Dvojna zračna tesnila črpalke za dvig tlaka, prilagojena tehnologiji zračnih tesnil kompresorja, so pogostejša v industriji tesnil gredi. Ta tesnila zagotavljajo ničelno praznjenje črpane tekočine v atmosfero, zagotavljajo manjši torni upor 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 plina pod pritiskom. Posebna topografija tesnilne površine povzroča dodaten pritisk na pregradni plin, zaradi česar se tesnilna površina loči, kar povzroči, da tesnilna površina lebdi v plinskem filmu. Izgube zaradi trenja so majhne, saj se tesnilne površine ne dotikajo več. Pregradni plin prehaja skozi membrano z nizkim pretokom, pri čemer porabi pregradni plin v obliki puščanj, od katerih večina uhaja v ozračje skozi zunanje tesnilne površine. Ostanek pronica v tesnilno komoro in ga na koncu odnese procesni tok.
Vsa dvojna hermetična tesnila zahtevajo tekočino pod pritiskom (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 tlačnem tesnilu, mazanem s tekočino, zaporna tekočina kroži iz rezervoarja skozi mehansko tesnilo, kjer maže tesnilne površine, absorbira toploto in se vrne v rezervoar, kjer mora odvesti absorbirano toploto. Ti podporni sistemi z dvojnim tesnilom pod pritiskom tekočine so zapleteni. Toplotne obremenitve naraščajo s procesnim tlakom in temperaturo ter lahko povzročijo težave z zanesljivostjo, če niso pravilno izračunane in nastavljene.
Podporni sistem z dvojnim tesnilom na stisnjen zrak zavzame malo prostora, ne potrebuje hladilne vode in zahteva malo vzdrževanja. Poleg tega, ko je na voljo zanesljiv vir zaščitnega plina, je njegova zanesljivost neodvisna od procesnega tlaka in temperature.
Zaradi vse večjega sprejemanja zračnih tesnil z dvojno tlačno črpalko na trgu je Ameriški inštitut za nafto (API) dodal program 74 kot del objave druge izdaje API 682.
74 Programski podporni sistem je običajno niz na plošči nameščenih merilnikov in ventilov, ki odvajajo pregradni plin, uravnavajo spodnji tlak in merijo tlak in pretok plina do mehanskih tesnil. Po poti zapornega plina skozi ploščo Plan 74 je prvi element povratni ventil. To omogoča izolacijo dovoda zapornega plina od tesnila za zamenjavo filtrskega elementa ali vzdrževanje črpalke. Pregradni plin nato preide skozi koalescentni filter velikosti 2 do 3 mikrometrov (µm), ki ujame tekočine in delce, ki lahko poškodujejo topografske značilnosti površine tesnila, ter ustvari plinski film na površini površine tesnila. Sledi regulator tlaka in manometer za nastavitev tlaka dovoda zapornega plina v mehansko tesnilo.
Plinska tesnila z dvojno tlačno črpalko zahtevajo, da dovodni tlak zapornega plina doseže ali preseže minimalni diferenčni tlak nad največjim tlakom v tesnilni komori. Ta najmanjši padec tlaka se razlikuje glede na proizvajalca tesnila in vrsto, vendar je običajno okoli 30 funtov na kvadratni palec (psi). Tlačno stikalo se uporablja za zaznavanje morebitnih težav s tlakom dovoda zapornega plina in sproži alarm, če tlak pade pod minimalno vrednost.
Delovanje tesnila je nadzorovano s pretokom zapornega plina z merilnikom pretoka. Odstopanja od pretoka tesnilnega plina, ki jih poročajo proizvajalci mehanskih tesnil, kažejo na zmanjšano učinkovitost tesnjenja. Zmanjšan pretok zapornega plina je lahko posledica vrtenja črpalke ali migracije tekočine na površino tesnila (iz onesnaženega zapornega plina ali procesne tekočine).
Pogosto po takšnih dogodkih pride do poškodb tesnilnih površin, nato pa se poveča pretok zapornega plina. Tlačni sunki v črpalki ali delna izguba tlaka zapornega plina lahko poškodujejo tudi tesnilno površino. Alarme za visok pretok je mogoče uporabiti za določitev, kdaj je potreben poseg za popravek visokega pretoka plina. Nastavljena točka za alarm visokega pretoka je običajno v razponu od 10 do 100-kratnika običajnega pretoka zapornega plina, običajno je ne določi proizvajalec mehanskega tesnila, ampak je odvisna od tega, koliko uhajanja plina lahko prenese črpalka.
Tradicionalno so bili uporabljeni merilniki pretoka s spremenljivim merilnikom pretoka in ni nenavadno, da so merilniki pretoka nizkega in visokega območja povezani zaporedno. Nato lahko na merilnik pretoka z visokim pretokom namestite stikalo za visok pretok, ki sproži alarm za visok pretok. Merilnike pretoka s spremenljivo površino je mogoče kalibrirati samo 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 dejanske vrednosti.
Z izdajo 4. izdaje API 682 so se meritve pretoka in tlaka premaknile iz analognih v digitalne z lokalnimi odčitki. Digitalne merilnike pretoka je mogoče uporabiti kot merilnike pretoka s spremenljivim območjem, ki pretvorijo položaj plovca v digitalne signale, ali merilnike masnega pretoka, ki samodejno pretvorijo masni pretok v prostorninski pretok. Posebnost oddajnikov masnega pretoka je, da zagotavljajo izhode, ki kompenzirajo tlak in temperaturo, da zagotovijo pravi pretok v standardnih atmosferskih pogojih. Pomanjkljivost je, da so te naprave dražje od merilnikov pretoka s spremenljivo površino.
Težava pri uporabi oddajnika pretoka je najti oddajnik, ki je zmožen meriti pretok zapornega plina med običajnim delovanjem in na alarmnih točkah z visokim pretokom. Senzorji pretoka imajo največje in najmanjše vrednosti, ki jih je mogoče natančno odčitati. Med ničelnim pretokom in najmanjšo vrednostjo izhodni pretok morda ne bo točen. Težava je v tem, da ko se poveča največji pretok za določen model pretvornika pretoka, se 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 delovno območje pretoka in uporaba stikala za visok pretok z analognim merilnikom pretoka visokega dosega. Zadnja komponenta, skozi katero gre zaporni plin, je povratni ventil, preden zaporni plin zapusti ploščo in se poveže z mehanskim tesnilom. To je potrebno za preprečitev povratnega toka črpane tekočine v ploščo in poškodbe instrumenta v primeru nenormalnih motenj v procesu.
Kontrolni ventil mora imeti nizek odpiralni tlak. Če je izbira napačna ali če ima zračno tesnilo dvotlačne črpalke nizek pretok zapornega plina, lahko vidite, da nihanje pretoka zapornega plina povzroči odpiranje in ponovna namestitev povratnega ventila.
Na splošno se rastlinski dušik uporablja kot pregradni plin, ker je lahko dostopen, inerten in ne povzroča škodljivih kemičnih reakcij v črpani tekočini. Uporabijo se lahko tudi inertni plini, ki niso na voljo, kot je argon. V primerih, ko je zahtevani tlak zaščitnega plina večji od tlaka dušika v napravi, lahko ojačevalnik tlaka poveča tlak in shrani visokotlačni plin v sprejemniku, ki je povezan z dovodom plošče Plan 74. Ustekleničene jeklenke z dušikom na splošno niso priporočljive, saj zahtevajo stalno menjavo praznih jeklenk s polnimi. Če se kakovost tesnila poslabša, lahko steklenico hitro izpraznite, kar povzroči zaustavitev črpalke, da se prepreči nadaljnja poškodba in odpoved mehanskega tesnila.
Za razliko od sistemov s pregradami za tekočine podporni sistemi Plan 74 ne zahtevajo neposredne bližine mehanskih tesnil. Edina pomanjkljivost je podolgovat del cevi majhnega premera. Med ploščo Plan 74 in tesnilom lahko pride do padca tlaka v cevi v obdobjih visokega pretoka (poslabšanje tesnila), kar zmanjša pregradni 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 branje odčitkov instrumentov. Nosilec je mogoče namestiti na osnovno ploščo črpalke ali poleg črpalke, ne da bi motili pregled in vzdrževanje črpalke. Izogibajte se nevarnostim spotikanja ob cevi/cevi, ki povezujejo plošče Plan 74 z mehanskimi tesnili.
Pri črpalkah z medležaji z dvema mehanskima tesniloma, po enim na vsakem koncu črpalke, ni priporočljivo uporabljati ene plošče in ločenega izhoda za zaporni plin za vsako mehansko tesnilo. Priporočena rešitev je uporaba ločene plošče Plan 74 za vsako tesnilo ali plošče Plan 74 z dvema izhodoma, od katerih ima vsak svoj niz 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 panela, običajno z oblaganjem panela v ohišju in dodajanjem grelnih elementov.
Zanimiv pojav je, da stopnja pretoka zapornega plina narašča z nižanjem temperature dovoda zapornega plina. To običajno ostane neopaženo, lahko pa postane opazno v krajih z mrzlimi zimami ali velikimi temperaturnimi razlikami med poletjem in zimo. V nekaterih primerih bo morda treba prilagoditi nastavljeno točko alarma za visok pretok, da preprečite lažne alarme. Zračne kanale plošč in povezovalne cevi/cevi je treba očistiti, preden začnete uporabljati plošče Plan 74. To je najlažje doseči z dodajanjem odzračevalnega ventila na ali blizu priključka mehanskega tesnila. Če odzračevalni ventil ni na voljo, lahko sistem odzračite tako, da odklopite cev/cev z mehanskega tesnila in jo po odplakovanju ponovno priključite.
Po priključitvi plošč Plan 74 na tesnila in preverjanju tesnosti vseh povezav lahko zdaj regulator tlaka prilagodite nastavljenemu tlaku v aplikaciji. Pred polnjenjem črpalke s procesno tekočino mora plošča dovajati stisnjen zaporni plin v mehansko tesnilo. Tesnila in plošče Plan 74 so pripravljene za zagon, ko so zagon črpalke in postopki odzračevanja zaključeni.
Filtrirni element je treba pregledati po enem mesecu delovanja ali vsakih šest mesecev, če ni ugotovljena kontaminacija. Interval menjave filtra je odvisen od čistosti dobavljenega plina, vendar ne sme biti daljši od treh let.
Stopnje zapornega plina je treba preveriti in zabeležiti med rutinskimi pregledi. Če je pulziranje pretoka pregradnega zraka, ki ga povzroči odpiranje in zapiranje povratnega ventila, dovolj veliko, da sproži alarm visokega pretoka, je treba te vrednosti alarma morda povečati, da se izognete lažnim alarmom.
Pomemben korak pri razgradnji je, da morata biti izolacija in znižanje tlaka zaščitnega plina zadnji korak. Najprej izolirajte in sprostite tlak v ohišju črpalke. Ko je črpalka v varnem stanju, je mogoče izklopiti dovodni tlak zaščitnega plina in odstraniti tlak plina iz cevi, ki povezuje ploščo Plan 74 z mehanskim tesnilom. Pred začetkom vzdrževalnih del izpraznite vso tekočino iz sistema.
Zračna tesnila z dvojno tlačno črpalko v kombinaciji s podpornimi sistemi Plan 74 operaterjem zagotavljajo rešitev tesnil gredi brez emisij, nižje kapitalske naložbe (v primerjavi s tesnili s sistemi zapornih tekočin), zmanjšane stroške življenjskega cikla, majhen odtis podpornega sistema in minimalne zahteve glede servisiranja.
Če je nameščena in deluje v skladu z najboljšo prakso, lahko ta zadrževalna rešitev zagotovi dolgoročno zanesljivost in poveča razpoložljivost rotacijske 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 skupine izdelkov pri John Crane. Savage je diplomiral iz inženirstva na Univerzi v Sydneyju v Avstraliji. Za več informacij obiščite johncrane.com.
Čas objave: 8. september 2022