Dobbelte lufttætninger til boosterpumper, der er tilpasset fra kompressorlufttætningsteknologi, er mere almindelige i akseltætningsindustrien. Disse tætninger giver nul udledning af den pumpede væske til atmosfæren, giver mindre friktionsmodstand på pumpeakslen og fungerer med et enklere støttesystem. Disse fordele giver lavere samlede livscyklusomkostninger i løsningen.
Disse tætninger fungerer ved at introducere en ekstern kilde af trykgas mellem de indre og ydre tætningsflader. Tætningsfladen lægger yderligere pres på barrieregassen, hvilket får tætningsfladen til at separere, hvilket får tætningsfladen til at flyde i gasfilmen. Friktionstabene er lave, da tætningsfladerne ikke længere berører hinanden. Barrieregassen passerer gennem membranen med en lav strømningshastighed og forbruger barrieregassen i form af lækager, hvoraf de fleste lækker til atmosfæren gennem de ydre tætningsflader. Resten siver ind i tætningskammeret og føres til sidst væk af processtrømmen.
Alle dobbelthermetiske tætninger kræver en tryksat væske (væske eller gas) mellem den indre og ydre overflade af den mekaniske tætningsenhed. Et støttesystem er nødvendigt for at levere denne væske til tætningen. I modsætning hertil cirkulerer barrierevæsken i en væskesmurt tryktætning med dobbelt tryk fra reservoiret gennem den mekaniske tætning, hvor den smører tætningsfladerne, absorberer varme og vender tilbage til reservoiret, hvor den skal afgive den absorberede varme. Disse dobbelte tryktætningsstøttesystemer med dobbelt tryk er komplekse. Termiske belastninger stiger med procestryk og temperatur og kan forårsage pålidelighedsproblemer, hvis de ikke beregnes og indstilles korrekt.
Dobbelttætningssystemet til trykluft optager minimal plads, kræver intet kølevand og kræver minimal vedligeholdelse. Derudover er dets pålidelighed uafhængig af procestryk og temperatur, når en pålidelig kilde til beskyttelsesgas er tilgængelig.
På grund af den stigende anvendelse af dobbelttrykspumpe-lufttætninger på markedet tilføjede American Petroleum Institute (API) Program 74 som en del af udgivelsen af den anden udgave af API 682.
74 Et programstøttesystem er typisk et sæt panelmonterede målere og ventiler, der udrenser barrieregas, regulerer nedstrøms tryk og måler tryk og gasstrøm til mekaniske tætninger. Det første element følger barrieregassens bane gennem Plan 74-panelet, og er kontraventilen. Dette gør det muligt at isolere barrieregasforsyningen fra tætningen med henblik på udskiftning af filterelementet eller vedligeholdelse af pumpen. Barrieregassen passerer derefter gennem et 2 til 3 mikrometer (µm) koalescerende filter, der fanger væsker og partikler, som kan beskadige tætningsoverfladens topografiske egenskaber og skabe en gasfilm på tætningsoverfladen. Dette efterfølges af en trykregulator og et manometer til indstilling af trykket i barrieregasforsyningen til den mekaniske tætning.
Dobbelttrykspumpegastætninger kræver, at barrieregasforsyningstrykket opfylder eller overstiger et minimumsdifferenstryk over det maksimale tryk i tætningskammeret. Dette minimumstrykfald varierer afhængigt af tætningsproducent og type, men er typisk omkring 30 pund pr. kvadrattomme (psi). Trykafbryderen bruges til at detektere eventuelle problemer med barrieregasforsyningstrykket og udløse en alarm, hvis trykket falder til under minimumsværdien.
Tætningens funktion styres af barrieregasstrømmen ved hjælp af en flowmåler. Afvigelser fra tætningsgasstrømningshastigheder rapporteret af producenter af mekaniske tætninger indikerer reduceret tætningsydelse. Reduceret barrieregasstrøm kan skyldes pumpens rotation eller væskemigration til tætningsfladen (fra forurenet barrieregas eller procesvæske).
Ofte efter sådanne hændelser opstår der skader på tætningsfladerne, og derefter øges barrieregasstrømmen. Trykstigninger i pumpen eller delvist tab af barrieregastryk kan også beskadige tætningsfladen. Højflowalarmer kan bruges til at bestemme, hvornår der er behov for intervention for at korrigere høj gasstrøm. Sætpunktet for en højflowalarm ligger typisk i området 10 til 100 gange den normale barrieregasstrøm, normalt ikke bestemt af producenten af den mekaniske tætning, men afhænger af, hvor meget gaslækage pumpen kan tolerere.
Traditionelt er der anvendt flowmålere med variabel gauge, og det er ikke ualmindeligt, at flowmålere med lavt og højt område forbindes i serie. En højflowkontakt kan derefter installeres på flowmåleren med højt område for at give en alarm for højt flow. Flowmålere med variabelt areal kan kun kalibreres for bestemte gasser ved bestemte temperaturer og tryk. Ved drift under andre forhold, såsom temperaturudsving mellem sommer og vinter, kan den viste flowhastighed ikke betragtes som en nøjagtig værdi, men er tæt på den faktiske værdi.
Med udgivelsen af API 682 4. udgave er flow- og trykmålinger gået fra analoge til digitale med lokale aflæsninger. Digitale flowmålere kan bruges som flowmålere med variabelt areal, der konverterer flydeposition til digitale signaler, eller masseflowmålere, der automatisk konverterer masseflow til volumenflow. Det kendetegnende ved masseflowtransmittere er, at de leverer udgange, der kompenserer for tryk og temperatur for at give et ægte flow under standard atmosfæriske forhold. Ulempen er, at disse enheder er dyrere end flowmålere med variabelt areal.
Problemet med at bruge en flowtransmitter er at finde en transmitter, der er i stand til at måle barrieregasflow under normal drift og ved alarmpunkter for højt flow. Flowsensorer har maksimum- og minimumsværdier, der kan aflæses nøjagtigt. Mellem nul flow og minimumsværdien er udgangsflowet muligvis ikke nøjagtigt. Problemet er, at når den maksimale flowhastighed for en bestemt flowtransducermodel stiger, stiger den minimale flowhastighed også.
En løsning er at bruge to transmittere (en lavfrekvent og en højfrekvent), men dette er en dyr mulighed. Den anden metode er at bruge en flowsensor til det normale driftsflowområde og bruge en højflowkontakt med en analog flowmåler til højt område. Den sidste komponent, som barrieregassen passerer igennem, er kontraventilen, før barrieregassen forlader panelet og forbindes til den mekaniske tætning. Dette er nødvendigt for at forhindre tilbagestrømning af pumpet væske ind i panelet og beskadigelse af instrumentet i tilfælde af unormale procesforstyrrelser.
Kontraventilen skal have et lavt åbningstryk. Hvis valget er forkert, eller hvis lufttætningen på dobbelttrykspumpen har lav barrieregasstrøm, kan det ses, at pulseringen i barrieregasstrømningen skyldes åbning og genmontering af kontraventilen.
Generelt anvendes plantekvælstof som barrieregas, fordi det er let tilgængeligt, inert og ikke forårsager nogen negative kemiske reaktioner i den pumpede væske. Inerte gasser, der ikke er tilgængelige, såsom argon, kan også anvendes. I tilfælde, hvor det nødvendige beskyttelsesgastryk er større end fabrikkens kvælstoftryk, kan en trykforstærker øge trykket og opbevare højtryksgassen i en beholder, der er tilsluttet Plan 74-panelets indløb. Nitrogenflasker på flaske anbefales generelt ikke, da de kræver konstant udskiftning af tomme cylindre med fulde. Hvis tætningens kvalitet forringes, kan flasken hurtigt tømmes, hvilket får pumpen til at stoppe for at forhindre yderligere skader og svigt af den mekaniske tætning.
I modsætning til væskebarrieresystemer kræver Plan 74-støttesystemer ikke tæt nærhed til mekaniske tætninger. Den eneste ulempe her er den aflange del af røret med lille diameter. Der kan forekomme et trykfald mellem Plan 74-panelet og tætningen i røret i perioder med høj strømning (tætningsnedbrydning), hvilket reducerer det tilgængelige barrieretryk for tætningen. En forøgelse af rørets størrelse kan løse dette problem. Som regel monteres Plan 74-paneler på et stativ i en bekvem højde til styring af ventiler og aflæsning af instrumentaflæsninger. Beslaget kan monteres på pumpens bundplade eller ved siden af pumpen uden at forstyrre pumpens inspektion og vedligeholdelse. Undgå snublefare på rør/rør, der forbinder Plan 74-paneler med mekaniske tætninger.
For mellemlejepumper med to mekaniske tætninger, en i hver ende af pumpen, anbefales det ikke at bruge ét panel og separat barrieregasudløb til hver mekanisk tætning. Den anbefalede løsning er at bruge et separat Plan 74-panel til hver tætning eller et Plan 74-panel med to udgange, hver med sit eget sæt flowmålere og flowkontakter. I områder med kolde vintre kan det være nødvendigt at overvintre Plan 74-panelerne. Dette gøres primært for at beskytte panelets elektriske udstyr, normalt ved at indkapsle panelet i kabinettet og tilføje varmeelementer.
Et interessant fænomen er, at barrieregasstrømmen stiger med faldende barrieregasforsyningstemperatur. Dette går normalt ubemærket hen, men kan blive mærkbart på steder med kolde vintre eller store temperaturforskelle mellem sommer og vinter. I nogle tilfælde kan det være nødvendigt at justere alarmens indstillingspunkt for høj flow for at forhindre falske alarmer. Panelluftkanaler og forbindelsesrør skal renses, før Plan 74-paneler tages i brug. Dette opnås nemmest ved at tilføje en udluftningsventil ved eller i nærheden af den mekaniske tætningsforbindelse. Hvis en udluftningsventil ikke er tilgængelig, kan systemet renses ved at frakoble røret fra den mekaniske tætning og derefter tilslutte det igen efter udluftning.
Efter at Plan 74-panelerne er tilsluttet tætningerne og alle forbindelser er kontrolleret for lækager, kan trykregulatoren nu justeres til det indstillede tryk i applikationen. Panelet skal forsyne den mekaniske tætning med tryksat barrieregas, før pumpen fyldes med procesvæske. Plan 74-tætningerne og panelerne er klar til brug, når pumpens idriftsættelses- og udluftningsprocedurer er afsluttet.
Filterelementet skal inspiceres efter en måneds drift eller hver sjette måned, hvis der ikke findes forurening. Filterudskiftningsintervallet afhænger af den leverede gass renhed, men bør ikke overstige tre år.
Gasmængderne i barrieren bør kontrolleres og registreres under rutinemæssige inspektioner. Hvis pulseringen i barrierens luftstrøm forårsaget af åbning og lukning af kontraventilen er stor nok til at udløse en alarm for højt flow, kan det være nødvendigt at øge disse alarmværdier for at undgå falske alarmer.
Et vigtigt trin i udfasningen er, at isolering og trykaflastning af beskyttelsesgassen bør være det sidste trin. Først skal pumpehuset isoleres og trykket aflastes. Når pumpen er i sikker stand, kan beskyttelsesgassens forsyningstryk slukkes, og gastrykket fjernes fra rørene, der forbinder Plan 74-panelet med den mekaniske tætning. Tøm al væske fra systemet, før vedligeholdelsesarbejde påbegyndes.
Dobbelttrykspumpe-lufttætninger kombineret med Plan 74-støttesystemer giver operatører en emissionsfri akseltætningsløsning, lavere kapitalinvesteringer (sammenlignet med tætninger med væskebarrieresystemer), reducerede livscyklusomkostninger, et lille støttesystems fodaftryk og minimale servicekrav.
Når denne indeslutningsløsning installeres og betjenes i overensstemmelse med bedste praksis, kan den give langvarig pålidelighed og øge tilgængeligheden af roterende udstyr.
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 ingeniørvidenskab fra University of Sydney, Australien. For mere information, besøg johncrane.com.
Opslagstidspunkt: 8. september 2022