Pompowanie niebezpiecznych płynów

Chemikalia są uważane za niebezpieczne, jeśli są toksyczne, silnie żrące lub lotne. Chemikalia mogą być niebezpieczne z kilku powodów; mogą wpływać na zdrowie danej osoby, powodować problemy prawne w przypadku poważnej szkody i mogą zanieczyszczać środowisko i nasz łańcuch żywnościowy, np. pestycydami.

W przypadku obiektów przemysłowych te zagrożenia nakładają dużą odpowiedzialność na personel, procedury i wyposażenie zakładu, tak aby były bezpieczne i niezawodne. Niniejszy artykuł dotyczy rozważań dotyczących pompowania w celu bezpiecznego postępowania z różnymi niebezpiecznymi substancjami  

Niebezpieczeństwo wynikające z chemikaliów

Wiele chemikaliów oraz rozpuszczalników są wykorzystywane do produkcji wszelkiego rodzaju dóbr konsumpcyjnych oraz używane w procesach przemysłowych. Te chemikalia mogą być wykorzystywane jako część procesu produkcyjnego, takiego jak w proces chemiczny, przemysł farmaceutyczny lub oczyszczanie ścieków. Chemikalia można również stosować do czyszczenia, obróbki lub wykończania produktów, na przykład w wytrawianiu metali lub czyszczeniu sprzętu, który jest stosowany w higienicznych procesach spożywczych (np. Wodorotlenek sodu w procesie CIP). Substancje chemiczne mogą być również częściami składowymi roztworu, takimi jak toluen lub metylobenzen, które są powszechnie stosowane jako rozpuszczalniki w związkach klejących, takich jak superklej. W przypadku wdychania rozpuszczalniki te mogą wpływać na ośrodkowy układ nerwowy, na przykład na amnezję i są znanym czynnikiem wyzwalającym raka.

Kwas siarkowy to najczęściej stosowany kwas w przemyśle. Jest stosowany w produkcji nawozów i jako elektrolit w akumulatorach samochodowych. Kwas siarkowy w kontakcie ze skórą powoduje ciężkie oparzenia; dlatego ważne jest, aby proces produkcyjny był tak skonfigurowany, aby wyeliminować ryzyko wycieku podczas pompowania chemikaliów

Istotna jest również obecność substancji chemicznych w tle. Kwas chlorowodorowy może na przykład zaatakować oczy, szkliwo zębów i układ oddechowy, powodując długoterminowe konsekwencje zdrowotne dla pracowników. Gdzie substancja chemiczna jest silnie trująca, np kwas fluorowodorowy lub lotne, takie jak aceton, bardzo ważne jest zminimalizowanie obecności pary wodnej dla bezpieczeństwa zakładu jako całości.

Często chemikalia docierają do zakładu w bęczkach lub pojemnikach, z których są przenoszone na obszar produkcji do reaktorów, zbiorników lub linii produkcyjnych. Podczas procesu produkcji są rozcieńczane, zmieszane z innymi substancjami chemicznymi lub stałymi w zawiesinie. Ponieważ substancja chemiczna jest mieszana z różnymi rodzajami materiałów, może zaistnieć potrzeba przepuszczenia jej przez system filtracji w celu odzyskania pierwotnej substancji chemicznej. Ponieważ te chemikalia stanowią zagrożenie dla lokalnego środowiska, wymagają prawidłowego obchodzenia się tak, aby ryzyko wycieku lub incydentu zostało zminimalizowane lub całkowicie usunięte.

Bezproblemowa obsługa i zapobieganie wyciekom substancji

System uszczelniający jest krytycznym aspektem bezpiecznej pracy pompy.

"Pompa jest tylko tak dobra, jak jej uszczelnienie" to znane powiedzenie w świecie pomp przemysłowych. Zasada działania pompy często nakłada ograniczenia na rodzaj uszczelnienia, z którego można korzystać. Zostało to wyjaśnione szczegółowo przez porównanie pomp z uszczelnieniem na wale z pompami bez uszczelnienia.

Uszczelnienie wału obrotowego pomp

Większość uszczelnień wału pomp np. obrotowych pomp krzywkowych, pomp odśrodkowych, pomp zębatych i pomp łopatkowych wymagają mechanizmu uszczelniającego między obracającym się wałem, a pompowaną cieczą.

Najprostszą metodą jest użycie dławika. Wadą stosowania pierścieni uszczelniających jest wytwarzanie ciepła, które może powodować problemy w obszarach zagrożonych wybuchem. Ponadto uszczelnienie może działać tylko przy użyciu pompowanej cieczy, jako smaru i chłodziwa dla pierścieni uszczelniających. Dławik wymaga ciągłej konserwacji, ponieważ ze względu na zużycie ścierne, pierścienie uszczelniające należy dokręcić, jednak nieodłączne ryzyko wycieku jest zawsze obecne. Problem ten mogą spotęgować płyny, które krystalizują się w kontakcie z powietrzem, takie jak lakiery zwiększające zużycie ścierne uszczelnienia.

Aby zmniejszyć ryzyko parowania cieczy, uszczelnienie dławika można wyposażyć w pierścień dławnicowy rozstawczy i tłumik (patrz rys. 2). Jednak pompowana ciecz może nadal przenikać przez pierścienie uszczelniające, które znajdują się przed pierścieniem dławika i zostaną rozcieńczone w cieczy chłodzącej. W przypadku spadku poziomu cieczy smarnej i / lub spadku ciśnienia uruchomi się alarm wskazujący awarię i serwis pompy. Dla użytkownika końcowego ten rodzaj montażu pompy jest kosztowny pod względem wymiany uszczelek, płynu smarnego, czasu płukania i montażu, a także kosztów przestoju. Jeśli system nie zostanie zaalarmowany, katastrofalny wyciek jest nieunikniony.

Uszczelnienia mechaniczne

Uszczelnienie mechaniczne zapewnia bezpieczniejsze rozwiązanie i jest o wiele bardziej powszechną cechą w pompach procesowych niż upakowane dławiki. Uszczelnienie mechaniczne ma dodatkową zaletę, polegającą na naprężeniu sprężystym, tworząc ciągłą powierzchnię uszczelniającą z cieczą procesową działającą, jako smar i chłodziwo między powierzchniami uszczelniającymi. Gdy uszczelnienie mechaniczne obraca się względem nieruchomej powierzchni, uszczelnienie będzie podlegać zużyciu ściernemu. W wyniku zastosowania pojedynczego uszczelnienia mechanicznego płyn może „wydzielać wilgoć” i parować, powodując obecność w tle odparowanej substancji chemicznej lub, co gorsza, „uwalnianie cieczy do atmosfery”.

Tam, gdzie jest zainstalowany podwójny system uszczelnienia mechanicznego, uszczelnienie główne będzie wymagało kontroli i ewentualnie wymiany lub uszkodzenie uszczelnienia, w wyniku zużycia ściernego, spowoduje spadek ciśnienia lub poziomu płynu w chłodzeniu, co spowoduje alarm. Jeżeli pompa uruchomi alarmu lub nie będzie obsługiwana, uszczelnienie wtórne może również ulec awarii, powodując uwolnienie do atmosfery.

Rzadko zdarza się uwolnienie do atmosfery za pomocą podwójnie uszczelnionej pompy; jednak korzystanie z tego systemu nie odbywa się bez kosztów finansowych. System hartowania pod ciśnieniem wymaga systemu termosyfonu i / lub dodatkowej pompy, w celu utrzymania ciśnienia, oprócz kosztu 4 powierzchni uszczelniających i kosztów robocizny związanych z instalacją, przeglądem i serwisowaniem.

Pompy bez uszczelnień

Chociaż nazywane są pompami „bez uszczelnień”, pompy te faktycznie mają uszczelnienia, tzn. zwykle o-ringi tworzące statyczne uszczelnienie między powierzchniami kołnierza sekcji obudowy. Krytyczny aspekt dotyczy umiejscowienia uszczelnień, ponieważ termin „bez uszczelnienia” odnosi się do pompy nie mającej uszczelnienia wału w kontakcie z ruchomymi częściami, więc nie podlegają zużyciu ściernemu przez mechanizm obrotowy. Płyn jest natomiast transportowany w zamkniętej komorze pompy, takiej jak pompy napędzane magnetycznie, pompy perystaltyczne i pneumatyczne pompy z podwójną membraną.

Pod warunkiem, że materiały mające kontakt z płynem procesowym są chemicznie kompatybilne, pompa zapewni całkowitą ochronę.

Napęd magnetyczny – rozwiązanie

Zwilżane części pomp z napędem magnetycznym są zwykle wykonane ze stali nierdzewnej, plastiku lub metalu wyłożonego polimerem, takim jak ETFE. Okładzina może być doskonałym rozwiązaniem, ponieważ zapewnia odporność chemiczną na płyny korozyjne, a także wytrzymałość i trwałość metalowej obudowy. Wiele pomp z napędem magnetycznym pracuje w procesach przez lata, a nawet dekady bez żadnych awarii. Wynika to z wewnętrznej solidności zasady działania. W normalnych warunkach pracy, jedyną częścią nadającą się do noszenia jest zespół łożyska, który zazwyczaj powinien być sprawdzany, co 2 lata z przewidywanym okresem użytkowania wynoszącym 5 lat, jeśli ciecz jest czysta i nieabrazyjna. Wielu producentów chemikaliów ze strefami ATEX, rafineriami i odległymi lokalizacjami standaryzuje jednostki napędowe magnetyczne ze względu na wydajność i niezawodność tych jednostek.

Tam, gdzie płyn ma większą lepkość niż 200-250 cP lub zawiera ciała stałe, pompy z napędem magnetycznym byłyby nieodpowiednie, ponieważ płyn nie wejdzie wystarczająco łatwo na ścieżkę przepływu, a także zostaną nałożone duże obciążenia na zespoły łożyska i magnesu. Twarde ciała stałe, takie jak grys lub piasek, z pewnością bardzo szybko zużyją pompę, a nawet spowodują katastrofalne uszkodzenie, jeśli ciało stałe będzie większe. Na tym etapie bardziej odpowiednia byłaby zasada wypierania. Przykładem może być wytwarzanie farb i lakierów, w których stosuje się trujące, lepkie żywice zawierające związki cyjanku. (Aby uzyskać bardziej szczegółowe spojrzenie na napęd magnetyczny, kliknij tutaj…).

Alternatywa wypierania

Za pomocą elastycznego węża do kierowania płynu i wirnika zapewniającego napęd i ssanie, pompa perystaltyczna jest kolejnym rozwiązaniem „bez uszczelnień” do obsługi niebezpiecznych płynów.

Tam, gdzie substancja chemiczna jest silnie ścierna, taka jak zawiesina wapna lub podlega odgazowaniu, jak podchloryn sodu, pompa perystaltyczna jest idealna do pracy z tak trudnymi płynami.

Sam wąż może być wytwarzany z różnych mieszanek gumowych, takich jak kauczuk naturalny, nitryl, EPDM i Hypalon. Z każdym obrotem wirnika wąż ulega ściskaniu i zwalnianiu, zależnie od elastycznych i trwałych właściwości węża. Eliminuje to tworzywa termoplastyczne i metalowe ze względu na ich kruchość i sztywność.

Pompy perystaltyczne są zatem ograniczone do przetłaczania rozpuszczalników i innych chemikaliów, które nie są kompatybilne z gumą.

Przez cały okres użytkowania węża, elastyczność węża gumowego ulegnie pogorszeniu, zmniejszając zdolność ssania i natężenie przepływu. Zjawisko znane, jako „spellation”, czyli kruszenie, wąż jest podatny na zużycie, kawałki gumy mogą zacząć się odrywać z węża i zostaną przeniesione do cieczy.

Wszystkie węże ulegają zużyciu i ostatecznie ulegną awarii, powodując pęknięcie węża i dostawanie się cieczy procesowej do obudowy, zwykle wykonanej z żeliwa lub aluminium. Pompy perystaltyczne mogą być wyposażone w zabezpieczenie węża, które wykrywa wzrost ciśnienia. Narastanie ciśnienia uruchamia czujnik, który ma być obsługiwany przez pompę. W przypadku pozostawienia pompy bez nadzoru, wewnętrzne części pompy, takie jak sama obudowa, zespół łożyska i napędu, a nawet skrzynia biegów mogą zostać uszkodzone bez możliwości naprawy, ponieważ są one chronione tylko przez proste uszczelnienie, które łatwo pęka podczas wzrostu ciśnienia i/lub reakcji chemicznej w cieczy procesowej.

Pneumatyczne pompy z podwójną membraną

Standardowe pneumatyczne pompy z podwójną membraną (AODD) są wykonane z metalu lub tworzyw sztucznych formowanych wtryskowo, takich jak polipropylen lub PVDF. Materiały te mogą obsługiwać większość popularnych chemikaliów i rozpuszczalników; jednak w przypadku niektórych związków chemicznych trudno jest wybrać odpowiedni materiał pompy. Jeśli potrzebne są wyższe temperatury, formowane pompy z tworzywa sztucznego są ograniczone do + 90°C. Membrany mogą być wykonane z różnych materiałów (gumy lub tworzywa termoplastyczne), ale w przypadku chemikaliów i rozpuszczalników stosuje się głównie membrany PTFE. Membrany oddzielają pompowaną ciecz od komory powietrznej.

Różne sekcje pompy mogą mieć ograniczenia ze względu na właściwości materiałów, takie jak twardość, ograniczenia temperatury, odporność chemiczna lub koszty. Przykładem może być polipropylenowa sekcja powietrzna i obudowa pompy wykonana z PVDF.

W przypadku pęknięcia membrany, ciecz przejdzie przez membranę i wejdzie do sekcji powietrznej. Jeśli nie jest to wykonane z materiału, który jest w 100% odporny chemicznie, sekcja powietrzna zostanie zaatakowana przez medium. Czujnik wykrywania wycieków, umieszczony w sekcji powietrza, może pomóc w wykryciu pęknięcia membran, ale nie jest idealny, ponieważ czujniki są umieszczone po stronie powietrznej pompy. Wykrywanie pęknięcia nastąpi tylko wtedy, gdy pompowane chemikalia już uciekły do sprężonego powietrza i można je przenieść z pompy do atmosfery, zanim czujniki wykryją naruszenie.

Specjalistyczne pompy chemiczne AODD

Zaprojektowane i wyprodukowane specjalnie do pracy z żrącymi chemikaliami w najbardziej niebezpiecznych środowiskach, pompy AODD wykonane z czystego pierwotnego PTFE są dostępne do najbardziej krytycznych zastosowań.

Materiał PTFE jest chemicznie obojętny, więc nie będzie reagował z żadnym medium. Niestety nie można zastosować procesu formowania wtryskowego dla pierwotnego PTFE, dlatego pompy wykonane z tego materiału wymagają obróbki z solidnego bloku materiału. Użytkownicy końcowi odnoszą korzyści, ponieważ stosując tę pompę, mogą obsługiwać każdy środek chemiczny lub rozpuszczalnik bez ryzyka korozji, powodującej uwolnienie niebezpiecznych płynów.

Tam, gdzie obszar działania oceniono, jako niebezpieczny ze względu na ryzyko wybuchu (ATEX), do PTFE można dodać niewielką ilość węgla. Cząsteczki węgla są całkowicie otoczone cząsteczkami PTFE, więc właściwości chemiczne pozostaną takie same, jednak węgiel sprawi, że PTFE będzie przewodzący elektrycznie, aby spełnić wymagania europejskich dyrektyw ATEX 94/9/EG.

Dodatkowe środki bezpieczeństwa

Podobnie, jak w przypadku wszystkich pomp AODD, występuje ten sam problem pęknięcia membrany, gdy pompowana ciecz wchodzi do strony powietrznej pompy. Ponieważ ten typ pompy jest obrabiany maszynowo, a nie formowany, dodanie akcesoriów, takich jak komory barierowe i kanały odpływowe, jest technicznie łatwe i opłacalne, aby zapewnić dodatkową linię bezpieczeństwa dla siły roboczej i otaczającego środowiska.

Komory ochronne

Komora ochronna jest rozwiązaniem nieodłącznego problemu pękniętej przepony, która pozwoliłaby niebezpiecznemu płynowi dostać się do komory powietrznej i ostatecznie wydostać się przez wydech, zanim czujnik może zatrzymać przepływ cieczy.

System barier działa poprzez dodanie dodatkowej membrany między powietrzem, a płynem procesowym, która działa jak bariera w przypadku pęknięcia membrany pierwotnej. Tworzy to dodatkową komorę, która jest wypełniona płynem obojętnym, takim jak woda demineralizowana, oraz dwa czujniki, wykrywające obecność płynu neutralnego i drugi dla stanu przewodności elektrycznej płynu. W przypadku uszkodzenia membrany, niebezpieczny płyn zmienia stan płynu neutralnego, powodując zmianę przewodności, która jest przekazywana przez czujnik w celu ostrzeżenia operatora.

Kanały

Ze względu na zasadę działania AODD, jedna z komór pompy będzie zawsze wypełniona cieczą, nawet po zatrzymaniu pompy. Kulki zaworu ssącego zapobiegają wypływowi cieczy z pompy.

Gdy system pomp musi przełączać się z jednego czynnika na inny, ważne jest, aby w komorze pompy nie pozostała ciecz, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego i reakcji chemicznych w pompie, gdy nowa ciecz wejdzie do komory pompy.

Podczas wykonywania konserwacji ważne jest również, aby pompy nie zawierały cieczy w komorach pomp. Ponieważ ściany solidnie obrobionej pompy AODD są względnie grube, możliwe jest wiercenie kanałów w bocznej obudowie bez wpływu na integralność strukturalną obudowy. Te kanały spustowe umożliwiają opróżnienie pompy przed przełączeniem na inne medium lub przed rozpoczęciem prac konserwacyjnych.

Podsumowanie

Punkty krytyczne przy wyborze pompy do obsługi niebezpiecznych chemikaliów i rozpuszczalników to: