Luchtafdichtingen met dubbele boosterpomp, aangepast aan de luchtafdichtingstechnologie van compressoren, komen vaker voor in de asafdichtingsindustrie. Deze afdichtingen zorgen ervoor dat de verpompte vloeistof niet naar de atmosfeer wordt afgevoerd, zorgen voor minder wrijvingsweerstand op de pompas en werken met een eenvoudiger ondersteuningssysteem. Deze voordelen zorgen voor lagere totale levenscycluskosten van de oplossing.
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 loskomt en het afdichtingsoppervlak in de gasfilm gaat drijven. 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 lekkages, waarvan de meeste via de buitenste afdichtingsoppervlakken naar de atmosfeer lekken. Het residu sijpelt de afdichtingskamer binnen en wordt uiteindelijk door de processtroom afgevoerd.
Alle dubbele hermetische afdichtingen vereisen een vloeistof onder druk (vloeistof of gas) tussen de binnen- en buitenoppervlakken van de mechanische afdichting. Er is een ondersteuningssysteem nodig om deze vloeistof naar de afdichting te brengen. Bij een met vloeistof gesmeerde dubbele drukafdichting circuleert barrièrevloeistof daarentegen vanuit het reservoir door de mechanische afdichting, waar het de afdichtingsoppervlakken smeert, warmte absorbeert en terugkeert naar het reservoir waar het de geabsorbeerde warmte moet afvoeren. Deze ondersteuningssystemen met dubbele vloeistofdrukafdichting zijn complex. Thermische belastingen nemen toe met de procesdruk en -temperatuur en kunnen betrouwbaarheidsproblemen veroorzaken als ze niet goed worden berekend en ingesteld.
Het persluchtsysteem met dubbele afdichting neemt weinig ruimte in beslag, vereist geen koelwater en vergt weinig onderhoud. Als er bovendien een betrouwbare bron van beschermgas beschikbaar is, is de betrouwbaarheid ervan 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 programmaondersteuningssysteem bestaat doorgaans uit een set op een paneel gemonteerde meters en kleppen die het barrièregas afvoeren, de stroomafwaartse druk regelen en de druk en de gasstroom naar mechanische afdichtingen meten. Het eerste element volgt het pad van het barrièregas door het Plan 74-paneel en is de terugslagklep. Hierdoor kan de barrièregastoevoer worden geïsoleerd van de afdichting voor vervanging van filterelementen of pomponderhoud. Het barrièregas gaat vervolgens door een coalescentiefilter 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 oppervlak van het afdichtingsoppervlak ontstaat. Daarna volgen een drukregelaar en een manometer voor het instellen van de druk van de spergastoevoer naar de mechanische asafdichting.
Gasafdichtingen met dubbele drukpomp vereisen dat de toevoerdruk van het spergas voldoet aan een minimaal drukverschil boven de maximale druk in de afdichtingskamer, of deze overschrijdt. Deze minimale drukval varieert per afdichtingsfabrikant en -type, maar bedraagt doorgaans ongeveer 30 pond per vierkante inch (psi). De drukschakelaar wordt gebruikt om eventuele problemen met de toevoerdruk van het spergas te detecteren en een alarm te laten horen als de druk onder de minimumwaarde daalt.
De werking van de afdichting wordt geregeld door de barrièregasstroom met behulp van een flowmeter. Afwijkingen van de stroomsnelheden van sealgas gerapporteerd door fabrikanten van mechanische afdichtingen duiden op verminderde afdichtingsprestaties. Een verminderde barrièregasstroom kan het gevolg zijn van pomprotatie of vloeistofmigratie naar het afdichtingsvlak (van verontreinigd barrièregas of procesvloeistof).
Vaak treedt na dergelijke gebeurtenissen schade aan de afdichtingsoppervlakken op en neemt de barrièregasstroom toe. Ook drukstoten in de pomp of gedeeltelijk wegvallen van de spergasdruk kunnen het afdichtingsoppervlak beschadigen. Alarmen voor hoge gasstromen kunnen worden gebruikt om te bepalen wanneer interventie nodig is om een hoge gasstroom te corrigeren. Het instelpunt voor een hoog debietalarm ligt doorgaans in het bereik van 10 tot 100 keer de normale barrièregasstroom, meestal niet bepaald door de fabrikant van de mechanische afdichting, maar hangt af van hoeveel gaslekkage de pomp kan verdragen.
Traditioneel worden debietmeters met variabele meter gebruikt en het is niet ongebruikelijk dat debietmeters met een laag en hoog bereik in serie worden geschakeld. Op de debietmeter met hoog bereik kan vervolgens een schakelaar voor hoog debiet worden geïnstalleerd om een alarm voor hoog debiet te geven. Flowmeters met variabel oppervlak 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 ligt het dicht bij de werkelijke waarde.
Met de release van de vierde editie van API 682 zijn flow- en drukmetingen verschoven van analoog naar digitaal met lokale metingen. Digitale debietmeters kunnen worden gebruikt als debietmeters met variabel oppervlak, die de vlotterpositie omzetten in digitale signalen, of als massadebietmeters, die de massastroom automatisch omzetten in volumestroom. Het onderscheidende kenmerk van massastroomtransmitters is dat ze uitgangen leveren die druk en temperatuur compenseren, zodat onder standaard atmosferische omstandigheden een echte stroom ontstaat. Het nadeel is dat deze apparaten duurder zijn dan debietmeters met variabel oppervlak.
Het probleem bij het gebruik van een flowtransmitter is het vinden van een zender die in staat is de barrièregasstroom te meten tijdens normaal gebruik en op alarmpunten met hoge flow. Flowsensoren hebben maximale en minimale waarden die nauwkeurig kunnen worden afgelezen. Tussen nulstroom en de minimumwaarde is de uitvoerstroom mogelijk niet nauwkeurig. Het probleem is dat naarmate het maximale debiet voor een bepaald model flowtransducer toeneemt, het minimale debiet ook toeneemt.
Een oplossing is om twee zenders te gebruiken (een lage frequentie en een hoge frequentie), maar dit is een dure optie. De tweede methode is het gebruik van een flowsensor voor het normale operationele flowbereik en het gebruik van een hoge flowschakelaar met een analoge flowmeter met hoog bereik. Het laatste onderdeel waar het barrièregas doorheen gaat, is de terugslagklep voordat het barrièregas het paneel verlaat en verbinding maakt met de mechanische afdichting. Dit is nodig om te voorkomen dat de verpompte vloeistof terugstroomt in het paneel en schade aan het instrument veroorzaakt in geval van abnormale processtoringen.
De terugslagklep moet een lage openingsdruk hebben. Als de selectie verkeerd is, of als de luchtafdichting van de dubbele drukpomp een lage barrièregasstroom heeft, kan worden gezien dat de pulsatie van de barrièregasstroom wordt veroorzaakt door het openen en opnieuw sluiten van de terugslagklep.
Over het algemeen wordt plantenstikstof als barrièregas gebruikt omdat het gemakkelijk verkrijgbaar en inert is en geen nadelige chemische reacties in de verpompte vloeistof veroorzaakt. Er kunnen ook inerte gassen worden gebruikt die niet beschikbaar zijn, zoals argon. In gevallen waarin de vereiste beschermgasdruk groter is dan de stikstofdruk van de installatie, kan een drukversterker de druk verhogen en het hogedrukgas opslaan in een ontvanger die is aangesloten op de Plan 74-paneelinlaat. Stikstofflessen in flessen worden over het algemeen niet aanbevolen, omdat lege cilinders voortdurend door volle moeten worden vervangen. Als de kwaliteit van de afdichting verslechtert, kan de fles snel worden geleegd, waardoor de pomp stopt en verdere schade en defecten aan de mechanische afdichting worden voorkomen.
In tegenstelling tot vloeistofbarrièresystemen vereisen Plan 74-ondersteuningssystemen geen nabijheid van mechanische afdichtingen. Het enige voorbehoud hier is het langwerpige gedeelte van de buis met kleine diameter. Er kan een drukval optreden tussen het Plan 74-paneel en de afdichting in de buis tijdens periodes van hoge stroming (degradatie van de afdichting), waardoor de barrièredruk die beschikbaar is voor de afdichting afneemt. Het vergroten van de buismaat kan dit probleem oplossen. In de regel worden Plan 74-panelen op een standaard op een geschikte hoogte gemonteerd voor het bedienen van kleppen en het aflezen van instrumentaflezingen. De beugel kan op de pompbasisplaat of naast de pomp worden gemonteerd zonder de inspectie en het onderhoud van de pomp te belemmeren. Voorkom struikelgevaar op leidingen/leidingen die Plan 74-panelen met mechanische afdichtingen verbinden.
Voor pompen tussen lagers met twee mechanische afdichtingen, één aan elk uiteinde van de pomp, wordt het niet aanbevolen om één paneel en een afzonderlijke barrièregasuitlaat naar elke mechanische afdichting te gebruiken. De aanbevolen oplossing is om voor elke afdichting een apart Plan 74-paneel 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 overwinteren. Dit wordt voornamelijk gedaan om de elektrische apparatuur van het paneel te beschermen, meestal door het paneel in de kast te omhullen en verwarmingselementen toe te voegen.
Een interessant fenomeen is dat de stroomsnelheid van het spergas toeneemt naarmate de toevoertemperatuur van het spergas afneemt. 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 het alarminstelpunt voor hoog debiet aan te passen om vals alarm te voorkomen. Paneelluchtkanalen en verbindingsleidingen/buizen moeten worden gespoeld voordat Plan 74-panelen in gebruik worden genomen. Dit wordt het eenvoudigst bereikt door een ontluchtingsklep toe te voegen aan of nabij de mechanische afdichtingsaansluiting. Als er geen ontluchtingsklep beschikbaar is, kan het systeem worden ontlucht door de slang/buis los te koppelen van de mechanische afdichting en deze na het ontluchten weer aan te sluiten.
Na het aansluiten van de Plan 74 panelen op de afdichtingen en het controleren van alle aansluitingen op lekkage kan de drukregelaar nu worden afgesteld op de ingestelde druk in de toepassing. Het paneel moet onder druk staand barrièregas naar de mechanische afdichting toevoeren voordat de pomp met procesvloeistof wordt gevuld. De Plan 74-afdichtingen en -panelen zijn gereed voor gebruik wanneer de procedures voor inbedrijfstelling en ontluchting van de pomp zijn voltooid.
Het filterelement moet na een maand gebruik of elke zes maanden worden geïnspecteerd als er geen verontreiniging wordt aangetroffen. Het filtervervangingsinterval is afhankelijk van de zuiverheid van het geleverde gas, maar mag niet langer zijn dan drie jaar.
De hoeveelheden barrièregas moeten tijdens routine-inspecties worden gecontroleerd en geregistreerd. Als de pulsatie van de luchtstroom van de barrière, veroorzaakt door het openen en sluiten van de terugslagklep, groot genoeg is om een alarm voor hoge stroom te activeren, moeten deze alarmwaarden mogelijk worden verhoogd om vals alarm te voorkomen.
Een belangrijke stap bij de ontmanteling is dat isolatie en drukverlaging van het beschermgas de laatste stap moet zijn. Isoleer eerst het pomphuis en maak het drukloos. Zodra de pomp zich in een veilige toestand bevindt, kan de beschermgastoevoerdruk worden uitgeschakeld 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 emissievrije oplossing voor asafdichtingen, lagere kapitaalinvesteringen (vergeleken met afdichtingen met vloeistofbarrièresystemen), lagere levenscycluskosten, een kleine voetafdruk van het ondersteuningssysteem en minimale onderhoudsvereisten.
Indien geïnstalleerd en gebruikt in overeenstemming met de beste praktijken, kan deze containmentoplossing langdurige 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 behaald aan de Universiteit van Sydney, Australië. Ga voor meer informatie naar johncrane.com.
Posttijd: 08-sep-2022