Винтовой насос для асфальта

Одним из наиболее востребованных и торгуемых товаров в мире является асфальт и его разновидности. История асфальта, под разными названиями и внешним видом, восходит к смоляным ямам, которые использовали индейцы атабаски в Канаде для герметизации своих каноэ. Асфальт широко используется в инфраструктурных и промышленных целях. Типичными примерами являются дорожное покрытие и подъездные пути, где асфальт после смешивания с заполнителем на асфальтобетонном заводе обеспечивает износостойкое и атмосферостойкое покрытие. Он также широко используется в строительных материалах, таких как кровельная черепица и рубероид, а также в гидроизоляционных и герметизирующих составах.

По мере роста населения мира и одновременного повышения уровня жизни людей ожидается ускорение спроса на асфальтовые изделия для строительства зданий, дорог и улучшения транспортной инфраструктуры. Увеличение спроса будет расти еще быстрее в развивающихся странах, где ситуация значительно ухудшилась, и предстоит еще многое наверстать.

Кроме того, предложение будет расти по мере того, как другие потребители тяжелых углеводородов (например, топливо в морской и энергетической отраслях) перейдут на природный газ и дистилляты, чтобы соответствовать более строгим стандартам выбросов. Производство, хранение и распределение асфальтобетонных изделий будут следовать за спросом, что, в свою очередь, должно стимулировать производителей оборудования, такого как трубы, изоляционные материалы, нагреватели и насосы. В данной статье основное внимание будет уделено аспекту перекачки и рассмотрены технологии, которые помогают улучшить безопасную и экономичную обработку асфальтобетонных изделий в трубопроводах и терминалах.

Перекачка асфальта

Название «асфальт», используемое в статье, следует понимать и другие родственные или частично совпадающие продукты, такие как битум, смола, битумная смола и асфальтовая эмульсия. Они имеют много общего и все получены при нефтедобычи либо в качестве продуктов, получаемых в процессе переработки сырой нефти, либо в виде сырого битума непосредственно из скважин . Плотность асфальтобетонных изделий близка к плотности воды, и в большинстве случаев они ведут себя как ньютоновская жидкость, что означает, что их динамическая  вязкость связана с температурой. Однако некоторые виды битума могут при эмульгировании с водой или воздухом вести себя как неньютоновская жидкость, образуя так называемую битумную пену. Это противоположно ньютоновским жидкостям, поскольку перемешивание и сдвиг жидкости приводят к изменению динамической вязкости.

Насосы для асфальта

Характеристики асфальта и сопутствующих продуктов требуют от насосов эффективной перекачки и циркуляции жидкостей, часто в очень сложных условиях эксплуатации. Насос должен быть спроектирован для работы с жидкостями с высокой температурой (часто более 200°C), высокой вязкостью. Попадание воздуха и газа в продукт, большое количество твердых частиц и примесей являет типичным для  данного применения.

Центробежные насосы

В некоторых установках используются динамические (центробежные) насосы, как правило, из-за низкой закупочной цены. Для достижения приемлемой эффективности с данным типом оборудования, жидкость необходимо чрезмерно нагревать, чтобы снизить ее вязкость. Это приводит к высоким затратам энергии как на нагрев, так и на питание насоса. Кроме того, из-за ограниченной всасывающей способности центробежного насоса очевидным недостатком является более длительное время откачки из резервуаров и трубопроводов. В результате более высокие эксплуатационные расходы на эти насосы часто перевешивают более низкую цену покупки.

Объемные насосы

Чаще используются объемные насосы, такие как винтовые насосы, шестеренчатые насосы или роторно-лопастные кулачковые насосы. Шестеренчатые и роторно-лопастные насосы имеют эксплуатационные ограничения, однако они экономичны при использовании в меньших типоразмерах. При увеличении размера насоса скорость вращения необходимо снижать (обычно путем установки редуктора), чтобы насос работал должным образом. Они также ограничены давлением всасывания, и, поскольку роторы не гидравлически сбалансированы, для защиты от осевой нагрузки используются износостойкие пластины, что увеличивает затраты на техническое обслуживание. Нередко ломаются шестерни или лопатки из-за холодного пуска, когда насос заполнен асфальтом. Технология объемного перекачивания, представленная винтовым насосом, лучше всего подходит для перекачивания асфальта и сопутствующих продуктов.

Принцип работы винтового насоса можно представить как насос с «поршнем» с бесконечным ходом. Шнеки непрерывно перемещают жидкость без пульсаций, перемешивания или сдвига, преодолевая противодавление, создаваемое сопротивлением потоку в трубопроводной системе и статическим подъемом. В винтовом насосе жидкость поступает на всасывающий конец профиля шнека и заполняет полости, образующиеся при вращении шнеков. Затем вращение шнеков плавно перемещает жидкость, запертую в полостях, вдоль оси от всасывания к нагнетанию, чтобы достичь давления нагнетания. Внутренняя скорость винтового насоса низкая, а закрытие и открытие каждой полости происходит постепенно, что способствует плавному потоку без пульсаций, а также более низкому уровню шума. Винтовые насосы обеспечивают высокую производительность при работе с вязкими жидкостями, что позволяет сократить время откачки и опорожнения резервуаров и трубопроводов, даже если в линии всасывания присутствует воздух или газ.

Винтовые насосы имеют очень простую конструкцию с небольшим количеством движущихся частей и эффективной гидравлической системой балансировки, исключающей необходимость в износостойких пластинах или упорных подшипниках. Роторы находятся в состоянии катящегося контакта друг с другом, а не скользящего, что снижает износ и затраты на техническое обслуживание. Поддержка роторов осуществляется втулками, где положительный поток жидкости из зон высокого давления в зоны низкого давления эффективно смазывает и охлаждает втулки.

Кроме того, для усиления жидкостного клина, поддерживающего ротор, на втулках выполнена спиральная канавка. Роторы изготовлены из углеродистой стали, которая подвергается шлифовке и закалке с помощью газовой азотирования для защиты от износа. В отличие от двухвинтовых насосов с внешними подшипниками, здесь используется только одно уплотнение вала вместо четырех. В зависимости от рынков и областей применения используются различные типы уплотнений. Нередко в асфальтопереработке используется сальник с рубашкой обогрева, который прост в обслуживании и менее подвержен нагрузке при холодном запуске. Однако многие операторы предпочитают вариант с механическим уплотнением, и также с рубашкой обогрева, а в некоторых случаях и в конфигурации с двойным уплотнением и промывкой подогреваемого уплотнения по стандарту API Plan 53 B или C. Стандартная комплектация насосов включает в себя встроенный предохранительный клапан для защиты от избыточного давления, а также рубашку и систему обогрева корпуса насоса и зоны уплотнения.

Установка и эксплуатация

В большинстве случаев привод представляет собой электродвигатель инверторного типа, подключенный к частотному преобразователю. Поскольку скорость напрямую связана с расходом насоса, такая схема помогает оператору контролировать перекачку при параллельной работе нескольких насосов и оптимизировать расход во время холодного пуска или очистки трубопровода и резервуара. Насосы комплектуются паровыми или масляными рубашками обогрева насоса в режиме холостого хода. Для облегчения холодного пуска часто используется съемный кожух электрообогрева. Для защиты насоса необходимо контролировать температуру корпуса насоса, а также давление на линии нагнетания. Вибрационный контроль иногда является хорошим дополнением для раннего выявления проблем. Хорошим решением для снижения  нежелательной нагрузки на патрубки и корпус насоса являются гибкие вставки на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Выравнивание вала электродвигателя с соединительной муфтой  имеет важное значение для снятия любой избыточной радиальной нагрузки на подшипники насоса или двигателя.

Области применения

Насос решает самые различные задачи на предприятиях, в резервуарных хранилищах и трубопроводных системах. Наиболее известные области применения включают погрузку/разгрузку железнодорожных вагонов, барж и судов. На предприятиях он используется для транспортировки, нагрева, циркуляции и перекачки асфальта товарного качества, а также битума различных марок в качестве готовой продукции. Некоторые насосные установки предназначены для магистральных и боковых трубопроводов, перекачивающих разбавленный/нагретый битум, подключенных к приводам мощностью более 1 МВт. Самая большая проблема здесь — возобновление потока в трубопроводе после остановки или потери нагрева. Винтовой насос обеспечивает гибкость и надежность, необходимую для того, чтобы это происходило снова и снова.

Резюме

Ожидаемый рост спроса на асфальт и сопутствующие продукты является позитивным сигналом для производителей насосов, а также других поставщиков оборудования для трубопроводов и терминалов. Обеспечение долговечных насосов для этого применения всегда было сложной задачей, а с учетом сегодняшних более строгих требований к безопасной, надежной и экономичной эксплуатации, сложность только увеличивается. Объемный насос, и особенно винтовой насос, обладает необходимыми техническими характеристиками для решения всех запросов данного рынка.