Vilken pump revolutionerar vätskeöverföring vid låg temperatur? Vi presenterar den kryogena centrifugalpumpen

Om du arbetar i industrier som LNG-bearbetning, halvledartillverkning eller medicinsk forskning vet du hur knepigt det är att flytta lågtemperaturvätskor – sådant som flytande kväve, flytande syre eller flytande naturgas. Dessa vätskor måste hålla sig superkalla och vanliga pumpar klarar helt enkelt inte de extrema temperaturerna utan att gå sönder eller förlora effektivitet. Men på senare tid har en ny pump vänt huvudena på dessa områden: denkryogen centrifugalpump. Det är tänkt att lösa de stora problemen som har plågat vätskeöverföring vid låg temperatur i flera år. Men vad är det som gör den här pumpen så annorlunda än de vi har använt tidigare? Låt oss ta en närmare titt.

Låt oss först prata om varför vanliga pumpar misslyckas när det gäller kryogena vätskor. De flesta pumpar är byggda med material som blir spröda när temperaturen sjunker under -100°C, och deras tätningar läcker ofta eftersom kylan får delar att krympa eller skeva. Det innebär frekventa haverier, slöseri med vätskor och till och med säkerhetsrisker – eftersom vissa lågtemperaturvätskor kan vara farliga om de kommer ut. Teamet bakom den kryogena centrifugalpumpen ägnade tre år åt att studera dessa frågor och pratade med över 300 ingenjörer och anläggningschefer från hela världen för att ta reda på exakt vad som behövdes.

Det första de fixade var materialen. Dekryogen centrifugalpumpanvänder en speciell legeringsblandning - titanlegering för pumphjulet och rostfritt stål med tillsatt nickel för pumphuset. Dessa material blir inte spröda även vid temperaturer så låga som -269°C (det är nära absolut noll!). Jag pratade med en underhållstekniker på en LNG-anläggning som har använt pumpen i sex månader, och han sa: "Vi brukade byta ut pumpdelar varannan månad på grund av kylskador. Med den här? Ingenting är trasigt ännu. Det är som att den inte ens märker kylan."

Sedan finns det tätningssystemet - förmodligen den största huvudvärken med vanliga kryogena pumpar. Den kryogena centrifugalpumpen använder en dubbel mekanisk tätning med en inbyggd kylslinga. Istället för att tätningen torkar ut eller läcker när det blir kallt, håller kylslingan tätningen vid en jämn temperatur, så att den håller sig tät. På en halvledarfabrik jag besökte brukade de förlora cirka 5 % av sitt flytande kväve till läckage varje månad. Sedan man bytte till denna pump har förlusten sjunkit till mindre än 0,5 %. Det är en enorm besparing – flytande kväve är inte billigt, och slöseri med det ökar snabbt.

Effektivitet är en annan stor vinst. Vanliga centrifugalpumpar förlorar mycket kraft när de flyttar kalla vätskor – vanligtvis är de bara cirka 60 % effektiva. Men den kryogena centrifugalpumpen har ett omdesignat pumphjul (den del som snurrar för att flytta vätskan) som är formad för att fungera med de tjocka, kalla vätskorna. Tester visar att den är 85 % effektiv – vilket betyder att den använder mindre energi för att flytta samma mängd vätska. Ett medicinskt labb som använder flytande syre för frysar berättade för mig att deras energiräkning för pumpen har sjunkit med 30 % sedan de bytte. "Vi sparar inte bara pengar", sa labbchefen. "Vi använder också mindre el, vilket är bättre för miljön. Det är en win-win."

Hållbarhet är något annat som sticker ut. Teamet satte den kryogena centrifugalpumpen genom några tuffa tester: 10 000 timmars non-stop användning vid -196°C (temperaturen för flytande kväve), plus 500 cykler av uppvärmning och kylning (från kall till rumstemperatur och tillbaka) för att simulera verklig användning. Efter allt det fungerade pumpen fortfarande som ny. De flesta vanliga kryogena pumpar håller bara cirka 2 000 timmar under dessa förhållanden. "Vi brukade vara tvungna att stänga av anläggningen en dag var tredje månad för att ersätta pumpar", säger en chef på en kemisk fabrik som använder pumpen. "Nu? Vi har inte stängt av för pumpproblem på ett år. Det är mer produktionstid, vilket betyder mer pengar för oss."

Just nu används den kryogena centrifugalpumpen i några stora anläggningar. En LNG-terminal i Asien använder den för att överföra flytande naturgas från lagringstankar till fartyg – de säger att det har minskat deras överföringstid med 20 % eftersom det kan flytta mer vätska snabbare. Ett rymdforskningscenter använder det för att flytta flytande väte (som är ännu kallare än flytande kväve) för raketbränsletester, och de säger att pumpens precision har hjälpt dem att få mer exakta data från sina experiment. "Vi har inte råd med misstag med raketbränsle", sa en forskare där. "Den här pumpen är pålitlig - vi vet att den kommer att göra precis vad vi behöver, varje gång."

Teamet bakom den kryogena centrifugalpumpen är inte heller klara än. De berättade för mig att de arbetar på en mindre version för labb som behöver flytta små mängder kryogena vätskor – som biotekniska labb som lagrar prover i flytande kväve. De lägger också till en smart monitor: en sensor som spårar pumpens temperatur, tryck och hastighet, och skickar varningar till en telefon eller dator om något är fel. "Vi vill göra det ännu enklare för människor att använda," sa chefsingenjören. "Ingen vill kontrollera en pump varje timme. Med monitorn kan de se hur det går från sitt skrivbord."

I slutet av dagen förändrar den kryogena centrifugalpumpen spelet eftersom den löser verkliga, vardagliga problem för människor som arbetar med lågtemperaturvätskor. Den är tuff nog för kyla, läcker inte, använder mindre energi och håller längre än någon annan pump där ute. När fler växter, laboratorier och fabriker provar det, tror jag att det kommer att bli standarden för kryogen vätskeöverföring. Det är inte bara en bättre pump – det gör jobben enklare, säkrare och mer prisvärd. Och i branscher där varje litet misstag kan kosta tid och pengar är det en stor sak.