Dvojité vzduchové tesnenia pomocného čerpadla, prispôsobené technológii vzduchového tesnenia kompresora, sú bežnejšie v priemysle tesnení hriadeľa. Tieto tesnenia zabezpečujú nulové vypúšťanie čerpanej kvapaliny do atmosféry, poskytujú menší trecí odpor na hriadeli čerpadla a pracujú s jednoduchším nosným systémom. Tieto výhody poskytujú nižšie celkové náklady na životný cyklus riešenia.
Tieto tesnenia fungujú tak, že medzi vnútorný a vonkajší tesniaci povrch zavádzajú externý zdroj stlačeného plynu. Zvláštna topografia tesniaceho povrchu vytvára dodatočný tlak na bariérový plyn, čo spôsobuje oddelenie tesniaceho povrchu, čo spôsobuje, že tesniaci povrch sa vznáša v plynovom filme. Straty trením sú nízke, pretože tesniace plochy sa už nedotýkajú. Bariérový plyn prechádza cez membránu nízkou rýchlosťou, pričom spotrebúva bariérový plyn vo forme netesností, z ktorých väčšina uniká do atmosféry cez vonkajšie tesniace povrchy. Zvyšok presakuje do tesniacej komory a nakoniec je odnášaný procesným prúdom.
Všetky dvojité hermetické tesnenia vyžadujú stlačenú kvapalinu (kvapalinu alebo plyn) medzi vnútorným a vonkajším povrchom zostavy mechanického tesnenia. Na dodávanie tejto tekutiny do tesnenia je potrebný podporný systém. Naproti tomu v kvapalinou mazanej tlakovej dvojitej upchávke bariérová kvapalina cirkuluje zo zásobníka cez mechanické tesnenie, kde maže tesniace povrchy, absorbuje teplo a vracia sa do zásobníka, kde potrebuje odviesť absorbované teplo. Tieto podporné systémy s dvojitým tlakom tekutiny sú zložité. Tepelné zaťaženie sa zvyšuje s procesným tlakom a teplotou a môže spôsobiť problémy so spoľahlivosťou, ak nie je správne vypočítané a nastavené.
Systém dvojitého tesnenia stlačeného vzduchu zaberá málo miesta, nevyžaduje žiadnu chladiacu vodu a vyžaduje len malú údržbu. Navyše, keď je k dispozícii spoľahlivý zdroj ochranného plynu, jeho spoľahlivosť je nezávislá od procesného tlaku a teploty.
Vzhľadom na rastúce prijatie vzduchových tesnení s dvojitým tlakovým čerpadlom na trhu, American Petroleum Institute (API) pridal Program 74 ako súčasť publikácie druhého vydania API 682.
74 Systém podpory programu je zvyčajne súprava meradiel a ventilov namontovaných na paneli, ktoré prečisťujú bariérový plyn, regulujú tlak po prúde a merajú tlak a prietok plynu k mechanickým upchávkam. Po dráhe bariérového plynu cez panel Plan 74 je prvým prvkom spätný ventil. To umožňuje, aby bol prívod bariérového plynu izolovaný od tesnenia pre výmenu filtračného prvku alebo údržbu čerpadla. Bariérový plyn potom prechádza cez koalescenčný filter s veľkosťou 2 až 3 mikrometre (µm), ktorý zachytáva kvapaliny a častice, ktoré môžu poškodiť topografické vlastnosti povrchu tesnenia, čím sa vytvorí plynový film na povrchu povrchu tesnenia. Nasleduje regulátor tlaku a manometer na nastavenie tlaku bariérového prívodu plynu k mechanickému tesneniu.
Plynové tesnenia čerpadla s dvojitým tlakom vyžadujú, aby tlak bariérového prívodu plynu dosiahol alebo prekročil minimálny rozdiel tlaku nad maximálnym tlakom v tesniacej komore. Tento minimálny pokles tlaku sa líši podľa výrobcu a typu tesnenia, ale zvyčajne je okolo 30 libier na štvorcový palec (psi). Tlakový spínač sa používa na detekciu akýchkoľvek problémov s bariérovým prívodným tlakom plynu a pri poklese tlaku pod minimálnu hodnotu spustí alarm.
Činnosť tesnenia je riadená prietokom bariérového plynu pomocou prietokomeru. Odchýlky od prietokov tesniaceho plynu uvádzané výrobcami mechanických upchávok naznačujú znížený tesniaci výkon. Znížený prietok bariérového plynu môže byť spôsobený rotáciou čerpadla alebo migráciou tekutiny na čelo tesnenia (z kontaminovaného bariérového plynu alebo procesnej tekutiny).
Často po takýchto udalostiach dôjde k poškodeniu tesniacich plôch a potom sa zvýši prietok bariérového plynu. Tlakové rázy v čerpadle alebo čiastočná strata tlaku bariérového plynu môžu tiež poškodiť tesniaci povrch. Alarmy vysokého prietoku možno použiť na určenie, kedy je potrebný zásah na korekciu vysokého prietoku plynu. Nastavená hodnota pre alarm vysokého prietoku je zvyčajne v rozsahu 10 až 100-násobku normálneho bariérového prietoku plynu, zvyčajne neurčuje výrobca mechanického tesnenia, ale závisí od toho, koľko úniku plynu môže čerpadlo tolerovať.
Tradične sa používali prietokomery s premenlivým prietokomerom a nie je nezvyčajné, že prietokomery s nízkym a vysokým rozsahom sú zapojené do série. Na prietokomer s vysokým rozsahom je potom možné nainštalovať spínač vysokého prietoku, ktorý spustí alarm vysokého prietoku. Prietokomery s premenlivou plochou je možné kalibrovať len pre určité plyny pri určitých teplotách a tlakoch. Pri prevádzke za iných podmienok, ako sú teplotné výkyvy medzi letom a zimou, nemožno zobrazený prietok považovať za presnú hodnotu, ale je blízko skutočnej hodnote.
S vydaním API 682 4. vydanie sa merania prietoku a tlaku presunuli z analógového na digitálne s lokálnymi údajmi. Digitálne prietokomery môžu byť použité ako prietokomery s premenlivou plochou, ktoré premieňajú polohu plaváka na digitálne signály, alebo ako hmotnostné prietokomery, ktoré automaticky premieňajú hmotnostný prietok na objemový. Charakteristickým znakom vysielačov hmotnostného prietoku je to, že poskytujú výstupy, ktoré kompenzujú tlak a teplotu, aby poskytli skutočný prietok za štandardných atmosférických podmienok. Nevýhodou je, že tieto zariadenia sú drahšie ako prietokomery s variabilnou plochou.
Problém s použitím vysielača prietoku je nájsť vysielač schopný merať bariérový prietok plynu počas normálnej prevádzky a pri alarmových bodoch vysokého prietoku. Prietokové snímače majú maximálne a minimálne hodnoty, ktoré je možné presne odčítať. Medzi nulovým prietokom a minimálnou hodnotou nemusí byť výstupný prietok presný. Problém je v tom, že so zvyšujúcim sa maximálnym prietokom pre konkrétny model prietokového prevodníka sa zvyšuje aj minimálny prietok.
Jedným z riešení je použiť dva vysielače (jeden nízkofrekvenčný a jeden vysokofrekvenčný), ale je to drahá možnosť. Druhou metódou je použitie snímača prietoku pre normálny prevádzkový rozsah prietoku a použitie spínača vysokého prietoku s analógovým prietokomerom vysokého rozsahu. Posledný komponent, cez ktorý bariérový plyn prechádza, je spätný ventil predtým, ako bariérový plyn opustí panel a pripojí sa k mechanickému tesneniu. Je to nevyhnutné, aby sa zabránilo spätnému toku čerpanej kvapaliny do panelu a poškodeniu prístroja v prípade abnormálnych procesných porúch.
Spätný ventil musí mať nízky otvárací tlak. Ak je výber nesprávny alebo ak vzduchové tesnenie dvojtlakového čerpadla má nízky bariérový prietok plynu, je možné vidieť, že pulzácia bariérového prietoku plynu je spôsobená otvorením a opätovným nastavením spätného ventilu.
Vo všeobecnosti sa rastlinný dusík používa ako bariérový plyn, pretože je ľahko dostupný, inertný a nespôsobuje žiadne nepriaznivé chemické reakcie v čerpanej kvapaline. Môžu sa použiť aj inertné plyny, ktoré nie sú dostupné, ako napríklad argón. V prípadoch, keď je požadovaný tlak ochranného plynu vyšší ako tlak dusíka v závode, môže tlakový zosilňovač zvýšiť tlak a uskladniť vysokotlakový plyn v zberači pripojenom k vstupu do panelu Plan 74. Fľaškové fľaše s dusíkom sa vo všeobecnosti neodporúčajú, pretože vyžadujú neustálu výmenu prázdnych fliaš za plné. Ak sa kvalita tesnenia zhorší, fľaša môže byť rýchlo vyprázdnená, čo spôsobí zastavenie pumpy, aby sa zabránilo ďalšiemu poškodeniu a poruche mechanického tesnenia.
Na rozdiel od kvapalinových bariérových systémov, podporné systémy Plan 74 nevyžadujú tesnú blízkosť k mechanickým tesneniam. Jedinou výhradou je predĺžená časť rúrky s malým priemerom. Počas obdobia vysokého prietoku (degradácia tesnenia) môže dôjsť v potrubí k poklesu tlaku medzi panelom Plan 74 a tesnením, čo znižuje bariérový tlak dostupný pre tesnenie. Zväčšenie veľkosti potrubia môže tento problém vyriešiť. Panely Plan 74 sú spravidla namontované na stojane vo vhodnej výške na ovládanie ventilov a čítanie údajov prístrojov. Držiak je možné namontovať na základnú dosku čerpadla alebo vedľa čerpadla bez toho, aby zasahoval do kontroly a údržby čerpadla. Zabráňte nebezpečenstvu zakopnutia o potrubia/potrubia spájajúce panely Plan 74 s mechanickými tesneniami.
Pri medziložiskových čerpadlách s dvoma mechanickými upchávkami, jednou na každom konci čerpadla, sa neodporúča používať jeden panel a samostatný bariérový výstup plynu pre každú mechanickú upchávku. Odporúčaným riešením je použiť samostatný panel Plan 74 pre každé tesnenie alebo panel Plan 74 s dvoma výstupmi, každý s vlastnou súpravou prietokomerov a prietokových spínačov. V oblastiach s chladnými zimami môže byť potrebné panely Plan 74 prezimovať. Toto sa robí predovšetkým kvôli ochrane elektrického zariadenia panela, zvyčajne zapuzdrením panelu do skrine a pridaním vykurovacích telies.
Zaujímavým javom je, že prietok bariérového plynu sa zvyšuje s klesajúcou teplotou prívodu bariérového plynu. To zvyčajne zostáva nepovšimnuté, ale môže sa to prejaviť na miestach so studenými zimami alebo veľkými teplotnými rozdielmi medzi letom a zimou. V niektorých prípadoch môže byť potrebné upraviť nastavenú hodnotu alarmu vysokého prietoku, aby sa predišlo falošným poplachom. Pred uvedením panelov Plan 74 do prevádzky musia byť vzduchové kanály panelov a spojovacie potrubia/potrubia prečistené. To sa dá najľahšie dosiahnuť pridaním odvzdušňovacieho ventilu na pripojenie mechanického tesnenia alebo v jeho blízkosti. Ak nie je k dispozícii odvzdušňovací ventil, systém je možné prečistiť odpojením hadičky/trubice od mechanického tesnenia a jej opätovným pripojením po vyčistení.
Po napojení panelov Plan 74 na tesnenia a skontrolovaní tesnosti všetkých spojov je teraz možné regulátor tlaku nastaviť na nastavený tlak v aplikácii. Panel musí dodať stlačený bariérový plyn do mechanického tesnenia pred naplnením čerpadla procesnou kvapalinou. Tesnenia a panely Plan 74 sú pripravené na spustenie po dokončení procesu uvedenia čerpadla do prevádzky a odvzdušnenia.
Filtračnú vložku je potrebné skontrolovať po mesiaci prevádzky alebo každých šesť mesiacov, ak nie je zistená žiadna kontaminácia. Interval výmeny filtra bude závisieť od čistoty dodávaného plynu, nemal by však presiahnuť tri roky.
Hodnoty bariérových plynov by sa mali kontrolovať a zaznamenávať počas bežných inšpekcií. Ak je pulzácia bariérového prietoku vzduchu spôsobená otváraním a zatváraním spätného ventilu dostatočne veľká na spustenie alarmu vysokého prietoku, možno bude potrebné tieto hodnoty alarmu zvýšiť, aby sa predišlo falošným poplachom.
Dôležitým krokom pri vyraďovaní z prevádzky je, že izolácia a odtlakovanie ochranného plynu by malo byť posledným krokom. Najprv izolujte a odtlakujte teleso čerpadla. Keď je čerpadlo v bezpečnom stave, prívodný tlak ochranného plynu možno vypnúť a tlak plynu odstrániť z potrubia spájajúceho panel Plan 74 s mechanickou upchávkou. Pred začatím akejkoľvek údržby vypustite zo systému všetku kvapalinu.
Duálne tlakové vzduchové tesnenia čerpadla v kombinácii s podpornými systémami Plan 74 poskytujú operátorom riešenie tesnenia hriadeľa s nulovými emisiami, nižšie kapitálové investície (v porovnaní s tesneniami so systémami kvapalinovej bariéry), znížené náklady na životný cyklus, malú stopu podporného systému a minimálne servisné požiadavky.
Pri inštalácii a prevádzke v súlade s osvedčenými postupmi môže toto riešenie zadržiavania poskytnúť dlhodobú spoľahlivosť a zvýšiť dostupnosť rotačných zariadení.
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 manažér produktovej skupiny v spoločnosti John Crane. Savage má bakalársky titul v odbore inžinierstvo na University of Sydney v Austrálii. Pre viac informácií navštívte johncrane.com.
Čas odoslania: 08.08.2022