پمپ‌های کرایوژنیک یک نوع پمپ سانتریفیوژ هستند که برای انتقال مایعاتی با دماهای بسیار پایین مانند هیدروژن، هلیوم، نیتروژن و… استفاده می‌شوند. این پمپ‌ها به طور خاص برای صنایعی که با دماهای بسیار پایین سر و کار دارند، مانند صنایع نفت و گاز، پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها طراحی شده‌اند.
پمپ‌های کرایوژنیک بعنوان یکی از محصولات مورد نیاز صنعت نفت و پتروشیمی و بطور خاص در پروژه‌های پارس جنوبی (فازهای گازی) و پتروشیمی‌ها و نیز پروژه‌های LNG مورد نیاز می‌باشد. این پمپ‌ها عمدتا برای انتقال سیالات کرایوژنیک همچون N2، Ethylene، Ethane، LPG و … کاربرد دارد و به گونه‌ای ساخته می‌شوند که در دمای بسیار پایین کار کنند. طراحی این پمپ‌ها در جهتی است که نشت حرارت از مجموعه پمپ به سیال پروسسی را به حداقل برساند.
از دیگر ویژگی‌های این پمپ‌ها، وجود عایق حرارتی قوی برای جلوگیری از انتقال حرارت از محیط به مایعات با دمای بسیار پایین، سیستم‌های خنک کننده مدیریت شده برای حفظ دمای مناسب مایعات در شرایط دمایی بسیار پایین، عملکرد بسیار دقیق و پایدار برای اطمینان از انتقال و جلوگیری از انجماد آن‌ها، مواد ساختاری و تحمل فشار مناسب برای مقاومت در برابر فشارها و شرایط سخت کرایوژنیک به شمار می‌رود.
در این میان شرکت پمپ‌های صنعتی ایران از سال‌ها قبل مطالعات فنی و اقتصادی برای طراحی و ساخت و تست این پمپ‌ها را در ایران آغاز نموده بود و اینک مدل‌های مختلف پمپ‌های عمودی کرایوژنیک مستغرق توسط این شرکت طراحی و ساخته شده است.
با توجه به اهمیت و حساسیت فرآیند ساخت، مونتاژ و تست پمپ‌های کرایوژنیک، شرکت پمپ‌های صنعتی ایران با نگاه به افق بازار پمپ‌های کرایوژنیک در کشور و منطقه خاورمیانه، کارگاه مجزایی به این منظور تاسیس نموده که شامل تجهیزات و امکانات زیر می باشد:
- ماشین آلات سبک و سنگین مورد نیاز ماشینکاری قطعات
- خط مونتاژ پمپ‌های عمودی کرایوژنیک
- خط تست مخصوص پمپ‌های کرایوژنیک
- آماده سازی، بسته بندی، تحویل
ضرورت انجام تست خاص عملکرد پمپ‌های کرایوژنیک که با نیتروژن مایع در دمای منفی 196 درجه سانتیگراد انجام می‌شود، کارگاه مستقلی جهت نصب تجهیزات خاص خط تست (اعم از مخزن بزرگ تست، مخزن بزرگ انبارش نیتروژن مایع، سازه فلزی تست، لوله های24 اینچ و 16 اینچ خط تست، تجهیزات ابزار دقیق اندازه گیری، خط لوله گاز خروجی نیتروژن و اتاق کنترل تست) تاسیس گردید که این امر پیش از ساخت اولین نمونه‌های این پمپ‌ها در سال 1391 در این شرکت انجام شده است.
همچنین با توجه به ساختار خاص طراحی مکانیکی و الکتریکی این پمپ‌ها، خط مونتاژ مختص پمپ‌های کرایوژنیک جهت اعمال نظارت‌های خاص و دقیق در فرآیند آماده سازی در این کارگاه، با مساحت حدود 3000 متر مربع ایجاد شده است.
ساختار و طرح کلی پمپ های کرایوژنیک
با توجه به طبقه بندی و تنوع مدل‌ها و کاربرد پمپ‌های کرایوژنیک، گروه پمپ‌های صنعتی ایران تاکنون به طراحی و تولید پمپ‌های کرایوژنیک از نوع فرورونده در مخازن (Retractable in tank) پرداخته است. این نوع از پمپ‌ها در مخازن کم فشار بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. طراحی این پمپ‌ها بصورت مستغرق و عمودی با موتور الکتریکی است که محور موتور و پمپ یکپارچه (close coupled) است. پمپ کرایوژنیک از طریق یک لوله به داخل مخزن فرو می‌رود و روی یک شیر مکش در انتهای لوله، نزدیک کف مخزن می‌نشیند. شیر ورودی این پمپ‌ها بگونه‌ای است که امکان نصب و جدا کردن پمپ در داخل لوله را بدون تخیله مخزن فراهم می‌کند.
ورودی سیال به پمپ از طریق یک شیپوری و خروجی آن از طریق سوراخهای بزرگ روی پوسته پمپ در نظر گرفته شده که به داخل لوله رانش مخزن سیال ارسال می‌شود.
طراحی مکانیکی
در طراحی مکانیکی پمپ، با استفاده از روش‌های نوین سعی شده تا میزان انحراف شعاعی و محوری پمپ با اتکا به دانش طراحی به حداقل رسیده و افزایش طول عمر و اعتمادپذیری کارکرد آن تضمین شود. کاهش نیروهای محوری و شعاعی با استفاده از سیستم بالانسینگ نیرویی و یاتاقان‌های غلتشی مناسب انجام می‌شود.
جنس قطعات
قطعات هیدرولیکی و پوسته پمپ از جنس آلیاژ خاص آلومینیوم مناسب سرویس‌های کرایوژنیک ساخته می‌شوند. روش‌های ریخته گری برای قطعاتی همچون پروانه، دیفیوزر، ایندیوسر و …. توسط واحد تحقیق و توسعه پمپ‌های صنعتی ایران تدوین شده تا کیفیت مناسب ریخته‌گری همراه با استحکام مناسب قطعات حاصل شود.
طراحی هیدرولیکی
طراحی قطعات هیدرولیکی پمپ از نوع دیفیوزری بوده و پروانه پمپ‌ها از نوع بسته با راندمان بالا می‌باشد. پمپ مجهز به ایندیوسر برای افزایش فشار مکش مثبت در پروانه است. بسته به هد مورد نیاز پمپ، تعداد طبقات می‌تواند متفاوت باشد. بعد از طراحی پمپ، اجزای هیدرولیکی پمپ طراحی شده، مورد تحلیل CFD قرار می‌گیرند. پس از این تحلیل می‌توان در مورد کیفیت پمپ، در براورده ساختن نیازهای طراحی، به اطمینان کامل رسید.
سیستم پایش ارتعاشات
یک سیستم دایمی پایش ارتعاشات مجهز به سنسورهای دقیق و مناسب سرویس‌های کرایوژنیک به همراه پانل‌های حفاظت و سیستم Alarm-shut down با قابلیت برنامه ریزی مناسب، برای این پمپ‌ها در نظر گرفته می‌شود که می‌تواند به سیستم عیب یابی پیشرفتهای نیز ارتقا یابد.
متعلقات و اجزا
پمپ‌های کرایوزنیک مخازن، مجهز به تجهیزات جانبی همچون شیر ورودی که یکی از اجزای حیاتی سیستم پمپاژ گازهای کرایوژنیک است برای کنترل جریان ورودی گاز به پمپ استفاده می‌شود، کابل دی نگهدارنده وزن پمپ برای حفظ استحکام و پایداری پمپ ، ترمینال‌های ورودی کابل تغذیه که شامل اتصالات برقی است برای اتصال کابل تغذیه به پمپ می‌باشد، درپوش فوقانی لوله رانش برای محافظت از مخزن، حفاظت از ایمنی و سهولت دسترسی و … را شامل می‌شوند.
خط تست مخصوص پمپ های کرایوجنیک
کلیه تجهیزات لازم برای تست عملکرد پمپ‌های کرایوژنیک با سیال نیتروژن مایع در دمای منهای 196 درجه سانتیگراد در قالب خط تست مخصوص کرایوژنیک در کارخانه گروه پمپ‌های صنعتی ایران فراهم شده است که مجهز به تجهیزات اندازه گیری دبی، هد، ارتعاشات و نیز اندازه گیری پارامترهای الکتریکی موتور، جهت بدست آوردن منحنی‌های عملکردی پمپ و درایو الکتریکی آن می‌باشد. خط تست مجهز به یک اتاق کنترل کامل جهت آنالیز مشخصات عملکردی پمپ بصورت اتوماتیک می‌باشد.
موارد کاربرد
در صنایع نفت و گاز برای انتقال گازهای مختلف مانند متان، اتان، پروبان، و بوتان به کار می‌روند.
در صنایع شیمیایی و پتروشیمی برای انتقال و پمپاژهای گازی مانند آمونیاک، اتیلن، و هیدروژن استفاده می‌شوند.
صنایع الکترونیک برای انتقال گازهای خنک کننده
در کل، پمپ‌های کرایوژنیک در هر صنعتی که نیاز به انتقال مواد گازی یا مایع در دماهای پایین دارد، استفاده می‌شوند.
| حداکثرHead | حداکثردبی | سرعت دورانی | نام پمپ | ردیف |
| 1500 | 760KW | 1 | ||
| 355KW | 2 | |||
| 280KW | 3 |