Dvojna zračna tesnila črpalk za povečanje tlaka, prilagojena tehnologiji zračnih tesnil kompresorjev, so pogostejša v industriji tesnil gredi. Ta tesnila zagotavljajo ničelno izpust črpane tekočine v ozračje, zagotavljajo manjši upor trenja na gredi črpalke in delujejo s preprostejšim podpornim sistemom. Te prednosti zagotavljajo nižje skupne stroške življenjskega cikla rešitve.
Ta tesnila delujejo tako, da med notranjo in zunanjo tesnilno površino uvedejo zunanji vir stisnjenega plina. Posebna topografija tesnilne površine povzroča dodaten pritisk na barierni plin, zaradi česar se tesnilna površina loči in tesnilna površina lebdi v plinskem filmu. Izgube zaradi trenja so majhne, saj se tesnilni površini ne dotikata več. Barierni plin prehaja skozi membrano z nizkim pretokom in ga porablja v obliki puščanj, od katerih večina uhaja v ozračje skozi zunanje tesnilne površine. Ostanki pronicajo v tesnilno komoro in jih sčasoma odnese procesni tok.
Vsa dvojna hermetična tesnila zahtevajo tlačno tekočino (tekočino ali plin) med notranjo in zunanjo površino sklopa mehanskega tesnila. Za dovajanje te tekočine do tesnila je potreben podporni sistem. Nasprotno pa pri dvojnem tesnilu s tekočinskim mazanjem pod tlakom zaporna tekočina kroži iz rezervoarja skozi mehansko tesnilo, kjer maže površine tesnila, absorbira toploto in se vrne v rezervoar, kjer mora odvajati absorbirano toploto. Ti podporni sistemi dvojnega tesnila s tekočinskim tlakom so kompleksni. Toplotne obremenitve se povečujejo s procesnim tlakom in temperaturo ter lahko povzročijo težave z zanesljivostjo, če niso pravilno izračunane in nastavljene.
Sistem dvojnega tesnila na stisnjen zrak zavzame malo prostora, ne potrebuje hladilne vode in zahteva malo vzdrževanja. Poleg tega je njegova zanesljivost neodvisna od procesnega tlaka in temperature, če je na voljo zanesljiv vir zaščitnega plina.
Zaradi vse večje uporabe dvojnih tlačnih zračnih tesnil na trgu je Ameriški naftni inštitut (API) dodal program 74 kot del objave druge izdaje standarda API 682.
74 Sistem za podporo programu je običajno niz merilnikov in ventilov, nameščenih na plošči, ki odvajajo zaporni plin, uravnavajo tlak v spodnjem delu ter merijo tlak in pretok plina do mehanskih tesnil. Po poti zapornega plina skozi ploščo Plan 74 je prvi element nepovratni ventil. Ta omogoča izolacijo dovoda zapornega plina od tesnila za zamenjavo filtrirnega elementa ali vzdrževanje črpalke. Zaporni plin nato prehaja skozi koalescentni filter z velikostjo delcev od 2 do 3 mikrometre (µm), ki lovi tekočine in delce, ki lahko poškodujejo topografske značilnosti površine tesnila in ustvarijo plinski film na površini tesnila. Sledita regulator tlaka in manometer za nastavitev tlaka dovoda zapornega plina do mehanskega tesnila.
Dvojna tlačna plinska tesnila s črpalko zahtevajo, da tlak dovoda bariernega plina doseže ali preseže minimalni diferenčni tlak nad maksimalnim tlakom v tesnilni komori. Ta minimalni padec tlaka se razlikuje glede na proizvajalca in vrsto tesnila, običajno pa znaša približno 30 funtov na kvadratni palec (psi). Tlačno stikalo se uporablja za zaznavanje morebitnih težav s tlakom dovoda bariernega plina in sproži alarm, če tlak pade pod minimalno vrednost.
Delovanje tesnila se krmili s pretokom zapornega plina z merilnikom pretoka. Odstopanja od pretokov tesnilnega plina, ki jih navajajo proizvajalci mehanskih tesnil, kažejo na zmanjšano tesnilno učinkovitost. Zmanjšan pretok zapornega plina je lahko posledica vrtenja črpalke ali migracije tekočine na tesnilno površino (zaradi onesnaženega zapornega plina ali procesne tekočine).
Pogosto se po takšnih dogodkih poškodujejo tesnilne površine, nato pa se pretok bariernega plina poveča. Tudi tlačni sunki v črpalki ali delna izguba tlaka bariernega plina lahko poškodujejo tesnilno površino. Z alarmi za visok pretok se lahko določi, kdaj je potreben poseg za odpravo visokega pretoka plina. Nastavljena vrednost za alarm za visok pretok je običajno v območju od 10 do 100-kratnika normalnega pretoka bariernega plina, ki ga običajno ne določi proizvajalec mehanskega tesnila, temveč je odvisna od tega, koliko puščanja plina črpalka lahko prenese.
Tradicionalno so se uporabljali merilniki pretoka s spremenljivim merilnikom in ni neobičajno, da so merilniki pretoka za nizek in visok razpon priključeni zaporedno. Na merilnik pretoka za visok razpon je nato mogoče namestiti stikalo za visok pretok, ki sproži alarm za visok pretok. Merilnike pretoka s spremenljivim območjem je mogoče kalibrirati le za določene pline pri določenih temperaturah in tlakih. Pri delovanju v drugih pogojih, kot so temperaturna nihanja med poletjem in zimo, prikazanega pretoka ni mogoče šteti za natančno vrednost, vendar je blizu dejanski vrednosti.
Z izdajo 4. izdaje standarda API 682 so se meritve pretoka in tlaka preusmerile iz analognih v digitalne z lokalnimi odčitki. Digitalni merilniki pretoka se lahko uporabljajo kot merilniki pretoka s spremenljivo površino, ki pretvarjajo položaj plovca v digitalne signale, ali kot merilniki masnega pretoka, ki samodejno pretvarjajo masni pretok v prostorninski pretok. Posebnost oddajnikov masnega pretoka je, da zagotavljajo izhode, ki kompenzirajo tlak in temperaturo, da zagotovijo dejanski pretok v standardnih atmosferskih pogojih. Pomanjkljivost je, da so te naprave dražje od merilnikov pretoka s spremenljivo površino.
Težava pri uporabi pretvornika pretoka je najti pretvornik, ki lahko meri pretok bariernega plina med normalnim delovanjem in pri alarmnih točkah visokega pretoka. Senzorji pretoka imajo največje in najmanjše vrednosti, ki jih je mogoče natančno odčitati. Med ničelnim pretokom in najmanjšo vrednostjo izhodni pretok morda ni natančen. Težava je v tem, da se z naraščanjem največjega pretoka za določen model pretvornika pretoka poveča tudi najmanjši pretok.
Ena od rešitev je uporaba dveh oddajnikov (enega nizkofrekvenčnega in enega visokofrekvenčnega), vendar je to draga možnost. Druga metoda je uporaba senzorja pretoka za normalno območje pretoka in uporaba stikala za visok pretok z analognim merilnikom pretoka za visok razpon. Zadnja komponenta, skozi katero prehaja zaporni plin, je nepovratni ventil, preden zaporni plin zapusti ploščo in se poveže z mehanskim tesnilom. To je potrebno za preprečevanje povratnega toka črpane tekočine v ploščo in poškodbe instrumenta v primeru nenormalnih motenj v procesu.
Nepovratni ventil mora imeti nizek odpiralni tlak. Če je izbira napačna ali če ima zračno tesnilo dvojne tlačne črpalke nizek pretok zapornega plina, je mogoče videti, da pulziranje pretoka zapornega plina povzroča odpiranje in ponovno zapiranje nepovratnega ventila.
Na splošno se rastlinski dušik uporablja kot zaporni plin, ker je lahko dostopen, inerten in ne povzroča neželenih kemičnih reakcij v črpani tekočini. Uporabijo se lahko tudi inertni plini, ki niso na voljo, kot je argon. V primerih, ko je potreben tlak zaščitnega plina večji od tlaka rastlinskega dušika, lahko ojačevalec tlaka poveča tlak in shrani visokotlačni plin v sprejemniku, priključenem na dovod plošče Plan 74. Jeklenke z dušikom v jeklenkah na splošno niso priporočljive, saj zahtevajo nenehno menjavo praznih jeklenk s polnimi. Če se kakovost tesnjenja poslabša, jeklenko lahko hitro izpraznite, zaradi česar se črpalka ustavi, da se prepreči nadaljnja škoda in okvara mehanskega tesnila.
Za razliko od sistemov s tekočinskimi zaporami podporni sistemi Plan 74 ne zahtevajo neposredne bližine mehanskih tesnil. Edina pomanjkljivost je podolgovat del cevi majhnega premera. V obdobjih visokega pretoka lahko v cevi pride do padca tlaka med ploščo Plan 74 in tesnilom (degradacija tesnila), kar zmanjša zaporni tlak, ki je na voljo tesnilu. Povečanje velikosti cevi lahko reši to težavo. Plošče Plan 74 so praviloma nameščene na stojalu na primerni višini za krmiljenje ventilov in odčitavanje odčitkov instrumentov. Nosilec je mogoče namestiti na osnovno ploščo črpalke ali poleg črpalke, ne da bi to motilo pregled in vzdrževanje črpalke. Izogibajte se nevarnostim spotikanja na ceveh/ceveh, ki povezujejo plošče Plan 74 z mehanskimi tesnili.
Pri črpalkah z vmesnimi ležaji in dvema mehanskima tesnilima, po eno na vsakem koncu črpalke, ni priporočljivo uporabljati ene plošče in ločenega izhoda zapornega plina za vsako mehansko tesnilo. Priporočena rešitev je uporaba ločene plošče Plan 74 za vsako tesnilo ali plošče Plan 74 z dvema izhodoma, vsak s svojim kompletom merilnikov pretoka in pretočnih stikal. Na območjih z mrzlimi zimami bo morda treba plošče Plan 74 prezimiti. To se naredi predvsem za zaščito električne opreme plošče, običajno z zaprtjem plošče v omarici in dodajanjem grelnih elementov.
Zanimiv pojav je, da se pretok bariernega plina povečuje z zniževanjem temperature dovoda bariernega plina. To običajno ostane neopaženo, vendar lahko postane opazno na mestih z mrzlimi zimami ali velikimi temperaturnimi razlikami med poletjem in zimo. V nekaterih primerih bo morda treba prilagoditi nastavitveno točko alarma za visok pretok, da se preprečijo lažni alarmi. Zračne kanale panela in povezovalne cevi/cevi je treba pred uporabo panelov Plan 74 prečistiti. To najlažje dosežemo z dodajanjem odzračevalnega ventila na ali v bližini priključka mehanskega tesnila. Če odzračevalni ventil ni na voljo, lahko sistem prečistimo tako, da cev/cev odklopimo od mehanskega tesnila in jo po prepihovanju ponovno priključimo.
Po priključitvi plošč Plan 74 na tesnila in preverjanju tesnjenja vseh priključkov lahko regulator tlaka prilagodite nastavljenemu tlaku v aplikaciji. Plošča mora pred polnjenjem črpalke s procesno tekočino dovajati stisnjen zaporni plin mehanskemu tesnilu. Tesnila in plošče Plan 74 so pripravljene za zagon, ko so zaključeni postopki zagona in odzračevanja črpalke.
Filtrski element je treba pregledati po enem mesecu delovanja ali vsakih šest mesecev, če ni ugotovljena kontaminacija. Interval zamenjave filtra je odvisen od čistosti dovajanega plina, vendar ne sme presegati treh let.
Med rutinskimi pregledi je treba preverjati in beležiti pretok plina v zapornici. Če je pulziranje pretoka zraka v zapornici, ki ga povzroča odpiranje in zapiranje nepovratnega ventila, dovolj veliko, da sproži alarm za visok pretok, bo morda treba te vrednosti alarma povečati, da se preprečijo lažni alarmi.
Pomemben korak pri razgradnji je, da mora biti izolacija in znižanje tlaka zaščitnega plina zadnji korak. Najprej izolirajte in znižajte tlak v ohišju črpalke. Ko je črpalka v varnem stanju, lahko izklopite dovod zaščitnega plina in odstranite tlak plina iz cevi, ki povezujejo ploščo Plan 74 z mehanskim tesnilom. Pred začetkom kakršnih koli vzdrževalnih del izpustite vso tekočino iz sistema.
Dvojna tesnila z zračnimi črpalkami v kombinaciji s podpornimi sistemi Plan 74 upravljavcem zagotavljajo rešitev tesnila gredi z ničelnimi emisijami, nižjo kapitalsko naložbo (v primerjavi s tesnili s sistemi tekoče pregrade), nižje stroške življenjskega cikla, majhen odtis podpornega sistema in minimalne zahteve glede servisiranja.
Če je nameščena in upravljana v skladu z najboljšo prakso, lahko ta rešitev za zadrževanje zagotovi dolgoročno zanesljivost in poveča razpoložljivost rotirajoče opreme.
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 vodja produktne skupine pri podjetju John Crane. Savage ima diplomo iz inženirstva Univerze v Sydneyju v Avstraliji. Za več informacij obiščite johncrane.com.
Čas objave: 8. september 2022