ระบบรองรับแบบกันก๊าซรั่วด้วยปั๊มแรงดันสองตัว

ซีลอากาศปั๊มบูสเตอร์คู่ซึ่งดัดแปลงมาจากเทคโนโลยีซีลอากาศของคอมเพรสเซอร์นั้นพบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมซีลเพลา ซีลเหล่านี้ทำให้ของเหลวที่สูบออกสู่ชั้นบรรยากาศเป็นศูนย์ ลดแรงเสียดทานบนเพลาปั๊ม และทำงานร่วมกับระบบรองรับที่เรียบง่ายกว่า ข้อดีเหล่านี้ทำให้ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของโซลูชันโดยรวมลดลง
ซีลเหล่านี้ทำงานโดยการนำแหล่งก๊าซที่มีแรงดันภายนอกเข้ามาระหว่างพื้นผิวซีลด้านในและด้านนอก ลักษณะเฉพาะของพื้นผิวซีลทำให้ก๊าซกั้นมีแรงดันเพิ่มขึ้น ทำให้พื้นผิวซีลแยกออกจากกัน ทำให้พื้นผิวซีลลอยอยู่ในฟิล์มก๊าซ การสูญเสียแรงเสียดทานต่ำเนื่องจากพื้นผิวซีลไม่สัมผัสกันอีกต่อไป ก๊าซกั้นจะไหลผ่านเมมเบรนด้วยอัตราการไหลต่ำ โดยกินก๊าซกั้นในรูปแบบของการรั่วไหล ซึ่งส่วนใหญ่รั่วไหลสู่ชั้นบรรยากาศผ่านพื้นผิวซีลด้านนอก สารตกค้างจะซึมเข้าไปในห้องซีลและถูกพัดพาไปในที่สุดโดยกระแสกระบวนการ
ซีลแบบปิดผนึกสองชั้นทั้งหมดต้องใช้ของเหลวที่มีแรงดัน (ของเหลวหรือก๊าซ) ระหว่างพื้นผิวด้านในและด้านนอกของชุดซีลเชิงกล จำเป็นต้องมีระบบรองรับเพื่อส่งของเหลวนี้ไปยังซีล ในทางตรงกันข้าม ในซีลสองชั้นที่มีแรงดันหล่อลื่นด้วยของเหลว ของเหลวกั้นจะหมุนเวียนจากอ่างเก็บน้ำผ่านซีลเชิงกล ซึ่งจะหล่อลื่นพื้นผิวซีล ดูดซับความร้อน และไหลกลับไปยังอ่างเก็บน้ำซึ่งจำเป็นต้องระบายความร้อนที่ดูดซับไป ระบบรองรับซีลสองชั้นที่มีแรงดันของเหลวเหล่านี้มีความซับซ้อน ภาระความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันและอุณหภูมิของกระบวนการ และอาจทำให้เกิดปัญหาด้านความน่าเชื่อถือได้หากไม่ได้คำนวณและตั้งค่าอย่างถูกต้อง
ระบบรองรับซีลคู่แบบอัดอากาศใช้พื้นที่น้อย ไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็น และต้องการการบำรุงรักษาน้อย นอกจากนี้ เมื่อมีแหล่งก๊าซป้องกันที่เชื่อถือได้ ความน่าเชื่อถือของระบบจะไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันและอุณหภูมิของกระบวนการ
เนื่องจากการนำซีลอากาศปั๊มแรงดันคู่มาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้นในตลาด สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา (API) จึงได้เพิ่มโปรแกรม 74 เป็นส่วนหนึ่งของการเผยแพร่ API 682 ฉบับที่ 2
ระบบสนับสนุนโปรแกรมโดยทั่วไปประกอบด้วยชุดมาตรวัดและวาล์วที่ติดตั้งบนแผงซึ่งทำหน้าที่ไล่ก๊าซกั้น ควบคุมความดันปลายน้ำ และวัดความดันและการไหลของก๊าซไปยังซีลเชิงกล ตามเส้นทางของก๊าซกั้นผ่านแผง Plan 74 องค์ประกอบแรกคือเช็ควาล์ว ซึ่งช่วยให้สามารถแยกแหล่งจ่ายก๊าซกั้นออกจากซีลได้เพื่อเปลี่ยนไส้กรองหรือบำรุงรักษาปั๊ม จากนั้นก๊าซกั้นจะผ่านตัวกรองรวมขนาด 2 ถึง 3 ไมโครเมตร (µm) ที่ดักจับของเหลวและอนุภาคที่อาจทำให้คุณลักษณะทางภูมิประเทศของพื้นผิวซีลเสียหาย ทำให้เกิดฟิล์มก๊าซบนพื้นผิวของพื้นผิวซีล ตามด้วยตัวควบคุมแรงดันและมาโนมิเตอร์สำหรับตั้งค่าความดันของแหล่งจ่ายก๊าซกั้นไปยังซีลเชิงกล
ซีลแก๊สปั๊มแรงดันคู่ต้องใช้แรงดันจ่ายแก๊สกั้นให้ตรงตามหรือเกินแรงดันต่างขั้นต่ำเหนือแรงดันสูงสุดในห้องซีล แรงดันตกต่ำสุดนี้จะแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตซีลและประเภท แต่โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 30 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) สวิตช์แรงดันใช้เพื่อตรวจจับปัญหาใดๆ กับแรงดันจ่ายแก๊สกั้นและส่งเสียงเตือนหากแรงดันตกต่ำกว่าค่าต่ำสุด
การทำงานของซีลได้รับการควบคุมด้วยอัตราการไหลของก๊าซกั้นโดยใช้มาตรวัดอัตราการไหล การเบี่ยงเบนจากอัตราการไหลของก๊าซซีลที่รายงานโดยผู้ผลิตซีลเชิงกลบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพการปิดผนึกที่ลดลง การไหลของก๊าซกั้นที่ลดลงอาจเกิดจากการหมุนของปั๊มหรือของเหลวที่ไหลไปที่หน้าซีล (จากก๊าซกั้นที่ปนเปื้อนหรือของเหลวในกระบวนการ)
บ่อยครั้ง หลังจากเหตุการณ์ดังกล่าว พื้นผิวซีลจะเสียหาย และการไหลของก๊าซกั้นจะเพิ่มขึ้น แรงดันที่เพิ่มขึ้นในปั๊มหรือการสูญเสียแรงดันก๊าซกั้นบางส่วนอาจทำให้พื้นผิวซีลเสียหายได้เช่นกัน สัญญาณเตือนการไหลสูงสามารถใช้เพื่อกำหนดว่าเมื่อใดจึงจำเป็นต้องมีการแทรกแซงเพื่อแก้ไขการไหลของก๊าซสูง จุดตั้งค่าสำหรับสัญญาณเตือนการไหลสูงโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 10 ถึง 100 เท่าของการไหลของก๊าซกั้นปกติ ซึ่งโดยปกติแล้วผู้ผลิตซีลเชิงกลจะไม่เป็นผู้กำหนด แต่ขึ้นอยู่กับปริมาณการรั่วไหลของก๊าซที่ปั๊มสามารถทนได้
โดยทั่วไปแล้วมาตรวัดอัตราการไหลแบบปรับค่าได้ถูกนำมาใช้ และไม่ใช่เรื่องแปลกที่มาตรวัดอัตราการไหลแบบช่วงต่ำและช่วงสูงจะเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม จากนั้นสามารถติดตั้งสวิตช์อัตราการไหลสูงบนมาตรวัดอัตราการไหลช่วงสูงเพื่อส่งสัญญาณเตือนอัตราการไหลสูง มาตรวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่ปรับค่าได้สำหรับก๊าซบางชนิดที่อุณหภูมิและความดันบางชนิดเท่านั้น เมื่อใช้งานภายใต้เงื่อนไขอื่นๆ เช่น ความผันผวนของอุณหภูมิระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาว อัตราการไหลที่แสดงนั้นไม่ถือเป็นค่าที่ถูกต้อง แต่จะใกล้เคียงกับค่าจริง
ด้วยการเปิดตัว API 682 ฉบับที่ 4 การวัดอัตราการไหลและความดันได้เปลี่ยนจากแบบอะนาล็อกเป็นดิจิทัลพร้อมการอ่านค่าในพื้นที่ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบดิจิทัลสามารถใช้เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผันซึ่งแปลงตำแหน่งลูกลอยเป็นสัญญาณดิจิทัล หรือเครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวลซึ่งแปลงอัตราการไหลของมวลเป็นอัตราการไหลของปริมาตรโดยอัตโนมัติ คุณลักษณะที่โดดเด่นของเครื่องส่งสัญญาณอัตราการไหลของมวลคือมีเอาต์พุตที่ชดเชยความดันและอุณหภูมิเพื่อให้เกิดอัตราการไหลที่แท้จริงภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐาน ข้อเสียคืออุปกรณ์เหล่านี้มีราคาแพงกว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผัน
ปัญหาในการใช้เครื่องส่งสัญญาณการไหลคือการค้นหาเครื่องส่งสัญญาณที่สามารถวัดการไหลของก๊าซกั้นระหว่างการทำงานปกติและที่จุดเตือนการไหลสูง เซ็นเซอร์การไหลมีค่าสูงสุดและต่ำสุดที่สามารถอ่านได้อย่างแม่นยำ ระหว่างการไหลเป็นศูนย์และค่าต่ำสุด อัตราการไหลขาออกอาจไม่แม่นยำ ปัญหาคือเมื่ออัตราการไหลสูงสุดสำหรับรุ่นตัวแปลงการไหลเฉพาะเพิ่มขึ้น อัตราการไหลต่ำสุดก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน
วิธีแก้ปัญหาอย่างหนึ่งคือการใช้เครื่องส่งสัญญาณสองเครื่อง (เครื่องหนึ่งมีความถี่ต่ำและอีกเครื่องหนึ่งมีความถี่สูง) แต่เป็นตัวเลือกที่มีราคาแพง วิธีที่สองคือการใช้เซ็นเซอร์การไหลสำหรับช่วงการไหลการทำงานปกติและใช้สวิตช์การไหลสูงพร้อมมาตรวัดการไหลแบบแอนะล็อกช่วงสูง ส่วนประกอบสุดท้ายที่ก๊าซกั้นจะผ่านคือวาล์วตรวจสอบก่อนที่ก๊าซกั้นจะออกจากแผงและเชื่อมต่อกับซีลเชิงกล ซึ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการไหลย้อนกลับของของเหลวที่สูบเข้าไปในแผงและความเสียหายต่อเครื่องมือในกรณีที่เกิดการรบกวนกระบวนการที่ผิดปกติ
เช็ควาล์วต้องมีแรงดันเปิดต่ำ หากเลือกไม่ถูกต้องหรือหากซีลอากาศของปั๊มแรงดันคู่มีอัตราการไหลของก๊าซกั้นต่ำ จะเห็นได้ว่าการเต้นเป็นจังหวะของอัตราการไหลของก๊าซกั้นเกิดจากการเปิดและใส่เช็ควาล์วใหม่
โดยทั่วไป ไนโตรเจนจากพืชใช้เป็นก๊าซกั้นเนื่องจากหาได้ง่าย เฉื่อย และไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่พึงประสงค์ในของเหลวที่สูบเข้าไป นอกจากนี้ยังสามารถใช้ก๊าซเฉื่อยที่ไม่มีอยู่ เช่น อาร์กอน ได้อีกด้วย ในกรณีที่แรงดันก๊าซป้องกันที่จำเป็นมากกว่าแรงดันไนโตรเจนจากพืช เครื่องเพิ่มแรงดันสามารถเพิ่มแรงดันและเก็บก๊าซแรงดันสูงไว้ในตัวรับที่เชื่อมต่อกับทางเข้าแผง Plan 74 โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้ขวดไนโตรเจนบรรจุขวด เนื่องจากต้องเปลี่ยนถังเปล่าด้วยถังที่เต็มอยู่เสมอ หากคุณภาพของซีลเสื่อมลง ขวดสามารถเทออกได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ปั๊มหยุดทำงานเพื่อป้องกันไม่ให้ซีลเชิงกลเสียหายและล้มเหลวเพิ่มเติม
ระบบรองรับ Plan 74 แตกต่างจากระบบกั้นของเหลว ไม่จำเป็นต้องติดตั้งซีลเชิงกลในระยะใกล้ ข้อแม้เพียงประการเดียวคือส่วนที่ยาวของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ความดันลดลงระหว่างแผง Plan 74 กับซีลอาจเกิดขึ้นในท่อในช่วงที่มีการไหลสูง (ซีลเสื่อมสภาพ) ซึ่งจะลดความดันกั้นที่ซีลสามารถใช้ได้ การเพิ่มขนาดของท่อสามารถแก้ปัญหานี้ได้ โดยทั่วไป แผง Plan 74 จะติดตั้งบนขาตั้งที่ความสูงที่สะดวกสำหรับการควบคุมวาล์วและการอ่านค่าเครื่องมือ สามารถติดตั้งวงเล็บบนแผ่นฐานปั๊มหรือติดกับปั๊มโดยไม่รบกวนการตรวจสอบและการบำรุงรักษาปั๊ม หลีกเลี่ยงอันตรายจากการสะดุดบนท่อ/ท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 กับซีลเชิงกล
สำหรับปั๊มที่มีแบริ่งระหว่างกันซึ่งมีซีลเชิงกลสองตัว โดยแต่ละตัวอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของปั๊ม ไม่แนะนำให้ใช้แผงเดียวและทางออกก๊าซกั้นแยกกันสำหรับซีลเชิงกลแต่ละตัว วิธีแก้ปัญหาที่แนะนำคือการใช้แผง Plan 74 แยกต่างหากสำหรับซีลแต่ละตัว หรือแผง Plan 74 ที่มีเอาต์พุตสองช่อง โดยแต่ละช่องมีชุดมาตรวัดอัตราการไหลและสวิตช์อัตราการไหลของตัวเอง ในพื้นที่ที่มีฤดูหนาวที่หนาวเย็น อาจจำเป็นต้องให้แผง Plan 74 อยู่ในช่วงฤดูหนาว โดยทำเพื่อปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าของแผงเป็นหลัก โดยปกติจะทำโดยการหุ้มแผงไว้ในตู้และเพิ่มองค์ประกอบความร้อน
ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจคืออัตราการไหลของก๊าซกั้นจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของก๊าซกั้นที่ลดลง ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่สังเกตเห็น แต่จะสังเกตเห็นได้ในสถานที่ที่มีฤดูหนาวที่หนาวเย็นหรืออุณหภูมิระหว่างฤดูร้อนและฤดูหนาวแตกต่างกันมาก ในบางกรณี อาจจำเป็นต้องปรับจุดตั้งค่าสัญญาณเตือนการไหลสูงเพื่อป้องกันสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด ต้องทำการไล่อากาศออกจากท่ออากาศแผงและท่อต่อ/ท่อต่างๆ ก่อนนำแผง Plan 74 ไปใช้งาน วิธีที่ง่ายที่สุดที่จะทำได้คือเพิ่มวาล์วระบายอากาศที่หรือใกล้กับจุดเชื่อมต่อซีลเชิงกล หากไม่มีวาล์วระบายลม ระบบสามารถไล่ลมออกได้โดยการถอดท่อออกจากซีลเชิงกลแล้วต่อกลับเข้าไปใหม่หลังจากไล่ลมออก
หลังจากเชื่อมต่อแผง Plan 74 เข้ากับซีลและตรวจสอบการเชื่อมต่อทั้งหมดเพื่อหาการรั่วไหลแล้ว ตอนนี้สามารถปรับตัวควบคุมแรงดันให้ได้ตามแรงดันที่ตั้งไว้ในการใช้งาน แผงจะต้องจ่ายก๊าซกั้นที่มีแรงดันให้กับซีลเชิงกลก่อนจะเติมของเหลวในกระบวนการลงในปั๊ม ซีลและแผง Plan 74 จะพร้อมเริ่มทำงานเมื่อขั้นตอนการทดสอบระบบและการระบายอากาศของปั๊มเสร็จสิ้น
ต้องตรวจสอบไส้กรองหลังจากใช้งานเป็นเวลา 1 เดือนหรือทุก ๆ 6 เดือนหากไม่พบสิ่งปนเปื้อน ระยะเวลาเปลี่ยนไส้กรองจะขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของก๊าซที่จ่าย แต่ไม่ควรเกิน 3 ปี
ควรตรวจสอบและบันทึกอัตราการไหลของก๊าซกั้นระหว่างการตรวจสอบตามปกติ หากการไหลของอากาศกั้นที่เกิดจากการเช็ควาล์วเปิดและปิดมีปริมาณมากพอที่จะทำให้เกิดสัญญาณเตือนการไหลสูง อาจต้องเพิ่มค่าสัญญาณเตือนเหล่านี้เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด
ขั้นตอนสำคัญในการปลดประจำการคือการแยกและลดความดันของก๊าซป้องกันควรเป็นขั้นตอนสุดท้าย ขั้นแรก ให้แยกและลดความดันของตัวเรือนปั๊ม เมื่อปั๊มอยู่ในสภาพที่ปลอดภัยแล้ว ก็สามารถปิดแรงดันของก๊าซป้องกันและถอดแรงดันก๊าซออกจากท่อที่เชื่อมต่อแผง Plan 74 กับซีลเชิงกลได้ ระบายของเหลวทั้งหมดออกจากระบบก่อนเริ่มงานบำรุงรักษาใดๆ
ซีลอากาศปั๊มแรงดันคู่ที่รวมเข้ากับระบบรองรับ Plan 74 มอบโซลูชันซีลเพลาปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ให้กับผู้ปฏิบัติงาน มีการลงทุนที่ต่ำกว่า (เมื่อเปรียบเทียบกับซีลที่มีระบบกั้นของเหลว) ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ลดลง ขนาดของระบบรองรับที่เล็ก และมีข้อกำหนดในการให้บริการขั้นต่ำ
เมื่อติดตั้งและใช้งานตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดแล้ว โซลูชันการกักเก็บนี้จะให้ความน่าเชื่อถือในระยะยาวและเพิ่มความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์หมุนเวียน
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 เป็นผู้จัดการกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ John Crane Savage สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาวิศวกรรมศาสตร์จากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ประเทศออสเตรเลีย สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดไปที่ johncrane.com