Онлайн учебник по охране труда
Глава 12. Безопасность эксплуатации компрессоров, насосов, газгольдеров > 12.2. Насосы

Насосы

Для транспортирования жидких сред используют насосы и подъемники.

Подъемники - устройства, обеспечивающие лишь нагнетание жидкости (монтежю, эрлифты и ленточные устройства). Они имеют вспомогательное значение и применяются ограниченно. Гораздо шире применяются насосы.

Насос — это машина, в которой происходит преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, благодаря чему осуществляется ее движение.

Различают динамические и объемные насосы. По принципу действия они делятся на центробежные, поршневые,  роторные, винтовые, диафрагменные, шестеренные, пластинчатые, червячные, вихревые, струйные, магнитогидродинамические, вибрационные, лабиринтные, шнековые, эрлифтные и др.

В промышленности наиболее широко используются центробежные насосы. Они обеспечивают равномерную, без толчков подачу жидкости, могут перекачивать загрязненные жидкости и шламы, работать без присмотра персонала в течение относительно длительного времени. Кроме того, центробежные насосы имеют небольшие габариты при большой производительности, непосредственно соединяются с двигателем, сравнительно просты в эксплуатации, менее опасны в пожаровзрывоопасном отношении, ибо при увеличении сопротивления в линиях могут работать «на себя».

Условные обозначения насосов определяются ГОСТ 10168.1-85. Например, аббревиатура насоса Х100-80-160-К-СД-У2 обозначает:

  • Х - тип насоса (химический);
  • 100 - номинальный диаметр входного патрубка, мм;
  • 80 - номинальный диаметр выходного патрубка, мм;
  • 160 - номинальный диаметр рабочего колеса, мм;
  • К - условное обозначение материала деталей проточной части (сталь 12Х18Н9ТЛ);
  • СД - условное обозначение двойного сальникового уплотнения вала насоса;
  • У - климатическое исполнение;
  • 2 - категория размещения агрегата при эксплуатации.

Или тот же насос с обточкой рабочего колеса и двойным торцовым уплотнением вала ХЕ100-80-160а-К-55-У2, где

  • Е - конструктивное исполнение для взрывоопасных и пожароопасных производств;
  • а - обточка рабочего колеса;
  • 55 - условное обозначение двойного торцового уплотнения

Типы уплотнений валов насосов:

  • С- мягкий сальник;
  • СД- двойной сальник;
  • 5- одинарное торцевое уплотнение;
  • 55- двойное торцевое уплотнение.

Многоступенчатые центробежные насосы способны развивать высокие давления и перекачивать жидкости с температурой до 400°С.

Наибольшие опасности при эксплуатации центробежных насосов связаны с явлением кавитации. По мере засасывания насосом жидкости ее давление постепенно падает и может стать меньше упругости насыщенных паров, в результате чего в потоке начинают образовываться заполненные парами пузырьки, объединяющиеся в каверны. При входе паров в область повышенного давления (у рабочего колеса) они сразу начинают конденсироваться, а пустоты мгновенно с ударом «захлопываться».  Вследствие соударений в толще жидкости возникают микроскопические зоны повышенного давления (до десятков МПа). Удары жидкости приводят к  коррозии рабочих поверхностей, создают вибрацию, вызывающую износ подшипников. В результате «холодного кипения» и выделения газов сужается проходное сечение и может произойти срыв работы насоса. При интенсивной кавитации насос может выйти из строя за несколько часов работы.

Центробежные насосы оснащены арматурой и контрольно-измерительными приборами, обеспечивающими безопасность их эксплуатации. До рабочего колеса устанавливается вакуумметр, а после него — манометр, на всасывающем трубопроводе имеется  сетка, предохраняющая рабочее колесо от попадания в него посторонних предметов. На нагнетательном трубопроводе устанавливают предохранительный или обратный клапан (для удержания столба жидкости во время остановки насоса и предотвращения обратного перетока жидкости) и задвижку, используемую при  остановке и пуске насоса и необходимую для регулирования подачи жидкости.

Безопасность эксплуатации насосов обеспечивается их надежной конструкцией, коррозионной стойкостью материала и герметичностью уплотнения движущихся частей. При перекачивании  горячей жидкости предусматривается система охлаждения деталей насоса, а также принимаются специальные меры защиты персонала от ожогов. Детали насосов, соприкасающиеся с перекачиваемыми кислотами, изготавливают из коррозионностойких материалов или покрывают защитными составами.

Герметизация вала рабочего колеса центробежного насоса осуществляется чаще всего с помощью сальниковых уплотнений.

Сальниковые уплотнения бывают в виде асбестовых (для холодных жидкостей при давлении 2,5 МПа), асбосвинцовых (при давлении более 2,5 МПа), асбоалюминиевых (для горячих насосов) набивок.

Создать абсолютную герметичность сальников очень трудно: из-за их износа и потери эластичности просачивание жидкости увеличивается.

Поэтому даже при правильной эксплуатации и нормальной работе насосов может быть утечка горючей жидкости и выход ее в помещение насосной.

Величину утечки через сальник центробежного насоса (при перекачке легких жидкостей) можно оценить по формуле:

,                               

где: G — количество жидкости, просачивающейся в течение 1ч. через сальник насоса, кг;  

       р - плотность жидкости,  кг/м3;

       d - диаметр вала насоса, м;

       К - коэффициент испаряемости жидкости (используется в тех случаях, когда необходимо определить массу испаряющейся жидкости);

       Н - напор насоса, м..

Интенсивность выхода горючих жидкостей через сальники центробежных насосов (Iс, кг/с) определяют по формуле: 

 , 

где d – диаметр вала насоса, м;

      К – коэффициент испаряемости жидкости; 

      rж - плотность жидкости, выходящей через сальники, кг/м3.

Для уменьшения утечки при перекачке ЛВЖ и сжиженных га­зов применяют насосы с торцовыми уплотнениями. Торцовое уплотнение представляет собой герметизирующее устройство, в котором герметичность достигается за счет плотного соприкосновения тща­тельно отшлифованных торцовых поверхностей неподвижной и вращающейся втулок.

Поршневые насосы применяют для транспортирования жидкостей при высоких давлениях и перекачивания высококипящих жидкостей средней и высокой вязкости, так как относительно малая скорость движения поршня дает возможность вязкой жидкости целиком заполнить цилиндр.      

Поршневые насосы оборудуют прямодействующим паровым приводом, что уменьшает их пожаро- и взрывоопасность при перекачивании горючих продуктов.

Основная опасность при эксплуатации поршневых насосов связана с возможным разрывом нагнетательного трубопровода в случае его засорения или перекрытия находящейся на нем задвижки во время пуска или работы насоса. Для предотвращения аварий предусмотрена система обвязки поршневого насоса, при которой нагнетательная линия соединяется со всасывающей через предохранительный клапан на обводной линии. При повышении давления в нагнетательном трубопроводе срабатывает предохранительный клапан, который сбрасывает давление во всасывающую линию. На байпасной линии установлена задвижка, с помощью которой можно регулировать производительность насоса, перепуская часть жидкости во всасывающую линию.   

К существенным недостаткам поршневых насосов относится неравномерная, пульсирующая подача перекачиваемой жидкости, что приводит к вибрации, нарушению герметичности фланцевых соединений и разрушению трубопроводов. Для уменьшения пульсации в поршневых насосах как можно ближе к нагнетательному клапану ставят воздушный клапан, выравнивающий скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе. Размер воздушного клапана определяется расчетом: объем воздуха (пара) в колпаке во время работы должен составлять примерно 2/3 полного объема колпака. Для наблюдения за уровнем жидкости в колпак  вмонтировано мерное стекло или уровнемер другого типа. Помимо снижения вибрации, колпак предохраняет насос от гидравлических ударов при внезапной остановке насоса.

Для перекачки высоковязких продуктов, суспензий, шламов и сильно загрязненных жидкостей применяют специальные насосы объемного типа разных конструкций - шестеренные, эксцентрические со скользящими лопатками, роторные и др. Например, одновинтовые насосы, отличающиеся равномерностью подачи и большой высотой подъема. Так как рабочая часть этих насосов может быть изготовлена из резины  или пластмасс, они пригодны для перекачивания кислот, щелочей, сильно загрязненных жидкостей, густых суспензий, жидкого стекла, смол, целлюлозной массы.

Для перекачки небольших количеств опасных продуктов на лабораторных и опытных установках, а также в качестве дозировочных насосов нашли применение роторно-диафрагменные и шланговые насосы. Рабочей частью этих простых по конструкции и надежных в работе насосов являются эластичные и стойкие к воздействию перекачиваемых жидкостей резиновые шланги или специальной формы диафрагмы. Корпус роторно-диафрагменных насосов может быть изготовлен из пластмассы. Для транспортировки вязких, агрессивных, токсичных и абразивных сред большое распространение получили диафрагменные насосы с пневматическим приводом. Использование сжатого воздуха или инертного газа в качестве привода вместо механических движущихся частей позволяет перекачивать детонирующие жидкости, например, нитроэфиры.

Для надежности и безаварийной работы этих насосов необходимо следить за степенью износа и своевременной заменой эластичных деталей, которые вследствие непрерывной деформации и старения полимера имеют ограниченный срок службы. При перекачке жидкостей-диэлектриков в насосах происходит накопление зарядов статического электричества, поэтому следует принимать своевременные меры для их отвода.

Особый интерес представляют магнитно-гидродинамические насосы, применяемые для безопасного перекачивания кислот, щелочей, растворов солей и других электропроводных жидкостей. В них струя жидкости разгоняется бегущим вдоль отрезка «труба-насос» переменным электромагнитным полем.

В электропроводящей жидкости возникают индукционные токи, и она увлекается электромагнитным полем, подобно тому, как в асинхронном электромоторе ротор увлекается вращающимся электромагнитным полем. Основанные на новом принципе магнитно-гидродинамические насосы герметичны, не имеют сальников, вращающихся и каких-либо других подвижных частей и поэтому безопасны.

В общем случае для обеспечения безопасности эксплуатации насосов необходимо преду­сматривать:

  • систематический контроль за герметичностью уплотнений;
  • применение торцовых уплотнений (при транспортировке токсичных и легковоспламеняющихся жидкостей - сжиженные газы, нестабильные бензины, растворители применяют двойные торцовые уплотнения с подводом уплотняющей жидкости под давлением в замкнутую камеру торцового уплотнения);
  • использование без сальниковых насосов, в том числе мембранных, погружённых;
  • устройство по возможности открытых насосных, обеспечиваю­щих рассеивание горючих паров и газов;
  • устройство перепускных линий (со стороны нагнетания на вса­сывание) и предохранительных клапанов на поршневых, шестерен­чатых и винтовых насосах;
  • предотвращение вибраций насосов путем тщательной регули­ровки, устройством массивного фундамента;
  • исключение перегревов насосов в местах трения (из-за перекоса вала, нарушения смазки и охлаждения).
  • Кроме того, вследствие высокой степени опасности насосов, перекачивающих горючие жидкости, особые требования предъявляются  к помещениям насосных:
  • помещения насосных должны быть отделены от других помещений (операторной, вентиляционной камеры, электропомещений и др.) глухими газонепроницаемыми несгораемыми стенами и иметь самостоятельные выходы наружу.
  • насосы, перекачивающие горячие продукты с рабочей темпера­турой, достигающей температуры самовоспламенения и выше, должны отделяться глухой стеной от насосов, перекачивающих другие горючие жидкости.
  • использование двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей в общепромышленном исполнении в насосных, перекачивающих продукты с температурой вспышки паров 61°С и ниже, допускается при условии, что они будут отделены от насосов глухой непроницаемой стеной. При этом проход вала от двигателя к насосу допускается только через уплотнение.
  • все всасывающие и нагнетательные трубопроводы горючих про­дуктов, связывающие технологическую аппаратуру с насосами, должны иметь отключающую арматуру, расположенную вне насосной, на расстоянии не менее 3 м от здания насосной и 5 м от от­крытой насосной, но не более 50 м.
  • в насосных категорий А и Б, устраиваются автоматические системы обнаружения опас­ных концентраций горючих паров и газов в воздухе помещения с использованием сигнализаторов. Сигнализаторы рекомендуется включать в автоматизированные системы управления. В этих случаях по сигналу включается аварийная вентиляция, отключается подача электроэнергии, перекрываются электрифицированные задвижки.
  • закрытые насосные объемом до 500 м3 оборудуются стационар­ными системами тушения пожаров.

Добавить комментарий