מערכת תמיכה אטומה לגז עם שתי משאבות בלחץ

אטמי אוויר כפולים של משאבות הגברה, המותאמים לטכנולוגיית אטמי אוויר של מדחסים, נפוצים יותר בתעשיית אטמי הציר. אטמים אלה מספקים אפס פליטה של ​​הנוזל הנשאב לאטמוספרה, מספקים פחות התנגדות חיכוך על ציר המשאבה ועובדים עם מערכת תמיכה פשוטה יותר. יתרונות אלה 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 הספציפית של משטח האיטום מפעילה לחץ נוסף על גז המחסום, מה שגורם למשטח האיטום להיפרד ולצוף בתוך סרט הגז. הפסדי החיכוך נמוכים מכיוון שמשטחי האיטום אינם נוגעים עוד. גז המחסום עובר דרך הממברנה בקצב זרימה נמוך, וצורך את גז המחסום בצורת דליפות, שרובן דולפות לאטמוספירה דרך משטחי האיטום החיצוניים. השאריות מחלחלות לתא האיטום ובסופו של דבר נסחפות על ידי זרם התהליך.
כל האטמים הכפולים ההרמטיים דורשים נוזל בלחץ (נוזל או גז) בין המשטחים הפנימיים והחיצוניים של מכלול האטם המכני. נדרשת מערכת תמיכה כדי להעביר נוזל זה לאטם. לעומת זאת, באטם כפול בלחץ משומן נוזלי, נוזל המחסום זורם מהמאגר דרך האטם המכני, שם הוא משמן את משטחי האטם, סופג חום וחוזר למאגר שם עליו לפזר את החום הנספג. מערכות תמיכה כפולות בלחץ נוזלים אלו הן מורכבות. עומסים תרמיים עולים עם לחץ התהליך והטמפרטורה ויכולים לגרום לבעיות אמינות אם לא מחושבים ומוגדרים כראוי.
מערכת התמיכה הכפולה של אוויר דחוס תופסת מעט מקום, אינה דורשת מי קירור ודורשת תחזוקה מועטה. בנוסף, כאשר מקור אמין של גז מגן זמין, אמינותה אינה תלויה בלחץ ובטמפרטורה של התהליך.
עקב האימוץ הגובר של אטמי אוויר למשאבות לחץ כפולות בשוק, המכון האמריקאי לנפט (API) הוסיף את תוכנית 74 כחלק מפרסום המהדורה השנייה של API 682.
74 מערכת תמיכה בתוכנית היא בדרך כלל סט של מדי לחץ ושסתומים המותקנים על פאנל, אשר מטהרים את גז המחסום, מווסתים את הלחץ במורד הזרם ומודדים לחץ וזרימת גז לאטמים מכניים. לאחר מסלול גז המחסום דרך פאנל Plan 74, האלמנט הראשון הוא שסתום אל-חזור. זה מאפשר לבודד את אספקת גז המחסום מהאטם לצורך החלפת אלמנט המסנן או תחזוקת המשאבה. לאחר מכן גז המחסום עובר דרך מסנן התגבשות של 2 עד 3 מיקרומטר (מיקרומטר) אשר לוכד נוזלים וחלקיקים שעלולים לפגוע בתכונות הטופוגרפיות של פני האטם, וליצור שכבת גז על פני האטם. לאחר מכן מותקנים ווסת לחץ ומנומטר לקביעת לחץ אספקת גז המחסום לאטם המכני.
אטמי גז במשאבות לחץ כפולות דורשים שלחץ אספקת הגז של המחסום יעמוד בלחץ הפרשי מינימלי מעל הלחץ המקסימלי בתא האטם או יעלה עליו. ירידת לחץ מינימלית זו משתנה בהתאם ליצרן וסוג האטם, אך בדרך כלל היא סביב 30 פאונד לאינץ' מרובע (psi). מתג הלחץ משמש לזיהוי בעיות בלחץ אספקת הגז של המחסום ולהשמעת אזעקה אם הלחץ יורד מתחת לערך המינימלי.
פעולת האטם נשלטת על ידי זרימת גז המחסום באמצעות מד זרימה. סטיות מקצבי זרימת גז האטם המדווחים על ידי יצרני אטמים מכניים מצביעות על ביצועי איטום מופחתים. זרימת גז המחסום המופחתת עשויה לנבוע מסיבוב המשאבה או מנדידת נוזלים לפני האטם (מגז מחסום מזוהם או נוזל תהליך).
לעיתים קרובות, לאחר אירועים כאלה, מתרחש נזק למשטחי האיטום, ולאחר מכן זרימת גז המחסום עולה. עליות לחץ במשאבה או אובדן חלקי של לחץ גז המחסום עלולים גם הם לפגוע במשטח האיטום. ניתן להשתמש באזעקות זרימה גבוהה כדי לקבוע מתי נדרשת התערבות לתיקון זרימת גז גבוהה. נקודת הקביעה לאזעקת זרימה גבוהה היא בדרך כלל בטווח של פי 10 עד 100 מזרימת גז המחסום הרגילה, שבדרך כלל לא נקבעת על ידי יצרן האטם המכני, אלא תלויה בכמות דליפת הגז שהמשאבה יכולה לסבול.
באופן מסורתי, נעשה שימוש במדי זרימה משתנים, ולא נדיר לחבר בטור מדי זרימה בטווח נמוך וגבוה. לאחר מכן ניתן להתקין מתג זרימה גבוה על מד הזרימה הגבוה כדי לתת התרעה על 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, אך הוא קרוב לערך בפועל.
עם יציאתו של API 682 מהדורה רביעית, מדידות זרימה ולחץ עברו מאנלוגיות לדיגיטליות עם קריאות מקומיות. מדי זרימה דיגיטליים יכולים לשמש כמדדי זרימה בעלי שטח משתנה, אשר ממירים את מצב הציפה לאותות דיגיטליים, או מדי זרימה מסה, אשר ממירים אוטומטית זרימת מסה לזרימת נפח. המאפיין המובהק של משדרי זרימת מסה הוא שהם מספקים יציאות המפצות על לחץ וטמפרטורה כדי לספק זרימה אמיתית בתנאים אטמוספריים סטנדרטיים. החיסרון הוא שהתקנים אלה יקרים יותר ממדי זרימה בעלי שטח משתנה.
הבעיה בשימוש במשדר זרימה היא למצוא משדר המסוגל למדוד זרימת גז מחסום במהלך פעולה רגילה ובנקודות אזעקה של זרימה גבוהה. לחיישני זרימה יש ערכים מקסימליים ומינימליים שניתן לקרוא במדויק. בין זרימה אפס לערך המינימלי, זרימת המוצא עשויה לא להיות מדויקת. הבעיה היא שככל שקצב הזרימה המקסימלי עבור דגם מתמר זרימה מסוים עולה, גם קצב הזרימה המינימלי עולה.
פתרון אחד הוא להשתמש בשני משדרים (אחד בתדר נמוך ואחד בתדר גבוה), אך זוהי אפשרות יקרה. השיטה השנייה היא להשתמש בחיישן זרימה עבור טווח הזרימה הרגיל ולהשתמש במתג זרימה גבוה עם מד זרימה אנלוגי בעל טווח גבוה. הרכיב האחרון שגז המחסום עובר דרכו הוא שסתום האל-חזור לפני שגז המחסום עוזב את הפאנל ומתחבר לאיטום המכני. זה הכרחי כדי למנוע זרימה חוזרת של נוזל נשאב לתוך הפאנל ונזק למכשיר במקרה של הפרעות תהליך חריגות.
שסתום האל-חזור חייב להיות בעל לחץ פתיחה נמוך. אם הבחירה שגויה, או אם לאטם האוויר של משאבת הלחץ הכפול יש זרימת גז מחסום נמוכה, ניתן לראות שהפעימה של זרימת גז המחסום נגרמת על ידי פתיחה וחיבור מחדש של שסתום האל-חזור.
באופן כללי, חנקן מהצמח משמש כגז מחסום מכיוון שהוא זמין בקלות, 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 של המפעל, מגבר לחץ יכול להגביר את הלחץ ולאחסן את הגז בלחץ גבוה במקלט המחובר לכניסת הפאנל של Plan 74. בקבוקי חנקן בבקבוקים אינם מומלצים בדרך כלל מכיוון שהם דורשים החלפה מתמדת של מיכלים ריקים במיכלים מלאים. אם איכות האטם מתדרדרת, ניתן לרוקן את הבקבוק במהירות, מה שיגרום למשאבה לעצור כדי למנוע נזק נוסף וכשל של האטם המכני.
בניגוד למערכות מחסום נוזלים, מערכות תמיכה מדגם Plan 74 אינן דורשות קרבה לאטמים מכניים. הסייג היחיד כאן הוא החלק המוארך של הצינור בקוטר הקטן. ירידת לחץ בין לוח Plan 74 לאטם יכולה להתרחש בצינור בתקופות של זרימה גבוהה (פגיעה באטם), מה שמפחית את לחץ המחסום הזמין לאטם. הגדלת גודל הצינור יכולה לפתור בעיה זו. ככלל, לוחות Plan 74 מורכבים על מעמד בגובה נוח לשליטה בשסתומים וקריאת קריאות המכשיר. ניתן להרכיב את התושבת על בסיס המשאבה או ליד המשאבה מבלי להפריע לבדיקה ותחזוקה של המשאבה. יש להימנע מסכנות מעידה על צינורות/צינורות המחברים את לוחות Plan 74 עם אטמים מכניים.
עבור משאבות בעלות שני אטמים מכניים, אחד בכל קצה של המשאבה, לא מומלץ להשתמש בפאנל אחד וביציאת גז נפרדת לכל אטם מכני. הפתרון המומלץ הוא להשתמש בפאנל Plan 74 נפרד לכל אטם, או בפאנל Plan 74 עם שתי יציאות, שלכל אחד סט מדי זרימה ומתגי זרימה משלו. באזורים עם חורפים קרים ייתכן שיהיה צורך להגן על פאנלים של Plan 74 במהלך החורף. זה נעשה בעיקר כדי להגן על הציוד החשמלי של הפאנל, בדרך כלל על ידי כיסוי הפאנל בארון והוספת גופי חימום.
תופעה מעניינת היא שקצב הזרימה של גז המחסום עולה עם ירידה בטמפרטורת אספקת גז המחסום. זה בדרך כלל לא מורגש, אך יכול להיות מורגש במקומות עם חורפים קרים או הפרשי טמפרטורות גדולים בין קיץ לחורף. במקרים מסוימים, ייתכן שיהיה צורך להתאים את נקודת ההגדרה של אזעקת הזרימה הגבוהה כדי למנוע אזעקות שווא. יש לנקות את תעלות האוויר של הפאנל ואת הצינורות המחברים לפני הפעלת פאנלים מדגם Plan 74. ניתן להשיג זאת בקלות רבה ביותר על ידי הוספת שסתום אוורור בחיבור האטם המכני או בסמוך לו. אם שסתום דימום אינו זמין, ניתן לנקות את המערכת על ידי ניתוק הצינור מהאטם המכני ולאחר מכן חיבורו מחדש לאחר הניקוי.
לאחר חיבור לוחות Plan 74 לאטמים ובדיקת כל החיבורים לאיתור דליפות, ניתן כעת לכוונן את וסת הלחץ ללחץ שנקבע ביישום. על הלוח לספק גז מחסום בלחץ לאטם המכני לפני מילוי המשאבה בנוזל התהליך. האטמים והלוחות של Plan 74 מוכנים להפעלה לאחר השלמת הליכי הפעלת ואוורור המשאבה.
יש לבדוק את רכיב 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 קצב גז המחסום במהלך בדיקות שגרתיות. אם פעימות זרימת האוויר במחסום הנגרמות על ידי פתיחה וסגירה של שסתום האל-חזור גדולות מספיק כדי להפעיל אזעקת זרימה גבוהה, ייתכן שיהיה צורך להגדיל את ערכי האזעקה הללו כדי למנוע אזעקות שווא.
שלב חשוב בהוצאה משימוש הוא שבידוד והסרת לחץ של גז המגן צריכים להיות השלב האחרון. ראשית, יש לבודד ולהוריד לחץ ממעטפת המשאבה. לאחר שהמשאבה במצב בטוח, ניתן לכבות את לחץ אספקת גז המגן ולהסיר את לחץ הגז מהצנרת המחברת את לוח Plan 74 לאיטם המכני. יש לרוקן את כל הנוזלים מהמערכת לפני תחילת כל עבודת תחזוקה.
אטמי אוויר של משאבת לחץ כפולה בשילוב עם מערכות תמיכה של Plan 74 מספקים למפעילים פתרון אטם פיר ללא פליטות, השקעת הון נמוכה יותר (בהשוואה לאטמים עם מערכות מחסום נוזלים), עלות מחזור חיים מופחתת, טביעת רגל קטנה של מערכת תמיכה ודרישות שירות מינימליות.
כאשר מותקן ומופעל בהתאם לשיטות העבודה המומלצות, פתרון בלימה זה יכול לספק אמינות לטווח ארוך ולהגדיל את זמינותו של ציוד מסתובב.
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. סאבאג' בעל תואר ראשון בהנדסה מאוניברסיטת סידני, אוסטרליה. למידע נוסף בקרו באתר johncrane.com.