新しい設計により定量ポンプの効率が向上

ポンプのインフラストラクチャに関しては、サイズが重要です。 大きなポンプは小さなポンプよりも強力ですが、高価でもあります。 ポンプの設置面積により、作業現場や海上プラットフォームに追加のコストが発生します。

製油所、化学プラント、発電所のいずれであっても、ポンプ インフラストラクチャの設置面積と人間工学に基づいた設計は、プラントの効率において重要な役割を果たします。 定量ポンプに関しては、性能を損なうことなく、より小型で軽量なポンプを作るという探求は、これまでダイヤフラムのサイズによって制約されていました。ダイヤフラムのサイズは、液体端とポンプのヘッドを囲むステンレス鋼のサイズを決定します。

現在、ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) ダイヤフラム設計による新たな機能強化により、性能を損なうことなく効率を向上させる、小型、軽量、低価格の定量ポンプが製造されています。

定量ポンプは、測定された量の化学薬品を供給する容積式化学薬品投与装置です。 化学プラントまたは石油化学プラントでは、定量ポンプは、製品を製造するために特定の量の化学物質を (特定の温度および特定の圧力で) 注入するために使用されます。 海洋環境では、定量ポンプはハイドレートの形成を防ぎ、長い海底タイバックを通る石油のスムーズな流れを保証する流れ保証化学物質を供給します。

中流用途では、定量ポンプはガスを脱水したり重質原油を処理してパイプライン内の移動を容易にする化学薬品を注入します。 発電所や製油所では、ポンプや配管のインフラを保護するために、定量ポンプから腐食防止剤やスケール防止剤が注入されます。

これらの各用途では、プロセスの一部で処理化学薬品を過剰に注入すると、プロセスの途中でそれらの化学薬品を除去するための追加コストが発生する可能性があるため、定量ポンプの精度が最も重要です。

モーターがピストンを駆動して真空を作り出し、化学物質が外部タンクからリキッドエンドに吸い込まれると、化学物質がポンプの接液チャンバーに入ります。 交互のピストンストロークにより圧力が発生し、入口バルブが閉じ、出口バルブが開き、液体がプロセスに押し出されます。 液体端内にはダイヤフラムがあり、ピストンとプロセス流体の間の障壁として機能します (図 1 を参照)。

ピストンのポンピング動作が作動油に加えられ、ピストンが往復運動するときにダイヤフラムが前後に曲がります。 偏向と呼ばれるピストンの動きにより、ダイヤフラムが凹位置と凸位置の間で屈曲します。 ダイヤフラムの周囲はクランプされており、たわみ中に動きません。 ダイヤフラムのたわみが大きいほど、流量は高くなります。

高流量を必要とするプロセスの場合、ポンプメーカーは常に、必要な体積と圧力を供給するために、大きな液体端と大きなハウジング領域を備えた大きなダイヤフラムを構築する必要がありました。 予想通り、これによりポンプが大きく重くなります。 定量ポンプは、さまざまな濃度と温度レベルで、広範囲の刺激性および腐食性の化学物質を供給できなければなりません。 この多様性に対応するには、ポンプの液体端のすべての接液部に、それらの化学物質と適合する材料を使用する必要があります。

ポンプには、金属製またはプラスチック製のダイヤフラムが装備されている必要があります。ダイヤフラムの材質は、装置のコストと重量に重要な役割を果たします。

PTFE ダイヤフラムは古くから存在しています。 課題は、この柔軟な材料を高圧で使用することでした。 PTFE は滑りやすい性質があるため、高圧射出に必要な高いピストン推力に耐えられるだけしっかりとダイヤフラムを締め付けることは常に困難でしたが、緻密化、座屈、さらには破断を防ぐために締め付けすぎないようにすることは困難でした。

PTFE とは対照的に、金属ダイヤフラムは大きくたわむと周辺のクランプ領域で亀裂が入る可能性があります。 ポンプの高流量要件を満たし、それを小さな金属ダイヤフラムのたわみと調和させるには、唯一の解決策はダイヤフラムの直径を大きくすることです。 これにより、金属製のダイヤフラムを使用した場合と PTFE 製のダイヤフラムを使用した場合のリキッドエンドの直径がはるかに大きくなります。 金属設計に関連する追加のトレードオフには、ダイアフラム、液体端、ポンプ ヘッドの周囲のステンレス鋼のサイズと重量が含まれます。 これらの材料は高価であるため、各ポンプのコストが増加し、製造現場またはオフショアプラットフォームの全体コストに波及効果をもたらします。

PTFE は固体の中で最も摩擦係数が低いものの 1 つです。 PTFE にはほとんど何も付着せず、この材料は基本的に腐食性化学物質に対して不浸透性です。 PTFE は金属ダイヤフラムよりもはるかに大きなたわみを可能にし、より軽量なパッケージでより高い流量を可能にします。 ダイヤフラムが小さくなると、ポンプ メーカーは液体端を小さく設計できるようになり、高流量を生成できるポンプの小型化と軽量化につながります。 PTFE リキッド エンドは金属製のリキッド エンドより 50% 安価です。

PTFE ダイヤフラムに関連する主な制限は高圧です。 圧力が増大すると、摩擦のない表面を激しく押すピストンの動きがディスクの材料密度を低下させる可能性があります。 Catch-22 シナリオは以前から存在していました。円形ディスクをきつくクランプしすぎると材料の密度に悪影響を及ぼしますが、十分にきつくクランプしないと、特定の用途に必要な圧力に耐えることができなくなります。

ある定量ポンプ メーカーは、広範な研究開発を通じて、PTFE の利点と金属ダイヤフラムの温度および高圧耐性を組み合わせた、両方の長所を提供する PTFE の独自の化学組成を特徴とする新しい PTFE ダイヤフラムを設計しました。 その結果、化学製造から精製、発電、海洋石油・ガス生産、あらゆる形態の水・廃水処理に至るまで、幅広い定量ポンプ用途に適した、小型、軽量、低価格のポンプが実現しました。

Axel Bokiba は、Pulsafeeder の製品管理担当副社長です。 連絡先は [email protected] です。 詳細については、pulsafeeder.com をご覧ください。