Выбор насоса и трубопровода для битума определяется не тем, насколько легко продукт течёт при рабочей температуре, а тем, как быстро он теряет текучесть при остывании. В зависимости от температуры битум ведёт себя то как почти твёрдое вещество, то как легко перекачиваемая жидкость. Поэтому правильная система рассматривается целиком: она должна не только перекачивать горячий продукт, но и безопасно запускать холодный насос, не забивать линии во время простоя и не перегревать продукт сверх допустимого предела.
Общие принципы подбора насосов и трубопроводов для вязких сред (условия на всасывании, потери давления, диаметр линии) изложены на странице о системах перекачки вязких продуктов. Здесь они применены к задачам, характерным именно для битума: объёмные насосы с обогревающей рубашкой, пуск из холодного состояния, уплотнение вала, сброс давления и освобождение линий.
Чем перекачка битума сложнее, чем других вязких продуктов
· Узкое температурное окно с жёстким верхним пределом: Для перекачки продукт необходимо нагревать, однако Eurobitume рекомендует максимальную температуру обращения и хранения 200 °C для битума и окисленного воздухом битума и 230 °C для глубоко окисленных марок — прежде всего чтобы исключить образование горючей атмосферы и ограничить выбросы. Обогрев должен устранять холодные точки, не выходя за этот предел.
· Резкое застывание на холодных поверхностях: Горячий битум, попадая в холодную трубу, быстро остывает у стенки и может сузить проходное сечение. Частичная закупорка создаёт противодавление и при разъединении соединения может привести к выбросу мелких брызг горячего продукта.
· Обогрев, который сам создаёт проблемы: Слишком интенсивный или слишком продолжительный обогрев приводит к углеродистым отложениям, которые тоже сужают сечение. Поэтому обогрев должен быть одновременно достаточным и управляемым.
· Сероводород (H2S) в паровом пространстве: В паровом пространстве резервуаров и транспортных средств с горячим битумом обычно присутствует H2S, поэтому насосную станцию и соединения линий размещают так, чтобы оператор находился вне шлейфа выбросов.
Тип насоса: почему чаще выбирают объёмные насосы
На вязких жидкостях центробежные насосы заметно теряют КПД, напор и подачу, а потребляемая мощность и пусковой момент возрастают. У роторных объёмных насосов картина обратная: с ростом вязкости внутренние перетечки уменьшаются, объёмный КПД растёт, и такие насосы способны перекачивать жидкости значительно более вязкие, чем допускают центробежные конструкции. Шестерённые насосы с внутренним зацеплением широко применяются на битуме, в частности потому, что их можно изготовить с обогревающей рубашкой, прочными материалами шестерён и различными вариантами уплотнения.
Это не значит, что на каждую битумную линию ставится один и тот же насос. В расчёт принимаются подача, давление нагнетания, марка продукта (дорожный, полимерно-модифицированный или окисленный битум), назначение — налив или слив, — а также режим работы станции. Поскольку необходимое давление на входе объёмного насоса тоже растёт с вязкостью, насос располагают низко и близко к питающему резервуару или выходу автоцистерны.
Насос с рубашкой обогрева и пуск из холодного состояния
Самый ответственный момент для битумного насоса — пуск. Во время простоя продукт, оставшийся в корпусе, за ротором и в предохранительном клапане, может остыть и затвердеть. Поэтому важно, чтобы обогревающая рубашка охватывала и корпус, и предохранительный клапан, а рубашка за ротором устраняла известную холодную зону; иначе возможны тяжёлые пуски и преждевременные отказы насоса и уплотнения. Теплоносителем может служить пар или термомасло; выбор обычно определяется существующей системой теплоснабжения площадки.
На практике двигатель не следует запускать, пока корпус насоса и присоединённые участки трубопровода не прогреты до рабочей температуры. Письменная инструкция по пуску задаёт время предварительного прогрева, температурное разрешение на пуск и проверку свободного течения продукта. Та же инструкция должна ограничивать длительность прогрева, чтобы снизить риск коксования.
Уплотнение вала
Сальниковая набивка остаётся самым распространённым уплотнением вала битумных насосов, но для надёжной работы она должна немного пропускать. Там, где утечки недопустимы, применяют картриджные манжетные или торцевые механические уплотнения, желательно с затворной (quench) системой, которая подогревает уплотнение, препятствует попаданию воздуха и предотвращает коксование битума у поверхностей трения. Выбор учитывает опасность ожогов горячим продуктом, объём уборки и межремонтные интервалы.
Сброс давления и сценарии закупорки
Объёмный насос, продолжающий работать на закрытую задвижку или забитую линию, быстро поднимает давление, поэтому на насосе или сразу за ним предусматривается устройство сброса давления. На битуме этот клапан тоже необходимо обогревать: застывший в холодном клапане продукт может лишить его работоспособности. Резервуары хранения также не являются сосудами под давлением, поэтому расход поступающего продукта должен соответствовать пропускной способности дыхательной системы резервуара. При сливе автоцистерны наземным насосом его подача должна также соответствовать пропускной способности дыхательного устройства цистерны; подробнее об этом — на странице о сливе битума.
Трассировка, обогрев и освобождение линии
Самая действенная защита от закупорки — сама трасса трубопровода. Отраслевые руководства рекомендуют короткие трассы, уклон в сторону резервуара для стока и минимальное число отводов; длинные трассы, большое количество отводов, холодные точки и недостаточная вентиляция относятся к известным причинам закупорки и противодавления. Все битумные трубопроводы рекомендуется теплоизолировать, а путевой обогрев настоятельно рекомендуется, особенно для более вязких марок — полимерно-модифицированного и твёрдого битума. Частичный обогрев не рекомендуется. Конструкция трубопроводов с рубашкой и наливных стояков с рубашкой рассмотрена на отдельной странице.
Между перекачками линии защищают тремя основными способами: постоянной циркуляцией, поддержанием в горячем состоянии путевым обогревом или опорожнением. Выбор зависит от частоты перекачек, длины линии и энергозатрат. Если линию продувают газом, количество воздуха, подаваемого в резервуар, нужно свести к минимуму, чтобы не создать горючую атмосферу в газовом пространстве.
Критерии выбора
Параметр | Почему важен при проектировании | Влияние на выбор |
Марка продукта и зависимость вязкости от температуры | Полимерно-модифицированные и твёрдые марки хуже текут при той же температуре | Тип и размер насоса, интенсивность обогрева, диаметр линии |
Максимальная температура продукта | Рекомендуемые пределы основаны на риске горючей атмосферы и выбросов | Температура теплоносителя и схема регулирования |
Режим работы | Непрерывная перекачка и периодические партии дают разный риск при простое | Циркуляция, поддержание в горячем состоянии или опорожнение |
Размещение насоса и условия на всасывании | Необходимое давление на входе растёт с вязкостью | Расстояние и высотная отметка относительно резервуара или цистерны |
Доступные теплоносители | На площадке могут быть пар, термомасло или электрообогрев | Способ обогрева рубашки насоса, арматуры и линий |
Допустимость утечек | Утечки через набивку создают загрязнение и опасность ожогов | Набивка, манжетное или торцевое уплотнение с затворной системой |
Трасса трубопровода | Длина, число отводов и уклон определяют риск закупорки | Компоновка, дренажные точки и контуры обогрева |
Участие TLY Enerji
В зависимости от объёма проекта TLY Enerji может оказать инженерную поддержку для линии перекачки битума: анализ технологических данных, поставку насосов, арматуры и приборов, определение точек контроля температуры и давления, настройку разрешений и блокировок на базе ПЛК, а также монтаж на площадке, испытания и пусконаладку. Какая сторона поставляет рубашку насоса и обогрев линий, согласуется в техническом задании каждого проекта.
Какие данные нужны для оценки
· Перекачиваемые марки битума и кривые вязкость–температура от поставщика
· Температуры хранения и перекачки, максимальная температура для каждого продукта
· Требуемая подача, длина линии, перепады высот и число отводов
· Вид перекачки: из резервуара в резервуар, налив или слив автоцистерн
· Доступные на площадке теплоносители: пар, термомасло или электроэнергия
· Типичная продолжительность простоев и предпочтительный способ защиты линии
· Допустимый уровень утечек и ограничения по доступу для обслуживания
Связанные страницы
· Системы перекачки вязких продуктов: Общие принципы подбора насосов и трубопроводов для вязких сред.
· Трубопроводы с рубашкой обогрева и наливные стояки для битума: Конструкция рубашки, непрерывность обогрева и температурные расширения.
· Системы слива битума из автобитумовозов: Слив наземным насосом и согласование с пропускной способностью дыхательных устройств.
· Блочные узлы учёта битума: Выбор технологии измерения для горячего вязкого битума.
· Системы путевого обогрева: Сравнение электрического и парового путевого обогрева.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли перекачивать битум центробежным насосом?
В отдельных случаях это возможно, однако с ростом вязкости центробежный насос теряет КПД, напор и подачу, а потребная мощность и пусковой момент увеличиваются. Поэтому для высоковязкого битума в первую очередь обычно рассматривают роторные объёмные насосы. Окончательное решение принимается с учётом марки продукта, температуры перекачки, подачи и давления нагнетания в совокупности.
Как безопасно запустить холодный битумный насос?
Корпус, зона за ротором, предохранительный клапан и присоединённые участки трубопровода прогреваются до полного перехода продукта в текучее состояние. Двигатель запускают только после выполнения температурного разрешения и подтверждения свободного течения. Время прогрева и контрольные шаги фиксируются в письменной инструкции, которая также ограничивает излишний прогрев во избежание коксования.
Достаточно ли частичного обогрева битумной линии?
Отраслевые руководства его не рекомендуют. Необогреваемая задвижка, фланец или короткая вставка становятся холодной точкой, где горячий продукт застывает на стенке и сужает сечение. Рекомендуемый подход — изолировать всю линию и распространить обогрев на арматуру и фасонные части, избегая при этом перегрева, ведущего к углеродистым отложениям.
Оставлять ли битумную линию заполненной после перекачки или опорожнять?
Применяются оба варианта. На коротких и часто используемых линиях удобна циркуляция или поддержание горячего состояния путевым обогревом, а длинные линии с редкими перекачками бывает целесообразнее опорожнять. Если линию продувают газом, количество воздуха, поступающего в резервуар, следует минимизировать, поскольку он может создать горючую атмосферу в газовом пространстве.