لوله‌کشی مکش پمپ

لوله‌کشی مکش در پمپ‌های گریز از مرکز

خرابی پمپ‌ها برای بسیاری از تأسیسات یک هزینه مستقیم به شمار می‌رود؛ افزون بر این، با توجه به نقشی که پمپ‌ها در تأسیسات بر عهده دارند، هر خرابی‌ای که به توقف تولید منجر شود، زیان مالی ثانویه و بسیار بزرگ‌تری به بار می‌آورد. از آنجا که این خرابی‌ها در پمپ رخ می‌دهند، تمرکز اولیه همیشه بر پمپ است. اما ریشه مشکلات در بسیاری از موارد، ساختار لوله‌کشی پمپ است. در این مطلب به این موضوع پرداخته‌ایم که لوله‌کشی پمپ چگونه باید باشد، خطاهای لوله‌کشی چه تأثیری بر پمپ دارند و چگونه می‌توان از این خطاها جلوگیری کرد.

1. NPSH کافی را تأمین کنید

NPSH موضوعی است که امروزه بسیار درباره آن بحث می‌شود و منابع فراوانی درباره آن در بسترهای مختلف می‌توان یافت. از این رو، به‌جای بررسی مفصل NPSH، در این مطلب به معرفی کوتاه آن و تأثیرات آن بر لوله‌کشی پمپ بسنده می‌کنیم.

در پمپ‌های گریز از مرکز، برای آنکه پمپ بدون ورود به کاویتاسیون و به‌صورت سالم کار کند، لازم است سیالی که به پروانه پمپ می‌رسد فشار مشخصی داشته باشد. این مقدار فشار مورد نیاز را NPSHp (پمپ) یا NPSHr (required) می‌نامیم. از سوی دیگر، با توجه به ساختار لوله‌کشی و شرایط بهره‌برداری، فشار مشخصی را می‌توانیم برای سیال ورودی به پمپ فراهم کنیم. این فشار را نیز NPSHm (موجود) یا NPSHa (available) می‌نامیم.

بنابراین، برای فراهم شدن شرایط کارکرد سالم پمپ که در بالا به آن اشاره شد، باید شرط NPSHm>NPSHp برقرار باشد. در غیر این صورت پمپ دچار کاویتاسیون شده و قطعات آن آسیب خواهند دید.

مقدار NPSHp مورد نیاز پمپ بر عهده سازندگان پمپ است و آن‌ها با اعمال اصلاحات و بهبودهای گوناگون در طراحی پمپ می‌کوشند این مقدار را تا حد امکان پایین نگه دارند. اما کاهش NPSHp یک پمپ موجود و در حال کار، هم بسیار دشوار و پرهزینه است و هم معمولاً به راهکارهایی با بازدهی بسیار کم نیاز دارد. بنابراین افزایش NPSHm به‌جای تلاش برای کاهش NPSHp، هم آسان‌تر و هم بسیار کم‌هزینه‌تر خواهد بود.

2. افت اصطکاکی را کاهش دهید

افت اصطکاکی هم مقدار NPSHm را که در بالا به آن اشاره کردیم کاهش می‌دهد و هم باعث افزایش هزینه‌های انرژی می‌شود. از این رو، در سیستم‌های پمپاژ نیز مانند همه سیستم‌ها، به حداقل رساندن اصطکاک هم در سمت مکش و هم در سمت رانش اهمیت زیادی دارد.

برای به حداقل رساندن اصطکاک، ابتدا باید اجزای لوله‌کشی با جنس و مشخصات فنی‌ای انتخاب شوند که کمترین مقاومت را در برابر جریان ایجاد کنند. تجهیزات و مصالح مورد استفاده باید (تا جایی که سیال اجازه می‌دهد) ضریب اصطکاک پایینی داشته باشند و به گونه‌ای جانمایی شوند که دینامیک لوله‌کشی را بر هم نزنند. علاوه بر این، هرچه مسیری که سیال تا ورودی پمپ طی می‌کند طولانی‌تر باشد، مقدار انرژی‌ای که به‌صورت افت اصطکاکی هدر می‌رود نیز بیشتر خواهد بود. به همین دلیل، پمپ باید تا حد امکان به منبعی که از آن مکش می‌کند نزدیک باشد. در پایان، اگر سرعت سیال ورودی به پمپ از 1.5 m/s بیشتر نشود، از ایجاد افت اصطکاکی اضافی در مکش جلوگیری می‌شود؛ زیرا با افزایش سرعت سیال، افت اصطکاکی در خط لوله و تجهیزات نیز افزایش می‌یابد.

3. زانویی‌ها

زانویی‌ها اجزایی از لوله‌کشی هستند که برای تغییر جهت سیال در زوایای مختلف به کار می‌روند. اما این تغییر جهت، در دینامیک درونی سیال نیز تغییر ایجاد کرده و موجب جریان نامنظم سیال می‌شود. امروزه بر اساس شبیه‌سازی‌ها و تحلیل‌های جریان گوناگون می‌دانیم که سیال عبوری از زانویی، جریانی نامنظم و آشفته (توربولانس) ایجاد می‌کند که به پروانه پمپ آسیب زده و موجب ارتعاش می‌شود. علاوه بر آسیب به پروانه، ارتعاش ایجادشده در پمپ بر یاتاقان‌ها و آب‌بند پمپ نیز اثر گذاشته و در این نقاط نیز مشکلاتی به وجود می‌آورد.

برای پرهیز از این وضعیت، باید اطمینان حاصل کرد که سیال ورودی به پمپ جریانی منظم دارد. در این راستا، در صورت امکان، اولویت با عدم استفاده از زانویی در لوله‌کشی است. اما اگر مانند بسیاری از سیستم‌ها ناگزیر از استفاده از زانویی باشیم، برای ایجاد جریان منظم در ورودی پمپ باید پس از زانویی یک خط لوله مستقیم به طول حداقل 5 و حداکثر 10 برابر قطر لوله مکش تا ورودی پمپ قرار دهیم. بدین ترتیب، سیال خروجی از زانویی در طول این خط جریان خود را منظم کرده و هیچ مشکلی در پمپ ایجاد نخواهد کرد.

4. آنچه وارد پمپ می‌شود باید سیال باشد، نه هوا!

به دلیل ساختار لوله‌کشی، برخی نقاط مرتفع (اوج) در خطوط لوله، فضاهایی ایجاد می‌کنند که گازهای واردشده به لوله‌کشی می‌توانند در آن‌ها انباشته شوند. ورود ناگهانی یا تدریجی این گازهای انباشته به درون پمپ، به دلیل اختلاف فشار درون پمپ، اثر کاویتاسیون ایجاد کرده و می‌تواند به همه قطعاتی که با سیال در تماس‌اند آسیب برساند. همچنین افزایش و انباشت تدریجی هوا در این حفره‌ها، عبور سیال را محدود می‌کند و پمپ نمی‌تواند به اندازه کافی مکش کند. این وضعیت نیز به همان ترتیب عمر کاری پمپ را کوتاه کرده و موجب خرابی می‌شود.

اگرچه رساندن مقدار هوای درون لوله‌کشی به صفر ممکن نیست، دست‌کم می‌توان آن را به حدی رساند که مشکلی ایجاد نکند. نخست اینکه پس از تکمیل لوله‌کشی، درون خط پر از هواست و پیش از ارسال سیال به لوله‌کشی، تخلیه کامل این هوا الزامی است. همچنین در سیستمی که به‌طور فعال در حال کار است، حرکت شیرها و تجهیزات مختلف و نوسانات سیال می‌تواند فشارهای پایین موضعی ایجاد کند. این فشارهای پایین باعث می‌شوند هوای محلول در سیال، حتی به مقدار بسیار اندک، از آن جدا شده و دوباره در نقاط مرتفع لوله‌کشی انباشته شود. این هوا نیز باید در فواصل زمانی مشخص از سیستم تخلیه شود.

برای جلوگیری از حبس هوا (Air Pocket)، پیش از هر چیز باید تا حد امکان نقاط مرتفع کمتری در لوله‌کشی باقی گذاشت. در صورت لزوم، می‌توان این ارتفاع‌گیری‌ها را با شیب ملایم و اندکی افزایش طول لوله‌کشی اجرا کرد. اقدام دیگر، نصب شیرهای هواگیری در نقاطی از لوله‌کشی است که شیب به‌سرعت افزایش یا کاهش می‌یابد؛ بدین ترتیب در صورت نیاز می‌توان با استفاده از این شیرها هوای درون لوله‌کشی را تخلیه کرد. در پایان، برای جلوگیری از حبس هوا در مکش پمپ، همواره باید از تبدیل (رابر) خارج از مرکز استفاده کرد و لوله مکش را با شیبی رو به بالا به سمت پمپ قرار داد.

5. پمپ، تکیه‌گاه لوله‌کشی نیست.

متأسفانه در بسیاری از تأسیسات، لوله‌کشی پمپ‌ها به‌درستی پشتیبانی (ساپورت) نمی‌شود و حتی در برخی موارد از پمپ به‌عنوان تکیه‌گاه لوله‌کشی استفاده می‌شود. اما این وضعیت می‌تواند پیامدهای بسیار منفی برای پمپ داشته باشد.

پمپ‌ها ماشین‌هایی هستند که برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر ساخته شده‌اند. از آنجا که پمپ این انتقال را با ایجاد اختلاف فشار در سیال انجام می‌دهد، خود نیز از فشار ایجادشده تأثیر می‌پذیرد و نیروهای شعاعی و محوری بر قطعات آن وارد می‌شود. طراحی پمپ و مواد به کار رفته در آن به گونه‌ای است که بتواند این نیروها را تحمل کند و با سرویس‌های دوره‌ای، در تمام عمر خود وظیفه‌اش را بدون مشکل انجام دهد. اما اگر لوله‌کشی پمپ به اندازه کافی پشتیبانی نشود و تمام وزن لوله‌کشی و تنش‌هایی که گاه در آن ایجاد می‌شود به پمپ منتقل گردد، پمپ ناچار است زیر نیرویی بسیار بیشتر از آنچه پیش‌بینی شده، سیال را انتقال دهد. به همین ترتیب، اگر لوله‌کشی به‌درستی هم‌راستا نشده باشد و اجزای آن «به‌زور» به یکدیگر متصل شده باشند، لوله‌کشی این تنش را به فلنج پمپ منتقل می‌کند و باز هم پمپ ناچار است زیر نیرویی خارجی کار کند.

این نیروهای خارجی واردشده به پمپ موجب ارتعاش، کارکرد پرسروصدا و خرابی‌های مکرر پمپ می‌شوند. در نتیجه عمر پمپ به‌طور قابل‌توجهی کوتاه شده و هزینه‌های نگهداری افزایش می‌یابد. به‌ویژه در خطوطی که سیالات دمای بالا در آن‌ها جریان دارند، انبساط و انقباض لوله‌کشی موجب ایجاد بارهای متناوب در جهت‌های عمودی و افقی می‌شود. در سیستم‌هایی که چنین سیالاتی در آن‌ها به کار می‌رود، لوله‌کشی حتماً باید به‌صورت مستقل پشتیبانی شود و همچنین باید در فلنج‌های مکش و رانش پمپ از کمپانسیتورهایی (اتصالات انبساطی) استفاده کرد که بتوانند بار لوله‌کشی را جذب کنند.

6. جمع‌بندی

• مقادیر NPSH را کنترل کنید و NPSHm را بالا نگه دارید.
• پمپ را تا حد امکان نزدیک به منبعی که از آن مکش می‌کند قرار دهید.
• اجازه ندهید سرعت سیال در مکش از 1.5 m/s بیشتر شود.
• قطر لوله‌های مکش و رانش را به‌درستی تعیین کنید.

• تا حد امکان از زانویی‌ها پرهیز کنید.
• اگر استفاده از زانویی اجتناب‌ناپذیر است، پس از زانویی تا ورودی پمپ یک خط مستقیم به طول حداقل 5 برابر قطر لوله مکش فراهم کنید.
• تا حد امکان نقاط مرتفع (اوج) کمتری در لوله‌کشی ایجاد کنید.
• در نقاطی از لوله‌کشی که شیب به‌سرعت افزایش یا کاهش می‌یابد، شیرهای هواگیری نصب کنید.
• در لوله‌کشی مکش پمپ حتماً از تبدیل (رابر) خارج از مرکز استفاده کنید.
• اطمینان حاصل کنید که لوله مکش با شیبی رو به بالا به ورودی پمپ می‌رسد.
• لوله‌کشی مکش و رانش پمپ را به‌صورت مستقل از پمپ پشتیبانی (ساپورت) کنید.
• اطمینان حاصل کنید که لوله‌کشی پمپ هم‌راستاست و قطعات در هنگام مونتاژ به‌زور متصل نشده‌اند.
• به‌ویژه در سیستم‌هایی که سیالات دمای بالا در آن‌ها به کار می‌رود، در فلنج‌های پمپ از کمپانسیتور (اتصال انبساطی) استفاده کنید.