Dubbele boosterpompafdichtingen, afgeleid van compressorafdichtingstechnologie, komen vaker voor in de asafdichtingsindustrie. Deze afdichtingen voorkomen dat de verpompte vloeistof in de atmosfeer terechtkomt, verminderen de 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 binnen- en buitenafdichtingsvlakken te introduceren. De specifieke topografie van het afdichtingsvlak oefent extra druk uit op het barrièregas, waardoor het afdichtingsvlak loskomt en in de gasfilm gaat drijven. Wrijvingsverliezen zijn laag omdat de afdichtingsvlakken elkaar niet meer raken. Het barrièregas stroomt met een lage stroomsnelheid door het membraan en verbruikt het barrièregas in de vorm van lekkages, waarvan het grootste deel via de buitenafdichtingsvlakken naar de atmosfeer sijpelt. 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. Bij een vloeistofgesmeerde dubbele drukafdichting daarentegen circuleert een barrièrevloeistof vanuit het reservoir door de mechanische afdichting, waar deze de afdichtingsoppervlakken smeert, warmte absorbeert en terugkeert naar het reservoir om de geabsorbeerde warmte af te voeren. Deze ondersteuningssystemen voor dubbele drukafdichtingen zijn complex. De thermische belasting neemt toe met de procesdruk en -temperatuur en kan betrouwbaarheidsproblemen veroorzaken als deze niet correct wordt berekend en ingesteld.
Het perslucht-dubbelafdichtingssysteem neemt weinig ruimte in beslag, vereist geen koelwater en is onderhoudsarm. Bovendien is de betrouwbaarheid ervan, mits er een betrouwbare bron van beschermgas beschikbaar is, onafhankelijk van de procesdruk en -temperatuur.
Vanwege de toenemende toepassing van luchtdichtingen voor pompen met dubbele druk op de markt, heeft het American Petroleum Institute (API) Programma 74 opgenomen in 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 druk stroomafwaarts regelen en de druk en gasstroom naar mechanische afdichtingen meten. Het eerste element in het Plan 74-paneel, dat het barrièregas doorloopt, is de terugslagklep. Deze klep maakt het mogelijk de toevoer van het barrièregas naar de afdichting te onderbreken voor vervanging van het filterelement of onderhoud aan de pomp. Het barrièregas passeert vervolgens 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 afdichtingsoppervlak ontstaat. Hierna volgen een drukregelaar en een manometer voor het instellen van de druk van de barrièregastoevoer naar de mechanische afdichting.
Dubbele drukpompgasafdichtingen vereisen dat de toevoerdruk van het barrièregas een minimaal drukverschil ten opzichte van de maximale druk in de afdichtingskamer bereikt of overschrijdt. Deze minimale drukval varieert per fabrikant en type afdichting, maar ligt doorgaans rond de 30 pond per vierkante inch (psi). De drukschakelaar detecteert eventuele problemen met de toevoerdruk van het barrièregas en geeft een alarm af als de druk onder de minimumwaarde zakt.
De werking van de afdichting wordt geregeld door de barrièregasstroom met behulp van een debietmeter. Afwijkingen van de door fabrikanten van mechanische afdichtingen opgegeven barrièregasstromen duiden op verminderde afdichtingsprestaties. Een verminderde barrièregasstroom kan het gevolg zijn van pomprotatie of vloeistofmigratie naar het afdichtingsvlak (van verontreinigd barrièregas of procesvloeistof).
Vaak raken de afdichtingsoppervlakken na dergelijke gebeurtenissen beschadigd, waardoor de gasstroom toeneemt. Drukschommelingen in de pomp of gedeeltelijk verlies van gasdruk kunnen de afdichtingsoppervlakken ook beschadigen. Alarmen voor hoge gasstromen kunnen worden gebruikt om te bepalen wanneer ingrijpen nodig is om de hoge gasstroom te corrigeren. Het instelpunt voor een alarm voor hoge gasstromen ligt doorgaans tussen de 10 en 100 keer de normale gasstroom, meestal niet bepaald door de fabrikant van de mechanische afdichting, maar afhankelijk van de hoeveelheid gaslekkage die de pomp kan verdragen.
Traditioneel worden debietmeters met een variabele meetuitslag gebruikt, en het is niet ongebruikelijk dat debietmeters met een lage en hoge meetuitslag in serie worden geschakeld. Een hogedebietbeveiliging kan dan op de debietmeter met hoge meetuitslag worden geïnstalleerd om een alarm bij een te hoge debietwaarde te geven. Debietmeters met een variabele meetuitslag kunnen alleen worden gekalibreerd voor bepaalde gassen bij bepaalde temperaturen en drukken. Bij gebruik onder andere omstandigheden, zoals temperatuurschommelingen tussen zomer en winter, kan de weergegeven debietwaarde niet als een nauwkeurige waarde worden beschouwd, maar ligt deze wel dicht bij de werkelijke waarde.
Met de publicatie van API 682 4e editie zijn debiet- en drukmetingen overgegaan van analoog naar digitaal met lokale aflezingen. Digitale debietmeters kunnen worden gebruikt als variabele-oppervlakte-debietmeters, die de vlotterpositie omzetten in digitale signalen, of als massadebietmeters, die automatisch massadebiet omzetten in volumedebiet. Het onderscheidende kenmerk van massadebiettransmitters is dat ze uitgangen leveren die compenseren voor druk en temperatuur om het werkelijke debiet onder standaard atmosferische omstandigheden weer te geven. Het nadeel is dat deze apparaten duurder zijn dan variabele-oppervlakte-debietmeters.
Het probleem bij het gebruik van een flowtransmitter is het vinden van een transmitter die de barrièregasstroom kan meten tijdens normaal gebruik en bij alarmpunten met een hoge stroom. Flowsensoren hebben maximale en minimale waarden die nauwkeurig kunnen worden afgelezen. Tussen nulstroom en de minimale waarde is de gemeten stroom mogelijk niet nauwkeurig. Het probleem is dat naarmate de maximale stroomsnelheid voor een bepaald flowtransmittermodel toeneemt, de minimale stroomsnelheid ook toeneemt.
Een mogelijke oplossing is het gebruik van twee transmitters (een laagfrequente en een hoogfrequente), maar dit is een dure optie. Een tweede methode is het gebruik van een flowsensor voor het normale werkdebietbereik en een hoogdebietschakelaar met een analoge debietmeter voor een hoog debietbereik. Het laatste onderdeel waar het barrièregas doorheen stroomt, is de terugslagklep voordat het barrièregas het paneel verlaat en op de mechanische afdichting wordt aangesloten. Dit is noodzakelijk om terugstroming van de verpompte vloeistof in het paneel en schade aan het instrument te voorkomen in geval van abnormale procesverstoringen.
De terugslagklep moet een lage openingsdruk hebben. Als de keuze verkeerd is, of als de luchtafdichting van de dubbele drukpomp een lage barrièregasstroom heeft, kan dit leiden tot pulsaties in de barrièregasstroom door het openen en sluiten van de terugslagklep.
Over het algemeen wordt stikstof uit de fabriek gebruikt als beschermgas, omdat het gemakkelijk verkrijgbaar en inert is en geen schadelijke chemische reacties in de verpompte vloeistof veroorzaakt. Inerte gassen die niet beschikbaar zijn, zoals argon, kunnen ook worden gebruikt. In gevallen waarin de vereiste beschermgasdruk hoger is dan de stikstofdruk uit de fabriek, kan een drukverhoger de druk verhogen en het hogedrukgas opslaan in een reservoir dat is aangesloten op de inlaat van het Plan 74-paneel. Stikstofflessen worden over het algemeen niet aanbevolen, omdat lege flessen constant vervangen moeten worden door volle. Als de kwaliteit van de afdichting verslechtert, kan de fles snel leeglopen, waardoor de pomp stopt om verdere schade en defecten aan de mechanische afdichting te voorkomen.
In tegenstelling tot vloeistofbarrièresystemen vereisen Plan 74-ondersteuningssystemen geen directe nabijheid van mechanische afdichtingen. Het enige aandachtspunt is het langwerpige gedeelte van de buis met kleine diameter. Tijdens perioden met een hoge doorstroming (slijtage van de afdichting) kan er een drukval optreden tussen het Plan 74-paneel en de afdichting in de leiding, waardoor de beschikbare barrièredruk voor de afdichting afneemt. Dit probleem kan worden opgelost door de diameter van de leiding te vergroten. Plan 74-panelen worden doorgaans op een statief 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 belemmeren. Vermijd struikelgevaar op leidingen/leidingen die Plan 74-panelen met mechanische afdichtingen verbinden.
Voor pompen met tussenlagers en twee mechanische afdichtingen, één aan elk uiteinde van de pomp, wordt het afgeraden om één paneel en een aparte uitlaat voor het barrièregas voor 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 debietmeters en debietschakelaars. 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 behuizing te plaatsen en verwarmingselementen toe te voegen.
Een interessant fenomeen is dat de stroomsnelheid van het barrièregas toeneemt naarmate de temperatuur van het barrièregas daalt. Dit blijft meestal onopgemerkt, maar kan merkbaar worden in gebieden met koude winters of grote temperatuurverschillen tussen zomer en winter. In sommige gevallen kan het nodig zijn om de instelwaarde van het alarm voor hoge stroomsnelheden aan te passen om valse alarmen te voorkomen. De luchtkanalen en verbindingsleidingen van de panelen moeten worden ontlucht voordat de Plan 74-panelen in gebruik worden genomen. Dit kan het gemakkelijkst worden gedaan door een ontluchtingsklep te plaatsen bij of nabij de aansluiting van de mechanische afdichting. Als er geen ontluchtingsklep 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 verbindingen op lekkage zijn gecontroleerd, kan de drukregelaar worden ingesteld op de gewenste druk. Het paneel moet onder druk staand barrièregas aan de mechanische afdichting leveren 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 gecontroleerd als er geen vervuiling wordt aangetroffen. De vervangingsinterval van het filter is afhankelijk van de zuiverheid van het aangevoerde gas, maar mag niet langer dan drie jaar zijn.
De gasdebieten in de barrière moeten tijdens routine-inspecties worden gecontroleerd en geregistreerd. Als de pulsatie van de luchtstroom in de barrière, veroorzaakt door het openen en sluiten van de terugslagklep, groot genoeg is om een alarm voor een te hoge doorstroming te activeren, moeten deze alarmwaarden mogelijk worden verhoogd om valse alarmen te voorkomen.
Een belangrijke stap bij de ontmanteling is het isoleren en ontluchten van het beschermgas. Dit moet de laatste stap zijn. Isoleer en ontlucht eerst de pompbehuizing. Zodra de pomp in een veilige toestand verkeert, kan de toevoer van het beschermgas worden afgesloten en de gasdruk worden verwijderd uit de leidingen die het Plan 74-paneel met de mechanische afdichting verbinden. Tap alle vloeistof uit het systeem af voordat u met onderhoudswerkzaamheden begint.
Dubbele drukpompafdichtingen in combinatie met Plan 74-ondersteuningssystemen bieden operators een emissievrije asafdichtingsoplossing, lagere investeringskosten (vergeleken met afdichtingen met vloeistofbarrièresystemen), lagere levenscycluskosten, een compact ondersteuningssysteem en minimale onderhoudsvereisten.
Wanneer deze insluitingsoplossing volgens de beste praktijken wordt geïnstalleerd en gebruikt, kan deze zorgen voor langdurige betrouwbaarheid en de beschikbaarheid van roterende apparatuur verhogen.
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 bachelordiploma in de ingenieurswetenschappen van de Universiteit van Sydney, Australië. Ga voor meer informatie naar johncrane.com.
Geplaatst op: 8 september 2022