Podwójne uszczelnienia powietrzne pomp wspomagających, zaadaptowane z technologii uszczelnień powietrznych sprężarek, są bardziej powszechne w branży uszczelnień wału. Te uszczelnienia zapewniają zerowy wypływ pompowanej cieczy do atmosfery, zapewniają mniejszy opór tarcia na wale pompy i współpracują z prostszym systemem podparcia. Te korzyści zapewniają niższy całkowity koszt cyklu życia rozwiązania.
Te uszczelnienia działają poprzez wprowadzenie zewnętrznego źródła sprężonego gazu pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnię uszczelniającą. Szczególna topografia powierzchni uszczelniającej wywiera dodatkowe ciśnienie na gaz barierowy, powodując rozdzielenie powierzchni uszczelniającej, co powoduje, że powierzchnia uszczelniająca unosi się w warstwie gazu. Straty tarcia są niskie, ponieważ powierzchnie uszczelniające już się nie stykają. Gaz barierowy przechodzi przez membranę przy niskim natężeniu przepływu, zużywając gaz barierowy w postaci nieszczelności, z których większość wycieka do atmosfery przez zewnętrzne powierzchnie uszczelniające. Pozostałość przedostaje się do komory uszczelnienia i ostatecznie jest odprowadzana przez strumień procesu.
Wszystkie podwójne hermetyczne uszczelnienia wymagają sprężonego płynu (cieczy lub gazu) pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią zespołu uszczelnienia mechanicznego. Wymagany jest system podparcia, aby dostarczyć ten płyn do uszczelnienia. Natomiast w podwójnym uszczelnieniu ciśnieniowym smarowanym cieczą, płyn barierowy krąży ze zbiornika przez uszczelnienie mechaniczne, gdzie smaruje powierzchnie uszczelnienia, pochłania ciepło i wraca do zbiornika, gdzie musi rozproszyć pochłonięte ciepło. Te systemy podparcia podwójnego uszczelnienia ciśnieniowego cieczy są złożone. Obciążenia cieplne rosną wraz z ciśnieniem i temperaturą procesu i mogą powodować problemy z niezawodnością, jeśli nie zostaną prawidłowo obliczone i ustawione.
Podwójny system uszczelnienia sprężonego powietrza zajmuje mało miejsca, nie wymaga wody chłodzącej i wymaga niewielkiej konserwacji. Ponadto, gdy dostępne jest niezawodne źródło gazu osłonowego, jego niezawodność jest niezależna od ciśnienia i temperatury procesu.
Ze względu na rosnącą popularność uszczelnień powietrznych pomp dwuciśnieniowych na rynku, Amerykański Instytut Naftowy (API) dodał Program 74 jako część publikacji drugiego wydania normy API 682.
74 System wsparcia programu to zazwyczaj zestaw montowanych na panelu wskaźników i zaworów, które oczyszczają gaz barierowy, regulują ciśnienie w dół oraz mierzą ciśnienie i przepływ gazu do uszczelnień mechanicznych. Podążając ścieżką gazu barierowego przez panel Plan 74, pierwszym elementem jest zawór zwrotny. Umożliwia on odizolowanie dopływu gazu barierowego od uszczelnienia w celu wymiany elementu filtra lub konserwacji pompy. Następnie gaz barierowy przechodzi przez filtr koalescencyjny o wielkości 2 do 3 mikrometrów (µm), który zatrzymuje ciecze i cząstki stałe, które mogą uszkodzić cechy topograficzne powierzchni uszczelnienia, tworząc film gazowy na powierzchni powierzchni uszczelnienia. Następnie następuje regulator ciśnienia i manometr do ustawiania ciśnienia dopływu gazu barierowego do uszczelnienia mechanicznego.
Uszczelnienia gazowe z podwójną pompą ciśnieniową wymagają, aby ciśnienie zasilania gazem barierowym spełniało lub przekraczało minimalną różnicę ciśnień powyżej maksymalnego ciśnienia w komorze uszczelnienia. Ten minimalny spadek ciśnienia różni się w zależności od producenta i typu uszczelnienia, ale zwykle wynosi około 30 funtów na cal kwadratowy (psi). Wyłącznik ciśnieniowy służy do wykrywania wszelkich problemów z ciśnieniem zasilania gazem barierowym i włącza alarm, jeśli ciśnienie spadnie poniżej wartości minimalnej.
Działanie uszczelnienia jest kontrolowane przez przepływ gazu barierowego za pomocą przepływomierza. Odchylenia od prędkości przepływu gazu uszczelniającego zgłaszane przez producentów uszczelnień mechanicznych wskazują na zmniejszoną wydajność uszczelnienia. Zmniejszony przepływ gazu barierowego może być spowodowany obrotem pompy lub migracją płynu do powierzchni uszczelnienia (z zanieczyszczonego gazu barierowego lub płynu procesowego).
Często po takich zdarzeniach dochodzi do uszkodzenia powierzchni uszczelniających, a następnie wzrasta przepływ gazu barierowego. Skoki ciśnienia w pompie lub częściowa utrata ciśnienia gazu barierowego mogą również uszkodzić powierzchnię uszczelniającą. Alarmy wysokiego przepływu mogą być używane do określania, kiedy konieczna jest interwencja w celu skorygowania wysokiego przepływu gazu. Punkt nastawy alarmu wysokiego przepływu mieści się zazwyczaj w zakresie od 10 do 100 razy większym od normalnego przepływu gazu barierowego, zwykle nie jest określany przez producenta uszczelnienia mechanicznego, ale zależy od tego, jak duży wyciek gazu pompa może tolerować.
Tradycyjnie używano przepływomierzy o zmiennym wskaźniku i nie jest rzadkością łączenie przepływomierzy o niskim i wysokim zakresie szeregowo. Następnie na przepływomierzu o wysokim zakresie można zainstalować przełącznik wysokiego przepływu, aby włączyć alarm wysokiego przepływu. Przepływomierze o zmiennym obszarze można kalibrować tylko dla niektórych gazów w określonych temperaturach i ciśnieniach. Podczas pracy w innych warunkach, takich jak wahania temperatury między latem a zimą, wyświetlanego natężenia przepływu nie można uznać za wartość dokładną, ale jest ono zbliżone do wartości rzeczywistej.
Wraz z wydaniem API 682 4th edition pomiary przepływu i ciśnienia przeszły z analogowych na cyfrowe z odczytami lokalnymi. Cyfrowe przepływomierze mogą być używane jako przepływomierze o zmiennej powierzchni, które zamieniają położenie pływaka na sygnały cyfrowe lub przepływomierze masowe, które automatycznie zamieniają przepływ masowy na przepływ objętościowy. Cechą wyróżniającą przetworniki przepływu masowego jest to, że zapewniają one wyjścia, które kompensują ciśnienie i temperaturę, aby zapewnić rzeczywisty przepływ w standardowych warunkach atmosferycznych. Wadą jest to, że urządzenia te są droższe niż przepływomierze o zmiennej powierzchni.
Problem z użyciem przetwornika przepływu polega na znalezieniu przetwornika zdolnego do pomiaru przepływu gazu barierowego podczas normalnej pracy i w punktach alarmowych wysokiego przepływu. Czujniki przepływu mają wartości maksymalne i minimalne, które można dokładnie odczytać. Między zerowym przepływem a wartością minimalną przepływ wyjściowy może nie być dokładny. Problem polega na tym, że wraz ze wzrostem maksymalnego natężenia przepływu dla konkretnego modelu przetwornika przepływu wzrasta również minimalne natężenie przepływu.
Jednym z rozwiązań jest użycie dwóch przetworników (jednego niskiej częstotliwości i jednego wysokiej częstotliwości), ale jest to droga opcja. Druga metoda polega na użyciu czujnika przepływu dla normalnego zakresu przepływu roboczego i użyciu przełącznika wysokiego przepływu z analogowym przepływomierzem wysokiego zakresu. Ostatnim elementem, przez który przechodzi gaz barierowy, jest zawór zwrotny, zanim gaz barierowy opuści panel i połączy się z uszczelnieniem mechanicznym. Jest to konieczne, aby zapobiec cofaniu się pompowanej cieczy do panelu i uszkodzeniu przyrządu w przypadku nieprawidłowych zakłóceń procesu.
Zawór zwrotny musi mieć niskie ciśnienie otwarcia. Jeśli wybór jest błędny lub jeśli uszczelnienie powietrzne pompy dwuciśnieniowej ma niski przepływ gazu barierowego, można zauważyć, że pulsacja przepływu gazu barierowego jest spowodowana otwarciem i ponownym osadzeniem zaworu zwrotnego.
Ogólnie rzecz biorąc, azot roślinny jest używany jako gaz barierowy, ponieważ jest łatwo dostępny, obojętny i nie powoduje żadnych niekorzystnych reakcji chemicznych w pompowanej cieczy. Można również używać gazów obojętnych, które nie są dostępne, takich jak argon. W przypadkach, gdy wymagane ciśnienie gazu osłonowego jest większe niż ciśnienie azotu w zakładzie, wzmacniacz ciśnienia może zwiększyć ciśnienie i przechowywać gaz wysokociśnieniowy w odbiorniku podłączonym do wlotu panelu Plan 74. Butelkowane butle z azotem nie są na ogół zalecane, ponieważ wymagają ciągłej wymiany pustych butli na pełne. Jeśli jakość uszczelnienia ulegnie pogorszeniu, butlę można szybko opróżnić, powodując zatrzymanie pompy w celu zapobieżenia dalszym uszkodzeniom i awarii uszczelnienia mechanicznego.
W przeciwieństwie do systemów barierowych dla cieczy, systemy wsporcze Plan 74 nie wymagają bliskiego sąsiedztwa uszczelnień mechanicznych. Jedynym zastrzeżeniem jest wydłużony odcinek rury o małej średnicy. Spadek ciśnienia między panelem Plan 74 a uszczelnieniem może wystąpić w rurze w okresach dużego przepływu (degradacja uszczelnienia), co zmniejsza ciśnienie barierowe dostępne dla uszczelnienia. Zwiększenie rozmiaru rury może rozwiązać ten problem. Zasadniczo panele Plan 74 są montowane na stojaku na wygodnej wysokości do sterowania zaworami i odczytywania wskazań przyrządów. Wspornik można zamontować na płycie podstawy pompy lub obok pompy bez zakłócania kontroli i konserwacji pompy. Unikaj ryzyka potknięcia się o rury/rury łączące panele Plan 74 z uszczelnieniami mechanicznymi.
W przypadku pomp międzyłożyskowych z dwoma uszczelnieniami mechanicznymi, po jednym na każdym końcu pompy, nie zaleca się stosowania jednego panelu i oddzielnego wylotu gazu barierowego do każdego uszczelnienia mechanicznego. Zalecanym rozwiązaniem jest użycie oddzielnego panelu Plan 74 dla każdego uszczelnienia lub panelu Plan 74 z dwoma wyjściami, z których każde ma własny zestaw przepływomierzy i przełączników przepływu. W obszarach o zimnych zimach może być konieczne przezimowanie paneli Plan 74. Robi się to przede wszystkim w celu ochrony wyposażenia elektrycznego panelu, zwykle poprzez obudowanie panelu w szafie i dodanie elementów grzejnych.
Ciekawym zjawiskiem jest to, że natężenie przepływu gazu barierowego wzrasta wraz ze spadkiem temperatury zasilania gazem barierowym. Zwykle pozostaje to niezauważone, ale może stać się zauważalne w miejscach z zimnymi zimami lub dużymi różnicami temperatur między latem a zimą. W niektórych przypadkach może być konieczne dostosowanie nastawy alarmu wysokiego przepływu, aby zapobiec fałszywym alarmom. Kanały powietrzne paneli i rury/rury łączące muszą zostać przedmuchane przed oddaniem paneli Plan 74 do użytku. Najłatwiej to osiągnąć, dodając zawór odpowietrzający przy lub w pobliżu połączenia uszczelnienia mechanicznego. Jeśli zawór odpowietrzający nie jest dostępny, system można przedmuchać, odłączając rurę/rurę od uszczelnienia mechanicznego, a następnie ponownie ją podłączając po przedmuchaniu.
Po podłączeniu paneli Plan 74 do uszczelnień i sprawdzeniu wszystkich połączeń pod kątem nieszczelności, regulator ciśnienia można teraz dostosować do ustawionego ciśnienia w aplikacji. Panel musi dostarczać sprężony gaz barierowy do uszczelnienia mechanicznego przed napełnieniem pompy płynem procesowym. Uszczelnienia i panele Plan 74 są gotowe do uruchomienia po zakończeniu procedur uruchomienia i odpowietrzania pompy.
Element filtrujący należy sprawdzić po miesiącu działania lub co sześć miesięcy, jeśli nie stwierdzono zanieczyszczeń. Częstotliwość wymiany filtra zależy od czystości dostarczanego gazu, ale nie powinna przekraczać trzech lat.
Przepływ gazu barierowego powinien być sprawdzany i rejestrowany podczas rutynowych kontroli. Jeśli pulsacja przepływu powietrza barierowego spowodowana otwieraniem i zamykaniem zaworu zwrotnego jest wystarczająco duża, aby wywołać alarm wysokiego przepływu, wartości tych alarmów mogą wymagać zwiększenia, aby uniknąć fałszywych alarmów.
Ważnym krokiem w wycofaniu z eksploatacji jest to, że izolacja i dekompresja gazu osłonowego powinny być ostatnim krokiem. Najpierw należy odizolować i dekompresować obudowę pompy. Gdy pompa znajdzie się w bezpiecznym stanie, można wyłączyć ciśnienie zasilania gazem osłonowym i usunąć ciśnienie gazu z rurociągu łączącego panel Plan 74 z uszczelnieniem mechanicznym. Przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac konserwacyjnych należy spuścić cały płyn z układu.
Podwójne uszczelnienia pneumatyczne pompy ciśnieniowej w połączeniu z systemami wspomagania Plan 74 zapewniają operatorom rozwiązanie uszczelnienia wału o zerowej emisji, niższe nakłady inwestycyjne (w porównaniu z uszczelnieniami z systemami bariery cieczowej), niższe koszty cyklu życia, niewielką powierzchnię układu wspomagania i minimalne wymagania serwisowe.
Jeśli zostanie zainstalowane i obsługiwane zgodnie z najlepszymi praktykami, takie rozwiązanie może zapewnić długoterminową niezawodność i zwiększyć dostępność urządzeń obrotowych.
We welcome your suggestions on article topics and sealing issues so that we can better respond to the needs of the industry. Please send your suggestions and questions to sealsensequestions@fluidsealing.com.
Mark Savage jest kierownikiem grupy produktów w John Crane. Savage ma tytuł Bachelor of Science in Engineering z University of Sydney, Australia. Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź stronę johncrane.com.
Czas publikacji: 08-09-2022