Phớt khí bơm tăng áp kép, được điều chỉnh từ công nghệ phốt khí máy nén, phổ biến hơn trong ngành phốt trục. Những vòng đệm này giúp không xả chất lỏng được bơm vào khí quyển, tạo ra lực cản ma sát ít hơn trên trục máy bơm và hoạt động với hệ thống hỗ trợ đơn giản hơn. Những lợi ích này mang lại chi phí vòng đời giải pháp tổng thể thấp hơn.
Những con dấu này hoạt động bằng cách đưa một nguồn khí điều áp bên ngoài vào giữa bề mặt bịt kín bên trong và bên ngoài. Địa hình cụ thể của bề mặt bịt kín tạo thêm áp lực lên khí chặn, làm cho bề mặt bịt kín tách ra, khiến bề mặt bịt kín nổi trong màng khí. Tổn thất do ma sát thấp do bề mặt bịt kín không còn chạm vào nữa. Khí chặn đi qua màng ở tốc độ dòng chảy thấp, tiêu thụ khí chặn dưới dạng rò rỉ, hầu hết rò rỉ ra khí quyển qua các bề mặt bịt kín bên ngoài. Phần cặn thấm vào buồng làm kín và cuối cùng bị dòng quá trình mang đi.
Tất cả các cụm làm kín kín kép đều yêu cầu chất lỏng có áp suất (chất lỏng hoặc khí) giữa bề mặt bên trong và bên ngoài của cụm phốt cơ khí. Cần có hệ thống hỗ trợ để đưa chất lỏng này tới phốt. Ngược lại, trong phốt kép áp suất được bôi trơn bằng chất lỏng, chất lỏng ngăn tuần hoàn từ bình chứa qua phốt cơ khí, tại đây nó bôi trơn các bề mặt phốt, hấp thụ nhiệt và quay trở lại bồn chứa nơi nó cần tiêu tán nhiệt hấp thụ. Các hệ thống hỗ trợ phốt kép áp suất chất lỏng này rất phức tạp. Tải nhiệt tăng theo áp suất và nhiệt độ của quy trình và có thể gây ra các vấn đề về độ tin cậy nếu không được tính toán và thiết lập đúng cách.
Hệ thống hỗ trợ phốt kép khí nén chiếm ít không gian, không cần nước làm mát và ít cần bảo trì. Ngoài ra, khi có sẵn nguồn khí bảo vệ đáng tin cậy, độ tin cậy của nó không phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ của quá trình.
Do việc áp dụng phớt khí bơm áp suất kép ngày càng tăng trên thị trường, Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) đã bổ sung Chương trình 74 như một phần của việc xuất bản phiên bản thứ hai của API 682.
74 Hệ thống hỗ trợ chương trình thường là một bộ đồng hồ đo và van gắn trên bảng điều khiển để lọc khí ngăn, điều chỉnh áp suất hạ lưu, đo áp suất và lưu lượng khí tới các vòng đệm cơ khí. Đi theo đường dẫn của khí chặn qua bảng Sơ đồ 74, bộ phận đầu tiên là van một chiều. Điều này cho phép cách ly nguồn cung cấp khí chặn khỏi vòng đệm để thay thế bộ phận lọc hoặc bảo trì máy bơm. Sau đó, khí rào cản đi qua bộ lọc kết hợp 2 đến 3 micromet (µm) để giữ chất lỏng và các hạt có thể làm hỏng đặc điểm địa hình của bề mặt bịt kín, tạo ra màng khí trên bề mặt bề mặt bịt kín. Tiếp theo là bộ điều chỉnh áp suất và áp kế để thiết lập áp suất của nguồn cung cấp khí chặn cho phốt cơ khí.
Phốt khí bơm áp suất kép yêu cầu áp suất cung cấp khí rào cản phải đáp ứng hoặc vượt quá áp suất chênh lệch tối thiểu trên áp suất tối đa trong buồng phốt. Mức giảm áp suất tối thiểu này thay đổi tùy theo nhà sản xuất và loại phốt, nhưng thường là khoảng 30 pound mỗi inch vuông (psi). Công tắc áp suất được sử dụng để phát hiện bất kỳ vấn đề nào với áp suất cung cấp khí rào cản và phát ra âm thanh cảnh báo nếu áp suất giảm xuống dưới giá trị tối thiểu.
Hoạt động của phốt được kiểm soát bởi dòng khí chặn bằng đồng hồ đo lưu lượng. Những sai lệch so với tốc độ dòng khí bịt kín do các nhà sản xuất phốt cơ khí báo cáo cho thấy hiệu suất bịt kín bị giảm. Lưu lượng khí chặn giảm có thể là do vòng quay của bơm hoặc sự di chuyển của chất lỏng đến bề mặt bịt kín (từ khí chặn hoặc chất lỏng xử lý bị ô nhiễm).
Thông thường, sau những sự kiện như vậy, bề mặt bịt kín sẽ bị hư hỏng và sau đó dòng khí chặn sẽ tăng lên. Áp suất tăng trong máy bơm hoặc mất một phần áp suất khí ngăn cũng có thể làm hỏng bề mặt bịt kín. Cảnh báo lưu lượng cao có thể được sử dụng để xác định khi nào cần can thiệp để điều chỉnh lưu lượng khí cao. Điểm đặt cho cảnh báo lưu lượng cao thường nằm trong khoảng từ 10 đến 100 lần lưu lượng khí rào cản thông thường, thường không được xác định bởi nhà sản xuất phốt cơ khí mà phụ thuộc vào mức độ rò rỉ khí mà máy bơm có thể chịu được.
Các lưu lượng kế có đồng hồ đo biến thiên truyền thống đã được sử dụng và không có gì lạ khi các lưu lượng kế có dải đo thấp và dải đo cao được mắc nối tiếp. Sau đó, một công tắc lưu lượng cao có thể được lắp đặt trên đồng hồ đo lưu lượng phạm vi cao để đưa ra cảnh báo lưu lượng cao. Lưu lượng kế có diện tích thay đổi chỉ có thể được hiệu chuẩn cho một số loại khí nhất định ở nhiệt độ và áp suất nhất định. Khi vận hành trong các điều kiện khác, chẳng hạn như biến động nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông, tốc độ dòng chảy hiển thị không thể được coi là giá trị chính xác mà gần với giá trị thực tế.
Với việc phát hành API 682 phiên bản thứ 4, các phép đo lưu lượng và áp suất đã chuyển từ analog sang kỹ thuật số với số đọc cục bộ. Lưu lượng kế kỹ thuật số có thể được sử dụng làm lưu lượng kế diện tích thay đổi, chuyển đổi vị trí phao thành tín hiệu số hoặc lưu lượng kế khối lượng, tự động chuyển đổi lưu lượng khối thành lưu lượng thể tích. Đặc điểm nổi bật của bộ truyền lưu lượng lớn là chúng cung cấp đầu ra bù áp suất và nhiệt độ để cung cấp lưu lượng thực trong điều kiện khí quyển tiêu chuẩn. Nhược điểm là các thiết bị này đắt hơn lưu lượng kế có diện tích thay đổi.
Vấn đề khi sử dụng máy phát lưu lượng là tìm một máy phát có khả năng đo lưu lượng khí rào cản trong quá trình hoạt động bình thường và tại các điểm báo động lưu lượng cao. Cảm biến lưu lượng có giá trị tối đa và tối thiểu có thể đọc chính xác. Giữa luồng 0 và giá trị tối thiểu, luồng đầu ra có thể không chính xác. Vấn đề là khi tốc độ dòng chảy tối đa cho một mô hình bộ chuyển đổi dòng chảy cụ thể tăng lên thì tốc độ dòng chảy tối thiểu cũng tăng lên.
Một giải pháp là sử dụng hai máy phát (một tần số thấp và một tần số cao), nhưng đây là một lựa chọn đắt tiền. Phương pháp thứ hai là sử dụng cảm biến lưu lượng cho phạm vi lưu lượng hoạt động bình thường và sử dụng công tắc lưu lượng cao với đồng hồ đo lưu lượng tương tự phạm vi cao. Thành phần cuối cùng mà khí chặn đi qua là van kiểm tra trước khi khí chặn rời khỏi bảng điều khiển và kết nối với phốt cơ khí. Điều này là cần thiết để ngăn chặn dòng chảy ngược của chất lỏng được bơm vào bảng điều khiển và làm hỏng thiết bị trong trường hợp có rối loạn quy trình bất thường.
Van một chiều phải có áp suất mở thấp. Nếu lựa chọn sai hoặc nếu vòng đệm khí của bơm áp suất kép có lưu lượng khí rào cản thấp, có thể thấy rằng xung của dòng khí rào cản là do việc mở và đóng lại van một chiều.
Nói chung, nitơ thực vật được sử dụng làm khí rào cản vì nó sẵn có, trơ và không gây ra bất kỳ phản ứng hóa học bất lợi nào trong chất lỏng được bơm. Các loại khí trơ không có sẵn như argon cũng có thể được sử dụng. Trong trường hợp áp suất khí bảo vệ cần thiết lớn hơn áp suất nitơ của nhà máy, bộ tăng áp có thể tăng áp suất và lưu trữ khí áp suất cao trong một máy thu được kết nối với đầu vào của bảng Plan 74. Bình nitơ đóng chai thường không được khuyến khích sử dụng vì chúng đòi hỏi phải thay thế liên tục các bình rỗng bằng bình đầy. Nếu chất lượng của phốt bị suy giảm, chai có thể nhanh chóng được làm trống, khiến máy bơm dừng lại để tránh hư hỏng thêm và hỏng phốt cơ khí.
Không giống như các hệ thống ngăn chất lỏng, hệ thống hỗ trợ Sơ đồ 74 không yêu cầu ở gần các vòng đệm cơ khí. Nhắc nhở duy nhất ở đây là phần kéo dài của ống có đường kính nhỏ. Sự sụt giảm áp suất giữa bảng Plan 74 và vòng bịt có thể xảy ra trong đường ống trong thời gian dòng chảy cao (sự xuống cấp của vòng bịt), làm giảm áp suất rào cản có sẵn đối với vòng bịt. Việc tăng kích thước của đường ống có thể giải quyết được vấn đề này. Theo quy định, các tấm Plan 74 được gắn trên giá đỡ ở độ cao thuận tiện để điều khiển van và đọc chỉ số của thiết bị. Giá đỡ có thể được gắn trên tấm đế máy bơm hoặc bên cạnh máy bơm mà không ảnh hưởng đến việc kiểm tra và bảo trì máy bơm. Tránh nguy cơ vấp ngã trên đường ống/ống nối các tấm Sơ đồ 74 với vòng đệm cơ khí.
Đối với máy bơm ổ đỡ liên động có hai vòng đệm cơ khí, mỗi vòng đệm ở mỗi đầu máy bơm, không nên sử dụng một bảng và cửa thoát khí ngăn riêng biệt cho mỗi vòng đệm cơ khí. Giải pháp được khuyến nghị là sử dụng bảng Sơ đồ 74 riêng biệt cho mỗi cụm làm kín hoặc bảng Sơ đồ 74 với hai đầu ra, mỗi bảng có bộ lưu lượng kế và công tắc dòng chảy riêng. Ở những khu vực có mùa đông lạnh giá, có thể cần phải ủ đông các tấm Plan 74. Điều này được thực hiện chủ yếu để bảo vệ thiết bị điện của bảng điều khiển, thường bằng cách bọc bảng điều khiển trong tủ và bổ sung thêm các bộ phận làm nóng.
Một hiện tượng thú vị là tốc độ dòng khí rào cản tăng lên khi nhiệt độ cung cấp khí rào cản giảm. Điều này thường không được chú ý nhưng có thể dễ nhận thấy ở những nơi có mùa đông lạnh hoặc chênh lệch nhiệt độ lớn giữa mùa hè và mùa đông. Trong một số trường hợp, có thể cần phải điều chỉnh điểm đặt cảnh báo lưu lượng cao để tránh cảnh báo sai. Các ống dẫn khí của bảng điều khiển và các ống/ống nối phải được làm sạch trước khi đưa các tấm Plan 74 vào sử dụng. Điều này đạt được dễ dàng nhất bằng cách thêm một van thông hơi tại hoặc gần kết nối phốt cơ khí. Nếu không có van xả, hệ thống có thể được làm sạch bằng cách ngắt kết nối ống/ống khỏi phốt cơ khí và sau đó kết nối lại sau khi làm sạch.
Sau khi kết nối các tấm Plan 74 với các vòng đệm và kiểm tra rò rỉ tất cả các kết nối, bộ điều chỉnh áp suất hiện có thể được điều chỉnh theo áp suất đã đặt trong ứng dụng. Bảng điều khiển phải cung cấp khí chặn có áp suất cho phốt cơ khí trước khi đổ đầy chất lỏng xử lý vào máy bơm. Các vòng đệm và tấm Plan 74 sẵn sàng khởi động khi các quy trình vận hành và thông gió máy bơm đã được hoàn thành.
Phần tử lọc phải được kiểm tra sau một tháng hoạt động hoặc sáu tháng một lần nếu không phát hiện thấy ô nhiễm. Khoảng thời gian thay thế bộ lọc sẽ phụ thuộc vào độ tinh khiết của khí được cung cấp nhưng không quá ba năm.
Tỷ lệ khí rào cản phải được kiểm tra và ghi lại trong quá trình kiểm tra định kỳ. Nếu xung động của luồng không khí chắn do việc đóng và mở van một chiều gây ra đủ lớn để kích hoạt cảnh báo lưu lượng cao, thì các giá trị cảnh báo này có thể cần phải tăng lên để tránh cảnh báo sai.
Một bước quan trọng trong quá trình ngừng hoạt động là việc cô lập và giảm áp suất của khí bảo vệ phải là bước cuối cùng. Đầu tiên, cách ly và giảm áp suất vỏ máy bơm. Khi máy bơm ở trạng thái an toàn, có thể tắt áp suất cung cấp khí bảo vệ và loại bỏ áp suất khí khỏi đường ống nối bảng Sơ đồ 74 với phốt cơ khí. Xả hết chất lỏng ra khỏi hệ thống trước khi bắt đầu bất kỳ công việc bảo trì nào.
Phốt khí bơm áp suất kép kết hợp với hệ thống hỗ trợ Plan 74 cung cấp cho người vận hành giải pháp phốt trục không phát thải, đầu tư vốn thấp hơn (so với phốt có hệ thống chắn chất lỏng), giảm chi phí vòng đời, chiếm diện tích hệ thống hỗ trợ nhỏ và yêu cầu dịch vụ tối thiểu.
Khi được lắp đặt và vận hành theo phương pháp tốt nhất, giải pháp ngăn chặn này có thể mang lại độ tin cậy lâu dài và tăng tính khả dụng của thiết bị quay.
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 là giám đốc nhóm sản phẩm tại John Crane. Savage có bằng Cử nhân Khoa học Kỹ thuật của Đại học Sydney, Úc. Để biết thêm thông tin hãy truy cập johncrane.com.
Thời gian đăng: Sep-08-2022