Hvilken pumpe revolutionerer lavtemperatur-væskeoverførsel? Introduktion til den kryogene centrifugalpumpe

Hvis du arbejder i industrier som LNG-behandling, halvlederfremstilling eller medicinsk forskning, ved du, hvor vanskeligt det er at flytte væsker med lav temperatur - ting som flydende nitrogen, flydende oxygen eller flydende naturgas. Disse væsker skal forblive superkolde, og almindelige pumper kan bare ikke klare de ekstreme temperaturer uden at gå i stykker eller miste effektivitet. Men på det seneste har en ny pumpe vendt hovedet på disse områder: denkryogen centrifugalpumpe. Det formodes at løse de store problemer, der har plaget væskeoverførsel ved lav temperatur i årevis. Men hvad gør denne pumpe så forskellig fra dem, vi har brugt før? Lad os se nærmere.

Lad os først tale om, hvorfor almindelige pumper fejler, når det kommer til kryogene væsker. De fleste pumper er bygget med materialer, der bliver skøre, når temperaturen falder til under -100°C, og deres tætninger lækker ofte, fordi kulden får dele til at krympe eller deformeres. Det betyder hyppige nedbrud, spildte væsker og endda sikkerhedsrisici - da nogle lavtemperaturvæsker kan være farlige, hvis de slipper ud. Holdet bag den kryogene centrifugalpumpe brugte tre år på at studere disse spørgsmål og talte med over 300 ingeniører og fabriksledere fra hele verden for at finde ud af, hvad der var nødvendigt.

Det første de fik ordnet var materialerne. Dekryogen centrifugalpumpebruger en speciel legeringsblanding - titanlegering til pumpehjulet og rustfrit stål tilsat nikkel til pumpehuset. Disse materialer bliver ikke skøre, selv ved temperaturer så lave som -269°C (det er tæt på det absolutte nul!). Jeg talte med en vedligeholdelsestekniker på et LNG-anlæg, som har brugt pumpen i seks måneder, og han sagde: "Vi plejede at udskifte pumpedele hver anden måned på grund af kuldeskader. Med denne? Intet er gået i stykker endnu. Det er som om den ikke engang bemærker kulden."

Så er der tætningssystemet - sandsynligvis den største hovedpine med almindelige kryogene pumper. Den kryogene centrifugalpumpe bruger en dobbelt mekanisk tætning med en indbygget kølekreds. I stedet for at forseglingen tørrer ud eller lækker, når det bliver koldt, holder kølesløjfen tætningen ved en konstant temperatur, så den forbliver tæt. På en halvlederfabrik, jeg besøgte, plejede de at miste omkring 5 % af deres flydende nitrogen til lækager hver måned. Siden skiftet til denne pumpe er dette tab faldet til mindre end 0,5 %. Det er en enorm besparelse - flydende nitrogen er ikke billigt, og spild af det stiger hurtigt.

Effektivitet er endnu en stor gevinst. Almindelige centrifugalpumper mister meget strøm, når de flytter kolde væsker - normalt er de kun omkring 60 % effektive. Men den kryogene centrifugalpumpe har et redesignet pumpehjul (den del, der drejer for at flytte væsken), der er formet til at arbejde med de tykke, kolde væsker. Tests viser, at den er 85 % effektiv - hvilket betyder, at den bruger mindre energi til at flytte den samme mængde væske. Et medicinsk laboratorium, der bruger flydende ilt til frysere, fortalte mig, at deres energiregning for pumpen er faldet med 30 %, siden de skiftede. "Vi sparer ikke bare penge," sagde laboratoriechefen. "Vi bruger også mindre strøm, hvilket er bedre for miljøet. Det er en win-win."

Holdbarhed er noget andet, der skiller sig ud. Holdet satte den kryogene centrifugalpumpe igennem nogle hårde tests: 10.000 timers non-stop brug ved -196°C (temperaturen af ​​flydende nitrogen), plus 500 cyklusser med opvarmning og afkøling (fra kold til stuetemperatur og tilbage) for at simulere brug i den virkelige verden. Efter alt det virkede pumpen stadig som ny. De fleste almindelige kryogene pumper holder kun omkring 2.000 timer under disse forhold. "Vi plejede at være nødt til at lukke anlægget ned en dag hver tredje måned for at udskifte pumper," sagde en leder på et kemisk anlæg, der bruger pumpen. "Nu? Vi har ikke lukket ned for pumpeproblemer i et år. Det er mere produktionstid, hvilket betyder flere penge for os."

Lige nu bliver den kryogene centrifugalpumpe brugt i nogle store navnefaciliteter. En LNG-terminal i Asien bruger den til at overføre flydende naturgas fra lagertanke til skibe - de siger, at den har reduceret deres overførselstid med 20 %, fordi den kan flytte mere væske hurtigere. Et rumforskningscenter bruger det til at flytte flydende brint (som er endnu koldere end flydende nitrogen) til raketbrændstoftest, og de siger, at pumpens præcision har hjulpet dem med at få mere nøjagtige data fra deres eksperimenter. "Vi har ikke råd til fejl med raketbrændstof," sagde en forsker der. "Denne pumpe er pålidelig - vi ved, at den vil gøre præcis, hvad vi har brug for, hver gang."

Holdet bag den kryogene centrifugalpumpe er heller ikke færdig endnu. De fortalte mig, at de arbejder på en mindre version til laboratorier, der skal flytte små mængder af kryogene væsker - som bioteklaboratorier, der opbevarer prøver i flydende nitrogen. De tilføjer også en smart skærm: en sensor, der sporer pumpens temperatur, tryk og hastighed og sender advarsler til en telefon eller computer, hvis noget er galt. "Vi ønsker at gøre det endnu nemmere for folk at bruge," sagde den ledende ingeniør. "Ingen ønsker at tjekke en pumpe hver time. Med monitoren kan de se, hvordan den klarer sig fra deres skrivebord."

I slutningen af ​​dagen ændrer den kryogene centrifugalpumpe spillet, fordi den løser reelle hverdagsproblemer for folk, der arbejder med væsker med lav temperatur. Den er hård nok til kulde, lækker ikke, bruger mindre energi og holder længere end nogen anden pumpe derude. Efterhånden som flere planter, laboratorier og fabrikker prøver det, tror jeg, det vil blive standarden for kryogen væskeoverførsel. Det er ikke bare en bedre pumpe – det gør arbejdet lettere, sikrere og mere overkommeligt. Og i brancher, hvor hver lille fejltagelse kan koste tid og penge, er det en stor ting.