Mikä pumppu mullistaa matalan lämpötilan nesteensiirron? Esittelyssä kryogeeninen keskipakopumppu

Jos työskentelet aloilla, kuten nesteytetyn maakaasun käsittelyssä, puolijohteiden valmistuksessa tai lääketieteellisessä tutkimuksessa, tiedät kuinka hankalaa on siirtää matalalämpöisiä nesteitä, kuten nestemäistä typpeä, nestemäistä happea tai nesteytettyä maakaasua. Näiden nesteiden on pysyttävä erittäin kylminä, eivätkä tavalliset pumput vain kestä äärimmäisiä lämpötiloja rikkoutumatta tai menettämättä tehokkuutta. Mutta viime aikoina uusi pumppu on kääntänyt päitä näillä aloilla:kryogeeninen keskipakopumppu. Sen oletetaan ratkaisevan suuret ongelmat, jotka ovat vaivanneet matalan lämpötilan nesteiden siirtoa vuosia. Mutta mikä tekee tästä pumpusta niin erilaisen kuin aiemmin käyttämimme? Katsotaanpa tarkemmin.

Ensinnäkin puhutaan siitä, miksi tavalliset pumput epäonnistuvat kryogeenisten nesteiden osalta. Suurin osa pumpuista on rakennettu materiaaleista, jotka haurastuvat, kun lämpötila laskee alle -100 °C, ja niiden tiivisteet vuotavat usein, koska kylmä saa osia kutistumaan tai vääntymään. Tämä tarkoittaa toistuvia vikoja, hukattuja nesteitä ja jopa turvallisuusriskejä – koska jotkin alhaisen lämpötilan nesteet voivat olla vaarallisia, jos ne pääsevät ulos. Kryogeenisen keskipakopumpun takana oleva tiimi tutki näitä asioita kolme vuotta ja keskusteli yli 300 insinöörin ja laitoksen johtajan kanssa eri puolilta maailmaa selvittääkseen, mitä tarvitaan.

Ensimmäinen asia, jonka he korjasivat, oli materiaalit. Thekryogeeninen keskipakopumppukäyttää erityistä seosseosta – titaaniseosta siipipyörässä ja ruostumatonta terästä, johon on lisätty nikkeliä pumpun rungossa. Nämä materiaalit eivät haurastu edes -269°C:n lämpötiloissa (se on lähellä absoluuttista nollaa!). Puhuin LNG-laitoksen huoltoteknikon kanssa, joka on käyttänyt pumppua kuusi kuukautta, ja hän sanoi: "Meillä oli tapana vaihtaa pumpun osia kahden kuukauden välein kylmävaurioiden takia. Tällä? Mikään ei ole vielä rikki. Tuntuu kuin se ei edes huomaa kylmää."

Sitten on tiivistejärjestelmä – luultavasti suurin päänsärky tavallisissa kryogeenisissä pumpuissa. Kryogeenisessa keskipakopumpussa on kaksinkertainen mekaaninen tiiviste, jossa on sisäänrakennettu jäähdytyssilmukka. Sen sijaan, että tiiviste kuivuisi tai vuotaisi jäähtyessään, jäähdytyssilmukka pitää tiivisteen tasaisen lämpötilan, joten se pysyy tiiviinä. Puolijohdetehtaalla, jossa vierailin, he menettivät noin 5 % nestemäisestä typestään vuotojen vuoksi joka kuukausi. Tämän pumpun käyttöönoton jälkeen häviö on pudonnut alle 0,5 prosenttiin. Se on valtava säästö – nestemäinen typpi ei ole halpaa, ja sen hukkaaminen lisääntyy nopeasti.

Tehokkuus on toinen suuri voitto. Tavalliset keskipakopumput menettävät paljon tehoa siirrettäessä kylmiä nesteitä – yleensä niiden teho on vain noin 60 %. Kryogeenisessa keskipakopumpussa on kuitenkin uudelleen suunniteltu juoksupyörä (osa, joka pyörii siirtääkseen nestettä), joka on muotoiltu toimimaan paksujen, kylmien nesteiden kanssa. Testit osoittavat, että se on 85 % tehokas, mikä tarkoittaa, että se kuluttaa vähemmän energiaa saman nestemäärän siirtämiseen. Lääketieteellinen laboratorio, joka käyttää nestemäistä happea pakastimissa, kertoi minulle, että heidän pumpun energialaskunsa on laskenut 30 % vaihdon jälkeen. "Emme vain säästä rahaa", laboratorion johtaja sanoi. "Käytämme myös vähemmän sähköä, mikä on ympäristön kannalta parempi. Se hyödyttää kaikkia."

Kestävyys on jotain muuta, mikä erottuu. Tiimi suoritti kryogeenisen keskipakopumpun kovia testejä: 10 000 tuntia jatkuvaa käyttöä -196 °C:ssa (nestemäisen typen lämpötilassa) sekä 500 lämmitys- ja jäähdytysjaksoa (kylmästä huoneenlämpöön ja takaisin) todellisen käytön simuloimiseksi. Sen jälkeen pumppu toimi edelleen kuin uusi. Useimmat tavalliset kryogeeniset pumput kestävät vain noin 2 000 tuntia näissä olosuhteissa. "Meidän piti sulkea tehdas päiväksi kolmen kuukauden välein vaihtaaksemme pumppuja", sanoi pumppua käyttävän kemiantehtaan johtaja. "Nyt? Emme ole sulkeneet toimintaamme pumppuongelmien vuoksi vuoteen. Se on enemmän tuotantoaikaa, mikä tarkoittaa enemmän rahaa meille."

Tällä hetkellä kryogeenistä keskipakopumppua käytetään joissakin tunnetuissa tiloissa. Aasiassa sijaitseva LNG-terminaali käyttää sitä nesteytetyn maakaasun siirtämiseen varastosäiliöistä laivoille – he sanovat, että se lyhentää niiden siirtoaikaa 20 %, koska se voi siirtää enemmän nestettä nopeammin. Avaruustutkimuskeskus käyttää sitä nestemäisen vedyn (joka on jopa kylmempää kuin nestemäistä typpeä) siirtämiseen rakettien polttoainetesteissä, ja he sanovat, että pumpun tarkkuus on auttanut heitä saamaan tarkempia tietoja kokeistaan. "Meillä ei ole varaa virheisiin rakettipolttoaineen kanssa", tutkija sanoi. "Tämä pumppu on luotettava – tiedämme, että se tekee tarkalleen mitä tarvitsemme joka kerta."

Myös kryogeenisen keskipakopumpun takana oleva tiimi ei ole vielä valmis. He kertoivat minulle, että he työskentelevät pienemmän version parissa laboratorioille, joiden on siirrettävä pieniä määriä kryogeenisiä nesteitä – kuten biotekniikan laboratoriot, jotka varastoivat näytteitä nestetypessä. He lisäävät myös älykkään näytön: anturin, joka seuraa pumpun lämpötilaa, painetta ja nopeutta ja lähettää hälytyksiä puhelimeen tai tietokoneeseen, jos jokin on vialla. "Haluamme tehdä siitä entistä helpompaa ihmisten käyttöön", pääinsinööri sanoi. "Kukaan ei halua tarkastaa pumppua joka tunti. Monitorin avulla he voivat nähdä sen toiminnan pöydältä."

Loppujen lopuksi kryogeeninen keskipakopumppu muuttaa pelin, koska se ratkaisee todellisia, jokapäiväisiä ongelmia ihmisille, jotka työskentelevät matalan lämpötilan nesteiden kanssa. Se on tarpeeksi kestävä kylmälle, ei vuoda, kuluttaa vähemmän energiaa ja kestää kauemmin kuin mikään muu pumppu. Kun yhä useammat tehtaat, laboratoriot ja tehtaat kokeilevat sitä, uskon, että siitä tulee standardi kryogeenisen nesteen siirtämisessä. Se ei ole vain parempi pumppu – se tekee työstä helpompaa, turvallisempaa ja edullisempaa. Ja aloilla, joilla jokainen pieni virhe voi maksaa aikaa ja rahaa, se on iso juttu.