1. De beste pomp voor uw toepassing/
  2. Industrieën/
  3. Chemische industrie/
  4. Chemicaliën veilig verpompen met verschillende pomptechnologieën

Overdracht van gevaarlijke vloeistoffen

Chemicaliën worden als gevaarlijk beschouwd als ze giftig, zeer corrosief of vluchtig zijn. Chemicaliën kunnen om verschillende redenen gevaarlijk zijn; ze kunnen de gezondheid van een persoon aantasten, rechtszaken veroorzaken in geval van ernstige schade en ze kunnen het milieu en onze voedselketen vervuilen, zoals met pesticiden. 

Voor industriële gebouwen leggen deze gevaren een grote verantwoordelijkheid bij het personeel, de procedures en de installatieapparatuur om veilig en betrouwbaar te zijn. Dit artikel gaat over pompoplossingen voor de veilige omgang met verschillende gevaarlijke chemicaliën.  

Het gevaar van chemicaliën

Veel chemicaliën en oplosmiddelen worden gebruikt bij de productie van allerlei consumptiegoederen en industriële processen. Deze chemicaliën kunnen worden gebruikt als onderdeel van het productieproces, zoals in chemische verwerking,de farmaceutische industrie of de behandeling van afvalwater.  Chemicaliën kunnen ook worden gebruikt om producten te reinigen, te behandelen of af te werken, bijvoorbeeld bij het beitsen van metalen of het reinigen van apparatuur die wordt gebruikt in hygiënische voedselprocessen (bijvoorbeeld natriumhydroxide in een CIP-proces). Chemicaliën kunnen ook bestanddelen van een oplossing zijn, zoals Tolueen of Methylbenzeen, die gewoonlijk worden gebruikt als oplosmiddel in lijmverbindingen zoals superlijm. Bij inademing kunnen deze oplosmiddelen het centrale zenuwstelsel aantasten, bijvoorbeeld geheugenverlies, en het is bekend dat ze kanker veroorzaken. 

Zwavelzuur is het meest gebruikte zuur in de industrie. Het wordt gebruikt bij de productie van meststoffen en als elektrolyt in autobatterijen. Zwavelzuur veroorzaakt bij contact met de huid ernstige brandwonden; daarom is het belangrijk het productieproces zo in te richten dat het risico van lekkage bij het verpompen van chemicaliën wordt geëlimineerd.

De achtergrondaanwezigheid van chemicaliën in de omgeving van de installatie is een belangrijk aspect van het productieproces.

De aanwezigheid van chemicaliën op de achtergrond is ook belangrijk. Zoutzuur bijvoorbeeld kan de ogen, het tandglazuur en het ademhalingssysteem aantasten, met langdurige gevolgen voor de gezondheid van de werknemers. Wanneer de chemische stof zeer giftig is, zoals waterstoffluoride of vluchtig, zoals aceton, is het voor de veiligheid van de fabriek als geheel van cruciaal belang om de aanwezigheid van de achtergronddamp tot een minimum te beperken.

Dikwijls komen de chemicaliën in vaten of containers bij de fabriek aan, van waaruit ze in de productieruimte worden overgebracht naar reactoren, opslagtanks of productielijnen. Tijdens het productieproces worden ze verdund, gemengd met andere chemicaliën of vaste stoffen in suspensie. Als de chemische stof wordt gemengd met verschillende soorten materialen, moet deze mogelijk door een filtratiesysteem worden geleid om de oorspronkelijke chemische stof terug te krijgen. Aangezien deze chemicaliën een bedreiging vormen voor het plaatselijke milieu, moeten zij zodanig worden behandeld dat het risico van lekkage of incidenten wordt beperkt of volledig wordt weggenomen.

Lekvrije werking en insluiting van de media

Het afdichtingssysteem is een kritisch aspect in de veilige werking van een pomp. 

"Een pomp is zo goed als zijn afdichting" is een bekend gezegde in de wereld van de industriële pompen. Het pompprincipe stelt vaak beperkingen aan het type afdichting dat kan worden gebruikt. Dit wordt in detail uitgelegd door asdichte pompen te vergelijken met pompen zonder afdichting.

Roterende asafdichtingspompen

De meeste pompen met asafdichting, zoals draaizuigerpompen, centrifugaalpompen, tandwielpompen en schottenpompen, vereisen een afdichtingsmechanisme tussen de draaiende as en de te verpompen vloeistof.

De eenvoudigste methode is het gebruik van pakkingringen. Een nadeel bij het gebruik van pakkingringen is de warmteontwikkeling, die problemen kan veroorzaken in explosiegevaarlijke gebieden. Bovendien kan een pakking alleen werken door de verpompte vloeistof te gebruiken als smeer- en koelmiddel voor de pakkingringen. Een pakkingbus heeft voortdurend onderhoud nodig omdat de pakkingringen door slijtage moeten worden aangedraaid, maar het inherente risico van lekkage is altijd aanwezig. Dit probleem kan nog worden verergerd door vloeistoffen die bij contact met lucht kristalliseren, zoals lakken, waardoor de abrasieve slijtage van de pakking toeneemt.

Om het risico van verdamping van de vloeistof te verminderen, kan de pakking worden voorzien van een lantaarnring en een demper (zie fig. 2). De verpompte vloeistof kan echter nog steeds door de pakkingringen dringen, die zich vóór de lantaarnring bevinden, en zal worden verdund in de blusvloeistof. Als het niveau en/of de druk van de spervloeistof daalt, gaat er een alarm af dat aangeeft dat er een storing is en dat de pomp moet worden onderhouden. Voor de eindgebruiker is dit type pompinstallatie kostbaar in termen van vervanging van afdichtingen, spervloeistof, spoelen en montage, alsmede de kosten van stilstand. Als het systeem niet wordt gealarmeerd, is een catastrofaal lek onvermijdelijk.

Mechanische afdichtingen

Een mechanische afdichting biedt een veiligere oplossing en is veel gebruikelijker in procespompen dan pakkingbussen. De mechanische afdichting heeft als bijkomend voordeel dat de verende spanning een doorlopend afdichtingsvlak creëert, waarbij de procesvloeistof als smeer- en koelmiddel tussen de afdichtingsvlakken fungeert. Aangezien de mechanische afdichting roteert tegen een stilstaand oppervlak, is de afdichting onderhevig aan abrasieve slijtage. Het resultaat van het gebruik van een enkele mechanische afdichting is dat de vloeistof gaat "lekken" en verdampen, waardoor een achtergrond van verdampte chemicaliën ontstaat of, in het ergste geval, de vloeistof in de atmosfeer vrijkomt. 

Wanneer er een dubbel mechanisch afdichtingssysteem aanwezig is, moet de primaire afdichting worden geïnspecteerd en uiteindelijk vervangen, of zal een defecte afdichting als gevolg van slijtage door schuren een daling van de druk of het vloeistofniveau in de quench veroorzaken, waardoor de operator alarm slaat. Als de pomp niet wordt gealarmeerd of niet wordt onderhouden, kan ook de secundaire afdichting het begeven, waardoor er vloeistof in de atmosfeer vrijkomt.

Het komt zelden voor dat een dubbele mechanische afdichtingspomp in de atmosfeer terechtkomt, maar het gebruik van dit systeem brengt wel kosten met zich mee. Het quenchsysteem onder druk vereist een thermo-sifon systeem en/of een extra pomp om de druk te handhaven, naast de kosten van 4 afdichtingsvlakken en de arbeidskosten voor installatie, inspectie en onderhoud. 

Dichtingsloze pompen 

Hoewel ze "zonder afdichting" worden genoemd, hebben deze pompen wel degelijk afdichtingen, meestal o-ringen die een statische afdichting vormen tussen de flensvlakken van de huisdelen. Het kritische aspect is waar de afdichtingen zich bevinden, aangezien de term "zonder afdichting" betekent dat de pomp geen asafdichting heeft die in contact staat met bewegende delen, zodat deze niet onderhevig zijn aan abrasieve slijtage door een draaiend mechanisme. In plaats daarvan wordt de vloeistof verwerkt in een gesloten pompkamer, zoals in magnetisch aangedreven pompen, slangenpompen en luchtgedreven dubbelmembraanpompen. 

Als de materialen die in contact komen met de procesvloeistof chemisch compatibel zijn, zorgt de pomp voor volledige insluiting.

De magneetaangedreven oplossing

De bevochtigde delen van mag-drive pompen zijn gewoonlijk gemaakt van roestvrij staal, kunststof of metaal, bekleed met een polymeer, zoals ETFE. Een voering kan een uitstekende oplossing zijn, omdat deze de chemische weerstand biedt tegen corrosieve vloeistoffen en de sterkte en duurzaamheid van een metalen omhulsel. Veel magneetaangedreven pompen werken jarenlang, zelfs tientallen jaren in processen zonder enige storing. Dit komt door de inherente robuustheid van het werkingsprincipe. Onder normale werkomstandigheden is het enige slijtbare onderdeel het lager, dat doorgaans om de 2 jaar moet worden geïnspecteerd met een verwachte levensduur van 5 jaar als de vloeistof schoon en niet-schurend is. Veel chemische fabrikanten met ATEX-zones, raffinaderijen en afgelegen locaties kiezen standaard voor magneetventielen vanwege de prestaties en betrouwbaarheid ervan.

Wanneer een vloeistof viskeuzer is dan 200-250cPs of vaste stoffen bevat, zijn magneetpompen ongeschikt, omdat de vloeistof dan niet gemakkelijk genoeg in het stromingstraject komt en de lagers en magneetsamenstellingen te zwaar worden belast. Harde vaste stoffen zoals gruis of zand zullen de pomp zeer snel slijten en zelfs catastrofaal uitvallen als de vaste stof groter is. In dit stadium zou een verdringerprincipe geschikter zijn. Een voorbeeld hiervan is de productie van verf en lak waarbij giftige, viskeuze harsen worden gebruikt die cyanideverbindingen bevatten. 

Het verdringingsalternatief

Een peristaltische pomp die een flexibele slang gebruikt om de vloeistof te kanaliseren en een rotor om de aandrijving en de zuiging te verzorgen, is een andere oplossing zonder zeewater voor het hanteren van gevaarlijke vloeistoffen.

Wanneer een chemische stof sterk schurend is, zoals kalksuspensie of onderhevig is aan uitgassing, zoals natriumhypochloriet, is het peristaltische principe ideaal voor het verwerken van dergelijke moeilijke vloeistoffen. 

De slang zelf kan worden vervaardigd uit verschillende rubbermengsels zoals natuurrubber, nitril, EPDM en Hypalon. Bij elke omwenteling van de schoen en de rotor wordt de slang samengedrukt en losgelaten, waarbij wordt vertrouwd op de elastische en duurzame eigenschappen van de slang. Thermokunststoffen en metalen materialen vallen hierdoor weg vanwege hun broze en stijve aard. 

Peristaltische pompen zijn daarom beperkt in het verpompen van oplosmiddelen en andere chemicaliën die niet compatibel zijn met rubber. 

Tijdens de levensduur van de slang zal de elasticiteit van de rubberen slang afnemen, waardoor het zuigvermogen en het debiet afnemen. Omdat de slang aan slijtage onderhevig is, kunnen stukjes rubber van de slang afbreken en in de vloeistof terechtkomen. 

Alle slangen zijn onderhevig aan slijtage.

Alle slangen zijn aan slijtage onderhevig en zullen het uiteindelijk begeven, waardoor de slang breekt en de procesvloeistof in de behuizing terechtkomt, die gewoonlijk van gietijzer of aluminium is gemaakt. Slangenpompen kunnen worden uitgerust met een slangbreukbeveiliging die een drukopbouw detecteert. De drukopbouw activeert een sensor, zodat de pomp moet worden onderhouden. Als de pomp niet wordt onderhouden, kunnen de interne onderdelen van de pomp, zoals het huis zelf, de lagers, de aandrijving en zelfs de tandwielkast onherstelbaar worden beschadigd, omdat deze alleen worden beschermd door een eenvoudige lipafdichting die gemakkelijk kan breken bij drukopbouw en/of chemische aantasting door de procesvloeistof.

Luchtaangedreven dubbelmembraanpompen

Standaard luchtbediende dubbelmembraanpompen (AODD) zijn gemaakt van metaal of spuitgietkunststoffen zoals polypropyleen of PVDF. Deze materialen kunnen de meeste gangbare chemicaliën en oplosmiddelen aan; voor sommige chemische verbindingen is het echter moeilijk om het juiste pompmateriaal te kiezen. Als hogere temperaturen nodig zijn, zijn de gegoten kunststof pompen beperkt tot +90°C.  De membranen kunnen van verschillende materialen zijn gemaakt (rubbers of thermoplasten), maar voor chemicaliën en oplosmiddelen worden meestal PTFE-membranen gebruikt. De membranen scheiden de verpompte vloeistof van de luchtkamer.

Verschillende delen van de pomp kunnen beperkingen hebben door de eigenschappen van de materialen, zoals stijfheid, temperatuurbeperkingen, chemische weerstand of de kosten. Een voorbeeld is een luchtgedeelte van polypropyleen en het pomphuis van PVDF. 

Bij een membraanbreuk zal de vloeistof het membraan passeren en in het luchtgedeelte terechtkomen. Als dit niet gemaakt is van een materiaal dat 100% chemisch resistent is, zal het luchtgedeelte door het medium worden aangetast. Een lekdetectiesensor in het luchtgedeelte kan een breuk van de membranen helpen opsporen, maar dit is verre van ideaal omdat de sensoren in de luchtzijde van de pomp worden geplaatst. De detectie van een breuk zal alleen plaatsvinden wanneer de verpompte chemicaliën al zijn ontsnapt naar de perslucht en uit de pomp kunnen worden verplaatst naar de atmosfeer voordat de sensoren de breuk zullen detecteren.

Gespecialiseerde chemische AODD-pompen

Specifiek ontworpen en vervaardigd voor de behandeling van corrosieve chemicaliën in de meest gevaarlijke omgevingen, zijn bewerkte AODD-pompen van zuiver PTFE beschikbaar voor de meest kritische toepassingen.

Verwijderd PTFE is chemisch inert, zodat het met geen enkel medium reageert. Helaas is het onmogelijk om een spuitgietproces te gebruiken voor zuiver PTFE; daarom moeten pompen van dit materiaal worden vervaardigd uit een massief blok materiaal. Eindgebruikers profiteren hiervan, omdat zij met deze pomp alle chemicaliën en oplosmiddelen kunnen verwerken zonder risico op corrosie waardoor gevaarlijke vloeistoffen vrijkomen.

Wanneer het werkgebied als gevaarlijk wordt beschouwd vanwege explosiegevaar (ATEX), kan een kleine hoeveelheid koolstof aan het PTFE worden toegevoegd. De koolstofmoleculen zijn volledig omgeven door PTFE-moleculen, dus de chemische eigenschappen blijven hetzelfde, maar de koolstof maakt het PTFE elektrisch geleidend, zodat het voldoet aan de eisen van de Europese ATEX 94/9/EG-richtlijnen.

Extra veiligheidsmaatregelen

Zoals bij alle AODD-pompen doet zich het probleem van een gescheurd membraan voor, waarbij de verpompte vloeistof in de luchtzijde van de pomp terechtkomt. Omdat dit type pomp wordt bewerkt en niet gegoten, is het technisch eenvoudig en kostenefficiënt om accessoires toe te voegen, zoals barrièrekamers en afvoerkanalen, om een extra veiligheidslijn toe te voegen voor het personeel en de omgeving.

Barrièrekamers

Een barrièrekamer is een oplossing voor het inherente probleem van een gescheurd membraan, waardoor een gevaarlijke vloeistof in de luchtkamer terechtkomt en uiteindelijk via de uitlaat naar buiten komt voordat een sensor de vloeistofstroom kan afsluiten.

Een barrièrekamer werkt door middel van een

Het barrièresysteem werkt door een extra membraan toe te voegen tussen de lucht en de procesvloeistof om als barrière te dienen als het primaire membraan scheurt. Hierdoor ontstaat een extra kamer, die wordt gevuld met een neutrale vloeistof zoals gedemineraliseerd water en twee sensoren die de aanwezigheid van de neutrale vloeistof detecteren en een andere voor de toestand van de elektrische geleiding van de vloeistof. In geval van een membraanstoring verandert de gevaarlijke vloeistof de toestand van de neutrale vloeistof, wat leidt tot een verandering van de geleidbaarheid, die door de sensor wordt doorgegeven om de operator te waarschuwen.

Afvoerleidingen

Dankzij het werkingsprincipe van een AODD zal één van de pompkamers altijd gevuld zijn met vloeistof, zelfs wanneer de pomp is gestopt. De zuigkogels voorkomen dat er vloeistof uit de pomp stroomt. 

Wanneer een pompsysteem moet overschakelen van het ene medium naar het andere, is het belangrijk dat er geen vloeistof in de pompkamer achterblijft om kruisbesmetting en chemische reacties in de pomp te voorkomen wanneer de nieuwe vloeistof de pompkamer binnenkomt.

Bij onderhoud is het ook van belang dat er geen vloeistof in de pompkamers achterblijft.

Aangezien de wanden van een massief bewerkte AODD-pomp relatief dik zijn, is het mogelijk kanalen in het zijhuis te boren zonder de structurele integriteit van het huis aan te tasten. Deze afvoerkanalen maken het mogelijk om de pomp af te tappen voordat wordt overgeschakeld op een ander medium of voordat wordt begonnen met onderhoudswerkzaamheden. 

Samenvatting

De kritieke punten bij het kiezen van een pomp voor het omgaan met gevaarlijke chemicaliën en oplosmiddelen zijn: