Els segells d'aire de doble bomba de reforç, adaptats de la tecnologia de segells d'aire del compressor, són més comuns en la indústria dels segells d'eix. Aquests segells proporcionen una descàrrega zero del líquid bombat a l'atmosfera, proporcionen menys resistència a la fricció a l'eix de la bomba i funcionen amb un sistema de suport més senzill. Aquests avantatges proporcionen un cost global del cicle de vida de la solució més baix.
Aquests segells funcionen introduint una font externa de gas pressuritzat entre les superfícies de segellat interior i exterior. La topografia particular de la superfície de segellat exerceix una pressió addicional sobre el gas de barrera, fent que la superfície de segellat se separi i, per tant, que suri a la pel·lícula de gas. Les pèrdues per fricció són baixes, ja que les superfícies de segellat ja no es toquen. El gas de barrera passa a través de la membrana a un cabal baix, consumint el gas de barrera en forma de fuites, la majoria de les quals es filtren a l'atmosfera a través de les superfícies de segellat exteriors. El residu s'infiltra a la cambra de segellat i finalment és arrossegat pel corrent del procés.
Tots els segells hermètics dobles requereixen un fluid pressuritzat (líquid o gas) entre les superfícies interior i exterior del conjunt del segell mecànic. Es requereix un sistema de suport per subministrar aquest fluid al segell. En canvi, en un segell doble a pressió lubricat amb líquid, el fluid de barrera circula des del dipòsit a través del segell mecànic, on lubrica les superfícies del segell, absorbeix la calor i torna al dipòsit on necessita dissipar la calor absorbida. Aquests sistemes de suport de segell doble a pressió de fluid són complexos. Les càrregues tèrmiques augmenten amb la pressió i la temperatura del procés i poden causar problemes de fiabilitat si no es calculen i configuren correctament.
El sistema de suport de doble segellat d'aire comprimit ocupa poc espai, no requereix aigua de refrigeració i requereix poc manteniment. A més, quan es disposa d'una font fiable de gas protector, la seva fiabilitat és independent de la pressió i la temperatura del procés.
A causa de la creixent adopció de segells d'aire per a bombes de doble pressió al mercat, l'American Petroleum Institute (API) va afegir el Programa 74 com a part de la publicació de la segona edició de l'API 682.
74 Un sistema de suport de programes sol ser un conjunt de manòmetres i vàlvules muntats en un panell que purguen el gas de barrera, regulen la pressió aigües avall i mesuren la pressió i el flux de gas als segells mecànics. Seguint el camí del gas de barrera a través del panell del Pla 74, el primer element és la vàlvula antiretorn. Això permet aïllar el subministrament de gas de barrera del segell per a la substitució de l'element filtrant o el manteniment de la bomba. El gas de barrera passa a través d'un filtre coalescent de 2 a 3 micròmetres (µm) que atrapa líquids i partícules que poden danyar les característiques topogràfiques de la superfície del segell, creant una pel·lícula de gas a la superfície d'aquesta. A continuació, hi ha un regulador de pressió i un manòmetre per establir la pressió del subministrament de gas de barrera al segell mecànic.
Els segells de gas de bomba de doble pressió requereixen que la pressió de subministrament de gas de barrera coincideixi o superi una pressió diferencial mínima per sobre de la pressió màxima a la cambra de segellat. Aquesta caiguda de pressió mínima varia segons el fabricant i el tipus de segell, però normalment és d'uns 30 lliures per polzada quadrada (psi). El pressostat s'utilitza per detectar qualsevol problema amb la pressió de subministrament de gas de barrera i fer sonar una alarma si la pressió cau per sota del valor mínim.
El funcionament del segell es controla mitjançant el flux de gas de barrera mitjançant un cabalímetre. Les desviacions dels cabals de gas de segell notificades pels fabricants de segells mecànics indiquen un rendiment de segellat reduït. La reducció del flux de gas de barrera pot ser deguda a la rotació de la bomba o a la migració del fluid a la cara del segell (a partir de gas de barrera contaminat o fluid de procés).
Sovint, després d'aquests esdeveniments, es produeixen danys a les superfícies de segellat i, aleshores, el flux de gas de barrera augmenta. Les pujades de pressió a la bomba o la pèrdua parcial de la pressió del gas de barrera també poden danyar la superfície de segellat. Les alarmes de cabal alt es poden utilitzar per determinar quan cal intervenir per corregir el flux de gas alt. El punt de consigna per a una alarma de cabal alt sol estar en el rang de 10 a 100 vegades el flux normal de gas de barrera, normalment no determinat pel fabricant del segell mecànic, sinó que depèn de quanta fuita de gas pot tolerar la bomba.
Tradicionalment s'han utilitzat cabalímetres de calibre variable i no és estrany que els cabalímetres de rang baix i alt es connectin en sèrie. Aleshores, es pot instal·lar un interruptor de cabal alt al cabalímetre de rang alt per donar una alarma de cabal alt. Els cabalímetres d'àrea variable només es poden calibrar per a certs gasos a certes temperatures i pressions. Quan funcionen en altres condicions, com ara fluctuacions de temperatura entre l'estiu i l'hivern, el cabal mostrat no es pot considerar un valor precís, però és proper al valor real.
Amb el llançament de la 4a edició de l'API 682, els mesuraments de cabal i pressió han passat d'analògics a digitals amb lectures locals. Els cabalímetres digitals es poden utilitzar com a cabalímetres d'àrea variable, que converteixen la posició del flotador en senyals digitals, o cabalímetres de massa, que converteixen automàticament el cabal de massa en cabal volumètric. La característica distintiva dels transmissors de cabal de massa és que proporcionen sortides que compensen la pressió i la temperatura per proporcionar un cabal real en condicions atmosfèriques estàndard. El desavantatge és que aquests dispositius són més cars que els cabalímetres d'àrea variable.
El problema d'utilitzar un transmissor de flux és trobar un transmissor capaç de mesurar el flux de gas de barrera durant el funcionament normal i en punts d'alarma de flux alt. Els sensors de flux tenen valors màxims i mínims que es puguin llegir amb precisió. Entre el flux zero i el valor mínim, el flux de sortida pot no ser precís. El problema és que a mesura que augmenta el cabal màxim per a un model de transductor de flux concret, també augmenta el cabal mínim.
Una solució és utilitzar dos transmissors (un de baixa freqüència i un d'alta freqüència), però aquesta és una opció cara. El segon mètode és utilitzar un sensor de flux per al rang de flux de funcionament normal i utilitzar un interruptor de flux alt amb un mesurador de flux analògic d'alt rang. L'últim component pel qual passa el gas de barrera és la vàlvula antiretorn abans que el gas de barrera surti del panell i es connecti al segell mecànic. Això és necessari per evitar el reflux del líquid bombat al panell i danys a l'instrument en cas de pertorbacions anormals del procés.
La vàlvula antiretorn ha de tenir una pressió d'obertura baixa. Si la selecció és incorrecta, o si el segell d'aire de la bomba de doble pressió té un flux de gas de barrera baix, es pot veure que la pulsació del flux de gas de barrera és causada per l'obertura i el reajustament de la vàlvula antiretorn.
Generalment, el nitrogen vegetal s'utilitza com a gas de barrera perquè és fàcilment disponible, inert i no causa cap reacció química adversa en el líquid bombat. També es poden utilitzar gasos inerts que no estan disponibles, com l'argó. En els casos en què la pressió del gas de protecció requerida és superior a la pressió del nitrogen vegetal de la planta, un amplificador de pressió pot augmentar la pressió i emmagatzemar el gas d'alta pressió en un receptor connectat a l'entrada del panell del Plan 74. Generalment no es recomanen les ampolles de nitrogen embotellades, ja que requereixen la substitució constant dels cilindres buits per cilindres plens. Si la qualitat del segellat es deteriora, l'ampolla es pot buidar ràpidament, cosa que fa que la bomba s'aturi per evitar més danys i fallades del segellat mecànic.
A diferència dels sistemes de barrera líquida, els sistemes de suport del Plan 74 no requereixen la proximitat als segells mecànics. L'únic inconvenient aquí és la secció allargada del tub de petit diàmetre. Durant els períodes de cabal elevat (degradació del segell) es pot produir una caiguda de pressió entre el panell del Plan 74 i el segell a la canonada, cosa que redueix la pressió de barrera disponible per al segell. Augmentar la mida de la canonada pot solucionar aquest problema. Per regla general, els panells del Plan 74 es munten sobre un suport a una alçada convenient per controlar les vàlvules i llegir les lectures dels instruments. El suport es pot muntar a la placa base de la bomba o al costat de la bomba sense interferir amb la inspecció i el manteniment de la bomba. Eviteu els riscos d'ensopegada a les canonades/canonades que connecten els panells del Plan 74 amb segells mecànics.
Per a bombes entre coixinets amb dos segells mecànics, un a cada extrem de la bomba, no es recomana utilitzar un panell i una sortida de gas de barrera separada per a cada segell mecànic. La solució recomanada és utilitzar un panell Plan 74 separat per a cada segell, o un panell Plan 74 amb dues sortides, cadascuna amb el seu propi conjunt de cabalímetres i interruptors de flux. En zones amb hiverns freds, pot ser necessari hivernar els panells Plan 74. Això es fa principalment per protegir l'equip elèctric del panell, generalment tancant el panell a l'armari i afegint elements calefactors.
Un fenomen interessant és que el cabal de gas de barrera augmenta a mesura que disminueix la temperatura de subministrament del gas de barrera. Això normalment passa desapercebut, però es pot fer notable en llocs amb hiverns freds o grans diferències de temperatura entre l'estiu i l'hivern. En alguns casos, pot ser necessari ajustar el punt de consigna de l'alarma de cabal alt per evitar falses alarmes. Els conductes d'aire del panell i les canonades/canonades de connexió s'han de purgar abans de posar en servei els panells del Plan 74. Això s'aconsegueix més fàcilment afegint una vàlvula de ventilació a la connexió del segell mecànic o a prop. Si no hi ha una vàlvula de purga disponible, el sistema es pot purgar desconnectant el tub/tub del segell mecànic i tornant-lo a connectar després de la purga.
Després de connectar els panells del Plan 74 als segells i comprovar si hi ha fuites a totes les connexions, ara es pot ajustar el regulador de pressió a la pressió establerta a l'aplicació. El panell ha de subministrar gas de barrera pressuritzat al segell mecànic abans d'omplir la bomba amb fluid de procés. Els segells i panells del Plan 74 estan llestos per començar quan s'hagin completat els procediments de posada en marxa i ventilació de la bomba.
L'element filtrant s'ha d'inspeccionar després d'un mes de funcionament o cada sis mesos si no es troba contaminació. L'interval de substitució del filtre dependrà de la puresa del gas subministrat, però no ha de superar els tres anys.
Els cabals de gas de barrera s'han de comprovar i registrar durant les inspeccions rutinàries. Si la pulsació del flux d'aire de barrera causada per l'obertura i el tancament de la vàlvula antiretorn és prou gran per activar una alarma de flux alt, pot ser necessari augmentar aquests valors d'alarma per evitar falses alarmes.
Un pas important en el desmantellament és que l'aïllament i la despressurització del gas de protecció hauria de ser l'últim pas. Primer, aïlleu i despressuritzeu la carcassa de la bomba. Un cop la bomba estigui en condicions segures, es pot apagar la pressió de subministrament del gas de protecció i retirar la pressió del gas de les canonades que connecten el panell del Pla 74 al segell mecànic. Buideu tot el fluid del sistema abans de començar qualsevol treball de manteniment.
Els segells d'aire de la bomba de doble pressió combinats amb els sistemes de suport Plan 74 proporcionen als operadors una solució de segellat d'eix de zero emissions, una menor inversió de capital (en comparació amb els segells amb sistemes de barrera líquida), un cost del cicle de vida reduït, una petita petjada del sistema de suport i requisits mínims de servei.
Quan s'instal·la i s'opera d'acord amb les millors pràctiques, aquesta solució de contenció pot proporcionar fiabilitat a llarg termini i augmentar la disponibilitat dels equips rotatius.
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 és gerent de grup de productes a John Crane. Savage té una llicenciatura en Enginyeria per la Universitat de Sydney, Austràlia. Per a més informació, visiteu johncrane.com.
Data de publicació: 08 de setembre de 2022