Dvojitá vzduchová těsnění pomocného čerpadla, přizpůsobená technologii vzduchového těsnění kompresoru, jsou běžnější v průmyslu hřídelových těsnění.Tato těsnění zajišťují nulový výtlak čerpané kapaliny do atmosféry, poskytují menší třecí odpor na hřídeli čerpadla a pracují s jednodušším nosným systémem.Tyto výhody poskytují nižší celkové náklady životního cyklu řešení.
Tato těsnění fungují tak, že mezi vnitřní a vnější těsnicí povrchy přivádějí vnější zdroj stlačeného plynu.Konkrétní topografie těsnícího povrchu vytváří dodatečný tlak na bariérový plyn, což způsobuje oddělení těsnícího povrchu, což způsobuje, že těsnící povrch plave v plynovém filmu.Ztráty třením jsou nízké, protože se těsnicí plochy již nedotýkají.Bariérový plyn prochází membránou při nízkém průtoku a spotřebovává bariérový plyn ve formě netěsností, z nichž většina uniká do atmosféry přes vnější těsnicí povrchy.Zbytek prosakuje do těsnicí komory a nakonec je odnášen procesním proudem.
Všechna dvojitá hermetická těsnění vyžadují stlačenou tekutinu (kapalinu nebo plyn) mezi vnitřním a vnějším povrchem sestavy mechanické ucpávky.K dodávání této tekutiny do těsnění je nutný podpůrný systém.Naproti tomu u tlakového dvojitého těsnění mazaného kapalinou cirkuluje bariérová tekutina ze zásobníku přes mechanickou ucpávku, kde maže těsnicí povrchy, absorbuje teplo a vrací se do zásobníku, kde potřebuje odvést absorbované teplo.Tyto duální podpěrné systémy těsnění pod tlakem kapaliny jsou složité.Tepelné zatížení se zvyšuje s procesním tlakem a teplotou a může způsobit problémy se spolehlivostí, pokud není správně vypočteno a nastaveno.
Nosný systém dvojitého těsnění stlačeného vzduchu zabírá málo místa, nevyžaduje žádnou chladicí vodu a vyžaduje malou údržbu.Navíc, když je k dispozici spolehlivý zdroj ochranného plynu, je jeho spolehlivost nezávislá na procesním tlaku a teplotě.
Vzhledem k rostoucímu přijímání vzduchových těsnění se dvěma tlakovými čerpadly na trhu přidal American Petroleum Institute (API) Program 74 jako součást publikace druhého vydání API 682.
74 Systém podpory programu je obvykle sada měřidel a ventilů namontovaných na panelu, které proplachují bariérový plyn, regulují tlak po proudu a měří tlak a průtok plynu k mechanickým ucpávkám.Po cestě bariérového plynu přes panel Plan 74 je prvním prvkem zpětný ventil.To umožňuje izolovat přívod bariérového plynu od těsnění pro výměnu filtračního prvku nebo údržbu čerpadla.Bariérový plyn pak prochází koalescenčním filtrem o velikosti 2 až 3 mikrometry (µm), který zachycuje kapaliny a částice, které mohou poškodit topografické vlastnosti povrchu těsnění, čímž se na povrchu povrchu těsnění vytvoří plynový film.Následuje regulátor tlaku a manometr pro nastavení tlaku přívodu bariérového plynu k mechanické ucpávce.
Dvojitá tlaková plynová těsnění čerpadla vyžadují, aby tlak bariérového přívodu plynu dosáhl nebo překročil minimální diferenční tlak nad maximální tlak v ucpávkové komoře.Tato minimální tlaková ztráta se liší podle výrobce a typu těsnění, ale obvykle je kolem 30 liber na čtvereční palec (psi).Tlakový spínač slouží k detekci případných problémů s tlakem bariérového přívodu plynu a při poklesu tlaku pod minimální hodnotu spustí alarm.
Činnost těsnění je řízena průtokem bariérového plynu pomocí průtokoměru.Odchylky od průtoku ucpávkového plynu uváděné výrobci mechanických ucpávek ukazují na snížený těsnicí výkon.Snížený průtok bariérového plynu může být způsoben rotací čerpadla nebo migrací tekutiny na těsnicí plochu (z kontaminovaného bariérového plynu nebo procesní tekutiny).
Často po takových událostech dochází k poškození těsnicích ploch a pak se zvyšuje bariérový tok plynu.Tlakové rázy v čerpadle nebo částečná ztráta tlaku bariérového plynu mohou také poškodit těsnicí povrch.Alarmy vysokého průtoku lze použít k určení, kdy je nutný zásah ke korekci vysokého průtoku plynu.Nastavená hodnota pro alarm vysokého průtoku je typicky v rozsahu 10 až 100násobku normálního bariérového průtoku plynu, obvykle neurčuje výrobce mechanické ucpávky, ale závisí na tom, jak velký únik plynu čerpadlo snese.
Tradičně se používají průtokoměry s proměnným manometrem a není neobvyklé, že průtokoměry s nízkým a vysokým rozsahem jsou zapojeny do série.Na vysokorozsahový průtokoměr lze poté nainstalovat spínač vysokého průtoku, který spustí alarm vysokého průtoku.Průtokoměry s proměnnou plochou lze kalibrovat pouze pro určité plyny při určitých teplotách a tlacích.Při provozu za jiných podmínek, jako jsou teplotní výkyvy mezi létem a zimou, nelze zobrazený průtok považovat za přesnou hodnotu, ale blíží se skutečné hodnotě.
S vydáním API 682 4. vydání se měření průtoku a tlaku přesunulo z analogového na digitální s místními údaji.Digitální průtokoměry lze použít jako průtokoměry s proměnnou plochou, které převádějí polohu plováku na digitální signály, nebo hmotnostní průtokoměry, které automaticky převádějí hmotnostní průtok na objemový průtok.Charakteristickým rysem snímačů hmotnostního průtoku je to, že poskytují výstupy, které kompenzují tlak a teplotu, aby poskytovaly skutečný průtok za standardních atmosférických podmínek.Nevýhodou je, že tato zařízení jsou dražší než průtokoměry s proměnnou plochou.
Problémem při použití snímače průtoku je najít snímač schopný měřit bariérový průtok plynu během normálního provozu a v bodech alarmu vysokého průtoku.Snímače průtoku mají maximální a minimální hodnoty, které lze přesně odečítat.Mezi nulovým průtokem a minimální hodnotou nemusí být výstupní průtok přesný.Problém je v tom, že jak se zvyšuje maximální průtok pro konkrétní model průtokového převodníku, zvyšuje se také minimální průtok.
Jedním z řešení je použití dvou vysílačů (jeden nízkofrekvenční a jeden vysokofrekvenční), ale to je nákladná varianta.Druhou metodou je použití snímače průtoku pro normální provozní rozsah průtoku a použití spínače vysokého průtoku s analogovým průtokoměrem s vysokým rozsahem.Poslední komponentou, kterou bariérový plyn prochází, je zpětný ventil předtím, než bariérový plyn opustí panel a připojí se k mechanické ucpávce.To je nezbytné, aby se zabránilo zpětnému toku čerpané kapaliny do panelu a poškození přístroje v případě abnormálních poruch procesu.
Zpětný ventil musí mít nízký otevírací tlak.Pokud je výběr nesprávný nebo pokud vzduchové těsnění dvoutlakého čerpadla má nízký bariérový průtok plynu, je vidět, že pulsace bariérového průtoku plynu je způsobena otevřením a opětovným usazením zpětného ventilu.
Obecně se rostlinný dusík používá jako bariérový plyn, protože je snadno dostupný, inertní a nezpůsobuje žádné nepříznivé chemické reakce v čerpané kapalině.Mohou být také použity inertní plyny, které nejsou k dispozici, jako je argon.V případech, kdy je požadovaný tlak ochranného plynu vyšší než tlak dusíku v závodě, může zesilovač tlaku zvýšit tlak a uložit vysokotlaký plyn do přijímače připojeného ke vstupu do panelu Plan 74.Lahvové lahve s dusíkem se obecně nedoporučují, protože vyžadují neustálou výměnu prázdných lahví za plné.Pokud se kvalita těsnění zhorší, může být láhev rychle vyprázdněna, což způsobí zastavení čerpadla, aby se zabránilo dalšímu poškození a selhání mechanického těsnění.
Na rozdíl od kapalinových bariérových systémů nevyžadují podpůrné systémy Plan 74 blízkost mechanických ucpávek.Jedinou výhradou je zde podlouhlá část trubky malého průměru.Během období vysokého průtoku (degradace těsnění) může dojít v potrubí k poklesu tlaku mezi panelem Plan 74 a těsněním, což snižuje bariérový tlak dostupný pro těsnění.Tento problém může vyřešit zvětšení velikosti potrubí.Panely Plan 74 jsou zpravidla namontovány na stojanu ve vhodné výšce pro ovládání ventilů a odečítání hodnot přístrojů.Držák lze namontovat na základovou desku čerpadla nebo vedle čerpadla, aniž by to zasahovalo do kontroly a údržby čerpadla.Vyhněte se nebezpečí zakopnutí o potrubí/potrubí spojující panely Plan 74 s mechanickými ucpávkami.
U meziložiskových čerpadel se dvěma mechanickými ucpávkami, jednou na každém konci čerpadla, se nedoporučuje používat jeden panel a samostatný bariérový výstup plynu ke každé mechanické ucpávce.Doporučeným řešením je použití samostatného panelu Plan 74 pro každé těsnění nebo panelu Plan 74 se dvěma výstupy, každý s vlastní sadou průtokoměrů a průtokových spínačů.V oblastech s chladnými zimami může být nutné panely Plan 74 přezimovat.To se provádí především z důvodu ochrany elektrického zařízení panelu, obvykle zapouzdřením panelu do skříně a přidáním topných těles.
Zajímavým jevem je, že průtok bariérového plynu se zvyšuje s klesající teplotou přívodu bariérového plynu.To obvykle zůstává nepovšimnuto, ale může se to projevit v místech s chladnými zimami nebo velkými teplotními rozdíly mezi létem a zimou.V některých případech může být nutné upravit nastavenou hodnotu alarmu vysokého průtoku, aby se zabránilo falešným poplachům.Před uvedením panelů Plan 74 do provozu je nutné propláchnout vzduchové kanály panelů a spojovací trubky/potrubí.Toho lze nejsnáze dosáhnout přidáním odvzdušňovacího ventilu na nebo blízko připojení mechanické ucpávky.Pokud odvzdušňovací ventil není k dispozici, lze systém propláchnout odpojením hadičky/trubice od mechanické ucpávky a jejím opětovným připojením po propláchnutí.
Po připojení panelů Plan 74 k těsněním a kontrole těsnosti všech spojů lze nyní regulátor tlaku upravit na nastavený tlak v aplikaci.Panel musí dodávat stlačený bariérový plyn do mechanické ucpávky před plněním čerpadla procesní kapalinou.Těsnění a panely Plan 74 jsou připraveny ke spuštění po dokončení procesu uvádění čerpadla do provozu a odvzdušňování.
Filtrační vložka musí být zkontrolována po měsíci provozu nebo každých šest měsíců, pokud není zjištěna kontaminace.Interval výměny filtru bude záviset na čistotě dodávaného plynu, neměl by však přesáhnout tři roky.
Rychlosti bariérových plynů by měly být kontrolovány a zaznamenávány během rutinních kontrol.Pokud je pulsace průtoku vzduchu bariéry způsobená otevíráním a zavíráním zpětného ventilu dostatečně velká, aby spustila alarm vysokého průtoku, může být nutné tyto hodnoty alarmu zvýšit, aby se zabránilo falešným poplachům.
Důležitým krokem při vyřazování z provozu je, že izolace a odtlakování ochranného plynu by mělo být posledním krokem.Nejprve izolujte a odtlakujte těleso čerpadla.Jakmile je čerpadlo v bezpečném stavu, lze vypnout přívodní tlak ochranného plynu a tlak plynu odstranit z potrubí spojujícího panel Plan 74 s mechanickou ucpávkou.Před zahájením jakékoli údržby vypusťte ze systému veškerou kapalinu.
Vzduchová těsnění se dvěma tlakovými čerpadly v kombinaci s podpůrnými systémy Plan 74 poskytují operátorům řešení hřídelové ucpávky s nulovými emisemi, nižší kapitálové investice (ve srovnání s těsněními se systémy kapalinové bariéry), snížené náklady na životní cyklus, malé rozměry podpůrného systému a minimální servisní požadavky.
Pokud je toto řešení kontejnmentu instalováno a provozováno v souladu s nejlepší praxí, může poskytnout dlouhodobou spolehlivost a zvýšit dostupnost rotujících zařízení.
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 je manažer produktové skupiny ve společnosti John Crane.Savage má bakalářský titul v oboru inženýrství z University of Sydney v Austrálii.Pro více informací navštivte johncrane.com.
Čas odeslání: září-08-2022