Máy bơm nào đang cách mạng hóa việc truyền chất lỏng ở nhiệt độ thấp? Giới thiệu máy bơm ly tâm đông lạnh

Nếu bạn làm việc trong các ngành như chế biến LNG, sản xuất chất bán dẫn hoặc nghiên cứu y học, bạn sẽ biết việc di chuyển chất lỏng ở nhiệt độ thấp khó khăn như thế nào - những thứ như nitơ lỏng, oxy lỏng hoặc khí tự nhiên hóa lỏng. Những chất lỏng này cần phải ở trạng thái siêu lạnh và máy bơm thông thường không thể xử lý nhiệt độ khắc nghiệt mà không bị hỏng hoặc mất hiệu suất. Nhưng gần đây, một loại máy bơm mới đang gây chú ý trong các lĩnh vực này:bơm ly tâm đông lạnh. Nó được cho là sẽ giải quyết những vấn đề lớn gây khó khăn cho việc truyền chất lỏng ở nhiệt độ thấp trong nhiều năm. Nhưng điều gì làm cho chiếc máy bơm này trở nên khác biệt so với những chiếc máy bơm mà chúng tôi đã sử dụng trước đây? Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn.

Đầu tiên, hãy nói về lý do tại sao máy bơm thông thường lại hỏng khi sử dụng chất lỏng đông lạnh. Hầu hết các máy bơm đều được chế tạo bằng vật liệu dễ gãy khi nhiệt độ xuống dưới -100°C và vòng đệm của chúng thường bị rò rỉ do nhiệt độ lạnh khiến các bộ phận co lại hoặc cong vênh. Điều đó có nghĩa là thường xuyên xảy ra hư hỏng, lãng phí chất lỏng và thậm chí cả rủi ro về an toàn—vì một số chất lỏng ở nhiệt độ thấp có thể nguy hiểm nếu chúng thoát ra ngoài. Nhóm nghiên cứu máy bơm ly tâm đông lạnh đã dành ba năm để nghiên cứu những vấn đề này, nói chuyện với hơn 300 kỹ sư và quản lý nhà máy trên khắp thế giới để tìm ra chính xác những gì cần thiết.

Điều đầu tiên họ sửa chữa là vật liệu. cácbơm ly tâm đông lạnhsử dụng hỗn hợp hợp kim đặc biệt—hợp kim titan cho cánh quạt và thép không gỉ có thêm niken cho thân máy bơm. Những vật liệu này không bị giòn ngay cả ở nhiệt độ thấp tới -269°C (gần bằng 0 tuyệt đối!). Tôi đã nói chuyện với một kỹ thuật viên bảo trì tại một nhà máy LNG, người đã sử dụng máy bơm trong sáu tháng và anh ấy nói: "Chúng tôi thường thay thế các bộ phận của máy bơm hai tháng một lần vì hư hỏng do nhiệt độ lạnh. Với cái này? Chưa có gì bị hỏng cả. Có vẻ như nó thậm chí còn không nhận thấy lạnh."

Sau đó là hệ thống làm kín—có lẽ là vấn đề đau đầu nhất với máy bơm đông lạnh thông thường. Bơm ly tâm đông lạnh sử dụng phốt cơ khí kép có vòng làm mát tích hợp. Thay vì phớt bị khô hoặc rò rỉ khi trời lạnh, vòng làm mát giữ cho phớt ở nhiệt độ ổn định để nó luôn kín. Tại một nhà máy bán dẫn mà tôi đến thăm, họ thường mất khoảng 5% lượng nitơ lỏng do rò rỉ mỗi tháng. Kể từ khi chuyển sang máy bơm này, tổn thất đó đã giảm xuống dưới 0,5%. Đó là một khoản tiết kiệm rất lớn—nitơ lỏng không hề rẻ và việc lãng phí nó sẽ tăng lên nhanh chóng.

Hiệu quả là một chiến thắng lớn khác. Máy bơm ly tâm thông thường mất rất nhiều điện năng khi di chuyển chất lỏng lạnh - thông thường, chúng chỉ có hiệu suất khoảng 60%. Nhưng máy bơm ly tâm đông lạnh có một cánh quạt được thiết kế lại (bộ phận quay để di chuyển chất lỏng) được tạo hình để hoạt động với chất lỏng dày và lạnh. Các thử nghiệm cho thấy nó hiệu quả 85%—có nghĩa là nó sử dụng ít năng lượng hơn để di chuyển cùng một lượng chất lỏng. Một phòng thí nghiệm y tế sử dụng oxy lỏng cho tủ đông cho tôi biết hóa đơn tiền điện cho máy bơm của họ đã giảm 30% kể từ khi họ chuyển đổi. “Chúng tôi không chỉ tiết kiệm tiền,” người quản lý phòng thí nghiệm cho biết. "Chúng tôi cũng sử dụng ít điện hơn, điều này tốt hơn cho môi trường. Đó là đôi bên cùng có lợi."

Độ bền là một cái gì đó khác nổi bật. Nhóm nghiên cứu đã đưa máy bơm ly tâm đông lạnh vượt qua một số thử nghiệm khó khăn: 10.000 giờ sử dụng không ngừng nghỉ ở -196°C (nhiệt độ của nitơ lỏng), cộng với 500 chu kỳ làm nóng và làm mát (từ lạnh đến nhiệt độ phòng và ngược lại) để mô phỏng việc sử dụng trong thực tế. Sau tất cả những điều đó, máy bơm vẫn hoạt động như mới. Hầu hết các máy bơm đông lạnh thông thường chỉ tồn tại được khoảng 2.000 giờ trong những điều kiện đó. Một người quản lý tại một nhà máy hóa chất sử dụng máy bơm cho biết: “Trước đây, cứ ba tháng chúng tôi phải đóng cửa nhà máy một ngày để thay thế máy bơm. "Bây giờ? Chúng tôi đã không ngừng hoạt động vì sự cố máy bơm trong một năm. Đó là thời gian sản xuất nhiều hơn, đồng nghĩa với việc chúng tôi sẽ kiếm được nhiều tiền hơn."

Hiện nay, máy bơm ly tâm đông lạnh đang được sử dụng ở một số cơ sở tên tuổi. Một nhà ga LNG ở châu Á sử dụng nó để chuyển khí tự nhiên hóa lỏng từ bể chứa sang tàu. Họ nói rằng nó giúp họ giảm 20% thời gian vận chuyển vì nó có thể vận chuyển nhiều chất lỏng nhanh hơn. Một trung tâm nghiên cứu vũ trụ sử dụng nó để di chuyển hydro lỏng (thậm chí còn lạnh hơn nitơ lỏng) để thử nghiệm nhiên liệu tên lửa và họ cho biết độ chính xác của máy bơm đã giúp họ thu được dữ liệu chính xác hơn từ các thí nghiệm của mình. Một nhà nghiên cứu ở đó cho biết: “Chúng tôi không thể chấp nhận sai lầm với nhiên liệu tên lửa”. “Máy bơm này đáng tin cậy—chúng tôi biết nó sẽ thực hiện chính xác những gì chúng tôi cần vào mọi lúc.”

Nhóm nghiên cứu đằng sau máy bơm ly tâm đông lạnh vẫn chưa hoàn thành. Họ nói với tôi rằng họ đang nghiên cứu một phiên bản nhỏ hơn dành cho các phòng thí nghiệm cần di chuyển một lượng nhỏ chất lỏng đông lạnh—như các phòng thí nghiệm công nghệ sinh học lưu trữ mẫu trong nitơ lỏng. Họ cũng đang bổ sung thêm một màn hình thông minh: một cảm biến theo dõi nhiệt độ, áp suất và tốc độ của máy bơm, đồng thời gửi cảnh báo tới điện thoại hoặc máy tính nếu có sự cố. Kỹ sư trưởng cho biết: “Chúng tôi muốn giúp mọi người sử dụng dễ dàng hơn nữa”. "Không ai muốn kiểm tra máy bơm mỗi giờ. Với màn hình, họ có thể xem nó hoạt động như thế nào từ bàn làm việc của mình."

Cuối cùng, máy bơm ly tâm đông lạnh đang thay đổi cuộc chơi vì nó giải quyết được các vấn đề thực tế hàng ngày cho những người làm việc với chất lỏng ở nhiệt độ thấp. Nó đủ cứng để chịu lạnh, không rò rỉ, sử dụng ít năng lượng hơn và tồn tại lâu hơn bất kỳ máy bơm nào khác hiện có. Khi nhiều nhà máy, phòng thí nghiệm và nhà máy thử nghiệm nó, tôi nghĩ nó sẽ trở thành tiêu chuẩn cho việc truyền chất lỏng đông lạnh. Nó không chỉ là một chiếc máy bơm tốt hơn mà còn giúp công việc trở nên dễ dàng hơn, an toàn hơn và giá cả phải chăng hơn. Và trong những ngành mà mỗi sai sót nhỏ đều có thể gây tổn thất về thời gian và tiền bạc thì đó lại là một vấn đề lớn.