שאיבת נוזלים חמים 

הקדמה:

הרבה שימושים בתעשיה דורשים שאיבת נוזלים בטמפרטורה ולחץ גבוה, ומחייבים בחינת אמינות התהליך ובטיחות המפעילים. בחירה נכונה של המשאבה והפעלתה, מהווה את לב לבה של כל תהליך הכולל נוזל חם ולכן, כדאי להכיר את המשמעויות הרבות של הרכיבים והתהליכים הכרוכים בהפעלת משאבה בשימוש זה.

טמפרטורה חמה:

המלצות בשימוש טמפרטורה גבוהה ביחס לנוזלים שונים וחומרי מבנה, מתקבלות בדרך כלל מיצרנים שונים של משאבות ואין לראות זאת כהכללה לכל תחום זה, מכיוון שכל יצרן שכזה עושה את הבדיקות – שאת תוצאותיה הוא מפרסם, בשיטות שונות. חשוב שאת ההמלצות לגבי בחירת המשאבה המתאימה וחומרי המבנה שלה, תקבל מיצרן המשאבות שאתה עובד מולו, בכל הקשור לפעולה עם נוזלים חמים.

כיצד מוגדר חום:

 אפליקציה של נוזלים חמים מוגדרת כשתחום טמפרטורת הנוזל הנשאב הוא בין 107 מעלות צלסיוס ל – 425 מעלות. תחום זה הוא המקובל בתעשיית התהליך הכימית. כמובן שקיימות אפליקציות לטמפרטורות גבוהות מאלו שצויינו מעלה – כמו שאיבת מתכות נוזליות – אך הן אינן נמצאות בתחום המאמר הנוכחי.

למה לשאוב חום:

 חומר ונוזל תהליכי, מחוממים מאחת - או יותר, מהסיבות הבאות:

• הנוזל הינו מוצק – או חצי מוצק, בטמפרטורת הסביבה ולכן, החימום מאפשר להעביר, להשתמש או לבצע תהליך כלשהו, בקלות יחסית, כשהוא זורם. לדוגמא: אספלט וגופרית מחוממים ל – 150 עד 177 מעלות, או עופרת לטמפרטורה של 288 ועד 343 מעלות צלסיוס.

***
• הנוזל מעורב בתגובה כימית שמשתמשת בחום כזרז, כגון: מיחזור סולבנטים בייצור סויה, פיצוח נפט בזיקוק, חימום חומצה קאוסטית בסטרליזציה.
• הנוזל נמצא במערכת סגורה המעבירה חום למיכל תהליכי. מרבית השימושים הללו נעשות בתחום טמפרטורה של 288 ועד 343 מעלות צלסיוס.

נוזלים חמים הינם שונים:

 התכונות הפיזיקליות של מרבית הנוזלים משתנים כשהם מחוממים. יש כמובן יוצאים מן הכלל, אך בדרך כלל:

• הנוזלים הופכים להיות יותר קורוזיביים. חומרי המבנה למשאבות שיעבדו עם נוזלים חמים, צריכים להיות שונים מאלו שתוכננו לטמפרטורת סביבה.
• לחץ האדים גדל. זה מגדיל את הסיכוי לקוויטציה במשאבה ודורש עומד נוזל גבוה יותר ביניקה. היות ועומד נוזל נטו במשאבה, נגזר גם ממהירות סיבובי המשאבה, מומלץ לבחור משאבה גדולה מהרגיל ובמהירות סיבוב נמוכה מהרגיל.
• צמיגות הנוזל קטנה. זה כמובן מצד אחד מקטין את הפסדי העומד אך מצד שני, מגדיל את הפסדי הספיקה שבתוך המשאבה כתוצאה מהחלקה פנימית במשאבה, עקב המרווחים הטבעיים שבמשאבה.
• נוזלים בעלי נקודת הצתה נמוכה מהווים סכנה, במצב של חימום.

בחירת סוג המשאבה

לאחר הבנת התכונות הפיזיקליות של הנוזל וחומרי מבנה המשאבה בטמפרטורה גבוהה, בחירת עקרון הפעולה של המשאבה המתאימה ביותר לאפליקציה תיעשה כפי שנעשית לנוזלים בטמפרטורת סביבה. מספר עקרונות שאיבה יכולים להשלל מיידית בטיפול בנוזלים חמים לאור תכונות של חומרי מבנה פנימיים של המשאבות השונות. לדוגמא: מגבלות טמפרטורה לאלסטומרים של מעל 180 מעלות, מונעים שימוש במשאבות דיאפרגמה, פריסטלטיות ובורגיות אקסנטריות.

עבור שימושים שבהם הנוזל מחומם כדי לאפשר זרימתו, ניתן להשתמש במשאבות צנטרפוגליות ומסוג PD(פוזיטיביות) בהצלחה. אם הלחץ הנדרש נמוך או הנוזל מסוג של בוצה, משאבה צנטרפוגלית תהיה הבחירה המתאימה. אם הנוזל צמיג ו/או רגיש לגזירה, אם הספיקה חייבת להיות קבועה לעומת שינויי לחץ, או אם הלחץ בינוני עד גבוה, משאבה מסוג PD תהיה הבחירה המתאימה. משאבות גלגלי שיניים עמידות בהעברת נוזלים בלחץ גבוה ובדרך כלל נמצאות בשימוש כשמשאבות PD הן הבחירה הנכונה.

• הזרקת נוזל או מינונו לתהליך, מחייב שימוש במשאבה PD כדי לאפשר זרימה חלקה וקבועה, גם בלחץ נמוך או גבוה.
• סחרור HTO דורש לעיתים את הזרימה הקבועה של משאבה PDלוודא העברה הומוגנית של החום.
• מספר יצרנים ממליצים להפעיל המשאבה במהירות נמוכה כדי להפחית ההשפעות של הנוזלים שאינם עם תכונות סיכה טובות, על המשאבה. הפעלת המשאבה במהירות נמוכה, מאריכה את חייה.
• חשוב לעבוד עם יצרנים אשר מומלצים לסוג שימוש זה ומותאמים לטמפרטורות המעורבות. קיים סיכון בשימוש עם משאבות אוניברסליות הנמצאות על המדף לכל מטרה, ושהספק אינו מקצוען.

חומרי מבנה המשאבה:

 כל יצרן משאבות מבסס את הגבלות השימוש מבחינת הטמפרטורות המותרות, על נסיונו ועל תכנון מתאים של ייצור המשאבה לשימושים אלו. יצרן מסוים מדרג את תחומי הטמפרטורה המותרים למשאבות ברזל עד 343 מעלות, למשאבות פלדה ופלב"מ עד 425 מעלות צלסיוס. זהירות מרבית צריכה להינקט כשמשאבת ברזל מופעלת בטמפרטורת 340 מעלות היות ועקב שוק טרמי, הברזל עלול להסדק. חומרי מבנה של משאבות מפלסטיק או חומרים מרוכבים, עשויים להתאים לטמפרטורות נמוכות יותר, עד כ – 150 מעלות. על פי מגוון חומרי המבנה, הדבר הבא שיש לעשות הוא לבחון את ההרכב הכימי של הנוזל המועבר. לאור הגידול בקורוזיביות של רוב הנוזלים החמים, יש לוודא שחומרי המבנה של המשאבה יכולים לעמוד ברמה זו. אם הנוזל כולל חלקיקים שוחקים – כגון תוספי סיד לאספלט גגות, יש להשתמש בחומרים מוקשים באיזורים הקריטיים במשאבה. כשמעבירים מוצקים או חצי מוצקים כשהם חמים, יש לבדוק מה יקרה בסיום האפליקציה כשהמשאבה מפסיקה לפעול והנוזל מתקרר. רוב המשאבות לשימושים אלו כוללות פתחי וחללי חימום שמאפשרים העברת נוזל חם דרכם לפני הפעלת המשאבה ולגרום להנזלת המוצק / חצי מוצק שבתוכה. בנוסף, יש חשיבות שאיזור האטימה של המשאבה יחומם, היות והאטם ייהרס במהירות כשהנוזל לא יהיה במצב זורם כשהמשאבה מתחילה לפעול. אפשרות אחרת לחימום חלקי המשאבה לפני הפעלתה היא ליפוף סרטי חימום חשמליים חיצונית על המשאבה.

ללא קשר לצורת חימום המשאבה, יש חשיבות עליונה לוודא שהנוזל בתוך המשאבה נמצא במצב נוזל לפני הפעלתה.

חומרי מבנה מיוחדים למשאבה:

 בנוסף לכל הנקודות שלעיל, להלן נושאים נוספים שיצרני משאבות שוקלים בעת התאמת משאבה לעבודה עם נוזלים חמים:

• חלקים המורכבים בלחיצה – לעיתים שימוש בשני חלקים הנלחצים יחדיו(PRESSED) משני חומרים שונים, עלולים לגרום חופש יתר, או לחילופין, לחץ גבוה ביניהם, כתוצאה ממקדמי התפשטות טרמיים שונים.
• מרווחי ייצור גבוהים – היות ובזמן התחממות, צפויה דפורמציה של החלקים, יש לוודא מרווחים גדולים יותר (EXTRA CLEARANCE) במשאבה – במיוחד ב – PD, אשר מבוססת על טולרנסים פנימיים הדוקים אשר מתפקדים כחלק מהאטימה בין צד היניקה לצד הסניקה.
• האלסטומרים והאטמים השונים, חייבים להיות מתאימים לטמפרטורה הדרושה ויותר מכך.
• קפיצים הנמצאים בשסתומי הפריקה, אטמים וכדומה, חייבים להתאים לטמפרטורה הדרושה. לעיתים כושר הקפיץ יורד משמעותית בטמפרטורות גבוהות ועלול לגרום לכישלון המשאבה כולה.
• תותבי החלקה מהווים אתגר לפעולה בטמפרטורות גבוהות. חומרי מבנה של תותבי ההחלקה, חייבים אף הם להתאים לטמפרטורת העבודה, יחד עם המרווחים הקיימים בזמן הייצור.
• מיסבים מוגבלים לטמפרטורה מקסימלית של 107 מעלות ולכן הם חייבים להיות ממוקמים רחוק ככל האפשר ממקור החום. מומלץ שהסיכה שלהם תותאם אף היא לטמפרטורות הגבוהות.
• במקרים של נוזלים נפיצים ו/או דליקים, יש לשקול הנעה מוגנת פיצוץ.

אטימה:

אטימת ציר סובב מתוך משאבה, בטמפרטורת סביבה, היא פשוטה. למעשה, תודות לטכנולוגיה החדשה והקידמה של האטמים, קל למצוא פתרון לטמפרטורות של עד 230 מעלות צלסיוס. משאבות עם אטמי חבלים יכולות לפעול עד 425 מעלות. ניתן להתקין אטמים מכניים מסוג טפלון – ללא קירור, עד טמפרטורות 260 מעלות. באטמים כאלו עם קירור, ניתן להגיע אף עד 400 מעלות. אטמים חדשניים מסוג קרטרידג' , מציגים יכולות מרשימות אף ללא צורך בקירור, בטמפרטורות של 400 מעלות. אפשרות נוספת היא שימוש באטמים כפולים או עם פתחי שטיפה. אחד הפתרונות החדשים הוא משאבה עם הנעה מגנטית, אשר יכולה להתמודד עם נוזלים עד 260 מעלות. קיימים מנועים אטומים אשר מאפשרים פעולה של 425 מעלות.

סיכום:

שימוש במשאבות עם נוזלים חמים, מאופיין בהרבה אפליקציות בתעשיה, ומרביתם מהווה לב התהליך ולכן, אמינותה של המשאבה מהווה שיקול קריטי בבחירתה והסתמכות עליה. יש לזכור כי כשלון משאבה עלול לגרום מצד אחד נזקים כספיים עקב עצירת הייצור, אך מצד שני עלול לגרום נזקים גופניים לעובדים כתוצאה מנזילות או פריצת אטמים במשאבה ומגע בין הנוזל החם לעורו החשוף של מי מהעובדים הקרובים למקום פעולת המשאבה. לאור כל הסכנות והחשיבות בבחירה נכונה של משאבה, יש להקפיד לפנות לספקי ציוד מקצועיים אשר המשאבות המוצעות, מותאמות לפעולה עם נוזלים חמים ויצרן המשאבות מכיר ופועל זמן רב בשוק זה.