Streszczenie
W komunalnych oczyszczalniach ścieków i zakładach biofermentacji obsługa gęstych osadów i pozostałości pofermentacyjnych stanowi jedno z najtrudniejszych zadań związanych z materiałami sypkimi. Materiały te są materiałami nienewtonowskimi, charakteryzują się dużą lepkością i często zawierają splątane włókna, piasek i niestrawione ciała stałe. Często ocenia się dwie technologie przenoszenia tych materiałów z komór fermentacyjnych lub pras filtracyjnych do dalszego odwadniania lub usuwania: obrotowy zawór proszkowy przystosowany do obsługi osadu oraz progresywna pompa komorowa. Chociaż oba są urządzeniami wyporowymi, ich mechanika wewnętrzna, tendencja do zatykania i stabilność operacyjna znacznie się różnią. Obrotowy podajnik śluzy powietrznej wykorzystuje obracające się łopatki do przepychania materiału przez stałą obudowę, podczas gdy pompa z progresywną wnęką wykorzystuje spiralny wirnik obracający się wewnątrz stojana, aby utworzyć ruchome wnęki, które napędzają osad. W tym przewodniku porównano obie technologie pod względem ryzyka zatykania, stabilności operacyjnej i wymagań konserwacyjnych, aby pomóc inżynierom w wyborze odpowiedniego sprzętu do przenoszenia gęstego osadu.
Co to jestZawór obrotowyoraz progresywną pompę komorową do obsługi osadów
A
zawór obrotowy proszkuprzystosowany do gęstego osadu to wytrzymały obrotowy podajnik śluzy powietrznej z dużą średnicą wirnika i głębokimi kieszeniami. Obudowa jest zwykle wykonana z żeliwa lub stali nierdzewnej i posiada pełny otwór wlotowy dopasowany do otworu leja zasypowego, co zapobiega mostkowaniu. Wirnik napędzany jest motoreduktorem o wysokim momencie obrotowym, często z bezpośrednim napędem hydraulicznym w celu zabezpieczenia przed przeciążeniem. W przeciwieństwie do suchego proszku, prześwit końcówki jest zwiększony do 0,5–1,0 mm, aby uwzględnić lepki, plastyczny charakter szlamu i uniknąć ściskania materiału, co mogłoby wykładniczo zwiększyć moment obrotowy. Kieszenie rotora są polerowane lub pokryte materiałem nieprzywierającym, takim jak PTFE, w celu zmniejszenia przyczepności. Uszczelnienia wału to podwójne uszczelnienia mechaniczne z płynem zaporowym lub dławiki z wypełnieniem ze środkiem chłodzącym, które zapobiegają przedostawaniu się agresywnego szlamu do łożysk.
Pompa progresywna składa się z pojedynczego spiralnego wirnika („wnęki”), który obraca się mimośrodowo wewnątrz stojana o podwójnej spirali wykonanego z elastomeru, takiego jak kauczuk naturalny, nitryl lub EPDM. Gdy wirnik się obraca, tworzy się szereg uszczelnionych wnęk, które przemieszczają się od strony ssawnej do wylotowej, unosząc ze sobą osad. Pompa napędzana jest przez motoreduktor połączony z wirnikiem za pomocą wału napędowego przegubowego. Pompy progresywne są znane ze swojej zdolności do tłoczenia cieczy o dużej zawartości cząstek stałych, cieczy o dużej lepkości i delikatnych mediów o niskiej pulsacji. Mogą pompować szlam zawierający do 15% suchej masy i lepkości przekraczającej 100 000 cP, ale opierają się na ciasnym pasowaniu pomiędzy wirnikiem a stojanem, co nieuchronnie się zużywa.
Fizycznie zawór obrotowy jest kompaktowym, wbudowanym urządzeniem z elementem obrotowym, który przepycha materiał przez stałą powłokę. Pompa progresywna jest dłuższą jednostką montowaną na płozach z obrotowym elementem mimośrodowym, która wymaga dławnicy i zespołu złącza. Zawór obrotowy zapewnia niemal stałą wydajność objętościową proporcjonalną do prędkości. Pompa progresywna zapewnia płynny, pozbawiony pulsacji przepływ, ale jej moc wyjściowa może ulegać wahaniom w miarę zużywania się i pęcznienia elastomeru stojana. Różnice te decydują o tym, jak każde urządzenie zachowuje się w obliczu żylastej, ziarnistej natury gęstego osadu.
Dlaczego wybór pomiędzy zaworem obrotowym a progresywną pompą komorową ma znaczenie
Wybór niewłaściwej technologii transportu gęstego osadu powoduje zakłócenia operacyjne, które mogą spowodować zatrzymanie całego ciągu oczyszczania. Konsekwencje przejawiają się w trzech kluczowych obszarach.
Ryzyko zatkania i natura gęstego osadu
Osad komunalny po odwirowaniu zawiera zazwyczaj 18–25% suchej masy i zachowuje się jak sztywna glina. Pozostałości po biofermentacji, takie jak ziarna gorzelniane lub grzybnia antybiotykowa, zawierają długie, przeplatające się włókna. W przypadku zaworu obrotowego konstrukcja z otwartą kieszenią umożliwia wychwytywanie tych włókien przez obracające się łopatki i przenoszenie ich do przodu. Jeśli jednak osad jest zbyt suchy lub utworzył się skorupa, może on przejść przez wlot, powodując głodzenie kieszeni. Po utworzeniu mostu wirnik obraca się pusty, a jedynym sposobem jego oczyszczenia jest rozbicie mostu ręcznie lub przy pomocy ślimaka. Natomiast pompy progresywne wnękowe zasysają osad przez gardziel ssącą. Zwężający się kanał i obracający się rotor mogą działać jak macerator, wychwytując włókna i owijając je wokół wału napędowego. To owinięcie ostatecznie dociska wirnik do stojana, powodując awarię przegubów uniwersalnych. W praktyce żadne z urządzeń nie jest odporne na zatykanie, ale zawór obrotowy jest łatwiejszy w czyszczeniu, ponieważ można otworzyć obudowę i wyczyścić wirnik bez odłączania rurociągów. Pompa progresywna często wymaga pełnego demontażu w celu usunięcia owiniętych włókien z wału napędowego i wlotu stojana.
Stabilność operacyjna przy zmiennych obciążeniach ciałami stałymi
Gęsty osad nie jest jednolity. Partia z prasy filtracyjnej może zawierać 30% substancji stałych, natomiast następna partia może zawierać 15%. Zapotrzebowanie na moment obrotowy zaworu obrotowego gwałtownie wzrasta, gdy szlam staje się sztywniejszy, ale napęd hydrauliczny może to wyczuć i delikatnie zwolnić lub zatrzymać się bez uszkodzeń. Po zmniejszeniu obciążenia zawór wznawia obrót. Pompa progresywna jest mniej wyrozumiała. Jeśli zawartość substancji stałych gwałtownie wzrośnie, stojan może ulec nadmiernemu ściśnięciu, zwiększając tarcie pomiędzy wirnikiem a stojanem do punktu, w którym silnik napędowy ulega przeciążeniu i wyłączeniu. Powtarzające się wyłączenia mogą spowodować uszkodzenie reduktora. Co więcej, stojan elastomerowy jest wrażliwy na atak chemiczny ze strony szlamu; w przypadku zmiany pH lub obecności rozpuszczalników stojan może puchnąć, zmieniając luz wewnętrzny i powodując nagłą utratę ciśnienia. Zawór obrotowy z powierzchniami styku typu metal-metal (lub pokrytymi ceramiką) jest w dużej mierze obojętny na pH i rozpuszczalniki, zapewniając większą stabilność w przypadku różnych partii.
Złożoność konserwacji i ekonomika części zużywalnych
Pompy z progresywną wnęką mają skończoną żywotność stojana. W osadach ściernych zawierających piasek lub piasek stojan może wymagać wymiany co 2 000–4 000 godzin. Wirnik, zwykle wykonany ze stali hartowanej lub stali nierdzewnej, może wytrzymać 4 000–8 000 godzin, ale należy go wymienić, gdy chromowana powłoka zużyje się. Wymiana stojana polega na odłączeniu pompy, zdjęciu obudowy i wyciśnięciu starego elastomeru — jest to pracochłonna praca, która może zająć cały dzień. Z drugiej strony zawory obrotowe zużywają się głównie na końcach wirnika i otworze obudowy. Dzięki hartowanemu lub wyłożonemu ceramiką otworowi i regulowanym końcówkom zawór obrotowy może pracować w osadzie przez 12–24 miesięcy przed poważnym remontem. Regulacja końcówek polega na poluzowaniu śrub ustalających i przesunięciu końcówek, a jest to zadanie, które można wykonać na miejscu w krótkim czasie konserwacji. W przypadku zakładów z ograniczoną liczbą ekip konserwacyjnych zdecydowaną zaletą jest prostsze zarządzanie zużyciem zaworu obrotowego.
Jak wybrać pomiędzy zaworem obrotowym a progresywną pompą komorową
Wybór zależy od specyfiki osadu, wymaganego ciśnienia tłoczenia i filozofii konserwacji instalacji. Poniższe scenariusze ilustrują prawidłowe zastosowanie każdej technologii.
Scenariusz 1 Zrzut odwodnionego osadu komunalnego z wirówki
Wirówka wyrzuca osad zawierający 22% suchej masy do leja zasypowego, który zasila ładowarkę samochodową. Materiał jest gruby, ale spójny. Obrotowy podajnik śluzy powietrznej z prześwitem końcówki 0,8 mm i napędem hydraulicznym zapewnia stały, dozowany przepływ do ciężarówki bez pulsacji. Otwarte kieszenie zapobiegają mostkowaniu, a szeroki prześwit pozwala uniknąć nadmiernego momentu obrotowego. Pompa progresywna również mogłaby sprostać temu zadaniu, ale wprowadzałaby pulsację, która mogłaby powodować rozpryskiwanie podczas załadunku ciężarówki. Zawór obrotowy jest preferowanym wyborem ze względu na delikatny, ciągły wypływ.
Scenariusz 2 Pozostałości po biofermentacji z długimi włóknami
Bioreaktor wytwarza pozostałość zawierającą 12% substancji stałych i długie strzępki grzybów. Materiał ma tendencję do owijania się wokół obracającego się wału. Pompa progresywna z wlotem macerującym i hartowanym rotorem może rozdrabniać włókna i skutecznie pompować szlam. Zawór obrotowy szybko uległby owinięciu, co wymagałoby częstego czyszczenia. W przypadku tych włóknistych pozostałości lepszym rozwiązaniem jest pompa wnękowa progresywna, pod warunkiem, że instalacja jest w stanie poradzić sobie z wymianą stojana.
Scenariusz 3 Osad o wysokiej zawartości substancji stałych z żwirem
Zakład miejski przetwarza osady z ogólnospławnej sieci kanalizacyjnej zawierające piasek i żwir. Ziarno jest bardzo ścierne. Zawór obrotowy z otworem wyłożonym ceramiką i końcówkami z węglika wolframu dobrze radzi sobie ze ścieraniem. Końcówki można regulować w miarę ich zużycia, a ceramiczny otwór chroni obudowę. W przypadku progresywnej pompy komorowej stojan ulega szybkiemu zużyciu pod wpływem piasku, co prowadzi do częstych i kosztownych wymian stojana. Zawór obrotowy jest wyraźnym zwycięzcą w obsłudze osadów piaszczystych.
Scenariusz 4 Transport osadu na duże odległości
Jeżeli osad musi być przepompowany rurociągiem na odległość 200 metrów, wymagane ciśnienie tłoczenia może przekroczyć 6 barów. Pompa progresywna jest przeznaczona do pracy przy tak wysokim ciśnieniu i może utrzymać przepływ przy znacznym przeciwciśnieniu. Zawór obrotowy nie jest pompą; może być rozładowywany wyłącznie grawitacyjnie lub do przenośnika niskociśnieniowego. W przypadku transportu na duże odległości obowiązkowa jest pompa progresywna, często poprzedzona zaworem obrotowym lub podajnikiem ślimakowym, zapewniającym stałe zasilanie.
Scenariusz 5 Strefy przeciwwybuchowe lub ATEX
W zakładach, w których odgazowanie osadu tworzy atmosferę palną, sprzęt musi posiadać certyfikat ATEX. Pompy progresywne mają liczne punkty uszczelniające i przegub uniwersalny, który może generować iskry, jeśli nie jest odpowiednio chroniony. Zawory obrotowe można zaprojektować z odstępami gaszącymi płomień i uziemionymi elementami, co ułatwia ich certyfikację dla Strefy 21/22. W obszarach niebezpiecznych zawór obrotowy zapewnia prostszą drogę do zapewnienia zgodności.
Przykład zastosowania
W dużej miejskiej oczyszczalni ścieków w Holandii zastosowano progresywne pompy komorowe do przenoszenia zagęszczonego osadu z silosów magazynowych do suszarki ze złożem fluidalnym. Osad zawierał 28% suchej masy i duże stężenie włókien papierowych ze zrzutów przemysłowych. W ciągu sześciu miesięcy stojany pomp zużywały się co 1500 godzin z powodu włókien ściernych, a wały napędowe często się zacinały. Przestoje związane z wymianą stojana trwały średnio 14 godzin na jedno zdarzenie, co kosztowało zakład ponad 120 000 euro rocznie w związku z utratą zdolności suszenia. Doebritz zastąpił pompy z wnęką progresywną na wytrzymałe obrotowe śluzy powietrzne o prześwicie końcówek 0,7 mm, wirniki pokryte PTFE i napędy hydrauliczne z ogranicznikami momentu obrotowego. Pod silosami zainstalowano zawory obrotowe, rozładowujące bezpośrednio na przenośnik taśmowy zasilający suszarnię. Konstrukcja z otwartymi kieszeniami wyeliminowała zwijanie się włókien, a obudowy z wyściółką ceramiczną nie wykazywały mierzalnego zużycia po 18 miesiącach. Koszty konserwacji spadły o 68%, a zakład osiągnął nieprzerwaną pracę suszarni, zwiększając wydajność osadu o 11%.
Często zadawane pytania
Zawór obrotowy może pompować osad na duże odległości
Nie. Zawór obrotowy to podajnik, a nie pompa. Może odprowadzać osad wyłącznie grawitacyjnie lub do układu niskociśnieniowego. Do transportu na duże odległości wymagana jest pompa progresywna lub pompa tłokowa.
Które urządzenie obsługuje wyższą zawartość substancji stałych
Pompy z progresywną wnęką mogą tłoczyć do 15% suchych substancji stałych przy pompowaniu ciągłym, natomiast zawory obrotowe mogą tłoczyć do 40% suchych substancji stałych w przepływie tłokowym, ale zapotrzebowanie na moment obrotowy przekracza 30%. W przypadku bardzo dużej zawartości substancji stałych często przed zaworem stosuje się prasę śrubową lub wytłaczarkę.
Jak często dochodzi do wymiany stojana w obsłudze osadów
W typowym osadzie komunalnym zawierającym 20% części stałych żywotność stojana waha się od 2 000 do 5 000 godzin. Żwirek ścierny lub rozpuszczalniki mogą skrócić ten czas do mniej niż 1 000 godzin. Regulacja końcówki zaworu obrotowego jest zwykle konieczna co 3 000–6 000 godzin, a pełna regeneracja wirnika co 2–3 lata.
Czy progresywna pompa komorowa może pracować na sucho?
Możliwa jest krótka praca na sucho (kilka minut), ale nie jest ona zalecana. Długotrwała praca na sucho generuje ciepło, które może stopić stojan elastomerowy. Zawory obrotowe mogą tolerować krótkie okresy suszenia, jeśli końcówki wirnika są ceramiczne, ale długotrwała praca na sucho spowoduje kontakt metalu z metalem i szybkie zużycie.
Czy Doebritz produkuje progresywne pompy komorowe
Doebritz specjalizuje się w proszkowych zaworach obrotowych i obrotowych podajnikach śluz powietrznych. Nie produkujemy pomp progresywnych. W przypadku zastosowań związanych z osadami, gdzie właściwym wyborem jest pompa z progresywną wnęką, możemy polecić wykwalifikowanych dostawców i pomóc w określeniu odpowiednich materiałów wirnika i stojana dla charakterystyki osadu.
Wniosek
Wybór pomiędzy obrotowym zaworem proszkowym a pompą z progresywną wnęką do transportu gęstego osadu nie jest kwestią tego, czy ten jest uniwersalnie lepszy; jest to kwestia dopasowania technologii do konkretnego profilu osadu i ograniczeń instalacji. Progresywne pompy komorowe doskonale nadają się do pompowania włóknistego osadu o wysokiej zawartości wilgoci na duże odległości przy płynnym, pozbawionym pulsacji przepływie, wymagają jednak czujnej konserwacji stojana i są podatne na zawijanie i ścieranie. Obrotowe podajniki śluzy powietrznej zapewniają doskonałą odporność na zatykanie lepkich osadów o dużej zawartości części stałych, prostszą konserwację na miejscu i większą tolerancję na żwir i zmiany chemiczne, ale nie są w stanie zapewnić ciśnienia potrzebnego do przesyłu rurociągiem. Dla wielu zakładów optymalnym rozwiązaniem jest podejście hybrydowe: zawór obrotowy zapewniający spójne, dozowane zasilanie ze zbiornika lub silosu, a następnie progresywna pompa wnękowa do przesyłania rurociągiem. Zrozumienie ryzyka zatkania, stabilności operacyjnej i ekonomiki konserwacji każdego urządzenia zapewnia niezawodny system obsługi osadu.
Zaprojektuj swój system gospodarki osadowej bez obaw. Skontaktuj się z firmą Doebritz Shanghai Co., Ltd. już dziś, aby omówić charakterystykę osadu, poprosić o specyfikację zaworu obrotowego do osadu gęstego lub uzyskać wycenę wysokowydajnego obrotowego podajnika śluzy powietrznej zaprojektowanego do obsługi pozostałości komunalnych lub biochemicznych.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!