Behandeln Sie abrasive Chemikalien mit der richtigen Pumpenmembran

Luftbetriebene Membranpumpen werden in vielen Anwendungen eingesetzt, bei denen Beständigkeit gegen Abrieb und Chemikalien erforderlich ist. Wenn beides erforderlich ist, wird typischerweise ein Elastomer mit einer gewissen chemischen Beständigkeit oder eine Membran aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Elastomerunterlage verwendet.

Das Problem bei den meisten Elastomermembranen in abrasiven chemischen Anwendungen besteht darin, dass sie durch chemische Angriffe und Erosion durch abrasive Stoffe irgendwann schwächer werden. Dies führt zu einem Verlust an Zugfestigkeit und Härte, wodurch sie anfällig für Bruch und Zerfall im Medium werden.

PTFE-Membranen bieten eine höhere chemische Beständigkeit, sind aber weniger abriebfest und flexibel als Elastomermembranen. Mehrere Faktoren beeinflussen die Abriebfestigkeit und Flexibilität von PTFE.

Die meisten Membranhersteller verwenden geschältes PTFE aus einem herkömmlichen oder modifizierten Material, das beide eine hohe chemische Beständigkeit bieten. Herkömmliches PTFE ist hochkristallin und weist eine geringere Flexibilität auf als modifiziertes PTFE. Modifiziertes PTFE weist aufgrund seiner amorphen Struktur tendenziell eine geringere Abriebfestigkeit auf.

Expandiertes und zugfestes PTFE oder ePTFE wird nach einem proprietären Verfahren hergestellt. ePTFE sorgt für Zähigkeit und Abriebfestigkeit, während ein Gummirücken für Flexibilität sorgt.

Es wurden interne Tests durchgeführt, um die Leistung von ePTFE-Verbundmembranen mit zweiteiligen PTFE-Membranen mit Gummirückseite zu vergleichen (siehe Bilder 1–5). Dabei handelte es sich um zwei identische 1,5-Zoll-Einlass-/Auslassluftbetriebene Doppelmembranpumpen (AODD) mit der gleichen Höhe und den gleichen Lufteinlass-, Medieneinlass- und Auslassdrücken. Einer war mit einer ePTFE-Verbundmembran ausgestattet, der andere mit einer zweiteiligen Membran, wobei PTFE dem Medium zugewandt war und ein thermoplastisches Elastomer der Luftseite zugewandt war.

Das Medium war eine Aufschlämmung aus einem Teil Schleifmittel und 70 Teilen Wasser. Die Schleifmittel bestanden aus 41 bis 53 Prozent Siliziumdioxid, 7 bis 31 Prozent Eisenoxid, 17 bis 25 Prozent Aluminiumoxid und 3 bis 15 Prozent Kalziumoxid mit Spuren verschiedener anorganischer Materialien.

Viele Anwender von luftbetriebenen Membranpumpen haben Probleme mit Schleifmitteln und Chemikalien in den Medien. Diese Probleme führen zu teuren Ausfallzeiten, Geräteschäden, Wartungs- und Reparaturkosten und Produktionsausfällen.

Bei der Auswahl einer Membran sollte ein Anwendungstechniker oder Pumpenhersteller kontaktiert werden. Einteilige ePTFE-Verbundmembranen widerstehen chemischen Angriffen und der physikalischen Zersetzung durch Schleifmittel und sorgen für eine lange Lebensdauer, verbesserte Produktivität und mehr Sicherheit. Vier Beispiele zeigen Unternehmen, die Probleme durch den Einsatz von ePTFE-Verbundmembranen lösen.

Delta Tech Service Inc. in Benicia, Kalifornien, ist auf die Dekontamination von Ölraffinerieanlagen spezialisiert. Das Unternehmen entwirft und fertigt Skids, die zwei 3-Zoll-AODD-Pumpen verwenden, die an den Verteilern verbunden sind, sodass Benutzer eine oder beide Pumpen gleichzeitig betreiben können.

Eine der Herausforderungen vor Ort war die kurze Lebensdauer der Fluorelastomer-Membranen, die mit den Pumpen geliefert wurden. Es wurden Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) und herkömmliche geschälte PTFE-Membranen mit thermoplastischer Elastomerunterlage verwendet, aber keine hielt länger als eine Mietdauer von 30 Tagen (siehe Bilder 6–7).

Delta Tech testete dann einen ersten Satz ePTFE-Verbundmembranen, die mehr als 90 Tage hielten – mehr als das Vierfache der Lebensdauer der EPDM- und zweiteiligen PTFE/Elastomer-Membranen. Bei den meisten Pumpenanwendungen von Delta Tech handelte es sich um Koksstaub, Kondensat und verschiedene chemische Reinigungsmittel, die das thermoplastische Elastomer aufweichen und das PTFE durchreißen können.

Durch die Umstellung auf die einteiligen ePTFE-Verbundmembranen konnte das Unternehmen erhebliche Einsparungen bei Wartungskosten und Systemausfallzeiten erzielen.

Für die Gewinnung von Metallen aus einem Raffinierungsprozess sind Pumpen erforderlich, die verschiedene Chemikalien, Metallfragmente und Staubpartikel bewegen können. Ein in den USA ansässiges Unternehmen, das sich auf die Gewinnung von Zink spezialisiert hat, verwendet 10 AODD-Pumpen, um Aufschlämmungen aus Schwefelsäure (bis zu 90 Prozent Konzentration), Salzsäure (bis zu 36 Prozent Konzentration) und Di-(2-ethylhexyl)-phosphorsäure ( D2EHPA), Kerosin, Metallpulver und Metallflocken. AODD-Pumpen wurden aufgrund ihrer Fähigkeit eingesetzt, Feststoffe zu fördern und in verschiedene Bereiche des Prozesses zu transportieren.

Schleifmittel in den Medien verkürzten die Lebensdauer der Membran drastisch. Ursprünglich verwendete das Unternehmen zweiteilige PTFE-Membranen mit Gummirücken, die zu konzentrierten Verschleißbereichen führten, die zu Rissen und Abplatzungen in den Prozessmedien und Pumpenmotoren führten. Das PTFE wurde in die Luftseite der Pumpen gedrückt, was deren Luftverteilungsabschnitte beschädigte und das Unternehmen mehr als 5.000 US-Dollar pro Pumpe an Ausfallzeiten, Reparaturen und anderen Kosten kostete.

Der Wartungs-, Reparatur- und Betriebshändler (MRO) des Unternehmens schlug die Verwendung einer ePTFE-Verbundmembran mit eingeformten Rippen vor, um konzentrierte Biegepunkte zu reduzieren und deren Leistung mit den bisher verwendeten Membranen zu vergleichen.

Nach fünfwöchigem Betrieb wurden die beiden Membrantypen aus den Pumpen ausgebaut und untersucht (siehe Bilder 8-9).

Die ePTFE-Verbundmembran zeigte keine Knickspuren oder Anzeichen von erheblichem Verschleiß oder chemischem Angriff. Die zweiteilige Membran wurde durch die Metallflocken auseinandergerissen und die Elastomerunterlage wies Anzeichen von Verschleiß und chemischem Angriff auf, was schließlich zum Bruch und zur Vermischung von Teilen der Membran mit dem Medium führte. Da die Verbundmembran miteinander verbunden ist, zerfällt das ePTFE nicht so leicht und gelangt nicht in die Medien.

Die ePTFE-Verbundmembranen hielten mehr als sieben Monate, während die ursprünglichen zweiteiligen konventionellen PTFE- und Elastomermembranen durchschnittlich fünf Wochen hielten.

Ein Edelmetallbergbauunternehmen wollte die Membranen seiner vertikalen AOD-Pumpen besser nutzen. Diese Pumpen wurden mehr als 20 Stunden pro Woche im Freien bei Temperaturen zwischen 15 und 100 F und einem Einlassdruck von 40 Pfund pro Quadratzoll (psi) betrieben. Die Medien bestanden typischerweise aus 70-prozentiger Flusssäurekonzentration.

Das Unternehmen verwendete chlorsulfonierten Polyethylen-Synthesekautschuk, bis dieser vom Haupthersteller eingestellt wurde, bevor er Fluorelastomer und EPDM als Ersatz ausprobierte. Diese Membranen mussten alle vier Wochen ausgetauscht werden. Für jeden Ersatz waren zwei Mitarbeiter erforderlich, die durchschnittlich sieben Stunden arbeiteten. Dies summierte sich auf 22,75 Arbeitstage pro Jahr pro Pumpe.

Der Wartungsleiter des Unternehmens entschied sich für eine ePTFE-Verbundmembran. Es wurde sechs Monate lang getestet und das Unternehmen rüstete seine Pumpen mit ePTFE-Verbundmembranen nach. Das Unternehmen verfügt nun über einen routinemäßigen Wartungsplan, bei dem die Membranen alle sechs Monate ausgetauscht werden, und verzeichnet eine höhere Effizienz durch geringeren Verschleiß seiner Pumpen und Systeme, weniger Ausfallzeiten und weniger Wartung. Außerdem sind Mitarbeiter bei der Reparatur der Pumpen weniger stark ätzenden Säuren ausgesetzt.

Ein großer US-amerikanischer Automobilhersteller setzte hauptsächlich AODD-Pumpen ein, um Phosphor-, Schwefel- und Salzsäure sowie eine abrasive Aufschlämmung aus Schmutz und Metallflocken zu fördern. Die Temperatur der Medien lag zwischen 100 und 120 F.

Das Unternehmen verwendete AODD-Pumpen von einem halben bis 3 Zoll mit unterschiedlicher Membranlebensdauer. Sie verwendeten zweiteilige herkömmliche geschälte PTFE- und Elastomermembranen mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von drei Monaten. Schließlich entschied sich das Unternehmen jedoch für ePTFE-Verbundmembranen als langlebigere Alternative.

Die Tests begannen und der Unterschied wurde innerhalb weniger Monate festgestellt. Das PTFE fragmentierte nicht mehr und brach nicht mehr in das Medium ab; Der Verschleiß durch die Metallspäne wurde stark reduziert; und der Gummi wurde durch die Phosphorsäure nicht angegriffen. Basierend auf diesen Testergebnissen begann das Unternehmen damit, die defekten Membranen durch ePTFE-Verbundmembranen auszutauschen, wodurch die Lebensdauer der Membranen von drei Monaten auf 18 bis 24 Monate verlängert und die Ausfallzeit um mehr als 80 Prozent reduziert wurde.

Michael Brooks ist Anwendungsingenieur für Pumpenmembranen und Ventile bei Garlock Sealing Technologies. Er kann unter [email protected] oder 1-800-448-6688 erreicht werden.