ระบบรองรับที่ปิดสนิทด้วยปั๊มแรงดันสองตัว

ซีลอากาศของปั๊มบูสเตอร์คู่ ซึ่งดัดแปลงมาจากเทคโนโลยีซีลอากาศของคอมเพรสเซอร์ เป็นที่นิยมใช้กันในอุตสาหกรรมซีลเพลา ซีลเหล่านี้ช่วยป้องกันการรั่วไหลของของเหลวที่สูบฉีดสู่บรรยากาศเป็นศูนย์ ลดแรงเสียดทานบนเพลาปั๊ม และทำงานร่วมกับระบบรองรับที่เรียบง่ายกว่า ประโยชน์เหล่านี้ส่งผลให้ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานโดยรวมของโซลูชันลดลง
ซีลเหล่านี้ทำงานโดยการนำก๊าซแรงดันสูงจากภายนอกเข้ามาอยู่ระหว่างพื้นผิวซีลด้านในและด้านนอก ลักษณะเฉพาะของพื้นผิวซีลจะสร้างแรงดันเพิ่มเติมให้กับก๊าซที่เป็นตัวกั้น ทำให้พื้นผิวซีลแยกออกจากกัน และลอยอยู่ในฟิล์มก๊าซ การสูญเสียจากแรงเสียดทานต่ำเนื่องจากพื้นผิวซีลไม่สัมผัสกันอีกต่อไป ก๊าซที่เป็นตัวกั้นจะไหลผ่านเมมเบรนด้วยอัตราการไหลต่ำ และใช้ก๊าซนั้นในรูปของรอยรั่ว ซึ่งส่วนใหญ่จะรั่วออกสู่บรรยากาศผ่านพื้นผิวซีลด้านนอก ส่วนที่เหลือจะซึมเข้าไปในห้องซีลและถูกพัดพาไปกับกระแสของกระบวนการในที่สุด
ซีลสุญญากาศสองชั้นทุกชนิดจำเป็นต้องใช้ของเหลวที่มีแรงดัน (ของเหลวหรือก๊าซ) ระหว่างพื้นผิวด้านในและด้านนอกของชุดซีลเชิงกล และจำเป็นต้องมีระบบรองรับเพื่อส่งของเหลวนี้ไปยังซีล ในทางตรงกันข้าม ในซีลสองชั้นแบบใช้ของเหลวหล่อลื่น ของเหลวที่เป็นเกราะป้องกันจะไหลเวียนจากอ่างเก็บผ่านซีลเชิงกล ซึ่งจะหล่อลื่นพื้นผิวซีล ดูดซับความร้อน และกลับไปยังอ่างเก็บเพื่อระบายความร้อนที่ดูดซับไว้ ระบบรองรับซีลสองชั้นแบบใช้ของเหลวหล่อลื่นเหล่านี้มีความซับซ้อน ภาระความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันและอุณหภูมิของกระบวนการ และอาจทำให้เกิดปัญหาด้านความน่าเชื่อถือหากไม่ได้คำนวณและตั้งค่าอย่างถูกต้อง
ระบบรองรับซีลคู่แบบใช้ลมอัดใช้พื้นที่น้อย ไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็น และต้องการการบำรุงรักษาน้อย นอกจากนี้ เมื่อมีแหล่งก๊าซป้องกันที่เชื่อถือได้ ความน่าเชื่อถือของระบบจะไม่ขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิของกระบวนการ
เนื่องจากการใช้งานซีลอากาศปั๊มแรงดันคู่ที่เพิ่มมากขึ้นในตลาด สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา (API) จึงได้เพิ่มโปรแกรม 74 เป็นส่วนหนึ่งของการจัดพิมพ์ API 682 ฉบับที่สอง
74 ระบบสนับสนุนโปรแกรมโดยทั่วไปคือชุดเกจและวาล์วที่ติดตั้งบนแผงควบคุม ซึ่งทำหน้าที่ไล่ก๊าซกั้น ควบคุมแรงดันปลายทาง และวัดแรงดันและการไหลของก๊าซไปยังซีลเชิงกล เมื่อพิจารณาเส้นทางของก๊าซกั้นผ่านแผงควบคุมตามแผน 74 องค์ประกอบแรกคือวาล์วกันกลับ ซึ่งช่วยให้สามารถแยกการจ่ายก๊าซกั้นออกจากซีลเพื่อเปลี่ยนไส้กรองหรือบำรุงรักษาปั๊ม จากนั้นก๊าซกั้นจะผ่านตัวกรองแบบรวมตัวขนาด 2 ถึง 3 ไมโครเมตร (µm) ซึ่งดักจับของเหลวและอนุภาคที่อาจทำลายลักษณะพื้นผิวของซีล ทำให้เกิดฟิล์มก๊าซบนพื้นผิวของซีล ถัดจากนั้นคือตัวควบคุมแรงดันและมาโนมิเตอร์สำหรับตั้งค่าแรงดันของการจ่ายก๊าซกั้นไปยังซีลเชิงกล
ซีลแก๊สปั๊มแรงดันคู่ต้องการแรงดันแก๊สที่จ่ายเข้ามาให้มีค่าเท่ากับหรือมากกว่าค่าแรงดันแตกต่างขั้นต่ำเหนือแรงดันสูงสุดในห้องซีล ค่าแรงดันแตกต่างขั้นต่ำนี้จะแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและประเภทของซีล แต่โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 30 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) สวิตช์แรงดันจะใช้ในการตรวจจับปัญหาใดๆ เกี่ยวกับแรงดันแก๊สที่จ่ายเข้ามา และจะส่งสัญญาณเตือนหากแรงดันลดลงต่ำกว่าค่าขั้นต่ำ
การทำงานของซีลถูกควบคุมโดยการไหลของก๊าซกั้นโดยใช้เครื่องวัดการไหล หากอัตราการไหลของก๊าซกั้นเบี่ยงเบนไปจากที่ผู้ผลิตซีลเชิงกลรายงาน แสดงว่าประสิทธิภาพการซีลลดลง การไหลของก๊าซกั้นที่ลดลงอาจเกิดจากการหมุนของปั๊มหรือการเคลื่อนตัวของของเหลวไปยังหน้าซีล (จากก๊าซกั้นหรือของเหลวในกระบวนการผลิตที่ปนเปื้อน)
บ่อยครั้งหลังจากเหตุการณ์ดังกล่าว พื้นผิวการซีลจะเกิดความเสียหาย และการไหลของก๊าซกั้นก็จะเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงความดันในปั๊มหรือการสูญเสียความดันก๊าซกั้นบางส่วนก็อาจทำให้พื้นผิวการซีลเสียหายได้เช่นกัน สัญญาณเตือนการไหลสูงสามารถใช้เพื่อตรวจสอบว่าจำเป็นต้องเข้าไปแก้ไขการไหลของก๊าซที่สูงหรือไม่ โดยทั่วไปแล้วค่าที่ตั้งไว้สำหรับสัญญาณเตือนการไหลสูงจะอยู่ในช่วง 10 ถึง 100 เท่าของการไหลของก๊าซกั้นปกติ ซึ่งโดยปกติแล้วผู้ผลิตซีลเชิงกลไม่ได้เป็นผู้กำหนด แต่ขึ้นอยู่กับว่าปั๊มสามารถทนต่อการรั่วไหลของก๊าซได้มากแค่ไหน
โดยทั่วไปแล้วจะใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปรับช่วงได้ และไม่ใช่เรื่องแปลกที่เครื่องวัดอัตราการไหลช่วงต่ำและช่วงสูงจะถูกต่ออนุกรมกัน จากนั้นสามารถติดตั้งสวิตช์อัตราการไหลสูงบนเครื่องวัดอัตราการไหลช่วงสูงเพื่อส่งสัญญาณเตือนอัตราการไหลสูง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปรับพื้นที่ได้นั้นสามารถปรับเทียบได้เฉพาะกับก๊าซบางชนิดที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนดเท่านั้น เมื่อใช้งานภายใต้สภาวะอื่น เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาว อัตราการไหลที่แสดงจึงไม่ถือว่าเป็นค่าที่แม่นยำ แต่ก็ใกล้เคียงกับค่าจริง
ด้วยการเปิดตัวมาตรฐาน API 682 ฉบับที่ 4 การวัดอัตราการไหลและความดันได้เปลี่ยนจากระบบอนาล็อกเป็นระบบดิจิทัลพร้อมการอ่านค่าในพื้นที่ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบดิจิทัลสามารถใช้เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผัน ซึ่งแปลงตำแหน่งของลูกลอยเป็นสัญญาณดิจิทัล หรือเครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวล ซึ่งแปลงอัตราการไหลแบบมวลเป็นอัตราการไหลแบบปริมาตรโดยอัตโนมัติ คุณลักษณะเด่นของเครื่องส่งสัญญาณอัตราการไหลแบบมวลคือให้เอาต์พุตที่ชดเชยความดันและอุณหภูมิเพื่อให้ได้อัตราการไหลที่แท้จริงภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐาน ข้อเสียคืออุปกรณ์เหล่านี้มีราคาแพงกว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผัน
ปัญหาของการใช้เครื่องส่งสัญญาณวัดอัตราการไหลคือการหาเครื่องส่งสัญญาณที่สามารถวัดอัตราการไหลของก๊าซกั้นได้ทั้งในระหว่างการทำงานปกติและที่จุดแจ้งเตือนอัตราการไหลสูง เซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลมีค่าสูงสุดและต่ำสุดที่สามารถอ่านได้อย่างแม่นยำ ระหว่างอัตราการไหลเป็นศูนย์และค่าต่ำสุด ค่าอัตราการไหลที่ได้อาจไม่แม่นยำ ปัญหาคือเมื่ออัตราการไหลสูงสุดสำหรับรุ่นของตัวแปลงสัญญาณวัดอัตราการไหลเพิ่มขึ้น อัตราการไหลต่ำสุดก็จะเพิ่มขึ้นด้วย
วิธีแก้ปัญหาวิธีหนึ่งคือการใช้ตัวส่งสัญญาณสองตัว (ตัวหนึ่งความถี่ต่ำและอีกตัวความถี่สูง) แต่วิธีนี้มีราคาแพง วิธีที่สองคือการใช้เซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลสำหรับช่วงการไหลปกติ และใช้สวิตช์อัตราการไหลสูงร่วมกับมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบอนาล็อกช่วงสูง ส่วนประกอบสุดท้ายที่ก๊าซกั้นผ่านคือวาล์วกันกลับก่อนที่ก๊าซกั้นจะออกจากแผงควบคุมและเชื่อมต่อกับซีลเชิงกล ซึ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการไหลย้อนกลับของของเหลวที่สูบเข้าไปในแผงควบคุมและป้องกันความเสียหายต่อเครื่องมือในกรณีที่เกิดความผิดปกติในกระบวนการ
วาล์วกันกลับต้องมีแรงดันเปิดต่ำ หากเลือกผิด หรือหากซีลอากาศของปั๊มแรงดันคู่มีอัตราการไหลของก๊าซกั้นต่ำ จะเห็นได้ว่าการเปิดและปิดของวาล์วกันกลับทำให้เกิดการกระเพื่อมของอัตราการไหลของก๊าซกั้น
โดยทั่วไปแล้ว ไนโตรเจนในโรงงานจะถูกใช้เป็นก๊าซกั้นเนื่องจากหาได้ง่าย เฉื่อย และไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่พึงประสงค์ในของเหลวที่สูบ ก๊าซเฉื่อยอื่นๆ ที่หาไม่ได้ เช่น อาร์กอน ก็สามารถใช้ได้เช่นกัน ในกรณีที่ความดันของก๊าซกั้นที่ต้องการสูงกว่าความดันของไนโตรเจนในโรงงาน สามารถใช้เครื่องเพิ่มความดันเพื่อเพิ่มความดันและเก็บก๊าซความดันสูงไว้ในถังรับที่เชื่อมต่อกับทางเข้าของแผงควบคุม Plan 74 ได้ โดยทั่วไปแล้วไม่แนะนำให้ใช้ถังไนโตรเจนบรรจุขวด เนื่องจากต้องเปลี่ยนถังเปล่าด้วยถังใหม่ตลอดเวลา หากคุณภาพของซีลเสื่อมลง ถังอาจว่างเปล่าอย่างรวดเร็ว ทำให้ปั๊มหยุดทำงานเพื่อป้องกันความเสียหายเพิ่มเติมและความล้มเหลวของซีลเชิงกล
แตกต่างจากระบบกั้นของเหลว ระบบรองรับ Plan 74 ไม่จำเป็นต้องอยู่ใกล้กับซีลเชิงกล ข้อควรระวังเพียงอย่างเดียวคือส่วนยาวของท่อขนาดเล็ก อาจเกิดการลดลงของความดันระหว่างแผง Plan 74 กับซีลในท่อระหว่างช่วงที่มีการไหลสูง (ซีลเสื่อมสภาพ) ซึ่งจะลดแรงดันกั้นที่มีอยู่สำหรับซีล การเพิ่มขนาดของท่อสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้ โดยทั่วไป แผง Plan 74 จะติดตั้งบนขาตั้งที่ความสูงที่สะดวกสำหรับการควบคุมวาล์วและการอ่านค่าเครื่องมือ ตัวยึดสามารถติดตั้งบนแผ่นฐานของปั๊มหรือข้างปั๊มได้โดยไม่รบกวนการตรวจสอบและบำรุงรักษาปั๊ม ควรหลีกเลี่ยงอันตรายจากการสะดุดบนท่อ/ท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 กับซีลเชิงกล
สำหรับปั๊มแบบมีแบริ่งคั่นกลางที่มีซีลเชิงกลสองตัว ตัวละหนึ่งตัวที่ปลายปั๊ม ไม่แนะนำให้ใช้แผงควบคุมเดียวและช่องระบายก๊าซกั้นแยกกันสำหรับซีลเชิงกลแต่ละตัว วิธีแก้ปัญหาที่แนะนำคือการใช้แผงควบคุม Plan 74 แยกกันสำหรับแต่ละซีล หรือแผงควบคุม Plan 74 ที่มีเอาต์พุตสองช่อง โดยแต่ละช่องมีชุดมิเตอร์วัดการไหลและสวิตช์การไหลของตัวเอง ในพื้นที่ที่มีฤดูหนาวที่หนาวจัด อาจจำเป็นต้องเก็บรักษาแผงควบคุม Plan 74 ไว้ในที่กันหนาว โดยส่วนใหญ่ทำเพื่อป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าของแผงควบคุม โดยปกติจะทำโดยการหุ้มแผงควบคุมไว้ในตู้และเพิ่มองค์ประกอบความร้อน
ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือ อัตราการไหลของก๊าซกั้นจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของก๊าซกั้นลดลง โดยปกติแล้วมักจะไม่มีใครสังเกตเห็น แต่จะสังเกตเห็นได้ในสถานที่ที่มีฤดูหนาวที่หนาวจัด หรือมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาวมาก ในบางกรณี อาจจำเป็นต้องปรับจุดตั้งค่าสัญญาณเตือนการไหลสูงเพื่อป้องกันสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด ท่ออากาศของแผงควบคุมและท่อเชื่อมต่อจะต้องทำการไล่ก๊าซออกก่อนที่จะนำแผงควบคุม Plan 74 ไปใช้งาน วิธีที่ง่ายที่สุดคือการติดตั้งวาล์วระบายอากาศที่หรือใกล้กับจุดเชื่อมต่อซีลเชิงกล หากไม่มีวาล์วระบายอากาศ ระบบสามารถไล่ก๊าซออกได้โดยการถอดท่อออกจากซีลเชิงกลแล้วเชื่อมต่อใหม่หลังจากไล่ก๊าซออกแล้ว
หลังจากเชื่อมต่อแผง Plan 74 เข้ากับซีลและตรวจสอบการเชื่อมต่อทั้งหมดเพื่อหาการรั่วซึมแล้ว สามารถปรับตัวควบคุมแรงดันให้ได้แรงดันตามที่ตั้งไว้ในงานได้ แผงจะต้องจ่ายก๊าซกั้นแรงดันไปยังซีลเชิงกลก่อนที่จะเติมของเหลวในกระบวนการเข้าไปในปั๊ม ซีลและแผง Plan 74 พร้อมใช้งานเมื่อขั้นตอนการทดสอบการทำงานและการระบายอากาศของปั๊มเสร็จสมบูรณ์แล้ว
ควรตรวจสอบไส้กรองหลังจากใช้งานไปแล้วหนึ่งเดือน หรือทุกหกเดือนหากไม่พบสิ่งปนเปื้อน ระยะเวลาในการเปลี่ยนไส้กรองจะขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของก๊าซที่จ่าย แต่ไม่ควรเกินสามปี
ควรตรวจสอบและบันทึกอัตราการไหลของก๊าซกั้นระหว่างการตรวจสอบตามปกติ หากการเปลี่ยนแปลงการไหลของอากาศกั้นที่เกิดจากการเปิดและปิดวาล์วตรวจสอบมีขนาดใหญ่พอที่จะทำให้สัญญาณเตือนการไหลสูงทำงาน อาจจำเป็นต้องเพิ่มค่าสัญญาณเตือนเหล่านี้เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด
ขั้นตอนสำคัญในการรื้อถอนคือ การแยกและลดแรงดันของก๊าซปกคลุม ซึ่งควรเป็นขั้นตอนสุดท้าย เริ่มจากการแยกและลดแรงดันในตัวเรือนปั๊มก่อน เมื่อปั๊มอยู่ในสภาพที่ปลอดภัยแล้ว จึงสามารถปิดแรงดันจ่ายก๊าซปกคลุมและลดแรงดันก๊าซออกจากท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 กับซีลเชิงกล ระบายของเหลวทั้งหมดออกจากระบบก่อนเริ่มงานบำรุงรักษาใดๆ
ซีลอากาศปั๊มแรงดันคู่ที่ผสานรวมกับระบบรองรับ Plan 74 ช่วยให้ผู้ใช้งานได้รับโซลูชันซีลเพลาแบบไร้การปล่อยมลพิษ การลงทุนเริ่มต้นที่ต่ำกว่า (เมื่อเทียบกับซีลที่มีระบบกั้นของเหลว) ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ลดลง ขนาดระบบรองรับที่กะทัดรัด และความต้องการการบำรุงรักษาขั้นต่ำ
เมื่อติดตั้งและใช้งานตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด ระบบกักเก็บนี้สามารถให้ความน่าเชื่อถือในระยะยาวและเพิ่มความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์หมุนได้
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 เป็นผู้จัดการกลุ่มผลิตภัณฑ์ของบริษัท จอห์น เครน ซาเวจสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีวิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาวิศวกรรมศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ประเทศออสเตรเลีย สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดเยี่ยมชม johncrane.com