Въздушните уплътнения на двойните бустерни помпи, адаптирани от технологията на въздушните уплътнения на компресора, са по-често срещани в производството на уплътнения на валове. Тези уплътнения осигуряват нулево изпускане на изпомпваната течност в атмосферата, осигуряват по-малко съпротивление при триене на вала на помпата и работят с по-проста опорна система. Тези предимства осигуряват по-ниски общи разходи за жизнения цикъл на решението.
Тези уплътнения работят чрез въвеждане на външен източник на газ под налягане между вътрешната и външната уплътняваща повърхност. Конкретната топография на запечатващата повърхност оказва допълнителен натиск върху бариерния газ, което води до отделяне на запечатващата повърхност, карайки запечатващата повърхност да плава в газовия филм. Загубите от триене са ниски, тъй като уплътнителните повърхности вече не се допират. Бариерният газ преминава през мембраната при ниска скорост на потока, консумирайки бариерния газ под формата на течове, повечето от които изтичат в атмосферата през външните уплътнителни повърхности. Остатъкът се просмуква в уплътнителната камера и в крайна сметка се отнася от потока на процеса.
Всички двойни херметични уплътнения изискват течност под налягане (течност или газ) между вътрешната и външната повърхност на механичното уплътнение. Необходима е поддържаща система за доставяне на тази течност към уплътнението. Обратно, при двойно уплътнение под налягане с течно смазване, бариерната течност циркулира от резервоара през механичното уплътнение, където смазва уплътнителните повърхности, абсорбира топлината и се връща в резервоара, където трябва да разсее абсорбираната топлина. Тези опорни системи с двойно уплътнение под налягане на флуида са сложни. Топлинните натоварвания се увеличават с налягането и температурата на процеса и могат да причинят проблеми с надеждността, ако не са правилно изчислени и настроени.
Поддържащата система със сгъстен въздух с двойно уплътнение заема малко място, не изисква охлаждаща вода и изисква малко поддръжка. Освен това, когато е наличен надежден източник на защитен газ, неговата надеждност не зависи от налягането и температурата на процеса.
Поради нарастващото приемане на въздушни уплътнения на помпи с двойно налягане на пазара, Американският петролен институт (API) добави програма 74 като част от публикуването на второто издание на API 682.
74 Системата за поддръжка на програмата обикновено е набор от монтирани на панел измервателни уреди и клапани, които продухват бариерния газ, регулират налягането надолу по веригата и измерват налягането и газовия поток към механичните уплътнения. Следвайки пътя на бариерния газ през панела Plan 74, първият елемент е възвратният клапан. Това позволява подаването на бариерен газ да бъде изолирано от уплътнението за смяна на филтърния елемент или поддръжка на помпата. След това бариерният газ преминава през 2 до 3 микрометра (µm) коалесциращ филтър, който улавя течности и частици, които могат да повредят топографските характеристики на уплътнителната повърхност, създавайки газов филм върху повърхността на уплътнителната повърхност. Това е последвано от регулатор на налягането и манометър за настройка на налягането на подаването на бариерен газ към механичното уплътнение.
Газовите уплътнения на помпата с двойно налягане изискват налягането на подаването на бариерен газ да отговаря или надвишава минимално диференциално налягане над максималното налягане в уплътнителната камера. Този минимален спад на налягането варира според производителя и вида на уплътнението, но обикновено е около 30 паунда на квадратен инч (psi). Пресостатът се използва за откриване на всякакви проблеми с налягането на подаването на бариерния газ и за издаване 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 уплътняващия газ, докладвани от производителите на механични уплътнения, показват намалена производителност на уплътняване. Намаленият поток на бариерен газ може да се дължи на въртене на помпата или миграция на течност към лицето на уплътнението (от замърсен бариерен газ или технологична течност).
Често след такива събития се получава увреждане на уплътнителните повърхности и след това се увеличава потокът на бариерен газ. Скокове на налягането в помпата или частична загуба на налягането 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. Настройката за аларма за висок поток обикновено е в диапазона от 10 до 100 пъти нормалния поток на бариерен газ, обикновено не се определя от производителя на механичното уплътнение, но зависи от това колко изтичане на газ помпата може да понесе.
Традиционно се използват разходомери с променлив габарит и не е необичайно разходомери с нисък и висок диапазон да бъдат свързани последователно. След това на разходомера с висок обхват може да се монтира превключвател за висок дебит, за да се даде аларма за висок дебит. Разходомерите с променлива площ могат да бъдат калибрирани само за определени газове при определени температури и налягания. Когато работите при други условия, като температурни колебания между лятото и зимата, показаният дебит не може да се счита за точна стойност, но е близо до действителната стойност.
С пускането на API 682 4-то издание измерванията на дебита и налягането 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 трансмитерите за масов поток е, че те осигуряват изходи, които компенсират налягането и температурата, за да осигурят истински поток при стандартни атмосферни условия. Недостатъкът е, че тези устройства са по-скъпи от разходомерите с променлива площ.
Проблемът с използването на трансмитер за поток е да се намери трансмитер, способен да измерва потока на бариерен газ по време на нормална работа и при алармени точки с висок дебит. Сензорите за поток имат максимални и минимални стойности, които могат да бъдат точно разчетени. Между нулев поток и минималната стойност, изходният поток може да не е точен. Проблемът е, че с нарастването на максималния дебит за определен модел преобразувател на дебита, минималният дебит също се увеличава.
Едно решение е да използвате 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 с висок диапазон. 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 изпомпаната 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 грешен или ако въздушното уплътнение на помпата с двойно налягане има нисък поток на бариерен газ, може да се види, че пулсирането на потока на бариерен газ е причинено от отварянето и повторното поставяне на възвратния клапан.
Обикновено растителният азот се използва като бариерен газ, тъй като е леснодостъпен, инертен и не предизвиква неблагоприятни химични реакции в изпомпваната течност. Могат да се използват и инертни газове, които не са налични, като аргон. В случаите, когато необходимото налягане на защитния газ е по-голямо от налягането на азота в инсталацията, усилвател на налягането може да увеличи налягането и да съхранява газа под високо налягане в приемник, свързан към входа на панела Plan 74. Бутилираните бутилки с азот обикновено не се препоръчват, тъй като те изискват постоянна смяна на празните бутилки с пълни. Ако качеството на уплътнението се влоши, бутилката може бързо да се изпразни, което води до спиране на помпата, за да се предотврати по-нататъшна повреда и повреда на механичното уплътнение.
За разлика от бариерните системи за течности, поддържащите системи Plan 74 не изискват непосредствена близост до механични уплътнения. Единственото предупреждение тук е удълженият участък на тръбата с малък диаметър. В тръбата може да възникне спад на налягането между панела Plan 74 и уплътнението по време на периоди на висок поток (влошаване на уплътнението), което намалява наличното бариерно налягане за уплътнението. Увеличаването на размера на тръбата може да реши този проблем. По правило панелите Plan 74 се монтират на стойка на удобна височина за управление на клапани и четене на показанията на уреда. Скобата може да се монтира върху основната плоча на помпата или до помпата, без да пречи на инспекцията и поддръжката на помпата. Избягвайте опасностите от спъване в тръби/тръби, свързващи панели Plan 74 с механични уплътнения.
За помпи с вътрешен лагер с две механични уплътнения, по едно във 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 на потока. В райони със студени зими може да се наложи панелите Plan 74 да презимуват. Това се прави предимно за защита на електрическото оборудване на панела, обикновено чрез обвиване на панела в шкафа и добавяне на нагревателни елементи.
Интересен феномен е, че скоростта на потока на бариерен газ се увеличава с намаляване на температурата на подаването на бариерен 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 е необходимо 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 на панелите Plan 74 в експлоатация. Това се постига най-лесно чрез добавяне на вентилационен клапан към или близо до връзката на механичното уплътнение. Ако не е наличен обезвъздушителен клапан, системата може да се прочисти чрез откачане на тръбата/тръбата от механичното уплътнение и след това повторно 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 настрои към 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 стартиране, когато процедурите за пускане в експлоатация на помпата и обезвъздушаване са завършени.
Филтърният елемент трябва да се проверява след един 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 бариерен газ трябва да се проверява и записва по време на рутинни проверки. Ако пулсацията на бариерния въздушен поток, причинена от отварянето и затварянето на възвратния клапан, е достатъчно голяма, за да задейства аларма за висок поток, може да се наложи тези стойности на алармата да бъдат увеличени, за да се избегнат фалшиви аларми.
Важна стъпка при извеждането от експлоатация е изолирането и намаляването на налягането на защитния газ да бъде последната стъпка. Първо, изолирайте и понижете налягането в корпуса на помпата. След като помпата е в безопасно състояние, налягането на подаването на защитен газ може да бъде изключено и налягането на газа да бъде отстранено от тръбопровода, свързващ панела Plan 74 с механичното уплътнение. Източете цялата течност от системата, преди да започнете каквато и да е работа по поддръжката.
Въздушните уплътнения на помпата с двойно налягане, комбинирани с поддържащи системи Plan 74, предоставят на операторите решение за уплътнение на вала с нулеви емисии, по-ниски капиталови инвестиции (в сравнение с уплътненията с течни бариерни системи), намалени разходи за жизнен цикъл, малък отпечатък на поддържащата система и минимални изисквания за обслужване.
Когато се инсталира и работи в съответствие с най-добрите практики, това решение за ограничаване 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 на продуктова група в John Crane. Савидж притежава бакалавърска степен по инженерство от университета в Сидни, Австралия. За повече информация посетете johncrane.com.
Време на публикуване: 8 септември 2022 г