Bomba de polpa para serviço pesado: Guia de engenharia e seleção

Escolher uma bomba de polpa para serviço pesado raramente é um exercício de catálogo Duas bombas com fluxo e cabeçote idênticos podem exibir modos de vida útil, consumo de energia e falha totalmente diferentes, uma vez que são movidas de um laboratório de testes para um circuito de rejeitos, uma linha de dragagem ou um loop FGD. Essa distância entre a folha de dados e o desempenho de campo é onde a maioria dos TCO ultrapassa os fluxos ao vivo e onde a maioria das boas seleções se desfaz.

Este guia reúne a engenharia que um especificador de bomba de polpa realmente precisa: regras de redução hidráulica extraídas dos padrões do Instituto Hidráulico, os três testes de desgaste ASTM por trás de cada reivindicação responsável de material de extremidade úmida, uma lista de verificação de seleção orientada por parâmetros, um modelo de custo de ciclo de vida e uma matriz de diagnóstico de falhas testada em campo. Ele foi escrito para engenheiros, especialistas em compras e equipes de confiabilidade de plantas que desejam avaliar uma bomba de polpa com base no mérito de engenharia, em vez de em cópias de marketing.

O que faz uma bomba de lama “Heavy Duty”? Uma definição de engenharia

“Heavy duty às vezes é usado como um rótulo de marketing, mas tem uma definição de engenharia defensável Esta classe de bomba é uma unidade de rotação projetada para serviço contínuo em lamas abrasivas de alta concentração geralmente acima de 301 T sólidos por volume 301 T.A.S sólidos por volume com margens estruturais e materiais que a colocam fora do escopo de uma bomba centrífuga de uso geral Sua intenção de projeto é uma operação confiável sob condições que tirariam uma bomba genérica dentro de semanas.

Três distinções estruturais diferenciam uma bomba de polpa para serviço pesado de uma unidade centrífuga genérica Primeiro, a parede do invólucro é significativamente mais pesada, tipicamente 15-50 mm versus 6-10 mm para uma bomba de água limpa, para acomodar desgaste erosivo sem contenção de pressão Segundo, o impeller wet-end, o pigarro, o forro de estrutura, o forro de voluta são projetados como itens recolocáveis em campo em metal endurecido ou elastômero Terceiro, o arranjo de vedação do eixo é um expeller (selo dinâmico) ou um selo mecânico lavado classificado para serviço abrasivo, em oposição a um lábio simples ou selo embalado.

O padrão Instituto Hidráulico Bombas de polpa centrífugas rotodinâmicas ANSI/HI 12.1-12.6 define a nomenclatura, as regras de projeto e o limite de aplicação para esta classe de bomba, incluindo o comportamento de redução que separa o serviço de chorume do serviço de águas claras. Padrões paralelos se aplicam aos testes de aceitação hidráulica (ISO 9906) e, para instalações de plantas de processo onde a linha de chorume entra em serviço explosivo, classificações API 610.

Fundamentos Hidráulicos em Como a Polpa Muda o Desempenho da Bomba

Uma bomba de polpa resistente não segue a curva de desempenho de uma bomba de água limpa As partículas sólidas alteram a densidade do fluido, a viscosidade efetiva e o comportamento do impulsor e do líquido Três efeitos hidráulicos controlam o desempenho da polpa e são referenciados explicitamente no padrão do Instituto Hidráulico.

Derratação da cabeça para gravidade específica. Onde uma bomba que passa lama superior a 1,0 SG tem uma cabeça desenvolvida em metros caindo abaixo da curva de águas claras, ANSI/HI 12.1-12.6 mostra a metodologia de redução na Seção 12.3.2.3 (pastas aquosas).Para uma determinada potência do motor, o fluxo aumenta à medida que a gravidade específica da pasta enquanto a cabeça volumétrica na descarga cai. Portanto, uma bomba dimensionada simplesmente a partir de uma curva de águas claras suba na aplicação, nunca alcançaria a mesma cabeça em meios mais densos.

Penalidade de eficiência. A eficiência da bomba na pasta é normalmente 65-801TP3 T menor do que uma bomba de água limpa semelhante por causa da perda de energia devido a impactos de partículas dentro da voluta e fora das palhetas do impulsor Essa penalidade aumenta com o tamanho e a densidade das partículas. Um erro comum de dimensionar demais uma bomba para “absorver a coluna dessa penalidade, embora conceitualmente simples, perturba o ponto de operação ideal do BEP para o ponto de desempenho fora do projeto, acelerando o desgaste.

Margem NPSH. a pasta requer mais margem de NPSH do que a água pura A combinação do aumento da densidade, a pequena porcentagem de ar arrastado e o aumento das perdas de tubulação em relação à água limpa exige que o NPSHa na entrada da bomba seja fornecido com uma relação NPSHa/NPSHr de feltro de 4 ou mais para eliminar a chance de cavitação, no serviço abrasivo não o 1,1-1,5 que será frequentemente encontrado em conselhos sobre NPSH para instalações de água limpa.

Deslocamento centrífugo versus tipo de bomba positiva Selecione o tipo de bomba certa

A bomba centrífuga da pasta é de longe a escolha dominante da base instalada, mas as bombas positivas do deslocamento pela forma do mapa têm um nicho defendable no dever A escolha é baseada na cabeça de fluxo, e lida com sólidos não predileção.

Uma bomba centrífuga de polpa transforma a energia introduzida por um impulsor de manuseio de 25 como uma taxa de fluxo de dois volumétricos É capaz de lidar com grandes faixas de fluxo (2000 m. Faixa de fluxo de 2000 m. É capaz, embora a eficiência seja menor do que uma bomba de polpa de deslocamento positivo em pontos de fluxo altamente eficientes (até cerca de 95 m para as versões pistão-diafragma usadas na alimentação do filtro-prensa ou serviço de reforço de tubulação).Em alto fluxo, é capaz de mover grandes sólidos de tamanho grosso (100 mm e maiores, com o impulsor direito), e se destaca pela capacidade de passagem Uma bomba centrífuga é a escolha certa para a maioria dos fluxos de trabalho de mineração, agregados, dragagem e chorume de águas residuais.

Uma pasta de deslocamento positivo ("positive dislustering slurry") uma cavidade de progressão de êmbolo-fragma, ou bomba peristáltica tipo mangueira ("homisting-phragm") capaz de mover um volume fixo por revolução É naturalmente eficiente em 1001TP3 T em todas as densidades de pasta e capaz de lidar com cabeças altas (até bem em excesso de 2.000 m para a versão pistão-diafragma usada na alimentação da prensa de filtro ou serviço de reforço de tubulação).O custo é uma janela de fluxo estreito, saída pulsante (amortecedores ou acumuladores necessários se linhas sensíveis), e aceitação limitada de um tamanho maior ou sólidos de punção.

Mecanismos de desgaste por que os componentes da bomba de polpa para serviços pesados falham

Vida útil. Mais comentado e mais citado erroneamente no bombeamento de chorume Arranjado em um quadro branco limpo seria assim: cinco mecanismos de desgaste individuais, cada um chamado para ser medido em relação a um padrão diferente, cada um endereçável por uma seleção de material wet-end diferente.

Desgaste abrasivo (deslizante)

Desgaste abrasivo deslizante envolve partículas deslizando em uma superfície com pressão uniaxial (ou seja, entre o espaço do impulsor e revestimento da placa do quadro).Teste associado necessário é ASTM G65 em que uma geometria de roda de areia seca e borracha fornecer um ranking para perda de volume de material Um ferro branco de cromo alto 271TP3 T normalmente demonstra 510× menor perda de volume do que o aço macio em G65.

Abrasão de chorume (o teste específico de chorume)

ASTM G75-15(2021) (Teste do número de Miller, que fornece uma medida da abrasividade de uma pasta (número de Miller) e da abrasividade da pasta de um material de referência (número SAR). O G75 é a única melhor referência cruzada ao comparar materiais de extremidade úmida para uma determinada pasta mineral, muito mais defensável do que qualquer ‘classificação da indústria" proprietária).

Desgaste erosivo (impacto de partículas)

B. testes de erosão por impacto sólido ASTM G76 . A erosão do fluxo de partículas transmitidas por partículas atinge o ângulo e a velocidade específicos. A erosão ocorre mais rapidamente nas bordas principais da palheta do impulsor, onde a partícula sofre mudança repentina de direção.

Ferro alto cromo, melhor & quot; elastômeros de baixo impacto melhor em ângulos de impacto elevados Assim, extremidades molhadas emborrachadas melhor em partículas finas do que metal & quot; ângulos de impacto são mais aleatórios e geralmente mais altos.

Desgaste corrosivo

Quando o ataque do pH, cloretos dissolvidos ou sulfatos ocorre no material da extremidade úmida juntamente com abrasão, a taxa de dano é aditiva de qualquer um por sua vez Este é o processo acelerando o desgaste em cal FGD slurry (pH 2) e certos circuitos de fosfato Geralmente duplex inoxidável ou compostos elastoméricos particulares são necessários.

Cavitação e fadiga

Danos por cavitação. instalação de lados do impulsor causados por colapso da bolha de vapor é uma bomba de projeto hidráulico, não uma falha na seleção de material funcionando com margem NPSH inadequada, cavitará independentemente da escolha da extremidade úmida. Rachaduras por fadiga nas raízes das palhetas do impulsor em impulsores de alto cromo de grande diâmetro são um problema de campo documentado que os engenheiros de campo associam ao ciclo de tensão térmica e mecânica em serviço de partida/parada, não à abrasão pura.

Os números publicados de vida útil de desgaste para extremidades úmidas com alto teor de cromo em rejeitos de mineração normalmente variam de 3.000 a 8.000 horas de operação, onde a dispersão é controlada pela distribuição de tamanho de partícula, pH e porcentagem do ponto de operação acima ou abaixo de BEP. A vida útil declarada do fabricante é aberta para a vida útil da extremidade úmida é regularmente dada como LB10 > 50.000 horas para os melhores projetos de bombas de polpa para serviços pesados.

Seleção acionada por parâmetro do perfil da pasta fluida para a bomba

Uma especificação confiável da bomba de polpa resistente começa na polpa, não no catálogo. Esses dez parâmetros abaixo especificam coletivamente o dever suficiente para que um fornecedor seja capaz de produzir uma curva de bomba realista e uma seleção justificável de material na extremidade úmida.

• ✔Taxa de fluxo Q (m³/h) Ponto de serviço em estado estacionário do envelope e qualquer ponto de serviço do envelope de surto
• ✔Cabeça total H (m) Elevação estática + perdas por atrito + cabeça + pressão terminal
• ✔Concentração de sólidos em volume (Cv) e em peso (Cw) (Cv) ambos são necessários para calcular SG
• ✔Distribuição do tamanho das partículas (d50, d85, d95) (d50, geometria e material do impulsor)
• ✔Gravidade específica da pasta (SG) 12,1-12,6 para redução de cabeça por HI
• ✔Temperatura e pH 0 material e as opções de elastômero
• ✔Corrosividade 0 oxigénio dissolvido cloretos, sulfatos,
• ✔Ciclo de trabalho ^ lote, horas por ano, frequência de início/parada
• ✔NPSH disponível na flange de sucção compare com NPSHr + margem
• ✔Fonte alimentação Ção, frequência, disponibilidade de VFD, padrões do motor

Para a linha de produtos de bombas de polpa para serviços pesados com uma curva de bomba personalizada cruzado com um conjunto conhecido de parâmetros de pasta, a equipe de engenharia da BBP segue para um resumo comparável de dez parâmetros e fornece desempenho estágio por estágio e alternativas de materiais.

Configuração Horizontal, Vertical e Submersível

Após a definição do dever hidráulico, a decisão de configuração física aparece a seguir Cada uma das três configurações principais tem diferenças significativas para instalação, manutenção e NPSH.

Sucção final horizontal

A configuração mais comum da bomba de polpa pesada A bomba fica em uma placa de base ao lado de um reservatório ou tanque, extrai de uma linha de sucção inundada e descarrega horizontalmente ou verticalmente dependendo da tubulação Vantagens: fácil substituição do impulsor e do revestimento, alojamento acessível do rolamento e da vedação, longos percursos entre a manutenção Restrição: requer uma linha de sucção independente e NPSHa adequado normalmente 3 m ou mais para polpas mais pesadas.

Cantilever vertical (cump)

Uma bomba de eixo vertical sem rolamento inferior e sem vedação de eixo submerso Ele corre seco acima da superfície do reservatório e depende do eixo suspenso para transferir torque para o impulsor submerso Vantagens: sem complexidade de descarga de vedação, tolera corrida a seco intermitente, encaixa espaços apertados da planta Restrição: submersão máxima tipicamente 2 m; geometria do cantilever limita o comprimento do eixo e, portanto, o alcance do cárter profundo.

Submersível com agitador

Um motor elétrico selado montado diretamente na bomba, funcionando totalmente submerso no líquido bombeado Um impulsor agitador na sucção mobiliza sólidos assentados, evitando o acúmulo de zona morta no piso do reservatório Vantagens: sem escorva, lida com camadas assentadas com altos sólidos, implantáveis em reservatórios profundos (>3 m).Restrição: a remoção do motor requer a elevação de toda a unidade; vedações mecânicas são executadas submersas em meios abrasivos e exigem configurações de expulsor ou descarga.

Custo do ciclo de vida Construindo um modelo TCO realista

O preço de compra de uma bomba de polpa resistente será o menor componente das despesas reais da planta. Estrutura de custos do ciclo de vida do Instituto Hidráulico, extrapolando ao longo de um horizonte de sistema de bombeamento de 15-20 anos, estima o preço inicial de compra da bomba para ser da ordem de 101TP3 T do custo total do ciclo de vida Custos de energia 401TP3 T, manutenção 251TP3 T, e custos restantes para operação, instalação, conformidade ambiental, e tempo de inatividade Guia de custos do ciclo de vida da bomba NREL destaca que bombeamento perto de 201TP3 T do mundo demanda de energia elétrica (sistema de bomba) e que a energia é, portanto, naturalmente dominante na folha de polpa TCO.

Um modelo razoável de TCO para uma bomba de polpa resistente levará em consideração cinco itens de linha anualmente:

A seleção de material de extremidade úmida é a maior alavanca dentro deste modelo (a única alavanca de controle determina tanto o custo da peça de desgaste quanto a durabilidade da embarcação instalada entre as revisões A mudança de um ferro branco padrão para uma especificação de cromo alto 271TP3 T comumente o custo inicial de extremidade úmida em 30-501TP3 T, mas a vida útil de desgaste de rejeitos relatada se multiplicou por um fator de 34 para tamanho de partícula correspondente criando uma redução líquida na linha 190 peças de desgaste“ que geralmente se paga dentro de um ano Da mesma forma, uma bomba escolhida para funcionar dentro de 80-1101TP3 T BEP reduz a linha de energia (menos consumo de energia fora do projeto) e a linha de peças de desgaste (desgaste sem fora do projeto) em paralelo.

Para uma análise de custos do ciclo de vida ajustada a um perfil de chorume específico, a equipe de engenharia da BBP pode desenvolver um Modelo TCO para uma bomba de polpa resistente projetada para o seu ponto de serviço, usando o mesmo conjunto de parâmetros que influencia a curva da bomba e a recomendação do material.

Modos de falha e guia de solução de problemas de campo

Ao diagnosticar uma bomba de polpa pesada de mau comportamento, os engenheiros de campo geralmente diagnosticam para trás a partir de cinco tipos de sintomas Esses cinco tipos de falha listados abaixo cobrem a maioria dos relatórios de campo e cada um se conecta a um sinal e ação de diagnóstico específicos.

Relatórios de campo coletados em painéis de discussão de engenharia, incluindo Eng-Tips Mostrar duas tendências que valem a pena mencionar Primeiro, uma grande fração de falhas da “pump” são causadas pela tubulação (piping) em particular, velocidade menor que a velocidade crítica de sedimentação da pasta, que obstrui a linha e faz a bomba parar independentemente da condição da bomba Segundo, rachaduras em revestimentos de sucção de ferro branco de alto cromo em bombas de polpa de grande diâmetro (16 polegadas ou mais) foram observadas como um modo de falha fora do desgaste; nesses casos, rachaduras tendem a ocorrer em conjunto com ciclos térmicos e mecânicos e indicam uma incompatibilidade material e aplicação em vez de um problema de desgaste.

• ✔Pré-arranque: nivelar as linhas de sucção e descarga; verificar a rotação; confirmar NPSHa > NPSHr × margem necessária; abrir a descarga do selo antes do início da bomba
• ✔Inspeção mensal: vibração por ISO 10816 em caixas de rolamentos; fluxo e pressão de descarga de vedação; temperatura do rolamento; tendência da corrente do motor
• ✔Anual: medição do intervalo de acabamento do impulsor; verificação da espessura do revestimento em hotspots de erosão; análise de reincidência de rolamentos ou óleo; verificação do alinhamento do acoplamento

Perguntas frequentes

Trabalhando com um Fornecedor Focado em Engenharia

Uma especificação razoavelmente defensável para uma bomba de polpa resistente termina no local onde o fornecedor começa O resumo de dez parâmetros da Seção 5 é o mínimo do qual um fornecedor pode retornar uma curva de bomba confiável, especificações de material de extremidade úmida e estimativa de lead-time.

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