Agregaty pompowe przemysłowe: dobór i zastosowanie

Agregaty pompowe oraz pompy różnych typów i rodzajów znajdują zastosowanie niemal wszędzie i stanowią niezwykle istotny element całego rynku. Urządzenia te pracują bez przerwy w każdym zakładzie produkcyjnym, fabryce, elektrowni, warsztacie, dużym magazynie, pojeździe, firmie, a także w domach i mieszkaniach, a nawet w organizmach żywych (np. serce). Pompy są drugimi najczęściej wykorzystywanymi urządzeniami na świecie, zaraz po silnikach. Rynek pomp jest ogromny i obejmuje wszystkie sektory gospodarki.W dobie dynamicznego rozwoju przemysłu, gdzie wydajność, niezawodność i optymalne zarządzanie zasobami są kluczowe dla konkurencyjności i rentowności, agregaty pompowe są nieodzownym elementem infrastruktury. Nie tylko zapewniają one ciągłość procesów produkcyjnych, ale również skuteczną kontrolę nad przepływem cieczy w różnych stanach agregacyjnych. Wybór odpowiedniego agregatu pompowego jest zatem nie tylko wyzwaniem technicznym, ale przede wszystkim strategicznym aspektem efektywnego funkcjonowania przedsiębiorstwa. Odpowiednio dobrany agregat zwiększa wydajność procesów i minimalizuje koszty eksploatacji, poprzez optymalne wykorzystanie energii oraz zmniejszenie ryzyka awarii i przestojów. Dlatego proces selekcji agregatu pompowego wymaga kompleksowej analizy wymagań operacyjnych, specyfiki środowiska pracy i dostępnych technologii. W tym artykule przyjrzymy się bliżej zagadnieniu doboru i zastosowania agregatów pompowych w przemyśle, analizując kluczowe czynniki wpływające na proces wyboru oraz ich różnorodne praktyczne zastosowania w różnych sektorach przemysłu.

Czym charakteryzują się agregaty pompowe ?
Agregaty pompowe charakteryzują się różnorodnością konstrukcji i zastosowań, obejmując między innymi pompy wirowe i wyporowe. Pompy wirowe działają na zasadzie obracającego się elementu (np. wirnika), tworząc podciśnienie i zwiększając ciśnienie cieczy w korpusie pompy. Pompy wyporowe, z kolei, wykorzystują ruch tłoka, ślimaka lub innego elementu do wypierania cieczy z określonej przestrzeni. Obie kategorie pomp mają szerokie zastosowanie w przemyśle, różniąc się mechanizmem działania i efektywnością w zależności od konkretnych wymagań aplikacji i parametrów fizykochemicznych pompowanego medium. Agregaty pompowe wykazują zróżnicowanie konstrukcyjne i funkcjonalne, co pozwala na ich szerokie zastosowanie w różnych obszarach przemysłu. Przykładowo, pompy wirowe są często stosowane w systemach zaopatrzenia w wodę, nawadniania, oczyszczalniach ścieków, zwalczani skutków powodzi, oraz w rafineryjnych i przemyśle chemicznym do transportu cieczy o relatywnie niskiej lepkości. Z kolei pompy wyporowe znajdują zastosowanie w przetwórstwie spożywczym, farmaceutycznym, petrochemicznym i chemicznym, gdzie przemieszczają ciecze o wysokiej lepkości, zawiesiny czy inne substancje chemiczne. Dzięki swojej konstrukcji, pompy te mogą pracować w trudnych warunkach, obsługując ciecze agresywne, wysokotemperaturowe lub wymagające delikatnego traktowania. Każdy typ pompy jest zaprojektowany do specyficznych zastosowań w zależności od charakterystyki przetwarzanej cieczy oraz wymagań instalacji. Więcej szczegółowych informacji o zasadach działania różnych typów pomp można znaleźć na literaturze branżowej i opracowaniach naukowych poświęconych tematyce pomp.

Szerokie zastosowania agregatów pompowych
Agregaty pompowe, dostępne w różnorodnych typach i rodzajach, wykazują wszechstronność, znajdując zastosowanie w wielu kontekstach - od wydobycia surowców, przez działania straży pożarnej i wojska, po budownictwo, petrochemię i farmację. Ich zdolność do pracy w różnych, często trudnych warunkach - w agresywnych środowiskach, strefach zagrożonych wybuchem, przy ciągłej pracy z medium o różnej lepkości, czy w projektach hydrotransportu - sprawia, że są nieocenione. Kluczowe znaczenie ma odpowiedni dobór pompy, uwzględniający obliczenia hydrauliczne, dostosowany do specyfiki zastosowań. Jak wspomniano, agregaty pompowe znajdują zastosowanie w szerokiej gamie aplikacji przemysłowych i codziennych, w tym: Zaopatrzenie w wodę do użytku domowego i przemysłowego - agregaty pompowe do wody pitnej. Systemy nawadniania w rolnictwie - agregaty pompowe, pompy samozasysające, pompy ze wspomaganiem próżniowym zasysania do transferu wody na duże odległości. Oczyszczalnie ścieków - pompy i agregaty pompowe do transfer ścieków, osadów, szlamu i wody technologicznej. Procesy chemiczne i petrochemiczne - agregaty pompowe do transferu ropy naftowej i wszystkich produktów pochodnych. Zarządzanie odpadami i ściekami - pompy do odwadniania zbiorników, transfer ścieków bytowo gospodarczych i przemysłowych, cieciowe przepompownie ścieków. Stacje paliw i przesył ropy naftowej - pompy do transferu produktów łatwopalnych. Systemy chłodzenia i ogrzewania - pompy obiegowe. Budownictwo - pompy do odwadniania wykopów, transferu płuczki itd.

 Górnictwo - pompy do odwodnień, pompy do układów smarowania itd. Przemysł spożywczy - pompy do hydrotransportu półproduktów, pompy procesowe, pompy do gorącego oleju, pompy do transferu wody i gotowych wyrobów. Przemysł farmaceutyczny - pompy do różnorodnych produktów chemicznych i pompy procesowe. Przemysł papierniczy - pompy samozasysające do wody technologicznej, szlamu i ścieków. Przemysł tekstylny - pompy do farb i barwników, pompy do wody i do ścieków. Przemysł stoczniowy - pompy balastowe, pompy wody morskiej, pompy do ścieków, pompy do układów hydraulicznych, pompy do wody czystej, pompy obiegowe itd. Przemysł energetyczny (procesu chłodzenia, zasilania w wodę, hydrotransport odpadów paleniskowych, pompy zasilające kotły, pompy do układów hydraulicznych itp. Systemy przeciwpożarowe - pompy i agregaty pompowe spalinowe i elektryczne z certyfikacją FM. Myjnie samochodowe - pompy dozujące, pompy wysokociśnieniowe, pompy wirowe odśrodkowe do płynnych odpadów. Akwakultura - pompy do regulacji poziomu wody w zbiornikach oraz pompy do odwodnień. Recyrkulacja wody w basenach - pompy basenowe. Przemysł kosmetyczny - pompy dozujące, pompy procesowe do transferu półproduktów oraz gotowych wyrobów. Zwalczanie skutków powodzi - pompy samozasysające dużej wydajności na przyczepach lub ramach samonośnych, pompy ze wspomaganiem próżniowym zasysania, agregaty spalinowe i przenośne pompy do wody brudnej i do szlamu, Każde z tych zastosowań wymaga specyficznego typu pompy, dostosowanego do konkretnych warunków pracy, takich jak rodzaj przetłaczanej cieczy, wymagane ciśnienie, przepływ oraz warunki środowiskowe i planowany sposób eksploatacji.

Jak dobrać agregat pompowy przemysłowy do swoich potrzeb ? 
W pierwszej kolejności należy zidentyfikować i szczegółowo opisać dane zastosowanie. Do czego dany agregat pompy ma służyć. Jakiego rodzaju medium będzie pompowane, jakie ma parametry fizykochemiczne. Jaki jest zakładany reżim pracy oraz czy jest potrzebna pompa redundancyjna. Jaki jest preferowany rodzaj napędu. Jaką wydajność ma osiągnąć system pompowy i jakie jest wymaga ciśnienie w punkcie pracy. Należy też poddać szczegółowej analizie instalację z jaką dany agregat pompowy będzie współpracował celem wyliczenia całkowitej dynamicznej wysokości podnoszenia i uwzględnienia w kalkulacji strat hydraulicznych liniowych i miejscowych oraz dobrania właściwiej armatury. Warunki pracy pompy mają kluczowe znaczenie z punktu widzenia odpowiedniego standardu oraz wykonania materiałowego. Inne wymagania muszą spełniać agregaty pompowe do ścieków, a inne do zaopatrzenia w wodę. Te pierwsze muszą radzić sobie z trudnymi warunkami pracy oraz obecnością włóknin i części stałych w pompowanym medium, a drugie powinny cechować się wysoką sprawnością energetyczną.
Na co jeszcze zwrócić uwagę przy wyborze odpowiedniej pompy ?
Rodzaj napędu (silnik)
Silnik stanowi kluczowy komponent każdej pompy, decydując o rodzaju energii stosowanej do jej napędzania. Dominującymi rodzajami napędów są silniki elektryczne, spalinowe, pneumatyczne oraz hydrauliczne. 

Odpowiedni dobór napędu, uwzględniający moc, prędkość obrotową oraz sprawność energetyczną, jest fundamentalny dla spełnienia założonych parametrów technicznych kompletnego agregatu pompowego, a także dla zapewnienia jego wydajnej i ekonomicznej pracy przez długi czas. Istotne jest, że nie każdy typ napędu nadaje się do każdego zastosowania. Na przykład, pompy zatapialne w strefach zagrożonych wybuchem często wyposażone są w silnik hydrauliczny, podczas gdy duże agregaty pompowe, takie jak pompy powodziowe przystosowane do szybkiego i łatwego przemieszczania, zwykle są sprzężone z silnikami wysokoprężnymi. Pompy do chłodzenia reaktorów w elektrowniach atomowych zazwyczaj są zasilane silnikami elektrycznymi z zapewnionym wielokierunkowym sposobem zasilania. Wybór napędu wymaga indywidualnej analizy, w tym kalkulacji zapotrzebowania mocy i strat energii. Na poziomie pojawienia się zapotrzebowania na pompę należy poddać analizie i określić dostępne źródła energii.
Wydajność agregatów pompowych
Wydajność pompy to miara ilości medium (np. wody, oleju, czy innej cieczy), którą pompa jest w stanie przetłoczyć w jednostce czasu, zazwyczaj wyrażana w litrach na minutę (l/min) lub metrach sześciennych na godzinę (m³/h). Jest to kluczowy parametr określający efektywność pracy pompy, mający bezpośredni wpływ na jej zdolność do spełnienia wymagań konkretnego zastosowania czy systemu, w którym jest instalowana. Właściwy dobór każdej pompy polega na jednoczesnym spełnieniu dwóch parametrów tj wydajności przy odpowiednim ciśnieniu.

Statyczna wysokość podnoszenia
Statyczna wysokość podnoszenia pompy to różnica wysokości między poziomem źródła zasilającego a najwyższym punktem, do którego pompa musi dostarczyć medium, bez uwzględniania strat ciśnienia wynikających z oporu rur czy urządzeń w systemie. Jest to podstawowy parametr dla określenia minimalnych wymagań wydajności pompy, niezbędny do pokonania siły grawitacji i dostarczenia cieczy na żądaną wysokość. Warto zaznaczyć, że dla pomp sucho stojących zlokalizowanych ponad zwierciadłem pompowanego medium należy ustalić maksymalną wysokość ssania tj różnicę poziomu między lustrem cieczy w komorze ssawnej przy minimalnym poziomie napełnienia a osią wału pompy. Dla takiego przypadku nie wolno pomiąć analizy i kalkulacji związanej z nadwyżką antykawitacyjną zatem istotne jest również określenie wysokości nad poziomem morza na jakiej będzie zainstalowany system pompowy. W innych przypadkach tj np w razie posadowienia pomp poniżej najniższego poziomu cieczy w komorze ssawnej mamy do czynienia z pozytywną wartością ciśnienia po stronie króćca ssawnego pompy. Jest to sytuacja inaczej nazywana jako praca z napływem gdzie wymagane jest określenie wartości ciśnienia jakie panuje na wlocie do pompy.

Całkowita dynamiczna wysokość podnoszenia
Całkowita dynamiczna wysokość podnoszenia pompy (Total Dynamic Head, TDH) to suma statycznej wysokości podnoszenia, w tym wysokości ssania, strat ciśnienia w systemie (spowodowanych przez opory przepływu w rurach, złączach, armaturze, filtrach itp.) oraz wymaganej wysokości podnoszenia do pokonania ciśnienia roboczego w systemie docelowym. Jest to kompleksowa miara zdolności pompy do przenoszenia medium na określoną wysokość z uwzględnieniem wszystkich czynników obciążających pracę pompy w danym układzie hydraulicznym. Całkowita dynamiczna wysokość podnoszenia pompy wyrażana jest zazwyczaj w metrach (m) i jest kluczowym parametrem który należy obliczyć dla każdego systemu pompowego przed doborem odpowiedniej pompy.

Rodzaj i parametry fizykochemiczne pompowanego medium
Przy doborze odpowiedniej pompy dla każdego zastosowania ważne jest uwzględnienie parametrów fizykochemicznych pompowanego medium, takich jak:

• Lepkość, gęstość oraz ciężar właściwy,
• Temperatura medium w trakcie pracy oraz temperaturę jego parowania,
• Rodzaj i zawartość części stałych w tym koncentracja i uziarnienie,
• Odczyn (pH),
• Skłonność do tworzenia piany, emulsji bądź potrzeba nienaruszenia łańcuchów polimerowych,
• Temperaturę zapłonu i określenie strefę wybuchowości zgodnie z dyrektywą ATEX .

Wszystkie wspomniane parametry wpływają na wybór odpowiedniego typu i rodzaju pompy, jej materiału konstrukcyjnego, kształtu i parametrów jej części roboczych oraz rodzaju i standardu dotyczącego napędu, sprzęgła i samej pompy. Tylko właściwy dobór typu, rodzaju i wykonania materiałowego pompy zapewni jej efektywną, bezpieczną i długotrwałą pracę.

Ochrona pracy na sucho
Ciągła praca pompy przy braku przepływu przepompowywanej cieczy nie jest korzystna i może być niebezpieczna zarówno dla urządzenia jak i jego otoczenia czy też personelu go obsługującego. Tak zwana "praca na sucho" nie zapewnia odpowiedniego chłodzenia dla elementów ruchomych pompy w wielu rozwiązaniach konstrukcyjnych. Dlatego też, jeśli przewiduje się taki tryb pracy, należy wybrać agregaty pompowe mogące pracować w takim właśnie trybie. Posiadają one własne smarowanie olejowe elementów roboczych np uszczelnienie mechaniczne oraz łożyska pracują w oddzielnych komorach olejowych. Zaleca się zastosowanie odpowiedniego zabezpieczenia przed suchobiegiem szczególnie dla pomp nie przystosowanych do tego typu pracy. Zabezpieczenie takie może być realizowane przez prze kombinację czujnika obecności cieczy, zabezpieczenia termicznego, monitorowanie przepływu przez przepływomierz wraz odczytem ciśnienie po stronie króćca ssawnego i tłocznego oraz monitorowaniem poziomu cieczy w komorze ssawnej pompy. Jest wiele różnych sposobów realizacji tego typu zabezpieczenia dlatego warto je stosować celem bezpiecznej i długo terminowej eksploatacji kompletnego agregatu pompowego.

Agregaty pompowe dla przemysłu: serwisowanie i konserwacja
Agregaty pompowe wymagają regularnej konserwacji i napraw, szczególnie te używane w ekstremalnych warunkach, takie jak pompy do pogłębiarek czy hydrotransportu odpadów paleniskowych. Choć mogą być one wykonane z materiałów odpornych na zużycie i posiadać specjalną konstrukcję, nadal są podatne na degradację. Pompy używane do przetłaczania wody czy oleju również ulegają zużyciu, ale prawdopodobnie z mniejszą częstotliwością napraw. Kluczowe dla zachowania długiej żywotności pomp jest monitorowanie ich parametrów pracy i przeprowadzanie regularnych przeglądów. Współczesne systemy pompowe często wykorzystują zdalny monitoring i analizę danych operacyjnych, takich jak obroty, zużycie energii, przepływ, ciśnienie, temperatura i wibracje, by optymalizować harmonogramy przeglądów prewencyjnych, co pozwala na długotrwałą i efektywną pracę urządzeń.