پمپ دوزینگ (dosing pump)
دوزینگ پمپ جزو پمپ های جابجایی مثبت رفت و برگشتی است. پمپ دوزینگ قابلیت مکش از ارتفاع منفی (self-priming) و تزریق ماده در خطوط دارای فشار را دارد. از این نوع پمپ برای تزریق یک ماده شیمیایی در فشار مشخص، به مقدار مشخص و البته با قابلیت تنظیم به یک فرآیند مانند برج خنک کننده، بویلر، کلرزنی، رآکتور و ... استفاده می شود.
ساختار یک پمپ دوزینگ متشکل از بخش نیروی محرکه و بخش تزریق کننده یا هد پمپ (liquid end) است. هر یک از این بخش ها انواع و اجزایی دارند که در زیر به آنها پرداخته شده است:
بخش اول: نیروی محرکه
پمپ دوزینگ از نظر نیروی محرکه در سه مدل سولنوییدی، موتوری و پنوماتیک در دسترس است.
اغلب سازندگان برای تامین ظرفیت های کوچک تر از نیروی محرکه سولنوییدی و در سایر موارد از نیروی محرکه الکترو موتور استفاده می کنند. نیروی محرکه پنوماتیک به دلیل کمبود تقاضای بازار در مدل های کوچک و بسیار محدود تولید می شود.
پمپ دوزینگ سولنوییدی (Solenoid Driven dosing pump):
ساختار یک پمپ دوزینگ سولنوییدی متشکل از یک مگنت یا سولنویید است که هسته فلزی تعبیه شده در آن در اثر برق دار شدن لحظه ای سولنویید به حرکت درآمده و چند میلیمتر جابجا می شود. این حرکت باعث تغییر موقعیت دیافراگم یا پلانجر شده و تزریق ماده انجام می شود. به محض قطع شدن برق، فنر تعبیه شده در پشت هسته فلزی موقعیت آن را به جای قبل برگردانده و بدین ترتیب ماده مکش می شود. مقدار ظرفیت پمپ دوزینگ رابطه مستقیم با این تعداد رفت و برگشت (stroke) داشته و کاربر با تغییر این تعداد امکان تنظیم ظرفیت پمپ دوزینگ را دارد.
این پمپ ها در نمونه های دیواری (wall mounted) و در تکنولوژی های بالاتر در نمونه های رومیزی (foot mounted) تولید می شوند. پمپ های دوزینگ دیواری فقط با تغییر تعداد استروک قادر به کنترل میزان تزریق ماده شیمیایی هستند. اما مدل های رومیزی امکان تغییر حجم هر استروک را نیز داشته و از این لحاظ بر نمونه های دیواری برتری دارند.
پمپ های دوزینگ سولنوییدی با بهره گیری از بورد الکترونیکی که در آن تعبیه شده امکان افزودن گزینه های کنترل اتوماتیک از قبیل ورودی سیگنال های کنترلی و خروجی های آلارم را به راحتی دارد.
پمپ دوزینگ موتوری (Motor Driven Dosing pump):
ساختار پمپ دوزینگ موتوری متشکل از الکتروموتور و گیربکس است که حرکت چرخشی موتور توسط گیربکس به حرکت رفت و برگشت تبدیل شده و با استفاده از یک شافت به طور مستقیم دیافراگم (diaphragm dosing pump) یا پلانجر (plunger dosing pump) را به حرکت در می آورد.
در برخی از مدل ها این انتقال نیرو به طور غیر مستقیم و توسط یک بخش هیدرولیکی به دیافراگم (hydraulic diaphragm dosing pump) انجام می شود.
در اغلب پمپ های دوزینگ موتوری همانند مدل های سولنوییدی تزریق ماده با نیروی محرکه انجام می شود اما مکش ماده شیمیایی توسط یک فنر که در داخل جعبه دنده تعبیه شده صورت می گیرد (spring return). عمل مکش در برخی از پمپ های دوزینگ موتوری مستقیما توسط موتور انجام می شود. این دو مدل مزایا و محدودیت هایی نسبت به یکدیگر دارند که در زیر به آن اشاره شده است.
مزایای دوزینگ پمپ های سولنوییدی نسبت به دوزینگ پمپ های موتوری:
- پمپ های سولنوییدی قیمت اولیه، وزن، ابعاد، مصرف انرژی، هزینه جاری و اصطهلاک کمتری نسبت به پمپ های دوزینگ موتوری دارند.
- تعمیرات دوزینگ پمپ های سولنوییدی سریعتر و راحت تر از مدل های موتوری است.
- گزینه های کنترلی شامل ورودی های سیگنال و امکانات اتوماسیون در دوزینگ پمپ های سولنوییدی در دسترس تر و ارزان تر از مدل های موتوری است.
- استاندارد حفاظتی دوزینگ پمپ های سولنوییدی (IP) نسبت به مدل های موتوری بالاتر است. دوزینگ پمپ های سولنوییدی دارای IP65 یا بالاتر هستند و دوزینگ پمپ های موتوری در حالت استاندارد IP55 دارند که البته با صرف هزینه قابل ارتقا است.
مزایای دوزینگ پمپ های موتوری نسبت به دوزینگ پمپ های سولنوییدی:
- در بیشتر موارد مقاومت فیزیکی و استحکام دوزینگ پمپ های موتوری از مدل های سولنوییدی بیشتر است.
- امکان طراحی و ساخت دوزینگ پمپ موتوری برای شرایط خاص از جمله محیط های پر خطر یا برای مواد سمی یا قابل اشتعال و همچنین مناطق گرمسیر میسر است. اما در پمپ های دوزینگ سولنوییدی به دلیل وجود بورد الکترونیکی محدودیت زیادی وجود دارد.
- امکان طراحی و ساخت دوزینگ پمپ موتوری بر اساس استاندارد های جهانی مانند API675 و شرایط خاص میسر است اما در پمپ های دوزینگ سولنوییدی امکان پذیر نیست.
- کاربری پمپ های دوزینگ موتوری در محیط های باز که در معرض شرایط محیطی و نور آفتاب است مرسوم تر و امکان پذیر است. دوزینگ پمپ های سولنوییدی با بدنه پلاستیکی مقاومت مناسب در محیط باز و به خصوص در برابر نور آفتاب را ندارند.
- در شرایط خاص امکان کوپل کردن دو یا چند پمپ دوزینگ موتوری و استفاده از یک الکترو موتور وجود دارد. این گزینه در دوزینگ پمپ های سولنوییدی امکان پذیر نیست.
مقایسه دو حالت مکش در پمپ های دوزینگ موتوری:
در پمپ های دوزینگ موتوری بسته به طراحی گیربکس امکان مکش ماده با نیروی فنر (spring return) و یا با نیروی موتور وجود دارد. در مدل هایی که مکش با نیروی الکتروموتور انجام می شود، پمپ دوزینگ دارای قدرت مکش بیشتری است، اما محدودیت مهمی دارد که در صورت مسدود شدن خط مکش، باعث بروز خسارات جدی و سنگین به تجهیزات جانبی و خود پمپ دوزینگ می شود، و این محدودیتی است که مدل های فنر برگشت آن را ندارند. اما از طرف دیگر قدرت مکش آنها محدود به قدرت فنر موجود در گیربکس است.
بخش دوم: هد پمپ (liquid end)
دوزینگ پمپ دیافراگمی مکانیکی (mechanic diaphragm dosing pump)
این سری از دوزینگ پمپ ها پر مصرف ترین نوع دوزینگ پمپ را شامل می شود. تقریبا تمام دوزینگ پمپ های سولنوییدی و بخشی از دوزینگ پمپ های موتوری از این نوع هستند. در این مدل یک شافت فلزی یا پلاستیکی مستقیما به جعبه دنده یا سولنویید متصل بوده و از طرف دیگر نیز مستقیما به دیافراگم وصل است.
در مقایسه با دیگر انواع دوزینگ پمپ که در زیر به آنها پرداخته خواهد شد، این مدل از مزایایی از جمله قیمت اولیه مناسب تر و تعمیرات راحت تری برخوردار است، اما برخی محدودیت های آن نیز قابل توجه است. از جمله اینکه این مدل از فشار کاری و دقت پایین تری برخوردار است. بیشترین فشار کاری این دوزینگ پمپ ها تا 25 بار و صحت (accuracy) آن 2% است.
نکته مهم در تنظیم ظرفیت حداقل و حداکثر (Max. and Min. capacity) توجه به محدوده مجاز برای تنظیم پمپ است. هیچ دوزینگ پمپی توانایی تزریق دقیق ماده شیمیایی در محدوده 0 تا 100 درصد را ندارد. برای همه دوزینگ پمپ ها محدوده مجاز مینیمم و ماکزیمم (turndown ration) تعریف شده است. این مقدار در دوزینگ پمپ های دیافراگمی مکانیکی 3 به 10 یا به عبارتی از 30 تا 100 درصد است. این پمپ ها عمدتا در محدوده کمتر از 30 درصد قابل تنظیم هستند اما دقت کافی را ندارند.
دوزینگ پمپ دیافراگمی هیدرولیکی (hydraulic diaphragm dosing pump)
این سری از دوزینگ پمپ ها با نام پیستون-دیافراگم (piston-diaphragm) هم شناخته می شوند. در این مدل نیروی گیربکس توسط یک پیستون به بخش هیدرولیک منتقل شده و حرکت دیافراگم با فشار روغن هیدرولیک انجام می شود. دوزینگ پمپ های دیافراگمی هیدرولیکی معمولا مجهز به شیر اطمینان داخلی (internal relief valve) بوده که باعث حفاظت اجزای پمپ در برابر افزایش فشار خط می شود. فشار کاری و دقت این مدل از دوزینگ پمپ های مکانیکی دیافراگمی بالاتر است.
بیشترین فشار کاری این دوزینگ پمپ ها با دیافراگم پلیمری حدود 400 بار و صحت (accuracy) آن در مدل های مختلف از 5/0 تا 1% است.
محدوده مجاز مینیمم و ماکزیمم (turndown ration) تعریف شده برای این دوزینگ پمپ 1 به 10 و در برخی مدل ها 2 به 10 است.
مزیت های فنی این مدل باعث شده تا در اغلب پروژه های حساس از جمله صنایع پتروشیمی، گاز و نفت از این مدل استفاده شود. این دوزینگ پمپ ها می توانند بر اساس استاندارد API 675 ساخته شوند.
دوزینگ پمپ پلانجری (plunger dosing pump)
این سری از دوزینگ پمپ ها به دلیل امکان استفاده از آلیاژهای فلزی در تمام قطعات آن، امکان تامین فشارهای بالاتری نسبت به سایر مدل ها دارند. در این مدل یک پلانجر توسط یک شافت و مستقیما به گیربکس متصل است و حرکت رفت و برگشت آن در یک سیلندر باعث تزریق ماده شیمیایی می شود. برای جلوگیری از سایش و اصطکاک بین پلانجر و سیلندر، پلانجر توسط تعدادی پکینگ پلیمری مهار شده و طراحی به گونه ای است که ماده شیمیایی وظیفه خنک کردن پکینگ را برعهده دارد. بنابراین دوزینگ پمپ های پلانجری برخلاف مدل های دیافراگمی دارای نشتی هستند. میزان مجاز نشتی حدود 1 تا 2 قطره در دقیقه است.
وجود نشتی در دوزینگ پمپ های پلانجری عامل مهم و محدود کننده در تزریق مواد آتش گیر یا سمی هستند. عملا برای تزریق این مواد مجاز به استفاده از دوزینگ پمپ های پلانجری نیستیم.
بین پمپ های پلانجری و پیستونی تفاوت هایی وجود دارد که باعث می شود در متن بالا از واژه پیستونی استفاده نشده است. در اصل اگر در جایی به اشتباه اصطلاح دوزینگ پمپ پیستونی مشاهده شد، منظور همان پلانجر است. چرا که سازندگان دوزینگ پمپ معمولا پمپ پیستونی تولید نمی کنند.
بیشترین فشار کاری این دوزینگ پمپ ها با حدود 3000 بار و صحت (accuracy) آن 5/0% است.
محدوده مجاز مینیمم و ماکزیمم (turndown ration) تعریف شده برای این دوزینگ پمپ نیز 1 به 10 است.
مزیت های فنی باعث شده تا در پروژه های حساس از جمله صنایع پتروشیمی، گاز و نفت از این مدل نیز استفاده شود (البته برای مواد غیر سمی و غیر آتش زا). این دوزینگ پمپ ها می توانند بر اساس استاندارد API 675 ساخته شوند.
