Applicazioni delle pompe per fanghi nell'industria cartaria: condizioni di processo, selezione della pompa e compatibilità dei materiali

L'industria cartaria comprende molto più della semplice preparazione della pasta di cellulosa e della produzione della carta. Processi come la movimentazione delle materie prime, la vagliatura della pasta, il trattamento delle acque reflue, il trasferimento dei fanghi e la lavorazione dei riempitivi minerali implicano tutti la movimentazione di liquidi contenenti solidi in sospensione, particelle abrasive o materiali fibrosi.

In queste applicazioni, le pompe centrifughe per fanghi possono svolgere un ruolo importante nel trasferimento di fluidi abrasivi e contenenti solidi. Tuttavia, non tutte le paste o i liquidi di processo sono adatti a una pompa per fanghi convenzionale. La scelta corretta dipende dalle proprietà del fluido, tra cui la concentrazione di solidi, la granulometria, le caratteristiche delle fibre, l'abrasività, la corrosività e la viscosità.

Questo articolo esamina le possibili applicazioni delle pompe per fanghi nell'industria cartaria, i tipi di fluidi di processo adatti al pompaggio di fanghi e come selezionare il tipo di pompa, i materiali della parte idraulica e il sistema di tenuta più appropriati.

1. Perché si utilizzano le pompe per fanghi nell'industria cartaria?

Le cartiere utilizzano un'ampia varietà di fluidi di processo. Alcuni contengono acqua relativamente pulita e fibre corte, mentre altri trasportano sabbia, particelle minerali, frammenti di corteccia, residui di fibre e fanghi di depurazione.

Questi materiali solidi possono causare usura, ostruzioni e una riduzione dell'efficienza di pompaggio se viene selezionata la pompa sbagliata.

Una pompa per acqua convenzionale potrebbe non essere adatta a fluidi contenenti quantità significative di solidi abrasivi. Una pompa per fanghi, d'altro canto, è progettata con componenti idraulici robusti e materiali resistenti all'usura per gestire miscele solido-liquido impegnative.

Le caratteristiche tipiche che possono richiedere una pompa per fanghi includono:

• Particelle solide in sospensione che possono causare usura abrasiva.

• Sabbia, ghiaia e altri contaminanti duri.

• Materiali a base minerale come il carbonato di calcio e il caolino.

• Acque reflue contenenti residui fibrosi e impurità solide.

• Fanghi con caratteristiche di fluidità e granulometria adeguate.

Lo scopo principale dell'utilizzo di una pompa per fanghi in queste applicazioni è quello di garantire una movimentazione affidabile dei solidi, riducendo al contempo la manutenzione dovuta all'usura e i tempi di fermo imprevisti.

2. Principali applicazioni delle pompe per fanghi nell'industria cartaria

L'idoneità di una pompa per fanghi varia a seconda del processo e delle caratteristiche del fluido trasportato. Le seguenti applicazioni meritano di essere prese in considerazione.

2.1 Vaglio della polpa e rimozione delle impurità

Durante la preparazione e la vagliatura della pasta di cellulosa, materiali indesiderati come sabbia, detriti e altri contaminanti pesanti possono entrare nel processo.

Queste particelle possono danneggiare i componenti delle pompe convenzionali, in particolare la girante e il corpo pompa.

Per il trasferimento di flussi di scarti abrasivi e fluidi contenenti solidi provenienti da processi di vagliatura e pulizia, si possono utilizzare pompe per fanghi ad alta resistenza.

Nella scelta di una pompa per questa applicazione, i progettisti dovrebbero considerare:

• Concentrazione di sabbia e ghiaia.

• Dimensione massima delle particelle.

• Durezza e abrasività delle particelle.

• Contenuto di fibre e potenziale di groviglio.

• Portata e pressione di scarico richieste.

Per fluidi contenenti quantità significative di fibre lunghe, una pompa progettata specificamente per la movimentazione della pasta di cellulosa potrebbe essere più appropriata rispetto a una pompa convenzionale per fanghi da miniera.

2.2 Trattamento delle acque reflue della cartiera

Il trattamento delle acque reflue è una delle potenziali aree di applicazione delle pompe per fanghi nelle cartiere.

Le acque reflue della produzione di carta possono contenere frammenti di fibre, materiali di riempimento, solidi sospesi, sabbia e altri residui di processo. A seconda della fase di trattamento, questi materiali possono creare condizioni abrasive all'interno del sistema di pompaggio.

Le pompe per fanghi possono essere utilizzate per trasferire:

• Acque reflue contenenti solidi sospesi.

• Solidi sedimentati e sabbia.

• Acque reflue contenenti fibre con caratteristiche di flusso adeguate.

• Fanghi abrasivi e residui di processo.

La scelta della pompa deve basarsi sul contenuto effettivo di solidi, sulla granulometria, sulla composizione chimica delle acque reflue e sulle condizioni operative.

Per acque reflue con basso contenuto di solidi e scarsa presenza di materiale abrasivo, una pompa per acque reflue convenzionale può risultare più economica. Una pompa per fanghi diventa invece più indicata quando la presenza di particelle solide e l'usura abrasiva rappresentano problematiche significative.

2.3 Trasferimento dei fanghi negli impianti di trattamento delle acque reflue delle cartiere

I fanghi si generano durante le diverse fasi del trattamento delle acque reflue, tra cui la sedimentazione e altri processi di separazione solido-liquido.

Le sue proprietà possono variare considerevolmente a seconda del processo di trattamento. Alcuni fanghi sono relativamente diluiti e pompabili, mentre altri tipi presentano concentrazioni di solidi più elevate, maggiore viscosità e un comportamento di flusso più complesso.

Le pompe centrifughe per fanghi possono essere adatte per determinate operazioni di trasferimento di fanghi quando il mezzo ha una fluidità adeguata e non contiene fibre eccessivamente lunghe o solidi di dimensioni eccessive.

Prima di selezionare una pompa, è necessario valutare i seguenti parametri:

• Concentrazione totale di solidi.

• Densità e viscosità dei fanghi.

• Contenuto di fibre e particelle.

• Temperatura e composizione chimica.

• Portata richiesta e prevalenza dinamica totale.

Per fanghi altamente viscosi o non fluidi, le pompe volumetriche possono essere più adatte delle pompe centrifughe per fanghi.

2.4 Gestione di sabbia, detriti e rifiuti di processo

Sabbia e altre particelle dure possono entrare negli impianti delle cartiere attraverso la preparazione delle materie prime, la circolazione dell'acqua e le operazioni di pulizia del processo.

Queste particelle possono accumularsi in fosse di raccolta, pozzetti e sistemi di separazione.

Quando è necessario trasferire tali materiali, le pompe per fanghi ad alta capacità possono rappresentare una soluzione adeguata, a condizione che la granulometria e la concentrazione delle particelle rientrino nei limiti idraulici e meccanici della pompa.

Per applicazioni che coinvolgono particelle solide di dimensioni maggiori, si possono prendere in considerazione pompe per ghiaia. La loro scelta deve tenere conto della dimensione massima delle particelle, del peso specifico, della portata richiesta e delle condizioni di aspirazione disponibili.

2.5 Trasferimento di materiale di riempimento minerale e di rivestimento

Nella produzione della carta si utilizzano materiali minerali come il carbonato di calcio e il caolino per migliorarne le proprietà, tra cui la brillantezza, la levigatezza e la stampabilità.

Questi materiali vengono comunemente trattati sotto forma di sospensioni liquide.

Poiché le particelle minerali possono essere abrasive, nella scelta della pompa è necessario considerare la loro granulometria, la concentrazione, la durezza e la compatibilità chimica con i materiali della parte idraulica della pompa.

Le pompe per fanghi possono essere valutate per determinate applicazioni di trasferimento di materiali di riempimento minerali, soprattutto laddove l'usura abrasiva rappresenta un problema rilevante.

Tuttavia, non tutti i materiali di rivestimento sono adatti alle pompe centrifughe convenzionali per fanghi. Rivestimenti ad alta viscosità, soluzioni di amido e formulazioni chimiche specializzate possono richiedere altre tecnologie di pompaggio.

3. Quali fanghi dell'industria cartaria sono adatti alle pompe centrifughe per fanghi?

La sola presenza di solidi non determina se una pompa per fanghi sia adatta.

I fattori più importanti sono le proprietà fisiche e chimiche del mezzo.

Occorre fare una distinzione fondamentale tra sospensioni minerali abrasive e sospensioni di pasta fibrosa.

Una pompa per fanghi convenzionale per impieghi gravosi è progettata principalmente per gestire particelle solide e miscele abrasive. Una pompa specifica per pasta di cellulosa è progettata in base alle caratteristiche di flusso e ai requisiti di movimentazione delle fibre della pasta di cellulosa per carta.

Pertanto, una pompa per fanghi non dovrebbe essere automaticamente selezionata per ogni applicazione in cartiera che coinvolga pasta di cellulosa o fibre.

4. Come scegliere la pompa per fanghi più adatta alle applicazioni delle cartiere

Dopo aver verificato che il mezzo è adatto al pompaggio centrifugo di fanghi, il passo successivo consiste nel determinare la configurazione della pompa.

4.1 Selezionare il tipo di pompa in base alle condizioni di installazione e di esercizio

Le diverse applicazioni delle cartiere richiedono diverse strutture di pompaggio.

pompe orizzontali per fanghi

Le pompe orizzontali per fanghi per impieghi gravosi sono comunemente utilizzate per condotte di processo, trasferimento di acque reflue, fanghi abrasivi e altre applicazioni di pompaggio continuo.

La serie AH/AHR è adatta alla valutazione di applicazioni che coinvolgono miscele solido-liquido abrasive, con configurazioni della parte a contatto con il fluido in metallo o elastomero, selezionate in base al mezzo.

Pompe per ghiaia

Per applicazioni che coinvolgono particelle solide di dimensioni maggiori, sabbia, ghiaia o residui di processo grossolani, si può prendere in considerazione una pompa per ghiaia.

La serie G/GH è progettata per applicazioni impegnative di movimentazione di solidi. La dimensione massima delle particelle e le condizioni di flusso richieste devono essere verificate in base al modello specifico della pompa.

pompe sommergibili verticali

Quando i liquidi di processo si accumulano in fosse, pozzetti o serbatoi sotterranei, le pompe di drenaggio verticali possono rappresentare un'alternativa alle installazioni orizzontali.

La serie SP/SV può essere valutata per applicazioni di movimentazione di solidi sommersi.

La serie SP non richiede una tenuta dell'albero convenzionale o un sistema di tenuta dell'acqua esterno, risultando quindi adatta per determinate applicazioni in pozzetto.

Nella selezione finale si dovrebbero considerare anche il livello del liquido, la profondità di immersione, l'accumulo di solidi e la possibilità di impigliamento delle fibre.

4.2 Considerare la concentrazione di solidi, la granulometria e le caratteristiche delle fibre

La concentrazione di solidi è un parametro di selezione importante, ma non dovrebbe essere considerata in modo indipendente.

Due sospensioni con la stessa concentrazione di solidi possono presentare caratteristiche di pompaggio molto diverse a causa delle differenti dimensioni, forme, densità e contenuto di fibre delle particelle.

Per esempio:

• Le acque reflue contenenti sabbia richiedono particolare attenzione alla resistenza all'abrasione e al passaggio delle particelle.

• Le sospensioni minerali fini richiedono di tenere in considerazione la concentrazione di solidi, la viscosità e l'usura.

• Le acque reflue contenenti fibre richiedono attenzione al passaggio della girante e alla possibilità di accumulo di fibre.

• La pasta fibrosa ad alta concentrazione può richiedere attrezzature di pompaggio specializzate.

La pompa deve essere selezionata in base al fluido specifico, piuttosto che in base a una classificazione generale della concentrazione.

4.3 Calcolare la portata richiesta e la prevalenza dinamica totale

La portata richiesta e la prevalenza dinamica totale sono parametri fondamentali per la selezione della pompa.

Gli ingegneri dovrebbero considerare:

• Portata operativa richiesta.

• Altezza di sollevamento statica.

• Lunghezza e diametro della tubazione.

• Perdite per attrito e resistenza locale.

• Numero di curve, valvole e raccordi.

• Modifiche delle condizioni operative.

Nel caso di fanghi abrasivi, la velocità del fluido nella tubazione deve essere sufficiente a impedire la sedimentazione indesiderata delle particelle, ma una velocità eccessiva può aumentare l'usura e il consumo energetico.

Il punto di funzionamento della pompa deve essere valutato in base alla curva effettiva del sistema, anziché essere scelto esclusivamente in base alla portata nominale della pompa.

5. Come scegliere i materiali per la fase umida delle sospensioni in cartiera

La scelta dei materiali è fondamentale perché i fluidi utilizzati nei processi di produzione della carta possono contenere solidi abrasivi, sostanze chimiche corrosive o entrambi.

Il materiale appropriato dipende dal meccanismo di rottura dominante.

5.1 Lega ad alto contenuto di cromo

La ghisa bianca ad alto contenuto di cromo è comunemente utilizzata per i componenti delle pompe per fanghi esposti a particelle minerali abrasive.

Può essere preso in considerazione per applicazioni che coinvolgono:

• Sabbia e ghiaia.

• Particelle minerali dure.

• Acque reflue abrasive.

• Alcune sospensioni di riempitivi minerali.

Le leghe ad alto contenuto di cromo offrono una buona resistenza all'abrasione, ma non rappresentano una soluzione universale per ambienti chimicamente aggressivi.

La sua resistenza alla corrosione deve essere verificata in relazione al mezzo, alla temperatura e alla composizione chimica effettivi.

5.2 Gomma naturale e altri elastomeri

Per determinate applicazioni che coinvolgono particelle fini e richiedono condizioni chimiche adeguate, è possibile prendere in considerazione componenti per pompe per fanghi rivestiti in gomma.

Possono essere adatti per determinate acque reflue a particelle fini e fanghi minerali.

Tuttavia, la compatibilità della gomma dipende dalla dimensione delle particelle, dalla forma delle particelle, dalla temperatura e dall'esposizione a sostanze chimiche.

Particelle grossolane o appuntite, temperature elevate e sostanze chimiche incompatibili possono limitare l'utilizzo dei materiali elastomerici.

5.3 Acciaio inossidabile e leghe resistenti alla corrosione

Alcuni fluidi di processo utilizzati nelle cartiere contengono sostanze chimiche acide o alcaline, cloruri e altre sostanze corrosive.

In queste applicazioni, la resistenza alla corrosione deve essere valutata insieme alla resistenza all'abrasione.

L'acciaio inossidabile, l'acciaio inossidabile duplex e altre leghe resistenti alla corrosione possono essere presi in considerazione a seconda di:

• valore del pH.

• Concentrazione di cloruro.

• Temperatura di esercizio.

• Composizione chimica.

• Condizioni ossidanti o riducenti.

Per i fluidi con proprietà sia abrasive che corrosive, la scelta del materiale dovrebbe basarsi sulla combinazione dei meccanismi di usura e corrosione.

Non si deve presumere che lo stesso materiale sia adatto a tutte le acque reflue delle cartiere, ai liscivi neri, ai liscivi verdi o ai flussi di processo di sbiancamento.

6. Scegliere la giusta configurazione di tenuta dell'albero

Il sistema di tenuta deve essere scelto in base al fluido, alla pressione di esercizio, alla temperatura e ai requisiti di manutenzione.

6.1 Sigillo della ghiandola

Le guarnizioni a premistoppa sono comunemente utilizzate nelle applicazioni gravose con pompe per fanghi.

Tra i loro vantaggi si annoverano la costruzione relativamente semplice e la manutenzione agevole.

Tuttavia, le guarnizioni di tenuta richiedono generalmente un lavaggio o una lubrificazione adeguati per controllare le perdite e ridurre l'usura del manicotto dell'albero.

Per le acque reflue e i fanghi abrasivi delle cartiere, il sistema di lavaggio deve essere progettato in base alla quantità di solidi presenti e alle condizioni operative effettive.

6.2 Tenuta meccanica

Le tenute meccaniche possono ridurre le perdite e sono adatte ad applicazioni in cui è richiesta una tenuta controllata.

Tuttavia, particelle sospese, fibre e solidi abrasivi possono compromettere le superfici di tenuta.

Il materiale di tenuta, il sistema di lavaggio e il sistema ausiliario devono pertanto essere selezionati con cura.

6.3 Doppia tenuta meccanica

Per determinate applicazioni in ambienti corrosivi o sensibili alle condizioni ambientali, si può prendere in considerazione una doppia tenuta meccanica con un sistema di fluido barriera o tampone adeguato.

Questa configurazione può fornire un maggiore controllo delle perdite, ma richiede anche apparecchiature ausiliarie adeguate e un sistema di monitoraggio.

La scelta tra tenute a baderna e tenute meccaniche dovrebbe basarsi sulle effettive condizioni operative, piuttosto che presumere che un sistema di tenuta sia sempre superiore all'altro.

Per le pompe sommergibili verticali, il sistema di tenuta dell'albero deve essere verificato in base al progetto specifico della pompa. La serie SP, ad esempio, non richiede una tenuta dell'albero convenzionale.

7. Problemi comuni causati da una selezione errata della pompa per fanghi

Una selezione errata della pompa può comportare costi di manutenzione più elevati, una riduzione dell'efficienza produttiva e tempi di inattività imprevisti.

I problemi più comuni includono:

Usura eccessiva delle giranti e dei rivestimenti

Ciò può verificarsi quando le particelle abrasive sono più concentrate o più dure del previsto, oppure quando la pompa funziona in condizioni idrauliche non idonee.

Accumulo e ostruzione delle fibre

Se la pompa non è progettata per fluidi fibrosi, le fibre lunghe possono impigliarsi attorno alla girante o accumularsi in passaggi stretti.

Portata insufficiente

Un dimensionamento errato della pompa, una sottovalutazione della resistenza della tubazione o la mancata considerazione delle proprietà della sospensione possono comportare una portata effettiva insufficiente.

Perdita di tenuta

Un lavaggio inadeguato, particelle abrasive, una selezione errata delle guarnizioni o condizioni operative inadatte possono accelerare l'usura delle guarnizioni.

Elevato consumo energetico

Pompe sovradimensionate, funzionamento lontano dal punto di massima efficienza e un'eccessiva resistenza delle tubazioni possono aumentare i costi operativi.

Per evitare questi problemi, la scelta della pompa dovrebbe basarsi su dati di processo precisi e sulle proprietà effettive del fluido trasportato.

8. Quali informazioni sono necessarie per la selezione della pompa per fanghi negli impianti di produzione di carta?

Quando si richiede un preventivo per una pompa per fanghi, fornire informazioni complete sul funzionamento aiuta il produttore a valutare l'applicazione e a consigliare una configurazione adeguata.

Le seguenti informazioni sono particolarmente importanti:

Nelle applicazioni che prevedono l'utilizzo di particelle abrasive, anche la durezza e la forma delle particelle risultano utili.

Nel caso di materiali fibrosi, è necessario chiarire la lunghezza delle fibre e il potenziale di aggrovigliamento.

Nel caso di fluidi di processo corrosivi, la composizione chimica e la temperatura di esercizio sono fattori essenziali per la scelta dei materiali e dei sistemi di tenuta più adatti per la parte a contatto con il fluido.

9. Soluzioni di pompaggio per fanghi CNSME per l'industria cartaria

CNSME PUMP è specializzata in pompe centrifughe per fanghi per impieghi gravosi e componenti soggetti a usura per applicazioni industriali esigenti.

Per l'industria cartaria, le soluzioni di pompaggio CNSME possono essere valutate per specifiche applicazioni di processo che prevedono il trasferimento di acque reflue abrasive, fluidi contenenti sabbia, fanghi idonei e sospensioni a base minerale.

A seconda delle condizioni operative e dei requisiti di installazione, è possibile prendere in considerazione le seguenti serie di prodotti:

• AH/AHR Pompe orizzontali per fanghi Adatto per miscele solido-liquido abrasive e acque reflue di processo.

• Pompe per ghiaia G/GH: per applicazioni che coinvolgono particelle solide di grandi dimensioni e richiedono una movimentazione di solidi impegnativa.

• Pompe sommergibili verticali SP/SV: per il pompaggio di fluidi sommersi da pozzetti, vasche e serbatoi contenenti fluidi con presenza di solidi.

Sono disponibili configurazioni della parte idraulica in metallo ed elastomero per diverse condizioni di usura, nel rispetto della compatibilità chimica e dei requisiti applicativi.

Per la pasta di cellulosa a fibra lunga, la pasta ad alta consistenza, i rivestimenti ad alta viscosità e i liquidi di processo chimicamente aggressivi, l'applicazione deve essere valutata attentamente per determinare se una pompa centrifuga convenzionale per fanghi sia appropriata o se sia necessaria un'attrezzatura di pompaggio specializzata.

Grazie alla comprensione del mezzo e delle condizioni operative reali, CNSME può contribuire a valutare le configurazioni più adatte delle pompe per fanghi per le applicazioni negli impianti di produzione di carta.

Contatta CNSME PUMP

Se state cercando una pompa per fanghi per un impianto di trattamento delle acque reflue di una cartiera, per fanghi di processo abrasivi, fluidi contenenti sabbia o applicazioni di trasferimento di fanghi, contattate CNSME PUMP fornendoci i vostri parametri operativi.

Il nostro team può analizzare le caratteristiche del fluido, la portata richiesta, la prevalenza di pompaggio, la disposizione di installazione e i requisiti dei materiali per valutare una soluzione di pompaggio adeguata.