ระบบรองรับแบบป้องกันแก๊สพร้อมปั๊มแรงดันสองตัว

ซีลลมปั๊มบูสเตอร์คู่ ซึ่งพัฒนามาจากเทคโนโลยีซีลลมคอมเพรสเซอร์ เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมซีลเพลา ซีลเหล่านี้ช่วยให้ของเหลวที่ถูกปั๊มออกสู่ชั้นบรรยากาศเป็นศูนย์ ลดแรงเสียดทานบนเพลาปั๊ม และทำงานร่วมกับระบบรองรับที่เรียบง่ายกว่า ข้อดีเหล่านี้ช่วยลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของโซลูชันโดยรวม
ซีลเหล่านี้ทำงานโดยการเติมก๊าซแรงดันจากภายนอกเข้าไประหว่างพื้นผิวซีลด้านในและด้านนอก ลักษณะเฉพาะของพื้นผิวซีลทำให้ก๊าซกั้นมีแรงดันเพิ่มขึ้น ทำให้พื้นผิวซีลแยกออกจากกัน ทำให้พื้นผิวซีลลอยอยู่ในฟิล์มก๊าซ การสูญเสียแรงเสียดทานต่ำเนื่องจากพื้นผิวซีลไม่สัมผัสกันอีกต่อไป ก๊าซกั้นจะไหลผ่านเมมเบรนด้วยอัตราการไหลต่ำ ก๊าซกั้นจะซึมผ่านเมมเบรนออกมาในรูปของการรั่วไหล ซึ่งส่วนใหญ่รั่วไหลสู่ชั้นบรรยากาศผ่านพื้นผิวซีลด้านนอก ก๊าซตกค้างจะซึมเข้าไปในห้องซีลและถูกกระแสน้ำในกระบวนการพัดพาไปในที่สุด
ซีลแบบสองชั้นทั้งหมดจำเป็นต้องมีของไหลที่มีแรงดัน (ของเหลวหรือก๊าซ) ระหว่างพื้นผิวด้านในและด้านนอกของชุดซีลเชิงกล จำเป็นต้องมีระบบรองรับเพื่อส่งของไหลนี้ไปยังซีล ในทางตรงกันข้าม ในซีลสองชั้นแบบหล่อลื่นด้วยของเหลว ของไหลกั้นจะไหลเวียนจากอ่างเก็บน้ำผ่านซีลเชิงกล ซึ่งจะหล่อลื่นพื้นผิวซีล ดูดซับความร้อน และไหลกลับไปยังอ่างเก็บน้ำเพื่อระบายความร้อนที่ดูดซับไว้ ระบบรองรับแบบซีลสองชั้นที่มีแรงดันของไหลเหล่านี้มีความซับซ้อน ภาระความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันและอุณหภูมิของกระบวนการ และอาจก่อให้เกิดปัญหาด้านความน่าเชื่อถือได้หากไม่ได้รับการคำนวณและตั้งค่าอย่างเหมาะสม
ระบบรองรับแบบซีลคู่ที่ใช้อากาศอัดใช้พื้นที่น้อย ไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็น และต้องการการบำรุงรักษาน้อย นอกจากนี้ เมื่อมีแหล่งก๊าซป้องกันที่เชื่อถือได้ ความน่าเชื่อถือของระบบก็จะไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันและอุณหภูมิของกระบวนการ
เนื่องจากการนำซีลอากาศปั๊มแรงดันคู่มาใช้เพิ่มมากขึ้นในตลาด สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา (API) จึงได้เพิ่มโปรแกรม 74 เป็นส่วนหนึ่งของการเผยแพร่ API 682 ฉบับที่ 2
74 ระบบสนับสนุนโปรแกรมโดยทั่วไปประกอบด้วยชุดมาตรวัดและวาล์วที่ติดตั้งบนแผง ซึ่งทำหน้าที่ไล่ก๊าซกั้น ควบคุมความดันปลายน้ำ และวัดความดันและการไหลของก๊าซไปยังซีลเชิงกล อุปกรณ์แรกคือเช็ควาล์วซึ่งทำหน้าที่ตามเส้นทางของก๊าซกั้นผ่านแผง Plan 74 เพื่อให้สามารถแยกก๊าซกั้นที่จ่ายออกจากซีลเพื่อเปลี่ยนไส้กรองหรือบำรุงรักษาปั๊ม จากนั้นก๊าซกั้นจะผ่านตัวกรองขนาด 2 ถึง 3 ไมโครเมตร (µm) ซึ่งดักจับของเหลวและอนุภาคที่สามารถสร้างความเสียหายต่อลักษณะทางภูมิประเทศของพื้นผิวซีล ทำให้เกิดฟิล์มก๊าซบนพื้นผิวของซีล ตามด้วยตัวควบคุมแรงดันและมาโนมิเตอร์สำหรับตั้งค่าความดันของก๊าซกั้นที่จ่ายไปยังซีลเชิงกล
ซีลแก๊สแบบปั๊มแรงดันคู่ จำเป็นต้องมีแรงดันจ่ายของก๊าซกั้นให้ถึงหรือเกินค่าแรงดันต่างขั้นต่ำที่สูงกว่าแรงดันสูงสุดในห้องซีล แรงดันตกคร่อมขั้นต่ำนี้จะแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและประเภทของซีล แต่โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 30 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) สวิตช์แรงดันใช้เพื่อตรวจสอบปัญหาใดๆ เกี่ยวกับแรงดันจ่ายของก๊าซกั้น และจะส่งเสียงเตือนหากแรงดันลดลงต่ำกว่าค่าต่ำสุด
การทำงานของซีลถูกควบคุมโดยอัตราการไหลของก๊าซกั้นโดยใช้เครื่องวัดอัตราการไหล การเบี่ยงเบนจากอัตราการไหลของก๊าซซีลที่รายงานโดยผู้ผลิตซีลเชิงกลบ่งชี้ว่าประสิทธิภาพการปิดผนึกลดลง การไหลของก๊าซกั้นที่ลดลงอาจเกิดจากการหมุนของปั๊มหรือการเคลื่อนที่ของของเหลวไปยังหน้าซีล (จากก๊าซกั้นที่ปนเปื้อนหรือของเหลวในกระบวนการ)
บ่อยครั้งหลังจากเหตุการณ์ดังกล่าว พื้นผิวซีลจะเสียหาย และอัตราการไหลของก๊าซกั้นจะเพิ่มขึ้น แรงดันที่เพิ่มขึ้นในปั๊มหรือการสูญเสียแรงดันก๊าซกั้นบางส่วนก็สามารถสร้างความเสียหายให้กับพื้นผิวซีลได้เช่นกัน สัญญาณเตือนการไหลสูงสามารถใช้เพื่อกำหนดว่าเมื่อใดจึงจำเป็นต้องแก้ไขอัตราการไหลของก๊าซสูง โดยทั่วไปค่าที่ตั้งไว้สำหรับสัญญาณเตือนการไหลสูงจะอยู่ในช่วง 10 ถึง 100 เท่าของอัตราการไหลของก๊าซกั้นปกติ ซึ่งโดยปกติแล้วผู้ผลิตซีลเชิงกลจะไม่เป็นผู้กำหนด แต่ขึ้นอยู่กับปริมาณการรั่วไหลของก๊าซที่ปั๊มสามารถทนได้
เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปรับค่าได้ถูกนำมาใช้กันโดยทั่วไป และไม่ใช่เรื่องแปลกที่เครื่องวัดอัตราการไหลแบบช่วงต่ำและช่วงสูงจะเชื่อมต่อแบบอนุกรม จากนั้นสามารถติดตั้งสวิตช์อัตราการไหลสูงบนเครื่องวัดอัตราการไหลช่วงสูงเพื่อแจ้งเตือนเมื่ออัตราการไหลสูง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปรับค่าพื้นที่สามารถปรับเทียบได้เฉพาะกับก๊าซบางชนิดที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนดเท่านั้น เมื่อทำงานในสภาวะอื่นๆ เช่น ความผันผวนของอุณหภูมิระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาว อัตราการไหลที่แสดงอาจไม่ถือเป็นค่าที่ถูกต้องแม่นยำ แต่จะใกล้เคียงกับค่าจริง
ด้วยการเปิดตัว API 682 ฉบับที่ 4 การวัดอัตราการไหลและความดันได้เปลี่ยนจากแบบอะนาล็อกเป็นดิจิทัลพร้อมค่าการอ่านเฉพาะที่ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบดิจิทัลสามารถใช้เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผัน ซึ่งแปลงตำแหน่งลูกลอยเป็นสัญญาณดิจิทัล หรือเครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวล ซึ่งแปลงอัตราการไหลแบบมวลเป็นอัตราการไหลแบบปริมาตรโดยอัตโนมัติ คุณสมบัติเด่นของเครื่องส่งสัญญาณอัตราการไหลแบบมวลคือมีเอาต์พุตที่ชดเชยความดันและอุณหภูมิเพื่อให้ได้อัตราการไหลที่แท้จริงภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐาน ข้อเสียคืออุปกรณ์เหล่านี้มีราคาแพงกว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผัน
ปัญหาในการใช้เครื่องส่งสัญญาณการไหลคือการหาเครื่องส่งสัญญาณที่สามารถวัดอัตราการไหลของก๊าซกั้นระหว่างการทำงานปกติและที่จุดแจ้งเตือนการไหลสูง เซ็นเซอร์การไหลมีค่าสูงสุดและต่ำสุดที่สามารถอ่านได้อย่างแม่นยำ ระหว่างค่าการไหลศูนย์และค่าต่ำสุด อัตราการไหลขาออกอาจไม่แม่นยำ ปัญหาคือเมื่ออัตราการไหลสูงสุดของตัวแปลงสัญญาณการไหลรุ่นหนึ่งเพิ่มขึ้น อัตราการไหลต่ำสุดก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
วิธีแก้ปัญหาหนึ่งคือการใช้เครื่องส่งสัญญาณสองเครื่อง (เครื่องหนึ่งความถี่ต่ำและอีกเครื่องหนึ่งความถี่สูง) แต่วิธีนี้มีราคาแพง วิธีที่สองคือการใช้เซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลสำหรับช่วงอัตราการไหลปกติ และใช้สวิตช์วัดอัตราการไหลสูงร่วมกับเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอนาล็อกช่วงอัตราการไหลสูง ส่วนประกอบสุดท้ายที่ก๊าซกั้นจะผ่านคือวาล์วตรวจสอบก่อนที่ก๊าซกั้นจะออกจากแผงและเชื่อมต่อกับซีลเชิงกล การดำเนินการนี้จำเป็นเพื่อป้องกันการไหลย้อนกลับของของเหลวที่สูบเข้าไปในแผงและความเสียหายต่อเครื่องมือในกรณีที่เกิดการรบกวนกระบวนการที่ผิดปกติ
เช็ควาล์วต้องมีแรงดันเปิดต่ำ หากเลือกไม่ถูกต้อง หรือซีลลมของปั๊มแรงดันคู่มีอัตราการไหลของก๊าซกั้นต่ำ จะเห็นได้ว่าการเต้นเป็นจังหวะของอัตราการไหลของก๊าซกั้นเกิดจากการเปิดและใส่กลับเข้าที่ของเช็ควาล์ว
โดยทั่วไป ไนโตรเจนจากพืชจะถูกใช้เป็นก๊าซกั้นเนื่องจากหาได้ง่าย เฉื่อย และไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่พึงประสงค์ในของเหลวที่สูบเข้าไป นอกจากนี้ยังสามารถใช้ก๊าซเฉื่อยที่ไม่มีอยู่จริง เช่น อาร์กอน ได้เช่นกัน ในกรณีที่ความดันก๊าซป้องกันที่ต้องการสูงกว่าความดันไนโตรเจนจากพืช เครื่องเพิ่มแรงดันสามารถเพิ่มความดันและกักเก็บก๊าซแรงดันสูงไว้ในตัวรับที่เชื่อมต่อกับทางเข้าแผง Plan 74 โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้ขวดไนโตรเจนแบบบรรจุขวด เนื่องจากต้องเปลี่ยนถังเปล่าด้วยถังที่เต็มอยู่เสมอ หากคุณภาพของซีลเสื่อมลง สามารถเทของเหลวออกจากขวดได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ปั๊มหยุดทำงานเพื่อป้องกันความเสียหายเพิ่มเติมและความเสียหายของซีลเชิงกล
ต่างจากระบบกั้นของเหลว ระบบรองรับ Plan 74 ไม่จำเป็นต้องติดตั้งซีลเชิงกลใกล้กับระบบ ข้อควรระวังเพียงอย่างเดียวคือส่วนที่ยาวของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก แรงดันตกคร่อมระหว่างแผง Plan 74 และซีลอาจเกิดขึ้นในท่อในช่วงที่มีการไหลสูง (ซีลเสื่อมสภาพ) ซึ่งจะลดแรงดันกั้นที่ซีลสามารถรับได้ การเพิ่มขนาดของท่อสามารถแก้ปัญหานี้ได้ โดยทั่วไป แผง Plan 74 จะติดตั้งบนขาตั้งในระดับความสูงที่สะดวกสำหรับการควบคุมวาล์วและการอ่านค่าจากเครื่องมือ ขายึดสามารถติดตั้งบนแผ่นฐานปั๊มหรือติดกับปั๊มโดยไม่รบกวนการตรวจสอบและบำรุงรักษาปั๊ม หลีกเลี่ยงอันตรายจากการสะดุดบนท่อ/ท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 กับซีลเชิงกล
สำหรับปั๊มแบบแบริ่งคู่ที่มีซีลเชิงกลสองตัว โดยแต่ละตัวอยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของปั๊ม ไม่แนะนำให้ใช้แผงเดียวและช่องระบายก๊าซแบบกั้นแยกต่างหากไปยังซีลเชิงกลแต่ละตัว วิธีแก้ปัญหาที่แนะนำคือการใช้แผง Plan 74 แยกต่างหากสำหรับแต่ละซีล หรือแผง Plan 74 ที่มีช่องจ่ายก๊าซสองช่อง โดยแต่ละช่องมีชุดมาตรวัดอัตราการไหลและสวิตช์อัตราการไหลของตัวเอง ในพื้นที่ที่มีฤดูหนาวที่หนาวเย็น อาจจำเป็นต้องนำแผง Plan 74 ไปใช้ในช่วงฤดูหนาว การทำเช่นนี้ส่วนใหญ่ทำเพื่อปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าของแผง โดยปกติแล้วจะทำโดยการหุ้มแผงไว้ในตู้และเพิ่มอุปกรณ์ทำความร้อน
ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือ อัตราการไหลของก๊าซกั้นจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของก๊าซกั้นลดลง ซึ่งโดยปกติแล้วมักไม่มีใครสังเกตเห็น แต่สามารถสังเกตเห็นได้ในพื้นที่ที่มีฤดูหนาวที่หนาวเย็นหรือมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาวอย่างมาก ในบางกรณี อาจจำเป็นต้องปรับค่าสัญญาณเตือนการไหลสูงเพื่อป้องกันสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด ต้องไล่อากาศออกจากท่อลมของแผงและท่อเชื่อมต่อก่อนนำแผง Plan 74 เข้าใช้งาน วิธีที่ง่ายที่สุดคือการติดวาล์วระบายอากาศที่หรือใกล้กับจุดต่อซีลเชิงกล หากไม่มีวาล์วไล่อากาศ สามารถไล่อากาศออกจากระบบได้โดยการถอดท่อออกจากซีลเชิงกล แล้วต่อกลับเข้าไปใหม่หลังจากไล่อากาศแล้ว
หลังจากเชื่อมต่อแผง Plan 74 เข้ากับซีลและตรวจสอบรอยรั่วในจุดเชื่อมต่อทั้งหมดแล้ว ตอนนี้สามารถปรับตัวควบคุมแรงดันให้อยู่ในระดับแรงดันที่ตั้งไว้ในการใช้งานได้ แผงจะต้องจ่ายก๊าซกั้นแรงดันไปยังซีลเชิงกลก่อนเติมของเหลวในกระบวนการลงในปั๊ม ซีลและแผง Plan 74 พร้อมเริ่มทำงานเมื่อขั้นตอนการทดสอบระบบและการระบายอากาศของปั๊มเสร็จสมบูรณ์
ต้องตรวจสอบไส้กรองหลังจากใช้งานครบหนึ่งเดือน หรือทุกหกเดือนหากไม่พบสิ่งปนเปื้อน ระยะเวลาเปลี่ยนไส้กรองจะขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของก๊าซที่จ่าย แต่ไม่ควรเกินสามปี
ควรตรวจสอบและบันทึกอัตราการไหลของก๊าซกั้นระหว่างการตรวจสอบตามปกติ หากอัตราการไหลของอากาศกั้นที่เกิดจากการเปิดและปิดวาล์วตรวจสอบมีมากพอที่จะทำให้เกิดสัญญาณเตือนการไหลสูง อาจจำเป็นต้องเพิ่มค่าสัญญาณเตือนเหล่านี้เพื่อป้องกันสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด
ขั้นตอนสำคัญในการปลดระวางคือการแยกและลดความดันของก๊าซป้องกัน (shielding gas) ให้เป็นขั้นตอนสุดท้าย ขั้นแรก ให้แยกและลดความดันของตัวเรือนปั๊ม เมื่อปั๊มอยู่ในสภาพที่ปลอดภัยแล้ว ก็สามารถปิดแรงดันก๊าซป้องกันและนำแรงดันก๊าซออกจากท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 กับซีลเชิงกลได้ ควรระบายของเหลวทั้งหมดออกจากระบบก่อนเริ่มงานบำรุงรักษาใดๆ
ซีลลมปั๊มแรงดันคู่ที่รวมเข้ากับระบบรองรับแผน 74 ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานมีโซลูชันซีลเพลาที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ การลงทุนด้านทุนที่ต่ำกว่า (เมื่อเปรียบเทียบกับซีลที่มีระบบกั้นของเหลว) ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ลดลง พื้นที่ระบบรองรับขนาดเล็ก และมีข้อกำหนดการบริการขั้นต่ำ
เมื่อติดตั้งและใช้งานตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด โซลูชันการกักเก็บนี้สามารถให้ความน่าเชื่อถือในระยะยาวและเพิ่มความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์หมุนเวียน
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.
มาร์ค ซาเวจ เป็นผู้จัดการกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่จอห์น เครน ซาเวจสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีวิทยาศาสตร์บัณฑิต สาขาวิศวกรรมศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ประเทศออสเตรเลีย สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดเยี่ยมชม johncrane.com