پیشتر در صفحه ای مجزا در مورد بوستر پمپ و انواع آن توضیحاتی مبسوط ارائه نمودیم. در این صفحه از سایت ناب ملل بعنوان بزرگترین هلدینگ تولید کننده و بعضا تامین کننده تجهیزات صنعتی در ایران به معرفی انواع پمپ های مورد استفاده در صنایع نفت و مواد شیمیایی اشاره خواهیم نمود.
از مهم‌ترین انواع پمپهای صنعتی، پمپهای مورد استفاده در صنایع نفت و صنایع شیمیایی می‌باشند. از نظر اصول کارکرد و قوانین هیدرولیکی این پمپ‌ها مشابه پمپهای مورد استفاده برای آب هستند. با این وجود به علت تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی که میان آب و سیال‌هایی که در صنایع نفت و شیمیایی پمپاژ می‌شوند، در طراحی و انتخاب مواد و تکنولوژی ساخت این قبیل پمپ‌ها الزاماتی وجود دارد که به منظور افزایش طول عمر و افزایش ایمنی باید رعایت شود. تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی میان آب و سیالاتی که در صنایع نفت و صنایع شیمیایی پمپ می‌شوند، شامل: چگالی، ویسکوزیته، دما، خاصیت اشتعال‌پذیری، خاصیت خورندگی و… است.
برای آشنایی با جایگاه پمپهای مورد استفاده در صنایع نفت و صنایع شیمیایی به تقسیم‌بندی کلی کاربرد پمپ‌ها به شرح زیر توجه نمایید.
کاربردهای پمپ (Pump Applications):
- نیروگاه‌ها (Power-Plant Service)
- نیروگاه‌های هسته‌ای (Nuclear-Energy Application)
- صنایع نفت (Petroleum Industry)
- صنایع شیمیایی (Chemical Industry)
- صنایع کاغذ – پلاستیک و صنایع نساجی (Paper, Textile and Rubber)
- صنایع غذایی (Food Processing and Handling)
- شبکه‌های آبرسانی (Water Supply)
- شبکه‌های آتش‌نشانی و اطفا حریق (Fire Fighting Pumps)
- فاضلاب‌ها و تخلیه پاه (Sewage and Sump Service)
- گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع (Air Conditioning and Heating)
- آبیاری و کنترل سیل‌ها و سیلاب‌ها (Irrigation and Flood Control)
- معادن و ساخت‌وساز پروژه‌های عمرانی (Mining and Construction)
- کاربردهای دریایی و استفاده در کشتی‌ها (Marine Services)
- صنایع هیدرولیکی و پمپهای خلاء یا وکیوم (Industrial Hydraulic and Vacuum Pumps)
- صنایع آهن و فولاد و سایر (Iron, Steel, and other industries)
همانطور که ملاحظه می‌کنید پمپهای مورد استفاده در صنایع نفت و صنایع شیمیایی خود جزئی از کاربردهای بیشمار پمپ هستند. لازم به ذکر است مواد نفتی بعد از آب دومین سیال عمده‌ای هستند که مورد پمپاز قرار می‌گیرند. با این وجود تعداد تیپ‌های مورد استفاده در این صنعت نسبت به صنایع دیگر کم بوده و به سبب موقعیت کاری پمپهای مورد استفاده در صنایع نفت، این پمپ‌ها باید از استانداردهای بسیار بالایی برخوردار باشند.
انتخاب جنس قطعات پمپ برای پمپاژ سیالات مختلف
یکی از مسائل مهم در پمپاژ مایعات، انتخاب متریال مناسب برای قطعات به کار رفته در پمپ است. این موضوع از این جهت اهمیت دارد که هر چه در انتخاب مواد دقت و بررسی بیشتری صورت بگیرد، می‌تواند بسیاری از مشکلات آینده از قبیل سرویس، تعمیر و نگهداری پمپ را مرتفع نموده، در نهایت عمر پمپ به شکل قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته و کارکرد منظم و پیوسته سیستم را تضمین می‌کند.
به طور معمول جنس مواد به کار گرفته شده در اکثر پمپ‌ها از نوع چدن، برنز، آهن، فولادهای ضدزنگ (فولادهای آلیاژی، فولادهای آستنیتی، سوپر دوپلکس و …) پلمیرها (HDPE – PP – PVC – PVDF -…) و سرامیک‌ها است. این مواد با توجه به خصوصیات شیمیایی و فیزیکی سیال پمپ‌شونده و شرایط بهره‌برداری انتخاب می‌شوند.
به منظور انتخاب پمپ مناسب در هر پروژه به یک سری اطلاعات نیاز است که خریدار باید در اختیار تولیدکننده پمپ قرار دهد. این اطلاعات شامل موارد زیر است:
- نام سیال به همراه فرمول شیمیایی (بطور مثال: آب، آب دریا، آب‌های آلوده، اسید سولفوریک، اسید کلریدریک، بازها و…)
- وزن مخصوص سیال
- وضعیت خورندگی سیال
- دبی یا ظرفیت پمپ
- هد مورد نیاز (رسم منحنی سیستم)
- PH سیال
- ناخالصی‌های درون سیال که سبب خوردگی قطعات پمپ می‌شوند (درصد کمی از مواد موجود در سیال که به شکل کاتالیزور عمل می‌کنند و باعث خوردگی پمپ می‌شوند مانند: سولفات‌ها، کلرها و…)
- درجه حرارت سیال
- غلظت یا ویسکوزیته سیال
- فشار بخار سیال
- گازهای موجود در سیال
- مواد جامد معلق در سیال (نوع جامد، وزن مخصوص آن، مقدار، اندازه و شکل هندسی آنها، نرم یا سخت بودن آن مهم است)
- شرایط بهره‌برداری از پمپ (دائم‌کار یا نوبتی بودن، مدار بسته یا مدار باز بودن سیستم، نحوه‌ی روشن و خاموش شدن پمپ، انجام شست‌وشو پس از انجام کار)
- مشخصات لوله‌ای که به پمپ وصل می‌شود (مشخصاتی از قبیل جنس لوله، نحوه‌ی اتصال آن به پمپ، و…)
پس از کسب آگاهی از شرایط بهره‌برداری پمپ و خصوصیات سیال پمپ‌شونده، جنس قطعات پمپ با مطالعه و بررسی دقیق خواص شیمیایی و فیزیکی سیال، مقاومت قطعات در برابر خوردگی، سایش و زنگ‌زدگی، تعیین و هزینه ساخت ارزیابی می‌شود.
انتخاب متریال اجزا پمپ مطابق با استاندارد API 610 و استاندارد H.I 9.3 – 2000
بحث انتخاب متریال بسیار پیچیده و دانشی که برای آن نیاز داریم بسیار وسیع است. با روش‌های مستقیم همیشه نمی‌توانیم متریال مناسب پمپ را انتخاب کنیم. برای همین قبل از اینکه به مبحث گسترده انتخاب متریال پمپ بپردازیم ضروری است که رویکردهای انتخاب متریال در پمپ‌ها را بشناسیم. به طور کلی چهار رویکرد در زمینه انتخاب متریال پمپ داریم که در زیر هر کدام را توضیح می‌دهیم:
1- شناخت و تحلیل
- الف – شناخت سیال پمپ شونده: دما، وزن مخصوص، نماد (ترکیب) شیمیایی، غلظت ترکیبات
- ب – طول عمر قطعات، شرایط طراحی پمپ، خواص شیمیایی، فیزیکی و میکروساختار متریال، دمای سیال، خوردگی گالوانیک، Galling Resistance، سایش و خوردگی عمومی، تاثیر سرعت سیال، شوک حرارتی، خوردگی Crevice
یعنی با توجه به ماهیت سیال پمپ شونده و تحلیل فاکتورهای تاثیرگذار در طراحی و عملکرد پمپ و در واقع شناخت و تحلیل این فاکتورها متریال مورد نظر برای ساخت پمپ را انتخاب می‌کنیم.
2- استفاده از جداول راهنما
یکسری جداول در استانداردها و مراجع فنی وجود دارد که به ما کمک می‌کنند فرآیند انتخاب متریال پمپ را تسهیل کنیم. دو تا از مراجع بسیار مهم عبارتند از:
- 1-2 – استاندارد H.I جدول 9.3 و 9.5
- 2-2- استاندارد API 610 جدول G.1
در این استانداردها برای سیال‌ها و شرایط مختلف متریال‌های مناسب دسته‌بندی شده‌اند. در واقع در این رویکرد می‌توان گفت به نوعی رویکرد شناخت و تحلیل، استانداردسازی شده و برای سیالات مختلف توصیه‌هایی را جهت انتخاب متریال مناسب ارائه کرده است.
3- کاربردهای مشابه
در این روش برای اینکه متریال پمپ مورد نظر را انتخاب کنیم با بررسی، مطالعه و مشاهده تجارب قبلی نگاه می‌کنیم در کاربردهای مشابه چه متریالی استفاده شده است. به طور مثال می‌بینیم در کارخانه‌ها و واحدهای بهره‌بردای مشابه برای اسید سولفوریک 80 درصد با دمای مشخص از چه پمپی و با چه متریالی استفاده شده و ما هم همان متریال را انتخاب می‌کنیم.
4- بررسی تجهیزات بالادست و پایین دست
در این رویکرد متریال استفاده شده در تجهیزات بالادستی و پایین دستی واحدی که قرار است در آن پمپ نصب و بهره‌بردای شود بررسی می‌شود. به عبارت دیگر توجه می‌کنیم که در بالادست و پایین دست پمپ جنس تجهیزات از چه متریالی است؟ بطور مثال اگر شیرآلات و پایپینگ بالادست و پایین دست پمپ از کربن استیل هستند در نتیجه پوسته پمپ هم از کربن استیل خواهد بود. یا اگر از استنلس استیل گرید 316 استفاده شده پس قطعات داخلی پمپ را از جنس استنلس استیل استفاده می‌کنیم.
در واقع در این رویکرد ما با نگاه کردن به تجهیزات بالادست و پایین دست پمپ، بعنوان راهنما، جنس قطعات پمپ را انتخاب می‌کنیم.
حال بررسی کنیم ببینیم هر کدام از این رویکردها چه مزایا و معایبی دارند:
| رویکردهای انتخاب متریال پمپ | مزیت‌ها | عیب‌ها |
| شناخت و تحلیل | 1- کاملا قابل اعتماد است. 2- دقیق‌ترین روش است.3- کاملترین روش است. | 1- نیاز به دانش زیادی دارد.2- نیاز به اطلاعات زیادی دارد.3- زمان زیادی باید صرف شود. |
| جداول راهنما | 1- تقریبا قابل اعتماد است.2- سریعا به جواب می‌رسیم.3- نیاز به دانش کمی دارد. | 1- اطلاعات آن محدود است.2- برخی فاکتورها مانند شوک حرارتی، سرعت سیال، عمر طراحی و نظایر آن را در نظر نمی‌گیرد.3- ساختار پمپ مدنظر قرار نمی‌گیرد. |
| کاربردهای مشابه | 1- قابل اعتماد است.2- سریع است.3- نیاز به دانش ندارد. | 1- ممکن است برخی نکات تاثیرگذار در نظر گرفته نشود.2- ممکن است دسترسی به آن آسان نباشد. |
| بررسی تجهیزات بالادستی و پایین دستی | 1- قابل اعتماد است.2- سریع است.3- نیاز به دانش ندارد. | 1- ممکن است تجهیزات بالادست و پایین دست هنوز ساخته نشده باشد.2- ممکن است امکان فرآیند مشابهت سازی فراهم نباشد. |
در نهایت با بررسی هر کدام از رویکردها متوجه می‌شویم که هیچ رویکرد و یا روش کاملی وجود ندارد که بخواهیم انتخاب متریال را براساس آن انجام دهیم. همانند بسیاری از شرکت‌های صاحب نام در صنعت پمپ‌سازی دنیا، در شرکت ناب ملل، برای اینکه به بهترین جواب برسیم، ترکیبی از این رویکردها را استفاده کنیم. یعنی وقتی داریم متریال ساخت پمپ را انتخاب می‌کنیم علاوه بر این که باید دانش کافی در ارتباط با متریال مختلف و سیال پمپ‌شونده داشته باشیم، باید از توصیه‌ها و الزامات جداول استاندارد استفاده کنیم، تجارب کافی در زمینه انتخاب پمپ در کاربردهای مشابه داشته باشیم و در نهایت تجهیزات بالادستی و پایین دستی را مد نظر قرار دهیم و جنس متریال پمپ با این تجهیزات تطابق داشته باشد.
اما اگر بخواهیم سریع‌ترین و عملیاتی‌ترین کار در انتخاب متریال پمپ را معرفی کنیم، می‌توانیم رویکرد چهارم یعنی بررسی تجهیزات بالادستی و پایین‌دستی را مدنظر قرار دهیم که در 80 تا 90 درصد مواقع ما را به نتیجه مطلوب می‌رساند.
انواع متریال برای ساخت اجزا پمپ
متریال مورد استفاده برای ساخت پمپهای صنایع نفت و صنایع شیمیایی به دو دسته اصلی متریال‌های فلزی و پلیمری تقسیم‌بندی می‌شوند. البته لازم به ذکر است که متریال‌های فلزی بسیار متنوع هستند و تمام متریال‌های فلزی در ساخت پمپ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. در چارت زیر مهم‌ترین متریال‌های فلزی مورد استفاده در ساخت پمپ را مشاهده می‌کنید. مواد معرفی شده در طبقه‌بندی زیر برای 90 درصد کاربردهای صنعتی قابل استفاده هستند.
یادآوری: تفاوت پلاستیک‌های الاستومری با ترموپلاست‌ها
به پلاستیکی الاستومر گفته می‌شود که دو ویژگی زیر را داشته باشد:
- در اثر نیرو حداقل 100 درصد افزایش طول داشته باشد.
- بعد از حذف نیرو طول آن نهایت در محدوده‌ی 10% افزایش یا کاهش به طول اولیه بازگردد.
اما ترموپلاست‌ها این خاصیت را ندارند و پلاستیک‌های سفت و سخت‌تری هستند.
کلاس‌های متریال (استاندارد جدول H-1)
در این جدول 10 کلاس متریال وجود دارند و در هر کلاس متریال، اجزای داخلی پمپ معرفی می‌شوند. این جدول تاحدودی پیچیده است و نیاز به توضیحات دارد.
قبل از استفاده از این جدول برای انتخاب متریال پمپ، باید مشخص کنیم برای سیال پمپ‌شونده چه کلاس متریالی مناسب است. به طور مثال برای سیال اسید سولفوریک با غلظت 80 درصد و دمای 50 درجه چه کلاس متریالی مناسب است؟ یا برای انتقال گازوئیل با دمای 30 درجه جه کلاس متریالی باید درنظر گرفته شود؟ پس از پاسخ دادن به این سوال به کمک جدول می‌توان تعیین کرد که هر بخش پمپ از چه متریالی باید ساخته شود.
کلاس‌های متریال در ردیف بالای جدول قرار دارند نامگذاری این کلاس‌ها بصورت یک حرف انگلیسی و یک عدد است که هرکدام از این حرف و عددهای معنای مشخصی دارند. حرف اول انگلیسی معرف جنس متریال محفظه‌ی فشار (Pressure Casing) یا پوسته پمپ است.
- کلاس متریال با حرف S به این معنا است که پوسته پمپ از جنس Carbon Steel یا steel است.
- کلاس متریال با حرف C (معرف کروم) یعنی پوسته پمپ از استنلس استیل 12 درصد کروم ساخته می‌شود.
- کلاس متریال با حرف A یعنی پوسته باید از استنلس استیل آستینتی (Austenitic Stainless Steel) ساخته شود.
- کلاس متریال با حرف D یعنی پوسته پمپ از جنس فولاد ضد زنگ داپلکس (Duplex) یا سوپر داپلکس (Super Duplex) است.
- عددی که بعد از حرف انگلیسی در نامگذاری کلاس متریال می‌آید نمادی از پروانه و یا قطعات داخلی پمپ است.
در ستون سمت چپ اجزای پمپ قرار دارند (با رنگ مشخص شده است). که مشخص می‌کند هر قسمت پمپ باید از چه متریالی ساخته شود. به عنوان مثال در کلاس S-4 قسمت Pressure Casing پمپ متریالش باید از جنس کربن استیل باشد یا impeller (پروانه) پمپ باید از جنس cast iron (چدن) باشد.
نکته: استحکام کلاس متریال‌ها از سمت چپ به راست افزایش پیدا می‌کند.
از سمت چپ و در ستون دوم در مقابل هریک از اجزای پمپ عبارت Yes/No قرار دارد. این Yes یا No اشاره به این دارد که قطعه مورد نظر باید مطابق با تمام الزامات فنی کلاس متریال مربوط به آن باشد (Full Compliance). به طور مثال در برابر Pressure Casing عبارت Yes وجود دارد. این یعنی هم آنالیز شیمیایی و هم خواص مکانیکی این قطعه باید مطابق گرید متریال انتخاب شده باشد (یعنی تمام الزامات فنی در تست‌های آنالیز شیمیایی و تست‌های خواص مکانیکی در تطابق کامل با گرید متریال باشد). قطعاتی از پمپ که در مقابل آنها عبارت No نوشته شده یعنی صرفا آنالیز شیمیایی این قطعات باید مطابق با گرید متریال انتخاب شده آنها باشد.
معرفی متریال فولادی:
چدن (Cast Iron):آلیاز آهن و کربن است که تقریبا شامل 2 تا 4 درصد کرین می‌باشد.
کربن استیل (Carbon Steel) آلیاژ کربن و آهن متشکل از حداکثر 2 درصد کربن و حداکثر 1.65 درصد منکنز و سایر عناصر باقیمانده به غیر از عناصری که به مقدار مشخص با هدف دی اکسید کربن (معمولا سیلیکن و یا آلومینیوم) اضافه می شود است .
فولاد کم آلیاژ (Low Alloy Steel): فولادی که تمام عناصر آلیاژی آن کمتر از حدود 5 درصد بوده و بیشتر از کرین استیل است.
استنلس استیل (Stainless Steel): فولادی که شامل 10.5 درصد یا بیشتر کروم باشد.
فولاد ضد زنگ داپلکس (آستنیتیک/فریتیک) (Duplex (Austenitic/Ferritic) Stainless Steel): فولاد ضد زنی که میکرو ساختار آن در دمای محیط شامل مخلوطی از آستنیت و فریت است.
