蠕动泵解决腐蚀问题.doc

蠕动泵解决腐蚀问题正排量泵仍然是高腐蚀性化学品计量的首要选择。但是，Watson-Marlow泵业集团的工艺工程师Chuck Treutel认为，蠕动泵在降低生命周期成本方面要胜过隔膜泵和单螺杆泵。 盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠、硫酸等化学品在许多行业都有应用。在泵出现故障时，这些化学品添加的中断都可能使生产过程中断。 在为生产工艺的核心选择机械泵，进行腐蚀性化学品的计量时，工程师们需要寻找同时满足下列三个要求的泵： 能够承受化学品腐蚀且运转稳定的泵。 能够进行精确计量的泵，用最少的化学品获得最大的产量。 能够快速且方便维护和运转的泵。 工艺工程师越来越多地采用蠕动泵来解决这三个问题，同时降低生命周期成本，提高工艺效率。 图1. 除了化学品，蠕动泵还用于腐蚀性流体的处理，其中包括石灰浆和采矿过程中的地下流体。图2. 用于采矿过程的蠕动泵。图3. 蠕动泵可以降低生命周期成本，提高工艺效率。蠕动泵工作原理 据说，蠕动泵是全球发展最快的一种技术，在化学品计量方面正取代复杂且维护频繁的其他正排量泵。酸、碱和溶剂侵蚀着隔膜泵和单螺杆泵（最常用的两种正排量泵）的阀门、密封、转子和运动部件，从而导致泵的破坏，引起停机，增加生命周期成本。 相反，蠕动泵的工作原理可以降低这些成本。蠕动泵是没有阀门的，不会泄漏，在产品线上没有机械部件。流体仅仅与软管内壁或管道相接触，而管子的成本是很低的，且维护少，非常耐用。 在生理学中，“蠕动”是指管状器官（例如喉管和食道）周围的肌肉交替收缩和放松，从而推动内部流体的流动。蠕动泵的运转原理非常简单。一段软管或管子沿着固定的泵壳放置，并由辊子或突块（软管泵）（见图4）从外面压缩。当辊子或突块沿着管子的外部运动时，流体就被推向出口；而突块后面的软管或管子恢复原形时，就将更多的流体吸入泵中。 图4. 一段软管或管子沿着固定的泵壳放置，并由辊子或突块从外面压缩。泵的核心是软管或管子，它们可用不同的弹性体材料制成，可具有较长的使用寿命，并且耐浓酸、浓碱和溶剂的腐蚀。蠕动泵“湿端”的简单性与隔膜泵的复杂性正好相反，隔膜泵的泵壳、隔膜、球阀和密封材料必须经过谨慎选择，以防止泵在腐蚀性液体的侵蚀下出现故障。 精确计量 正排量泵通常用于计量或添加精确数量的化学品。对于蠕动泵，流量与转速成正比，一直完全密封着的软管或管子使泵不断做正排量运动，防止逆流造成的流量降低。蠕动泵没有止回阀，也就消除了造成计量不准确的根源，因此不会发生汽锁现象。 图5. 一直完全密封着的软管或管子不断使泵做正排量运动。隔膜泵内有阀门，也就有可能发生卡住、堵塞（因为阀球或阀座的腐蚀），引起流量变化，从而破坏最终产品的一致性或导致产品质量的差异。另外，能够产生气体的化学品（例如次氯酸钠）可能会导致隔膜泵的汽锁，完全阻止流体的通过。 蠕动泵的调节比（最大流量/最小流量）或流量范围是其他泵无法比拟的。通过简单地控制转子速度，高质量蠕动泵的调节比可以达到2000:1。通过配备不同尺寸的管子，调节比可以扩大到100万。隔膜泵在常规控制器的控制下通常只能达到20 ：1的转速比。虽然隔膜的冲程长度可以调节，从而增大调节比，但短冲程情况下计量精度会大大下降。在需要大的流量范围时，通常要用两三台或更多台隔膜泵来控制流量，而这通过一台蠕动泵就可以解决了。 图6.软管可以在不到1小时的时间内更换完毕，某些情况下只需要几分钟生命周期成本 蠕动泵的初始投资成本可能略高于其他正排量泵，但其他泵的相关辅助设备、安装、维护和备件成本可能非常大，就生命周期成本而言，蠕动泵更胜一筹。 在蠕动泵中，管子或软管是唯一的湿部件，几乎无需维护，也没有需要替换的昂贵的密封，没有会发生堵塞的止回阀，也没有会发生磨损的转子或定子。当然，软管或管子需要定期更换。即便如此，在软管疲劳失效前，工业级蠕动泵可实现数千小时的可靠运转。而更换软管的过程花费的时间还不到1小时，某些情况下只需要几分钟。此外，无需任何特殊工具，软管就可以快速安全的换好。 这比隔膜泵或单螺杆泵所需的4-6小时的修复时间要少得多，这还不包括它们在移动、转移和重新安装时所占用的额外时间。相比隔膜泵或单螺杆泵的修复，软管的成本是非常低的，后者的湿端替换部件（例如球阀、转子和定子）可以占到泵的初始采购成本的75%。 蠕动泵不需要安装辅助设备。隔膜泵需要背压阀和排气阀来保证内部止回阀的正确运转。单螺杆泵通常需要双机械密封、冲洗系统、干运转保护和内置止回阀。而使用蠕动泵，这些辅助元件的成本都可以免除了。 工艺控制的需要和化学相容性通常使蠕动泵的成本低于其他正排量泵。例如，当单螺杆泵只能采用昂贵的金属来达到耐腐蚀性要求时，其价格可能会呈指数增长。 许多正排量泵需要额外购买独立的控制板或变频器，以实现可变的流量计量。如果需要增大流量范围，成本和复杂性也会增加。但是，蠕动泵本身就具有高流量范围、闭环转速控制能力以及可连接到DCS, SCADA和PROFIBUS系统的可扩展I/O接口（图7）。 图7. 蠕动泵具有高调节比、闭环转速控制能力以及可连接到DCS/ SCADA系统的可扩展I/O接口。蠕动泵具备自吸功能（最大约10米），这提高了操作人员的安全性，因为减少了危险化学品的处理过程。这种泵还具有一定的干运转功能，非常适用于储罐的排空或其他无人操作场合。蠕动泵还可以反运转，只须改变转动方向就可以用来排干管道或排除管道堵塞。 应用领域 在工业化学品计量的历史上，隔膜泵和单螺杆泵在知名度和市场占有率上要高于蠕动泵。因此，妨碍蠕动泵在化学品计量中广泛应用的主要因素是软管设计的技术局限。它们可以承受高腐蚀性的流体的侵蚀，在连续高压和高流量下具有长的使用寿命。 鉴于此原因，蠕动泵过去在低压、小批量制药工艺中找到了用武之地，在工业过程中也有少量应用。但是，这一情况在过去50年内已发生了改变。 泵业制造商开发出了流量超过1325 l/m，压力达16.5 bar（240 psi）的蠕动泵，软管的连续使用寿命达数千小时，计量精度超过0.5%。现在，蠕动泵在全世界都有应用，广泛用于各行业中腐蚀性最强的化学品的传输和计量。 蠕动泵对酸和腐蚀性化学品具有很强的耐受性，而隔膜泵和单螺杆泵的金属部件会很快被侵蚀。例如，一家工程塑料生产厂在线性聚苯硫醚（PPS）的生产中使用Watson-Marlow公司的Bredel SPX10泵对盐酸进行精确计量，软管采用的是耐久的橡胶材料。由于软管泵计量的精确性，塑料制造商无需独立的流量计或阀门来控制流量。而且，借助变频器，该公司的工程师只要简单地改变一下电机的转速，就可以调节盐酸的添加速度。 制造商在正排量泵中选择了蠕动泵，因为侵蚀性的化学品不能与任何金属部件接触。同样，水及污水处理厂经常使用软管泵来输送氯化铁。氯化铁不仅是污水和饮用水处理中的一种絮凝剂，也是一种高腐蚀性的化学品，可用于金属的蚀刻。 一家电力服务公司在清洗电厂的冷凝器时，采用蠕动泵以246 l/m的速度添加硫酸，将pH值降低到4以下，以去除水垢。水垢溶解后，要精确控制硫酸流量，确保排入市政污水系统中的废水pH值呈中性。 此外，蠕动泵还广泛用于许多领域中次氯酸钠的计量，例如造纸厂中纸浆的漂白和饮用水的消毒。由于蠕动泵的软管是可以自清洁的，那么它就不会像其他泵一样出现结晶问题，也就不会侵蚀密封。 不久之前，石化产品、碳氢化合物和石油基产品还都不能用蠕动泵来处理，因为它们与橡胶软管不相容。但是现在，一种名为PetroProof的新型热塑性弹性体（TPE）的引入，使得蠕动泵可用于大量材料生产过程中甲苯和其它高腐蚀性溶剂的计量。 图8. Watson-Marlow的Bredel SPX10型蠕动泵在线性PPS的生产中用于盐酸的精确计量。磨蚀性材料的处理 通常，腐蚀性流体不仅包括腐蚀性的化学品，也包括磨蚀性的材料。最初用来处理具有腐蚀性和磨蚀性的水泥的蠕动泵，现在可以很好的应对这一挑战。美国东南部一家建筑制品生产厂在纤维水泥墙板制品的生产中，就使用了Watson-Marlow的Bredel蠕动泵。这种水泥混合物尽管具有很高的磨蚀性和很强的碱性（pH值：12-13），但对软管的影响很小。 蠕动泵也用于其它腐蚀性和磨蚀性流体的计量，包括石灰浆和采矿过程中的地下浆液、污水处理中的明矾及有色墨水和油漆中的二氧化钛。 与蠕动泵相反，腐蚀性和磨蚀性兼备的流体却要让其他正排量泵付出一定的代价。例如在隔膜泵中，带有腐蚀性和磨蚀性的流体必定会导致阀门的侵蚀或堵塞，需要频繁的修复泵的湿端。 新的进展 Watson-Marlow正在开发第一台集成有PROFIBUS功能的蠕动泵。 这台型号为Bp的泵具有PROFIBUS网络接入功能，客户可以方便快捷的将这种无泄漏的无阀门泵与他们的PROFIBUS控制系统集成起来。Bp系列泵具有两种实时通讯方式，诊断能力更高，响应更快，有助于完善工艺的控制能力，同时减少停机和维修。Bp系列的P