Neue Designs verbessern die Effizienz von Dosierpumpen

Bei der Pumpinfrastruktur kommt es auf die Größe an. Größere Pumpen sind leistungsstärker als kleinere Pumpen, aber auch teurer. Der Platzbedarf einer Pumpe verursacht zusätzliche Kosten in der Werkstatt oder auf der Offshore-Plattform.

Ganz gleich, ob es sich um eine Raffinerie, eine Chemiefabrik oder ein Kraftwerk handelt, die Stellfläche und das ergonomische Design der Pumpinfrastruktur spielen eine Schlüsselrolle für die Effizienz der Anlage. Bei Dosierpumpen wurde das Streben nach kleineren und leichteren Pumpen, die keine Kompromisse bei der Leistung eingehen, bisher durch die Größe der Membran eingeschränkt, die die Größe des Flüssigkeitsendes und des Edelstahls bestimmt, der den Pumpenkopf umgibt.

Heutzutage führen neue Weiterentwicklungen mit Membrandesigns aus Polytetrafluorethylen (PTFE) zu kleineren, leichteren und kostengünstigeren Dosierpumpen, die eine höhere Effizienz ohne Leistungseinbußen bieten.

Dosierpumpen sind chemische Dosiergeräte mit positiver Verdrängung, die abgemessene Chemikalienmengen liefern. In chemischen oder petrochemischen Anlagen werden Dosierpumpen verwendet, um bestimmte Chemikalienmengen (unter bestimmten Temperaturen und bei bestimmten Drücken) zur Herstellung von Produkten zu dosieren. In Offshore-Umgebungen liefern Dosierpumpen Chemikalien zur Durchflusssicherung, die die Bildung von Hydraten verhindern und den reibungslosen Ölfluss durch lange Unterwasser-Raffrohre gewährleisten.

Bei Midstream-Anwendungen dosieren Dosierpumpen Chemikalien, die Gas entwässern oder schweres Rohöl aufbereiten, um es leichter durch Pipelines transportieren zu können. In Kraftwerken oder Raffinerien injizieren Dosierpumpen Korrosionsinhibitoren und Antikalk-Chemikalien, um die Pump- und Rohrleitungsinfrastruktur zu schützen.

Für jede dieser Anwendungen ist die Genauigkeit der Dosierpumpe von größter Bedeutung, da eine übermäßige Injektion von Behandlungschemikalien in einem Teil des Prozesses zu zusätzlichen Kosten für die Eliminierung dieser Chemikalien im weiteren Verlauf des Prozesses führen kann.

Chemikalien gelangen in die befeuchtete Kammer einer Pumpe, wenn der Motor einen Kolben antreibt, um ein Vakuum zu erzeugen, das Chemikalien aus externen Tanks in das Förderteil saugt. Abwechselnde Kolbenhübe erzeugen einen Druck, der das Einlassventil schließt, das Auslassventil öffnet und die Flüssigkeiten in den Prozess befördert. Im Flüssigkeitsende befindet sich eine Membran, die als Barriere zwischen dem Kolben und der Prozessflüssigkeit fungiert (siehe Abbildung 1).

Die Pumpbewegung des Kolbens wird auf die Hydraulikflüssigkeit übertragen, wodurch sich die Membran bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens hin und her biegt. Die Bewegung des Kolbens, die als Auslenkung bezeichnet wird, biegt die Membran zwischen konkaven und konvexen Positionen. Der Umfang der Membran ist eingespannt und bewegt sich bei der Auslenkung nicht. Je größer die Auslenkung der Membran ist, desto höher ist die Durchflussrate.

Für Prozesse, die hohe Durchflussraten erfordern, mussten Pumpenhersteller schon immer große Membranen mit großen Flüssigkeitsenden und großen Gehäuseflächen bauen, um das erforderliche Volumen und den erforderlichen Druck zu liefern. Dies führt erwartungsgemäß zu großen und schweren Pumpen. Dosierpumpen müssen in der Lage sein, ein breites Spektrum aggressiver und korrosiver Chemikalien in unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturniveaus zu fördern. Um dieser Vielfalt gerecht zu werden, sollten alle benetzten Teile der Flüssigkeitsköpfe der Pumpen aus Materialien bestehen, die mit diesen Chemikalien kompatibel sind.

Die Pumpe sollte mit einer Membran – entweder aus Metall oder aus Kunststoff – ausgestattet sein, deren Material eine Schlüsselrolle bei den Kosten und dem Gewicht der Ausrüstung spielt.

PTFE-Membranen gibt es schon seit langem. Die Herausforderung bestand darin, dieses flexible Material bei hohen Drücken einzusetzen. Aufgrund der rutschigen Beschaffenheit von PTFE war es immer schwierig, die Membran fest genug zu klemmen, um dem hohen Kolbenschub standzuhalten, der für die Hochdruckinjektion erforderlich ist, aber nicht zu fest, um eine Verdichtung, Knickung und sogar einen Bruch zu verhindern.

Im Gegensatz zu PTFE können metallische Membranen bei starker Auslenkung im peripheren Klemmbereich reißen. Um den hohen Durchflussanforderungen der Pumpe gerecht zu werden und diese mit einer kleinen metallischen Membranauslenkung in Einklang zu bringen, besteht die einzige Lösung darin, den Durchmesser der Membran zu vergrößern. Dies führt bei Verwendung einer Metallmembran im Vergleich zu einer PTFE-Membran zu einem Flüssigkeitsende mit viel größerem Durchmesser. Zu den weiteren Kompromissen, die mit Metallkonstruktionen verbunden sind, gehören die Größe und das Gewicht der Membran, des Flüssigkeitsendes und des Edelstahls, der den Pumpenkopf umgibt. Diese Materialien sind teuer, was die Kosten jeder Pumpe erhöht und Auswirkungen auf die Gesamtkosten in der Werkstatt oder auf der Offshore-Plattform hat.

PTFE hat einen der niedrigsten Reibungskoeffizienten aller Feststoffe. An PTFE haftet fast nichts und das Material ist nahezu unempfindlich gegenüber korrosiven Chemikalien. PTFE ermöglicht eine weitaus größere Durchbiegung als eine Metallmembran und ermöglicht so höhere Durchflussraten bei einem viel leichteren Gehäuse. Eine kleinere Membran ermöglicht es Pumpenherstellern, kleinere Flüssigkeitsköpfe zu konstruieren, was zu kleineren und leichteren Pumpen führt, die dennoch hohe Durchflussraten erzeugen können. PTFE-Förderköpfe können 50 Prozent günstiger sein als metallische Förderköpfe.

Die Hauptbeschränkung bei PTFE-Membranen ist der hohe Druck. Wenn der Druck verstärkt wird, könnte die Bewegung des Kolbens, der aggressiv auf eine reibungsfreie Oberfläche drückt, die Materialdichte der Scheibe beeinträchtigen. Zuvor gab es ein Catch-22-Szenario: Eine zu feste Klemmung der runden Scheibe wirkte sich negativ auf die Dichte des Materials aus, eine zu feste Klemmung verhinderte jedoch, dass sie dem für bestimmte Anwendungen erforderlichen Druck standhalten konnte.

Durch umfangreiche Forschung und Entwicklung hat ein Dosierpumpenhersteller eine neue PTFE-Membran mit einer einzigartigen chemischen Zusammensetzung von PTFE entwickelt, die das Beste aus beiden Welten bietet – indem sie die Vorteile von PTFE mit der Temperatur- und Hochdruckbeständigkeit metallischer Membranen kombiniert. Das Ergebnis ist eine kleinere, leichtere und kostengünstigere Pumpe, die für die unterschiedlichsten Dosierpumpenanwendungen geeignet ist – von der chemischen Produktion über die Raffinierung und Stromerzeugung bis hin zur Offshore-Öl- und Gasproduktion und für alle Formen der Wasser- und Abwasseraufbereitung.

Axel Bokiba ist Vizepräsident für Produktmanagement bei Pulsafeeder. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter pulsafeeder.com.