Kompressorin ilmatiivistetekniikasta mukaillut kaksoispainepumpun ilmatiivisteet ovat yleisempiä akselitiivisteiden teollisuudessa. Nämä tiivisteet estävät pumpattavan nesteen pääsyn ilmakehään, vähentävät pumpun akselin kitkavastusta ja toimivat yksinkertaisemman tukijärjestelmän kanssa. Nämä edut alentavat ratkaisun kokonaiskäyttökustannuksia.
Nämä tiivisteet toimivat syöttämällä ulkoisen paineistetun kaasun lähteen sisä- ja ulkotiivistyspintojen väliin. Tiivistyspinnan erityinen topografia kohdistaa lisäpainetta sulkukaasuun, jolloin tiivistyspinta irtoaa ja kelluu kaasukalvossa. Kitkahäviöt ovat pienet, koska tiivistyspinnat eivät enää kosketa toisiaan. Sulkukaasu kulkee kalvon läpi alhaisella virtausnopeudella ja kuluttaa sulkukaasua vuotojen muodossa, joista suurin osa vuotaa ilmakehään ulkotiivistyspintojen kautta. Jäännös tihkuu tiivistyskammioon ja lopulta prosessivirta kuljettaa sen pois.
Kaikki kaksoishermeettiset tiivisteet vaativat paineistetun nesteen (nestettä tai kaasua) mekaanisen tiivistekokoonpanon sisä- ja ulkopintojen väliin. Tukijärjestelmä tarvitaan tämän nesteen toimittamiseksi tiivisteeseen. Nestevoidellussa painekaksoistiivisteessä sitä vastoin sulkuneste kiertää säiliöstä mekaanisen tiivisteen läpi, jossa se voitelee tiivistepintoja, imee lämpöä ja palaa säiliöön, jossa sen on poistettava imeytynyt lämpö. Nämä nestepainekaksoistiivisteiden tukijärjestelmät ovat monimutkaisia. Lämpökuormat kasvavat prosessipaineen ja -lämpötilan mukana ja voivat aiheuttaa luotettavuusongelmia, jos niitä ei lasketa ja aseteta oikein.
Paineilmatoiminen kaksoistiivistejärjestelmä vie vähän tilaa, ei vaadi jäähdytysvettä eikä vaadi paljoa huoltoa. Lisäksi, kun luotettava suojakaasun lähde on käytettävissä, sen luotettavuus on riippumaton prosessipaineesta ja -lämpötilasta.
Kaksoispainepumppujen ilmatiivisteiden yleistyvän markkinoilla vuoksi American Petroleum Institute (API) lisäsi Program 74:n osaksi API 682:n toista painosta.
74 Ohjelmatukijärjestelmä on tyypillisesti joukko paneeliin asennettuja mittareita ja venttiilejä, jotka puhdistavat sulkukaasun, säätelevät alavirran painetta ja mittaavat paineen ja kaasun virtauksen mekaanisille tiivisteille. Ensimmäinen elementti, joka seuraa sulkukaasun kulkua Plan 74 -paneelin läpi, on takaiskuventtiili. Tämän avulla sulkukaasun syöttö voidaan eristää tiivisteestä suodatinelementin vaihtoa tai pumpun huoltoa varten. Sulkukaasu kulkee sitten 2–3 mikrometrin (µm) koalisaattorisuodattimen läpi, joka vangitsee nesteitä ja hiukkasia, jotka voivat vahingoittaa tiivistepinnan topografisia ominaisuuksia ja luoda kaasukalvon tiivistepinnan pinnalle. Tätä seuraa paineensäädin ja manometri, joilla asetetaan sulkukaasun syötön paine mekaaniselle tiivisteelle.
Kaksoispainepumppujen kaasutiivisteet edellyttävät, että sulkukaasun syöttöpaine täyttää tai ylittää tiivistekammion maksimipaineen yläpuolella olevan vähimmäispaine-eron. Tämä vähimmäispainehäviö vaihtelee tiivisteen valmistajan ja tyypin mukaan, mutta on tyypillisesti noin 30 paunaa neliötuumaa kohden (psi). Painekytkintä käytetään havaitsemaan sulkukaasun syöttöpaineen ongelmat ja hälyttämään, jos paine laskee alle minimiarvon.
Tiivisteen toimintaa ohjataan sulkukaasun virtauksella virtausmittarin avulla. Mekaanisten tiivisteiden valmistajien ilmoittamien tiivistekaasun virtausnopeuksien poikkeamat osoittavat heikentynyttä tiivistyskykyä. Sulkukaasun virtauksen heikkeneminen voi johtua pumpun pyörimisestä tai nesteen siirtymisestä tiivistepinnalle (saastuneen sulkukaasun tai prosessinesteen vuoksi).
Usein tällaisten tapahtumien jälkeen tiivistyspinnat vaurioituvat, minkä jälkeen sulkukaasun virtaus kasvaa. Pumpun painepiikit tai sulkukaasun paineen osittainen menetys voivat myös vahingoittaa tiivistyspintaa. Korkean virtauksen hälytyksiä voidaan käyttää määrittämään, milloin korkean kaasun virtauksen korjaamiseksi tarvitaan toimenpiteitä. Korkean virtauksen hälytyksen asetusarvo on tyypillisesti 10–100 kertaa normaali sulkukaasun virtaus, eikä mekaanisen tiivisteen valmistaja yleensä määritä sitä, vaan se riippuu siitä, kuinka paljon kaasuvuotoa pumppu sietää.
Perinteisesti on käytetty muuttuvan läpimitan virtausmittareita, eikä ole harvinaista, että matalan ja korkean läpimitan virtausmittarit on kytketty sarjaan. Korkean läpimitan virtausmittariin voidaan sitten asentaa korkean läpimitan kytkin, joka antaa korkean virtauksen hälytyksen. Muuttuvan läpimitan virtausmittarit voidaan kalibroida vain tietyille kaasuille tietyissä lämpötiloissa ja paineissa. Muissa olosuhteissa, kuten kesän ja talven välisten lämpötilavaihteluiden aikana, näytettyä virtausnopeutta ei voida pitää tarkkana arvona, mutta se on lähellä todellista arvoa.
API 682 4. painoksen julkaisun myötä virtaus- ja painemittaukset ovat siirtyneet analogisista digitaalisiin, joissa lukemat ovat paikallisia. Digitaalisia virtausmittareita voidaan käyttää muuttuvan pinta-alan virtausmittareina, jotka muuntavat kellukkeen asennon digitaalisiksi signaaleiksi, tai massavirtausmittareina, jotka muuntavat massavirran automaattisesti tilavuusvirtaukseksi. Massavirtauslähettimien erottava ominaisuus on, että ne tarjoavat lähtöjä, jotka kompensoivat paineen ja lämpötilan, jolloin saadaan todellinen virtaus normaaleissa ilmakehän olosuhteissa. Haittapuolena on, että nämä laitteet ovat kalliimpia kuin muuttuvan pinta-alan virtausmittarit.
Virtauslähettimen käytön ongelmana on löytää lähetin, joka pystyy mittaamaan sulkukaasun virtausta normaalikäytössä ja suuren virtauksen hälytyspisteissä. Virtausantureilla on maksimi- ja minimiarvot, jotka voidaan lukea tarkasti. Nollavirtauksen ja minimiarvon välillä lähtövirtaus ei välttämättä ole tarkka. Ongelmana on, että tietyn virtausanturimallin maksimivirtausnopeuden kasvaessa myös minimivirtausnopeus kasvaa.
Yksi ratkaisu on käyttää kahta lähetintä (yksi matalataajuinen ja yksi korkeataajuinen), mutta tämä on kallis vaihtoehto. Toinen menetelmä on käyttää virtausanturia normaalille käyttövirtausalueelle ja korkean virtauksen kytkintä yhdessä korkean alueen analogisen virtausmittarin kanssa. Viimeinen komponentti, jonka läpi sulkukaasu kulkee, on takaiskuventtiili ennen kuin se poistuu paneelista ja yhdistyy mekaaniseen tiivisteeseen. Tämä on tarpeen, jotta estetään pumpattavan nesteen takaisinvirtaus paneeliin ja laitteen vaurioituminen epänormaalien prosessihäiriöiden sattuessa.
Takaiskuventtiilin avautumispaineen on oltava alhainen. Jos valinta on väärä tai jos kaksoispainepumpun ilmatiivisteessä on alhainen sulkukaasun virtaus, voidaan nähdä, että sulkukaasun virtauksen pulsaatio johtuu takaiskuventtiilin avautumisesta ja uudelleen sulkeutumisesta.
Yleensä suojakaasuna käytetään tehtaan typpeä, koska se on helposti saatavilla, inerttiä eikä aiheuta haitallisia kemiallisia reaktioita pumpattavassa nesteessä. Myös saatavilla olevia inerttejä kaasuja, kuten argonia, voidaan käyttää. Tapauksissa, joissa vaadittava suojakaasun paine on suurempi kuin tehtaan typen paine, paineenkorotin voi nostaa painetta ja varastoida korkeapainekaasun Plan 74 -paneelin tuloliitäntään liitettyyn säiliöön. Pullotettuja typpipulloja ei yleensä suositella, koska ne vaativat jatkuvaa tyhjien pullojen vaihtamista täysiin. Jos tiivisteen laatu heikkenee, pullo voidaan tyhjentää nopeasti, jolloin pumppu pysähtyy ja estää mekaanisen tiivisteen lisävauriot ja vikaantumisen.
Toisin kuin nestesulkujärjestelmät, Plan 74 -tukijärjestelmät eivät vaadi mekaanisten tiivisteiden läheisyyttä. Ainoa rajoitus tässä on pienen halkaisijan omaavan putken pitkänomainen osa. Putkessa voi esiintyä painehäviötä Plan 74 -paneelin ja tiivisteen välillä suuren virtauksen aikana (tiivisteen heikkeneminen), mikä vähentää tiivisteen käytettävissä olevaa sulkupainetta. Putken koon suurentaminen voi ratkaista tämän ongelman. Yleensä Plan 74 -paneelit asennetaan jalustalle sopivalle korkeudelle venttiilien ohjaamista ja laitteiden lukemien lukemista varten. Kiinnike voidaan asentaa pumpun pohjalevyyn tai pumpun viereen häiritsemättä pumpun tarkastusta ja huoltoa. Vältä kompastumisvaaraa putkissa/putkissa, jotka yhdistävät Plan 74 -paneelit mekaanisiin tiivisteisiin.
Laakerien välisissä pumpuissa, joissa on kaksi mekaanista tiivistettä, yksi pumpun kummassakin päässä, ei ole suositeltavaa käyttää yhtä paneelia ja erillistä sulkukaasun ulostuloa kumpaankin mekaaniseen tiivisteeseen. Suositeltu ratkaisu on käyttää erillistä Plan 74 -paneelia kutakin tiivistettä varten tai Plan 74 -paneelia, jossa on kaksi lähtöä ja kummassakin omat virtausmittarinsa ja virtauskytkimensä. Alueilla, joilla on kylmät talvet, Plan 74 -paneelit voi olla tarpeen talvettaa. Tämä tehdään ensisijaisesti paneelin sähkölaitteiden suojaamiseksi, yleensä koteloimalla paneeli kaappiin ja lisäämällä lämmityselementtejä.
Mielenkiintoinen ilmiö on, että sulkukaasun virtausnopeus kasvaa sulkukaasun syöttölämpötilan laskiessa. Tämä jää yleensä huomaamatta, mutta voi tulla havaittavaksi paikoissa, joissa on kylmät talvet tai suuret lämpötilaerot kesän ja talven välillä. Joissakin tapauksissa voi olla tarpeen säätää korkean virtauksen hälytyksen asetusarvoa väärien hälytysten estämiseksi. Paneelien ilmakanavat ja liitosputket/putket on ilmattava ennen Plan 74 -paneelien käyttöönottoa. Tämä on helpointa tehdä lisäämällä ilmausventtiili mekaanisen tiivisteen liitäntään tai sen lähelle. Jos ilmausventtiiliä ei ole saatavilla, järjestelmä voidaan ilmata irrottamalla putki/putki mekaanisesta tiivisteestä ja kytkemällä se sitten takaisin ilmauksen jälkeen.
Kun Plan 74 -paneelit on kytketty tiivisteisiin ja kaikki liitännät on tarkistettu vuotojen varalta, paineensäädin voidaan nyt säätää sovelluksessa asetettuun paineeseen. Paneelin on syötettävä paineistettua sulkukaasua mekaaniseen tiivisteeseen ennen pumpun täyttämistä prosessinesteellä. Plan 74 -tiivisteet ja -paneelit ovat valmiita käynnistymään, kun pumpun käyttöönotto- ja ilmaustoimenpiteet on suoritettu loppuun.
Suodatinelementti on tarkastettava kuukauden käytön jälkeen tai kuuden kuukauden välein, jos epäpuhtauksia ei havaita. Suodattimen vaihtoväli riippuu toimitetun kaasun puhtaudesta, mutta sen ei tulisi ylittää kolmea vuotta.
Sulkukaasun virtausnopeudet tulee tarkistaa ja kirjata rutiinitarkastusten yhteydessä. Jos takaiskuventtiilin avautumisen ja sulkeutumisen aiheuttama sulkukaasun virtauspulssi on niin suuri, että se laukaisee suuren virtauksen hälytyksen, näitä hälytysarvoja on ehkä nostettava väärien hälytysten välttämiseksi.
Tärkeä vaihe käytöstäpoistossa on suojakaasun eristäminen ja paineenalennus viimeisenä vaiheena. Ensin eristä ja paineista pumpun kotelo. Kun pumppu on turvallisessa kunnossa, suojakaasun syöttöpaine voidaan katkaista ja kaasunpaine poistaa putkistosta, joka yhdistää Plan 74 -paneelin mekaaniseen tiivisteeseen. Tyhjennä kaikki neste järjestelmästä ennen huoltotöiden aloittamista.
Kaksoispainepumppujen ilmatiivisteet yhdessä Plan 74 -tukijärjestelmien kanssa tarjoavat käyttäjille nollapäästöisen akselitiivisteratkaisun, pienemmät pääomainvestoinnit (verrattuna nestesulkujärjestelmillä varustettuihin tiivisteisiin), pienemmät elinkaarikustannukset, pienen tukijärjestelmän tilantarpeen ja minimaaliset huoltotarpeet.
Kun tämä suojaratkaisu asennetaan ja sitä käytetään parhaiden käytäntöjen mukaisesti, se voi tarjota pitkäaikaista luotettavuutta ja lisätä pyörivien laitteiden käytettävyyttä.
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 on tuoteryhmäpäällikkö John Cranella. Savagella on tekniikan kandidaatin tutkinto Sydneyn yliopistosta Australiasta. Lisätietoja on osoitteessa johncrane.com.
Julkaisun aika: 8.9.2022