Des aquariums aux acides, des amines à l'ammoniac, des accélérateurs de particules atomiques au xylène, les pompes de process magnétiques peuvent être trouvées dans des conditions extrêmes. Cet article explore les caractéristiques de base des pompes à entraînement magnétique (en alliage et non métalliques) et leurs systèmes d'accompagnement.

Les pompes magnétiques ont considérablement évolué depuis leurs premières permutations dans les aquariums protégeant le coûteux Centropyge resplendens (poisson-ange resplendissant). Aujourd'hui, les pompes à couplage magnétique (mag-drive) excellent dans le service acide comme alternative aux composants métalliques des joints mécaniques qui ont tendance à se corroder. Les entraînements magnétiques API sont idéaux pour les services d'amines et d'hydrocarbures dans les raffineries, et les pompes à entraînement magnétique en alliage robuste peuvent pomper en toute sécurité l'ammoniac liquide dangereux. Le super collisionneur de particules atomiques de 9 milliards de dollars au CERN (Centre européen de recherche nucléaire) à Genève, en Suisse, contient un tunnel cryogénique fonctionnant près du zéro absolu à 2 Kelvin (-271,15 degrés C ou -456 degrés F) qui comprend des pompes à couplage magnétique en alliage raffiné .

Ce sont quelques exemples au sein du"Une liste"de toxines liquéfiées. Pratiquement tous les produits chimiques toxiques figurant sur la liste des produits chimiques réglementés par le TRI (Toxic Release Inventory) de l'EPA peuvent être pompés en toute sécurité à des niveaux de rejet nuls avec des pompes à couplage magnétique en alliage ou non métalliques, en fonction de l'adéquation des matériaux de pompe mouillés.

Comme le démontrent ces exemples, les pompes à entraînement magnétique sont un type de pompe polyvalent. Ils comportent des accouplements magnétiques à zéro émission, des extrémités hydrauliques indépendantes et des accouplements magnétiques séparés près de HP et de couple. Les moteurs indépendants des pompes à entraînement magnétique sont conformes aux exigences de l'usine.

Conception et normes Mag-Drive

Caractéristiques de conception ISO-2858

Les conceptions de pompes de processus magnétiques suivent de près les paramètres de conception ISO-2858. La conception ISO est essentiellement une pompe DIN équipée de brides ANSI. Les avantages techniques des pompes ISO comprennent des roues entièrement fermées qui réduisent les charges axiales axiales et fournissent des jeux de fonctionnement sûrs même dans des conditions de température extrêmes. La stabilité hydraulique améliorée avec des vitesses inférieures pour les pompes ISO respecte les"5-7 Règle de vélocité"(c'est-à-dire une aspiration à 5 ips et une décharge à 7 ips), en particulier à 3 500 tr/min.

Les valeurs NSS (Net Suction Specific Speed) inférieures répondent aux exigences des processus critiques et des raffineries. Les tolérances de conception pour le débit, la tête, l'efficacité et les dimensions permettent une interchangeabilité directe entre les fabricants ISO. La vaste couverture hydraulique ISO garantit des rendements optimaux avec de nombreuses tailles de pompes intermédiaires, y compris des roues nominales de 5 pouces, 6 pouces et 8 pouces, même dans les modèles plus grands.

Normes de pompe à pied et centrale API

L'API-610 10e éd. La spécification permet des conceptions montées sur pied qui offrent une interchangeabilité dimensionnelle inférieure à 300 degrés F (150 degrés C). Les pompes montées sur l'axe central sont recommandées pour des températures plus élevées dans les pompes centrifuges en porte-à-faux conventionnelles. Cependant, le faux-rond du joint mécanique n'est pas un problème pour les pompes à entraînement magnétique. Les pompes à entraînement magnétique à couplage direct peuvent supporter jusqu'à 500 degrés F, évitant les problèmes d'alignement du cadre de puissance et de l'accouplement.

La spécification de la pompe sans joint API-685 exige un montage sur l'axe central, mais était destinée aux services à très haute pression et dangereux.

Les pompes de traitement à turbine en alliage à un ou plusieurs étages peuvent être construites selon les spécifications API-610 10e édition ou API-685 pour les exigences de faible débit/haute hauteur.

Spécifications du Mag-Drive en alliage (centrifuge et turbine)

Applications Mag-Drive en alliage

Sources d'induction de chaleur de pompe sans joint en alliage

Le tableau 1 spécifie les sources d'induction de chaleur de la pompe pour les pompes sans joint en alliage. Les pertes par courants de Foucault pour les pompes à entraînement magnétique en alliage (boîtiers arrière) et les pompes à moteur en conserve (coques d'isolation) sont réduites du carré de la vitesse (c'est-à-dire que les pompes à 1 750 tr/min ont 25 % des pertes générées à 3 500 tr/min). Les commandes VFD peuvent offrir un retour sur investissement rapide rien que pour les économies d'énergie. Les pertes par courant de Foucault sont linéaires à l'épaisseur qui définit la pression, la température, la corrosion et la résistance à la brèche.

L'induction de chaleur du moteur inhérente aux motopompes à rotor noyé est constante quelle que soit la vitesse, avec une chaleur résiduelle présente pendant les cycles d'arrêt. Des commandes auxiliaires peuvent être nécessaires pour"chaudières basses"près du point d'éclair.

Mag Drive

Moteur en conserve

1) Pertes par courants de Foucault

Champ magnétique permanent

Champ électromagnétique

2) Enroulement du stator du moteur

n/a, (moteur externe)

Stator moteur TENV

3) Glissement de l'induit du moteur

n/a, (moteur externe)

Rotor de pompe interne

4) Frottement interne de la douille

Négligeable

Négligeable

5) Recirculation interne

Dépend de la taille de la pompe

Dépend de la taille de la pompe

Plages de performances pour les entraînements magnétiques centrifuges et à turbine en alliage

Gamme de performances Mag-Drive centrifuge en alliage

• Pompage en service continu dans des débits modérés à élevés
• Convient aux liquides extrêmement dangereux ou toxiques
• Débits allant jusqu'à 8 à 4 000 gpm (2 à 1 000 m3/h)
• Têtes jusqu'à 3 850 pieds (1 173 m)
• Pressions du système allant du vide jusqu'à 7 250 psig (500 bars)
• Température de -150-deg F/-100-deg C à +650-deg F/343-deg C (840-deg F avec échangeur de chaleur)

Plage de performances de la turbine en alliage Mag-Drive

Pompage en service continu dans des débits faibles à modérés

• Convient pour une pression différentielle ou de système élevée
• Gère jusqu'à 20 % de gaz entraîné et résiste au blocage de la vapeur
• Débit jusqu'à 45 gal/min (10 m3/h)
• Têtes jusqu'à 3 250 pieds (990 m)
• Pressions du système allant du vide jusqu'à 7 250 psig (500 bars)
• Température de -150-deg F/-100-deg C à +650-deg F/343-deg C (840-deg F avec échangeur de chaleur)

Exigences de faible débit pour les pompes centrifuges et à turbine

Induction de chaleur à faible débit et cavitation de tête élevée

La chaleur de friction de recirculation du liquide de traitement dans les pompes centrifuges fonctionnant en dessous des débits stables minimum ne peut être évitée, indépendamment de l'équilibrage de la roue ou de la conception de l'enveloppe de confinement. L'induction de chaleur provenant de la recirculation interne peut entraîner une cavitation de tête élevée à cause de l'énergie transmise au liquide. Les matériaux d'enveloppe thermoplastiques ou fluoroplastiques isolants ont un faible taux de conductivité thermique.

Débit nominal de la pompe centrifuge

Les pompes centrifuges sont conçues pour des débits modérés à élevés avec une efficacité optimale au BEP (Best Efficiency Point). La ligne directrice acceptée pour l'application de pompes centrifuges varie de 10 % à droite du BEP et de 20 % à gauche. Cette directive est utilisée pour assurer des efficacités hydrauliques optimales et éviter à la fois le faux-rond et la cavitation de tête élevée.

Rise to Shut-Off et contrôle de débit

Les pompes à turbine sont conçues pour un fonctionnement continu dans les systèmes à faible débit et haute pression. Les variations des hauteurs différentielles ont un effet minime sur le débit de la pompe à turbine en raison de la montée élevée jusqu'à l'arrêt. Les caractéristiques dynamiques de la pompe à turbine permettent la régulation de la vanne de régulation sans dérivation. Des crépines d'aspiration pour les pompes à turbine sont recommandées (taille de 100 mesh) si des particules solides sont présentes et pour les débris de démarrage.

Spécifications du lecteur magnétique non métallique

Applications typiques pour les entraînements magnétiques non métalliques

Les applications typiques des pompes à entraînement magnétique non métalliques comprennent tous les produits chimiques corrosifs surveillés par l'EPA, les acides corrosifs (HCL, H2SO4, HF, nitrique, phosphorique, acétique, etc.), les caustiques (hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium, etc.), le chlore , hypochlorite de sodium, solutions halogénées (chlore, fluor, brome, HCL chaud), liquides de haute pureté et liquides précieux.

Fluoroplastiques et thermoplastiques

Les taux de perméation des matériaux non métalliques (fluoroplastiques et thermoplastiques) dépendent de la qualité, de l'épaisseur et de la densité du matériau de la pompe, de la concentration et de la température du liquide de traitement et de la pression du système. Les pompes à entraînement magnétique équipées de revêtements en fluoroplastique offrent une large résistance chimique, mais les revêtements d'une épaisseur de 0,100 à 0,125 pouce nécessitent des inspections de maintenance à la suite de perturbations du système, de cavitation, de solides entraînés ou d'un"aimant tombé"d'une défaillance interne du roulement.

Les caractéristiques mécaniques des matériaux de pompe non métalliques sont compromises par des températures extrêmes (par exemple, résistance à la traction à haute température, fragilisation à basse température, etc.).

Courbes de résistance à la traction

Thermoplastiques extrudés usinés

Les pompes à entraînement magnétique sont disponibles en thermoplastiques extrudés usinés avec une densité plus élevée pour résister à la perméation ou à la perforation due à des épaisseurs de paroi de boîtier plus élevées. Cependant, les tuyaux en alliage ou en acier revêtu doivent être correctement soutenus et des raccords de tuyaux flexibles peuvent être nécessaires en cas de cycles ou de variations de température extrêmes.

Thermoplastiques moulés

Les composants thermoplastiques moulés, en particulier le PP chargé de verre composite, peuvent être attaqués et imprégnés par de nombreux produits chimiques corrosifs (par exemple, caustiques, chlorures, fluorures, bromures, etc.) en raison de la gravure et de l'effet de mèche des fibres de verre, entraînant une perméation. Les boîtiers thermoplastiques moulés avec des orifices filetés NPT n'ont pas la dureté nécessaire pour assurer une étanchéité aux bulles.

Perturbations et surveillance du système

Faux-rond ou cavitation haute pression

Les pompes à entraînement magnétique doivent être fournies avec des directives de débit minimum et maximum indiquant les limites de fonctionnement continu sûres de la pompe dans les paramètres du système. Par exemple, une hauteur manométrique insuffisante est une source principale de défaillances de la pompe centrifuge en raison des conditions de faux-rond et des pics d'exigences NPSH. Une cavitation de tête élevée peut se produire lors d'un fonctionnement en dessous de débits minimaux stables.

Marche à sec

Les pompes plus petites peuvent être équipées de paliers en carbone qui fournissent une lubrification intrinsèque pour résister à un fonctionnement à sec intermittent. Le carbone n'est pas pratique pour les pompes de traitement à grande capacité en raison des charges de roulement. Les revêtements de diamant pour le carbure de silicium peuvent fournir une protection limitée jusqu'à ce que le revêtement de surface soit usé. La surveillance du débit ou de la puissance est la meilleure protection pour éviter le fonctionnement à sec.

Tête morte

Selon les systèmes de circulation interne des roulements, un cap mort intermittent peut être acceptable. Les limites de fonctionnement recommandées doivent être spécifiées par le fabricant en fonction de la stabilité des liquides de traitement.

Remise des solides

Les pompes de process à entraînement magnétique conçues avec une circulation de roulement affleurante du produit peuvent être équipées de divers plans de rinçage API pour la gestion des particules solides. Une attention particulière à la nature des solides est requise (par exemple, pourcentage, dureté, taille, ferreux, liants ou non liants, etc.). Un rinçage ou un filtrage approprié du système de tuyauterie de procédé, avant le démarrage, est généralement recommandé.

Systèmes de surveillance

Les moniteurs de puissance linéaires sont un moyen efficace et non invasif de protection de la pompe avec la capacité unique de détecter la cavitation. La mesure du débit peut être préférée dans les procédés avec des viscosités, des densités et des températures variables. Les sondes de température pour pompes en alliage offrent une protection contre les orifices de lubrification obstrués ou les interférences des composants rotatifs. Les sondes de détection de liquide et l'étanchéité des boîtiers d'adaptateur offrent un confinement secondaire.

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