Która pompa rewolucjonizuje transfer płynów w niskich temperaturach? Przedstawiamy kriogeniczną pompę odśrodkową

Jeśli pracujesz w branżach takich jak przetwarzanie LNG, produkcja półprzewodników lub badania medyczne, wiesz, jak trudne jest przemieszczanie płynów o niskiej temperaturze, takich jak ciekły azot, ciekły tlen czy skroplony gaz ziemny. Płyny te muszą pozostać bardzo zimne, a zwykłe pompy po prostu nie są w stanie wytrzymać ekstremalnych temperatur bez awarii lub utraty wydajności. Ale ostatnio nowa pompa przyciąga uwagę w tych dziedzinach:kriogeniczna pompa odśrodkowa. Ma to rozwiązać poważne problemy, które od lat nękają transfer płynów w niskich temperaturach. Ale co sprawia, że ​​ta pompa tak różni się od tych, których używaliśmy wcześniej? Przyjrzyjmy się bliżej.

Najpierw porozmawiajmy o tym, dlaczego zwykłe pompy zawodzą, jeśli chodzi o płyny kriogeniczne. Większość pomp jest zbudowana z materiałów, które stają się kruche, gdy temperatura spada poniżej -100°C, a ich uszczelki często przeciekają, ponieważ zimno powoduje kurczenie się lub wypaczanie części. Oznacza to częste awarie, marnowanie płynów, a nawet ryzyko dla bezpieczeństwa, ponieważ niektóre płyny o niskiej temperaturze mogą być niebezpieczne, jeśli wyciekną. Zespół odpowiedzialny za kriogeniczną pompę odśrodkową spędził trzy lata na badaniu tych kwestii, rozmawiając z ponad 300 inżynierami i kierownikami zakładów z całego świata, aby dokładnie ustalić, co jest potrzebne.

Pierwszą rzeczą, którą poprawili, były materiały. Thekriogeniczna pompa odśrodkowawykorzystuje specjalną mieszankę stopów — stop tytanu w wirniku i stal nierdzewną z dodatkiem niklu w korpusie pompy. Materiały te nie stają się kruche nawet w temperaturach tak niskich jak -269°C (to blisko zera absolutnego!). Rozmawiałem z technikiem zajmującym się konserwacją w fabryce LNG, który korzysta z pompy przez sześć miesięcy, i powiedział: "Zwykle wymienialiśmy części pompy co dwa miesiące z powodu uszkodzeń spowodowanych zimnem. W przypadku tej? Nic jeszcze nie jest zepsute. Zupełnie jakby nawet nie zauważyła zimna. "

Następnie jest system uszczelnień – prawdopodobnie największy problem związany ze zwykłymi pompami kriogenicznymi. W kriogenicznej pompie odśrodkowej zastosowano podwójne uszczelnienie mechaniczne z wbudowaną pętlą chłodzącą. Zamiast wysychać lub przeciekać, gdy robi się zimno, pętla chłodząca utrzymuje uszczelkę w stałej temperaturze, dzięki czemu pozostaje szczelna. W fabryce półprzewodników, którą odwiedziłem, co miesiąc tracili około 5% ciekłego azotu w wyniku wycieków. Od czasu przejścia na tę pompę strata spadła do mniej niż 0,5%. To ogromna oszczędność — ciekły azot nie jest tani, a jego marnowanie szybko się sumuje.

Wydajność to kolejna wielka wygrana. Zwykłe pompy odśrodkowe tracą dużo mocy podczas tłoczenia zimnych płynów — zwykle ich skuteczność wynosi tylko około 60%. Jednak kriogeniczna pompa odśrodkowa ma przeprojektowany wirnik (część, która wiruje, aby przemieszczać płyn), który jest ukształtowany tak, aby działał z gęstymi, zimnymi płynami. Testy pokazują, że jego skuteczność wynosi 85%, co oznacza, że ​​zużywa mniej energii do przemieszczenia tej samej ilości płynu. Laboratorium medyczne, które wykorzystuje ciekły tlen do zamrażarek, powiedziało mi, że od czasu zmiany rachunki za energię pompy spadły o 30%. „Nie tylko oszczędzamy pieniądze” – powiedział kierownik laboratorium. "Zużywamy także mniej energii elektrycznej, co jest lepsze dla środowiska. To korzyść dla obu stron."

Trwałość to kolejna cecha, która się wyróżnia. Zespół poddał kriogeniczną pompę odśrodkową wymagającym testom: 10 000 godzin nieprzerwanej pracy w temperaturze -196°C (temperatura ciekłego azotu) oraz 500 cykli ogrzewania i chłodzenia (od zimna do temperatury pokojowej i z powrotem), aby symulować użytkowanie w rzeczywistych warunkach. Po tym wszystkim pompa nadal działała jak nowa. Większość zwykłych pomp kriogenicznych wytrzymuje w takich warunkach jedynie około 2000 godzin. „Kiedyś co trzy miesiące musieliśmy wyłączać fabrykę na jeden dzień, aby wymienić pompy” – powiedział kierownik zakładu chemicznego korzystającego z pomp. "Teraz? Nie przestawaliśmy działać z powodu problemów z pompami przez rok. To dłuższy czas produkcji, co oznacza dla nas więcej pieniędzy."

Obecnie kriogeniczna pompa odśrodkowa jest używana w niektórych znanych zakładach. Terminal LNG w Azji wykorzystuje go do przesyłania skroplonego gazu ziemnego ze zbiorników magazynowych na statki – twierdzą, że skraca to czas przesyłu o 20%, ponieważ umożliwia szybszy przepływ większej ilości płynu. Centrum badań kosmicznych wykorzystuje ją do tłoczenia ciekłego wodoru (który jest nawet zimniejszy od ciekłego azotu) do testów paliwa rakietowego i twierdzą, że precyzja pompy pomogła im uzyskać dokładniejsze dane z eksperymentów. „Nie możemy sobie pozwolić na błędy w przypadku paliwa rakietowego” – powiedział tamtejszy badacz. „Ta pompa jest niezawodna — wiemy, że za każdym razem zrobi dokładnie to, czego potrzebujemy”.

Zespół odpowiedzialny za kriogeniczną pompę odśrodkową również jeszcze nie skończył. Powiedzieli mi, że pracują nad mniejszą wersją dla laboratoriów, które muszą transportować niewielkie ilości płynów kriogenicznych, takich jak laboratoria biotechnologiczne przechowujące próbki w ciekłym azocie. Dodają także inteligentny monitor: czujnik śledzący temperaturę, ciśnienie i prędkość pompy oraz wysyłający powiadomienia na telefon lub komputer, jeśli coś jest nie tak. „Chcemy jeszcze bardziej ułatwić ludziom korzystanie z niego” – powiedział główny inżynier. "Nikt nie chce sprawdzać pompy co godzinę. Dzięki monitorowi mogą zobaczyć, jak sobie radzi, nie ruszając się z biurka."

Ostatecznie kriogeniczna pompa odśrodkowa zmienia zasady gry, ponieważ rozwiązuje rzeczywiste, codzienne problemy osób pracujących z płynami o niskiej temperaturze. Jest wystarczająco wytrzymała na zimno, nie przecieka, zużywa mniej energii i działa dłużej niż jakakolwiek inna pompa na rynku. Myślę, że w miarę jak coraz więcej zakładów, laboratoriów i fabryk będzie tego próbowało, stanie się to standardem w transporcie płynów kriogenicznych. To nie tylko lepsza pompa — sprawia, że ​​praca jest łatwiejsza, bezpieczniejsza i tańsza. A w branżach, w których każdy najmniejszy błąd może kosztować czas i pieniądze, jest to wielka sprawa.