Dvostruka zračna brtvila za pumpe za povišenje tlaka, prilagođena tehnologiji zračnih brtvi kompresora, češća su u industriji brtvila vratila. Ova brtvila osiguravaju nulto ispuštanje pumpane tekućine u atmosferu, pružaju manji otpor trenja na vratilu pumpe i rade s jednostavnijim sistemom potpore. Ove prednosti pružaju niže ukupne troškove životnog ciklusa rješenja.
Ove zaptivke funkcionišu uvođenjem vanjskog izvora komprimovanog gasa između unutrašnje i vanjske zaptivne površine. Posebna topografija zaptivne površine vrši dodatni pritisak na barijerni gas, uzrokujući odvajanje zaptivne površine, što dovodi do toga da zaptivna površina pluta u gasnom filmu. Gubici trenja su mali jer se zaptivne površine više ne dodiruju. Barijerni gas prolazi kroz membranu malom brzinom protoka, trošeći barijerni gas u obliku curenja, od kojih većina curi u atmosferu kroz vanjske zaptivne površine. Ostatak prodire u komoru zaptivke i na kraju ga odnosi procesni tok.
Sva dvostruka hermetička zaptivka zahtijeva fluid pod pritiskom (tečnost ili gas) između unutrašnje i vanjske površine sklopa mehaničke zaptivke. Potreban je sistem podrške za dovod ove tečnosti do zaptivke. Nasuprot tome, kod dvostruke zaptivke pod pritiskom podmazane tečnošću, barijerna tečnost cirkuliše iz rezervoara kroz mehaničku zaptivku, gdje podmazuje površine zaptivke, apsorbuje toplotu i vraća se u rezervoar gdje treba da rasprši apsorbovanu toplotu. Ovi sistemi podrške dvostruke zaptivke pod pritiskom fluida su složeni. Termička opterećenja se povećavaju sa procesnim pritiskom i temperaturom i mogu uzrokovati probleme sa pouzdanošću ako se ne izračunaju i ne postave pravilno.
Sistem dvostrukog zaptivanja komprimovanim vazduhom zauzima malo prostora, ne zahtijeva rashladnu vodu i zahtijeva malo održavanja. Osim toga, kada je dostupan pouzdan izvor zaštitnog gasa, njegova pouzdanost je nezavisna od procesnog pritiska i temperature.
Zbog sve većeg usvajanja dvostrukih tlačnih zračnih brtvi na tržištu, Američki institut za naftu (API) dodao je Program 74 kao dio publikacije drugog izdanja API 682.
74 Sistem za podršku programu je obično skup mjerača i ventila montiranih na panel koji pročišćavaju barijerni plin, regulišu nizvodni pritisak i mjere pritisak i protok plina do mehaničkih zaptivača. Prateći put barijernog plina kroz panel Plan 74, prvi element je nepovratni ventil. To omogućava da se dovod barijernog plina izoluje od zaptivača radi zamjene filterskog elementa ili održavanja pumpe. Barijerni plin zatim prolazi kroz koalescentni filter od 2 do 3 mikrometra (µm) koji hvata tekućine i čestice koje mogu oštetiti topografske karakteristike površine zaptivača, stvarajući film plina na površini zaptivača. Nakon toga slijede regulator pritiska i manometar za podešavanje pritiska dovoda barijernog plina do mehaničkog zaptivača.
Zaptivke sa dvostrukom pumpom za gas zahtevaju da pritisak dovoda barijernog gasa dostigne ili premaši minimalni diferencijalni pritisak iznad maksimalnog pritiska u komori zaptivke. Ovaj minimalni pad pritiska varira u zavisnosti od proizvođača i tipa zaptivke, ali je obično oko 30 funti po kvadratnom inču (psi). Prekidač pritiska se koristi za otkrivanje bilo kakvih problema sa pritiskom dovoda barijernog gasa i oglašavanje alarma ako pritisak padne ispod minimalne vrednosti.
Rad zaptivke kontroliše protok barijernog gasa pomoću mjerača protoka. Odstupanja od brzina protoka barijernog gasa koje prijavljuju proizvođači mehaničkih zaptivki ukazuju na smanjene performanse zaptivanja. Smanjen protok barijernog gasa može biti posljedica rotacije pumpe ili migracije fluida na površinu zaptivke (od kontaminiranog barijernog gasa ili procesne tečnosti).
Često, nakon takvih događaja, dolazi do oštećenja zaptivnih površina, a zatim se povećava protok barijernog plina. Nagli skokovi pritiska u pumpi ili djelimični gubitak pritiska barijernog plina također mogu oštetiti zaptivnu površinu. Alarmi za visoki protok mogu se koristiti za određivanje kada je potrebna intervencija radi ispravljanja visokog protoka plina. Zadana vrijednost za alarm za visoki protok je obično u rasponu od 10 do 100 puta većeg od normalnog protoka barijernog plina, obično ne određuje proizvođač mehaničkog zaptivača, već ovisi o tome koliko curenja plina pumpa može podnijeti.
Tradicionalno su se koristili mjerači protoka s promjenjivim područjem mjerenja i nije neuobičajeno da se mjerači protoka niskog i visokog raspona spajaju u seriju. Prekidač visokog protoka tada se može instalirati na mjerač protoka visokog raspona kako bi se aktivirao alarm za visoki protok. Mjerači protoka s promjenjivim područjem mogu se kalibrirati samo za određene plinove na određenim temperaturama i pritiscima. Pri radu pod drugim uvjetima, kao što su temperaturne fluktuacije između ljeta i zime, prikazana brzina protoka ne može se smatrati tačnom vrijednošću, ali je blizu stvarnoj vrijednosti.
Izlaskom četvrtog izdanja standarda API 682, mjerenja protoka i pritiska prešla su sa analognih na digitalna mjerenja s lokalnim očitavanjima. Digitalni mjerači protoka mogu se koristiti kao mjerači protoka s promjenjivom površinom, koji pretvaraju položaj plovka u digitalne signale, ili mjerači masenog protoka, koji automatski pretvaraju maseni protok u zapreminski protok. Karakteristična karakteristika transmitera masenog protoka je da pružaju izlaze koji kompenziraju pritisak i temperaturu kako bi se osigurao stvarni protok pod standardnim atmosferskim uvjetima. Nedostatak je što su ovi uređaji skuplji od mjerača protoka s promjenjivom površinom.
Problem s korištenjem transmitera protoka je pronaći transmiter koji je sposoban mjeriti protok barijernog plina tokom normalnog rada i na alarmnim tačkama visokog protoka. Senzori protoka imaju maksimalne i minimalne vrijednosti koje se mogu precizno očitati. Između nultog protoka i minimalne vrijednosti, izlazni protok možda neće biti tačan. Problem je u tome što se, kako se maksimalni protok za određeni model pretvarača protoka povećava, povećava i minimalni protok.
Jedno rješenje je korištenje dva transmitera (jednog niskofrekventnog i jednog visokofrekventnog), ali to je skupa opcija. Druga metoda je korištenje senzora protoka za normalan radni raspon protoka i korištenje prekidača za visoki protok s analognim mjeračem protoka visokog raspona. Posljednja komponenta kroz koju prolazi barijerni plin je nepovratni ventil prije nego što barijerni plin napusti panel i spoji se s mehaničkim brtvom. Ovo je neophodno kako bi se spriječio povratni tok pumpane tekućine u panel i oštećenje instrumenta u slučaju abnormalnih poremećaja u procesu.
Nepovratni ventil mora imati nizak pritisak otvaranja. Ako je odabir pogrešan ili ako zračna brtva pumpe dvostrukog pritiska ima nizak protok barijernog plina, može se vidjeti da je pulsiranje protoka barijernog plina uzrokovano otvaranjem i ponovnim zatvaranjem nepovratnog ventila.
Generalno, biljni dušik se koristi kao zaštitni plin jer je lako dostupan, inertan i ne uzrokuje nikakve neželjene hemijske reakcije u pumpanoj tekućini. Inertni plinovi koji nisu dostupni, poput argona, također se mogu koristiti. U slučajevima kada je potreban pritisak zaštitnog plina veći od pritiska biljnog dušika, pojačivač pritiska može povećati pritisak i pohraniti plin pod visokim pritiskom u prijemniku spojenom na ulaz ploče Plan 74. Boce s dušikom u bocama se generalno ne preporučuju jer zahtijevaju stalnu zamjenu praznih boca punim. Ako se kvalitet zaptivanja pogorša, boca se može brzo isprazniti, što uzrokuje zaustavljanje pumpe kako bi se spriječilo daljnje oštećenje i kvar mehaničkog zaptivača.
Za razliku od sistema tečnih barijera, sistemi za potporu Plan 74 ne zahtijevaju blizinu mehaničkih zaptivki. Jedina zamjerka ovdje je izduženi dio cijevi malog promjera. Pad pritiska između panela Plan 74 i zaptivke može se dogoditi u cijevi tokom perioda visokog protoka (degradacija zaptivke), što smanjuje pritisak barijere dostupan zaptivci. Povećanje veličine cijevi može riješiti ovaj problem. Po pravilu, paneli Plan 74 se montiraju na postolje na pogodnoj visini za kontrolu ventila i očitavanje očitanja instrumenata. Nosač se može montirati na osnovnu ploču pumpe ili pored pumpe bez ometanja inspekcije i održavanja pumpe. Izbjegavajte opasnosti od spoticanja na cijevima/cijevima koje spajaju panele Plan 74 sa mehaničkim zaptivkama.
Za pumpe s međuležajnim sustavima i dva mehanička brtvila, po jedno na svakom kraju pumpe, ne preporučuje se korištenje jedne ploče i zasebnog izlaza zaštitnog plina za svako mehaničko brtvilo. Preporučeno rješenje je korištenje zasebne ploče Plan 74 za svako brtvilo ili ploče Plan 74 s dva izlaza, svaki sa svojim vlastitim setom mjerača protoka i prekidača protoka. U područjima s hladnim zimama može biti potrebno prezimiti ploče Plan 74. To se prvenstveno radi radi zaštite električne opreme ploče, obično zatvaranjem ploče u ormar i dodavanjem grijaćih elemenata.
Zanimljiv fenomen je da se brzina protoka barijernog plina povećava sa smanjenjem temperature dovoda barijernog plina. Ovo obično prolazi nezapaženo, ali može postati uočljivo na mjestima s hladnim zimama ili velikim temperaturnim razlikama između ljeta i zime. U nekim slučajevima, može biti potrebno podesiti postavljenu vrijednost alarma za visoki protok kako bi se spriječili lažni alarmi. Kanali za zrak panela i spojne cijevi moraju se pročistiti prije puštanja panela Plan 74 u rad. To se najlakše postiže dodavanjem ventila za odzračivanje na ili blizu spoja mehaničkog zaptivača. Ako ventil za odzračivanje nije dostupan, sistem se može pročistiti odvajanjem cijevi od mehaničkog zaptivača, a zatim ponovnim spajanjem nakon pročišćavanja.
Nakon spajanja Plan 74 panela na zaptivke i provjere svih spojeva na curenje, regulator pritiska se sada može podesiti na postavljeni pritisak u aplikaciji. Panel mora dovoditi komprimirani barijerni plin do mehaničke zaptivke prije punjenja pumpe procesnom tekućinom. Zaptivke i paneli Plan 74 spremni su za početak rada kada se završe postupci puštanja pumpe u rad i odzračivanja.
Filterski element se mora pregledati nakon mjesec dana rada ili svakih šest mjeseci ako se ne pronađe kontaminacija. Interval zamjene filtera zavisi od čistoće isporučenog plina, ali ne bi trebao biti duži od tri godine.
Brzine protoka plina u barijeri treba provjeravati i evidentirati tokom rutinskih inspekcija. Ako je pulsiranje protoka zraka u barijeri uzrokovano otvaranjem i zatvaranjem nepovratnog ventila dovoljno veliko da aktivira alarm za visoki protok, ove vrijednosti alarma možda će trebati povećati kako bi se izbjegli lažni alarmi.
Važan korak u dekomisioniranju je da izolacija i smanjenje pritiska zaštitnog gasa treba biti posljednji korak. Prvo, izolujte i smanjite pritisak u kućištu pumpe. Kada je pumpa u sigurnom stanju, dovod pritiska zaštitnog gasa može se isključiti i ukloniti pritisak gasa iz cijevi koje spajaju ploču Plan 74 sa mehaničkim zaptivačem. Ispustite svu tečnost iz sistema prije početka bilo kakvih radova na održavanju.
Dvostruke zračne zaptivke pumpe s pritiskom u kombinaciji s potpornim sistemima Plan 74 pružaju operaterima rješenje za zaptivku vratila s nultom emisijom, niža kapitalna ulaganja (u usporedbi sa zaptivkama s sustavima tekuće barijere), smanjene troškove životnog ciklusa, mali otisak potpornog sustava i minimalne zahtjeve za servisiranje.
Kada se instalira i koristi u skladu s najboljom praksom, ovo rješenje za zadržavanje može osigurati dugoročnu pouzdanost i povećati dostupnost rotirajuće 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 menadžer grupe proizvoda u kompaniji John Crane. Savage ima diplomu inženjerstva sa Univerziteta u Sydneyu, Australija. Za više informacija posjetite johncrane.com.
Vrijeme objave: 08.09.2022.