Phớt khí bơm tăng áp kép, được cải tiến từ công nghệ phớt khí máy nén, phổ biến hơn trong ngành công nghiệp phớt trục. Những phớt này đảm bảo chất lỏng được bơm không bị xả ra khí quyển, giảm lực cản ma sát trên trục bơm và hoạt động với hệ thống hỗ trợ đơn giản hơn. Những lợi ích này mang lại tổng chi phí vòng đời giải pháp thấp hơn.
Các phớt này hoạt động bằng cách đưa một nguồn khí nén bên ngoài vào giữa bề mặt phớt bên trong và bên ngoài. Địa hình đặc biệt của bề mặt phớt tạo thêm áp lực lên khí chắn, khiến bề mặt phớt tách ra, khiến bề mặt phớt nổi trong màng khí. Tổn thất ma sát thấp vì các bề mặt phớt không còn tiếp xúc với nhau. Khí chắn đi qua màng với lưu lượng thấp, tiêu thụ khí chắn dưới dạng rò rỉ, phần lớn rò rỉ ra khí quyển qua bề mặt phớt bên ngoài. Phần còn lại thấm vào buồng phớt và cuối cùng được dòng chảy của quy trình mang đi.
Tất cả phớt kín kép đều cần một chất lỏng chịu áp suất (lỏng hoặc khí) giữa bề mặt trong và ngoài của cụm phớt cơ khí. Cần có một hệ thống hỗ trợ để cung cấp chất lỏng này cho phớt. Ngược lại, trong phớt kép bôi trơn bằng chất lỏng, chất lỏng chắn lưu thông từ bình chứa qua phớt cơ khí, tại đây nó bôi trơn các bề mặt phớt, hấp thụ nhiệt và trở về bình chứa để tản nhiệt đã hấp thụ. Các hệ thống hỗ trợ phớt kép áp suất chất lỏng này rất phức tạp. Tải trọng nhiệt tăng theo áp suất và nhiệt độ 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 đệm kín kép khí nén chiếm ít diện tích, không cần nước làm mát và ít cần bảo trì. Hơn nữa, khi có nguồn khí bảo vệ đáng tin cậy, độ tin cậy của hệ thống không phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ quy trình.
Do phớt khí bơm áp suất kép ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thị trường, Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) đã bổ sung Chương trình 74 như một phần của ấn 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, dùng để xả khí chắn, điều chỉnh áp suất hạ lưu và đo áp suất cũng như lưu lượng khí đến phớt cơ khí. Theo đường đi của khí chắn qua bảng điều khiển Plan 74, bộ phận đầu tiên là van một chiều. Van này cho phép cách ly nguồn cung cấp khí chắn khỏi phớt để thay thế lõi lọc hoặc bảo trì bơm. Sau đó, khí chắn đi qua bộ lọc kết tụ 2 đến 3 micromet (µm) có tác dụng giữ lại chất lỏng và các hạt có thể làm hỏng các đặc điểm địa hình của bề mặt phớt, tạo ra một lớp màng khí trên bề mặt phớt. Tiếp theo là bộ điều chỉnh áp suất và áp kế để cài đặt áp suất nguồn cung cấp khí chắn đến phớt cơ khí.
Phớt khí bơm áp suất kép yêu cầu áp suất cung cấp khí chắn phải đạt hoặc vượt quá chênh lệch áp suất tối thiểu so với áp suất tối đa trong buồng phớt. Mức chênh lệch áp suất tối thiểu này thay đổi tùy theo nhà sản xuất và loại phớt, nhưng thường vào khoảng 30 pound trên inch vuông (psi). Công tắc áp suất được sử dụng để phát hiện bất kỳ sự cố nào với áp suất cung cấp khí chắn và phát ra âm thanh báo động nếu áp suất giảm xuống dưới giá trị tối thiểu.
Hoạt động của phớt được kiểm soát bởi lưu lượng khí chắn bằng đồng hồ đo lưu lượng. Các nhà sản xuất phớt cơ khí báo cáo sự chênh lệch lưu lượng khí chắn cho thấy hiệu suất bị giảm. Lưu lượng khí chắn giảm có thể do bơm quay hoặc chất lỏng di chuyển đến bề mặt phớt (từ khí chắn hoặc chất lỏng quy trình bị ô nhiễm).
Thông thường, sau những sự cố như vậy, bề mặt gioăng bị hư hỏng, và lưu lượng khí chắn tăng lên. Áp suất tăng đột biến trong bơm hoặc mất một phần áp suất khí chắn cũng có thể làm hỏng bề mặt gioăng. Có thể sử dụng cảnh báo lưu lượng cao để xác định khi nào cần can thiệp để điều chỉnh lưu lượng khí cao. Giá trị cài đặt cho cảnh báo lưu lượng cao thường nằm trong khoảng từ 10 đến 100 lần lưu lượng khí chắn bình thường, thường không được nhà sản xuất gioăng cơ khí xác định, mà phụ thuộc vào mức rò rỉ khí mà bơm có thể chịu được.
Lưu lượng kế biến thiên theo truyền thống được sử dụng, và việc kết nối lưu lượng kế dải thấp và dải cao không phải là hiếm. Sau đó, có thể lắp đặt công tắc lưu lượng cao trên lưu lượng kế dải cao để cảnh báo lưu lượng cao. Lưu lượng kế dải biến thiên 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 nhiệt độ dao động giữa mùa hè và mùa đông, lưu lượng hiển thị không thể được coi là giá trị chính xác, nhưng gần với giá trị thực tế.
Với việc phát hành API 682 phiên bản 4, các phép đo lưu lượng và áp suất đã chuyển từ analog sang kỹ thuật số với các giá trị đo cục bộ. Lưu lượng kế kỹ thuật số có thể được sử dụng như lưu lượng kế diện tích biến thiên, chuyển đổi vị trí phao thành tín hiệu số, hoặc lưu lượng kế khối lượng, tự động chuyển đổi lưu lượng khối lượng thành lưu lượng thể tích. Đặc điểm nổi bật của bộ truyền lưu lượng khối lượng 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 diện tích biến thiên.
Vấn đề khi sử dụng bộ chuyển đổi lưu lượng là tìm một bộ chuyển đổi có khả năng đo lưu lượng khí chắn trong quá trình vận hành bình thường và tại các điểm cảnh báo lưu lượng cao. Cảm biến lưu lượng có các giá trị tối đa và tối thiểu có thể đọc chính xác. Giữa lưu lượng bằng không và giá trị tối thiểu, lưu lượng đầu ra có thể không chính xác. Vấn đề là khi lưu lượng tối đa của một mẫu bộ chuyển đổi lưu lượng cụ thể tăng lên, lưu lượng tối thiểu cũng tăng theo.
Một giải pháp là sử dụng hai bộ truyền tín hiệu (một tần số thấp và một tần số cao), nhưng đây là một lựa chọn tốn kém. Phương pháp thứ hai là sử dụng cảm biến lưu lượng cho dải lưu lượng hoạt động bình thường và sử dụng công tắc lưu lượng cao với lưu lượng kế analog dải cao. Bộ phận cuối cùng mà khí chắn đi qua là van một chiều trước khi khí chắn rời khỏi tấm chắn và kết nối với phớt cơ khí. Điều này là cần thiết để ngăn chất lỏng được bơm chảy ngược vào tấm chắn và làm hỏng thiết bị trong trường hợp có nhiễu loạn quy trình bất thường.
Van một chiều phải có áp suất mở thấp. Nếu lựa chọn sai hoặc nếu phớt khí của bơm áp suất kép có lưu lượng khí chắn thấp, có thể thấy rằng sự dao động của lưu lượng khí chắn là do van một chiều mở và đóng lại.
Nhìn chung, nitơ thực vật được sử dụng làm khí chắn vì nó dễ kiếm, 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, chẳng hạn như argon, cũng có thể được sử dụng. Trong trường hợp áp suất khí bảo vệ cần thiết lớn hơn áp suất nitơ thực vật, bộ tăng áp có thể tăng áp suất và lưu trữ khí áp suất cao trong bình chứa được kết nối với đầu vào của bảng điều khiển Plan 74. Bình nitơ đóng chai thường không được khuyến khích sử dụng vì chúng đòi hỏi phải liên tục thay thế bình rỗng bằng bình đầy. Nếu chất lượng gioăng bị suy giảm, có thể nhanh chóng xả hết gioăng, khiến bơm dừng hoạt động để ngăn ngừa hư hỏng thêm và hỏng phớt cơ khí.
Không giống như các hệ thống chắn chất lỏng, hệ thống hỗ trợ Plan 74 không yêu cầu đặt gần phớt cơ khí. Điểm hạn chế duy nhất ở đây là phần ống có đường kính nhỏ bị kéo dài. Áp suất giữa tấm Plan 74 và phớt có thể bị sụt giảm trong đường ống khi lưu lượng dòng chảy lớn (làm giảm độ kín), làm giảm áp suất chắn tác động lên phớt. Việc tăng kích thước đường ống có thể giải quyết vấn đề này. Thông thường, các tấm Plan 74 được lắp trên giá đỡ ở độ cao thuận tiện để điều khiển van và đọc chỉ số của thiết bị đo. Giá đỡ có thể được lắp trên đế bơm hoặc bên cạnh bơm mà không ảnh hưởng đến việc kiểm tra và bảo trì bơm. Tránh nguy cơ vấp ngã trên đường ống/đường ống kết nối các tấm Plan 74 với phớt cơ khí.
Đối với bơm liên ổ trục có hai phớt cơ khí, mỗi phớt ở một đầu bơm, không nên sử dụng một tấm panel và đầu ra khí chắn riêng biệt cho mỗi phớt cơ khí. Giải pháp được khuyến nghị là sử dụng một tấm panel Plan 74 riêng cho mỗi phớt, hoặc một tấm panel Plan 74 có hai đầu ra, mỗi tấm có bộ lưu lượng kế và công tắc lưu lượng riêng. Ở những khu vực có mùa đông lạnh giá, có thể cần phải để các tấm panel Plan 74 qua mùa đông. Việc này chủ yếu được thực hiện để bảo vệ thiết bị điện của tấm panel, thường bằng cách bọc tấm panel trong tủ điện và lắp thêm các bộ phận gia nhiệt.
Một hiện tượng thú vị là lưu lượng khí chắn tăng khi nhiệt độ cung cấp khí chắn giảm. Điều này thường không được chú ý, nhưng có thể thấy rõ ở những nơi có mùa đông lạnh giá 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 báo động lưu lượng cao để tránh báo động giả. Ống gió tấm pin và ống nối/ống dẫn phải được xả khí trước khi đưa tấm pin Plan 74 vào vận hành. Việc này dễ dàng nhất có thể thực hiện bằng cách lắp thêm van xả khí tại hoặc gần kết nối phớt cơ khí. Nếu không có van xả, hệ thống có thể được xả khí bằng cách ngắt kết nối ống/ống dẫn khỏi phớt cơ khí rồi nối lại sau khi xả khí.
Sau khi kết nối các tấm Plan 74 với phớt và kiểm tra rò rỉ tất cả các kết nối, bộ điều chỉnh áp suất giờ đây có thể được điều chỉnh đến áp suất cài đặt trong ứng dụng. Tấm điều chỉnh phải cung cấp khí chắn áp suất cho phớt cơ khí trước khi nạp chất lỏng quy trình vào bơm. Phớt và tấm Plan 74 đã sẵn sàng hoạt động khi quy trình vận hành và thông hơi bơm hoàn tất.
Lõi lọc phải được kiểm tra sau một tháng vận hành hoặc sáu tháng một lần nếu không phát hiện tạp chất. Chu kỳ thay lõi lọc sẽ phụ thuộc vào độ tinh khiết của khí cung cấp, nhưng không quá ba năm.
Lưu lượng khí chắn cần được kiểm tra và ghi lại trong quá trình kiểm tra định kỳ. Nếu dao động lưu lượng khí chắn do van một chiều đóng mở đủ lớn để kích hoạt báo động lưu lượng cao, có thể cần tăng giá trị báo động này để tránh báo động giả.
Một bước quan trọng trong quá trình tháo dỡ là việc cô lập và giảm áp suất khí bảo vệ phải là bước cuối cùng. Trước tiên, cô lập và giảm áp suất vỏ bơm. Khi bơm đã ở trạng thái an toàn, có thể tắt nguồn cung cấp khí bảo vệ và loại bỏ áp suất khí khỏi đường ống nối tấm Plan 74 với phớt cơ khí. Xả hết chất lỏng ra khỏi hệ thống trước khi bắt đầu bất kỳ công việc bảo trì nào.
Phớt khí bơm áp suất kép kết hợp với hệ thống hỗ trợ Plan 74 cung cấp cho người vận hành giải pháp phớt trục không phát thải, đầu tư vốn thấp hơn (so với phớt có hệ thống chắn chất lỏng), giảm chi phí vòng đời, diện tích hệ thống hỗ trợ nhỏ và yêu cầu dịch vụ tối thiểu.
Khi được lắp đặt và vận hành theo đúng thông lệ tốt nhất, giải pháp ngăn chặn này có thể mang lại độ tin cậy lâu dài và tăng khả năng sử dụng 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 quản lý nhóm sản phẩm tại John Crane. Ông có bằng Cử nhân Khoa học Kỹ thuật của Đại học Sydney, Úc. Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập johncrane.com.
Thời gian đăng: 08-09-2022