Melyik szivattyú forradalmasítja az alacsony hőmérsékletű folyadékszállítást? Bemutatjuk a kriogén centrifugálszivattyút

Ha olyan iparágakban dolgozik, mint az LNG-feldolgozás, a félvezetőgyártás vagy az orvosi kutatás, akkor tudja, milyen bonyolult az alacsony hőmérsékletű folyadékok mozgatása – például a folyékony nitrogén, a folyékony oxigén vagy a cseppfolyósított földgáz. Ezeknek a folyadékoknak rendkívül hidegnek kell maradniuk, és a hagyományos szivattyúk egyszerűen nem bírják a szélsőséges hőmérsékleteket anélkül, hogy meghibásodnának vagy ne veszítenék a hatékonyságukat. De az utóbbi időben egy új szivattyú fordult meg ezeken a területeken: akriogén centrifugálszivattyú. Állítólag megoldja azokat a nagy problémákat, amelyek évek óta sújtják az alacsony hőmérsékletű folyadékszállítást. De mitől különbözik annyira ez a szivattyú a korábban használtaktól? Nézzük meg közelebbről.

Először is beszéljünk arról, hogy a hagyományos szivattyúk miért hibáznak, ha kriogén folyadékokról van szó. A legtöbb szivattyú olyan anyagokból készül, amelyek törékennyé válnak, ha a hőmérséklet -100 °C alá süllyed, és a tömítéseik gyakran szivárognak, mert a hideg miatt az alkatrészek összezsugorodnak vagy meghajlanak. Ez gyakori meghibásodásokat, elpazarolt folyadékokat és még biztonsági kockázatokat is jelent – ​​mivel egyes alacsony hőmérsékletű folyadékok veszélyesek lehetnek, ha kiszabadulnak. A kriogén centrifugálszivattyú mögött álló csapat három évig tanulmányozta ezeket a kérdéseket, és több mint 300 mérnökkel és üzemvezetővel beszélgetett a világ minden tájáról, hogy kitalálják, mire van szükség.

Az első dolog, amit javítottak, az az anyagok voltak. Akriogén centrifugálszivattyúspeciális ötvözetkeveréket használ – titánötvözet a járókerékhez és rozsdamentes acél hozzáadott nikkellel a szivattyúházhoz. Ezek az anyagok még -269°C-os hőmérsékleten sem válnak rideggé (ez az abszolút nullához közeli!). Beszéltem egy LNG üzem karbantartó technikusával, aki hat hónapja használta a szivattyút, és azt mondta: "Kéthavonta cseréltük a szivattyú alkatrészeit a hideg okozta károk miatt. Ezzel? Még semmi sem tört el. Mintha észre sem venné a hideget."

Aztán ott van a tömítési rendszer – valószínűleg ez a legnagyobb fejfájás a hagyományos kriogén szivattyúkkal. A kriogén centrifugálszivattyú dupla mechanikus tömítést használ, beépített hűtőhurokkal. Ahelyett, hogy a tömítés kiszáradna vagy szivárogna, amikor lehűl, a hűtőhurok állandó hőmérsékleten tartja a tömítést, így feszes marad. Egy félvezetőgyárban, ahol jártam, minden hónapban a folyékony nitrogénjük körülbelül 5%-át vesztették el szivárgás miatt. Mióta erre a szivattyúra váltott, ez a veszteség 0,5% alá esett. Ez óriási megtakarítás – a folyékony nitrogén nem olcsó, és a pazarlás gyorsan megnő.

A hatékonyság egy másik nagy győzelem. A hagyományos centrifugálszivattyúk nagy teljesítményt veszítenek a hideg folyadékok mozgatásakor – általában csak körülbelül 60%-os hatásfokkal. De a kriogén centrifugálszivattyúnak van egy újratervezett járókereke (az a rész, amely a folyadék mozgatásához forog), amelyet úgy alakítottak ki, hogy a vastag, hideg folyadékokkal működjön. A tesztek azt mutatják, hogy 85%-os hatásfoka – ami azt jelenti, hogy kevesebb energiát használ ugyanannyi folyadék mozgatásához. Egy orvosi labor, amely folyékony oxigént használ a fagyasztókhoz, azt mondta nekem, hogy a szivattyú energiaszámlája 30%-kal csökkent, mióta váltottak. „Nem csak pénzt takarítunk meg” – mondta a laborvezető. "Kevesebb áramot is használunk, ami jobb a környezet számára. Ez mindenki számára előnyös."

A tartósság valami más, ami kiemelkedik. A csapat kemény próbáknak vetette alá a kriogén centrifugálszivattyút: 10 000 óra megállás nélküli használat -196°C-on (a folyékony nitrogén hőmérséklete), plusz 500 fűtési és hűtési ciklus (hidegről szobahőmérsékletre és vissza), hogy szimulálják a valós használatot. Mindezek után a szivattyú még mindig úgy működött, mint az új. A legtöbb hagyományos kriogén szivattyú csak körülbelül 2000 órát bír ki ilyen körülmények között. „Korábban háromhavonta le kellett állnunk az üzemet egy napra, hogy szivattyúkat cseréljünk” – mondta a szivattyút használó vegyi üzem vezetője. "Most? Egy éve nem álltunk le szivattyúproblémák miatt. Ez több gyártási időt jelent, ami több pénzt jelent számunkra."

Jelenleg a kriogén centrifugálszivattyút néhány nagynevű létesítményben használják. Egy ázsiai LNG-terminál segítségével cseppfolyósított földgázt szállítanak a tárolótartályokból a hajókba – azt mondják, hogy ez 20%-kal csökkenti a szállítási időt, mert gyorsabban tud több folyadékot szállítani. Egy űrkutatási központ folyékony hidrogén mozgatására (amely még a folyékony nitrogénnél is hidegebb) rakéta-üzemanyag-tesztekhez használja, és azt mondják, hogy a szivattyú pontossága segített abban, hogy pontosabb adatokat kapjanak kísérleteikből. „Nem engedhetünk meg magunknak hibákat rakéta-üzemanyaggal” – mondta egy kutató. „Ez a szivattyú megbízható – tudjuk, hogy minden alkalommal pontosan azt csinálja, amire szükségünk van.”

A kriogén centrifugálszivattyú mögött álló csapat sem végzett még. Azt mondták, hogy dolgoznak egy kisebb verzión olyan laboratóriumok számára, amelyeknek kis mennyiségű kriogén folyadékot kell mozgatniuk – például a biotechnológiai laboratóriumok számára, amelyek folyékony nitrogénben tárolják a mintákat. Egy intelligens monitort is adnak hozzá: egy érzékelőt, amely nyomon követi a szivattyú hőmérsékletét, nyomását és sebességét, és riasztást küld a telefonnak vagy a számítógépnek, ha valami baj van. "Szeretnénk még egyszerűbbé tenni az emberek számára a használatát" - mondta a vezető mérnök. "Senki sem akar óránként ellenőrizni egy szivattyút. A monitorral az asztalukról láthatják, hogyan működik."

A nap végén a kriogén centrifugálszivattyú megváltoztatja a játékot, mert valódi, mindennapi problémákat old meg az alacsony hőmérsékletű folyadékokkal dolgozó emberek számára. Elég szívós a hideghez, nem szivárog, kevesebb energiát használ, és tovább tart, mint bármely más szivattyú. Ahogy egyre több üzem, laboratórium és gyár próbálja ki, úgy gondolom, hogy ez lesz a kriogén folyadéktranszfer szabványa. Ez nem csak egy jobb szivattyú, hanem megkönnyíti, biztonságosabbá és megfizethetőbbé teszi a munkát. És azokban az iparágakban, ahol minden apró hiba időbe és pénzbe kerülhet, ez nagy baj.