Dubbla lufttätningar för boosterpumpar, anpassade från kompressorns lufttätningsteknik, är vanligare inom axeltätningsindustrin. Dessa tätningar ger inget utsläpp av den pumpade vätskan till atmosfären, ger mindre friktionsmotstånd på pumpaxeln och fungerar med ett enklare stödsystem. Dessa fördelar ger en lägre total livscykelkostnad för lösningen.
Dessa tätningar fungerar genom att införa en extern trycksatt gaskälla mellan de inre och yttre tätningsytorna. Tätningsytans speciella topografi sätter ytterligare tryck på barriärgasen, vilket gör att tätningsytan separerar och flyter i gasfilmen. Friktionsförlusterna är låga eftersom tätningsytorna inte längre vidrör varandra. Barriärgasen passerar genom membranet med låg flödeshastighet och förbrukar barriärgasen i form av läckor, varav de flesta läcker ut i atmosfären genom de yttre tätningsytorna. Återstoden sipprar in i tätningskammaren och förs så småningom bort av processflödet.
Alla dubbelhermetiska tätningar kräver en trycksatt vätska (vätska eller gas) mellan den mekaniska tätningens inre och yttre ytor. Ett stödsystem krävs för att leverera denna vätska till tätningen. I en vätskesmord trycktätning cirkulerar däremot barriärvätska från reservoaren genom den mekaniska tätningen, där den smörjer tätningsytorna, absorberar värme och återvänder till reservoaren där den behöver avleda den absorberade värmen. Dessa stödsystem med dubbla trycktätningar är komplexa. Termiska belastningar ökar med processtryck och temperatur och kan orsaka tillförlitlighetsproblem om de inte beräknas och ställs in korrekt.
Tryckluftssystemet med dubbeltätning tar upp lite plats, kräver inget kylvatten och kräver lite underhåll. Dessutom, när en pålitlig källa till skyddsgas finns tillgänglig, är dess tillförlitlighet oberoende av processtryck och temperatur.
På grund av det växande användandet av lufttätningar för dubbla tryckpumpar på marknaden lade American Petroleum Institute (API) till Program 74 som en del av publiceringen av den andra upplagan av API 682.
74 Ett programstödsystem är vanligtvis en uppsättning panelmonterade mätare och ventiler som rensar barriärgasen, reglerar nedströms tryck och mäter tryck och gasflöde till mekaniska tätningar. Efter barriärgasens väg genom Plan 74-panelen är det första elementet backventilen. Detta gör att barriärgasförsörjningen kan isoleras från tätningen för byte av filterelement eller pumpunderhåll. Barriärgasen passerar sedan genom ett 2 till 3 mikrometer (µm) koalescerande filter som fångar vätskor och partiklar som kan skada tätningsytans topografiska egenskaper och skapa en gasfilm på tätningsytans yta. Detta följs av en tryckregulator och en manometer för att ställa in trycket på barriärgasförsörjningen till den mekaniska tätningen.
Gastätningar med dubbla tryckpumpar kräver att barriärgastrycket uppfyller eller överstiger ett lägsta differenstryck över det maximala trycket i tätningskammaren. Detta lägsta tryckfall varierar beroende på tätningstillverkare och typ, men ligger vanligtvis runt 30 pund per kvadrattum (psi). Tryckbrytaren används för att upptäcka eventuella problem med barriärgastrycket och utlösa ett larm om trycket sjunker under minimivärdet.
Tätningens funktion styrs av barriärgasflödet med hjälp av en flödesmätare. Avvikelser från tätningsgasflödeshastigheter som rapporteras av tillverkare av mekaniska tätningar indikerar minskad tätningsprestanda. Minskat barriärgasflöde kan bero på pumprotation eller vätskemigration till tätningsytan (från förorenad barriärgas eller processvätska).
Ofta, efter sådana händelser, uppstår skador på tätningsytorna, och då ökar barriärgasflödet. Tryckstötar i pumpen eller partiell förlust av barriärgastrycket kan också skada tätningsytan. Högflödeslarm kan användas för att avgöra när ingripande behövs för att korrigera högt gasflöde. Börvärdet för ett högflödeslarm ligger vanligtvis i intervallet 10 till 100 gånger det normala barriärgasflödet, vanligtvis inte bestämt av tillverkaren av den mekaniska tätningen, utan beror på hur mycket gasläckage pumpen kan tolerera.
Traditionellt har variabelflödesmätare använts och det är inte ovanligt att låg- och högflödesmätare seriekopplas. En högflödesbrytare kan sedan installeras på högflödesmätaren för att ge ett högflödeslarm. Variabel areaflödesmätare kan endast kalibreras för vissa gaser vid vissa temperaturer och tryck. Vid drift under andra förhållanden, såsom temperaturfluktuationer mellan sommar och vinter, kan det visade flödet inte anses vara ett korrekt värde, men ligger nära det faktiska värdet.
Med lanseringen av API 682, fjärde upplagan, har flödes- och tryckmätningar gått från analoga till digitala med lokala avläsningar. Digitala flödesmätare kan användas som flödesmätare med variabel area, som omvandlar flottörposition till digitala signaler, eller massflödesmätare, som automatiskt omvandlar massflöde till volymflöde. Det som kännetecknar massflödestransmittrar är att de tillhandahåller utgångar som kompenserar för tryck och temperatur för att ge ett verkligt flöde under standardatmosfäriska förhållanden. Nackdelen är att dessa enheter är dyrare än flödesmätare med variabel area.
Problemet med att använda en flödesgivare är att hitta en givare som kan mäta barriärgasflödet under normal drift och vid larmpunkter för höga flöden. Flödesgivare har maximi- och minimivärden som kan avläsas noggrant. Mellan nollflöde och minimivärdet kan det utgående flödet vara onoggrant. Problemet är att när den maximala flödeshastigheten för en viss flödesgivaremodell ökar, ökar också den minimiflödeshastigheten.
En lösning är att använda två transmittrar (en lågfrekvens och en högfrekvens), men detta är ett dyrt alternativ. Den andra metoden är att använda en flödessensor för det normala driftsflödesområdet och använda en högflödesbrytare med en analog flödesmätare för högt intervall. Den sista komponenten som barriärgasen passerar igenom är backventilen innan barriärgasen lämnar panelen och ansluter till den mekaniska tätningen. Detta är nödvändigt för att förhindra bakåtflöde av pumpad vätska in i panelen och skador på instrumentet vid onormala processstörningar.
Backventilen måste ha ett lågt öppningstryck. Om valet är felaktigt, eller om lufttätningen på dubbeltryckspumpen har lågt barriärgasflöde, kan man se att pulseringen i barriärgasflödet orsakas av att backventilen öppnas och återställs.
Generellt används växtkväve som barriärgas eftersom det är lättillgängligt, inert och inte orsakar några negativa kemiska reaktioner i den pumpade vätskan. Inerta gaser som inte är tillgängliga, såsom argon, kan också användas. I de fall där det erforderliga skyddsgastrycket är högre än växtkvävetrycket kan en tryckökare öka trycket och lagra högtrycksgasen i en behållare ansluten till Plan 74-panelens inlopp. Kvävgasflaskor på flaska rekommenderas generellt inte eftersom de kräver att tomma cylindrar ständigt byts ut mot fulla. Om tätningens kvalitet försämras kan flaskan tömmas snabbt, vilket gör att pumpen stannar för att förhindra ytterligare skador och fel på den mekaniska tätningen.
Till skillnad från vätskebarriärsystem kräver inte Plan 74-stödsystem nära mekaniska tätningar. Den enda nackdelen här är den förlängda delen av röret med liten diameter. Ett tryckfall mellan Plan 74-panelen och tätningen kan uppstå i röret under perioder med högt flöde (tätningsnedbrytning), vilket minskar det tillgängliga barriärtrycket för tätningen. Att öka rörets storlek kan lösa detta problem. Som regel monteras Plan 74-paneler på ett stativ på en bekväm höjd för att styra ventiler och avläsa instrumentavläsningar. Fästet kan monteras på pumpens bottenplatta eller bredvid pumpen utan att störa pumpinspektion och underhåll. Undvik snubbelrisker på rör/rör som ansluter Plan 74-paneler med mekaniska tätningar.
För mellanlagerpumpar med två mekaniska tätningar, en i varje ände av pumpen, rekommenderas det inte att använda en panel och separat barriärgasutlopp till varje mekanisk tätning. Den rekommenderade lösningen är att använda en separat Plan 74-panel för varje tätning, eller en Plan 74-panel med två utgångar, var och en med sin egen uppsättning flödesmätare och flödesbrytare. I områden med kalla vintrar kan det vara nödvändigt att övervintra Plan 74-panelerna. Detta görs främst för att skydda panelens elektriska utrustning, vanligtvis genom att inkapsla panelen i skåpet och lägga till värmeelement.
Ett intressant fenomen är att barriärgasflödet ökar med minskande barriärgastemperatur. Detta går vanligtvis obemärkt förbi, men kan bli märkbart på platser med kalla vintrar eller stora temperaturskillnader mellan sommar och vinter. I vissa fall kan det vara nödvändigt att justera inställningsvärdet för högt flödeslarm för att förhindra falsklarm. Panelluftkanaler och anslutande rör/ledningar måste rensas innan Plan 74-paneler tas i bruk. Detta uppnås enklast genom att lägga till en avluftningsventil vid eller nära den mekaniska tätningsanslutningen. Om en avluftningsventil inte är tillgänglig kan systemet rensas genom att koppla bort röret/röret från den mekaniska tätningen och sedan återansluta det efter rensning.
Efter att Plan 74-panelerna har anslutits till tätningarna och alla anslutningar har kontrollerats för läckor, kan tryckregulatorn nu justeras till det inställda trycket i applikationen. Panelen måste tillföra trycksatt barriärgas till den mekaniska tätningen innan pumpen fylls med processvätska. Plan 74-tätningarna och panelerna är redo att användas när pumpens driftsättning och avluftningsprocedurer har slutförts.
Filterelementet måste inspekteras efter en månads drift eller var sjätte månad om ingen förorening hittas. Filterbytesintervallet beror på den tillförda gasens renhet, men bör inte överstiga tre år.
Barriärgashastigheter bör kontrolleras och registreras under rutininspektioner. Om pulseringen i barriärluftflödet som orsakas av att backventilen öppnas och stängs är tillräckligt stor för att utlösa ett högflödeslarm, kan dessa larmvärden behöva ökas för att undvika falsklarm.
Ett viktigt steg vid avveckling är att isolering och tryckavlastning av skyddsgasen bör vara det sista steget. Först, isolera och tryckavlasta pumphuset. När pumpen är i säkert skick kan skyddsgastrycket stängas av och gastrycket avlägsnas från rören som förbinder Plan 74-panelen med den mekaniska tätningen. Töm all vätska från systemet innan något underhållsarbete påbörjas.
Lufttätningar från dubbla tryckpumpar i kombination med Plan 74-stödsystem ger operatörer en utsläppsfri axeltätningslösning, lägre kapitalinvesteringar (jämfört med tätningar med vätskebarriärsystem), minskad livscykelkostnad, litet fotavtryck för stödsystemet och minimala servicekrav.
När den installeras och används i enlighet med bästa praxis kan denna inneslutningslösning ge långsiktig tillförlitlighet och öka tillgängligheten för roterande utrustning.
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 är produktchef på John Crane. Savage har en kandidatexamen i ingenjörsvetenskap från University of Sydney, Australien. För mer information, besök johncrane.com.
Publiceringstid: 8 september 2022