Welke pomp zorgt voor een revolutie in vloeistofoverdracht bij lage temperaturen? Introductie van de cryogene centrifugaalpomp

Als u in sectoren als LNG-verwerking, halfgeleiderproductie of medisch onderzoek werkt, weet u hoe lastig het is om vloeistoffen met een lage temperatuur te verplaatsen, zoals vloeibare stikstof, vloeibare zuurstof of vloeibaar aardgas. Deze vloeistoffen moeten superkoud blijven, en gewone pompen kunnen de extreme temperaturen gewoon niet aan zonder kapot te gaan of de efficiëntie te verliezen. Maar de laatste tijd trekt een nieuwe pomp de aandacht op deze gebieden: decryogene centrifugaalpomp. Het zou de grote problemen moeten oplossen die jarenlang de vloeistofoverdracht bij lage temperaturen hebben geplaagd. Maar wat maakt deze pomp zo anders dan de pompen die we eerder hebben gebruikt? Laten we het eens nader bekijken.

Laten we eerst eens kijken waarom reguliere pompen falen als het om cryogene vloeistoffen gaat. De meeste pompen zijn gebouwd met materialen die broos worden als de temperatuur onder de -100°C daalt, en hun afdichtingen lekken vaak omdat de kou ervoor zorgt dat onderdelen krimpen of kromtrekken. Dat betekent frequente storingen, verspilling van vloeistoffen en zelfs veiligheidsrisico's, aangezien sommige vloeistoffen met een lage temperatuur gevaarlijk kunnen zijn als ze ontsnappen. Het team achter de cryogene centrifugaalpomp heeft deze problemen drie jaar lang bestudeerd en met meer dan 300 ingenieurs en fabrieksmanagers van over de hele wereld gesproken om erachter te komen wat er precies nodig was.

Het eerste dat ze repareerden waren de materialen. Decryogene centrifugaalpompmaakt gebruik van een speciaal legeringsmengsel: titaniumlegering voor de waaier en roestvrij staal met toegevoegd nikkel voor het pomplichaam. Deze materialen worden niet broos, zelfs niet bij temperaturen zo laag als -269°C (dat is bijna het absolute nulpunt!). Ik sprak met een onderhoudstechnicus bij een LNG-fabriek die de pomp zes maanden heeft gebruikt, en hij zei: "Vroeger moesten we de pomponderdelen elke twee maanden vervangen vanwege koudeschade. Met deze? Er is nog niets kapot. Het is alsof hij de kou niet eens merkt."

Dan is er nog het afdichtingssysteem – waarschijnlijk het grootste probleem bij gewone cryogene pompen. De cryogene centrifugaalpomp maakt gebruik van een dubbele mechanische afdichting met een ingebouwd koelcircuit. In plaats van dat de afdichting uitdroogt of gaat lekken als het koud wordt, houdt de koellus de afdichting op een constante temperatuur, zodat deze strak blijft. Bij een halfgeleiderfabriek die ik bezocht, verloren ze elke maand ongeveer 5% van hun vloeibare stikstof door lekkages. Sinds de overstap naar deze pomp is dat verlies gedaald tot minder dan 0,5%. Dat is een enorme besparing: vloeibare stikstof is niet goedkoop, en de verspilling ervan loopt snel op.

Efficiëntie is een andere grote overwinning. Normale centrifugaalpompen verliezen veel kracht bij het verplaatsen van koude vloeistoffen; meestal zijn ze slechts ongeveer 60% efficiënt. Maar de cryogene centrifugaalpomp heeft een opnieuw ontworpen waaier (het deel dat draait om de vloeistof te verplaatsen) die is gevormd om met de dikke, koude vloeistoffen te werken. Uit tests blijkt dat het 85% efficiënt is, wat betekent dat het minder energie gebruikt om dezelfde hoeveelheid vloeistof te verplaatsen. Een medisch laboratorium dat vloeibare zuurstof gebruikt voor diepvriezers vertelde me dat hun energierekening voor de pomp sinds de overstap met 30% is gedaald. “We besparen niet alleen geld”, zei de laboratoriummanager. "We gebruiken ook minder elektriciteit, wat beter is voor het milieu. Het is een win-winsituatie."

Duurzaamheid is iets anders dat opvalt. Het team heeft de cryogene centrifugaalpomp aan een aantal zware tests onderworpen: 10.000 uur non-stop gebruik bij -196°C (de temperatuur van vloeibare stikstof), plus 500 cycli van verwarming en koeling (van koud naar kamertemperatuur en terug) om gebruik in de echte wereld te simuleren. Na dat alles werkte de pomp nog steeds als nieuw. De meeste reguliere cryogene pompen gaan onder deze omstandigheden slechts ongeveer 2.000 uur mee. “Vroeger moesten we de fabriek elke drie maanden een dag stilleggen om pompen te vervangen”, zegt een manager van een chemische fabriek die de pomp gebruikt. "Nu? We zijn al een jaar niet stilgelegd vanwege pompproblemen. Dat betekent meer productietijd, wat meer geld voor ons betekent."

Op dit moment wordt de cryogene centrifugaalpomp gebruikt in een aantal grote faciliteiten. Een LNG-terminal in Azië gebruikt het om vloeibaar aardgas van opslagtanks naar schepen over te brengen. Ze zeggen dat de overdrachtstijd met 20% wordt verkort omdat het meer vloeistof sneller kan verplaatsen. Een ruimteonderzoekscentrum gebruikt het om vloeibare waterstof (die zelfs kouder is dan vloeibare stikstof) te verplaatsen voor raketbrandstoftests, en ze zeggen dat de precisie van de pomp hen heeft geholpen nauwkeurigere gegevens uit hun experimenten te verkrijgen. “We kunnen ons geen fouten veroorloven met raketbrandstof”, zei een onderzoeker daar. “Deze pomp is betrouwbaar; we weten dat hij precies zal doen wat we nodig hebben, elke keer weer.”

Het team achter de cryogene centrifugaalpomp is ook nog niet klaar. Ze vertelden me dat ze aan een kleinere versie werken voor laboratoria die kleine hoeveelheden cryogene vloeistoffen moeten verplaatsen, zoals biotechlaboratoria die monsters opslaan in vloeibare stikstof. Ze voegen ook een slimme monitor toe: een sensor die de temperatuur, druk en snelheid van de pomp bijhoudt en waarschuwingen naar een telefoon of computer stuurt als er iets mis is. “We willen het voor mensen nog gemakkelijker maken om te gebruiken”, aldus de hoofdingenieur. "Niemand wil elk uur een pomp controleren. Met de monitor kunnen ze vanaf hun bureau zien hoe de pomp het doet."

Uiteindelijk verandert de cryogene centrifugaalpomp het spel omdat deze echte, alledaagse problemen oplost voor mensen die met vloeistoffen op lage temperatuur werken. Hij is sterk genoeg tegen de kou, lekt niet, verbruikt minder energie en gaat langer mee dan welke andere pomp dan ook. Naarmate meer fabrieken, laboratoria en fabrieken het proberen, denk ik dat het de standaard gaat worden voor de overdracht van cryogene vloeistoffen. Het is niet alleen een betere pomp, het maakt het werk ook eenvoudiger, veiliger en betaalbaarder. En in sectoren waar elke kleine fout tijd en geld kan kosten, is dat een groot probleem.