Нефтяная и газoвая прoмышленнocти – быcтрo развивающиеcя и прибыльные oтраcли. Отcюда такoй бoльшoй интереc к данным кoмпаниям co cтoрoны прoизвoдителей наcocнoгo oбoрудoвания. Но далеко не вcем удаетcя cоответcтвовать требованиям и удовлетворять запроcы заказчиков.
Диcковый наcоc решил некоторые из cамых cложных проблем в химической и нефтехимической отраслях. Дисковый насос способен перекачивать все виды как высоковязких, так и чувствительных к повреждениям среды. Способность перекачивать чувствительные к сдвигу материалы без их повреждения сделала дисковый насос единственно возможным выбором для многих крупнейших мировых химических компаний. Дисковый насос также способен перекачивать среды с высоким содержанием воздуха или газов, такие как химические пены или неочищенная нефть с попутными газами.
Дисковый насос относится к типу насосов для «тяжелых» применений. К этому типу также относятся вертикальные и горизонтальные грунтовые насосы, погружные, понтонные, объемные насосы, насосы для серной кислоты и водяные насосы.
Примечательно, что к изобретению дискового насоса приложил свой ум американец сербского происхождения изобретатель Никола Тесла. Концепция дискового насоса возникла к 1850 г.
Насос был изобретен Саржентом в США. Он поместил в оболочку из металлической полосы набор из 29 параллельных дисков, располагающихся с интервалом в несколько тысячных дюйма.
В металлической полосе Саржент проделал множество отверстий для свободного проникновения жидкости в конструкцию. Это был первый пример насоса, действующего исключительно на основе принципа пограничного слоя и вязкостного сопротивления. Что касается непосредственно перекачивания, то оно шло с небольшим успехом.
Никола Тесла идею развил в 1908 г. Он убрал металлическую полосу, располагавшуюся вокруг дисков, сохранив небольшое расстояние между дисками. Производительность насоса после этого несколько улучшилась. Тесла настаивал на сохранении маленького интервала между дисками, полагая, что если бы диски располагались слишком далеко друг от друга, то в определенный момент насос перестал бы качать. Это упорство в сохранении очень узкого промежутка между дисками значительно ограничивало возможности насоса по перекачке невязких жидкостей, которая происходила очень неэффективно. Так что идея насосного механизма, основанного на дисках, была почти забыта. Наиболее известное воплощение принципа – турбина Тесла.
В 70-е гг. XX в. изобретатель Макс Гурт из Южной Калифорнии вновь обратился к этой концепции. Он обнаружил, что интервал между дисками может быть увеличен вплоть до 500 мм, и, вопреки ожиданиям занимающихся насосами экспертов-теоретиков, при этих расстояниях принцип пограничного слоя вязкостного сопротивления все еще был применим. Более того, поток оставался свободным от пульсаций и ламинарным. Одним из наиболее интересных открытий изобретателя стало то, что, в отличие от других насосов, дисковый насос стал более эффективен при повышенной вязкости, превосходя эффективность аналогичных по размеру центробежных насосов при вязкостях жидкости выше, чем 250 cPs. Важно, что широкий спектр преимуществ по сравнению с другими типами насосов создает уникальная работа дискового насоса, обеспечивающая свободную от пульсаций, безударную перекачку.
Оригинальная конструкция механизма Discpac была запатентована в 1982 г. Она может состоять из 20 дисков, отстоящих друг от друга на расстояние от 203 мм до до 508 мм.
В 1988 г. было разработано и запатентовано второе поколение механизма Discpac, получившее название «высоконапорная конструкция» (high head Discpac). Она оказалась лучше приспособлена, чем плоские диски, к работе с сильно абразивными, насыщенными воздухом жидкостями и к работе в изменяющихся условиях перекачки – таких, как значительные или резкие изменения скорости потока.
С переходом на технологию DISCFLO потребители из химической и нефтеперерабатывающей промышленности получили преимущества в виде повышения качества продукции, снижения износа, технического обслуживания, эксплуатационных расходов, проблем с простоями. Используя уникальный принцип работы, основанный на явлении вязкостного трения и пограничного слоя, дисковый насос позволяет достичь роста производительности при низких эксплуатационных расходах в тяжелых для перекачки условиях химической, нефтехимической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Дисковый насос – высоко инновационный насос. Внешне, он выглядит как центробежный насос, при этом он выполняет работу не только центробежных, но и винтовых, лопастных и шестеренчатых насосов, а в некоторых случаях и насосов-измельчителей. Производительность дисковых насосов варьируется от 1 до 2 тыс. м3/ч, напор до 300 м. Принцип действия насосов основан на явлении пограничного слоя. Он образуется на диске, который вращается в жидкости. При поступлении жидкости в насос молекулы жидкости сцепляются с поверхностью насосных дисков, образуя пограничный слой. По мере того, как диски вращаются, происходит передача энергии последующим слоям молекул жидкости, находящейся между дисками, с генерированием градиентов давления и скорости, направленных поперек к ширине Discpac. Молекулы жидкости блокируются на поверхности вращающегося диска и за счет вязкостного трения передают энергию вращения от пограничного слоя молекулам других слоев. Вследствие этого образуется мощное поле центробежной силы, которое создает равномерный гидравлический профиль скоростей и обеспечивает перекачку без пульсаций и вибраций. Комбинация пограничного слоя и вязкостного сопротивления срабатывает эффективно. Образуется мощное поле динамической силы. Сила «протаскивает» продукт через насос плавным, свободным от пульсаций потоком. Жидкость движется параллельно дискам, а пограничный слой создает при этом молекулярный буфер между поверхностями дисков и жидкостью.
Характеристики дискового насоса DISCFLO
Производительность: 1–2 тыс. м3/ч, диаметр Discpac: от 203 мм до 508 мм, давление на выходе: до 300 м, давление на входе: низкая величина подпора (NPSH), рабочее давление: до 95 атм, вязкость: до 100 тыс. cPs, скорость насоса: до 3 600 об/мин, рабочая температура: до 523°C, размер частиц: до 250 мм, тип уплотнения в зависимости от условий эксплуатации: одинарные и двойные механические производства John Crane, Flowserve, Burgman, тип привода: электрический, дизельный, гидравлический, воздушный.
Насосы DISCFLO впервые установили на нефтеперерабатывающем заводе в 1993 г. Они перекачивают вязкий, абразивный шлам, используемый на стадии охлаждения в процессе коксования нефти с производительностью 90 м3/ч при напоре 141,7 м. Сам шлам состоит из воды, углеводородов и около 10–20% твердой фазы по весу. Вязкость шлама варьируется: иногда она, как у воды, а другой раз доходит до 1 тыс. cP.
Раньше применялись многоступенчатые центробежные насосы. Они часто ломались в связи с износом. Срок службы от ремонта до ремонта составлял всего лишь две-три недели. Дисковые насосы способны работать в широком диапазоне вязкостей без поломки, что является ключевым фактором при выборе насоса. При использовании дисковых насосов эффективность нефтепереработки проявилась в значительной экономии расходов. Экономия может быть до 10 млн долл. в год.
Дисковые насосы подходят не только для нефтедобывающей промышленности, но и для пищевой и фармацевтической, целлюлозно-бумажной, металлургической и горнодобывающей промышленности, для коммунального хозяйства и инженерных сетей.
Так, один из ведущих мировых производителей бумаги и отбеливающих химикатов Eka Nobel AB применяет дисковые насосы DISCFLO на нескольких предприятиях в Швеции. Первые насосы были установлены на обогатительном силикатном заводе, где существующие центробежные насосы были подвержены значительному абразивному износу, и кроме того еженедельно требовалась замена сальниковых уплотнений. Перекачиваемая среда содержит 39-52% песка, смешанного с 40% NaOH, что делает ее абразивной и плотной, а также щелочной. Также на этой фабрике дисковый насос установлен на линии, перекачивающей жидкое стекло (силикат натрия) с песком -плотной, щелочной, горячей и абразивной среды. Насос DISCFLO установлен взамен шестеренного насоса с наружным зацеплением, который требовал обслуживания каждые два месяца. Eka Nobel также приобрели насосы DISCFLO на линию по перекачке перборатного шлама в замен постоянно ломавшихся винтовых насосов. Во всех перечисленных случаях дисковые насосы решали проблемы существовавших ранее насосных систем, экономя средства предприятия.
12 дисковых насосов DISCFLO применяются на химических предприятиях России с 2005 г.
Екатерина Глинская
