás de vedação da bomba deve ser pelo menos 3 barg maior que a pressão de entrada da bomba, mas não deve exceder 15 barg.
>Um manômetro local deve ser instalado antes da vedação do gasoduto.
>Um ar condicionado deve ser instalado na sala do inversor, pois a temperatura ambiente de operação do inversor deve ser inferior a 40 graus.
>Um protetor solar deve ser adicionado acima da bomba para evitar que a luz solar direta faça com que a temperatura do mancal do motor aumente muito.
>O alojamento do motor deve ser aterrado no local para atender aos requisitos de aterramento do motor.
Instalação de Bombas de Líquido Criogênico
Requisitos de instalação
>Todas as válvulas, tubos e conexões de tubos devem estar limpos, secos e livres de óleo antes da instalação. Se o fabricante já os tiver desengordurado e eles não tiverem sido contaminados, o desengorduramento não é necessário durante a instalação. Se houver contaminação por óleo, o desengorduramento é necessário. O procedimento de limpeza e desengorduramento para tubos de liga de alumínio é o seguinte: lavagem alcalina → enxágue com água limpa → passivação com ácido nítrico → enxágue com água limpa → desengorduramento → enxágue com água limpa. Antes do desengorduramento, os detritos e o lixo dentro da tubulação devem ser removidos. O solvente tetraclorometano não deve ser usado como desengordurante; o solvente tricloroetileno ou percloroetileno deve ser usado em vez disso.
>As válvulas frias dentro da caixa fria da bomba de líquido criogênico devem ser instaladas simultaneamente com seus suportes correspondentes. A haste da válvula de líquido criogênico deve inclinar para cima em 10-15 graus. Ao soldar o tubo e o corpo da válvula, a válvula deve ser fechada primeiro, e medidas de resfriamento devem ser tomadas para garantir que a temperatura de soldagem não exceda a temperatura necessária. Ao instalar a válvula, a direção da seta no corpo da válvula deve se alinhar com a direção do fluxo do líquido, e deve-se prestar atenção à instalação correta da válvula.
>A distância paralela entre o tubo de aquecimento e o tubo de líquido criogênico ou a parede do recipiente de líquido deve ser de pelo menos 300 mm, e a distância de cruzamento deve ser de pelo menos 200 mm.
>A distância entre a parede externa da tubulação e a parede interna da estrutura de aço da caixa fria deve ser: não inferior a 400 mm para tubos de líquido criogênico e não inferior a 300 mm para tubos de gás criogênico.
>Ao lidar com tubos de alumínio, não devem ser utilizadas ferramentas enferrujadas, e sim uma escova de aço inoxidável.
>O desvio do nível de instalação longitudinal da bomba instalada não deve exceder {{0}}.10/1000, e o desvio do nível de instalação transversal não deve exceder 0,20/1000. O desvio deve ser medido nas superfícies de flange de entrada e saída da bomba ou outras superfícies horizontais.
>Todas as conexões fixas devem ser firmes, e todos os instrumentos de exibição, dispositivos de proteção de segurança e dispositivos de controle elétrico devem ser sensíveis, precisos e confiáveis.
Procedimentos de comissionamento para bombas de líquidos criogênicos
Processo de comissionamento
>Meça o isolamento do motor e o valor deve ser maior que 100 MΩ; caso contrário, a causa deve ser identificada e tratada.
> Abra a tubulação na frente do filtro de gás de vedação para soprar a tubulação de gás de vedação. A pressão no local do gás de vedação deve ser de 5-100 bar, e o requisito do ponto de orvalho está abaixo de -65 grau. Ajuste a pressão do medidor de gás de vedação: a pressão de entrada deve ser 0.2 bar maior que a pressão de referência, a pressão de referência deve ser 0.2 bar maior que a pressão de saída, e a pressão do gás de purga do corpo intermediário deve ser 0.2 bar.
>Feche as válvulas de entrada e saída da bomba, abra a válvula de aquecimento de entrada e a válvula de ventilação de saída para purgar o corpo da bomba e as tubulações de conexão e meça o ponto de orvalho do gás descarregado da válvula de purga de saída, que deve estar abaixo de -65 graus. O tratamento de desumidificação da voluta da tubulação deve ser realizado conforme exigido pelo processo.
>A rotação manual deve ser fácil.
>Após o ponto de orvalho atingir o requisito, feche a válvula de aquecimento de entrada, abra a válvula de ventilação no grupo de três válvulas na tubulação de gás de aquecimento, abra a válvula de entrada da bomba, as válvulas de ventilação de entrada e saída, a válvula de retorno do corpo da bomba e a válvula de ventilação do corpo da bomba e comece a resfriar a bomba.
>Quando as válvulas de ventilação de entrada e saída da bomba descarregam líquido, e o tempo excede 4 horas, a rotação manual deve ser fácil. Verifique se a direção da bomba está correta (veja a seta na tampa da extremidade do motor).
>Abra totalmente a válvula de entrada e a válvula de retorno da bomba, reconfirme se as válvulas de ventilação de entrada e saída da bomba e a válvula de ventilação do corpo da bomba descarregam apenas líquido, sem mistura gás-líquido.
>Da mesma forma, a rotação manual deve ser fácil neste momento.
>Feche a válvula de ventilação de saída da bomba, feche gradualmente a válvula de ventilação de entrada da bomba e a válvula de ventilação do corpo da bomba, ligue a bomba, acelere gradualmente e feche a válvula de retorno.
>Ao se aproximar do ponto de operação nominal da bomba, feche a válvula de purga de entrada da bomba (a válvula de entrada da bomba deve estar totalmente aberta).
>Continue a aumentar a velocidade e feche lentamente a válvula de retorno da bomba (não feche totalmente a válvula de retorno da bomba). Até que a velocidade da bomba, a pressão de saída e a vazão atinjam valores apropriados, feche a válvula de ventilação do corpo da bomba.
>Recomenda-se abrir a válvula de ventilação da bomba por 10 segundos ou até que o líquido saia a cada 4 horas quando a bomba não estiver isolada.
Precauções durante a operação diária
Recomendações de manutenção
Se for detectada cavitação, a bomba deve ser parada e inspecionada, e reiniciada após reaquecimento e resfriamento da bomba. Sinais de cavitação incluem:
1. Flutuação da pressão de referência no medidor de gás de vedação da bomba.
2. Pressão de saída instável quando a velocidade da bomba e as válvulas da tubulação permanecem inalteradas.
3. Diminuição contínua da pressão diferencial entre a entrada e a saída quando a velocidade da bomba não cai.
4. Nenhuma alteração na pressão de saída quando a velocidade da bomba aumenta e a válvula de saída permanece inalterada.
5. A pressão diferencial não aumenta quando a velocidade da bomba aumenta para 1000 r/min durante a inicialização.
6. Ouvir um som agudo vindo do corpo da bomba ou vibração significativa no local.
7. Recomenda-se desmontar e limpar o filtro de entrada da bomba cerca de uma semana após a operação inicial.
8. Os mancais do motor devem ser lubrificados regularmente de acordo com o modelo do motor, com o mesmo tipo de lubrificante utilizado, não sendo permitida a mistura de lubrificantes diferentes.
9. A rotação manual deve ser realizada antes de cada partida da bomba para garantir uma rotação suave sem travamento.
10. Se o impulsor girar e a pressão atrás da bomba for 0, ou se a bomba for reparada, será necessário reaquecimento e purga do corpo da bomba e das tubulações, e o ponto de orvalho deverá ser medido abaixo de -65 graus antes da inicialização.
Conclusão
Este artigo resume as experiências relacionadas ao projeto, instalação, comissionamento e operação de bombas de líquido criogênico. Como a equipe técnica deZoiun Fluid & Gas Equipment Co., Ltd., estamos comprometidos em fornecer equipamentos de bomba de líquido criogênico eficientes e estáveis para nossos clientes e acumular continuamente experiência em aplicações práticas. Esperamos que essas recomendações possam ajudar o pessoal de engenharia e técnico a melhorar a eficiência e a estabilidade das bombas de líquido criogênico. A adesão estrita aos detalhes e especificações técnicas na engenharia real terá um impacto significativo na operação e no desempenho de longo prazo do equipamento.
