ระบบรองรับแบบกันแก๊สพร้อมปั๊มแรงดันสองตัว

ซีลอากาศปั๊มแรงดันคู่ ดัดแปลงมาจากเทคโนโลยีซีลอากาศคอมเพรสเซอร์ เป็นเรื่องปกติในอุตสาหกรรมซีลเพลา ซีลเหล่านี้ช่วยให้ของเหลวที่ถูกสูบออกสู่ชั้นบรรยากาศเป็นศูนย์ ทำให้มีความต้านทานแรงเสียดทานบนเพลาปั๊มน้อยลง และทำงานร่วมกับระบบรองรับที่ง่ายกว่า สิทธิประโยชน์เหล่านี้ช่วยลดต้นทุนวงจรการใช้งานโซลูชันโดยรวมที่ลดลง
ซีลเหล่านี้ทำงานโดยการแนะนำแหล่งก๊าซแรงดันภายนอกระหว่างพื้นผิวซีลด้านในและด้านนอก ภูมิประเทศเฉพาะของพื้นผิวการซีลทำให้เกิดแรงกดดันเพิ่มเติมต่อแก๊สกั้น ส่งผลให้พื้นผิวการซีลแยกออกจากกัน ส่งผลให้พื้นผิวการซีลลอยอยู่ในฟิล์มแก๊ส การสูญเสียแรงเสียดทานต่ำเนื่องจากพื้นผิวซีลไม่สัมผัสกันอีกต่อไป ก๊าซกั้นผ่านเมมเบรนด้วยอัตราการไหลต่ำ โดยจะใช้ก๊าซกั้นในรูปแบบของการรั่วไหล ซึ่งส่วนใหญ่รั่วไหลออกสู่ชั้นบรรยากาศผ่านพื้นผิวซีลด้านนอก สารตกค้างจะซึมเข้าไปในห้องซีลและในที่สุดจะถูกพาออกไปตามกระแสกระบวนการ
ซีลสุญญากาศสองชั้นทั้งหมดต้องใช้ของเหลวที่มีแรงดัน (ของเหลวหรือก๊าซ) ระหว่างพื้นผิวด้านในและด้านนอกของชุดซีลเชิงกล จำเป็นต้องมีระบบรองรับเพื่อส่งของเหลวนี้ไปยังซีล ในทางตรงกันข้าม ในซีลสองชั้นที่ใช้การหล่อลื่นด้วยของเหลว ของเหลวกั้นจะไหลเวียนจากอ่างเก็บน้ำผ่านซีลเชิงกล ซึ่งมันจะหล่อลื่นพื้นผิวซีล ดูดซับความร้อน และกลับสู่อ่างเก็บน้ำซึ่งจำเป็นต้องกระจายความร้อนที่ถูกดูดซับ ระบบรองรับซีลคู่แรงดันของเหลวเหล่านี้มีความซับซ้อน โหลดความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามความดันและอุณหภูมิของกระบวนการ และอาจทำให้เกิดปัญหาด้านความน่าเชื่อถือได้หากไม่ได้คำนวณและตั้งค่าอย่างเหมาะสม
ระบบรองรับซีลสองชั้นแบบใช้ลมอัดใช้พื้นที่น้อย ไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็น และต้องการการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อย นอกจากนี้ เมื่อมีแหล่งก๊าซป้องกันที่เชื่อถือได้ ความน่าเชื่อถือจะไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันและอุณหภูมิของกระบวนการ
เนื่องจากมีการใช้ซีลอากาศของปั๊มแรงดันคู่เพิ่มมากขึ้นในตลาด American Petroleum Institute (API) จึงได้เพิ่ม Program 74 เป็นส่วนหนึ่งของการเผยแพร่ API 682 ฉบับที่สอง
74 โดยทั่วไประบบสนับสนุนโปรแกรมคือชุดเกจและวาล์วที่ติดตั้งบนแผงซึ่งจะไล่ก๊าซกั้น ควบคุมแรงดันปลายน้ำ และวัดความดันและการไหลของก๊าซไปยังซีลเชิงกล ตามเส้นทางของก๊าซกั้นผ่านแผงแผน 74 องค์ประกอบแรกคือเช็ควาล์ว ช่วยให้สามารถแยกก๊าซกั้นออกจากซีลเพื่อเปลี่ยนไส้กรองหรือบำรุงรักษาปั๊มได้ จากนั้นก๊าซกั้นจะผ่านตัวกรองที่รวมตัวกันขนาด 2 ถึง 3 ไมโครเมตร (µm) ซึ่งจะดักจับของเหลวและอนุภาคที่อาจทำลายลักษณะภูมิประเทศของพื้นผิวซีล ทำให้เกิดฟิล์มก๊าซบนพื้นผิวของพื้นผิวซีล ตามด้วยตัวควบคุมแรงดันและมาโนมิเตอร์สำหรับตั้งค่าแรงดันของการจ่ายก๊าซกั้นไปยังซีลเชิงกล
ซีลแก๊สของปั๊มแรงดันคู่ต้องใช้แรงดันจ่ายก๊าซของสิ่งกีดขวางเพื่อให้ตรงหรือเกินกว่าแรงดันต่างขั้นต่ำที่สูงกว่าแรงดันสูงสุดในห้องซีล แรงดันตกต่ำสุดนี้จะแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและประเภทของซีล แต่โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 30 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) สวิตช์ความดันใช้เพื่อตรวจจับปัญหาใดๆ เกี่ยวกับแรงดันการจ่ายก๊าซของแผงกั้น และส่งเสียงเตือนหากความดันลดลงต่ำกว่าค่าต่ำสุด
การทำงานของซีลจะถูกควบคุมโดยการไหลของก๊าซกั้นโดยใช้เครื่องวัดการไหล ความเบี่ยงเบนจากอัตราการไหลของก๊าซซีลที่รายงานโดยผู้ผลิตซีลเชิงกลบ่งชี้ว่าประสิทธิภาพการซีลลดลง การไหลของก๊าซกั้นที่ลดลงอาจเกิดจากการหมุนของปั๊มหรือการเคลื่อนตัวของของไหลไปยังหน้าซีล (จากก๊าซกั้นที่ปนเปื้อนหรือของไหลในกระบวนการ)
บ่อยครั้งหลังจากเหตุการณ์ดังกล่าว เกิดความเสียหายต่อพื้นผิวการซีล และจากนั้นก๊าซที่กั้นก็จะไหลเพิ่มขึ้น แรงดันที่เพิ่มขึ้นในปั๊มหรือการสูญเสียแรงดันแก๊สกั้นบางส่วนอาจทำให้พื้นผิวซีลเสียหายได้ สัญญาณเตือนการไหลสูงสามารถใช้เพื่อกำหนดว่าเมื่อใดจำเป็นต้องมีการแทรกแซงเพื่อแก้ไขการไหลของก๊าซที่สูง โดยทั่วไปค่าที่ตั้งไว้สำหรับสัญญาณเตือนการไหลสูงจะอยู่ในช่วง 10 ถึง 100 เท่าของการไหลของก๊าซกั้นปกติ ซึ่งโดยปกติไม่ได้กำหนดโดยผู้ผลิตซีลเชิงกล แต่ขึ้นอยู่กับปริมาณก๊าซรั่วที่ปั๊มสามารถทนได้
โดยทั่วไปแล้ว โฟลว์มิเตอร์แบบเกจแปรผันถูกนำมาใช้ และไม่ใช่เรื่องแปลกที่โฟลว์มิเตอร์ช่วงต่ำและสูงจะเชื่อมต่อแบบอนุกรม สามารถติดตั้งสวิตช์การไหลสูงบนมิเตอร์วัดอัตราการไหลช่วงสูงเพื่อส่งสัญญาณเตือนการไหลสูง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผันสามารถปรับเทียบได้กับก๊าซบางชนิดที่อุณหภูมิและความดันที่แน่นอนเท่านั้น เมื่อทำงานภายใต้สภาวะอื่นๆ เช่น ความผันผวนของอุณหภูมิระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาว อัตราการไหลที่แสดงไม่สามารถถือเป็นค่าที่ถูกต้องได้ แต่จะใกล้เคียงกับค่าจริง
ด้วยการเปิดตัว API 682 รุ่นที่ 4 การวัดการไหลและความดันได้เปลี่ยนจากแอนะล็อกไปเป็นดิจิทัลด้วยการอ่านในท้องถิ่น เครื่องวัดอัตราการไหลแบบดิจิตอลสามารถใช้เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผัน ซึ่งแปลงตำแหน่งลอยเป็นสัญญาณดิจิตอล หรือเครื่องวัดอัตราการไหลมวล ซึ่งจะแปลงการไหลของมวลเป็นการไหลของปริมาตรโดยอัตโนมัติ คุณลักษณะที่โดดเด่นของเครื่องส่งสัญญาณการไหลของมวลคือให้เอาต์พุตที่ชดเชยความดันและอุณหภูมิเพื่อให้การไหลที่แท้จริงภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐาน ข้อเสียคืออุปกรณ์เหล่านี้มีราคาแพงกว่าโฟลว์มิเตอร์แบบพื้นที่แปรผัน
ปัญหาในการใช้เครื่องส่งสัญญาณการไหลคือการหาเครื่องส่งสัญญาณที่สามารถวัดการไหลของก๊าซที่กั้นระหว่างการทำงานปกติและที่จุดแจ้งเตือนการไหลสูง เซ็นเซอร์วัดการไหลมีค่าสูงสุดและต่ำสุดที่สามารถอ่านได้อย่างแม่นยำ ระหว่างการไหลเป็นศูนย์และค่าต่ำสุด การไหลเอาท์พุตอาจไม่ถูกต้อง ปัญหาคือว่าเมื่ออัตราการไหลสูงสุดสำหรับโมเดลทรานสดิวเซอร์การไหลเฉพาะเพิ่มขึ้น อัตราการไหลขั้นต่ำก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน
วิธีแก้ปัญหาหนึ่งคือใช้เครื่องส่งสัญญาณสองตัว (ความถี่ต่ำหนึ่งตัวและความถี่สูงหนึ่งตัว) แต่นี่เป็นตัวเลือกที่มีราคาแพง วิธีที่สองคือการใช้เซนเซอร์วัดการไหลสำหรับช่วงการไหลการทำงานปกติ และใช้สวิตช์การไหลสูงพร้อมกับมิเตอร์วัดการไหลแบบอะนาล็อกช่วงสูง ส่วนประกอบสุดท้ายที่ก๊าซกั้นผ่านคือเช็ควาล์วก่อนที่ก๊าซกั้นจะออกจากแผงและเชื่อมต่อกับซีลเชิงกล นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการไหลย้อนกลับของของเหลวที่ถูกสูบเข้าไปในแผง และสร้างความเสียหายให้กับเครื่องมือในกรณีที่เกิดการรบกวนกระบวนการที่ผิดปกติ
เช็ควาล์วต้องมีแรงดันเปิดต่ำ หากการเลือกไม่ถูกต้อง หรือหากซีลอากาศของปั๊มแรงดันคู่มีการไหลของก๊าซที่กั้นต่ำ จะเห็นได้ว่าการกระเพื่อมของการไหลของก๊าซที่กั้นนั้นเกิดจากการเปิดและการกลับเข้าที่ของเช็ควาล์ว
โดยทั่วไป ไนโตรเจนจากพืชจะถูกใช้เป็นก๊าซกั้นเนื่องจากมีหาได้ง่าย เฉื่อย และไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่พึงประสงค์ใดๆ ในของเหลวที่ถูกสูบ ก๊าซเฉื่อยที่ไม่มีอยู่ เช่น อาร์กอน ก็สามารถนำมาใช้ได้เช่นกัน ในกรณีที่แรงดันก๊าซป้องกันที่ต้องการมากกว่าแรงดันไนโตรเจนของพืช ตัวเพิ่มแรงดันสามารถเพิ่มแรงดันและจัดเก็บก๊าซแรงดันสูงไว้ในเครื่องรับที่เชื่อมต่อกับทางเข้าแผง Plan 74 โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้ขวดไนโตรเจนแบบบรรจุขวดเนื่องจากต้องเปลี่ยนถังเปล่าเป็นขวดเต็มอย่างต่อเนื่อง หากคุณภาพของซีลลดลง สามารถเทขวดออกได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ปั๊มหยุดทำงานเพื่อป้องกันความเสียหายและความล้มเหลวของซีลเชิงกลเพิ่มเติม
ต่างจากระบบกั้นของเหลว ระบบสนับสนุน Plan 74 ไม่จำเป็นต้องอยู่ใกล้กับซีลเชิงกล ข้อแม้เดียวที่นี่คือส่วนที่ยาวของท่อเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก แรงดันตกระหว่างแผง Plan 74 และซีลอาจเกิดขึ้นได้ในท่อในช่วงที่มีการไหลสูง (การเสื่อมสภาพของซีล) ซึ่งจะช่วยลดแรงดันของสิ่งกีดขวางที่มีให้กับซีล การเพิ่มขนาดของท่อสามารถแก้ปัญหานี้ได้ ตามกฎแล้ว แผง Plan 74 จะติดตั้งอยู่บนขาตั้งที่มีความสูงที่สะดวกสำหรับควบคุมวาล์วและการอ่านค่าเครื่องมืออ่าน สามารถติดตั้งฉากยึดบนแผ่นฐานปั๊มหรือติดกับปั๊มได้ โดยไม่รบกวนการตรวจสอบและบำรุงรักษาปั๊ม หลีกเลี่ยงอันตรายจากการสะดุดล้มบนท่อ/ท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 พร้อมซีลเชิงกล
สำหรับปั๊มแบบอินเตอร์แบริ่งที่มีแมคคานิคอลซีลสองตัว โดยอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของปั๊ม ไม่แนะนำให้ใช้แผงเดียวและแยกก๊าซกั้นออกจากซีลเชิงกลแต่ละตัว วิธีแก้ปัญหาที่แนะนำคือการใช้แผง Plan 74 แยกต่างหากสำหรับแต่ละซีล หรือแผง Plan 74 ที่มีเอาต์พุต 2 ช่อง โดยแต่ละแผงมีชุดมิเตอร์วัดการไหลและสวิตช์การไหลของตัวเอง ในพื้นที่ที่มีอากาศหนาวเย็น อาจจำเป็นต้องวางแผงแผน 74 ไว้เหนือฤดูหนาว ซึ่งทำเพื่อปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าของแผงควบคุมเป็นหลัก โดยปกติโดยการห่อหุ้มแผงไว้ในตู้และเพิ่มองค์ประกอบความร้อน
ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจคืออัตราการไหลของก๊าซกั้นเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิการจ่ายก๊าซกั้นลดลง สิ่งนี้มักจะไม่มีใครสังเกตเห็น แต่สามารถสังเกตเห็นได้ชัดเจนในสถานที่ที่มีฤดูหนาวที่หนาวเย็นหรือมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันมากระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาว ในบางกรณี อาจจำเป็นต้องปรับค่าที่ตั้งไว้ของสัญญาณเตือนการไหลสูงเพื่อป้องกันสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด ต้องกำจัดท่ออากาศที่แผงและท่อ/ท่อเชื่อมต่อก่อนที่จะนำแผง Plan 74 ไปใช้งาน ทำได้ง่ายที่สุดโดยการเพิ่มวาล์วระบายอากาศที่หรือใกล้กับจุดเชื่อมต่อซีลเชิงกล หากไม่มีวาล์วไล่ลม ระบบสามารถไล่อากาศออกได้โดยการถอดท่อ/ท่อออกจากซีลเชิงกล แล้วเชื่อมต่อใหม่หลังจากการไล่อากาศ
หลังจากเชื่อมต่อแผง Plan 74 เข้ากับซีลและตรวจสอบการเชื่อมต่อทั้งหมดเพื่อหารอยรั่วแล้ว ขณะนี้เครื่องปรับแรงดันสามารถปรับให้เข้ากับแรงดันที่ตั้งไว้ในการใช้งานได้ แผงจะต้องจ่ายก๊าซกั้นแรงดันให้กับซีลเชิงกลก่อนที่จะเติมของเหลวในกระบวนการลงในปั๊ม ซีลและแผง Plan 74 พร้อมเริ่มทำงานเมื่อขั้นตอนการทดสอบการใช้งานปั๊มและการระบายอากาศเสร็จสมบูรณ์
จะต้องตรวจสอบองค์ประกอบตัวกรองหลังจากใช้งานไปหนึ่งเดือนหรือทุก ๆ หกเดือน หากไม่พบการปนเปื้อน ระยะเวลาการเปลี่ยนไส้กรองจะขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของก๊าซที่จ่ายให้ แต่ไม่ควรเกินสามปี
ควรตรวจสอบและบันทึกอัตราก๊าซกั้นระหว่างการตรวจสอบตามปกติ หากการเต้นเป็นจังหวะของการไหลของอากาศที่กั้นซึ่งเกิดจากการเปิดและปิดเช็ควาล์วมีขนาดใหญ่พอที่จะกระตุ้นให้เกิดสัญญาณเตือนการไหลสูง อาจจำเป็นต้องเพิ่มค่าสัญญาณเตือนเหล่านี้เพื่อหลีกเลี่ยงการแจ้งเตือนที่ผิดพลาด
ขั้นตอนสำคัญในการรื้อถอนคือการแยกและการลดแรงดันของก๊าซป้องกันควรเป็นขั้นตอนสุดท้าย ขั้นแรก ให้แยกและลดแรงดันปลอกปั๊ม เมื่อปั๊มอยู่ในสภาพที่ปลอดภัย ความดันการจ่ายก๊าซป้องกันสามารถปิดได้ และแรงดันก๊าซจะถูกลบออกจากท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 กับซีลเชิงกล ถ่ายของเหลวทั้งหมดออกจากระบบก่อนเริ่มงานบำรุงรักษา
ซีลอากาศของปั๊มแรงดันคู่ที่รวมกับระบบรองรับ Plan 74 ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานได้รับโซลูชันซีลเพลาที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ ลงทุนน้อยกว่า (เมื่อเทียบกับซีลที่มีระบบกั้นของเหลว) ลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน ใช้พื้นที่ของระบบสนับสนุนน้อย และข้อกำหนดการบริการขั้นต่ำ
เมื่อติดตั้งและใช้งานตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด โซลูชันการบรรจุนี้สามารถให้ความน่าเชื่อถือในระยะยาว และเพิ่มความพร้อมของอุปกรณ์ที่หมุนได้
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 เป็นผู้จัดการกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ John Crane Savage สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาวิศวกรรมศาสตร์จากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ประเทศออสเตรเลีย สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดเยี่ยมชม johncrane.com