Các loại 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. Các loại phớt này đảm bảo không có sự rò rỉ chất lỏng được bơm ra khí quyển, giảm ma sát trên trục bơm và hoạt động với hệ thống đỡ đơn giản hơn. Những lợi ích này giúp giảm chi phí vòng đời tổng thể của giải pháp.
Các vòng đệm này hoạt động bằng cách đưa một nguồn khí nén từ bên ngoài vào giữa bề mặt làm kín bên trong và bên ngoài. Cấu trúc địa hình đặc biệt của bề mặt làm kín tạo thêm áp suất lên khí ngăn cách, khiến bề mặt làm kín tách ra và nổi trong màng khí. Tổn thất ma sát thấp vì các bề mặt làm kín không còn tiếp xúc với nhau. Khí ngăn cách đi qua màng với tốc độ dòng chảy thấp, tiêu thụ khí ngăn cách dưới dạng rò rỉ, phần lớn rò rỉ ra khí quyển qua các bề mặt làm kín bên ngoài. Phần cặn còn lại thấm vào buồng làm kín và cuối cùng được dòng chảy của quá trình mang đi.
Tất cả các gioăng kín kép đều yêu cầu một chất lỏng (chất lỏng hoặc khí) có áp suất giữa bề mặt bên trong và bên ngoài của cụm gioăng cơ khí. Cần có một hệ thống hỗ trợ để cung cấp chất lỏng này cho gioăng. Ngược lại, trong gioăng kín kép áp suất bôi trơn bằng chất lỏng, chất lỏng ngăn cách tuần hoàn từ bể chứa qua gioăng cơ khí, nơi nó bôi trơn các bề mặt gioăng, hấp thụ nhiệt và quay trở lại bể chứa để tản nhiệt đã hấp thụ. Các hệ thống hỗ trợ gioăng kín kép áp suất chất lỏng này rất phức tạp. Tải nhiệt tăng lên theo áp suất và nhiệt độ của quá 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 kín kép bằng khí nén chiếm ít không gian, không cần nước làm mát và yêu cầu bảo trì tối thiểu. Ngoài ra, khi có nguồn khí bảo vệ đáng tin cậy, độ tin cậy của hệ thống không phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ của quá trình.
Do việc sử dụng ngày càng nhiều các loại gioăng khí bơm áp suất kép trên thị trường, Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) đã bổ sung Chương trình 74 vào ấn bản thứ hai của tiêu chuẩn API 682.
74. Hệ thống hỗ trợ chương trình thường là một tập hợp các đồng hồ đo và van gắn trên bảng điều khiển, có chức năng xả khí bảo vệ, điều chỉnh áp suất đầu ra và đo áp suất cũng như lưu lượng khí đến các gioăng cơ khí. Theo đường đi của khí bảo vệ qua bảng điều khiển Plan 74, thành phần đầu tiên là van một chiều. Van này cho phép cách ly nguồn cung cấp khí bảo vệ khỏi gioăng để thay thế bộ lọc hoặc bảo dưỡng bơm. Sau đó, khí bảo vệ đi qua bộ lọc kết tụ có kích thước từ 2 đến 3 micromet (µm) để giữ lại chất lỏng và các hạt có thể làm hỏng các đặc điểm địa hình của bề mặt gioăng, tạo ra một lớp màng khí trên bề mặt gioăng. Tiếp theo là bộ điều chỉnh áp suất và áp kế để thiết lập áp suất của nguồn cung cấp khí bảo vệ cho gioăng cơ khí.
Các gioăng khí bơm áp suất kép yêu cầu áp suất cung cấp khí chắn phải đạt hoặc vượt quá mức chênh lệch áp suất tối thiểu so với áp suất tối đa trong buồng gioăng. Mức chênh lệch áp suất tối thiểu này thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất và loại gioăng, 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 tín hiệu báo động nếu áp suất giảm xuống dưới giá trị tối thiểu.
Hoạt động của phớt được điều khiển bởi lưu lượng khí chắn thông qua đồng hồ đo lưu lượng. Sự sai lệch so với lưu lượng khí chắn được nhà sản xuất phớt cơ khí báo cáo cho thấy hiệu suất làm kín bị giảm. Lưu lượng khí chắn giảm có thể do sự quay của bơm hoặc sự di chuyển chất lỏng đến bề mặt phớt (từ khí chắn bị nhiễm bẩn hoặc chất lỏng trong quá trình).
Thông thường, sau những sự cố như vậy, bề mặt làm kín bị hư hại, và sau đó lưu lượng khí chắn tăng lên. Sự tăng áp đột ngột trong bơm hoặc mất một phần áp suất khí chắn cũng có thể làm hỏng bề mặt làm kín. Có thể sử dụng cảnh báo lưu lượng cao để xác định khi nào cần can thiệp để khắc phục lưu lượng khí cao. Điểm đặt cho cảnh báo lưu lượng cao thường nằm trong khoảng từ 10 đến 100 lần lưu lượng khí chắn bình thường, thường không do nhà sản xuất phớt cơ khí xác định mà phụ thuộc vào lượng khí rò rỉ mà bơm có thể chịu được.
Theo truyền thống, người ta sử dụng lưu lượng kế có thang đo thay đổi và việc kết nối nối tiếp các lưu lượng kế có thang đo thấp và cao không phải là hiếm. Sau đó, có thể lắp thêm công tắc lưu lượng cao vào lưu lượng kế có thang đo 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 hoạt động trong các điều kiện khác, chẳng hạn như sự dao động nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông, tốc độ dòng chảy hiển thị không thể được coi là giá trị chính xác, nhưng gần với giá trị thực tế.
Với sự ra đời của tiêu chuẩn API 682 phiên bản thứ 4, việc đo lưu lượng và áp suất đã chuyển từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số với các chỉ số đo tại chỗ. Lưu lượng kế kỹ thuật số có thể được sử dụng như 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 lượng thành lưu lượng thể tích. Đặc điểm nổi bật của bộ truyền tín hiệu lưu lượng khối lượng là chúng cung cấp các tín hiệu đầu ra bù trừ 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 so với lưu lượng kế diện tích thay đổi.
Vấn đề khi sử dụng bộ truyền tín hiệu lưu lượng là tìm được bộ truyền tín hiệu có khả năng đo lưu lượng khí chắn trong điều kiện hoạt động bình thường và tại các điểm báo động 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 tốc độ lưu lượng tối đa của một mô hình cảm biến lưu lượng cụ thể tăng lên, tốc độ lưu lượng tối thiểu cũng tăng lên.
Một giải pháp là sử dụng hai bộ phát (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 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 chắn đi qua là van một chiều trước khi khí chắn rời khỏi bảng điều khiển và kết nối với phớt cơ khí. Điều này cần thiết để ngăn chặn sự chảy ngược của chất lỏng được bơm vào bảng điều khiển và hư hỏng thiết bị trong trường hợp xảy ra sự cố bất thường trong quá trình.
Van một chiều phải có áp suất mở thấp. Nếu lựa chọn sai, hoặc nếu hệ thống làm kín 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 việc mở và đóng lại của van một chiều gây ra.
Nhìn chung, khí nitơ trong nhà máy 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 khí trơ không có sẵn, chẳng hạn như argon, cũng có thể được sử dụng. Trong trường hợp áp suất khí chắn cần thiết lớn hơn áp suất khí nitơ trong nhà máy, bộ tăng áp có thể tăng áp suất và lưu trữ khí áp suất cao trong bình chứa được kết nối với đầu vào bảng điều khiển Plan 74. Bình khí nitơ đóng chai thường không được khuyến khích sử dụng vì chúng yêu cầu phải liên tục thay thế các bình rỗng bằng bình đầy. Nếu chất lượng của gioăng bị hỏng, bình có thể nhanh chóng bị làm rỗng, khiến máy bơm phải dừng lại để ngăn ngừa hư hỏng thêm và sự cố của gioăng cơ khí.
Không giống như các hệ thống chắn chất lỏng, hệ thống hỗ trợ Plan 74 không yêu cầu đặt gần các phớt cơ khí. Điểm cần lưu ý duy nhất ở đây là phần ống có đường kính nhỏ kéo dài. Sự sụt giảm áp suất giữa tấm Plan 74 và phớt có thể xảy ra trong ống trong thời kỳ lưu lượng cao (sự xuống cấp của phớt), làm giảm áp suất chắn tác động lên phớt. Tăng kích thước ống có thể giải quyết vấn đề này. Thông thường, các tấm Plan 74 được lắp đặt trên giá đỡ ở độ cao thuận tiện cho việc điều khiển van và đọc các chỉ số đo. Giá đỡ có thể được gắn trên đế bơm hoặc bên cạnh bơm mà không gây cản trở việc kiểm tra và bảo dưỡng bơm. Tránh các nguy cơ vấp ngã trên các đường ống/đường ống nối các tấm Plan 74 với phớt cơ khí.
Đối với các loại bơm có ổ trục xen kẽ với hai phớt cơ khí, mỗi phớt ở một đầu bơm, không nên sử dụng một bảng điều khiển và một đường thoát khí riêng biệt cho mỗi phớt cơ khí. Giải pháp được khuyến nghị là sử dụng một bảng điều khiển Plan 74 riêng biệt cho mỗi phớt, hoặc một bảng điều khiển Plan 74 có hai đầu ra, mỗi đầu ra có bộ lưu lượng kế và công tắc lưu lượng riêng. Ở những vùng có mùa đông lạnh, có thể cần phải bảo vệ các bảng điều khiển Plan 74 qua mùa đông. Điều này chủ yếu được thực hiện để bảo vệ thiết bị điện của bảng điều khiển, thường bằng cách đặt bảng điều khiển vào trong tủ và thêm các bộ phận gia nhiệt.
Một hiện tượng thú vị là lưu lượng khí chắn tăng lên khi nhiệt độ khí chắn cung cấp giảm xuống. Điều này thường không được chú ý, nhưng có thể trở nên rõ rệt 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 điều chỉnh điểm đặt cảnh báo lưu lượng cao để tránh báo động giả. Ống dẫn khí và ống nối của bảng điều khiển phải được làm sạch trước khi đưa các bảng điều khiển Plan 74 vào sử dụng. Cách dễ nhất để làm điều này là thêm một van xả khí tại hoặc gần vị trí kết nối gioăng cơ khí. Nếu không có van xả khí, hệ thống có thể được làm sạch bằng cách ngắt ống khỏi gioăng cơ khí và sau đó kết nối lại sau khi làm sạch.
Sau khi kết nối các tấm Plan 74 với gioăng và kiểm tra tất cả các kết nối xem có rò rỉ không, bộ điều chỉnh áp suất có thể được điều chỉnh đến áp suất đã cài đặt trong ứng dụng. Tấm điều khiển phải cung cấp khí bảo vệ có áp suất cho gioăng cơ khí trước khi bơm chất lỏng vào bơm. Gioăng và tấm điều khiển Plan 74 sẵn sàng hoạt động khi các quy trình vận hành thử và xả khí của bơm đã hoàn tất.
Cần kiểm tra bộ lọc sau một tháng hoạt động hoặc cứ sáu tháng một lần nếu không phát hiện chất bẩn. Chu kỳ thay thế bộ lọc sẽ phụ thuộc vào độ tinh khiết của khí cung cấp, nhưng không được vượt quá ba năm.
Lưu lượng khí chắn cần được kiểm tra và ghi lại trong các đợt kiểm tra định kỳ. Nếu sự dao động lưu lượng khí chắn do việc đóng 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 được tăng lên để tránh cảnh báo sai.
Một bước quan trọng trong quá trình ngừng hoạt động là việc cách ly và giảm áp suất khí bảo vệ phải là bước cuối cùng. Trước tiên, hãy cách ly và giảm áp suất vỏ bơm. Khi bơm đã ở trong tình trạng an toàn, có thể tắt nguồn cung cấp khí bảo vệ và loại bỏ áp suất khí khỏi đường ống nối bảng điều khiển 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.
Bộ gioăng khí bơm áp suất kép kết hợp với hệ thống hỗ trợ Plan 74 cung cấp cho người vận hành giải pháp gioăng trục không phát thải, chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn (so với gioăng có hệ thống rào cản chất lỏng), chi phí vòng đời giảm, kích thước hệ thống hỗ trợ nhỏ gọn và yêu cầu bảo trì tối thiểu.
Khi được lắp đặt và vận hành theo đúng quy trình tốt nhất, giải pháp ngăn chặn này có thể mang lại độ tin cậy lâu dài và tăng khả năng hoạt động 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 quản lý nhóm sản phẩm tại John Crane. Ông Savage có bằng Cử nhân Khoa học Kỹ thuật từ Đại học Sydney, Úc. Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập johncrane.com.
Thời gian đăng bài: 08/09/2022