Doble lufttetninger for boosterpumper, tilpasset fra kompressorens lufttetningsteknologi, er vanligere i akseltetningsindustrien. Disse tetningene gir null utslipp av den pumpede væsken til atmosfæren, gir mindre friksjonsmotstand på pumpeakselen og fungerer med et enklere støttesystem. Disse fordelene gir lavere totalkostnad for løsningens levetid.
Disse tetningene fungerer ved å introdusere en ekstern kilde av trykkgass mellom de indre og ytre tetningsflatene. Den spesielle topografien til tetningsflaten legger ekstra trykk på barrieregassen, noe som fører til at tetningsflaten separerer og flyter i gassfilmen. Friksjonstapene er lave ettersom tetningsflatene ikke lenger berører hverandre. Barrieregassen passerer gjennom membranen med lav strømningshastighet og forbruker barrieregassen i form av lekkasjer, hvorav de fleste lekker ut i atmosfæren gjennom de ytre tetningsflatene. Resten siver inn i tetningskammeret og blir til slutt ført bort av prosesstrømmen.
Alle dobbelthermetiske tetninger krever en trykksatt væske (væske eller gass) mellom de indre og ytre overflatene av den mekaniske tetningsenheten. Et støttesystem er nødvendig for å levere denne væsken til tetningen. I en væskesmurt dobbelttrykkstetning sirkulerer derimot barrierevæsken fra reservoaret gjennom den mekaniske tetningen, hvor den smører tetningsflatene, absorberer varme og returnerer til reservoaret hvor den trenger å avlede den absorberte varmen. Disse dobbelttrykkstetningsstøttesystemene for væske er komplekse. Termiske belastninger øker med prosesstrykk og temperatur, og kan forårsake pålitelighetsproblemer hvis de ikke beregnes og stilles inn riktig.
Trykkluftsystemet med dobbel tetning tar liten plass, krever ikke kjølevann og krever lite vedlikehold. I tillegg, når en pålitelig kilde til beskyttelsesgass er tilgjengelig, er påliteligheten uavhengig av prosesstrykk og temperatur.
På grunn av den økende bruken av lufttetninger for dobbelttrykkspumper på markedet, la American Petroleum Institute (API) til Program 74 som en del av publiseringen av den andre utgaven av API 682.
74 Et programstøttesystem er vanligvis et sett med panelmonterte målere og ventiler som renser barrieregassen, regulerer nedstrømstrykk og måler trykk og gasstrøm til mekaniske tetninger. Det første elementet følger barrieregassens bane gjennom Plan 74-panelet, og er tilbakeslagsventilen. Dette gjør at barrieregasstilførselen kan isoleres fra tetningen for utskifting av filterelement eller vedlikehold av pumpe. Barrieregassen passerer deretter gjennom et 2 til 3 mikrometer (µm) koalesceringsfilter som fanger opp væsker og partikler som kan skade de topografiske egenskapene til tetningsoverflaten, og skape en gassfilm på overflaten av tetningsoverflaten. Dette etterfølges av en trykkregulator og et manometer for å stille inn trykket til barrieregasstilførselen til den mekaniske tetningen.
Gasstetninger med dobbel trykkpumpe krever at barrieregasstrykket møter eller overstiger et minimumsdifferansetrykk over maksimumstrykket i tetningskammeret. Dette minimumstrykkfallet varierer avhengig av tetningsprodusent og type, men er vanligvis rundt 30 pund per kvadrattomme (psi). Trykkbryteren brukes til å oppdage eventuelle problemer med barrieregasstrykket og utløse en alarm hvis trykket faller under minimumsverdien.
Tetningens drift styres av barrieregasstrømmen ved hjelp av en strømningsmåler. Avvik fra tetningsgasstrømningshastigheter rapportert av produsenter av mekaniske tetninger indikerer redusert tetningsytelse. Redusert barrieregasstrøm kan skyldes pumperotasjon eller væskemigrasjon til tetningsflaten (fra forurenset barrieregass eller prosessvæske).
Ofte, etter slike hendelser, oppstår det skade på tetningsflatene, og da øker barrieregasstrømmen. Trykkstøt i pumpen eller delvis tap av barrieregasstrykk kan også skade tetningsflaten. Høystrømsalarmer kan brukes til å bestemme når det er nødvendig med inngripen for å korrigere høy gasstrøm. Settpunktet for en høystrømsalarm er vanligvis i området 10 til 100 ganger den normale barrieregasstrømmen, vanligvis ikke bestemt av produsenten av den mekaniske tetningen, men avhenger av hvor mye gasslekkasje pumpen tåler.
Tradisjonelt har variabel arealstrømningsmålere blitt brukt, og det er ikke uvanlig at lav- og høyområdestrømningsmålere kobles i serie. En høystrømningsbryter kan deretter installeres på høyområdestrømningsmåleren for å gi en alarm for høy strømning. Variabelt arealstrømningsmålere kan bare kalibreres for visse gasser ved visse temperaturer og trykk. Ved drift under andre forhold, for eksempel temperatursvingninger mellom sommer og vinter, kan ikke den viste strømningshastigheten anses som en nøyaktig verdi, men er nær den faktiske verdien.
Med utgivelsen av API 682 4. utgave har strømnings- og trykkmålinger gått fra analoge til digitale med lokale avlesninger. Digitale strømningsmålere kan brukes som strømningsmålere med variabelt areal, som konverterer flyteposisjon til digitale signaler, eller massestrømningsmålere, som automatisk konverterer massestrøm til volumstrøm. Det særegne ved massestrømningstransmittere er at de gir utganger som kompenserer for trykk og temperatur for å gi ekte strømning under standard atmosfæriske forhold. Ulempen er at disse enhetene er dyrere enn strømningsmålere med variabelt areal.
Problemet med å bruke en strømningstransmitter er å finne en transmitter som er i stand til å måle barrieregasstrøm under normal drift og ved alarmpunkter for høy strømning. Strømningssensorer har maksimums- og minimumsverdier som kan leses nøyaktig. Mellom nullstrømning og minimumsverdien kan utgangsstrømmen være unøyaktig. Problemet er at når den maksimale strømningshastigheten for en bestemt strømningstransdusermodell øker, øker også minimumsstrømningshastigheten.
En løsning er å bruke to transmittere (en lavfrekvens og en høyfrekvens), men dette er et dyrt alternativ. Den andre metoden er å bruke en strømningssensor for det normale driftsstrømningsområdet og bruke en høystrømningsbryter med en analog strømningsmåler for høyt område. Den siste komponenten barrieregassen passerer gjennom er tilbakeslagsventilen før barrieregassen forlater panelet og kobles til den mekaniske tetningen. Dette er nødvendig for å forhindre tilbakestrømning av pumpet væske inn i panelet og skade på instrumentet ved unormale prosessforstyrrelser.
Tilbakeslagsventilen må ha lavt åpningstrykk. Hvis valget er feil, eller hvis lufttetningen til dobbelttrykkspumpen har lav barrieregasstrøm, kan man se at pulseringen i barrieregasstrømmen er forårsaket av åpning og gjeninnsetting av tilbakeslagsventilen.
Vanligvis brukes plantenitrogen som en barrieregass fordi den er lett tilgjengelig, inert og ikke forårsaker noen uønskede kjemiske reaksjoner i den pumpede væsken. Inerte gasser som ikke er tilgjengelige, for eksempel argon, kan også brukes. I tilfeller der det nødvendige dekkgasstrykket er større enn anleggets nitrogentrykk, kan en trykkforsterker øke trykket og lagre høytrykksgassen i en beholder koblet til Plan 74-panelinntaket. Nitrogenflasker på flaske anbefales vanligvis ikke, da de krever konstant utskifting av tomme sylindere med fulle. Hvis kvaliteten på tetningen forringes, kan flasken raskt tømmes, noe som fører til at pumpen stopper for å forhindre ytterligere skade og svikt i den mekaniske tetningen.
I motsetning til væskebarrieresystemer krever ikke Plan 74-støttesystemer umiddelbar nærhet til mekaniske tetninger. Den eneste ulempen her er den forlengede delen av røret med liten diameter. Et trykkfall mellom Plan 74-panelet og tetningen kan oppstå i røret i perioder med høy strømning (tetningsdegradering), noe som reduserer barrieretrykket som er tilgjengelig for tetningen. Å øke størrelsen på røret kan løse dette problemet. Som regel er Plan 74-paneler montert på et stativ i en praktisk høyde for å kontrollere ventiler og lese av instrumentavlesninger. Braketten kan monteres på pumpens bunnplate eller ved siden av pumpen uten å forstyrre pumpeinspeksjon og vedlikehold. Unngå snublefare på rør/rør som forbinder Plan 74-paneler med mekaniske tetninger.
For mellomlagerpumper med to mekaniske tetninger, én i hver ende av pumpen, anbefales det ikke å bruke ett panel og separat barrieregassutløp til hver mekaniske tetning. Den anbefalte løsningen er å bruke et separat Plan 74-panel for hver tetning, eller et Plan 74-panel med to utganger, hver med sitt eget sett med strømningsmålere og strømningsbrytere. I områder med kalde vintre kan det være nødvendig å overvintre Plan 74-panelene. Dette gjøres primært for å beskytte panelets elektriske utstyr, vanligvis ved å innkapsle panelet i skapet og legge til varmeelementer.
Et interessant fenomen er at barrieregassstrømmen øker med synkende temperatur på barrieregasstilførselen. Dette går vanligvis ubemerket hen, men kan bli merkbart på steder med kalde vintre eller store temperaturforskjeller mellom sommer og vinter. I noen tilfeller kan det være nødvendig å justere innstillingspunktet for høy strømningsalarm for å forhindre falske alarmer. Panelluftkanaler og tilkoblingsrør må renses før Plan 74-paneler tas i bruk. Dette oppnås enklest ved å legge til en lufteventil ved eller i nærheten av den mekaniske tetningstilkoblingen. Hvis en lufteventil ikke er tilgjengelig, kan systemet renses ved å koble røret fra den mekaniske tetningen og deretter koble det til igjen etter rensing.
Etter at Plan 74-panelene er koblet til tetningene og alle tilkoblinger er kontrollert for lekkasjer, kan trykkregulatoren nå justeres til det innstilte trykket i applikasjonen. Panelet må forsyne den mekaniske tetningen med trykksatt barrieregass før pumpen fylles med prosessvæske. Plan 74-tetningene og panelene er klare til bruk når pumpens igangkjørings- og luftingsprosedyrer er fullført.
Filterelementet må inspiseres etter en måneds drift, eller hver sjette måned hvis det ikke oppdages noen forurensning. Filterutskiftningsintervallet vil avhenge av renheten til den tilførte gassen, men bør ikke overstige tre år.
Gassmengdene i barrieren bør kontrolleres og registreres under rutinemessige inspeksjoner. Hvis pulseringen i barrierens luftstrøm forårsaket av åpning og lukking av tilbakeslagsventilen er stor nok til å utløse en alarm for høy strømning, kan det være nødvendig å øke disse alarmverdiene for å unngå falske alarmer.
Et viktig trinn i avviklingen er at isolering og trykkavlastning av beskyttelsesgassen bør være det siste trinnet. Først må pumpehuset isoleres og trykkavlastes. Når pumpen er i sikker tilstand, kan beskyttelsesgassens tilførselstrykk slås av og gasstrykket fjernes fra rørene som forbinder Plan 74-panelet med den mekaniske tetningen. Tøm all væske fra systemet før du starter vedlikeholdsarbeid.
Dobbelttrykkspumpe-lufttetninger kombinert med Plan 74-støttesystemer gir operatører en nullutslipps akseltetningsløsning, lavere kapitalinvesteringer (sammenlignet med tetninger med væskebarrieresystemer), reduserte livssykluskostnader, lite fotavtrykk i støttesystemet og minimale servicekrav.
Når den installeres og drives i samsvar med beste praksis, kan denne inneslutningsløsningen gi langsiktig pålitelighet og øke tilgjengeligheten til roterende utstyr.
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 er produktgruppeleder hos John Crane. Savage har en bachelorgrad i ingeniørfag fra University of Sydney i Australia. For mer informasjon, besøk johncrane.com.
Publisert: 08.09.2022