Двойные воздушные уплотнения подкачивающих насосов, заимствованные из технологии воздушных уплотнений компрессоров, более распространены в промышленности по производству уплотнений вала. Эти уплотнения обеспечивают нулевой сброс перекачиваемой жидкости в атмосферу, обеспечивают меньшее сопротивление трения на валу насоса и работают с более простой опорной системой. Эти преимущества обеспечивают более низкую общую стоимость жизненного цикла решения.
Эти уплотнения работают за счет введения внешнего источника сжатого газа между внутренней и внешней уплотняющими поверхностями. Особая топография уплотняющей поверхности оказывает дополнительное давление на барьерный газ, вызывая отделение уплотняющей поверхности, в результате чего уплотняющая поверхность всплывает в газовой пленке. Потери на трение низкие, поскольку уплотнительные поверхности больше не соприкасаются. Барьерный газ проходит через мембрану с низкой скоростью, потребляя барьерный газ в виде утечек, большая часть которых попадает в атмосферу через внешние поверхности уплотнения. Остаток просачивается в камеру уплотнения и в конечном итоге уносится технологическим потоком.
Для всех двойных герметичных уплотнений требуется наличие жидкости под давлением (жидкости или газа) между внутренней и внешней поверхностями узла механического уплотнения. Для доставки этой жидкости к уплотнению необходима система поддержки. Напротив, в двойном уплотнении под давлением с жидкостной смазкой затворная жидкость циркулирует из резервуара через механическое уплотнение, где она смазывает поверхности уплотнения, поглощает тепло и возвращается в резервуар, где ей необходимо рассеивать поглощенное тепло. Эти системы поддержки двойного уплотнения под давлением жидкости сложны. Тепловые нагрузки увеличиваются с ростом технологического давления и температуры и могут вызвать проблемы с надежностью, если их неправильно рассчитать и настроить.
Система поддержки двойного уплотнения сжатого воздуха занимает мало места, не требует охлаждающей воды и требует минимального обслуживания. Кроме того, когда доступен надежный источник защитного газа, его надежность не зависит от технологического давления и температуры.
В связи с растущим распространением на рынке воздушных уплотнений насосов двойного давления Американский институт нефти (API) добавил программу 74 в публикацию второго издания API 682.
74 Система поддержки программы обычно представляет собой набор установленных на панели датчиков и клапанов, которые удаляют затворный газ, регулируют давление на выходе и измеряют давление и расход газа к механическим уплотнениям. На пути барьерного газа через панель Plan 74 первым элементом является обратный клапан. Это позволяет изолировать подачу затворного газа от уплотнения для замены фильтрующего элемента или обслуживания насоса. Затем барьерный газ проходит через коалесцирующий фильтр размером от 2 до 3 микрометров (мкм), который улавливает жидкости и частицы, которые могут повредить топографические особенности поверхности уплотнения, создавая газовую пленку на поверхности поверхности уплотнения. Далее следует регулятор давления и манометр для настройки давления подачи затворного газа на торцовое уплотнение.
Газовые уплотнения насоса двойного давления требуют, чтобы давление подачи затворного газа соответствовало или превышало минимальный перепад давления, превышающий максимальное давление в камере уплотнения. Это минимальное падение давления зависит от производителя и типа уплотнения, но обычно составляет около 30 фунтов на квадратный дюйм (psi). Реле давления используется для обнаружения проблем с давлением подачи затворного газа и подачи звукового сигнала, если давление падает ниже минимального значения.
Работу уплотнения контролируют по расходу затворного газа с помощью расходомера. Отклонения от скорости потока уплотнительного газа, сообщаемые производителями механических уплотнений, указывают на снижение эффективности уплотнения. Уменьшение потока затворного газа может быть связано с вращением насоса или миграцией жидкости к поверхности уплотнения (из загрязненного затворного газа или технологической жидкости).
Зачастую после таких событий происходит повреждение уплотнительных поверхностей, и тогда поток затворного газа увеличивается. Скачки давления в насосе или частичная потеря давления затворного газа также могут повредить уплотнительную поверхность. Сигналы тревоги высокого расхода можно использовать, чтобы определить, когда необходимо вмешательство для корректировки высокого расхода газа. Уставка сигнализации высокого расхода обычно находится в диапазоне от 10 до 100 раз превышающего нормальный расход затворного газа, обычно не определяется производителем механического уплотнения, но зависит от того, какую утечку газа может выдержать насос.
Традиционно используются расходомеры с переменным манометром, и нередко расходомеры низкого и высокого диапазона подключаются последовательно. Затем на расходомере верхнего диапазона можно установить реле высокого расхода, чтобы подать сигнал тревоги о высоком расходе. Расходомеры с переменным сечением можно калибровать только для определенных газов при определенных температурах и давлениях. При работе в других условиях, например, при колебаниях температуры между летом и зимой, отображаемый расход не может считаться точным значением, но он близок к фактическому значению.
С выпуском 4-й редакции API 682 измерения расхода и давления перешли от аналоговых к цифровым с локальными показаниями. Цифровые расходомеры можно использовать в качестве расходомеров с переменным сечением, которые преобразуют положение поплавка в цифровые сигналы, или в качестве массовых расходомеров, которые автоматически преобразуют массовый расход в объемный расход. Отличительной особенностью датчиков массового расхода является то, что они обеспечивают выходные сигналы, которые компенсируют давление и температуру для обеспечения истинного расхода при стандартных атмосферных условиях. Недостатком является то, что эти устройства дороже, чем расходомеры с переменным сечением.
Проблема с использованием датчика расхода состоит в том, чтобы найти датчик, способный измерять расход барьерного газа во время нормальной работы и в точках сигнализации высокого расхода. Датчики расхода имеют максимальные и минимальные значения, которые можно точно считать. Между нулевым расходом и минимальным значением выходной расход может быть неточным. Проблема в том, что по мере увеличения максимального расхода для конкретной модели преобразователя расхода увеличивается и минимальный расход.
Одним из решений является использование двух передатчиков (один низкочастотный и один высокочастотный), но это дорогой вариант. Второй метод заключается в использовании датчика расхода для нормального рабочего диапазона расхода и использования переключателя высокого расхода с аналоговым расходомером высокого диапазона. Последним компонентом, через который проходит барьерный газ, является обратный клапан перед тем, как барьерный газ покинет панель и соединяется с механическим уплотнением. Это необходимо для предотвращения обратного тока перекачиваемой жидкости в панель и повреждения прибора при нештатных нарушениях технологического процесса.
Обратный клапан должен иметь низкое давление открытия. Если выбор неправильный или воздушный затвор насоса двойного давления имеет низкий расход затворного газа, можно увидеть, что пульсация потока затворного газа вызвана открытием и повторным закрытием обратного клапана.
Обычно в качестве барьерного газа используется растительный азот, поскольку он легко доступен, инертен и не вызывает каких-либо неблагоприятных химических реакций в перекачиваемой жидкости. Также можно использовать недоступные инертные газы, такие как аргон. В тех случаях, когда требуемое давление защитного газа превышает давление азота установки, усилитель давления может повысить давление и хранить газ под высоким давлением в ресивере, подключенном к входу панели Plan 74. Баллоны с азотом в баллонах, как правило, не рекомендуются, поскольку требуют постоянной замены пустых баллонов полными. Если качество уплотнения ухудшится, бутылку можно быстро опорожнить, что приведет к остановке насоса, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение и выход из строя механического уплотнения.
В отличие от систем с жидкостным барьером, опорные системы Plan 74 не требуют непосредственной близости к механическим уплотнениям. Единственный нюанс здесь – удлиненный участок трубки небольшого диаметра. Падение давления между панелью Plan 74 и уплотнением может возникнуть в трубе в периоды сильного потока (деградация уплотнения), что снижает барьерное давление, доступное для уплотнения. Увеличение размера трубы может решить эту проблему. Как правило, панели Plan 74 монтируются на стойке на удобной высоте для управления клапанами и считывания показаний приборов. Кронштейн можно установить на опорную плиту насоса или рядом с ним, не мешая осмотру и обслуживанию насоса. Избегайте опасности споткнуться о трубы/трубы, соединяющие панели Plan 74 с механическими уплотнениями.
Для межопорных насосов с двумя торцевыми уплотнениями, по одному на каждом конце насоса, не рекомендуется использовать одну панель и отдельный выход затворного газа для каждого торцевого уплотнения. Рекомендуемое решение — использовать отдельную панель Plan 74 для каждого уплотнения или панель Plan 74 с двумя выходами, каждый со своим набором расходомеров и реле потока. В регионах с холодной зимой может потребоваться перезимовка панелей Плана 74. Это делается в первую очередь для защиты электрооборудования панели, обычно путем помещения панели в шкаф и добавления нагревательных элементов.
Интересным явлением является то, что скорость потока барьерного газа увеличивается с уменьшением температуры подачи барьерного газа. Обычно это остается незамеченным, но может стать заметным в местах с холодной зимой или большой разницей температур между летом и зимой. В некоторых случаях может возникнуть необходимость отрегулировать уставку сигнализации высокого расхода, чтобы предотвратить ложные срабатывания сигнализации. Перед вводом панелей Plan 74 в эксплуатацию необходимо продуть воздуховоды панелей и соединительные трубы/трубы. Этого легче всего достичь, добавив выпускной клапан на соединении механического уплотнения или рядом с ним. Если выпускной клапан недоступен, систему можно продуть, отсоединив трубку/трубку от механического уплотнения, а затем снова подсоединив ее после продувки.
После подключения панелей Plan 74 к уплотнениям и проверки всех соединений на герметичность регулятор давления теперь можно настроить на заданное давление в приложении. Панель должна подавать сжатый затворный газ к механическому уплотнению перед заполнением насоса технологической жидкостью. Уплотнения и панели Plan 74 готовы к работе после завершения процедур ввода насоса в эксплуатацию и удаления воздуха.
Фильтрующий элемент необходимо проверять через месяц эксплуатации или каждые шесть месяцев, если загрязнений не обнаружено. Интервал замены фильтров будет зависеть от чистоты подаваемого газа, но не должен превышать трех лет.
Расходы барьерного газа следует проверять и фиксировать во время плановых проверок. Если пульсация потока барьерного воздуха, вызванная открытием и закрытием обратного клапана, достаточно велика, чтобы вызвать сигнал тревоги о высоком расходе, возможно, потребуется увеличить эти значения сигнализации, чтобы избежать ложных сигналов тревоги.
Важным шагом при выводе из эксплуатации является то, что изоляция и сброс давления защитного газа должны быть последним шагом. Сначала изолируйте и сбросьте давление в корпусе насоса. Как только насос окажется в безопасном состоянии, давление подачи защитного газа можно отключить и снять давление газа с трубопровода, соединяющего панель Plan 74 с механическим уплотнением. Перед началом любых работ по техническому обслуживанию слейте всю жидкость из системы.
Воздушные уплотнения насоса с двойным давлением в сочетании с системами поддержки Plan 74 предоставляют операторам решение для уплотнения вала с нулевым уровнем выбросов, меньшие капитальные вложения (по сравнению с уплотнениями с системами барьера для жидкости), снижение стоимости жизненного цикла, небольшую площадь системы поддержки и минимальные требования к обслуживанию.
При установке и эксплуатации в соответствии с передовой практикой это решение по локализации может обеспечить долгосрочную надежность и повысить доступность вращающегося оборудования.
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.
Марк Сэвидж — менеджер группы продуктов в John Crane. Сэвидж получил степень бакалавра технических наук в Сиднейском университете, Австралия. Для получения дополнительной информации посетите сайт johncrane.com.
Время публикации: 08 сентября 2022 г.