سیستم پشتیبانی ضد گاز با دو پمپ تحت فشار

مهر و موم هوا پمپ تقویت کننده دوگانه، اقتباس شده از فناوری آب بندی هوای کمپرسور، در صنعت مهر و موم شفت رایج تر است. این مهر و موم ها تخلیه صفر مایع پمپ شده را به اتمسفر ارائه می دهند، مقاومت اصطکاکی کمتری بر روی محور پمپ ایجاد می کنند و با یک سیستم پشتیبانی ساده تر کار می کنند. این مزایا هزینه کلی چرخه عمر راه حل را کاهش می دهد.
این آب بندی ها با وارد کردن یک منبع خارجی گاز تحت فشار بین سطوح آب بندی داخلی و خارجی کار می کنند. توپوگرافی خاص سطح آب بندی فشار اضافی بر روی گاز مانع وارد می کند و باعث جدا شدن سطح آب بندی می شود و باعث شناور شدن سطح آب بندی در فیلم گاز می شود. تلفات اصطکاک کم است زیرا سطوح آب بندی دیگر با هم تماس ندارند. گاز مانع با سرعت جریان کم از غشاء عبور می کند و گاز مانع را به صورت نشتی مصرف می کند که بیشتر آنها از طریق سطوح مهر و موم بیرونی به اتمسفر نشت می کنند. باقیمانده به داخل محفظه مهر و موم نفوذ می کند و در نهایت توسط جریان فرآیند منتقل می شود.
تمام مهر و موم های هرمتیک دوتایی به یک سیال تحت فشار (مایع یا گاز) بین سطوح داخلی و خارجی مجموعه مکانیکی سیل نیاز دارند. یک سیستم پشتیبانی برای رساندن این مایع به مهر و موم مورد نیاز است. در مقابل، در یک آب بند دوبل فشار روانکاری شده مایع، سیال مانع از مخزن از طریق مهر و موم مکانیکی گردش می کند، جایی که سطوح آب بند را روان می کند، گرما را جذب می کند و به مخزن باز می گردد که در آن نیاز به دفع گرمای جذب شده دارد. این سیستم های پشتیبانی آب بندی دوگانه فشار سیال پیچیده هستند. بارهای حرارتی با فشار و دمای فرآیند افزایش می‌یابد و اگر به درستی محاسبه و تنظیم نشود، می‌تواند باعث مشکلات اطمینان شود.
سیستم تکیه گاه دو سیل هوای فشرده فضای کمی را اشغال می کند، نیازی به آب خنک کننده ندارد و نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارد. علاوه بر این، هنگامی که یک منبع مطمئن گاز محافظ در دسترس باشد، قابلیت اطمینان آن مستقل از فشار و دمای فرآیند است.
با توجه به پذیرش رو به رشد مهر و موم های پمپ هوا با فشار دوگانه در بازار، موسسه نفت آمریکا (API) برنامه 74 را به عنوان بخشی از انتشار ویرایش دوم API 682 اضافه کرد.
74 یک سیستم پشتیبانی برنامه معمولاً مجموعه‌ای از گیج‌ها و دریچه‌های نصب شده روی پانل است که گاز مانع را تصفیه می‌کند، فشار پایین دست را تنظیم می‌کند و فشار و جریان گاز را به مهر و موم‌های مکانیکی اندازه‌گیری می‌کند. در ادامه مسیر گاز مانع از پانل Plan 74، اولین عنصر شیر چک است. این اجازه می دهد تا منبع گاز مانع از آب بندی برای تعویض عنصر فیلتر یا تعمیر و نگهداری پمپ جدا شود. سپس گاز مانع از یک فیلتر ادغام کننده 2 تا 3 میکرومتری (μm) عبور می کند که مایعات و ذرات را به دام می اندازد که می تواند به ویژگی های توپوگرافی سطح مهر و موم آسیب برساند و یک فیلم گازی روی سطح سطح مهر و موم ایجاد کند. به دنبال آن یک تنظیم کننده فشار و یک مانومتر برای تنظیم فشار منبع گاز مانع به مهر و موم مکانیکی وجود دارد.
مهر و موم گاز پمپ فشار دوگانه به فشار منبع گاز مانع نیاز دارد تا حداقل فشار دیفرانسیل بالاتر از حداکثر فشار در محفظه آب بندی را برآورده کند یا از آن فراتر رود. این حداقل افت فشار بسته به سازنده و نوع مهر و موم متفاوت است، اما معمولاً حدود 30 پوند بر اینچ مربع (psi) است. سوئیچ فشار برای تشخیص هرگونه مشکل در فشار عرضه گاز مانع و در صورت کاهش فشار به زیر مقدار حداقل، زنگ هشدار به صدا در می آورد.
عملکرد آب بند توسط جریان گاز مانع با استفاده از فلومتر کنترل می شود. انحراف از نرخ جریان گاز آب بند گزارش شده توسط سازندگان سیل مکانیکی نشان دهنده کاهش عملکرد آب بندی است. کاهش جریان گاز مانع ممکن است به دلیل چرخش پمپ یا مهاجرت سیال به سطح آب بند (از گاز مانع آلوده یا سیال فرآیند) باشد.
اغلب پس از چنین اتفاقاتی، آسیب به سطوح آب بندی رخ می دهد و سپس جریان گاز مانع افزایش می یابد. افزایش فشار در پمپ یا کاهش جزئی فشار گاز مانع نیز می تواند به سطح آب بندی آسیب برساند. آلارم های جریان بالا را می توان برای تعیین زمان مداخله برای اصلاح جریان بالای گاز استفاده کرد. نقطه تنظیم برای هشدار جریان بالا معمولاً در محدوده 10 تا 100 برابر جریان گاز مانع معمولی است که معمولاً توسط سازنده مکانیکی سیل تعیین نمی شود، اما بستگی به میزان نشت گاز دارد که پمپ می تواند تحمل کند.
به طور سنتی از فلومترهای گیج متغیر استفاده می‌شد و اتصال سری‌های فلومترهای برد کم و زیاد غیرمعمول نیست. سپس یک سوئیچ جریان بالا را می توان بر روی دبی سنج با برد بالا نصب کرد تا هشدار جریان بالا را بدهد. فلومترهای منطقه متغیر را فقط می توان برای گازهای خاص در دما و فشار معین کالیبره کرد. هنگام کار در شرایط دیگر، مانند نوسانات دما بین تابستان و زمستان، دبی نمایش داده شده را نمی توان یک مقدار دقیق در نظر گرفت، اما نزدیک به مقدار واقعی است.
با انتشار نسخه چهارم API 682، اندازه‌گیری‌های جریان و فشار از آنالوگ به دیجیتال با قرائت‌های محلی منتقل شدند. فلومترهای دیجیتال می توانند به عنوان فلومترهای منطقه متغیر استفاده شوند که موقعیت شناور را به سیگنال های دیجیتال تبدیل می کنند یا فلومترهای جرمی که به طور خودکار جریان جرمی را به جریان حجمی تبدیل می کنند. ویژگی متمایز ترانسمیترهای جریان جرمی این است که خروجی هایی را ارائه می دهند که فشار و دما را جبران می کند تا جریان واقعی را در شرایط استاندارد جوی فراهم کند. نقطه ضعف این است که این دستگاه ها گران تر از فلومترهای منطقه متغیر هستند.
مشکل استفاده از فرستنده جریان یافتن فرستنده ای است که قادر به اندازه گیری جریان گاز مانع در حین کار عادی و در نقاط هشدار جریان بالا باشد. سنسورهای جریان دارای مقادیر حداکثر و حداقل هستند که می توان آنها را به دقت خواند. بین جریان صفر و حداقل مقدار، جریان خروجی ممکن است دقیق نباشد. مشکل این است که با افزایش حداکثر نرخ جریان برای یک مدل مبدل جریان خاص، حداقل نرخ جریان نیز افزایش می‌یابد.
یک راه حل استفاده از دو فرستنده (یکی فرکانس پایین و دیگری فرکانس بالا) است، اما این یک گزینه گران است. روش دوم استفاده از سنسور جریان برای محدوده جریان معمولی و استفاده از سوئیچ جریان بالا با فلومتر آنالوگ برد بالا است. آخرین مؤلفه ای که گاز مانع از آن عبور می کند، شیر چک است قبل از اینکه گاز مانع از پانل خارج شود و به مهر و موم مکانیکی متصل شود. این برای جلوگیری از جریان برگشت مایع پمپ شده به پانل و آسیب رساندن به ابزار در صورت اختلالات غیرعادی فرآیند ضروری است.
شیر چک باید دارای فشار باز شدن کم باشد. اگر انتخاب اشتباه باشد، یا اگر آب بند هوای پمپ فشار دوگانه دارای جریان گاز مانع کم باشد، می توان دریافت که ضربان جریان گاز مانع از باز شدن و جابجایی مجدد شیر برگشتی ایجاد می شود.
به طور کلی، نیتروژن گیاهی به عنوان یک گاز مانع استفاده می شود، زیرا به راحتی در دسترس است، بی اثر است و هیچ گونه واکنش شیمیایی نامطلوبی در مایع پمپاژ شده ایجاد نمی کند. از گازهای بی اثری که در دسترس نیستند مانند آرگون نیز می توان استفاده کرد. در مواردی که فشار گاز محافظ مورد نیاز بیشتر از فشار نیتروژن کارخانه باشد، یک تقویت کننده فشار می تواند فشار را افزایش داده و گاز فشار قوی را در یک گیرنده متصل به ورودی پانل Plan 74 ذخیره کند. بطری های نیتروژن بطری معمولاً توصیه نمی شوند زیرا نیاز به جایگزینی مداوم سیلندرهای خالی با سیلندرهای پر دارند. اگر کیفیت مهر و موم بدتر شود، بطری را می توان به سرعت تخلیه کرد و باعث می شود پمپ متوقف شود تا از آسیب بیشتر و خرابی مهر و موم مکانیکی جلوگیری شود.
بر خلاف سیستم های مانع مایع، سیستم های پشتیبانی Plan 74 نیازی به نزدیکی نزدیک به مهر و موم های مکانیکی ندارند. تنها نکته در اینجا، بخش کشیده لوله با قطر کوچک است. افت فشار بین پانل Plan 74 و آب بند می تواند در طول دوره های جریان زیاد (تخریب آب بند) در لوله رخ دهد که باعث کاهش فشار مانع در دسترس برای آب بندی می شود. افزایش سایز لوله می تواند این مشکل را حل کند. به عنوان یک قاعده، پانل های Plan 74 روی پایه ای در ارتفاع مناسب برای کنترل دریچه ها و خواندن قرائت ابزار نصب می شوند. براکت را می توان روی صفحه پایه پمپ یا در کنار پمپ نصب کرد بدون اینکه در بازرسی و نگهداری پمپ تداخل ایجاد کند. از خطرات اصطکاک بر روی لوله ها/لوله های متصل کننده پانل های Plan 74 با آب بند مکانیکی اجتناب کنید.
برای پمپ های بین بلبرینگ با دو آب بند مکانیکی، یکی در هر انتهای پمپ، استفاده از یک پنل و خروجی گاز مانع جدا برای هر آب بند مکانیکی توصیه نمی شود. راه حل پیشنهادی استفاده از یک پنل پلان 74 جداگانه برای هر آب بندی یا یک پنل پلان 74 با دو خروجی است که هر کدام مجموعه فلومترها و فلو سوئیچ های خاص خود را دارند. در مناطقی که زمستان های سرد دارند ممکن است لازم باشد پانل های Plan 74 زمستان گذرانی شوند. این کار عمدتاً برای محافظت از تجهیزات الکتریکی پانل انجام می شود، معمولاً با پوشاندن پانل در کابینت و افزودن عناصر گرمایشی.
یک پدیده جالب این است که نرخ جریان گاز مانع با کاهش دمای عرضه گاز مانع افزایش می یابد. این معمولاً مورد توجه قرار نمی گیرد، اما می تواند در مکان هایی با زمستان های سرد یا اختلاف دمای زیاد بین تابستان و زمستان قابل توجه باشد. در برخی موارد، ممکن است لازم باشد که نقطه تنظیم هشدار جریان بالا را برای جلوگیری از هشدارهای کاذب تنظیم کنید. کانال های هوای پانل و لوله ها/لوله های اتصال باید قبل از استفاده از پانل های Plan 74 پاکسازی شوند. این امر به راحتی با افزودن یک دریچه هواکش در یا نزدیک اتصال مکانیکی آب بند به دست می آید. اگر دریچه تخلیه در دسترس نباشد، سیستم را می توان با جدا کردن لوله/لوله از مهر و موم مکانیکی و سپس وصل مجدد آن پس از پاکسازی، پاکسازی کرد.
پس از اتصال پانل های Plan 74 به آب بند ها و بررسی تمام اتصالات از نظر نشتی، اکنون می توان تنظیم کننده فشار را بر روی فشار تنظیم شده در برنامه تنظیم کرد. پانل باید قبل از پر کردن پمپ با سیال فرآیند، گاز مانع تحت فشار را به مهر و موم مکانیکی برساند. مهر و موم ها و پانل های پلان 74 پس از اتمام مراحل راه اندازی و هواگیری پمپ آماده شروع به کار هستند.
عنصر فیلتر باید پس از یک ماه کارکرد یا در صورت عدم مشاهده آلودگی هر شش ماه یکبار بررسی شود. فاصله تعویض فیلتر به خلوص گاز عرضه شده بستگی دارد، اما نباید بیش از سه سال باشد.
نرخ گاز مانع باید در طول بازرسی های معمول بررسی و ثبت شود. اگر ضربان مانع جریان هوا ناشی از باز و بسته شدن سوپاپ برگشت به اندازه کافی بزرگ باشد که زنگ هشدار جریان بالا را راه اندازی کند، ممکن است این مقادیر هشدار برای جلوگیری از هشدارهای کاذب افزایش یابد.
یک مرحله مهم در از کار انداختن این است که جداسازی و کاهش فشار گاز محافظ باید آخرین مرحله باشد. ابتدا محفظه پمپ را جدا کرده و فشار دهید. هنگامی که پمپ در شرایط ایمن قرار گرفت، فشار منبع گاز محافظ را می توان خاموش کرد و فشار گاز را از لوله‌کشی که پانل پلان 74 را به مهر و موم مکانیکی متصل می‌کند حذف کرد. قبل از شروع هر کار تعمیر و نگهداری، تمام مایعات را از سیستم تخلیه کنید.
مهر و موم هوا پمپ فشار دوگانه همراه با سیستم های پشتیبانی Plan 74 راه حل مهر و موم شفت با انتشار صفر، سرمایه گذاری کمتر (در مقایسه با آب بندی با سیستم های مانع مایع)، کاهش هزینه چرخه عمر، ردپای سیستم پشتیبانی کوچک و حداقل خدمات مورد نیاز را برای اپراتورها فراهم می کند.
هنگامی که این محلول مهاری مطابق با بهترین روش نصب و کار می‌کند، می‌تواند قابلیت اطمینان طولانی‌مدت و در دسترس بودن تجهیزات دوار 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 ساویج مدیر گروه محصولات جان کرین است. ساویج دارای مدرک لیسانس مهندسی از دانشگاه سیدنی استرالیا است. برای اطلاعات بیشتر به johncrane.com مراجعه کنید.