Двойните въздушни уплътнения за бустерни помпи, адаптирани от технологията за въздушни уплътнения за компресори, са по-често срещани в индустрията за уплътнения на валове. Тези уплътнения осигуряват нулево изпускане на изпомпваната течност в атмосферата, осигуряват по-малко съпротивление на триене върху вала на помпата и работят с по-проста опорна система. Тези предимства осигуряват по-ниска обща цена на жизнения цикъл на решението.
Тези уплътнения работят чрез въвеждане на външен източник на газ под налягане между вътрешната и външната уплътняваща повърхност. Специфичната топография на уплътняващата повърхност оказва допълнително налягане върху бариерния газ, което води до разделяне на уплътняващата повърхност и нейното плаване в газовия филм. Загубите от триене са ниски, тъй като уплътняващите повърхности вече не се докосват. Бариерният газ преминава през мембраната с нисък дебит, консумирайки го под формата на течове, повечето от които изтичат в атмосферата през външните уплътнителни повърхности. Остатъкът прониква в уплътнителната камера и в крайна сметка се отвежда от технологичния поток.
Всички двойно херметични уплътнения изискват флуид под налягане (течност или газ) между вътрешната и външната повърхност на механичното уплътнение. Необходима е опорна система, която да доставя този флуид до уплътнението. За разлика от това, при двойно уплътнение под налягане, смазано с течност, бариерната течност циркулира от резервоара през механичното уплътнение, където смазва повърхностите на уплътнението, абсорбира топлина и се връща в резервоара, където трябва да разсее абсорбираната топлина. Тези системи за опора на двойно уплътнение под налягане с течност са сложни. Термичните натоварвания се увеличават с технологичното налягане и температура и могат да причинят проблеми с надеждността, ако не са правилно изчислени и настроени.
Системата за двойно уплътнение със сгъстен въздух заема малко място, не изисква охлаждаща вода и изисква малко поддръжка. Освен това, когато е наличен надежден източник на защитен газ, нейната надеждност е независима от технологичното налягане и температура.
Поради нарастващото разпространение на пазара на въздушни уплътнения с двойно налягане, Американският петролен институт (API) добави Програма 74 като част от публикацията на второто издание на API 682.
74 Системата за поддръжка на програмата обикновено е набор от панелно монтирани манометри и клапани, които продухват бариерния газ, регулират налягането надолу по веригата и измерват налягането и потока на газ към механичните уплътнения. Следвайки пътя на бариерния газ през панела Plan 74, първият елемент е възвратният клапан. Това позволява подаването на бариерния газ да бъде изолирано от уплътнението за смяна на филтърния елемент или поддръжка на помпата. След това бариерният газ преминава през коалесциращ филтър с размери от 2 до 3 микрометра (µm), който улавя течности и частици, които могат да повредят топографските характеристики на повърхността на уплътнението, създавайки газов филм върху повърхността на уплътнението. След това се поставят регулатор на налягането и манометър за настройване на налягането на подаването на бариерния газ към механичното уплътнение.
Газовите уплътнения с двойно налягане и помпа изискват налягането на подаване на бариерен газ да достигне или надвиши минимално диференциално налягане над максималното налягане в камерата на уплътнението. Този минимален спад на налягането варира в зависимост от производителя и типа на уплътнението, но обикновено е около 30 паунда на квадратен инч (psi). Пресостатът се използва за откриване на проблеми с налягането на подаване на бариерен газ и задействане на аларма, ако налягането падне под минималната стойност.
Работата на уплътнението се контролира от потока на бариерен газ с помощта на разходомер. Отклоненията от дебита на уплътнителния газ, отчетени от производителите на механични уплътнения, показват намалена уплътнителна ефективност. Намаленият поток на бариерен газ може да се дължи на въртене на помпата или миграция на флуид към повърхността на уплътнението (от замърсен бариерен газ или технологичен флуид).
Често след подобни събития се получава повреда на уплътнителните повърхности и след това потокът на бариерен газ се увеличава. Скачанията на налягането в помпата или частичната загуба на налягане на бариерен газ също могат да повредят уплътнителната повърхност. Алармите за висок поток могат да се използват, за да се определи кога е необходима намеса за коригиране на високия поток на газ. Зададената стойност за аларма за висок поток обикновено е в диапазона от 10 до 100 пъти нормалния поток на бариерен газ, като обикновено не се определя от производителя на механичното уплътнение, а зависи от това колко изтичане на газ може да понесе помпата.
Традиционно са използвани разходомери с променлива площ и не е необичайно разходомерите с нисък и висок обхват да се свързват последователно. След това на разходомера с висок обхват може да се монтира превключвател за висок дебит, който да подаде аларма за висок дебит. Разходомерите с променлива площ могат да се калибрират само за определени газове при определени температури и налягания. При работа при други условия, като например температурни колебания между лятото и зимата, показаният дебит не може да се счита за точна стойност, но е близък до действителната стойност.
С издаването на API 682, 4-то издание, измерванията на дебит и налягане преминаха от аналогови към цифрови с локални показания. Цифровите разходомери могат да се използват като разходомери с променлива площ, които преобразуват позицията на поплавъка в цифрови сигнали, или масови разходомери, които автоматично преобразуват масовия дебит в обемен дебит. Отличителната черта на предавателите за масов дебит е, че те осигуряват изходи, които компенсират налягането и температурата, за да осигурят истински дебит при стандартни атмосферни условия. Недостатъкът е, че тези устройства са по-скъпи от разходомерите с променлива площ.
Проблемът с използването на преобразувател на поток е да се намери такъв, който може да измерва потока на бариерен газ по време на нормална работа и при алармени точки за висок поток. Сензорите за поток имат максимални и минимални стойности, които могат да бъдат отчетени точно. Между нулевия поток и минималната стойност, изходният поток може да не е точен. Проблемът е, че с увеличаването на максималния дебит за даден модел преобразувател на поток, минималният дебит също се увеличава.
Едно от решенията е използването на два предавателя (един нискочестотен и един високочестотен), но това е скъп вариант. Вторият метод е да се използва сензор за поток за нормалния работен диапазон на потока и да се използва превключвател за висок поток с аналогов разходомер за висок обхват. Последният компонент, през който преминава бариерният газ, е възвратният клапан, преди бариерният газ да напусне панела и да се свърже с механичното уплътнение. Това е необходимо, за да се предотврати обратният поток на изпомпваната течност в панела и повреда на инструмента в случай на необичайни смущения в процеса.
Възвратният клапан трябва да има ниско налягане на отваряне. Ако изборът е неправилен или ако въздушното уплътнение на помпата с двойно налягане има нисък поток на бариерен газ, може да се види, че пулсацията на потока на бариерен газ е причинена от отварянето и повторното затваряне на възвратния клапан.
Обикновено, растителният азот се използва като бариерен газ, защото е леснодостъпен, инертен и не предизвиква никакви неблагоприятни химични реакции в изпомпваната течност. Могат да се използват и инертни газове, които не са налични, като например аргон. В случаите, когато необходимото налягане на защитния газ е по-високо от налягането на растителния азот, усилвател на налягането може да увеличи налягането и да съхранява газа под високо налягане в приемник, свързан към входа на панела Plan 74. Бутилираните азотни бутилки обикновено не се препоръчват, тъй като изискват постоянна подмяна на празни бутилки с пълни. Ако качеството на уплътнението се влоши, бутилката може бързо да се изпразни, което ще доведе до спиране на помпата, за да се предотвратят по-нататъшни повреди и повреда на механичното уплътнение.
За разлика от системите с течна бариера, опорните системи Plan 74 не изискват непосредствена близост до механични уплътнения. Единственото предупреждение тук е удължената част на тръбата с малък диаметър. Спад на налягането между панела Plan 74 и уплътнението може да възникне в тръбата по време на периоди на висок поток (деградация на уплътнението), което намалява бариерното налягане, достъпно за уплътнението. Увеличаването на размера на тръбата може да реши този проблем. Като правило, панелите Plan 74 се монтират на стойка на удобна височина за управление на клапани и отчитане на показанията на инструментите. Скобата може да се монтира върху основната плоча на помпата или до помпата, без да се пречи на проверката и поддръжката на помпата. Избягвайте опасностите от спъване в тръби/тръби, свързващи панелите Plan 74 с механични уплътнения.
За междулагерни помпи с две механични уплътнения, по едно на всеки край на помпата, не се препоръчва използването на един панел и отделен изход за бариерен газ към всяко механично уплътнение. Препоръчителното решение е да се използва отделен панел Plan 74 за всяко уплътнение или панел Plan 74 с два изхода, всеки със собствен комплект разходомери и превключватели за поток. В райони със студени зими може да се наложи панелите Plan 74 да зимуват. Това се прави предимно за защита на електрическото оборудване на панела, обикновено чрез обвиване на панела в шкафа и добавяне на нагревателни елементи.
Интересно явление е, че дебитът на бариерния газ се увеличава с намаляване на температурата на подавания бариерния газ. Това обикновено остава незабелязано, но може да стане забележимо на места със студени зими или големи температурни разлики между лятото и зимата. В някои случаи може да се наложи да се регулира зададената точка на алармата за висок поток, за да се предотвратят фалшиви аларми. Въздуховодите на панела и свързващите тръби/тръби трябва да бъдат прочистени преди пускането в експлоатация на панелите Plan 74. Това се постига най-лесно чрез добавяне на обезвъздушителен клапан на или близо до връзката на механичното уплътнение. Ако няма обезвъздушителен клапан, системата може да се прочисти чрез разкачване на тръбата/тръбата от механичното уплътнение и след това повторното ѝ свързване след прочистване.
След свързване на панелите Plan 74 към уплътненията и проверка на всички връзки за течове, регулаторът на налягането вече може да се регулира на зададеното налягане в приложението. Панелът трябва да подава бариерен газ под налягане към механичното уплътнение, преди да напълни помпата с технологична течност. Уплътненията и панелите Plan 74 са готови за работа, след като процедурите по пускане в експлоатация и обезвъздушаване на помпата са завършени.
Филтърният елемент трябва да се проверява след месец работа или на всеки шест месеца, ако не се установи замърсяване. Интервалът за смяна на филтъра ще зависи от чистотата на доставяния газ, но не трябва да надвишава три години.
Дебитът на бариерния газ трябва да се проверява и записва по време на рутинни проверки. Ако пулсацията на потока на бариерния въздух, причинена от отварянето и затварянето на възвратния клапан, е достатъчно голяма, за да задейства аларма за висок дебит, може да се наложи тези алармени стойности да се увеличат, за да се избегнат фалшиви аларми.
Важна стъпка при извеждане от експлоатация е изолирането и освобождаването на налягането на защитния газ да бъде последната стъпка. Първо, изолирайте и освобождавайте налягането на корпуса на помпата. След като помпата е в безопасно състояние, налягането на подаването на защитен газ може да се изключи и налягането на газа да се отстрани от тръбопровода, свързващ панела Plan 74 с механичното уплътнение. Източете цялата течност от системата, преди да започнете каквато и да е работа по поддръжката.
Двойните въздушни уплътнения с помпа с налягане, комбинирани с опорни системи Plan 74, осигуряват на операторите решение за уплътнение на вала с нулеви емисии, по-ниски капиталови инвестиции (в сравнение с уплътненията със системи за течна бариера), намалени разходи през целия жизнен цикъл, малък размер на опорната система и минимални изисквания за обслужване.
Когато е инсталирано и експлоатирано в съответствие с най-добрите практики, това решение за ограничаване на разпространението може да осигури дългосрочна надеждност и да увеличи наличността на въртящо се оборудване.
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.
Марк Савидж е мениджър продуктова група в John Crane. Савидж има бакалавърска степен по инженерство от Университета в Сидни, Австралия. За повече информация посетете johncrane.com.
Време на публикуване: 08 септември 2022 г.