“انواع و الزامات پمپ ها”
انواع و الزامات پمپ ها – قواعد کلی لوله کشی اطراف تجهیزات
لازم است به چند اصل و قائده کلی در طراحی لوله کشی اطراف هرنوع تجهیز (Piping around equipment) بپردازم این قواعد کلی است و در مورد هر نوع تجهیز صادق است .
Method of Piping design around any equipment
Piping designer ابتدا وقبل از شروع کار طراحی باید به ترتیب از منابع موجودو در دسترس نظیر کتاب ها و یا منابع اینترنتی معتبر و یا کلاس های آموزشی معتبر به مراتب زیر اشراف پیدا کند:
- نیازهای ایمنی
- نیازهای فرایندی
- نحوه کار و عملکرد
- نیازهای سرویس و نگهداری
- نیازهای دسترسی
و بعد از مطالعه و اشراف کامل بر موارد بالا فازNozzle location and Rotation & Elevation study شروع می شود.
نیازهای ایمنی : همانطور که در طراحی جانمایی و قرارگیری تجهیزات به تفصیل گفته شد دانستن نیازهای ایمنی هر نوع تجهیزی نظیر فواصل مورد نیاز جهت جلوگیری از خطرات انفجار ویا جلوگیری از اثرات مخرب حائز اهمیت و جزو الزامات بود که برای جلوگیری از تکرار مکررات نیازی به تکرار مجدد آن در این سمینار نمی باشد.
نیازهای فرایندی: طراح لوله کشی باید به Process (فرایند) تجهیز مدنظر اشراف داشته باشد این یعنی تمام مواردی که در PFD ، Process data sheet Equipment ، Equipment list وهمچنین نکات فرایندی که در دیاگرام P&ID در لوله کشی و سیستم های کنترلی در حد تفسیرهریک از آن اشراف داشته باشد.
به نازل A از تجهیز D-6601 از P&id مربوطه دقت کنید،یک شیر دروازه ای به همراه Figure 8 (Spectacle Blind) توجه کنید چرا باید جهت بستن جریان ورودی این دورا سری بگذارند ؟
جواب: باید در مورد فرایند جریان ورودی اطلاعات داشته باشیم بنده هم در این مثال دقیق نمی دانم ولی چند حالت ممکن است یک سرویس ورودی Toxic یا همان سمی باشد حال دو موضوع می شود 1- دانستن فرایند سرویس ورودی 2- تفسیر آن یعنی چراباید یک مسدود کننده با یک مسدود کننده باهم بسته شوند یعنی آیا شیر به تنهای کافی نبود.
لذا اگر طراح اشراف به فرایند نداشته باشد ممکن است این شیر را با فاصله از نازل قراردهد و همین امر باعث از بین رفتن تمام اهداف مد نظر تیم فرایند و ایمنی خواهد بود
نحوه کار وعملکرد : در صورتی که نحوه کار تجهیزی که لوله کشی آن به عهده ما می باشد را ندانیم احتمال مختل کردن عملکرد و یا آسیب رساندن به آن شویم مثلا اگر ندانیم که مکانیزم و یا نحوه کارکرد یک مبدل حرارتی از نوع Shell and tube به چه صورتی است ، ممکن است بالوله کشی نا مناسب مثلا ورودی گرم از پایین باعث اختلال کاری آن شویم .
نیازهای سرویس و نگهداری :به عنوان مثال در مبدل اشاره شده در بند بالا در صورتی که طراح اطلاعاتی در مورد نحوه سرویس و نگهداری این تجهیز را نداشته باشد ممکن است لوله کشی خود را از پشت مبدل ببرد در حالی که سرویس این مبدا با باز کردن کپ انتهای مبدل و خارج کردن تیوپ ها از آن است و با توجه به این لوله کشی غلط مشکلات زیادی را ایجاد خواهد کرد.
نیازهای دسترسی: طراح باید به نیازهای دسترسی لازمه هر تجهیز اشراف داشته باشد مثلاادوات ابزار دقیق از نوع نمایشگر که باید درمکان قابل رویت پرسنل ویا در دسترس قرار دادن شیرهای ازنوع شیرهای ایزوله یا همون Isolating vale که باعث انسداد کامل جریان ورودی خواهد شد و ممکن است در ارتفاع هم .
بعد از دانستن موارد فوق باید به ناحیه بندی که لازمه هر تجهیز است اشراف داشته باشیم .
هر تجهیزی را باید به سه ناحیه تفکیک کرد :
Piping side
Access Side
Maintenance Side
در ناحیه که به نام Piping side نامیده شد ناحیه ای است که نازل های لوله کشی در این ناحیه قرار می گیرند . این ناحیه باید رو به Piperack باشد
در ناحیه Access نازل های ابزار دقیق Ladder & Platform & stair قرار دارند
در ناحیه Maintenance از تجهیزات ، نازل های Man hole و Hand hole و امکانات دسترسی تعمیراتی می باشند.
همانطور که در طراحی جانمایی Plant گفته شد همزمان با جانمای تجهیز مسیرهای بستر لوله ها Piperack or sleeper انجام میشود؛ لذا جلوی تجهیزات ناحیه Piping را که ارتباط لوله کشی بین تجهیزات از طریق مثلا Pipe rack ودر پشت تجهیز ناحیه تعمیرات می باشد که جاده های دسترسی قرار داده می شوند.
Nozzle Orientation & Location and elevation study:
بعد از کسب اطلاعات در مورد وارد فوق لازم است برروی تجهیزات نازل گذاری و آماده کار طراحی لوله کشی شویم.
محل اتصال لوله ها به تجهیزات توسط نازل تجهیزات می باشد که با توجه به اینکه نقشه ساخت و طراحی تجهیزات را واحد طراحی تجهیزات درهر پروژه انجام می دهد لذا نقشه های محل های قرارگیری تجهیزات را واحد لوله کشی با توجه به نیازهای لوله کشی و موارد ذیل که به آن اشاره می کنیم مشخص و به واحد طراحی تجهیزات ارائه می نماید در خصوص جاي تعبيه نازل ها روي تجهيزات هم سه راستاي x, y, z و هم زاويه قرارگيري آنها اهميت دارد. مواردي که در تعيين محل تعبيه نازل ها مهم می باشند به ترتیب عبارتند از:
– شرايط و نیازهای فرآيندي مشخص شده توسط واحد فرآيند
– براساس شرايط بستر لوله :با توجه به اینکه ارتباط تجهیزات با لوله کشی از طریق بستر لوله ها مثلا (Pipe rack) انجام می گیرد لذا ارتفاع طبقات Pipe rack در مشخص نمودن ارتفاع نازل هاي تجهيزات تأثير مي گذارد. به عنوان مثال فرض کنيد يک لوله حاوي سيال گازي روي يک بستر لوله در ارتفاع 4500 ميلي متري قرار دارد و قرار است ازآن انشعابی به تجهیز داده شود با توجه به اين که خروجی لوله هاي حاوي سيال گازي بايد از قسمت بالاي آنها انجام شود، بنابراين حتما محل قرار گرفتن نازل تجهیز مربوطه بايد در ارتفاعي بالاتر از 4500 ميلي متر باشد.
-اثر و نیاز عملکردی تجهيزی بر تجهيزدیگربراساس مکان قرارگیری پمب و نازل خروجی درام ،ارتفاع دارم از این اندازه پایین تر نمی تواند باشد
-شرايط لوله کشي بر ارتفاع و محل نازل تجهيزات حکم فرما مي شود. مثلاً در خطوط شیب داراگر ابتدای خط در محل مشخصی باشد انتهای خط متصل به نازل باید مطابق با محل شروع و طول خط و مقدار زاویه شیب مشخص شود و نمی تواند از این حالت خارج باشد.
-نياز شرايط تعميراتي و يا دسترسی اپراتور در صورتی که هیچیک از موارد گفته شده نباشد می تواند مشخص کننده محل نازل ها باشد.
-نياز ساخت که بر اساس مکاتبات با فروشنده بررسي مي شود نيز در محل قرارگيري نازل ها تأثير مي گذارد.
💥 انواع کاویتاسیون در پمپ ها
کاویتاسیون، تشکیل حباب های بخار در پمپ و متعاقبا ترکیدن و متلاشی شدن آنها می باشد.
کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که فشار مطلق در مایع، پایین تر از فشار بخار آن باشد.
انواع کاویتاسیون که ممکن است در پمپ ها اتفاق بیافتد:
💥کاویتاسیون تبخیری (نارسایی NPSHa)
شایعترین نوع کاویتاسیون می باشد و حدود ۷۰% از کاویتاسیون ها را در بر می گیرد.
برای جلوگیری از این نوع کاویتاسیون، مقدار NPSHa در سیستم باید از مقدار NPSHr (حداقل انرژی مورد نیاز پمپ که توسط کارخانه سازنده توسط منحنی هایی به همراه کاتالوگ پمپ ارائه می گردد) بیشتر باشد.
✅ برای جلوگیری از صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون، راهکارهای زیر پیشنهاد می گردد:
۱- کاهش دما که مقدار هد ناشی از فشار بخار سیال را کاهش دهد، هرچه دما کمتر باشد در نتیجه فشار اشباع متناظر به آن کمتر خواهد شد و در نتیجه احتمال کمتر شدن این فشار نسبت به فشار داخل پمپ افزایش می یابد. بنابراین وقتی خواستید که سیال با دمای بالا را پمپ کنید بسیار باید به این نوع کاویتاسیون دقت کنید.
۲- افزایش تراز مایع در مخزن مکش که مقدار هد استاتیکی را افزایش می دهد.
۳- بهبود و اصلاح پمپ شامل موارد زیر :
– کاهش سرعت که مقدار Hf(هد ناشی از افت) را کاهش می دهد.
– افزایش قطر چشمه پره
– بکار بردن دو پمپ کوچکتر بصورت موازی که موجب کاهش افت هد می شود.
⚠️💧💥 کاویتاسیون باز گردش داخلی(recirculation)
این نوع کاویتاسیون بر خلاف دیگر کاویتاسیون ها ناشی از کمبود NPSHa بوجود نمی آید. این پدیده زمانی اتفاق می افتد که جریان بنابر دلایلی نتواند از قسمت تخلیه پمپ خارج شود و یا از قسمت مکش ایمپلر (پره) پمپ وارد شود.
در این شرایط مایع مجبور می شود از ناحیه پر فشار پمپ به طرف ناحیه کم فشار آن در عرض پره بازگردش کند.
وقتی در قسمت مکش یا تخلیه جریان گردابی ایجاد می شود که ناشی از سرعت بالای سیال می باشد جریان سیال برعکس شده و در خلاف جریان حرکت جریان عادی سیال باز گردش می کند.
باز گردش سیال باعث می شود که قطر مفید عبور سیال در قسمت مکش و تخلیه کاهش یابد و باعث کاهش فشار سیال گردد(مطابق اصل برنولی).
با کاهش فشار و رسیدن فشار به فشار بخار سیال پدیده کاویتاسیون ایجاد می شود.
این نوع کاویتاسیون به دو حالت اتفاق می افتد :
اول اینکه مایع داخل محفظه پمپ با سرعت موتور باز گردش کرده و یکباره حرارتش افزایش پیدا کرده و فوق گرم می شود.
دوم وقتی که سیال مجبور می شود که از میان آب بندها و درزهای بین قطعات به سرعت عبور کند در این حالت حرارت بالا باعث تبخیر مایع خواهد شد.
صدمات ناشی از کاویتاسیون در پمپ های باز بیشتر در لبه تیغه های ایمپلر سمت چشم پره و در نوک تیغه ها تا قطر خارجی ایمپلر اتفاق می افتد. در پمپ های با ایمپلر بسته این صدمات روی نوارهای سایشی بین پره و بدنه محفظه ایجاد می شود.
برای بهبود و تصحیح شرایط در حالت ایمپلر باز باید ایمپلر را به گونه ای تنظیم کرد که تلرانس بین تیغه ها و محفظه دقیقا تصحیح شود.
در پمپ های پره بسته امکان تصحیح شرایط نیست اما لازم. است جریان محصور شده در قسمت تخلیه پمپ آزاد شود.
⚠️💧💥کاویتاسیون ناشی از نارسایی گذر از تیغه
این نوع کاویتاسیون وقتی اتفاق می افتد که نوک پره ها هنگام چرخش به زبانه پمپ بسیار نزدیک باشند.
این مسئله معمولا وقتی اتفاق می افتد که پره پمپ با پره بزرگتر تعویض شود. یا محفظه داخلی را روکش فلزی یا آبکاری کرده باشند.
فضای آزاد بین نوک پره و زبانه باید معادل ۴% قطر پره باشد. صدمات ناشی ازاین نوع کاویتاسیون بیشتردر نوک تیغه های خارجی پره و پشت زبانه، روی دیواره محفظه داخلی دیده می شود.
⚠️💧💥 کاویتاسیون از نوع مکش
مکش هوا می تواند به اشکال مختلف در لوله ها و نقاط دیگر پمپ اتفاق بی افتد. مثلا در صورت ایجاد خلا در پمپ، هوا می تواند به درون لوله ها وارد شود.
یکی از این نمونه ها پمپ بالاکش (Lift pump) می باشد.
⚠️🌬 هوا از راههای زیر می تواند وارد پمپ شود:
۱- آب بند شفت پمپ
۲- آببند ساق متصل به صفحه شیر در لوله مکش
۳- رینگ های اتصالی لوله مکش
۴- واشر های آب بند صفحه فلنج در اتصالات لوله
۵- ارینگ ها و اتصالات پیچی در قسمت مکش
۶- ارینگ ها و آب بندهای ثانویه در آب بندهای تک
۷- سطوح آب بندهای مکانیکی تک
۸- از طریق حباب ها و حفره های هوا در لوله مکش
۹- از طریق مایعات کف کننده
✅ راه های جلوگیری از کاویتاسیون نوع مکش هوا:
۱- آب بندی و بستن تمام سطوح، صفحات فلنج ها و واشرها
۲- درزبندی و بستن رینگ های آب بند و آب بندهای ساقه متصل به صفحه شیر در لوله مکش
۳- نگه داشتن سرعت سیال به میزان ۸ فوت بر ثانیه (با افزایش قطر لوله)
۴-استفاده از آب بند های مکانیکی دوبل
در کلیه صنایع برای انتقال سیالات از نوع مایع سه روش وجود دارد.
1-در صورتی که فشار مناسب در مبدأ برای انتقال سیال به مقصد باشد. یعنی فشار مبدا منحای افت فشارهای مختلف مسیر طوری باشد که. در مقصد سیال با فشار مناسب تحویل داده شود.
2- مبدا نسبت به مقصد ارتفاع بیشتری داشته باشد. یعنی هد استاتیکی داشته باشیم RgH منظور از R رو دانسیته است.
3-اگر دو حالت بالا نباشد نیاز به ماشینی است به نام پمپ جهت انتقال مایعات. از نقطهای به نقطه هندسی دیگر و یا حرکت دادن سیال در مدارهای مختلف هیدورلیکی
به طور کلی پمپ ماشینی می باشد که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی. دریافت و به سیال منتقل می کند به همین علت انرژی سیال پس از خروج از پمپ افزایش می یابد.
سرفصل های این سمینار:
- اصول و قوانین کلی طرحی لوله کشی اطراف هر تجهیز
- تقسیم بندی انواع پمپ ها
- پمپها و پدپده كاويتاسيون Cavitation
- الزامات NPSH
- سیستم های ابزار دقیق و فرایندی مورد نیاز در لوله کشی پمپ
- نیازهای دسترسی و تعمیراتی پمپ ها
- جانمای پمپ ها
- اجزا ء لوله كشي پمپ
- نحوه طراحی لوله کشی در پمپها
- چگونگي لوله كشي خطوط جانبی پمپها
- ملاحظات طراحي piping پمپ ها
- بارگذاري مجاز نازل
- نحوه ساپورتگذاری در لولهكشي پمپ
- نحوه راه اندازی پمپها
تقسیم بندی انواع پمپ ها :
در اين فصل به بررسي انواع پمپهاي رايج در واحدهاي صنعتي (صنايع نفت و گاز و پتروشيمي) ميپردازيم. به علاوه در ادامه موارد مربوط به طراحي piping يك پمپ گريز از مركز (سانتريفوژ) را از لحاظ عملکرد، تعمير، نگهداري و بهره برداري مورد بررسی قرار خواهيم داد.
تقسیمبندی پمپها براساس عوامل مختلفی صورت می گیرد؛ این تقسیم بندیها میتوان بر. مبنای مورد مصرفی، ساختمان داخلی، نحوه انتقال انرژی به سیال و سرانجام نوع سیال عبوری انجام شود. متداولترین نحوه تقسیم بندی پمپها براساس نحوه انتقال انرژی به سیال است. در این روش پمپها به دو دسته اصلی تقسیم بندی می گردند:
دسته اول، پمپهایی هستند که انتقال انرژی از آنها به سیال به طور دائمی انجام می گیرد که این پمپها را پمپهای دینامیکی (Dynamic) می نامند و دسته دوم، پمپهایی می باشند که انتقال انرژی از آنها به سیال به صورت متناوب میباشد و پمپهای جابجایی مثبت (Positive displacement) نام گرفتهاند.
1-1-13) پمپهای دینامیکی، توربو پمپها
توربو پمپ ها که در زبان انگلیسی به پمپهای چرخشی یا همان پمپهای روتوردینامیک معروف هستند. که معروفترین آن پمپ های گریز از مرکز می باشد. در بین کلیه انواع پمپها به علت شکل ساختمانی ساده، کوچک بودن به نسبت قدرت مصرفی و تنوع فراوان. مواد مصرفی نسبت به سایر پمپها از اهميت بيشتري برخودار ميباشند.
قبل از شروع به توضیح در مورد نحوه عملکرد لطفا تصاویری از این پمپ ببینیم
اساس كار توربو پمپ ها
در اين پمپها چرخش (پروانه) Impeller باعث ميشود كه مايع بهصورت شعاعي از طريق لبههاي Impeller به طرف دورن محفظه حلزوني شكل (Casing) پرتاب گردد ودر نتيجه خروج مايع خروجي باعث كاهش فشاردر چشم Impeller است، بنابراين مايع بيشتر از قسمت ورودي به سمت Impeller جريان مييابد
و بهطور كلي كار اصلي يك پمپ بالا بردن فشار مايع و تلمبه آن به يك مخزن ثانوي ميباشد. لازم به ذكر است كه اصول كار كليه تقسيمبنديها. توربو پمپها براساس، استفاده از نيروي گریز از مركز پايه گذاري شده است. و ميتوان گفت هر جسمي در يك مسير دايرهاي يا منحني شكل حركت كند، تحتتأثير نيروي گريز از. مركز واقع ميشود و جهت نيروي مذكور طوري است كه همواره تمايل دارد جسم را از. محور يا مركز دوران دور سازد كه اين نيرو همواره در توربو پمپ ها قابل مشاهده است.
قطعه درواني كه درون توربو پمپها قرار دارد پره ناميده ميشود. پره مذكور در داخل بدنه پمپ گردش ميكند و مجراي ورودي يامكش آب (Suction) در مركز پره قرار داد. و مجراي خروي (Discharge) براساس مطالب گفته شده ميبايست در پيرامون بدنه واقع شده است. در موقع كار آب از مجراي ورودي مكيده ميشود. پس از اينكه تحتتأثير نيروي گريز از مركز قرار گرفت از. طريق مجراي خروجي خارج ميشود. مطابق شکل 1-13
شکل 1-13 نحوه کار پمپ دینامیکی
ساختمان توربو پمپها
ساختمان اصلي اين نوع پمپها تشكيل شده از:
- خروجی (Discharge)، كه وظيفه اصلي آن هدايت سيال از محيط خارج تا ورودي پمپ است.
- يك يا چند چرخ (Impeller)، كه هر يك داراي تعدادي پره ميباشند. دو انتقال انرژي به سيال در اين قسمت انجام ميشود. انواعي ازاين Impeller ها وجود دارد. Impeller باز، Impeller نيمه باز يك سرعته و Impeller بسته دو سرعته .كه همواره اين تنوع در نوع Impeller ها بيانگر چگونگي تأثير طراحي و شكل آنها برروي فشار عملكرد ميباشد. شکل 2-7 انواع از Impeller ها را نشان می دهد.
شکل 2-13 انواع Impeller
- كاهش دهندهها (Diffuser)، كه مقداري از انرژي جنبشي سيال را به انرژي پتانسيل تبديل مينمايد. لازم به ذكر است كه در همه پمپها قسمت كاهشدهنده لزوماً بهصورت يك قسمت مستقل وجود ندارد. و در بسياري از مواقع اين قسمت حذف ميگردد.
- جمعكننده يا حلزوني (Volute)، كه به نوعي پوسته پمپ را تشكيل ميدهد. و سيال پس از خروج از كاهشدهنده وارد آن شده و پس از آن به خارج از پمپ هدايت ميگردد.
- لازم به ذكر است كه نوع سيال عبوري از توربوپمپها مايع خالص يا مايع همراه با مقداري مواد جامد يا گاز است. از اين نظر ميتوان گفت كه توربوپمپها براي عبور سيالات چند فازه ساخته شدهاند.
تقسيمبندي توربوپمپها
- متداولترين روش تقسيمبندي توربوپمپها از ديگاه طراحي و مسير حركت سيال در چرخهاي پمپ است. و از اين نظر توربوپمپها را ميتوان به سه دسته اصلي زير تقسيمبندي نمود:
- توربوپمپهاي سانتريفوژ (Centrifugal Pumps)، يا پمپهاي جريان شعاعي
- توربو پمپ های محوری (axial flow pumps)
- توربو پمپهاي نيمه سانتريفوژ يا جريان مختلط (Mixed Flow Pumps) يا پمپهاي جرين محوري و شعاعي
در نوع اول سيال موازي محور وارد چرخ پمپ شده و عمود بر آن از چرخ خارج ميگردد. اين پمپها در مقایسه با دو نوع دیگر توربو پمپ ، معمولاً براي ايجاد فشارهاي بالا در دبيهاي كم بهكار ميبرند.
در نوع دوم سيال موازي با محور وارد چرخ شده و موازي با آن نيز خارج ميشود. و ازاين پمپها در مقایسه با دونوع دیگر توربو پمپ براي توليد دبيهاي زياد و ارتفاعهاي كم استفاده ميشود.
در نوع سوم نيز سيال موازي محور وارد چرخ پمپ ميگردد. و بهطور مايل نسبت به محور از چرخ خارج ميگردد. اين پمپها درمقایسه با دو نوع دیگر توربو پمپ براي ايجاد فشارها و دبيهاي متوسط بهكار ميرود.
لازم به توجه است كه توربوپمپ ها را ميتوان از نظر سيال عبوري، نحوه نصب، شرايط كاربرد .و تعداد طبقات نيز تقسيمبندي نمود كه به ترتيب ميتوان نمونههايي زير را مورد توجه قرار دارد.
- پمپهاي لجن كش و شيميايي از نظر نوع سيال عبوري
- پمپهاي افقي، عمودي و پمپهاي روي خطي (In Line Pumps) از نظر نحوه ساخت و نصب
- پمپ – توربينها
- پمپهاي تغذيه ديگهاي بخار از نظر نوع مصرف
- پمپهاي يك طبقه و چند طبقه كه تعداد طبقات آنها با توجه به. فشار مورد لزوم تعيين ميشود (پمپهاي فشار قوي و فشار كم).
مشخصات اصلي توربو پمپها
- ارزان بودن پمپ نسبت به يك كيلووات قدرت مفيد توليدي
- داراي هيچگونه قسمت رفت و آمدي نيست و سرعت چرخش ماشين محرك مستقيماً Impeller پمپ را به دوران در ميآورد.
- جريان فضاي كمتري را متناسب با قدرت توليدي اشغال مينمايد
- هزينه نگهداري آن نسبتاً كم است.
- راندمان بالايي دارند
- دامنه كاربرد آنها در پروژههاي صنعتي، كشاورزي و آبرساني فوقالعاده بالاست. زيرا از نظر دبي و ارتفاع توليدي اين پمپها وسعت زيادي را پوشش ميدهند.
- حداكثر لزجت سيال بسته به نوع پمپ از حدود 520 تا 760 سانتي استوك نميتواند تجاوز نمايد. و همواره براي بالاتر از محدوده و همچنين براي سيالات لزج از پمپهاي جابجايي مثبت بايد استفاده كرد.
- اين پمپها بهجز در طرحهاي خاص، خود راهانداز نيستند، يعني لزوماً لوله مكش پمپ بايد از آب پر شود.
پمپهاي گريز از مركز (سانتريفوژ)
شکل 3-13 نمای برش خورده پمپ ساتریفوژ
اين نوع پمپها يكي از مهمترين نوع از تقسيمبندي توربو پمپها ميباشد. در اين قسمت به توضيح عملكرد آنها و شرح بعضي از قسمتهاي آن ميپردازيم. همانطور كه از اسم اين پمپها برميآيد كار آنها. براساس نيروي گريز از مركزي است كه به جسم دورانكننده وارد ميشود. اين پمپها مشتمل بر Impellerاي ميباشند كه در داخل محفظهاي دوران ميكند. سيال شعاعي و مماسي ميچرخد و به طرف بيرون هدايت ميشود. تا اينكه از محيط Impeller خارج شده و وارد قسمت ديفيوزر حلزوني ميشود. سيال در حال عبور از Impeller هم سرعت گرفته و هم فشارش اضافه ميشود. ديفيوزر حلزوني شكل سرعت جريان را كاهش داده و موجب افزايش بيشتر فشار ميگردد.
ديفيوزر يا پخشكننده كه باعث افزايش فشار ميشود در بعضي از طرحها بهصورت يك عده تيغه متوالي بوده كه دور Impeller قرار گرفتهاند و كارشان اين است كه از سرعت سيال كاسته و همراه با افزايش فشار به آن جهت نيز ميدهند. اينگونه طرحها گرانتر بوده و لذا كمتر بهكار ميروند. در اين پمپها پرههاي Impeller معمولاً بهطروف عقب خم شدهاند. اما طرحهايي نيز وجود داردكه انحناي پرهها بهطرف جلو ميباشد كه قدري فشار خروجي را افزايش ميدهد. Impellerها ميتوانند از نوع باز يعني از پوسته به اندازه كمي فاصله داشته باشند. و يا از نوع بسته كه هر دو طرف پوسته بهوسيله ديواره Impellerها محبوس باشند.شکل 4-13 ساختمان یک پمپ سانتریفوژ را نمایش می دهد.
در این شکل دو اتصال اوليه piping در اين گونه پمپها نازلهاي مكش (suction) و تخليه (discharge) هستند. Impeller درون پوسته پمپ مايع را درون پمپ كشيده و آن را با سرعت زياد به خارج ميفرستد. شفت Impeller توسط يك كاسه نمد آب بندي شده تا. از نشت سيال پمپ در جايي كه شفت از پوسته خارج ميشود جلوگيري كند. قطرات نشتي در خلال پوسته در مجراي تخليه كاسه نمد جمع ميشوند. محور پمپ توسط يك اتصال كوپلينگ به محور محرك كه درون يك پوسته محافظ قرار دارد متصل مي شود. پمپ و محرك آن برروي يك صفحه پايه (base plate) یا شاسی نصب ميشوند. نشتيهاي متفرقه پمپ كه در زمان عملكرد آن درون اين سيني جمع ميشوند. به وسيله يك اتصال در جلوي پمپ تخليه ميگردند.
شکل 4-13 ساختمان یک پمپ سانتریفوژ
2-1-13) پمپهاي جابجايي مثبت (Positive Displacement , PDP)
اين پمپها مرز متحركي داشته كه سيال را به اجبار از طريق تغيير حجم، انتقال ميدهند. يك محفظه خالي باز شده و سيال از طريق ورودي مكيده ميشود. سپس محفظه بسته شده و سيال از قسمت خروجي فشرده شدن خارج ميگردد.
تقسيمبندي پمپهاي جابجايي مثبت
- پمپهاي تناوبي يا رفت و برگشتي، كه خود به دو دسته پمپهاي پيستوني و ديافراگي تقسيمبندي ميشود.
- پمپهاي دوار يا گردشي، كه شامل پمپهاي تك محوره، مثل پمپهاي پره كشويي. و پيچي (حلزوني) و همچنين چندمحوره مثل پمپ هاي دندهاي، بادامكي، حلزوني دوبل و پيستون محيطي ميباشد.
اساس كار پمپهاي جابجايي مثبت
پمپهاي PDP داراي جريان تناوبي و پريوديك ميباشند. و در آنها حجم محفظهاي باز شده و جريان سيال وارد آن شده. و سپس محبوس و فشرده ميشود. و انرژي آن افزايش يافته و براي انتقال و خروج از پمپ آماده ميگردد.
مزيت اصلي اين پمپها كار با هر سيال و با هر ويسكوزيتهاي ميباشد. اين پمپها داراي فشار زياد و دبي نسبتاً كم ولي يكنواخت هستند. در ضمن نياز به هواگيري (Priming) ندارند. يعني اگر محفظه جابجايي پمپ از هوا پر شده باشد ميتواند مايع را از زير به داخل بمكد. بهطور كلي پمپهاي جابجايي مثبت تقريباً براي همه كاربردها اين عمل را خود بهخود انجام ميدهند (خود هوا گيري). اين دستگاهها به ندرت ميتوانند به صورت عكس، يعني بهعنوان توربين يا دستگاه انرژي گيرنده سيال عمل كنند. و بهخاطر عمل جابجايي مثبت در اين پمپها، سرعت تخليه آنها با سرعت محور موتور رابطه مستقيم دارد. و لذا بهترين شيوه تنظيم و مهار سرعت تخليه از طريق استفاده از موتور با سرعت متغير است.
البته در برخي موارد پمپها طوری طراحي ميشود كه تخليه (ميزا ن جريان) را ميتوان. با وسيلهاي كه موجب تغيير سرعت ميشود تنظيم نمود بدون اينكه دور موتور تغيير داده شود. تنظيم پمپ جابجايي مثبت را از طريق نصب شير کنترل تنظیم جریان برروي قسمت خروجي آن نميتوان انجام داد زيرا چنين كاري موجب صدمه به خود دستگاه پمپ و محرك اوليه آن خواهد شد و در بسياري از موارد شير ایمنی در خروجی جاي داده ميشود تا از بروز صدمه يا خطرات ناشی از بالارفتن فشار جلوگيري به عمل آورد.
پمپهاي رفت و برگشتي يا تناوبي (Reciprocating Pumps)
از قديميترين انواع پمپها كه هنوز هم در صنعت مورد استفاده قرار ميگيرد پمپهاي رفت و برگشتي هستند. در اين پمپها حركت چرخش ميل لنگ تبديل به حركت رفت و برگشتي پيستون در يك سيلندر ميشود. با عقب رفتن پيستون در سيلندر ايجاد محكش شده و در نتيجه. مايع از طريق يك شير ورودي داخل سيلندر ميگردد. و با حركت پيستون بهطرف جلو دريچه ورودي بسته. و مايع فشرده شده از طريق شير خروجي به لوله خروجي هدايت ميشود. شيرهاي ورودي و خروجي يك طرفه بوده و طوري ساخته شدهاند كه. در مراحل رفت و برگشت پيستون از ورود مايع به داخل سيلندر به قسمت فشار كم و بالعكس، ممانعت شود.
پمپهاي پيستوني در انواع يك طرفه و دوطرفه و نوع انگشتي پيستون محيطي. و پيستون محوري (پمپهاي پلانجري) وجود دارند عملكردي كه. در قسمت فوق توضيح داده شد مشابه عملكرد پمپهاي پيستوني يك طرفه ميباشد. و لازم به ذكر است كه عملكرد پمپهاي دو طرفه نيز مشابه پمپهاي يك طرفه بوده. با اين تفاوت كه پيستون اينگونه پمپها طوري ساخته شده است كه همزمان از يك طرف آب را. مكيده و از طرف ديگر تخليه ميگردد. با اين عمل ظرفيت پمپ نيز دو برابر شده و آب بهصورت دائم از دهانه خروجي پمپ خارج ميگردد. پمپهاي پلانجري (Plunger Pump) نيز پمپهايي هستند كه عملكرد مشابهي با پمپهاي پيستوني دارند با اين تفاوت كه در اين پمپها بهجاي پيستون از سه، پنج، هفت تا نه عدد پلانجر استفاده شده است.
پلانجرها ممكن است روي پوسته بهصورت هاي خطي، دايرهاي (شعاعي و محوري) رديف شده باشند. و غالباً اين پمپها در هيدروليك كاربرد بيسشتري دارند و. به انواع مختلفي همچون نوع محوري با صفحه مايل و نوع محوري خميده تقسيمبندي ميشود. فرق بين پيستون و طول پلانجر، اين است كه اولاً طول پيستون كوتاهتر از. مسافتي است كه آن طي مينمايد در حالي كه طول پلانجر بيشتر از طول مسافت طي شده توسط آن ميباشد. ثانياً در پيستون، حلقه پيستون (Piston Ring) يا در درزبند (Packing) كه جهت آببندي پيستون. و سيلندر بهكار ميرود، روي بدنه پيستون قرار گرفته و با آن حركت ميكند. در صورتي كه در پلانجر درز بند بهكار رفته روي سيلندر قرار دارد و ثابت است.
پمپهايي ديافراگمي (Diaphragm Pump) نيز نوع ديگري از پمپهاي رفت و برگشتي هستند كه. در آنها بهجاي پيستون از يك ديافراگم لاستيكي و انعطافپذير استفاده ميشود. اين طرح از اين امتياز برخوردار است كه حركت پيستون كه. در داخل سيلندر با اصطحكاك و فرسايش توآم است حذف ميشود. و در نتيجه ميتوان از آن در تلمبه كردن سيالات حاوي ذرات خشن نيز استفاده نمود. ولي واضح است كه ديافراگم، فشار نسبتاًكمي را ميتواند تحمل نمايد. و بنابراين از اين نوع تلمبه در كارهايي كه فشار تخليه نسبتاً پايين مورد نياز است ميتوان استفاده كرد.
مشخصات اصلي پمپهاي رفت و برگشتی
مشخصات اصلي پمپهاي رفت و برگشتی را ميتوان به شرح زير خلاصه كرد:
- سرعت كم
- ظرفيت كم تا متوسط (حداكثر تا حدود 200 مترمكعب در ساعت)
- فشار خروجي بسيار بالا
- جريان غيريكنواخت
- راندمان بالا در صورت سرويس مرتب
- گران بودن نسبت به پمپهاي گريز از مركز
شكل 5-13 عملكرد پمپهاي رفت و برگشتي
3-1-13) پمپهاي گردشي يا دوار
اساس كار پمپهاي گردشي شباهت زيادي با كار پمپهاي رفت و برگشتي دارد. اين پمپها از دو قسمت متمايز تشكيل شدهاند، يكي همواره ثابت و ديگري دوار. كه شامل يك محور گردان با چرخدنده يا پره يا پيچ و بادامك ميباشد. برخلاف پمپهاي گريز از مركز كه مايع را با سرعت به قسمت خروجي پمپ پرتاپ می نمایند. در این پمپ ها در اثر چرخش چرخ دندهها و يا بادامك و يا پيچ ها، اين مايع به قسمت خروجي تلمبه رانده ميشود.
در اين پمپها نيز مانند پمپهاي رفت و برگشتي چنانچه شيري در مسير لولههاي خروجي. بسته باشد، فشار بالا رفته يا خود پمپ از بين ميرود و يا اينكه لوله ميشكند. (چنانچه شير اطميناني در سير خروجي تعبيه نشده باشد و يا اگر شده باشد و عمل نكند). لازم به توجه است كه فاصله بين اجزا گردنده و جداره ثابت بسيار كم ميباشد. و ساختمان آنها طوري است كه اجزاء گردنده در دو جهت ميتوانند دوران نمايند. و در نتيجه قسمت ورودي و خروجي پمپ بسته به نوع كار ممكن است عوض شوند.
در قسمت تقسيمبندي پمپهاي جابجايي مثبت و در قسمت پمپهاي دوار به نوعي از اين پمپها با نام حلزوني اشاره كرديم، لازم به ذكر است بدانيم كه در اين نوع پمپ دو محور كه شياردندههاي مارپيچ روي آنها وجود دارد در داخل يك پوسته با هم درگير هستند و در اثر چرخشدندهها شيارها بسته شده و سيال ورودي فشرده ميشود. امتياز اين نوع پمپها اين است كه عمل آنها با ارتعاش و صدای کمتری نسبت به رفت و برگشتیها ميباشد.
مشخصات اصلي پمپهاي گردشي
- جريان كم (كمتر از 20 گالن در دقيقه)
- فشار خروجي متوسط (150 تا 200 فوت)
- استفاده مايعات غلظ يعني مايعات با ويسكوزيته بالا (650 سانتي استوك با بالا) از آنها
- استفاده مايعات غيرساينده از آنها
- اين پمپها بيشتر براي روغنكاري بهكار ميروند. مخصوصاً نوع پيچي شكل آنها براي روغنكاري ياتاقانهاي كمپرسورهاي گريز از مركز بسيار مناسب ميباشد.
شكل 6-13 نمونه های ای يك پمپ های دوار
شكل
2-13) مقايسه پمپهاي جابجايي مثبت و پمپهاي ديناميكي
پمپهاي دينامیكي عموماً دبی بيشتري نسبت به پمپهاي جابجايي مثبت (PDP) توليد ميكنند همچنين دبي يكنواختتري دارند ولي براي كار با سيال با ويسكوزيته زياد مناسب نيستند. در ضمن اينگونه پمپها نياز به هواگيري دارند و اگر محفظه پمپ با هوا يا گاز پر شده باشد نميتوان مايع را از زير به داخل بمكد. پمپهاي جابجايي مثبت داراي دبي جريان تقريباً ثابتي براي افزايش فشارهاي مختلف بوده در حالي كه پمپهاي ديناميكي با افزايش فشار، دبي خروجيشان تغيير ميكند. اگر چنانچه در پمپهاي جابجايي مثبت نشتي در كار نباشد منحني مربوط به هد دبي در سرعت ثابت يك خط عمودي خواهد بود زيرا ارتفاع پمپ اثري بر دبي ندارد. اما عملاً پمپهاي جابهجايي مثبت نشت دارند و هر قدر فشار بيشتر شود، مقدار اين نشت بيشتر شده و در نتيجه دبي جريان كم ميشود.
3-13) پمپها و پدپده كاويتاسيون Cavitations
آب یا هر مايع ديگري، در هر درجه حرارتي بهازاي يك فشار معين تبخير ميگردد حال با توجه به اين مطلب، هر گاه در حين عبور جريان مايع از داخل یک پمپ ، فشار از فشار تبخير مايع در درجه حرارت مربوطه كمتر شود، حبابهاي بخار بهوجود ميآيد كه همراه مايع حركت ميكند اين پدپده را كاويتاسيون گويند و اگر مايع به نقطهاي ديگر، با فشار بالا برسد، اگر فشار مايع بهاندازه كافي زياد باشد، حبابها در اين محل تقطير شده و در نتيجه ذراتي از مايع از مسير اصلي خود منحرف شده و با سرعت فوقالعاده زياد به اطراف و از جمله پره ها برخورد مينمايد. در چنين حالتی، بسته به شدت برخورد، سطح پره خورده شده و متخلخل ميگردد. پديده كاويتاسيون براي پمپها بسيار خطرناك بوده و ممكن است پس از مدت كوتاهي پرهها را از بين ببرد. لذا بايد از رخ دادن چنين پديدهاي جلوگيري بهعمل آيد.
كاويتاسيون در پمپها همراه با صداهاي منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه كاهش فشار در دهانه ورودي، به شدت اين صداها افزوده ميشود. صداي كاويتاسيون مخصوص و مشخص بوده و شبيه برخورد گلولههايي به يك سطح فلزي است. همزمان با توليد اين صداها پمپ نيز به ارتعاش در ميآيد و در انتها اين صداهاي منقطع تبديل به صداهاي دائم و شديد ميگردد و در همين حال نيز دبي ماشين به شدت كاهش مييابد و يا قطع ميشود. به هنگام بروز كاويتاسيون، راندمان پمپ نيز كاهش پيدا خواهد كرد.
خوردگيهاي شديد فلز توسط كاويتاسيون، در محل به وجود آمدن حبابهاي بخار نيست بلكه هنگامي كه اين حبابها همراه با جريان به نزديك محل خروج از پره برسند، در اثر افزايش فشار به يكباره و به شدت تقطير ميشوند، تقطير ناگهاني حبابهاي بخار موجب كوچك شدن ناگهاني فضاي اشغالي توسط بخار ميگردد و در اين حالت ذراتي از مايع كه در همسايگي اين ابر بخار قرار گرفتهاند، مجبور به پر كردن اين فضاي خالي خواهند شد. اين ذرات، در اثر اختلاف فشار زياد، سرعت فوقالعاده بالا (تا چندين ده متر بر ثانيه) پيدا ميكنند. برخودر ذرات با چنين سرعت و فركانس بالا (بين 20000 تا 250000 هرتز)، بهطور مداوم به سطح پره، سبب كندگي فلز و از بين رفتن آن ميگردد و در اين محل است كه خوردگيهاي شديد به چشم ميخورد.
در پمپهايي كه در آنها سرعت دوراني يا دبي توليدي يا درجه حرارت بالا باشد (مانند پمپهاي تغذيه ديگهاي بخار)، پدپده كاويتاسيون حتي در يك زمان كوتاه ميتواند ضايعات شديدي را موجب گردد.
فلزات مختلف در برابر كاويتاسيون مقاومتهاي گوناگوني را از خود نشان ميدهند و بهطور كلي تا به امروز هيچگونه فلزي يافتن نشده كه بتواند در مقابل كاويتاسيون بهطور كامل مقاومت نشان دهد. بايد توجه داشت كه خوردگي مكانيكي بر اثر كاويتاسيون با خوردگي بر اثر واكنشهاي شيميايي يا الكتروشيميايي متفاوت ميباشد. مقاومت فلزات در مقابل كاويتاسيون بستگي به پارامترهاي مختلفي همچون نحوه ساخت و توليد فلز، سطح فلز يا آلياژهاي بهكار رفته، يكنواخت بودن فلز در موقع ريختهگري يا عمليات حرارتي و در نهايت درجه مقاومت فلز در مقابل خستگي دارد.
4-13) الزامات NPSH
شکل 7-13 نحوه محاسبه NPSH
یکی از مواردی که در انتخاب پمپ ها باید در نظر گرفته شود ، ارتفاع مثبت خالص مکش یا در واقع Net Positive Suction Head (N.P.S.H.) در واقع معياري براي تعيين مقدار افت های فشار مايع در حرکت از ورودي پمپ تا چشم Impeller ميباشد. اين يكي از مشخصاتهاي پمپ به شمار ميآيد كه عموماً با آزمايش تعيين شده و برحسب مقدار ستون آب توسط سازنده پمپ بيان ميشود.
تولید حباب در Impeller وقتی رخ مي دهد كه NPSH موجود مکش پمپ کمتر از NPSH لازم پمپ شود. این امر مي تواند به علت وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانوئي در فاصله نزديك ورودی پمپ و یا شرایط غیر عادی بهره برداري مي باشد. عواملی مانند افزایش دما و یا کاهش فشار در سمت مکش نیز مي تواند شرایط فوق را ایجاد كند. البته انتخاب پمپ برای سيستم هايي كه در دبیهای متفاوت و سرعت متغیر كار مي كنند بایستی با دقت صورت گیرد تا از پدیده كاويتاسيون جلوگیری گردد. با توجه به ملاحظه مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است يك عامل رایج این لرزشها پدیده كاويتاسيون است و مي تواند مخرب نیز باشد.
چنانچه آب به بخار تبدیل شود حجم آن مي تواند تا 50000 برابر افزایش یابد كه موجب تخلیه Impeller از آب گردد خسارات پمپ در اثر كاويتاسيون شامل خوردگی پره ها در منطقه ضربه حباب و آسیب دیدگی ياتاقانها باشد. با توجه به شکل7-13 برای محاسبه NPSH از رابطه زیر کمک می گیریم.
NPSH=S-Hfs+Ps-Pvp
که در این رابطه :
S فاصله ارتفاع مایع از خط مکش پمپ
Hfs افت های فشار مربوط به مسیر مکش
Ps فشار هوا داخل مخزن (در صورتیکه سربسته و دارای فشار باشد درغیر اینصورت فشار آتمسفریک می باشد)
Pvp فشار بخار سیال در درجه حرارت نازل مکش پمپ
دقت داشته باشید که NPSH که از این رابطه برای یک پمپ محاسبه می کنید باید کمتر از NPSH پمپی باشد که برای پروژه تهیه می شود.یعنی
NPSH (available)> NPSH (requirement)
5-13) بارگذاري مجاز نازل (allowable nozzle loading) :
بارگذاري مجاز نازل بيشترين مقدار نيرو،تنش و گشتاوری است كه طراح لولهكشي توسط لوله گذاری ميتواند به نازلهاي ورودی و خروجی پمپ وارد كند. اين مقدار نیرو وتنشِ و گستاورحداكثر توسط فروشنده در کاتالوگ ها يا استانداردهای طراحی مربوطه تعيين ميگردد. به اين ترتيب مهندس تحليل تنش واحد لوله کشی مؤظف است طبق طراحي اوليه انجام شده میزان نیروها وتنش ها و گشتاورهای برسر نازل های پمپ محاسبه و سپس با مقادیر مجاز مقایسه می نماید در صورتی که کمتر باشد مشکلی وجود ندارد در صورتی که از حد گذشته باشد باید توسط روش های این مقادیر کمتر شوند تا در محدوه ای مجاز قرار گیرند.
4-13) نحوه طراحی لوله کشی در پمپها
طراحي واحد لوله کشی درمورد پمپ ها با اطلاعات مقدماتي و جانمائی کردن مناسب آن در کارخانه (واحد) انجام ميگيرد. مهندس تجهيزات يك كاتالوگي از پمپ كه نزديكترين به هماني است كه بايد خريده شود را در اختيار طراح قرار ميدهد. در غالب موارد اين اطلاعات تغيير قابل ملاحظهاي نمي كند، در صورتي كه انتخاب درستي توسط مهندس تجهیزات انجام شده باشد. طراحيهاي لولهكشي بدون تغیرات زیاد انجام ميشود. سپس وقتي كه نقشه هاي نهائی پمپ در مراحل بعدي پروژه در دسترس قرار گرفت، تنظيمات جزئي روي آن برحسب نياز انجام ميشود.
ابعاد موقعيت نازلها يا اندازه base plateها نيز ممكن است قدري تغيير كند اما معمولاً تجديدنظر در موقيتهاي فيزيكي نازل (از بالا به پهلو يا پهلو به جلو) حتي پس از اينكه دادهها قطعي و پاياني شدند اتفاق نميافتد. از اين روست که ارتباط كاري تنگاتنگ مهندسان لوله کشی با مهندسان طراحی تجهيزات، آنها را با شرايط دقيق طراحي آشنا کرده و دوباره كاري را به حداقل ميرساند.
5-13) موقعيت پمپها
موقيت پمپها ممكن است به دلايل گوناگون تغيير كند. هدف اصلي در تنظيم موقعيت پمپ به حداقل رساندن طول لوله كشي نازل مكش در ضمن تأمين الزامات انعطافپذيري لولهكشي و همچنين کم نمودن بارهاي مجازي كه ممكن است به نازلها وارد شود، ميباشد.بهترین مکان قرارگیری پمپ ها در یک کارخانه فرایندی در زیر Piperack می باشد تصوير (8-13) پمپ هايي در امتداد و پائين pipe rackهاي اصلي را در موقعيتهاي مختلف نشان ميدهد. تصوير (9-13) نيزاز نمای روبرو و ارتفاعی را براي پمپها نمايش ميدهند.
شکل 8-13 نمای بالای چیدمان پمپ ها
شکل 9-13 نمای ازروبرو قرارگیری پمپ ها در زیر Pipe rack
جدول 10-13
در تصوير (8-13) پمپهاي 1A، 1B، 2A و 2B در زير Pipe rack واقع شده اند. اين مکان موقعيتي متداول است براي واحدهايي که كمترين احتمال مقدار نشت مواد مشتعل و نشت هيدروكربن از تجهیزات و یا لوله های بالای Pipe rack به موتورهاي الكتريكي پمپ را دارند. این مطلب مطابق با :
IPS-E-PR-190 طبق جدول 10-13 ارائه شده است.
قرار گرفتن در اين محل امکان استفاده مؤثر از Pipe rack را براي تکيه گاه لوله کشی خروجی پمپ فراهم ميکند.
پمپهاي 3A، 3B، 4A و 4B تا اندازهاي در زير pipe rack با محفظه خارج از خط ستون قرار گرفتهاند. در اين طرح، همانطوري که در شکل (9-13) نشان داده شده، لوله كشي تخليه ميتواند به صورت عمودي كه معمولاً براي خطوطي كه وارد pipe rack يا از آن خارج ميشوند تدارك ديده شده است، بالا رود.
پمپهاي 7A ،5B 6A، و 6B در تصوير (8-13) خارج از محدوده pipe rack قرار گرفته اند. اين طرح معمولاً زماني استفاده ميشود که احتمال نشت هيدروكربنها و مواد مشتعل از روی Pipe rack برروی الکتروموتور پمپ بيشتر باشد.
پمپهاي 7A، 7B ،8A و 8B درست زير تجهيزات فرآيندي واقع شده اند كه به آنها سرويس ميدهند. در مورد درامها و مبدلهاي حرارتي از نوع لوله و پوستهاي نشتهاي خطرناك کمتر مطرح هستند بنابراين ميتوان پمپ ها را درست زير آنها قرار داد. ساپورت کردن لوله كشي پمپ نيز در مجاورت سازه هاي فولادي ساده تر قابل انجام خواهد بود.
پمپ هاي 9A ،B و C و 10A، B و Cدرون خطي(Inline) هستند و اصولاً جزء موارد piping (مانند يكControl Valve ) به حساب ميآيند. فضاي دسترسي كافي براي دسترسي به پمپ و محرك آن جهت جداسازي براي تعميرات و نگهداري نيز بايد طرح ريزي شود.
1-5-13) تعيين محل پمپهاي تغذيه ديگ بخار
چون پمپهاي تغذيه ديگ بخار آب را از Deaerator ميگيرند و عموماً نزديك به فشار بخار مايع كار ميكنند بايد تا حد ممكن نزديك Deaerator قرار بگيرند.
2-5-13) تعيين محل پمپهاي عمودي
پمپهاي عمودي وقتي مورد استفاده قرار ميگيرند كه الزامات NPSH استفاده از پمپ هاي افقي را غيرعملي ميسازد. شکل (11-13) يك پمپ Condensate معمول را كه مجاور يك Surface Condenser كه به آن سرويس ميدهد واقع شده است نشان ميدهد.
شکل 11-13 محل قرارگیری پمپ های عمودی
3-5-13) محل قرارگیری پمپ سرچاهی
تصوير 12-13 يك پمپ سرچاهي كه عموماً براي خارج كردن مواد زايد جمع شده در يك انباره بتوني يا فولادي مورد استفاده قرار ميگيرد را نشان ميدهد.نازل مکش در پائین و در چاه می باشد. يك صافي در ته اتصال نازل مكش پمپ احتمال اينكه پمپ در حين عملكرد گير كند را كاهش ميدهد. اتصال تخليه نيز ممكن است با لوله کشي به يك مخزن نگهداري ديگریا يك حوضچه يا يك وسيله حمل مواد زائد متصل شود.
شکل 12-13 پمپ سرچاهی (Sump pump)
4-5-13) محل قرارگیری پمپهاي گريز از مركز در سرويس خلأ
همانطور که در تصوير (13-13) نشان داده شدهاند. از آنجايي که سيستم در فشار منفي و دماهاي بسيار بالا كار ميكند، محل اين پمپ ها نيز بايد دقيقاً زير برج (مخزن تحت فشار عمودي) يا درست بيرون ستونهاي نگهدارنده (Skirt) باشد. وقتي كه پمپ ها درست زير برج (مخزن تحت فشار عمودي) واقع شده اند ممكن است لازم شود كه پمپ ها با فنر نگاه داشته شوند، چنانكه در تصوير (13-13) نشان داده شده است. اين پايه اساساً از يك قاب فلزي با چهار فنر نگهدارنده كه به پهلوهاي آن متصل شده اند، تشكيل شده است. آنگاه پمپ روي قاب فولادي نصب شده و محفوظ ميشود. در حين کار پمپ ميتواند آزادانه در محدوده طراحي شده فنرها حرکت کنند و به اين ترتيب تنش تحميل شده به نازلها ناشي از حرارت بالا را كاهش دهند.
شکل 13-13 پمپ گریز از مرکز سرویس خلاء
شکل 14-13 ساپورت فنری پمپ
6-13) اجزا ء لولهكشي پمپ
در اين بخش به بررسي برخي طرحهاي معمول در piping پمپ ها ميپردازيم. گرچه در غالب تصويرها پمپ هاي افقي نشان داده شدهاند، اين طرح ها براي همه انواع پمپ معمولند. تصوير (15-13) اجزايي را كه معمولاً در لوله كشي مكش و تخليه پمپ ها يافت ميشوند، نشان ميدهد.
در مسير لوله مكش يك شير قطع و وصل قرار دارد كه در اين مثال از نوع شير دريچهاي(gate valve) است.
شکل 15-13 اجزاء مورد نیاز در لوله کشی پمپ
يك صافي (Strainer) نوع T موقتي نشان داده شده در تصوير (16-13) هر نوع ذره خارجي كه ممكن است در زمان ساخت در مسير لوله كشي جمع شده باشد را جدا ميکند. پس از اينكه شيرهاي مكش و تخليه بسته شدند، صافي بيرون كشيده ميشود. اين صافي عموماً فقط براي راه اندازي استفاده ميشود. تصوير (17-13) يك صافي توري را نشان ميدهد كه ممكن است در مسير لوله كشي مكش هم مورد استفاده قرار گيرد.
گرچه اين صافي خاص در صورت استفاده مجدد نياز به fitting اضافي ندارد، ولي به خاطر فلنج پايين دستي شير، نيازمند تعمير و نگهداري اضافي ميباشد. احتمالا لازم است نازل پمپ و تكيه گاه زير زانويي را براي كشيدن قطعه Spool و برداشتن صافي باز نمود. قطعه معمول بعدي يك Reducer است كه بايد از نوع Eccentric (ورودي خروجي غير هم محور) ازنوع بالا تخت در خطوط افقی جهت کاهش امکان کاویتاسیون و در خطوط عمودی جهت فضای لازم بین دو شیر بهطوري که در تصوير (18-13) نشان داده شده است.
شکل 16-13 T-Strainer
شکل 17-13 Basket strainer
شکل 18-13 کاهنده پمپ در حالت لوله کشی عمودی
7-13 ) ملاحظات طراحي piping پمپها
قبل از شروع به طراحي piping اطراف پمپ، طراح بايد چند عامل حياتي را براي طراحي بهينه مورد توجه قرار دهد.
- اولين عامل تكيهگاه لوله کشي اطراف پمپ است که اغلب داراي حلقه هاي انبساط بزرگ براي قابليت انعطاف پذيري ميباشد. اگر پمپ ها زير pipe rack يا سازه قرار گيرند ساپورت آنها نسبتاً آسان است. در غير اين صوت طراح Plant layout بايد با مهندس تحليل تنش براي تعيين بهترين موقيت براي تجهيزاتي چون Stop ها و Hanger ها مشورت نمايد.
- پمپ هايي كه در فضاي باز قرار دارند، اغلب نياز به سازه هاي بزرگتري براي ساپورت لوله ها دارند. حد بارگذاري مجاز روي نازل يك پمپ بسيار پائين است و براي جلوگيري از تحميل تنش بيش از حد مجازبر نازل ها بايد سيستم لوله كشي به طور مناسبي ساپورت شود. در صورتي كه بارها از حد مجاز تجاور كنند ممكن است آسیب جدی به نازل ها و حتی لوله ها وارد شود..
- رويه تعمير و نگهداري پمپ و محرك هم بايد در اين مرحله مشخص باشد بخصوص اينكه چگونه هر بخش به طور فيزيكي از سيستم جدا مي شود. پمپ هاي كوچك را ميتوان با دست حمل کرد. در بالای پمپ های بزرگ قرار گیرنده در زیر Pipe rack باید قلاب جرثقیل (Davit) و یا خود جرثقیل را تعبیه نمود.در ضمن نحوه دسترسی تعمیراتی به پمپ ها از پشت پمپ می باشد.مطابق با شکل 19-13 لذا مسیر دسترسی در pipe rack ازپشت پمپ ها می باشد.
- زاویه دسته شیرها ونحوه قرارگیری آنها بايد به گونهاي باشد که مساحت زمين مورد نياز را به حداقل برساند. ارتفاع شيرآلات بايد عموماً تا جايي كه ممكن است پائين و در صورت عملي بودن در هر دو مسير مشترك باشد.لذا تعبیه ارتفاع دسترسی مناسب به شیرها برای عملکرد و تعمیرات مورد توجه قرار بگیرد.مطابق با شکل 19-13
- يكپارچگي در طراحي لوله كشي، ساپورتها و سازه هاي فلزي نتيجه دورانديشي مهندسين طراح است. و اين همان چيزي است كه يك كارفرما هنگام استخدام يك پيمانكار مهندسي لازم دارد و بابت آن هزينه پرداخت ميكند. صرف هزينه بيشتر در امور طراحي مهندسي ميتواند هزينه هاي احداث را كاهش دهد، يا صرف هزينه بيشتر روي مصالح ممكن است باعث صرفه جويي در هر دوي هزينه هاي طراحي مهندسي و احداث شود. جانمائی پمپ نبايد به صورت جزء به جزء بلكه بايد به صورت كلي نمايش داده شود. تصوير (20-13) يك نمونه جانمائی پمپ استاندارد شده را نشان ميدهد.
شکل 19-13 دسترسی برای عملکرد و تعمیرات لوله کشی
شکل 20-13 نحوه ساپورت گذاری
- در حالتي كه لازم است حلقه هاي انبساط بين پمپ ها استفاده شود، بايد قسمتي از خطوط لوله از بالاي پمپ و محرك (الکتروموتور) عبور داده شوند. به هر صورت بايد سعي کرد با كارگذاري مسير لوله كشي در خارج ازمحدوده بالاي پمپ ها و يا در ارتفاع، موانع موجود درسرراه تعميرات و نگهداري پمپ را به حداقل رساند تا امکان جداسازي پمپ و موتور محرک آن وجود داشته باشد.
- پمپ ها بایستی در جایی قرار گیرند که طول لوله Suction در حداقل فاصله و در حد امکان مستقیم تر باشد .
- پمپ ها بایستی به صورت ردیفی در زیر pipe-rack قرار داده شوند و Drive پمپ ها به سمت مرکز pipe-rack قرار گیرند.
- فضای پیشنهادی بین بدنه پمپ ها از 5/0 تا 0/1 متر، عرض فونداسیون 2 متر، مرکز تا مرکز پمپ 5/1 تا 0/3 متر قابل قبول می باشد.
- همانطور که در فصل طراحی Plot plan گفته شد، راهروی پشت پمپ ها در زیر Pipe rack مطابق با IPS-E-PR-190 بایستی حداقل 0/4 متر باشد
11- جهت آسیب نرسیدن به پره ها و آبندی(Mechanical seal) ، در ورودی مکش پمپ های سانتریفوژ بهتر است که به اندازه پنج برابر قطر لوله خط مستقیم(Straight run) را قرار دهیم. مطابق شکل 21-13.
شکل 21-4 خط مستقیم مکش
8-13) چگونگي طراحي piping مجموعه پمپها
روشهاي متعددي براي ارتباط چند پمپ وجود دارد. در اين بخش به بررسي چند طرح که براي شرايط متعددي مناسب است، ميپردازيم.
دوپمپ: آرايش پمپ هاي اصلي (primary)و يدكي (standby) نشان داده شده در تصوير (22-13) دو روش كه دو پمپ ميتوانند به هم بسته شوند را نشان ميدهد. گرچه بهتر است اتصال مستقيماً از روي فضاي بالايي انجام شود، دماي كاري بسياري از پمپ ها افزودن يك حلقه انبساط براي كاهش تنش هاي وارد بر نازل هاي پمپ را الزامي ميكند. لازم نيست كه حلقه حتماً در مسير نشان داده شده قرار بگيرد بلكه بايد به گونه اي باشد که تکيه گاه گذاري مسير لوله كشي بهينه باشد.
نكته حائز اهميت ديگر ارتفاع دسته Gate valve در مسير تخليه است كه بايد در دسترس پرسنل باشد، دو طرح مناسب براي اين منظور در تصوير (21-13) نشان داده شده است. در پمپ های با اندازههاي بزرگتر و یا با نرخ فشار (pressure rating) بالاتر، شيرها از لحاظ ارتفاعی بيش از حد دسترسی اپراتور بالا مي روند، بخصوص اگر زير pipe rack قرار داشته باشند. بنابراين مطابق با شکل 23-13 طرح جايگزين (alternative arrangement) راه حل پیشنهادی مناسب را نشان می دهد.
شکل 22-13 لوله کشی برای دوپمپ
شکل 23-13 پیشنهاد برای لوله کشی پمپ های سایزبزرگ
سه پمپ: در صورتیکه سه پمپ باشند که یکی یدکی (Spare) و دو تای دیگر در حال کار (Service) ، شکل (24-13) نشان داده شده است که چگونه ميتوان طراحی نمود، می توان حلقههاي انبساط را برحسب نیاز اضافه نمود . تصوير (25-13) نشان ميدهد كه چگونه مسير مكش براي سرويس B به مسير مكش براي سرويس A پايين دست Gate Valve و بالا دست صافي متصل شده است. مسير تخليه براي سرويس B نيز به پايين دست شير يک طرفه (check valve) بسته شده است.
شکل 24-13 نحوه لوله کشی برای سه پمپ
شکل 25-13 نمای روبرو و نحوه اتصال سه پمپ
مکش از زیر زمین: پمپ هايي كه خطوط مكش آنها از زيرزمين (grade) بيرون ميآيد، در تصوير (26-13) نشان داده شده اند. اين يکي از مواردي است كه Reducer بايد جهت جلوگيري از كاويتاسيون از بالا تخت (top flat) باشد. همانگونه كه در تصوير (27-13) نشان داده شده، استفاده از يك صافي توري در اين وضعيت عمليتر است چون تیکه لوله ( Spool ) شامل صافي قابل بيرون آوردن است.
شکل 26-13 مکش از زیرزمین
شکل 27-13 نحوه اتصالات در خط مکش افقی
9-13) چگونگي لولهكشي توربين بخار
هنگام طراحي لوله كشي يك توربين بخار، بايد از اشاعه بخار به پوسته توربين كه ميتواند به تيغهها آسيب برساند جلوگيري كرد. نمونه اي از نحوه قرارگيري توربين در تصوير (28-13) نشان داده شده است.
بخار مصرفي از بالاي Supply Header پائين ميآيد و باعث مي شود ورود مايع چگالش به داخل توربين كاهش يابد. هنگامي كه توربين كار نميكند با يک Block Valve (همان Gate valve منظور است) آن را از سيستم جدا ميكنند. يك Drip Leg نيز در پائين سيستم براي از جدا نمودن مايع چگالش درنظرگرفته ميشود. يك Control Valve در مجاورت توربين قرار ميگيرد. Block Valve کار گذاشته شده در مسير گاز خروجي (exhaust) سيستم نيز جهت جداسازي اين مسير بکار مي رود. همچنين يك شير اطمينان (Relief Valve) به عنوان يك وسيله ايمني نيز تعبيه ميشود. ضمناً قبل از قطع منبع بخار بايد exhaust valve بسته شود. اين مسير بايد به يك نقطه امن دور از پرسنل تخليه گردد.
به منظور دسترسي تعميرات و نگهداري توربين نيز بايد ملاحظات خاصي جهت بازرسي از روغن (Oil Lube)، محفظه آب بندي (Packing Gland) و (Governor) توربين لحاظ شود. تصوير (31-7) يك پيكربندي نادرست مسير تأمين بخار را نشان ميدهد. مايع چگالشي كه بالاي Block Valve تشكيل مي شود وقتي كه شيرآلات بازند وارد توربين ميشود و به تيغه ها آسيب ميرساند. لذا از اين پيكربندي بايد اجتناب کرد.
شکل 28-13 لوله کشی توربین بخار
خارج کردن مايع چگالش در توربينهاي چند طبقه نيز يك موضوع جدي مورد توجه است چون در صورت نفوذ آب ياتاقان محوري (Thrust Bearing) آن ممكن است آسيب ببيند. يك روش
معمول براي تخليه چگالش اضافي بدون به خطرانداختن اپراتوري كه مسير را تخليه ميكند
در تصوير 29-13 نشان داده شده است. يك نشانگر دما (temperature indicator) وجود آب در سيستم را نشان ميدهد. با بازشدن شير، مايع چگالش داغ درون exhaust stack ميريزد. سپس بخار داغ ميتواند از فضاي بالا با ايمني تخليه شود و چگالش به سطح زمين يا به يك سيستم تخليه ريخته گردد.
شکل 29-13 نحوه خارج کردن مایع چگالش یافته
10-13) چگونگي لولهكشي جانبی پمپ
بسياري از پمپ ها لوله كشي های جانبی یا داخلی دارند كه توسط فروشنده يا پيمانكار مهندسي نصب شده است. اين لوله كشي هاآب خنك كننده براي آب بندهاي مکانيکي Mechanical Seals، ياتاقانها Bearings، كاسه نمدها (Stuffing Box) و Lantern Ring Flush را تأمين ميكند و براي سيستمهاي با دماي بالا به ستون ساپورت پمپ كشيده ميشود.
فروشندگان پمپ معمولاً لوله كشي کمکي را براي Mechanical Seals از طريق يك Harness تأمين ميكنند. يك مسير به اتصال تخليه روي پوسته پمپ متصل ميشود. سيال آب بندي به گردش در آمده بايد به جريان پمپ و يا از طريق Seal به فواصل دروني پمپ برگردانده شود. در تمام موارد لوله كشي پمپ، طراح بايد با دقت طرح هاي فروشنده و دياگرام هاي تجهيزات را بازبيني كند تا از برآورده شدن الزامات خنك کاري و آب بندي اطمينان حاصل گردد. در تصوير (30-13) نحوه قرارگيري لوله كشي پمپ به طور نمونه نمايش داده شده است. آب خنك كننده درون و بيرون اين پمپ خاص از زیرزمين تأمين ميشود .
شکل 30-13 لوله کشی جانبی پمپ
11-13) نحوه ساپورت گذاری در لوله كشي پمپ
طراح بايد از اطلاعات پايه در زمينه تنش و تکيه گاه هاي لوله براي ايجاد يك طرح درست براي قرارگيري پمپ برخوردار باشد، تا نياز به تغييرات اساسي مجدد توسط مهندس تحليل تنش تکيه گاه پيش نيايد.
در صورتی که طراح بعضی از قواعد ساده را رعایت کند کمک بسیاری به مهندس تحلیل تنش می کند دو مورد از مهمترين ملاحظات در تصوير 31-13 نشان داده شده است اين موارد عبارتند از: ساپورت کردن مسير مكش از زير زانويي و ساپورت کردن مسير تخليه کمتراز پنج برابر قطر لوله.
شکل 31-13 نحوه ساپورتینگ لوله کشی پمپ
مسير مكش معمولاً در زير زانويي نزديك به نازل پمپ ساپورت مي شود. اين ساپورت ممكن است يك ساپورت صلب (لوله يا سازه فولادي)، يا از نوع قابل تنظيم و يا براي پمپ هاي دماي بالا به صورت ساپورت فنري باشد. اگر پمپ ها در ناحيه داراي خاك سست يا جايي كه نشست جزيي (Differential settlement) ممكن است رخ بدهد، قرار گيرند ممکن است لازم شود فونداسيون پمپ براي نگاه داشتن ساپورت پايه تا ارتفاع بيشتري گسترش داده شود. مهندس تحليل تنش و تکيه گاه به همراه مهندس سيويل بايد مشترکا در اين تصميم گيري دخالت کنند.
مسير تخليه بايد تا جايي كه ممكن است نزديك به زانويي بالا ساپورت شود و بايد پنج برابر قطر اين زانويي باشد. بارگذاري نازل پمپ تحت كد API-610 مشخص مي شود. دو روش براي ساپورت مسير تخليه وجود دارد. يك روش نشاندن ساپورت فنري روي فولاد با يك Rod Hanger و گيره است. روش ديگر قرار دادن يك فنر پايه روي فولاد است به طوري كه مسير تخليه مستقيماً روي فلنج بار (load flange) فنر قرار گيرد. از آنجا كه Rod Hanger ميتواند باعث ايجاد خطر در هنگام آتش سوزي شود، هر پروژهاي براي چنين مواردي بايد مورد بازبيني قرار گيرد. بارگذاري روي نازل هاي توربين بخار تحت كد NEMA-SM-21 قرار ميگيرد كه با بارگذاري روي پمپ ها متفاوت است.
پمپ هاي Inline نياز به ساپورت مستقيم ندارند اما بهطوري که در تصوير 32-13نشان داده شده، توسط ساپورتهاي مسير تخليه يا مكش در جاي خود نگاه داشته ميشوند.
شکل 32-13 نحوه ساپورتینگ توربین
2-13) سیستم های ابزاردقیق موردنیاز در لوله کشی پمپ
1-12-13) پمپ های گریز از مرکز (سانتریفوژ)
خط ورودي (مکش):
در خط ورودي متغيرهاي اساسي كه اندازهگيري ميشوند، عبارتند از دما و فشار ورودي.
فشار ورودي يك پمپ گريز از مركز (سانتریفوژ) بايد به قدري باشد كه يك ارتفاع خالص مثبت مكش (NPSH) لازم را تأمين كند تا از پدپدة حبابزائی (کاویتاسیون) در پمپ جلوگيري شود. بدين منظور بايد فشار و دماي جريان ورودي به پمپ اندازهگيري شود تا اپراتور از شرايط حبابزايي مطلع گردد. لازم به ذكر است كه در قسمت ورودي معمولاً يك هشداردهنده فشار پايين وجود دارد.
خط خروجي (تخلیه):
- فشار خروجي از پمپ توسط يك فشارسنج اندازهگيري ميشود.
- مواقعي كه پمپ كار نميكند يا در دست تعمير است، در خط خروجي (همانند ورودي) از يك شير (block valve) برای ايزوله كردن استفاده ميكنند.
- در خط خروجي قبل از شير فوق، جهت جلوگيري از برگشت جريان يك شير يك طرفه قرار ميدهند.
- براي اينكه دبي خط خروجي از پمپ كنترل شود از يك حلقه كنترل جريان مطابق شكل 33-13 استفاده ميكنند.
شكل33-13كنترل دبي جريان خروجي از پمپ
- در صورتي كه هدف، كنترل ارتفاع سطح مايع مخزن قبل از پمپ باشد، شير كنترل روي خط خروجي پمپ، توسط كنترلكننده ارتفاع سطح مايع تنظيم ميشود. (شكل 34-13)
شكل 34-13 كنترل ارتفاع سطح مايع مخزن قبل از پمپ
- ممكن است شير كنترل كاملاً بسته شود بنابراين از يك جريان برگشتي براي برقرار كردن حداقل جريان و جلوگيري از داغ شدن پمپ استفاده ميشود. كنترل دبي جريان برگشتي به دو روش صورت ميگيرد:
وقتي توان پمپ كمتر از 25kw است از يك ارفيس محدود كننده (RO) استفاده ميشود (شكل35-13) و زمانيكه توان پمپ بيشتر از 25kw است يك شير كنترل به كار ميرود (شكل
36-13)
شكل 35-13 استفاده از فيس جهت برقراري حداقل جريان
شكل 36-13 استفاده از شير كنترل در جهت برقراري حداقل جريان
- در حالتي كه پمپ از يك مخزن تغديه ميگردد از يك سوئيچ سطح پايين براي خاموش كردن پمپ استفاده ميشود.
- تجهيزاتي نيز شامل تخليه هوا، تخليه مايع و … براي پمپ در نظر ميگيرند.
- در حالتي كه از پمپهاي با ظرفيت بالا، مانند پمپهاي جابجاكننده سيالات سرويس استفاده ميكنند، اغلب براي محافظت پمپ، كنترل ترجيحي را بهكار ميبرند (شكل 37-13)
شكل 37-13 سيستم محافظ براي پمپهاي با ظرفيت بالا
ايمني پمپ در برابر نشتي مواد فرّار
پمپهاي گريز از مركز ذاتاً تجهيزات خطرناكي نيستند. اما گاهي پيش ميآيد كه از اين پمپها براي حمل مايعات فرّار هيدروكربوني با قابليت اشتعالزايي بالا استفاده ميشود. در اينگونه موارد با توجه به اينكه مخزن تغذيه كننده پمپ، بهعنوان منبع آتشزا شناخته ميشود، لازم است در صورت وقوع هر گونه آتشزايي، ارتباط اين مخزن با ورودي پمپ قطع شده و سيستم ايزوله گردد. در صورت قطع شدن خوراك ورودي پمپ، لازم است پمپ نيز خاموش گردد.
لازم به ذكر است كه بايد امكان نشت مواد از آببندي پمپ در واقع بايد تمهيداتي جهت رفع اين خطر انديشيده شود، استفاده از يك حسگر تشخيصدهنده آتش ميتواند وقوع آتش را هشدار دهد. سيگنال حاصل از اين حسگر دستور بسته شدن اضطراري شير واقع در قسمت مكش پمپ را صادر كرده، پمپ را نيز خاموش ميكند. شير واقع در قسمت مكش پمپ ميتواند موتوري باشد تا در صورت رفع مشكل بهصورت خودكار از اتاق كنترل باز شود. بهتر است اين شير، عايق ضدآتش نيز باشد.
در شكل 38-13 سيستم كنترل پمپ براي توقف اضطراري سيستم در صورت وقوع آتش نشان داده شده است.
شكل 38-13 سيستم محافظ براي مايعات فرّار
شكل 39-13 شماي كلي سيستم كنترل يك پمپ گريز از مركز
نكات مربوط به شكل 39-13
- فيلتر دائم در صورتي استفاده ميشود كه در خط مكش امكان وجود ذرات جامد و معلق باشد. اين فيلتر براي خط با سايز2 اينچ و كمتر، از نوع Yبا توجه به مشخصات موارد لولهكشي است و براي سايز خطهاي 2 اينچ و بيشتر، از نوع T استفاده ميشود.
- از هشداردهنده فشار پايين جهت ايمني بيشتر و مطمئن شدن از عدم وقوع حبابزايي استفاده ميگردد.
- حداقل جريان توسط ارفيس با شير كنترل مطابق با توان موتور تنظيم ميگردد.
- دبي جريان خروجي ميتواند توسط شير كنترل تنظيم گردد.
2-12-13) پمپهاي جابجايي مثبت
پمپهاي جابجايي مثبت پمپهايي هستند كه معمولاً در ظرفيتهاي كم يا متوسط و براي ايجاد فشار خروجي بالا بهكار برده ميشوند.همانطور که در ابتدای فصل گفتیم، اينگونه پمپها به دو دسته كلي پمپهاي رفت و برگشتي و چرخشي تقسيم ميگردند. لازم به ذكر است كه پمپهاي رفت و برگشتي نسبت به پمپهاي چرخشي فشار بالاتري را در خروجي ايجاد مينمايند.
روشهاي كنترل ظرفيت پمپهاي جابجايي مثبت
پمپهاي بهكار برده شده در يك فرايند بايد بتوانند جوابگوي نيازهاي فرايند و تغييرات دبي يا فشار موردنياز باشند. طراحي مناسب يك پمپ بايد براي بيشترين دبي و در فشار حداكثر صورت گيرد. جهت تأمين دبي و فشار موردنياز فرايند، پمپ بايد به سيستم كنترل مجهز باشد. به دليل ويژگي خاص اين پمپها يعني نوسان جريان خروجي و استهلاك زياد دستگاه، جهت تنظيم دبي جريان تحت هيچ شرايطي از يك شير كنترل در خروجي پمپ استفاده نميشود.
همچنين استفاده از كنترل دبي جريان ورودي توسط شير كنترل براي پمپهاي جابجايي مثبت مناسب نيست و عملكرد مشابه استفاده از شير كنترل در خط خروجي را موجب ميگردد. بهمنظور جلوگيري از پدپده حبابزايي، پمپهاي جابجايي مثبت نيز همانند پمپهاي گريز از مركز داراي محدوديت ارتفاع خالص مثبت مكش موردنياز جريان ورودي هستند. بنابراين از كنترل جريان و افت فشار در خط ورودي پمپ بايد اجتناب نمود.
بهطور كلي سه روش عمده براي كنترل ظرفيت پمپهاي جابجايي مثبت به كار برده ميشود كه در زير به آن پرداخته ميشود.
استفاده از سوئيچ روشن- خاموش پمپ
اين روش كنترل براي پمپهاي اندازهگيري كه در آن حجم مشخص از سيّال به تناوب به فرايند اضافه ميشود، استفاده ميگردد. مانند پمپهايي كه براي تزريق مواد شيميايي به ديگ بخار و يا تصفيه آب استفاده ميشوند. براساس مقدار سيّال موردنياز ميتوان از يك تايمر يا شمارنده حجم سيّال براي كنترلكننده روشن- خاموش استفاده كرد.
كنترل دبي جريان برگشتي
در اين روش جريان از خروجي به ورودي پمپ برگردانده ميشود كه مقدار آن با استفاده از يك شير كنترل روي جريان برگشتي تعيين مي گردد. اين شير حتماً بايد در صورت خرابي بار (FO) باشد تا در صورت قطع هواي ابزار دقيق كاملاً باز شده و جريان را به ورودي باز گرداند. استفاده از كنترل جريان برگشتي يكي از مؤثرترين روشهاي كنترل ظرفيت پمپ جهت اتلاف زياد انرژي مناسب نيست. نمونهاي از سيستم كنترلي مزبور در شكل 40-13 نمايش داده شده است.
شكل 40-13 كنترل دبي با استفاده از جريان برگشتي
استفاده از كنترلكننده سرعت موتور پمپ
يكي از روشهاي كنترل در پمپهاي جابجايي مثبت، استفاده از سرعت متغير موتور است. در اين روش از موتور دور متغير كه داراي مبّدل فركانس ميباشد، استفاده ميشود. استفاده از اين روش براي فرايندهايي كه در آنها دبي جريان بهطور منظمي نيازمند تغيير ميباشد، مناسب است. استفاده از اين روش براي حالتهاي معمول فرايند (بدون تغييرات زياد دبي) به صرف نيست. نمونهاي از تغيير منحني مشخصه پمپ براي دور موتورهاي مختلف در شكل 41-13 نمايش داده شده است. همانطور كه ديده ميشود ميتوان با تغيير دورموتور دبيهاي مختلفي را با فشار ثابت خروجي تحت پوشش قرار داد.
شكل 41-13 نمايي از منحني مشخصه پمپ در دورهاي مختلف موتور
محافظت از دستگاه و ايمني آن
محافظت از خط خروجي
متداولترين و مهمترين خطري كه پمپ هاي جابجايي مثبت با آن روبرو هستند، فشار بيش از حد در خط خروجي در حالتي است كه خط خروجي بسته شود. پمپهاي كوچك همانند پمپهاي دندهاي كه براي روغنكاري دستگاههاي فرايند ياستفاده ميشوند، معمولاً يك شير اطمينان فشار (PSV) روي خود دستگاه دارند كه با برگشت جريان خروجي به ورودي فشار را كاهش ميدهد. اما در اكثر موارد يك شير اطمينان خارجي روي خط خروجي پمپ در نظر گرفته ميشود.
اين شير تا جايي كه امكان دارد بايد نزديك به خروجي پمپ باشد. با برگشت مقداري از جريان خروجي به ورودي توسط اين شير اطمينان، فشار خروجي كاهش مييابد حال اگر به هر دليلي خط خروجي پمپ بسته شود و شير تخليه نيز قادر به تخليه فشار نباشد فشار به سرعت بالا رفته، ممكن است منجربه تركيدگي خط گردد. علاوه بر آن آسيب جدي به پيستون، شفت و ساير تجهيزات وارد ميگردد. اغلب توصيه ميشود براي اطمينان از عدم افزايش فشار خروجي، يك سوئيچ با انتقالدهنده جهت خاموش كردن اضطراري براي فشار خروجي بالا نيز در نظر گرفته شود.
ممكن است شرايط فرايندي طوري باشد كه يك مهندس طراح فرايند ترجيح دهد در هيچ شرايطي پمپ از فعاليت نيفتد و يا بخواهد از باز شدن شير تخليه اضطراري جلوگيري نمايد. در اين صورت براي جلوگيري از ازدياد بيش از حد فشار در خروجي استفاده ميگردد. اين سيستم شامل يك انتقالدهنده فشار، يك كنترلكننده و يك شير خط جريان برگشتي است.
اگر نياز به استفاده از يك حلقه كنترل دبي جريان در خط خروجي باشد، استفاده از يك كنترلكننده ترجيحي فشار در خروجي مطابق شكل 42-13 مناسب است. همانطور كه ديده ميشود، يك هشداردهنده فشار بالا نيز در نظر گرفته شده تا در صورتي كه فشار خيلي بيشتر از مقدار مقرر كنترلكنند باشد هشدار بدهد. شرايط فشار بيش از حد در خروجي پمپ ميتواند بهصورت آني ايجاد شود، بنابراين لازم است سيستم كنترل به سرعت به اين شرايط واكنش نشان دهد. اگر DCS بهصورت باشد كه نتواند به سرعت واكنش لازم را نشان دهد (حتي كنترلكننده DCS با سرعت اسكن كمتر از 0/5 ثانيه نيز بسيار كند است)، بايد به استفاده از شير تخليه اضطراري در خروجي پمپ اكتفا كرد.
شكل 42-13 استفاده از كنترل ترجيحي جهت كنترل فشار و دبي جريان خروجي پمپ
محافظت از خط ورودي
- خط ورودي نيز ممكن است نياز به محافظت داشته باشد. اگر خط لوله ورودي پمپ براي فشار طراحي خط خروجي، طراحي گرديده باشد نيازي به استفاده از يك شير اطمينان در ورودي نيست. در حالتي كه پمپ خاموش بوده و دو طرف آن ايزوله شده باشد، اگر به هر علتي يك نشت جريان از خروجي پمپ (مايع تحت فشار در مخزن نوسانگير) به ورودي صورت گيرد و خط ورودي تحمل فشار خروجي را نداشته باشد، اين افزايش فشار باعث تركيدگي لوله ميشود.
- پمپهاي جابجايي مثبت نيازمند در نظر گرفتن يك سوئيچ يا انتقالدهنده حداقل فشار ورودي براي خاموش كردن اضطراري پمپ براي جلوگيري از پدپده حبابزايي هستند. اين سوئيچ فشار پايين همچنين بايد مجهز به هشداردهنده فشار پايين نيز باشد. مشكل حبابزايي بهصورت قابل ملاحظهاي در پمپهايي كه در يك لحظه مكش و تخليه را با هم انجام ميدهند (داراي چند محفظه سيلندري هستند)، كاهش مييابد.
- محافظت مكانيكي
- بعضي از مشكلات جزئي مكانيكي ممكن است باعث ارتعاش پمپ و آسيبديدگي آن شود. بنابراين يك سوئيچ هشداردهنده ارتعاش معمولاً روي پمپهاي بزرگ نصب ميگردد. لازم نيست اين سوئيچ حساسيت خيلي بالايي داشته باشد و ميتوان از يكي از سادهترين انواع آن استفاده نمود.
- بعضي از پمپهاي جابجايي مثبت بزرگ ممكن است داراي تجهيزات خاص روغن كاري براي سيلندرهاي باشند. اين روغنها توسط پمپهاي تزريقي كوچك و رفت و برگشتي كه از يك مخزن كوچك تغذيه ميشوند، تأمين ميگردند. اين مخزن نيازمند يك هشداردهنده پايين سطح مايع است، اما نيازي به خاموش كردن اضطراري سوئيچ پمپ ندارد؛ زيرا سطح پايين روغن خيلي سريع روي عملكرد پمپ تأثير نميگذارد و فرصت كافي براي رفع مشكل مخزن تغذيه وجود دارد.
- پمپهاي دور متغير بهويژه آنها كه توسط موتور ديزلي كار ميكنند به استفاده از سيستم خاموش كردن اضطراري در سرعت گردش بيش از حد نياز دارند.
ايمني
اكثر مسائل ايمني در پمپهاي جابجايي مثبت مرتبط با فشار بيش از معمول در خروجي يا نشت مواد سمي يا خطرناك است. براي سيّالات سمي استفاده ا ز پمپهاي ديافراگمي به خاطر ايمني بالاي آنها توصيه ميگردد. وقتي سيّالي كه پمپ ميشود آتشزا باشد بايد براي آن تمهيداتي انديشيده گردد. وقتي كه پمپ، سيّال آتشزا را جابجا مينمايد، استفاده از يك شير جهت بستن اضطراري براي جلوگيري از نشتي مواد بعد از خاموش شدن پمپ الزامي است.
البته سيگنال ارتباطي اين پمپ اندكي با آنچه در مورد پمپهاي گريز از مركز بيان شد متفاوت است. توصيه نميشود كه شير ورودي همزمان با خاموش شدن پمپ بسته شود، زيرا اين امر باعث خلأ و پدپده حبابزايي در پمپ و در نتيجه موجب آسيب جدي دستگاه ميشود. بهترين شيوه اين است كه شير ورودي با تأخير مناسب نسبت به خاموش شدن پمپ بسته شود (استفاده از يك مدار تأخير زماني). همچنين ممكن است يك شير براي بستن اضطراري در خروجي نيز با همان سيستم بسته شدن خودكار اما با تأخير چند ثانيهاي نسبت به خاموش شدن پمپ نصب گردد.
تجهيزات جانبي
- خط ورودي
تجهيزات جانبي نصب شده در پمپهاي جابجايي مثبت تقريباً مشابه با پمپهاي گريز از مركز است كه در ادامه به آن اشاره ميگردد.
- در ورودي پمپهاي جابجايي مثبت، نشانگر فشار نصب ميگردد.
- در ورودي معمولاً هشداردهنده فشار پايين قرار داده ميشود.
- در ورودي يك سوئيچ فشار خيلي پايين نصب شده كه دستور خاموش كردن اضطراري را به پمپ ميدهد. اين سيستم هشدار در موقعي استفاده ميشود كه احتمال آن اضطراري را به پمپ ميدهد. اين سيستم هشدار در موقعي استفاده ميشود كه احتمال آن برود كه ارتفاع خالص مثبت مكش ورودي به دلايلي كافي نبوده و امكان حبابزايي وجود داشته باشد.
- پمپهاي رفت و برگشتي به خاطر ماهيت كاركرد آنها باعث نوسان جريان در ورودي و خروجي ميشوند. بنابراين از مخازن نوسانگير كوچك در ورودي و خروجي استفاده ميكنند. اندازه و مشخصات اين مخزن نوسانگير با توجه به نيازهاي فرايند و دبي جابجا شده، توسط سازنده پمپ مشخص ميگردد.
- همانند پمپهاي گريز از مركز، در ورودي و خروجي اين پمپها از شيرهاي ايزوله استفاده ميشود.
- در خط ورودي به منظور جلوگيري از ورود آلودگيها، يك فيلتر نصب ميگردد.
- خط خروجي
- در خط خروجي معمولاً نشانگر فشار نصب ميگردد.
- در خط خروجي اين پمپها استفاده از هشداردهنده فشار بالا و پايين معمول است. فشار پايين جريان در خروجي ميتواند ناشي از نشتي زياد از پمپ باشد.
- در خروجي يك سيستم هشدار فشار خيلي بالا نصب ميگردد تا در صورتي كه شير اطمينان عمل نكند دستور خاموش كردن اضطراري پمپ را بدهد. بنابه ملاحظات فرايندي ممكن است مهندس طراحي فرايند ترجيح دهد كه پمپ به هيچوجه نبايد از فرايند پيوسته خارج گردد، بنابراين از نصب سيستم ايمني مزبور صرفنظر مينمايد و تنها به برگشت جريان از خروجي به ورودي از طريق شير اطمينان اكتفا مينمايد.
- در خروجي جهت جلوگيري از فشار بيش از حد و تركيدگي لولههاي خروجي استفاده از خط جريان برگشتي به ورودي توسط يك شير اطمينان ضروري است.
- براي حالتهايي كه دبي جريان ورودي نوسان دارد و به ثابت نگه داشتن فشار خروجي نياز است، از يك سيستم كنترلكننده جريان كه با جريان برگشتي از خروجي پمپ به ورودي پمپ كار ميكند، استفاده ميشود.
- در خروجي جهت گرفتن نوسان جريان، يك محفظه نوسان گير نصب ميگردد.
- استفاده از يك شير يكطرفه در خروجي الزامي است.
در مورد پمپهاي جابجايي مثبت با توجه به خصوصايت سيّال جابجا شده و تجهيزات خاص پمپ لازم است كه با سازنده پمپ در مورد تجهيزات ايمني و ساير متعلقات آن مشورت لازم صورت پذيرد.
پمپهاي موازي و سري
استفاده از پمپهاي جابجايي مثبت بهصورت موازي متداول است و معمولاً بهصورت سري بهكار برده نميشوند. ميتوان از يك پمپ گريز از مركز كمكي جهت تأمين ارتفاع خالص مثبت مكش ورودي موردنياز پمپ استفاده نمود.
شكل 43-13 نمايي از سيستم كنترل يك پمپ جابجايي مثبت
لازم به ذكر است كه بنا به اهميت فرايند مورد استفاده، موارد كنترلي پمپ ميتواند كاهش يابد.
نكات شكل 43-13
1- بنابه نياز فرايند ميتوان از يك خط جريان برگشتي نيز براي برگرداندن دبي اضافه به ورودي پمپ استفاده كرد. نمايي از اين سيستم و كنترل آن با توجه به اينكه از كنترلكننده فشار نيز جهت محافظت پمپ استفاده شده يا نه در اشكال 34-13 و 35-13 آمده است.
- محل برگشت جريان ميتواند به ورودي پمپ يا تجهيزات قبلتر آن مانند مخزن تغذيه باشد.
شكل 34-13 استفاده از خط جريان برگشتي و كنترلكننده فشار براي برگرداندن دبي اضافه به ورودي
شكل 35-13 استفاده از خط جريان برگشتي براي برگرداندن دبي اضافه به ورودي
13-13) نحوه راه اندازی پمپها
1-13-13) مراحل كلي راهاندازي غيرخودكار پمپهاي گريز از مركز
راهاندازي پمپهاي گريز از مركز بهطور كل شامل سلسه مراحلي است كه از بازبيني خطوط ورودي و خروجي پمپ تا تنظيم مقدار جريان موردنظر در خروجي را شامل ميشود.
دستورالعمل راهاندازي اوليه پمپهاي گريز از مركز
- تمام لولهها را با آب تميز كرده، سپس آن را تخليه كنيد، بعد با هواي فشرده لولهها را خشك كنيد.
- مخزن روغن را تميز كرده، داخل آن تا ارتفاع لازم روغن بريزيد. در پمپهاي بزرگ بايد ياتاقانها را بيرون آورد و خوب تميز و روغنكاري كرد و دوباره سوار كرد.
- دقت كنيد كه جهت چرخش موتور محرك پمپ در جهت صحيح باشد.
- دقت كنيد كه كوپلينگ تراز باشد.
- سيستم را از مايعي كه قرار است پمپ شود، پر كنيد.
- تمامي مواردي كه ممكن است منجربه توقف اضطراري پمپ شود (از قبي فشار روغن كم، لرزش شديد و درجه حرارت بالا) را بازديد كنيد و مطمئن شودي كه همگي به درستي كار ميكنند.
- شير ورودي را كاملاً باز كرده و شير خروجي را فقط كمي باز كنيد.
- دقت كنيد كه خط حداقل جريان برگشتي در سرويس باشد.
- تمام نقاط مرتفع سيستم را هواگيري كنيد.
- پمپ را براي مدت زماني كوتاه روشن كرده، سپس خاموش كنيد. دقت كنيد كه آيا صداي غرمعمولي از پمپ شنيده ميشود.
- پمپ را بدون بار روشن كنيد. براي اينكه بسياري از قسمتهاي داخلي پمپ بهطور خودكار روغنكاري شوند بايد پمپ به اندازه كافي فشار و جريان داشته باشد.
- اكنون شير خروجي پمپ را به آهستگي كاملاً باز كنيد.
- در يك پمپ گريز از مركز شير ورودي را جهت كنترل كردن مقدار جريان نبنديد. اين كار باعث خراب شدن پمپ ميشود.
دستورالعمل راهاندازي معمولي پمپهاي گريز از مركز
- شير ورودي را كاملاً باز كنيد.
- سيستم را هواگيري كنيد.
- شير خروجي را فقط مقدار كمي باز كنيد.
- پمپ را روشن كنيد و بگذاريد تا گرم شود.
- دقت كنيد كه فشار روغن، لرزش، صداف درجه حرارت و فشار خروجي همگي در حد معمولي هستند.
- شير خروجي را به آهستگي كاملاً باز كنيد.
2-13-13) مراحل كلي و راهاندازي غيرخودكار پمپهاي رفت و برگشتي
سلسله مراحل راهاندازي پمپهاي رفت و برگشتي همانند پمپهاي گريز از مركز، شامل آماده نمودن پمپ جهت راهاندازي و بازبينيهاي معمول است.
دستورالعمل راهاندازي اوليه پمپهاي رفت و برگشتي
- تمام لولهها بايد بهوسيله يك مايع تميزكننده كه معمولاً آب است تميز شوند، سپس آب آن تخليه شود و بهوسيله هواي فشرده خشك شوند.
- پمپ روغن كاري تميز شده و تا ارتفاع معين با روغن مناسب پر شود.
- دقت شود كه جهت چرخش دستگاه محرك پمپ صحيح است.
- اگر دستگاه محرك بهوسيله كوپلينگ به پمپ وصل شده حتماً تراز باشند.
- دقت شود كه تمام ابزارهاي از كاراندازي پمپ از قبيل كليد فشار روغنكاري و غيره درست كاركنند.
- پمپ و لولهكشي مربوط به آن بايد از مايعي كه قرار است پمپ شود پر شود پر شده شيرهاي تخليه هوا از شود تا سيستم هواگيري شود.
- شيرهاي لازم (شير جريان برگشتي و شير ورودي) باز باشند و آنهايي كه بايد بسته باشند (شير خروجي)، بسته شوند.
- پمپ براي مدت بسيار كمي روشن و زود خاموش شود و بررسي شود كه آيا صداي غيرمعمولي شنيده ميشود يا نه.
- پمپ براي مدت تقريباً سه ساعت بدون بار به كار گرفته شود تا به اصطلاح، قسمتهاي مختلف روان شود.
- كافي بودن فشار روغن بررسي شود.
- در صورت اكان پمپ به تدريج در مدت 8 ساعت تحت بار قرار ميگيرد و اگر امكان ندارد دقت شود كه پمپ در موقع بارگيري ضربه نبيند.
- دقت شود كه بدنه پمپ قبل از بارگيري ضربه نبيند.
- دقت شود كه بدنه پمپ قبل از بارگيري به اندازه كافي گرم باشد.
- هرگز شيري برروي لوله خروجي يك پمپ جابجايي مثبت بسته نشود مگر اينكه خط جريان برگشتي باز باشد.
دستورالعمل راهاندازي معمولي پمپهاي رفت و برگشتي
- شير ورودي باز شود.
- پمپ به خوبي هواگيري شود.
- اگر پمپ داراي خط جريان برگشتي است، شير آن كاملاً باز شده و شير خروجي بسته شود.
- پمپ روشن شود و در اين حالت مدتي كار كند تا گرم شود.
- فشار روغن سيستم روغنكاري بازديد شود تا مقدار آن مناسب باشد.
- دقت شود كه پمپ صداي غيرعادي نميدهد و لرزش غيرعادي نيز ندارد.
- اكنون شير خروجي كاملاً باز و شيركنار گذر به آهستگي بسته شود.
- چنانچه پمپ داراي لوله كنارگذر نيست، شير ورودي و خروجي باز شود؛ پمپ هواگيري شده و راهاندازي شود.
نظرات بسته شده اند.