سیستم پشتیبانی گازبندی شده با دو پمپ تحت فشار

آب‌بندهای هوای دوگانه پمپ بوستر، که از فناوری آب‌بند هوای کمپرسور اقتباس شده‌اند، در صنعت آب‌بند شفت رایج‌تر هستند. این آب‌بندها باعث می‌شوند مایع پمپ‌شده به اتمسفر به هیچ وجه تخلیه نشود، مقاومت اصطکاکی کمتری روی شفت پمپ ایجاد شود و با سیستم پشتیبانی ساده‌تری کار کند. این مزایا هزینه کلی چرخه عمر راه‌حل را کاهش می‌دهد.
این آب‌بندها با وارد کردن یک منبع خارجی گاز تحت فشار بین سطوح آب‌بندی داخلی و خارجی کار می‌کنند. توپوگرافی خاص سطح آب‌بندی، فشار بیشتری بر گاز مانع وارد می‌کند و باعث جدا شدن سطح آب‌بندی می‌شود و در نتیجه سطح آب‌بندی در فیلم گاز شناور می‌شود. تلفات اصطکاک کم است زیرا سطوح آب‌بندی دیگر با هم تماس ندارند. گاز مانع با سرعت جریان کم از غشاء عبور می‌کند و گاز مانع را به صورت نشت مصرف می‌کند که بیشتر آن از طریق سطوح آب‌بندی خارجی به جو نشت می‌کند. باقیمانده به داخل محفظه آب‌بندی نفوذ می‌کند و در نهایت توسط جریان فرآیند حمل می‌شود.
تمام آب‌بندهای دوجداره هرمتیک به یک سیال تحت فشار (مایع یا گاز) بین سطوح داخلی و خارجی مجموعه آب‌بند مکانیکی نیاز دارند. یک سیستم پشتیبانی برای رساندن این سیال به آب‌بند مورد نیاز است. در مقابل، در یک آب‌بند دوگانه تحت فشار روانکاری شده با مایع، سیال مانع از مخزن از طریق آب‌بند مکانیکی گردش می‌کند، جایی که سطوح آب‌بند را روانکاری می‌کند، گرما را جذب می‌کند و به مخزن برمی‌گردد و در آنجا نیاز به دفع گرمای جذب شده دارد. این سیستم‌های پشتیبانی آب‌بند دوگانه تحت فشار سیال پیچیده هستند. بارهای حرارتی با فشار و دمای فرآیند افزایش می‌یابند و اگر به درستی محاسبه و تنظیم نشوند، می‌توانند باعث مشکلات قابلیت اطمینان شوند.
سیستم پشتیبانی آب‌بند دوگانه هوای فشرده فضای کمی را اشغال می‌کند، به آب خنک‌کننده نیاز ندارد و به نگهداری کمی نیاز دارد. علاوه بر این، هنگامی که منبع قابل اعتمادی از گاز محافظ در دسترس باشد، قابلیت اطمینان آن مستقل از فشار و دمای فرآیند است.
با توجه به استقبال روزافزون از آب‌بندهای هوای پمپ فشار دوگانه در بازار، موسسه نفت آمریکا (API) برنامه ۷۴ را به عنوان بخشی از انتشار ویرایش دوم API 682 اضافه کرد.
74 یک سیستم پشتیبانی برنامه معمولاً مجموعه‌ای از گیج‌ها و شیرهای نصب شده روی پنل است که گاز مانع را تخلیه، فشار پایین‌دست را تنظیم و فشار و جریان گاز به آب‌بندهای مکانیکی را اندازه‌گیری می‌کند. با دنبال کردن مسیر گاز مانع از طریق پنل Plan 74، اولین عنصر، شیر یکطرفه است. این امر امکان جداسازی منبع گاز مانع از آب‌بند را برای تعویض عنصر فیلتر یا نگهداری پمپ فراهم می‌کند. سپس گاز مانع از یک فیلتر ترکیبی 2 تا 3 میکرومتری (µm) عبور می‌کند که مایعات و ذراتی را که می‌توانند به ویژگی‌های توپوگرافی سطح آب‌بند آسیب برسانند، به دام می‌اندازد و یک لایه گاز روی سطح آب‌بند ایجاد می‌کند. پس از آن یک تنظیم‌کننده فشار و یک مانومتر برای تنظیم فشار منبع گاز مانع به آب‌بند مکانیکی قرار می‌گیرند.
آب‌بندهای گاز پمپ فشار دوگانه نیاز دارند که فشار منبع گاز مانع، حداقل فشار تفاضلی بالاتر از حداکثر فشار در محفظه آب‌بند را برآورده کند یا از آن فراتر رود. این حداقل افت فشار بسته به سازنده و نوع آب‌بند متفاوت است، اما معمولاً حدود 30 پوند بر اینچ مربع (psi) است. سوئیچ فشار برای تشخیص هرگونه مشکل در فشار منبع گاز مانع و به صدا درآوردن زنگ هشدار در صورت افت فشار به زیر حداقل مقدار استفاده می‌شود.
عملکرد آب‌بند توسط جریان گاز مانع با استفاده از یک جریان‌سنج کنترل می‌شود. انحراف از نرخ جریان گاز آب‌بند که توسط تولیدکنندگان آب‌بند مکانیکی گزارش شده است، نشان دهنده کاهش عملکرد آب‌بندی است. کاهش جریان گاز مانع ممکن است به دلیل چرخش پمپ یا مهاجرت سیال به سطح آب‌بند (از گاز مانع آلوده یا سیال فرآیند) باشد.
اغلب، پس از چنین اتفاقاتی، آسیب به سطوح آب‌بندی رخ می‌دهد و سپس جریان گاز مانع افزایش می‌یابد. افزایش ناگهانی فشار در پمپ یا از دست دادن جزئی فشار گاز مانع نیز می‌تواند به سطح آب‌بندی آسیب برساند. می‌توان از آلارم‌های جریان بالا برای تعیین زمان نیاز به مداخله برای اصلاح جریان بالای گاز استفاده کرد. نقطه تنظیم برای آلارم جریان بالا معمولاً در محدوده 10 تا 100 برابر جریان گاز مانع معمولی است که معمولاً توسط سازنده آب‌بند مکانیکی تعیین نمی‌شود، اما به میزان نشت گاز قابل تحمل پمپ بستگی دارد.
به طور سنتی از فلومترهای با گیج متغیر استفاده شده است و اتصال سری فلومترهای با رنج کم و زیاد غیرمعمول نیست. سپس می‌توان یک سوئیچ جریان بالا را روی فلومتر با رنج بالا نصب کرد تا آلارم جریان بالا را بدهد. فلومترهای با سطح مقطع متغیر فقط برای گازهای خاص در دماها و فشارهای خاص قابل کالیبره شدن هستند. هنگام کار در شرایط دیگر، مانند نوسانات دما بین تابستان و زمستان، سرعت جریان نمایش داده شده را نمی‌توان یک مقدار دقیق در نظر گرفت، اما نزدیک به مقدار واقعی است.
با انتشار ویرایش چهارم استاندارد API 682، اندازه‌گیری‌های جریان و فشار از آنالوگ به دیجیتال با قرائت‌های محلی منتقل شده‌اند. فلومترهای دیجیتال می‌توانند به عنوان فلومترهای سطح متغیر که موقعیت شناور را به سیگنال‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند، یا فلومترهای جرمی که به طور خودکار جریان جرمی را به جریان حجمی تبدیل می‌کنند، استفاده شوند. ویژگی متمایز ترانسمیترهای جریان جرمی این است که آنها خروجی‌هایی را ارائه می‌دهند که فشار و دما را جبران می‌کنند تا جریان واقعی را در شرایط استاندارد جوی فراهم کنند. عیب این دستگاه‌ها این است که گران‌تر از فلومترهای سطح متغیر هستند.
مشکل استفاده از فرستنده جریان، یافتن فرستنده‌ای است که بتواند جریان گاز مانع را در حین عملکرد عادی و در نقاط هشدار جریان بالا اندازه‌گیری کند. سنسورهای جریان دارای حداکثر و حداقل مقادیری هستند که می‌توان آنها را به طور دقیق خواند. بین جریان صفر و حداقل مقدار، جریان خروجی ممکن است دقیق نباشد. مشکل این است که با افزایش حداکثر سرعت جریان برای یک مدل مبدل جریان خاص، حداقل سرعت جریان نیز افزایش می‌یابد.
یک راه حل، استفاده از دو فرستنده (یکی فرکانس پایین و یکی فرکانس بالا) است، اما این یک گزینه گران است. روش دوم، استفاده از یک حسگر جریان برای محدوده جریان عملیاتی عادی و استفاده از یک سوئیچ جریان بالا با یک فلومتر آنالوگ با محدوده بالا است. آخرین جزئی که گاز مانع از آن عبور می‌کند، شیر یکطرفه قبل از خروج گاز مانع از پنل و اتصال به آب‌بند مکانیکی است. این امر برای جلوگیری از بازگشت مایع پمپ شده به داخل پنل و آسیب به دستگاه در صورت اختلالات غیرطبیعی فرآیند ضروری است.
شیر یکطرفه باید فشار باز شدن پایینی داشته باشد. اگر انتخاب اشتباه باشد، یا اگر آب‌بندی هوای پمپ فشار دوگانه جریان گاز مانع کمی داشته باشد، می‌توان مشاهده کرد که ضربان جریان گاز مانع در اثر باز و بسته شدن مجدد شیر یکطرفه ایجاد می‌شود.
به طور کلی، نیتروژن گیاهی به عنوان گاز مانع استفاده می‌شود زیرا به راحتی در دسترس، بی‌اثر است و هیچ واکنش شیمیایی نامطلوبی در مایع پمپ شده ایجاد نمی‌کند. گازهای بی‌اثری که در دسترس نیستند، مانند آرگون، نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. در مواردی که فشار گاز محافظ مورد نیاز بیشتر از فشار نیتروژن گیاهی باشد، یک تقویت‌کننده فشار می‌تواند فشار را افزایش داده و گاز فشار بالا را در یک گیرنده متصل به ورودی پنل Plan 74 ذخیره کند. بطری‌های نیتروژن بطری شده معمولاً توصیه نمی‌شوند زیرا نیاز به تعویض مداوم سیلندرهای خالی با سیلندرهای پر دارند. اگر کیفیت آب‌بندی بدتر شود، می‌توان بطری را به سرعت خالی کرد و باعث شد پمپ متوقف شود تا از آسیب بیشتر و خرابی آب‌بندی مکانیکی جلوگیری شود.
برخلاف سیستم‌های مانع مایع، سیستم‌های پشتیبانی Plan 74 نیازی به نزدیکی به آب‌بندهای مکانیکی ندارند. تنها نکته قابل توجه در اینجا، بخش کشیده لوله با قطر کوچک است. افت فشار بین پنل Plan 74 و آب‌بند می‌تواند در طول دوره‌های جریان بالا (تخریب آب‌بند) در لوله رخ دهد که فشار مانع موجود برای آب‌بند را کاهش می‌دهد. افزایش اندازه لوله می‌تواند این مشکل را حل کند. به عنوان یک قاعده، پنل‌های Plan 74 روی یک پایه در ارتفاع مناسب برای کنترل شیرها و خواندن مقادیر ابزار دقیق نصب می‌شوند. براکت را می‌توان بدون تداخل با بازرسی و نگهداری پمپ، روی صفحه پایه پمپ یا کنار پمپ نصب کرد. از خطرات گیر کردن در لوله‌ها/لوله‌هایی که پنل‌های Plan 74 را به آب‌بندهای مکانیکی متصل می‌کنند، جلوگیری کنید.
برای پمپ‌های بین یاتاقانی با دو آب‌بند مکانیکی، یکی در هر انتهای پمپ، استفاده از یک پنل و خروجی گاز مانع جداگانه برای هر آب‌بند مکانیکی توصیه نمی‌شود. راه حل پیشنهادی، استفاده از یک پنل Plan 74 جداگانه برای هر آب‌بند یا یک پنل Plan 74 با دو خروجی است که هر کدام مجموعه فلومترها و سوئیچ‌های جریان مخصوص به خود را دارند. در مناطقی با زمستان‌های سرد، ممکن است لازم باشد پنل‌های Plan 74 را زمستان‌گذرانی کنید. این کار در درجه اول برای محافظت از تجهیزات الکتریکی پنل انجام می‌شود، معمولاً با قرار دادن پنل در کابینت و اضافه کردن عناصر گرمایشی.
یک پدیده جالب این است که سرعت جریان گاز مانع با کاهش دمای منبع گاز مانع افزایش می‌یابد. این امر معمولاً مورد توجه قرار نمی‌گیرد، اما در مکان‌هایی با زمستان‌های سرد یا اختلاف دمای زیاد بین تابستان و زمستان می‌تواند قابل توجه باشد. در برخی موارد، ممکن است لازم باشد نقطه تنظیم هشدار جریان بالا تنظیم شود تا از هشدارهای کاذب جلوگیری شود. کانال‌های هوای پنل و لوله‌های اتصال باید قبل از قرار دادن پنل‌های Plan 74 در سرویس، پاکسازی شوند. این امر به راحتی با اضافه کردن یک شیر تخلیه در محل اتصال آب‌بند مکانیکی یا نزدیک آن امکان‌پذیر است. اگر شیر تخلیه در دسترس نباشد، می‌توان سیستم را با جدا کردن لوله/لوله از آب‌بند مکانیکی و سپس اتصال مجدد آن پس از پاکسازی، پاکسازی کرد.
پس از اتصال پنل‌های Plan 74 به آب‌بندها و بررسی تمام اتصالات از نظر نشتی، اکنون می‌توان رگولاتور فشار را روی فشار تنظیم‌شده در کاربرد تنظیم کرد. پنل باید قبل از پر کردن پمپ با سیال فرآیند، گاز مانع تحت فشار را به آب‌بند مکانیکی تأمین کند. آب‌بندها و پنل‌های Plan 74 پس از اتمام مراحل راه‌اندازی و تهویه پمپ، آماده شروع به کار هستند.
المنت فیلتر باید پس از یک ماه کارکرد یا در صورت عدم مشاهده آلودگی، هر شش ماه یکبار بررسی شود. فاصله زمانی تعویض فیلتر به خلوص گاز تأمین شده بستگی دارد، اما نباید بیش از سه سال باشد.
میزان گاز مانع باید در طول بازرسی‌های معمول بررسی و ثبت شود. اگر نوسانات جریان هوای مانع ناشی از باز و بسته شدن شیر یکطرفه به اندازه‌ای زیاد باشد که باعث ایجاد آلارم جریان بالا شود، ممکن است لازم باشد مقادیر این آلارم افزایش یابد تا از آلارم‌های کاذب جلوگیری شود.
یک گام مهم در از رده خارج کردن سیستم این است که جداسازی و کاهش فشار گاز محافظ باید آخرین مرحله باشد. ابتدا، محفظه پمپ را ایزوله و کاهش فشار دهید. هنگامی که پمپ در شرایط ایمن قرار گرفت، می‌توان فشار منبع گاز محافظ را خاموش کرد و فشار گاز را از لوله‌کشی متصل کننده پنل Plan 74 به آب‌بند مکانیکی حذف کرد. قبل از شروع هرگونه کار تعمیر و نگهداری، تمام سیال را از سیستم تخلیه کنید.
آب‌بندهای هوای پمپ فشار دوگانه همراه با سیستم‌های پشتیبانی Plan 74، راهکاری برای آب‌بند شفت با آلایندگی صفر، سرمایه‌گذاری ثابت کمتر (در مقایسه با آب‌بندهای دارای سیستم‌های مانع مایع)، کاهش هزینه چرخه عمر، فضای اشغال شده توسط سیستم پشتیبانی کوچک و حداقل نیازهای خدماتی را در اختیار اپراتورها قرار می‌دهند.
این راهکار سیستم بسته، در صورت نصب و بهره‌برداری مطابق با بهترین شیوه‌ها، می‌تواند قابلیت اطمینان بلندمدت را فراهم کرده و دسترسی‌پذیری تجهیزات چرخان را افزایش دهد.
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.
مارک سویج مدیر گروه محصول در جان کرین است. سویج دارای مدرک لیسانس علوم مهندسی از دانشگاه سیدنی استرالیا است. برای اطلاعات بیشتر به johncrane.com مراجعه کنید.