Luchtafdichtingen met dubbele boosterpompen, gebaseerd op de technologie van luchtafdichtingen voor compressoren, komen vaker voor in de asafdichtingsindustrie. Deze afdichtingen zorgen ervoor dat er geen vloeistof in de atmosfeer terechtkomt, veroorzaken minder wrijvingsweerstand op de pompas en werken met een eenvoudiger ondersteuningssysteem. Deze voordelen resulteren in lagere totale levenscycluskosten.
Deze afdichtingen werken door een externe bron van gas onder druk tussen de binnenste en buitenste afdichtingsoppervlakken te introduceren. De specifieke topografie van het afdichtingsoppervlak oefent extra druk uit op het barrièregas, waardoor het afdichtingsoppervlak loslaat en in de gasfilm zweeft. Wrijvingsverliezen zijn laag omdat de afdichtingsoppervlakken elkaar niet meer raken. Het barrièregas stroomt met een lage stroomsnelheid door het membraan en verbruikt het barrièregas in de vorm van lekken, waarvan het grootste deel via de buitenste afdichtingsoppervlakken naar de atmosfeer lekt. Het residu sijpelt in de afdichtingskamer en wordt uiteindelijk door de processtroom afgevoerd.
Alle dubbele hermetische afdichtingen vereisen een vloeistof (vloeistof of gas) onder druk tussen de binnen- en buitenoppervlakken van de mechanische afdichting. Een ondersteuningssysteem is nodig om deze vloeistof naar de afdichting te transporteren. In een vloeistofgesmeerde dubbele drukafdichting daarentegen circuleert spervloeistof vanuit het reservoir door de mechanische afdichting, waar het de afdichtingsoppervlakken smeert, warmte absorbeert en terugkeert naar het reservoir waar het de opgenomen warmte moet afvoeren. Deze ondersteuningssystemen met dubbele vloeistofdrukafdichtingen zijn complex. Thermische belastingen nemen toe met de procesdruk en -temperatuur en kunnen betrouwbaarheidsproblemen veroorzaken als ze niet correct worden berekend en ingesteld.
Het persluchtsysteem met dubbele afdichting neemt weinig ruimte in beslag, vereist geen koelwater en vereist weinig onderhoud. Bovendien is de betrouwbaarheid, wanneer er een betrouwbare bron van beschermgas beschikbaar is, onafhankelijk van de procesdruk en -temperatuur.
Vanwege de toenemende acceptatie van luchtafdichtingen met dubbele drukpompen op de markt, heeft het American Petroleum Institute (API) Programma 74 toegevoegd als onderdeel van de publicatie van de tweede editie van API 682.
74 Een programmaondersteunend systeem bestaat doorgaans uit een set op een paneel gemonteerde meters en kleppen die het spergas zuiveren, de stroomafwaartse druk regelen en de druk en gasstroom naar de mechanische afdichtingen meten. Het eerste element, dat het pad van het spergas door het Plan 74-paneel volgt, is de terugslagklep. Hiermee kan de toevoer van het spergas van de afdichting worden geïsoleerd voor vervanging van het filterelement of pomponderhoud. Het spergas stroomt vervolgens door een coalescerend filter van 2 tot 3 micrometer (µm) dat vloeistoffen en deeltjes opvangt die de topografische kenmerken van het afdichtingsoppervlak kunnen beschadigen, waardoor een gasfilm op het afdichtingsoppervlak ontstaat. Dit wordt gevolgd door een drukregelaar en een manometer voor het instellen van de druk van de toevoer van het spergas naar de mechanische afdichting.
Gasafdichtingen met dubbele drukpomp vereisen dat de toevoerdruk van het barrièregas een minimaal drukverschil boven de maximumdruk in de afdichtingskamer bereikt of overschrijdt. Deze minimale drukval varieert per afdichtingsfabrikant en -type, maar bedraagt doorgaans ongeveer 30 pond per vierkante inch (psi). De drukschakelaar detecteert eventuele problemen met de toevoerdruk van het barrièregas en geeft een alarmsignaal als de druk onder de minimumwaarde daalt.
De werking van de afdichting wordt geregeld door de spergasstroom met behulp van een flowmeter. Afwijkingen in de afdichtingsgasstroomsnelheden die door fabrikanten van mechanische afdichtingen worden gerapporteerd, duiden op verminderde afdichtingsprestaties. Een verminderde spergasstroom kan te wijten zijn aan pomprotatie of vloeistofmigratie naar het afdichtingsvlak (door verontreinigd spergas of procesvloeistof).
Vaak treedt na dergelijke gebeurtenissen schade aan de afdichtingsoppervlakken op, waarna de barrièregasstroom toeneemt. Drukpieken in de pomp of gedeeltelijk verlies van de barrièregasdruk kunnen het afdichtingsoppervlak ook beschadigen. Alarmen voor hoge flow kunnen worden gebruikt om te bepalen wanneer ingrijpen nodig is om een hoge gasstroom te corrigeren. De instelwaarde voor een alarm voor hoge flow ligt doorgaans tussen de 10 en 100 keer de normale barrièregasstroom. Dit wordt meestal niet bepaald door de fabrikant van de mechanische afdichting, maar is afhankelijk van de hoeveelheid gaslekkage die de pomp kan verdragen.
Traditioneel worden flowmeters met variabele doorlaat gebruikt en het is niet ongebruikelijk dat flowmeters met een laag en hoog bereik in serie worden geschakeld. Een schakelaar voor hoge doorstroming kan vervolgens op de flowmeter met hoog bereik worden geïnstalleerd om een alarm voor een hoge doorstroming te geven. Flowmeters met variabele doorlaat kunnen alleen worden gekalibreerd voor bepaalde gassen bij bepaalde temperaturen en drukken. Bij gebruik onder andere omstandigheden, zoals temperatuurschommelingen tussen zomer en winter, kan het weergegeven debiet niet als een nauwkeurige waarde worden beschouwd, maar komt het wel dicht bij de werkelijke waarde.
Met de release van API 682 4e editie zijn debiet- en drukmetingen van analoog naar digitaal met lokale metingen overgegaan. Digitale debietmeters kunnen worden gebruikt als flowmeters met variabel oppervlak, die de vlotterpositie omzetten in digitale signalen, of als massadebietmeters, die automatisch massadebiet omzetten in volumedebiet. Het onderscheidende kenmerk van massadebiettransmitters is dat ze outputs leveren die druk en temperatuur compenseren om een werkelijke doorstroming te garanderen onder standaard atmosferische omstandigheden. Het nadeel is dat deze apparaten duurder zijn dan flowmeters met variabel oppervlak.
Het probleem bij het gebruik van een flowtransmitter is het vinden van een transmitter die de flow van barrièregas kan meten tijdens normaal bedrijf en bij alarmpunten voor hoge flow. Flowsensoren hebben maximale en minimale waarden die nauwkeurig kunnen worden afgelezen. Tussen nul en de minimale waarde is de uitgangsflow mogelijk niet nauwkeurig. Het probleem is dat naarmate de maximale flow voor een bepaald model flowtransducer toeneemt, de minimale flow ook toeneemt.
Eén oplossing is het gebruik van twee transmitters (één met een lage frequentie en één met een hoge frequentie), maar dit is een dure optie. De tweede methode is het gebruik van een flowsensor voor het normale werkbereik en een hoge flowschakelaar met een analoge flowmeter met een hoog bereik. Het laatste onderdeel waar het spergas doorheen stroomt, is de terugslagklep voordat het spergas het paneel verlaat en verbinding maakt met de mechanische afdichting. Dit is nodig om terugstroming van gepompte vloeistof in het paneel en schade aan het instrument te voorkomen bij abnormale procesverstoringen.
De terugslagklep moet een lage openingsdruk hebben. Als de selectie onjuist is, of als de luchtafdichting van de dubbele drukpomp een lage spergasstroom heeft, kan worden vastgesteld dat de pulsatie van de spergasstroom wordt veroorzaakt door het openen en sluiten van de terugslagklep.
Over het algemeen wordt stikstof uit de fabriek gebruikt als barrièregas, omdat het gemakkelijk verkrijgbaar en inert is en geen nadelige chemische reacties veroorzaakt in de verpompte vloeistof. Ook inerte gassen die niet beschikbaar zijn, zoals argon, kunnen worden gebruikt. In gevallen waarin de vereiste beschermgasdruk hoger is dan de stikstofdruk van de fabriek, kan een drukverhoger de druk verhogen en het hogedrukgas opslaan in een ontvanger die is aangesloten op de inlaat van het Plan 74-paneel. Stikstofflessen in flessen worden over het algemeen niet aanbevolen, omdat lege cilinders constant vervangen moeten worden door volle. Als de kwaliteit van de afdichting verslechtert, kan de fles snel worden geleegd, waardoor de pomp stopt om verdere schade en falen van de mechanische afdichting te voorkomen.
In tegenstelling tot vloeistofbarrièresystemen vereisen Plan 74-ondersteuningssystemen geen directe nabijheid van mechanische afdichtingen. Het enige nadeel hierbij is het langwerpige gedeelte van de buis met een kleine diameter. Een drukval tussen het Plan 74-paneel en de afdichting kan in de leiding optreden tijdens periodes van hoge doorstroming (afdichtingsdegradatie), waardoor de barrièredruk voor de afdichting afneemt. Een grotere leiding kan dit probleem oplossen. Plan 74-panelen worden doorgaans op een standaard gemonteerd op een geschikte hoogte voor het bedienen van kleppen en het aflezen van instrumentwaarden. De beugel kan op de pompvoetplaat of naast de pomp worden gemonteerd zonder de inspectie en het onderhoud van de pomp te hinderen. Vermijd struikelgevaar over leidingen/leidingen die Plan 74-panelen verbinden met mechanische afdichtingen.
Voor pompen met twee tussenlagers en twee mechanische afdichtingen, één aan elk uiteinde van de pomp, wordt het niet aanbevolen om één paneel en een aparte spergasuitlaat voor elke mechanische afdichting te gebruiken. De aanbevolen oplossing is om een apart Plan 74-paneel voor elke afdichting te gebruiken, of een Plan 74-paneel met twee uitgangen, elk met een eigen set flowmeters en flowschakelaars. In gebieden met koude winters kan het nodig zijn om de Plan 74-panelen te laten overwinteren. Dit wordt voornamelijk gedaan om de elektrische apparatuur van het paneel te beschermen, meestal door het paneel in de kast te plaatsen en verwarmingselementen toe te voegen.
Een interessant fenomeen is dat de stroomsnelheid van het barrièregas toeneemt naarmate de temperatuur van de toevoer van het barrièregas daalt. Dit blijft meestal onopgemerkt, maar kan merkbaar worden op plaatsen met koude winters of grote temperatuurverschillen tussen zomer en winter. In sommige gevallen kan het nodig zijn om de alarminstelling voor hoge stroomsnelheid aan te passen om valse alarmen te voorkomen. Luchtkanalen en aansluitende leidingen moeten worden ontlucht voordat Plan 74-panelen in gebruik worden genomen. Dit kan het eenvoudigst worden bereikt door een ontluchtingsventiel te plaatsen bij of nabij de aansluiting van de mechanische afdichting. Als er geen ontluchtingsventiel beschikbaar is, kan het systeem worden ontlucht door de leiding(en) los te koppelen van de mechanische afdichting en deze na het ontluchten weer aan te sluiten.
Nadat de Plan 74-panelen op de afdichtingen zijn aangesloten en alle aansluitingen op lekkage zijn gecontroleerd, kan de drukregelaar worden afgesteld op de ingestelde druk in de toepassing. Het paneel moet onder druk spergas naar de mechanische afdichting voeren voordat de pomp met procesvloeistof wordt gevuld. De Plan 74-afdichtingen en -panelen zijn klaar voor gebruik zodra de inbedrijfstellings- en ontluchtingsprocedures van de pomp zijn voltooid.
Het filterelement moet na een maand gebruik of elke zes maanden worden geïnspecteerd als er geen verontreiniging wordt aangetroffen. De vervangingsinterval van het filter is afhankelijk van de zuiverheid van het geleverde gas, maar mag niet langer zijn dan drie jaar.
De barrièregaswaarden moeten worden gecontroleerd en geregistreerd tijdens routinematige inspecties. Als de pulsatie van de barrièreluchtstroom, veroorzaakt door het openen en sluiten van de terugslagklep, groot genoeg is om een alarm voor een hoge stroomsnelheid te activeren, moeten deze alarmwaarden mogelijk worden verhoogd om valse alarmen te voorkomen.
Een belangrijke stap bij het ontmantelen is dat het isoleren en drukloos maken van het beschermgas de laatste stap is. Isoleer eerst de pompbehuizing en maak deze drukloos. Zodra de pomp in een veilige staat verkeert, kan de beschermgastoevoer worden afgesloten en de gasdruk worden verwijderd uit de leidingen die het Plan 74-paneel verbinden met de mechanische afdichting. Tap alle vloeistof uit het systeem af voordat u met onderhoudswerkzaamheden begint.
Luchtafdichtingen met dubbele drukpomp in combinatie met Plan 74-ondersteuningssystemen bieden operators een asafdichtingsoplossing met nul emissie, een lagere kapitaalinvestering (vergeleken met afdichtingen met vloeistofbarrièresystemen), lagere levenscycluskosten, een kleine voetafdruk van het ondersteuningssysteem en minimale servicevereisten.
Wanneer deze containmentoplossing volgens de best practices wordt geïnstalleerd en gebruikt, kan deze op de lange termijn betrouwbaarheid bieden en de beschikbaarheid van roterende apparatuur vergroten.
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 is productgroepmanager bij John Crane. Savage heeft een Bachelor of Science in Engineering van de Universiteit van Sydney, Australië. Ga voor meer informatie naar johncrane.com.
Plaatsingstijd: 08-09-2022