Dvostruke zračne brtve pumpi za pojačanje, prilagođene tehnologiji zračnih brtvi kompresora, češće su u industriji brtvi vratila. Ove brtve osiguravaju nulto ispuštanje pumpane tekućine u atmosferu, pružaju manji otpor trenja na vratilu pumpe i rade s jednostavnijim sustavom potpore. Ove prednosti pružaju niže ukupne troškove životnog ciklusa rješenja.
Ove brtve rade uvođenjem vanjskog izvora komprimiranog plina između unutarnje i vanjske brtvene površine. Posebna topografija brtvene površine stvara dodatni pritisak na plinsku barijeru, uzrokujući odvajanje brtvene površine, što uzrokuje plutanje brtvene površine u plinskom filmu. Gubici trenja su mali jer se brtvene površine više ne dodiruju. Plinska barijera prolazi kroz membranu malom brzinom protoka, trošeći plinsku barijeru u obliku propuštanja, od kojih većina propušta u atmosferu kroz vanjske brtvene površine. Ostatak prodire u komoru brtve i na kraju ga odnosi procesni tok.
Sve dvostruke hermetičke brtve zahtijevaju tlačni fluid (tekućinu ili plin) između unutarnje i vanjske površine sklopa mehaničke brtve. Za dovod ovog fluida do brtve potreban je potporni sustav. Nasuprot tome, kod dvostruke brtve pod tlakom podmazane tekućinom, zaporni fluid cirkulira iz spremnika kroz mehaničku brtvu, gdje podmazuje površine brtve, apsorbira toplinu i vraća se u spremnik gdje treba raspršiti apsorbiranu toplinu. Ovi sustavi potpore dvostrukih brtvi pod tlakom fluida su složeni. Toplinska opterećenja povećavaju se s procesnim tlakom i temperaturom te mogu uzrokovati probleme s pouzdanošću ako se ne izračunaju i ne postave pravilno.
Sustav dvostrukog brtvljenja komprimiranim zrakom zauzima malo prostora, ne zahtijeva rashladnu vodu i zahtijeva malo održavanja. Osim toga, kada je dostupan pouzdan izvor zaštitnog plina, njegova pouzdanost je neovisna o tlaku i temperaturi procesa.
Zbog sve veće upotrebe dvostrukih tlačnih zračnih brtvi na tržištu, Američki naftni institut (API) dodao je Program 74 kao dio publikacije drugog izdanja API 682.
74 Sustav za podršku programu obično je skup mjerača i ventila montiranih na ploču koji pročišćavaju plinsku barijeru, reguliraju tlak nizvodno te mjere tlak i protok plina do mehaničkih brtvi. Slijedeći put plinske barijere kroz ploču Plan 74, prvi element je nepovratni ventil. To omogućuje izoliranje dovoda plinske barijere od brtve radi zamjene elementa filtera ili održavanja pumpe. Plinska barijera zatim prolazi kroz koalescentni filter od 2 do 3 mikrometra (µm) koji hvata tekućine i čestice koje mogu oštetiti topografske značajke površine brtve, stvarajući plinski film na površini brtve. Nakon toga slijede regulator tlaka i manometar za podešavanje tlaka dovoda plinske barijere do mehaničke brtve.
Dvostruke plinske brtve s pumpom za tlak zahtijevaju da tlak dovoda plina barijere dostigne ili premaši minimalni diferencijalni tlak iznad maksimalnog tlaka u komori brtve. Ovaj minimalni pad tlaka varira ovisno o proizvođaču i vrsti brtve, ali obično iznosi oko 30 funti po kvadratnom inču (psi). Tlačna sklopka koristi se za otkrivanje bilo kakvih problema s tlakom dovoda plina barijere i oglašava alarm ako tlak padne ispod minimalne vrijednosti.
Rad brtve kontrolira se protokom plina za brtvljenje pomoću mjerača protoka. Odstupanja od brzina protoka plina za brtvljenje koje prijavljuju proizvođači mehaničkih brtvi ukazuju na smanjene performanse brtvljenja. Smanjen protok plina za brtvljenje može biti posljedica rotacije pumpe ili migracije fluida na površinu brtve (od kontaminiranog plina za brtvljenje ili procesne tekućine).
Često, nakon takvih događaja, dolazi do oštećenja brtvenih površina, a zatim se povećava protok barijernog plina. Prekomjerni tlakovi u pumpi ili djelomični gubitak tlaka barijernog plina također mogu oštetiti brtvenu površinu. Alarmi za visoki protok mogu se koristiti za određivanje kada je potrebna intervencija radi ispravljanja visokog protoka plina. Zadana vrijednost za alarm za visoki protok obično je u rasponu od 10 do 100 puta većeg od normalnog protoka barijernog plina, obično ne određuje proizvođač mehaničke brtve, već ovisi o tome koliko curenja plina pumpa može podnijeti.
Tradicionalno su se koristili mjerači protoka s promjenjivim mjeračem i nije neuobičajeno da se mjerači protoka niskog i visokog raspona spajaju u seriju. Prekidač visokog protoka tada se može ugraditi na mjerač protoka visokog raspona kako bi se aktivirao alarm za visoki protok. Mjerači protoka s promjenjivim područjem mogu se kalibrirati samo za određene plinove pri određenim temperaturama i tlakovima. Pri radu u drugim uvjetima, kao što su temperaturne fluktuacije između ljeta i zime, prikazani protok ne može se smatrati točnom vrijednošću, ali je blizu stvarnoj vrijednosti.
Izlaskom 4. izdanja API 682, mjerenja protoka i tlaka prešla su s analognih na digitalna s lokalnim očitanjima. Digitalni mjerači protoka mogu se koristiti kao mjerači protoka s promjenjivom površinom, koji pretvaraju položaj plovka u digitalne signale, ili mjerači masenog protoka, koji automatski pretvaraju maseni protok u volumski protok. Karakteristična značajka odašiljača masenog protoka je da pružaju izlaze koji kompenziraju tlak i temperaturu kako bi se osigurao stvarni protok pod standardnim atmosferskim uvjetima. Nedostatak je što su ovi uređaji skuplji od mjerača protoka s promjenjivom površinom.
Problem s korištenjem pretvornika protoka je pronaći pretvornik koji može mjeriti protok barijernog plina tijekom normalnog rada i na alarmnim točkama visokog protoka. Senzori protoka imaju maksimalne i minimalne vrijednosti koje se mogu točno očitati. Između nultog protoka i minimalne vrijednosti, izlazni protok možda neće biti točan. Problem je u tome što se s povećanjem maksimalne brzine protoka za određeni model pretvornika protoka povećava i minimalna brzina protoka.
Jedno rješenje je korištenje dvaju odašiljača (jednog niskofrekventnog i jednog visokofrekventnog), ali to je skupa opcija. Druga metoda je korištenje senzora protoka za normalni radni raspon protoka i korištenje prekidača visokog protoka s analognim mjeračem protoka visokog raspona. Posljednja komponenta kroz koju prolazi plin za zaštitu od plina je nepovratni ventil prije nego što plin za zaštitu od plina napusti ploču i spoji se s mehaničkom brtvom. To je potrebno kako bi se spriječio povratni tok pumpane tekućine u ploču i oštećenje instrumenta u slučaju abnormalnih poremećaja u procesu.
Nepovratni ventil mora imati nizak tlak otvaranja. Ako je odabir pogrešan ili ako zračna brtva dvostruke tlačne pumpe ima nizak protok barijerne plinske smjese, može se vidjeti da je pulsiranje protoka barijerne plinske smjese uzrokovano otvaranjem i ponovnim zatvaranjem nepovratnog ventila.
Općenito, dušik u postrojenju koristi se kao zaštitni plin jer je lako dostupan, inertan i ne uzrokuje nikakve štetne kemijske reakcije u pumpanoj tekućini. Mogu se koristiti i inertni plinovi koji nisu dostupni, poput argona. U slučajevima kada je potreban tlak zaštitnog plina veći od tlaka dušika u postrojenju, pojačivač tlaka može povećati tlak i pohraniti plin pod visokim tlakom u spremniku spojenom na ulaz ploče Plan 74. Boce dušika u bocama općenito se ne preporučuju jer zahtijevaju stalnu zamjenu praznih boca punim. Ako se kvaliteta brtvljenja pogorša, boca se može brzo isprazniti, što uzrokuje zaustavljanje pumpe kako bi se spriječilo daljnje oštećenje i kvar mehaničke brtve.
Za razliku od sustava s tekućom barijerom, sustavi potpore Plan 74 ne zahtijevaju blizinu mehaničkih brtvi. Jedina zamjerka ovdje je izduženi dio cijevi malog promjera. Pad tlaka između ploče Plan 74 i brtve može se dogoditi u cijevi tijekom razdoblja visokog protoka (degradacija brtve), što smanjuje tlak barijere dostupan brtvi. Povećanje veličine cijevi može riješiti ovaj problem. U pravilu, ploče Plan 74 montiraju se na postolje na prikladnoj visini za upravljanje ventilima i očitavanje očitanja instrumenata. Nosač se može montirati na osnovnu ploču pumpe ili pored pumpe bez ometanja pregleda i održavanja pumpe. Izbjegavajte opasnosti od spoticanja na cijevima/cijevima koje spajaju ploče Plan 74 s mehaničkim brtvama.
Za pumpe s međuležajnim sustavima i dvije mehaničke brtve, po jednu na svakom kraju pumpe, ne preporučuje se korištenje jedne ploče i zasebnog izlaza plina za svaku mehaničku brtvu. Preporučeno rješenje je korištenje zasebne ploče Plan 74 za svaku brtvu ili ploče Plan 74 s dva izlaza, svaki sa svojim vlastitim setom mjerača protoka i prekidača protoka. U područjima s hladnim zimama možda će biti potrebno prezimiti ploče Plan 74. To se prvenstveno radi kako bi se zaštitila električna oprema ploče, obično zatvaranjem ploče u ormar i dodavanjem grijaćih elemenata.
Zanimljiv fenomen je da se brzina protoka barijernog plina povećava sa smanjenjem temperature dovoda barijernog plina. To obično prolazi nezapaženo, ali može postati uočljivo na mjestima s hladnim zimama ili velikim temperaturnim razlikama između ljeta i zime. U nekim slučajevima može biti potrebno prilagoditi zadanu vrijednost alarma visokog protoka kako bi se spriječili lažni alarmi. Zračni kanali panela i spojne cijevi/cijevi moraju se pročistiti prije puštanja panela Plan 74 u rad. To se najlakše postiže dodavanjem odzračnog ventila na ili blizu spoja mehaničke brtve. Ako odzračni ventil nije dostupan, sustav se može pročistiti odvajanjem cijevi/cijevi od mehaničke brtve, a zatim ponovnim spajanjem nakon pročišćavanja.
Nakon spajanja Plan 74 panela na brtve i provjere svih spojeva na curenje, regulator tlaka sada se može podesiti na postavljeni tlak u primjeni. Panel mora dovoditi tlačni plin do mehaničke brtve prije punjenja pumpe procesnom tekućinom. Brtve i paneli Plan 74 spremni su za početak kada su dovršeni postupci puštanja pumpe u pogon i odzračivanja.
Filterski element mora se pregledati nakon mjesec dana rada ili svakih šest mjeseci ako se ne pronađe onečišćenje. Interval zamjene filtera ovisit će o čistoći isporučenog plina, ali ne smije biti dulji od tri godine.
Brzine protoka plina u barijeri treba provjeravati i bilježiti tijekom rutinskih pregleda. Ako je pulsiranje protoka zraka u barijeri uzrokovano otvaranjem i zatvaranjem nepovratnog ventila dovoljno veliko da aktivira alarm za visoki protok, te vrijednosti alarma možda će trebati povećati kako bi se izbjegli lažni alarmi.
Važan korak u stavljanju izvan pogona je da izolacija i smanjenje tlaka zaštitnog plina bude posljednji korak. Prvo, izolirajte i smanjite tlak u kućištu pumpe. Nakon što je pumpa u sigurnom stanju, tlak dovoda zaštitnog plina može se isključiti i ukloniti tlak plina iz cijevi koje spajaju ploču Plan 74 s mehaničkom brtvom. Ispustite svu tekućinu iz sustava prije početka bilo kakvih radova na održavanju.
Dvostruke brtve zraka pumpe s tlakom u kombinaciji s potpornim sustavima Plan 74 pružaju operaterima rješenje brtve vratila s nultom emisijom, niža kapitalna ulaganja (u usporedbi s brtvama s tekućim barijerama), smanjene troškove životnog ciklusa, mali otisak potpornog sustava i minimalne zahtjeve za servisiranjem.
Kada se instalira i koristi u skladu s najboljom praksom, ovo rješenje za zadržavanje može osigurati dugoročnu pouzdanost i povećati dostupnost rotirajuće opreme.
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 je voditelj grupe proizvoda u tvrtki John Crane. Savage ima diplomu prvostupnika inženjerstva sa Sveučilišta u Sydneyu u Australiji. Za više informacija posjetite johncrane.com.
Vrijeme objave: 08.09.2022.