Краткое содержание
На городских очистных сооружениях и предприятиях по биоферментации обработка густого осадка и остатков ферментации представляет собой одну из наиболее сложных задач, связанных с сыпучими материалами. Эти материалы неньютоновы, обладают высокой вязкостью и часто содержат перепутанные волокна, песок и непереваренные твердые вещества. Для перемещения этих материалов из варочных котлов или фильтр-прессов на последующее обезвоживание или утилизацию часто оцениваются две технологии: поворотный клапан для порошка, приспособленный для работы с осадком, и шнековый насос. Хотя оба являются устройствами прямого вытеснения, их внутренняя механика, склонность к засорению и эксплуатационная стабильность существенно различаются. Роторный шлюзовой питатель использует вращающиеся лопасти для проталкивания материала через фиксированный корпус, а шнековый насос использует винтовой ротор, вращающийся внутри статора, для создания движущихся полостей, которые продвигают шлам. В этом руководстве сравниваются две технологии с точки зрения риска засорения, эксплуатационной стабильности и требований к техническому обслуживанию, чтобы помочь инженерам выбрать правильное оборудование для перекачки густого ила.
А
поворотный клапан для порошкаДля толстого ила предназначен мощный роторный шлюзовой питатель с ротором большого диаметра и глубокими карманами. Корпус обычно изготавливается из чугуна или нержавеющей стали с полнопроходным впускным отверстием, соответствующим отверстию бункера, чтобы предотвратить закупоривание. Ротор приводится в движение мотор-редуктором с высоким крутящим моментом, часто с прямым гидравлическим приводом для защиты от перегрузки. В отличие от работы с сухим порошком, зазор наконечника увеличен до 0,5–1,0 мм, чтобы учесть липкую, пластичную природу осадка и избежать сдавливания материала, что привело бы к экспоненциальному увеличению крутящего момента. Карманы ротора отполированы или покрыты антипригарным материалом, например ПТФЭ, для уменьшения адгезии. Уплотнения вала представляют собой двойные механические уплотнения с затворной жидкостью или сальники с закалкой консистентной смазкой для предотвращения попадания агрессивного шлама на подшипники.
Винтовый насос состоит из одного винтового ротора (формирователя «полости»), который эксцентрично вращается внутри двухспирального статора, изготовленного из эластомера, такого как натуральный каучук, нитрил или EPDM. По мере вращения ротора образуется ряд герметичных полостей, которые продвигаются от всасывающего конца к нагнетательному концу, унося с собой шлам. Насос приводится в движение мотор-редуктором, соединенным с ротором через карданный вал. Винтовые насосы известны своей способностью перекачивать жидкости с высоким содержанием твердых частиц, вязкие жидкости и деликатные среды с низкой пульсацией. Они могут перекачивать ил с содержанием сухих веществ до 15 % и вязкостью, превышающей 100 000 сП, но при этом требуется плотная посадка между ротором и статором, которая неизбежно изнашивается.
Физически поворотный клапан представляет собой компактное линейное устройство с вращающимся элементом, который пропускает материал через фиксированную оболочку. Винтовочный насос представляет собой более длинный агрегат, смонтированный на раме, с вращающимся эксцентриковым элементом, для которого требуется сальник и соединительный узел. Поворотный клапан обеспечивает почти постоянную объемную производительность, пропорциональную скорости. Винтовый насос обеспечивает плавный поток без пульсаций, но его производительность может колебаться по мере износа и разбухания эластомера статора. Эти различия определяют, как каждое устройство ведет себя при столкновении с вязким и песчанистым густым илом.
Почему важен выбор между поворотным клапаном и винтовым насосом
Выбор неправильной технологии транспортировки густого ила приводит к сбоям в работе, которые могут привести к остановке всей линии очистки. Последствия проявляются в трех важнейших областях.
Риск засорения и природа густого осадка
Муниципальный осадок после центрифугирования обычно содержит 18–25 % сухих веществ и ведет себя как твердая глина. Остатки биоферментации, такие как дистиллятные зерна или мицелий антибиотиков, содержат длинные переплетающиеся волокна. В поворотном клапане конструкция с открытым карманом позволяет этим волокнам захватываться вращающимися лопастями и перемещаться вперед. Однако, если ил слишком сухой или образовал корку, он может перекрывать впускное отверстие, вызывая голод в карманах. Как только мост образуется, ротор вращается пустым, и единственный способ очистить его — сломать мост вручную или с помощью шнека. Винтовые насосы, напротив, всасывают ил через всасывающее отверстие. Сужающийся проход и вращающийся ротор могут действовать как измельчитель, захватывая волокна и наматывая их на приводной вал. Эта обмотка в конечном итоге прижимает ротор к статору, что приводит к выходу из строя универсальных шарниров. На практике ни одно устройство не застраховано от засорения, но поворотный клапан легче очистить, поскольку корпус можно открыть и очистить ротор, не отсоединяя трубопроводы. Винтовые насосы часто требуют полной разборки для удаления обернутых волокон с приводного вала и впускного отверстия статора.
Эксплуатационная стабильность при различных нагрузках твердых веществ
Густой ил неоднороден. Партия из фильтр-пресса может содержать 30 % твердых веществ, а следующая партия — 15 %. Потребность в крутящем моменте поворотного клапана резко возрастает, когда осадок становится более жестким, но гидравлический привод может это почувствовать и плавно замедлить или остановить работу без повреждений. Как только нагрузка снижается, клапан возобновляет вращение. Винтовые насосы менее щадящие. Если содержание твердых частиц резко возрастает, статор может чрезмерно сжиматься, увеличивая трение между ротором и статором до такой степени, что приводной двигатель перегружается и отключается. Повторное срабатывание может привести к повреждению зубчатого редуктора. Более того, эластомерный статор чувствителен к химическому воздействию шлама; в случае изменения pH или присутствия растворителей статор может набухнуть, изменяя внутренний зазор и вызывая внезапную потерю давления. Поворотный клапан с контактными поверхностями металл-металл (или с керамическим покрытием) в значительной степени индифферентен к pH и растворителям, обеспечивая большую стабильность при различных вариантах партии.
Сложность технического обслуживания и экономика изнашиваемых деталей
Винтовые насосы имеют ограниченный срок службы статора. При абразивном осадке, содержащем песок или песок, статор может нуждаться в замене каждые 2 000–4 000 часов. Ротор, обычно изготовленный из закаленной стали или нержавеющей стали, может прослужить 4 000–8 000 часов, но его необходимо заменять, когда хромирование изнашивается. Замена статора предполагает отсоединение насоса, снятие корпуса и выпрессовку старого эластомера — трудоемкая работа, которая может занять целый день. С другой стороны, поворотные клапаны изнашиваются в первую очередь на концах ротора и в отверстии корпуса. Благодаря закаленному или керамическому отверстию и регулируемым наконечникам поворотный клапан может проработать 12–24 месяца в условиях отстоя перед капитальным ремонтом. Регулировка наконечника заключается в ослаблении установочных винтов и продвижении наконечников — задача, которую можно выполнить на месте в течение короткого периода технического обслуживания. Для предприятий с ограниченным количеством обслуживающего персонала более простой контроль износа поворотного клапана является решающим преимуществом.
Как сделать выбор между поворотным клапаном и шнековым насосом
Выбор зависит от конкретного характера осадка, требуемого давления на выходе и философии технического обслуживания установки. Следующие сценарии иллюстрируют правильное применение каждой технологии.
Сценарий 1. Сброс обезвоженного муниципального осадка из центрифуги.
Центрифуга выгружает ил с содержанием сухих веществ 22 % в бункер, который подается в погрузчик. Материал плотный, но плотный. Роторный шлюзовой питатель с зазором между наконечниками 0,8 мм и гидравлическим приводом обеспечивает равномерную, дозированную подачу в грузовик без пульсаций. Открытые карманы предотвращают застревание, а широкий зазор позволяет избежать чрезмерного крутящего момента. Винтовые насосы также могут справиться с этой задачей, но они создают пульсацию, которая может вызвать разбрызгивание во время загрузки грузовика. Поворотный клапан является предпочтительным выбором из-за его плавного и непрерывного выпуска.
Сценарий 2. Остаток биоферментации с длинными волокнами
Биореактор производит остаток, содержащий 12 % сухих веществ и длинные гифы грибов. Материал имеет тенденцию наматываться на любой вращающийся вал. Винтовый насос с мацерирующим входом и закаленным ротором позволяет измельчать волокна и эффективно перекачивать суспензию. Поворотный клапан быстро замутнется, что потребует частой чистки. Для этих волокнистых остатков лучшим вариантом является шнековый насос, при условии, что завод сможет обеспечить замену статора.
Сценарий 3. Осадок с высоким содержанием твердых частиц и песком
Муниципальная установка перерабатывает осадок из комбинированной канализационной системы, содержащий песок и гравий. Зернистость очень абразивная. Поворотный клапан с керамическим отверстием и наконечниками из карбида вольфрама хорошо справляется с истиранием. Наконечники можно регулировать по мере износа, а керамическое отверстие защищает корпус. В винтовом насосе статор быстро изнашивается из-за песка, что приводит к частой и дорогостоящей замене статора. Поворотный клапан является явным победителем при работе с песчанистым осадком.
Сценарий 4. Перенос осадка на большие расстояния
Когда ил необходимо перекачивать по трубопроводу на расстояние 200 метров, требуемое давление нагнетания может превышать 6 бар. Винтовые насосы предназначены для работы при таких высоких давлениях и могут поддерживать поток при значительном противодавлении. Поворотный клапан не является насосом; он может выгружаться только самотеком или на конвейер низкого давления. Для перекачки на большие расстояния обязателен винтовой насос, которому часто предшествует поворотный клапан или шнековый питатель для обеспечения постоянной подачи.
Сценарий 5. Взрывозащищенные зоны или зоны ATEX.
На предприятиях, где выделение газов из осадка создает горючую атмосферу, оборудование должно быть сертифицировано ATEX. Винтовые насосы имеют множество точек уплотнения и универсальный шарнир, который может вызвать искры, если его не защитить должным образом. Поворотные клапаны могут быть спроектированы с огнегасящими зазорами и заземленными компонентами, что упрощает их сертификацию для Зоны 21/22. В опасных зонах поворотный клапан обеспечивает более простой путь к соблюдению требований.
Пример применения
Крупная городская станция очистки сточных вод в Нидерландах использовала шнековые насосы для перекачки загущенного осадка из бункеров-хранилищ в сушилку с псевдоожиженным слоем. Шлам содержал 28 % сухих веществ и высокую концентрацию бумажных волокон из промышленных сбросов. В течение шести месяцев статоры насосов изнашивались каждые 1500 часов из-за абразивных волокон, а приводные валы часто заклинивали. Время простоя при замене статора составляло в среднем 14 часов на каждый инцидент, что обходилось заводу в более чем 120 000 евро в год из-за потери сушильной мощности. Компания Doebritz заменила шнековые насосы мощными роторными питателями с воздушным шлюзом, имеющими зазор между наконечниками 0,7 мм, роторами с тефлоновым покрытием и гидравлическими приводами с ограничителями крутящего момента. Поворотные клапаны были установлены под силосами, обеспечивая выгрузку непосредственно на ленточный конвейер, питающий сушилку. Конструкция с открытым карманом исключает намотку волокна, а корпуса с керамической облицовкой не показали заметного износа через 18 месяцев. Затраты на техническое обслуживание снизились на 68 %, а установка обеспечила бесперебойную работу сушилки, увеличив пропускную способность осадка на 11 %.
Часто задаваемые вопросы
Может ли поворотный клапан перекачивать ил на большие расстояния?
Нет. Поворотный клапан — это питатель, а не насос. Он может сбрасывать ил только самотеком или в систему низкого давления. Для перекачки на большие расстояния требуется винтовой насос или поршневой насос.
Какое устройство обрабатывает более высокое содержание твердых частиц
Винтовые насосы могут перекачивать до 15 % сухих твердых частиц при непрерывной перекачке, тогда как поворотные клапаны могут перекачивать до 40 % сухих твердых частиц при поршневом режиме, но требуемый крутящий момент становится выше 30 %. Для очень высокого содержания твердых частиц перед клапаном часто используется шнековый пресс или экструдер.
Как часто происходит замена статора в шламовом сервисе
В типичном городском осадке с содержанием твердых частиц 20 % срок службы статора составляет от 2 000 до 5 000 часов. Абразивный песок или растворители могут сократить этот срок до менее чем 1000 часов. Регулировка наконечника поворотного клапана обычно требуется каждые 3 000–6 000 часов, а полный ремонт ротора – каждые 2–3 года.
Может ли шнековый насос работать всухую
Кратковременный сухой ход (несколько минут) возможен, но не рекомендуется. Длительный сухой ход приводит к выделению тепла, которое может расплавить эластомерный статор. Поворотные клапаны могут выдерживать короткие периоды сухой работы, если наконечники ротора керамические, но длительный сухой ход приведет к контакту металла с металлом и быстрому износу.
Производит ли Doebritz шнековые насосы?
Doebritz специализируется на поворотных клапанах для порошка и шлюзовых питателях. Мы не производим шнековые насосы. Для обработки ила, где правильным выбором является винтовой насос, мы можем порекомендовать квалифицированных поставщиков и помочь подобрать материалы ротора и статора, подходящие для ваших характеристик ила.
Заключение
Выбор между порошковым поворотным клапаном и шнековым насосом для перекачивания густого ила не означает, что один из них лучше в любом случае; это вопрос адаптации технологии к конкретному профилю осадка и ограничениям предприятия. Винтовые насосы превосходно перекачивают волокнистый осадок с высоким содержанием влаги на большие расстояния с плавным, безимпульсным потоком, но они требуют тщательного обслуживания статора и уязвимы к наматыванию и истиранию. Роторные шлюзовые питатели обеспечивают превосходную устойчивость к засорению липким илом с высоким содержанием твердых частиц, более простое обслуживание на месте и большую устойчивость к песку и химическим изменениям, но они не могут обеспечить давление, необходимое для транспортировки по трубопроводу. Для многих предприятий оптимальным решением является гибридный подход: поворотный клапан для равномерной дозированной подачи из бункера или силоса, за которым следует винтовой насос для перекачки по трубопроводу. Понимание рисков засорения, эксплуатационной стабильности и экономичности обслуживания каждого устройства обеспечивает надежную систему обработки осадка.
С уверенностью спроектируйте свою систему обработки осадка. Свяжитесь с Doebritz Shanghai Co., Ltd. сегодня, чтобы обсудить характеристики вашего осадка, запросить технические характеристики поворотного клапана для густого ила или получить коммерческое предложение на мощный поворотный шлюзовой питатель, предназначенный для работы с бытовыми или биохимическими остатками.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!