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有害液体的转移

  • 使用危险化学品的隐患
  • 轴密封泵的局限性
  • 无泄漏泵送解决方案

如果化学品有毒,腐蚀性强或易挥发,则将其视为危险化学品。化学品具有危险性的几个原因包括:影响人体健康、因严重危害而引起诉讼、污染环境和食物链,如农药等。

在工业场所,化学品的危险性会直接影响工作人员、所采用的流程和工厂设备的安全和可靠性。本文介绍了各种泵送注意事项,以确保各种危险化学品的使用安全。 

化学品的危险性  

许多化学品和溶剂  用于各种消费品的生产和工业工序中。这些化学品可作为生产工艺的一部分,用于 化学处理, 制药工业或废水处理中。化学品也可用于清洗,处理或加工金属酸洗过程中的产品或清洗采用食品卫生工艺(例如CIP工艺中的氢氧化钠)的设备。化学品也可作为甲苯或甲基苯等溶液的组成部分使用,通常用于如超效黏合剂等的粘合剂的溶剂中。若吸入这些溶剂,则会对中枢神经系统造成影响,例如容易健忘,而这是引发癌症的已知因素。

硫酸作为工业常用酸,用于肥料生产和汽车电池的电解液中。硫酸若与皮肤接触,则会引起严重烧伤;因此,建立一套消除泵送化学品泄漏风险的生产工艺,这非常重要。

化学品的本底滞留影响也不可忽视。例如盐酸可以腐蚀眼睛、牙釉质和呼吸系统,对员工的健康造成长期危害。如果化学品毒性大,例如 氢氟酸丙酮 等挥发物,则为了确保工厂的整体安全,尽可能地减小化学蒸气的滞留影响,这至关重要。

化学品通常装入桶或容器中,然后送至工厂,然后将其运送到生产区的反应器,储罐或生产线上。在生产过程中,化学品被稀释,与其他化学品或悬液固体物混合。当化学品与不同种类的材料混合时,可能需要通过过滤系统回收原来的化学品。由于这些化学品对当地的环境构成威胁,因此需要采用降低或完全消除泄漏或事故风险的使用方式。

无泄漏操作和介质的控制

密封系统是确保泵安全运行的关键。

“泵必须与密封一样好”是工业泵行业的名言。泵送原理通常会限制密封类型的选择。这将通过对比轴密封泵与无密封泵,进行详细说明。

旋转轴密封泵

大多数轴密封泵,例如凸轮转子泵、离心泵、齿轮泵和叶片泵,需要在转轴和被泵送流体之间安装一个密封结构。

最简单的方法是使用压盖填料。使用填料环的缺点是会发热,从而对爆炸危险区造成许多问题。此外,当泵送流体作为填料环的润滑剂和冷却剂使用时,填料才能发挥作用。由于磨损问题而需要持续保养填料压盖。尽管拧紧填料环,但泄漏的内在风险始终存在。该问题可能会因流体与空气接触而变成结晶而变得更严重,例如清漆加剧了填料的磨损。

为了降低流体蒸发的风险,压盖填料可以配备一个套环和冷却液(见图2)。然而,泵送流体仍然可以穿透套环前面的填料环,并且将在冷却液中进行稀释。出现隔离液位和/或压力下降的情况下,报警会触发,表明出现故障,泵需要被维修。对于最终用户而言,这种类型的泵装置的密封和隔离液的更换以及冲洗和装配时间以及停机成本费用昂贵。如果系统未报警,灾难性的泄漏不可避免。

机械密封

机械密封解决方案更为安全,并且在流程泵中,其特征比填充压盖更常见。机械密封的弹簧加载张力有一个好处是产生连续的密封面,将工艺流体用作密封面之间的润滑剂和冷却剂。当机械密封靠着固定密封面旋转时,该密封会被磨损。使用单个机械密封的结果是看到流体“渗漏”并蒸发,造成被汽化的化学品的本底滞留,或更糟的情况下,流体会“释放到大气中”。

若双重机械密封系统安装到位,要求检查并最终更换主密封,否则密封不会受磨损,会致使冷却液的压力或液位下降,从而使操作员发出报警。如果泵未报警或没人操作泵,则二次密封也可能出现故障,导致流体释放到大气中。

使用双端面机械密封泵,很难看到流体释放到大气的情况;然而,使用这种系统,需要一些经济成本。除了4个密封面的成本和安装、检查和维修的人工成本之外,带压急冷系统需要安装一个热虹吸系统和/或一个额外的泵,以维持压力。

B 无密封泵

虽然这些泵称为“无密封泵”,但实际上装有密封,通常采用O形环密封,在套管段法兰面之间形成静态密封。关键是密封的位置,因为术语“无密封”指没有泵的轴封没有与运动部件接触,因此不受旋转机构的磨损,相反在封闭的泵室中处理流体,例如在磁力泵、蠕动泵和气动双隔膜泵中。

由于提供的与工艺流体接触的材料具有化学兼容性,泵将实现完全密封。

磁力泵解决方案

磁力泵 的接液部件通常由用聚合物(如ETFE)做衬套的不锈钢,塑料或金属制成。采用衬套是一个极好的解决方案,因为它能抵御腐蚀性流体的化学性腐蚀作用,并使金属套管具有耐受性能。许多磁力泵经过多年甚至几十年的使用,都没有出现任何故障。这要归功于工作原理的内在稳健性。在正常工作条件下,唯一易损部件是轴承组件。如果流体干净且无磨损,则通常每2年对其检查一次,预期使用寿命为5年。由于这些部件的性能和可靠性良好,位于ATEX规定区、炼油厂和外部场所的化学品制造商都对磁力泵部件进行了标准化。

如果流体比200-250cPs更粘稠或含有固体,则不适合使用磁力泵,因为流体不容易进入流道且轴承和磁性组件上负载过大。坚硬的固体物,如砂砾或沙子,以极快的速度磨损泵,甚至如果固体较大,会致使泵出现灾难性的故障。在这个阶段,泵采用正排量原理更合适。这方面的一个例子可以将其用在含有氰化物的有毒的粘性树脂的油漆和清漆的制造中 (欲了解有关磁力泵的更多详情,请点击此处...)

正向排量替代方案

使用柔性软管来引导流体和转子进行推进和抽吸, 蠕动泵 是处理 有害介质的另一种无密封解决方案。

如果化学品具有高度磨蚀性,例如 石灰浆 或经受诸如次氯酸钠之类的排气,则 蠕动泵原理是处理这种液体的理想选择。

软管本身可以采用天然橡胶、丁腈、三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯等各种橡胶材料制成。随着滑靴和转子的每一转转动,软管的压缩和展开取决于软管的弹性和耐用性能。由于热塑性塑料和金属材料的脆性和刚性特点,排除使用热塑性塑料和金属材料。

因此,由于与橡胶不相容,蠕动泵在使用泵送溶剂和与其他化学品方面受到限制。

在软管的使用寿命内,橡胶软管的弹性会降低,从而降低吸力和流速。由于软管容易磨损,橡胶件可能会脱离软管(称为“剥落”)并被送至流体中。

所有软管都会磨损,最终会因软管破裂而出故障,从而致使工艺流体进入通常由铸铁或铝制成的泵体。蠕动泵可以安装软管破裂保护,以检测压力的增大情况。压力的增大会触发传感器报警,要求看管泵。如果泵无人看守,泵的内部操作,例如泵体本身、轴承和驱动组件,甚至齿轮箱可能会损坏到不能修理的程度,因为这些操作只通过简单的唇封来保护,容易因压力增大和/或工艺流体的化学侵蚀而使软管破裂。

气动双隔膜泵

标准气动双隔膜泵(AODD)  由金属或注塑塑料,如聚丙烯或聚偏二氟乙烯制成。这些材料对大多数常用化学品和溶剂的腐蚀性具有抵抗力;然而对于一些化合物而言,很难选择正确的泵材料。如果要求更高的温度,模制塑料泵的温度限定在+ 90°C。隔膜可以采用不同的材料(橡胶或热塑性塑料)制成,但是对于化学品和溶剂而言,大多使用聚四氟乙烯隔膜。隔膜将泵送流体与空气室分开。
泵的不同部分可能因诸如刚性,温度限制,耐化学性等材料的性质或费用而受到限制。一个例子就是聚丙烯空气部分和采用聚偏二氟乙烯制成的泵体。
在隔膜破裂的情况下,液体将通过隔膜进入空气部分。如果隔膜不是由100%化学耐受材料制成,则空气部分会受到介质的侵蚀。置于空气部分中的检测传感器可以帮助检测出隔膜的破裂,但是这种检测方法不太理想,因为传感器位于泵空气侧。仅当泵送化学品已经进入压缩空气中并且在传感器检测到破裂之前将其从泵中移到大气中时,才会检测破裂情况。

专门制造的化学AODD泵

AODD泵专为在危险环境中处理腐蚀性化学品而设计和制造, 经过加工的AODD 泵采用聚四氟乙烯原料制成 可用于许多关键的应用领域中。

聚四氟乙烯原料具有化学惰性,因此它不会与任何介质发生反应。不幸的是,聚四氟乙烯原料不能采用注射成型工艺;因此采用这种材料制成的泵需要对固体块状材料进行加工。最终用户可以享用这种泵的许多好处,这种泵可以处理任何化学品或溶剂,而不用承担腐蚀风险,从而释放有害流体。

如果因爆炸危险(ATEX)将操作区域评为危险区,则可以将少量的碳加入聚四氟乙烯原料中。碳分子完全被聚四氟乙烯分子包围,从而使化学性质将保持不变,但碳会使聚四氟乙烯原料具有良好的导电性,从而满足欧洲ATEX 94/9 / EG指令的要求。

更多的安全措施

与所有AODD泵一样,若隔膜破裂,泵送流体会进入泵的空气侧,因为这种泵会被加工而不是模制,所以利用技术安装诸如隔离室和排水通道等附件并不困难,且成本也低,这样做会增加工人和周围环境的安全性。

隔离室

作为解决破裂隔膜固有问题的一种解决方案,隔离室在传感器致使流体停止流动之前,使有害流体进入空气室并最终从排气口排出。
隔离系统的工作原理:通过在空气和工艺流体之间放置一个隔膜,以便在主隔膜破裂时作为屏障使用。这产生了一个隔离室,隔离室内装满中性流体,例如去矿质水,以及两个传感器(其中一个传感器检测中性流体,而另一个则用于检测流体的导电性状态)。在隔膜发生故障的情况下,有害液体会改变中性液体的状态,从而导致传感器发生变化,传感器会将该情况转发给操作员,以提醒操作员。

排水通道

根据AODD的工作原理,即使泵停止运转,其中一个泵室也将一直装满流体。吸入阀球会防止泵内的液体流动。

当泵系统需要从一种介质切换到另一种介质时,流体不会残留在泵室中,以免新流体进入泵室时,造成泵内的交叉污染并发生化学反应,这非常重要。维护时,泵腔中不含液体也很重要。

由于经固态加工的AODD泵的泵壁相对较厚,因此可以在侧壳体上钻通道,而不影响泵壳的结构完整性。在切换到另一种介质之前或开始保养工作之前,这些排水通道可以排空泵中的流体。

概要

  • 选择泵来处理危险化学品和溶剂时的关键点是:
  • 针对流体特性、系统和操作频率的正确泵送原理
  • 出现故障时,无泄漏的操作和/或介质控制
  • 所有接液部件的化学兼容性(以及在未采用主要控制法的情况下与介质接触的部件)
  • 泵的操作方法简单或“十分简单” 
  • 在确保安全和低成本的情况下,进行安装和保养
  • 对您所在工作环境和泵送系统进行深入的风险分析,这至关重要,这样做是为了确保采用安全可靠的方式转移有害流体

关于作者:
Wim Rochtus是隶属于Verder 流体事业部门的Verderair的产品和开发经理。
Verder集团流体事业部门的产品制造工作主要以生产创新型正向容积式泵为主。
若要联系Wim Rochtus,可以发邮件至wim.rochtus@verder.com