Guida alla selezione della pompa dell'olio caldo: valori nominali, tenute e punti di guasto comuni

Cosa conta come pompa dell'olio caldo?

Per scopi pratici, una pompa ad olio caldo è una pompa centrifuga progettata per far circolare olio termico, fluido termovettore o idrocarburi simili a temperature oltre i limiti delle guarnizioni elastomeriche standard e delle baderne morbide, tipicamente superiori a 150 °C. Nella maggior parte dei circuiti di trasferimento del calore, la temperatura di esercizio è compresa tra 200 °C e 350 °C e il fluido viene pressurizzato per sopprimere la vaporizzazione o per alimentare la camicia del reattore.

A queste temperature, diverse caratteristiche di progettazione separano una vera pompa per olio caldo da una pompa chimica per uso generale:

• La tenuta dell'albero deve tollerare temperature elevate e continue e lo scarso potere lubrificante dell'olio caldo.
• L'alloggiamento del cuscinetto necessita di una ventola o di un raffreddamento ad acqua per mantenere i cuscinetti e il lubrificante al di sotto dei limiti.
• Gli involucri, le guarnizioni e i bulloni devono sopportare la dilatazione termica senza perdite dai giunti.
• I giochi interni devono consentire la crescita termica senza che la girante si inceppi.

Questo è esattamente il dovere per cui il ns AY olio caldo ad alta temperatura pompa centrifuga è costruita: una macchina ad olio caldo appositamente progettata, non una pompa standard modificata. I progetti più semplici possono funzionare con circuiti di riscaldamento leggeri, ma la regola di selezione rimane la stessa: scegliere la pompa per il campo operativo, non solo per la portata del catalogo.

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Abbinare la pompa all'involucro operativo

La prima decisione riguarda il campo operativo: temperatura, viscosità, pressione del sistema e flusso. Questi quattro valori determinano quali materiali, tipi di guarnizioni e design idraulici sono accettabili.

La temperatura è la più ovvia. Un servizio a 220 °C esclude già la maggior parte delle pompe standard, sebbene sia confortevole per pompe ad olio caldo adeguatamente progettate. A 300 °C e oltre, il numero di elastomeri, guarnizioni e superfici di tenuta accettabili si riduce rapidamente. Al di sopra dei 350 °C diventano necessari una metallurgia speciale e un attento controllo della crescita termica.

La viscosità è importante all'avvio a freddo. La maggior parte degli oli termici sono densi a temperatura ambiente, quindi la pompa necessita di un margine NPSH e di un motore dimensionato per l'avvio a coppia elevata. La pressione è importante sulla tenuta meccanica: la pompa deve contenere la pressione del sistema più la pressione del vapore dell'olio termico nella camera della tenuta. Se il fluido fuoriesce dalla faccia della tenuta, le facce si seccano e cedono rapidamente.

Le stesse forze che mettono alla prova le pompe ad alta pressione mettono a dura prova anche le pompe dell’olio caldo; la nostra recensione di prestazioni della pompa ad alta pressione e alta temperatura spiega i meccanismi di fallimento che compaiono in entrambe le applicazioni.

Tenuta e raffreddamento dei cuscinetti: i due sottosistemi decisivi per la vita

Due sottosistemi determinano la durata della pompa dell'olio caldo più di ogni altro: la tenuta meccanica e l'alloggiamento del cuscinetto. Entrambi falliscono per surriscaldamento ed entrambi i guasti sono prevenibili.

Strategia di tenuta meccanica

Una pompa per olio caldo è sicura tanto quanto la sua tenuta. L'olio caldo che fuoriesce da un tubo o da una flangia calda può autoinfiammarsi, pertanto la disposizione delle guarnizioni è un componente di sicurezza, non un pezzo di ricambio. Per la maggior parte delle applicazioni con olio diatermico, la soluzione pratica di base è una tenuta meccanica singola con facce in carbonio e carburo di silicio e una tenuta secondaria per alte temperature (PTFE o equivalente). Se la pressione della camera di tenuta è elevata, il fluido esce o il sito non può accettare alcuna perdita, è necessario valutare una doppia tenuta con fluido barriera o un design senza tenuta.

Un corretto piano di scarico conta più della tenuta stessa. L'obiettivo è mantenere la camera di tenuta fresca, pulita e liquida. Quella stessa filosofia è alla base della nostra guida prestazioni senza perdite in servizi chimici impegnativi e si applica direttamente all'olio caldo.

Raffreddamento dell'alloggiamento dei cuscinetti

A temperature dell'involucro superiori a 200 °C il calore si trasmette attraverso l'albero e l'alloggiamento ai cuscinetti volventi e al loro lubrificante. Quando la temperatura dei cuscinetti supera i 90 °C circa, la durata del grasso si riduce drasticamente e la lubrificazione con olio standard diventa marginale.

Le pompe ad olio caldo utilizzano quindi alloggiamenti dei cuscinetti raffreddati a ventola o ad acqua. Il raffreddamento tramite ventola è semplice e non necessita di utenze, ma ha un limite. Gli alloggiamenti raffreddati ad acqua rimuovono più calore e sono adatti al servizio continuo ad alta temperatura, al costo di un collegamento all'acqua di raffreddamento e di una pulizia ordinaria della camicia d'acqua.

Servizio a flusso basso e ad alta temperatura

Una delle richieste più frequenti che riceviamo è quella di una piccola pompa in grado di muovere un basso flusso a circa 220 °C. Le pompe di piccole dimensioni sono difficili da utilizzare in condizioni di temperatura elevata poiché la loro superficie è ridotta, la camera di tenuta è ermetica e c'è poco spazio per le funzioni di raffreddamento.

La fisica da tenere d’occhio è l’aumento della temperatura. A basse portate, la maggior parte della potenza idraulica viene convertita in calore, mentre a basse portate il calore non viene portato via. Una pompa costretta a ricircolare al 10% del suo flusso di massima efficienza può aumentare la temperatura dell'olio di decine di gradi, accelerando la cokefazione e distruggendo la guarnizione.

Le soluzioni pratiche sono semplici:

1. Confermare il flusso sicuro continuo minimo della pompa e aggiungere una linea di ricircolo a flusso minimo se il servizio scende al di sotto di tale valore.
2. Mantenere la girante vicino al punto di lavoro specificato; una girante sovradimensionata che gira all'estrema sinistra del punto di massima efficienza è una causa comune di guasto.
3. Controllare l'NPSH alla temperatura operativa effettiva, poiché la maggiore pressione di vapore dell'olio caldo riduce l'NPSH disponibile.

Quando un circuito necessita di una prevalenza elevata con un flusso modesto, una disposizione multistadio distribuisce l'aumento di pressione e riduce il carico per stadio. Il nostro Pompa multistadio ad alta temperatura autobilanciata ZD affronta esattamente questa situazione, in cui una pompa monostadio funzionerebbe molto lontano dal suo punto ottimale idraulico.

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Materiali, guarnizioni e crescita termica

La scelta dei materiali per le pompe per olio caldo non riguarda mai solo la corrosione; si tratta di stabilità dimensionale e affidabilità del giunto alla temperatura di esercizio.

Gli involucri per il servizio con olio caldo sono comunemente acciaio fuso o ghisa duttile anziché ghisa semplice, poiché il circuito passa dalla temperatura di stand-by a quella di esercizio. Il gioco della girante e dell'anello di usura deve tenere conto della crescita termica in modo che il gruppo rotante non si sfreghi quando è caldo. I bulloni devono resistere allo scorrimento alle alte temperature e devono essere serrati nuovamente dopo i primi cicli termici.

Le guarnizioni sono un punto di guasto comune. Le guarnizioni in fibra ed elastomero si insinuano, si induriscono o si deformano durante i cicli termici, pertanto le guarnizioni a spirale con un design del giunto adeguato sono la norma nelle linee di olio caldo.

I carichi delle tubazioni meritano pari attenzione. Quando il sistema si riscalda, le tubazioni collegate si muovono e i carichi sugli ugelli dovuti all'espansione termica possono disallineare la pompa e sovraccaricare la tenuta. Lasciare che la tubazione si fletta, supportarla correttamente e ricontrollare l'allineamento dell'albero alla temperatura di esercizio dopo la messa in servizio.

La stessa disciplina si applica a tutta la gamma di pompe; la nostra guida a selezione dei materiali per pompe in servizio corrosivo e abrasivo mostra come un piccolo cambiamento nella metallurgia può prolungare considerevolmente la durata della pompa.

Installazione, messa in servizio e funzionamento

La migliore pompa per olio caldo non sopravviverà ad una messa in servizio inadeguata. La maggior parte dei guasti prematuri è riconducibile a shock termico, funzionamento a secco durante l'avvio o funzionamento al di sotto del flusso minimo.

Riscaldamento e rodaggio termico

Durante l'avvio, l'involucro e le tubazioni si riscaldano più velocemente del gruppo rotante. Una rapida rampa di temperatura può limitare i giochi e deformare l'alloggiamento della tenuta. Utilizzare una linea di riscaldamento o una rotazione lenta per sollevare gradualmente la pompa. Per le pompe di riserva, ruotare periodicamente l'albero per evitare deformazioni termiche e, negli impianti critici, mantenere la pompa di riserva calda e pronta.

Non far funzionare mai una pompa dell'olio caldo per più di pochi secondi. Il funzionamento a scarico chiuso riscalda rapidamente il fluido intrappolato e l'olio termico può depositarsi sulla parete dell'involucro, danneggiando permanentemente l'impianto idraulico.

Monitoraggio e Manutenzione

Monitorare la temperatura dell'alloggiamento del cuscinetto, la velocità di vibrazione e il flusso del flussaggio della tenuta. L'aumento della temperatura del cuscinetto o la tendenza delle vibrazioni danno settimane di preavviso prima del guasto. Cambiare il lubrificante dei cuscinetti in base alla temperatura effettiva dell'alloggiamento, non a un generico intervallo di calendario.

Ispezionare regolarmente la pressione di flussaggio e il flusso della tenuta; una linea di lavaggio ostruita è la causa più comune di improvviso guasto della tenuta nel servizio ad olio caldo. Il rilevamento tempestivo di fuoriuscite di olio intorno alla ghiandola è poco costoso, mentre una perdita di olio caldo completamente sviluppata è un evento serio per la sicurezza.

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