Etanșările duble de aer pentru pompele de pompare, adaptate din tehnologia etanșărilor de aer pentru compresoare, sunt mai frecvente în industria etanșărilor arborelui. Aceste etanșări asigură o descărcare zero a lichidului pompat în atmosferă, oferă o rezistență la frecare mai mică pe arborele pompei și funcționează cu un sistem de susținere mai simplu. Aceste beneficii oferă un cost total mai mic pe durata de viață a soluției.
Aceste etanșări funcționează prin introducerea unei surse externe de gaz sub presiune între suprafețele de etanșare interioare și exterioare. Topografia particulară a suprafeței de etanșare pune o presiune suplimentară asupra gazului de barieră, determinând separarea suprafeței de etanșare și plutirea acesteia în pelicula de gaz. Pierderile prin frecare sunt mici, deoarece suprafețele de etanșare nu se mai ating. Gazul de barieră trece prin membrană cu un debit redus, consumând gazul de barieră sub formă de scurgeri, majoritatea acestora scurgându-se în atmosferă prin suprafețele de etanșare exterioare. Reziduul se infiltrează în camera de etanșare și este în cele din urmă transportat de fluxul de proces.
Toate etanșările duble ermetice necesită un fluid sub presiune (lichid sau gaz) între suprafețele interioare și exterioare ale ansamblului etanșării mecanice. Este necesar un sistem de susținere pentru a furniza acest fluid către etanșare. În schimb, într-o etanșare dublă sub presiune lubrifiată cu lichid, fluidul barieră circulă din rezervor prin etanșarea mecanică, unde lubrifiază suprafețele etanșării, absoarbe căldura și se întoarce în rezervor, unde trebuie să disipeze căldura absorbită. Aceste sisteme de susținere a etanșărilor duble sub presiune a fluidului sunt complexe. Sarcinile termice cresc odată cu presiunea și temperatura procesului și pot cauza probleme de fiabilitate dacă nu sunt calculate și setate corect.
Sistemul de susținere cu dublă etanșare cu aer comprimat ocupă puțin spațiu, nu necesită apă de răcire și necesită puțină întreținere. În plus, atunci când este disponibilă o sursă fiabilă de gaz protector, fiabilitatea sa este independentă de presiunea și temperatura procesului.
Datorită adoptării tot mai frecvente pe piață a etanșărilor de aer pentru pompe cu presiune dublă, Institutul American al Petrolului (API) a adăugat Programul 74 ca parte a publicării celei de-a doua ediții a standardului API 682.
Un sistem de asistență pentru programe este de obicei un set de manometre și valve montate pe panou care purjează gazul de barieră, reglează presiunea în aval și măsoară presiunea și debitul de gaz către etanșările mecanice. Urmând traseul gazului de barieră prin panoul Plan 74, primul element este valva de sens unic. Aceasta permite izolarea alimentării cu gaz de barieră de etanșare pentru înlocuirea elementului filtrant sau întreținerea pompei. Gazul de barieră trece apoi printr-un filtru coalescent de 2 până la 3 micrometri (µm) care captează lichidele și particulele care pot deteriora caracteristicile topografice ale suprafeței etanșării, creând o peliculă de gaz pe suprafața acesteia. Acesta este urmat de un regulator de presiune și un manometru pentru setarea presiunii alimentării cu gaz de barieră către etanșarea mecanică.
Etanșările de gaz cu pompă de presiune dublă necesită ca presiunea de alimentare cu gaz de barieră să atingă sau să depășească o presiune diferențială minimă peste presiunea maximă din camera de etanșare. Această cădere minimă de presiune variază în funcție de producătorul și tipul etanșării, dar este de obicei în jur de 30 de livre pe inch pătrat (psi). Presostatul este utilizat pentru a detecta orice probleme cu presiunea de alimentare cu gaz de barieră și pentru a declanșa o alarmă dacă presiunea scade sub valoarea minimă.
Funcționarea etanșării este controlată de debitul gazului de barieră folosind un debitmetru. Abaterile de la debitele gazului de etanșare raportate de producătorii de etanșări mecanice indică o performanță redusă a etanșării. Debitul redus al gazului de barieră poate fi cauzat de rotația pompei sau de migrarea fluidului către suprafața etanșării (din gazul de barieră contaminat sau fluidul de proces).
Adesea, după astfel de evenimente, apar deteriorări ale suprafețelor de etanșare, iar apoi debitul gazului de barieră crește. Suprapresiunea excesivă din pompă sau pierderea parțială a presiunii gazului de barieră pot, de asemenea, deteriora suprafața de etanșare. Alarmele de debit ridicat pot fi utilizate pentru a determina când este necesară intervenția pentru a corecta debitul ridicat de gaz. Valoarea de referință pentru o alarmă de debit ridicat este de obicei în intervalul de 10 până la 100 de ori debitul normal de gaz de barieră, de obicei nefiind determinată de producătorul etanșării mecanice, ci depinde de cât de multă scurgere de gaz poate tolera pompa.
În mod tradițional, s-au folosit debitmetre cu ecartament variabil și nu este neobișnuit ca debitmetrele cu interval de presiune joasă și înaltă să fie conectate în serie. Un comutator de debit maxim poate fi apoi instalat pe debitmetrul cu interval de presiune mare pentru a declanșa o alarmă de debit maxim. Debitmetrele cu suprafață variabilă pot fi calibrate doar pentru anumite gaze la anumite temperaturi și presiuni. Atunci când funcționează în alte condiții, cum ar fi fluctuațiile de temperatură între vară și iarnă, debitul afișat nu poate fi considerat o valoare exactă, ci este apropiat de valoarea reală.
Odată cu lansarea standardului API 682, ediția a 4-a, măsurătorile de debit și presiune au trecut de la analogice la digitale cu citiri locale. Debitmetrele digitale pot fi utilizate ca debitmetre cu arie variabilă, care convertesc poziția flotorului în semnale digitale, sau ca debitmetre mase, care convertesc automat debitul masei în debit volumetric. Caracteristica distinctivă a traductoarelor de debit mase este că acestea oferă ieșiri care compensează presiunea și temperatura pentru a oferi un debit real în condiții atmosferice standard. Dezavantajul este că aceste dispozitive sunt mai scumpe decât debitmetrele cu arie variabilă.
Problema utilizării unui traductor de debit este găsirea unui traductor capabil să măsoare debitul de gaz de barieră în timpul funcționării normale și la punctele de alarmă pentru debit ridicat. Senzorii de debit au valori maxime și minime care pot fi citite cu precizie. Între debitul zero și valoarea minimă, debitul de ieșire poate să nu fie precis. Problema este că, pe măsură ce debitul maxim pentru un anumit model de traductor de debit crește, crește și debitul minim.
O soluție este utilizarea a două emițătoare (unul de joasă frecvență și unul de înaltă frecvență), dar aceasta este o opțiune costisitoare. A doua metodă este utilizarea unui senzor de debit pentru intervalul normal de funcționare și utilizarea unui comutator de debit ridicat cu un debitmetru analogic cu interval mare. Ultima componentă prin care trece gazul de barieră este supapa de sens unic înainte ca gazul de barieră să părăsească panoul și să se conecteze la etanșarea mecanică. Acest lucru este necesar pentru a preveni refluxul lichidului pompat în panou și deteriorarea instrumentului în cazul unor perturbări anormale ale procesului.
Supapa de sens unic trebuie să aibă o presiune de deschidere scăzută. Dacă selecția este greșită sau dacă etanșarea cu aer a pompei cu presiune dublă are un debit scăzut de gaz de barieră, se poate observa că pulsația debitului de gaz de barieră este cauzată de deschiderea și re-închiderea supapei de sens unic.
În general, azotul din instalații este utilizat ca gaz de barieră, deoarece este ușor disponibil, inert și nu provoacă reacții chimice adverse în lichidul pompat. Se pot utiliza și gaze inerte care nu sunt disponibile, cum ar fi argonul. În cazurile în care presiunea necesară a gazului de protecție este mai mare decât presiunea azotului din instalație, un amplificator de presiune poate crește presiunea și stoca gazul de înaltă presiune într-un recipient conectat la intrarea panoului Plan 74. Sticlele de azot îmbuteliate nu sunt, în general, recomandate, deoarece necesită înlocuirea constantă a buteliilor goale cu unele pline. Dacă calitatea etanșării se deteriorează, sticla poate fi golită rapid, determinând oprirea pompei pentru a preveni deteriorarea ulterioară și defectarea etanșării mecanice.
Spre deosebire de sistemele cu barieră de lichide, sistemele de susținere Plan 74 nu necesită apropierea de etanșările mecanice. Singura problemă aici este secțiunea alungită a tubului cu diametru mic. O scădere de presiune între panoul Plan 74 și etanșare poate apărea în conductă în perioadele de debit ridicat (degradarea etanșării), ceea ce reduce presiunea barierei disponibilă etanșării. Mărirea dimensiunii conductei poate rezolva această problemă. De regulă, panourile Plan 74 sunt montate pe un suport la o înălțime convenabilă pentru controlul valvelor și citirea valorilor instrumentelor. Suportul poate fi montat pe placa de bază a pompei sau lângă pompă fără a interfera cu inspecția și întreținerea pompei. Evitați pericolele de împiedicare pe conducte/țevi care conectează panourile Plan 74 cu etanșări mecanice.
Pentru pompele cu lagăre interioare și două etanșări mecanice, câte una la fiecare capăt al pompei, nu se recomandă utilizarea unui panou și a unei ieșiri separate de gaz de barieră pentru fiecare etanșare mecanică. Soluția recomandată este utilizarea unui panou Plan 74 separat pentru fiecare etanșare sau a unui panou Plan 74 cu două ieșiri, fiecare cu propriul set de debitmetre și comutatoare de debit. În zonele cu ierni reci, poate fi necesară supraîncărcarea panourilor Plan 74 pe timpul iernii. Acest lucru se face în principal pentru a proteja echipamentul electric al panoului, de obicei prin încapsularea panoului în dulap și adăugarea de elemente de încălzire.
Un fenomen interesant este acela că debitul gazului de barieră crește odată cu scăderea temperaturii de alimentare cu gaz de barieră. Acest lucru trece de obicei neobservat, dar poate deveni sesizabil în locuri cu ierni reci sau diferențe mari de temperatură între vară și iarnă. În unele cazuri, poate fi necesară ajustarea valorii de referință a alarmei de debit ridicat pentru a preveni alarmele false. Conductele de aer ale panoului și țevile/țevile de conectare trebuie purjate înainte de a pune în funcțiune panourile Plan 74. Acest lucru se realizează cel mai ușor prin adăugarea unei supape de aerisire la sau în apropierea conexiunii etanșării mecanice. Dacă nu este disponibilă o supapă de purjare, sistemul poate fi purjat prin deconectarea tubului/tubului de la etanșarea mecanică și apoi reconectarea acestuia după purjare.
După conectarea panourilor Plan 74 la etanșări și verificarea tuturor conexiunilor pentru scurgeri, regulatorul de presiune poate fi acum reglat la presiunea setată în aplicație. Panoul trebuie să furnizeze gaz de barieră sub presiune etanșării mecanice înainte de a umple pompa cu fluid de proces. Etanșările și panourile Plan 74 sunt gata de pornire după finalizarea procedurilor de punere în funcțiune și ventilare a pompei.
Elementul filtrant trebuie inspectat după o lună de funcționare sau la fiecare șase luni dacă nu se constată nicio contaminare. Intervalul de înlocuire a filtrului va depinde de puritatea gazului furnizat, dar nu trebuie să depășească trei ani.
Debitele de gaz de barieră trebuie verificate și înregistrate în timpul inspecțiilor de rutină. Dacă pulsația debitului de aer de barieră cauzată de deschiderea și închiderea supapei de sens unic este suficient de mare pentru a declanșa o alarmă de debit ridicat, este posibil să fie nevoie să creșteți aceste valori de alarmă pentru a evita alarme false.
Un pas important în dezafectare este ca izolarea și depresurizarea gazului de protecție să fie ultimul pas. Mai întâi, izolați și depresurizați carcasa pompei. Odată ce pompa este într-o stare sigură, presiunea de alimentare cu gaz de protecție poate fi oprită, iar presiunea gazului poate fi îndepărtată din conductele care conectează panoul Plan 74 la etanșarea mecanică. Goliți tot fluidul din sistem înainte de a începe orice lucrare de întreținere.
Etanșările cu pompă de presiune dublă, combinate cu sistemele de susținere Plan 74, oferă operatorilor o soluție de etanșare a arborelui cu emisii zero, investiții de capital mai mici (în comparație cu etanșările cu sisteme de barieră pentru lichide), costuri reduse pe durata de viață, amprentă redusă a sistemului de susținere și cerințe minime de service.
Atunci când este instalată și operată în conformitate cu cele mai bune practici, această soluție de izolare poate oferi fiabilitate pe termen lung și poate crește disponibilitatea echipamentelor rotative.
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 este manager de grup de produse la John Crane. Savage deține o licență în inginerie de la Universitatea din Sydney, Australia. Pentru mai multe informații, vizitați johncrane.com.
Data publicării: 08 septembrie 2022