מערכת תמיכה אטומה לגז עם שתי משאבות בלחץ

אטמי אוויר משאבת בוסטר כפולה, המותאמים מטכנולוגיית איטום אוויר מדחס, נפוצים יותר בתעשיית אטמי פיר. אטמים אלו מספקים אפס פריקה של הנוזל הנשאב לאטמוספירה, מספקים פחות התנגדות חיכוך על פיר המשאבה ועובדים עם מערכת תמיכה פשוטה יותר. יתרונות אלו מספקים עלות מחזור חיים כוללת נמוכה יותר של הפתרון.
אטמים אלה פועלים על ידי החדרת מקור חיצוני של גז בלחץ בין משטחי האיטום הפנימיים והחיצוניים. הטופוגרפיה המסוימת של משטח האיטום מפעילה לחץ נוסף על גז המחסום, גורמת למשטח האיטום להיפרד, מה שגורם למשטח האיטום לצוף בסרט הגז. הפסדי החיכוך נמוכים מכיוון שמשטחי האיטום אינם נוגעים עוד. גז המחסום עובר דרך הממברנה בקצב זרימה נמוך, וצורך את גז המחסום בצורה של דליפות, שרובן דולפות לאטמוספירה דרך משטחי האיטום החיצוניים. השאריות מחלחלות לתוך תא האיטום ובסופו של דבר נסחפות על ידי זרם התהליך.
כל האטמים ההרמטיים הכפולים דורשים נוזל בלחץ (נוזל או גז) בין המשטח הפנימי והחיצוני של מכלול האטם המכני. נדרשת מערכת תמיכה כדי להעביר את הנוזל הזה לאטם. לעומת זאת, באיטום לחץ כפול משומן נוזל, נוזל מחסום מסתובב מהמאגר דרך האיטום המכני, שם הוא משמן את משטחי האיטום, סופג חום וחוזר למאגר בו הוא צריך לפזר את החום שנספג. מערכות התמיכה בלחץ הנוזל הכפול הן מורכבות. עומסים תרמיים גדלים עם לחץ וטמפרטורה בתהליך ועלולים לגרום לבעיות אמינות אם לא מחושבים ומוגדרים כראוי.
מערכת התמיכה באטימה כפולה באוויר דחוס תופסת מעט מקום, אינה דורשת מי קירור ודורשת תחזוקה מועטה. בנוסף, כאשר מקור אמין של גז מגן זמין, האמינות שלו אינה תלויה בלחץ התהליך ובטמפרטורה.
עקב האימוץ ההולך וגובר של אטמי אוויר למשאבות לחץ כפולות בשוק, מכון הנפט האמריקאי (API) הוסיף את תוכנית 74 כחלק מהפרסום של המהדורה השנייה של API 682.
74 מערכת תומכת תוכנית היא בדרך כלל קבוצה של מדדים ושסתומים המורכבים על לוח המנקים את גז המחסום, מווסתים את הלחץ במורד הזרם ומודד לחץ וזרימת גז לאטמים מכניים. בעקבות הנתיב של גז המחסום דרך הפאנל של Plan 74, האלמנט הראשון הוא שסתום הסימון. זה מאפשר לבודד את אספקת גז המחסום מהאטם לצורך החלפת אלמנט מסנן או תחזוקת משאבה. לאחר מכן, גז המחסום עובר דרך מסנן מתלכד בגודל 2 עד 3 מיקרומטר (מיקרומטר) הלוכד נוזלים וחלקיקים שעלולים לפגוע בתכונות הטופוגרפיות של משטח האיטום, וליצור סרט גז על פני משטח האיטום. לאחר מכן מווסת לחץ ומנומטר להגדרת הלחץ של אספקת גז המחסום לאטם המכני.
אטמי גז משאבת לחץ כפולה מחייבים את לחץ אספקת גז המחסום לעמוד בלחץ הפרשי מינימלי או לחרוג ממנו מעל הלחץ המרבי בתא האטימה. ירידת לחץ מינימלית זו משתנה לפי יצרן וסוג החותם, אך היא בדרך כלל בסביבות 30 פאונד לאינץ' רבוע (psi). מתג הלחץ משמש לאיתור בעיות כלשהן בלחץ אספקת גז המחסום ולהשמיע אזעקה אם הלחץ יורד מתחת לערך המינימלי.
פעולת החותם נשלטת על ידי זרימת גז המחסום באמצעות מד זרימה. חריגות מקצבי זרימת גז האיטום שדווחו על ידי יצרני האטם המכאני מעידות על ביצועי איטום מופחתים. זרימת גז מחסום מופחתת עשויה לנבוע מסיבוב המשאבה או נדידת נוזלים לפנים האיטום (מגז מחסום מזוהם או נוזל תהליך).
לעתים קרובות, לאחר אירועים כאלה, מתרחשת נזק למשטחי האיטום, ואז זרימת גז המחסום עולה. עליות לחץ במשאבה או אובדן חלקי של לחץ גז המחסום עלולים אף הם לפגוע במשטח האיטום. ניתן להשתמש באזעקות זרימה גבוהה כדי לקבוע מתי יש צורך בהתערבות לתיקון זרימת גז גבוהה. נקודת ההגדרה לאזעקת זרימה גבוהה היא בדרך כלל בטווח של פי 10 עד 100 מזרימת גז המחסום הרגילה, בדרך כלל לא נקבעת על ידי יצרן האטם המכני, אך תלויה בכמות דליפת הגז שהמשאבה יכולה לסבול.
באופן מסורתי נעשה שימוש במדדי זרימה משתנים, וזה לא נדיר שמדדי זרימה בטווח נמוך וגבוה מחוברים בסדרה. לאחר מכן ניתן להתקין מתג זרימה גבוהה על מד הזרימה לטווח גבוה כדי לתת אזעקת זרימה גבוהה. ניתן לכייל מדי זרימה בשטח משתנה רק עבור גזים מסוימים בטמפרטורות ולחצים מסוימים. כאשר פועלים בתנאים אחרים, כגון תנודות טמפרטורה בין קיץ לחורף, קצב הזרימה המוצג אינו יכול להיחשב כערך מדויק, אלא הוא קרוב לערך בפועל.
עם שחרורו של API 682 מהדורה 4, מדידות הזרימה והלחץ עברו מאנלוגי לדיגיטלי עם קריאות מקומיות. ניתן להשתמש במדדי זרימה דיגיטליים כמדדי זרימה בשטח משתנה, הממירים את מיקום הציפה לאותות דיגיטליים, או במדדי זרימה המונית, הממירים אוטומטית זרימה המונית לזרימת נפח. המאפיין המבחין של משדרי זרימת המונים הוא שהם מספקים תפוקות המפצות על לחץ וטמפרטורה כדי לספק זרימה אמיתית בתנאים אטמוספריים סטנדרטיים. החיסרון הוא שהתקנים אלה יקרים יותר ממדדי זרימה בשטח משתנה.
הבעיה בשימוש במשדר זרימה היא למצוא משדר המסוגל למדוד זרימת גז מחסום בזמן פעולה רגילה ובנקודות אזעקה של זרימה גבוהה. חיישני זרימה בעלי ערכי מקסימום ומינימום שניתן לקרוא במדויק. בין זרימה אפסית לערך המינימלי, ייתכן שזרימת הפלט לא תהיה מדויקת. הבעיה היא שככל שקצב הזרימה המקסימלי עבור דגם מתמר זרימה מסוים עולה, כך גם קצב הזרימה המינימלי עולה.
פתרון אחד הוא שימוש בשני משדרים (אחד בתדר נמוך ואחד בתדר גבוה), אבל זו אופציה יקרה. השיטה השנייה היא להשתמש בחיישן זרימה עבור טווח הזרימה הרגיל והשימוש במתג זרימה גבוהה עם מד זרימה אנלוגי בטווח גבוה. המרכיב האחרון שגז המחסום עובר דרכו הוא שסתום הסימון לפני שגז המחסום עוזב את הפאנל ומתחבר לאטם המכני. זה הכרחי כדי למנוע זרימה לאחור של נוזל שנשאב לתוך הפאנל ופגיעה במכשיר במקרה של הפרעות תהליכיות חריגות.
שסתום הסימון חייב להיות בעל לחץ פתיחה נמוך. אם הבחירה שגויה, או אם לאטום האוויר של משאבת הלחץ הכפול יש זרימת גז מחסום נמוכה, ניתן לראות שפעימות זרימת גז המחסום נגרמת על ידי פתיחה והשבתה מחדש של שסתום הסימון.
בדרך כלל, חנקן צמחי משמש כגז מחסום מכיוון שהוא זמין, אינרטי ואינו גורם לתגובות כימיות שליליות בנוזל הנשאב. ניתן להשתמש גם בגזים אינרטיים שאינם זמינים, כגון ארגון. במקרים בהם לחץ גז המגן הנדרש גדול מלחץ החנקן הצמחי, מאיץ לחץ יכול להגביר את הלחץ ולאחסן את הגז בלחץ הגבוה במקלט המחובר לכניסת הלוח של Plan 74. בקבוקי חנקן בבקבוקים אינם מומלצים בדרך כלל מכיוון שהם דורשים החלפה מתמדת של צילינדרים ריקים במלאים. אם איכות האיטום מתדרדרת, ניתן לרוקן את הבקבוק במהירות, ולגרום לעצירת המשאבה כדי למנוע נזק נוסף וכשל באטם המכני.
בניגוד למערכות מחסום נוזלים, מערכות התמיכה של Plan 74 אינן דורשות קרבה לאטמים מכניים. האזהרה היחידה כאן היא הקטע המוארך של הצינור בקוטר הקטן. ירידת לחץ בין לוח Plan 74 לאטם עלולה להתרחש בצינור בתקופות של זרימה גבוהה (השפלה של איטום), מה שמפחית את לחץ המחסום הזמין לאטם. הגדלת גודל הצינור יכולה לפתור בעיה זו. ככלל, לוחות Plan 74 מותקנים על מעמד בגובה נוח לשליטה על שסתומים וקריאת קריאות מכשירים. ניתן להרכיב את התושבת על לוחית הבסיס של המשאבה או ליד המשאבה מבלי להפריע לבדיקה ותחזוקה של המשאבה. הימנע מסכנות מעידה בצינורות/צינורות המחברים בין לוחות תוכנית 74 עם אטמים מכניים.
עבור משאבות בין-מיסב עם שני אטמים מכניים, אחד בכל קצה של המשאבה, לא מומלץ להשתמש בלוח אחד וביציאה נפרדת של גז מחסום לכל אטם מכני. הפתרון המומלץ הוא להשתמש בלוח Plan 74 נפרד לכל אטם, או בלוח Plan 74 עם שתי יציאות, כל אחת עם סט מדי זרימה ומתגי זרימה משלו. באזורים עם חורפים קרים יתכן שיהיה צורך לחורר את לוחות תוכנית 74. הדבר נעשה בעיקר על מנת להגן על הציוד החשמלי של הפאנל, לרוב על ידי עטיית הפאנל בארון והוספת גופי חימום.
תופעה מעניינת היא שקצב זרימת גז המחסום עולה עם ירידה בטמפרטורת אספקת גז המחסום. זה בדרך כלל לא מורגש, אבל יכול להיות מורגש במקומות עם חורפים קרים או הבדלי טמפרטורות גדולים בין הקיץ לחורף. במקרים מסוימים, ייתכן שיהיה צורך להתאים את נקודת ההגדרה של אזעקת הזרימה הגבוהה כדי למנוע אזעקות שווא. יש לטהר תעלות אוויר של לוח וצינורות/צינורות חיבור לפני הפעלת לוחות Plan 74. זה מושג הכי קל על ידי הוספת שסתום אוורור בחיבור האוטם המכני או בסמוך לו. אם שסתום דימום אינו זמין, ניתן לטהר את המערכת על ידי ניתוק הצינור/הצינור מהאטם המכני ואז חיבורו מחדש לאחר הטיהור.
לאחר חיבור לוחות Plan 74 לאטמים ובדיקת כל החיבורים לאיתור נזילות, ניתן כעת להתאים את וסת הלחץ ללחץ שנקבע באפליקציה. הפאנל חייב לספק גז מחסום בלחץ לאטם המכני לפני מילוי המשאבה בנוזל תהליך. האטמים והפנלים של Plan 74 מוכנים להפעלה לאחר השלמת הליכי הפעלת המשאבה ואוורור.
יש לבדוק את אלמנט המסנן לאחר חודש של פעולה או כל שישה חודשים אם לא נמצא זיהום. מרווח החלפת המסנן יהיה תלוי בטוהר הגז המסופק, אך לא יעלה על שלוש שנים.
יש לבדוק ולתעד את שיעורי גז המחסום במהלך בדיקות שגרתיות. אם פעימת זרימת האוויר במחסום הנגרמת על ידי פתיחת וסגירת שסתום הסימון גדולה מספיק כדי להפעיל אזעקת זרימה גבוהה, ייתכן שיהיה צורך להגדיל את ערכי האזעקה הללו כדי למנוע אזעקות שווא.
שלב חשוב בפירוק הוא שבידוד ופיזור הלחץ של גז המגן צריך להיות השלב האחרון. ראשית, יש לבודד ולהוריד לחץ של מעטפת המשאבה. ברגע שהמשאבה במצב בטוח, ניתן לכבות את לחץ אספקת גז המגן ולהסיר את לחץ הגז מהצנרת המחברת את לוח Plan 74 לאטם המכני. נקז את כל הנוזלים מהמערכת לפני תחילת כל עבודת תחזוקה.
אטמי אוויר למשאבת לחץ כפולה בשילוב עם מערכות תמיכה של Plan 74 מספקים למפעילים פתרון אטם פיר אפס פליטת, השקעה הון נמוכה יותר (בהשוואה לאטמים עם מערכות מחסום נוזלים), עלות מחזור חיים מופחתת, טביעת רגל קטנה של מערכת תמיכה ודרישות שירות מינימליות.
כשהוא מותקן ומופעל בהתאם לשיטות העבודה הטובות ביותר, פתרון בלימה זה יכול לספק אמינות ארוכת טווח ולהגדיל את זמינות הציוד המסתובב.
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.
מארק סאבאג' הוא מנהל קבוצת מוצרים בג'ון קריין. לסאבאג' תואר ראשון בהנדסה מאוניברסיטת סידני, אוסטרליה. למידע נוסף בקר ב-johncrane.com.