コンプレッサーのエアシール技術を応用したダブルブースターポンプのエアシールは、シャフトシール業界ではより一般的です。これらのシールは、汲み上げられた液体の大気への排出をゼロにし、ポンプ シャフトの摩擦抵抗を軽減し、よりシンプルなサポート システムで動作します。これらの利点により、全体的なソリューションのライフサイクル コストが削減されます。
これらのシールは、内側と外側のシール面の間に外部の加圧ガス源を導入することで機能します。シール面の特定のトポグラフィーによりバリア ガスに追加の圧力がかかり、シール面が分離し、シール面がガス膜内に浮き上がります。シール面が接触しないため、摩擦損失が低くなります。バリアガスは低流量で膜を通過し、漏れの形でバリアガスを消費します。そのほとんどは外側のシール表面を通って大気中に漏れます。残留物はシールチャンバーに浸透し、最終的にはプロセスの流れによって運び去られます。
すべての二重ハーメチック シールには、メカニカル シール アセンブリの内面と外面の間に加圧流体 (液体または気体) が必要です。この流体をシールに供給するにはサポート システムが必要です。対照的に、液体潤滑の圧力二重シールでは、バリア流体がリザーバーからメカニカルシールを通って循環し、そこでシール表面を潤滑し、熱を吸収し、吸収された熱を放散する必要があるリザーバーに戻ります。これらの流体圧力デュアルシールサポートシステムは複雑です。熱負荷はプロセスの圧力と温度とともに増加するため、適切に計算して設定しないと信頼性の問題が発生する可能性があります。
圧縮空気の二重シールサポートシステムはスペースをとらず、冷却水も必要とせず、メンテナンスもほとんど必要ありません。さらに、信頼できるシールド ガス源が利用可能な場合、その信頼性はプロセスの圧力や温度に依存しません。
市場でデュアル プレッシャー ポンプ エア シールの採用が増えているため、アメリカ石油協会 (API) は、API 682 の第 2 版の出版の一部としてプログラム 74 を追加しました。
74 プログラム サポート システムは、通常、バリア ガスをパージし、下流の圧力を調整し、メカニカル シールへの圧力とガス流量を測定する、パネルに取り付けられたゲージとバルブのセットです。Plan 74 パネルを通過するバリア ガスの経路をたどると、最初の要素は逆止弁です。これにより、フィルターエレメントの交換やポンプのメンテナンスの際に、バリアガス供給をシールから隔離することができます。次に、バリアガスは 2 ～ 3 マイクロメートル (µm) の凝集フィルターを通過し、シール表面の地形的特徴に損傷を与える可能性のある液体や微粒子を捕捉し、シール表面の表面にガス膜を形成します。これに、メカニカルシールへのバリアガス供給の圧力を設定するための圧力調整器と圧力計が続きます。
デュアル プレッシャー ポンプ ガス シールでは、バリア ガス供給圧力がシール チャンバ内の最大圧力を上回る最小差圧以上である必要があります。この最小圧力損失はシールのメーカーや種類によって異なりますが、通常は平方インチあたり 30 ポンド (psi) 程度です。圧力スイッチは、バリアガスの供給圧力の異常を検出し、圧力が最低値を下回った場合に警報を発するために使用されます。
シールの動作は、流量計を使用したバリアガスの流れによって制御されます。メカニカル シール メーカーによって報告されているシール ガス流量からの逸脱は、シール性能の低下を示しています。バリアガス流量の減少は、ポンプの回転またはシール面への流体の移動 (汚染されたバリアガスまたはプロセス流体から) が原因である可能性があります。
多くの場合、このようなイベントの後、シール表面に損傷が発生し、バリアガス流量が増加します。ポンプ内の圧力サージやバリアガス圧力の部分的な喪失も、シール面に損傷を与える可能性があります。高流量アラームを使用すると、高ガス流量を修正するために介入が必要な時期を判断できます。高流量アラームの設定値は通常、通常のバリアガス流量の 10 ～ 100 倍の範囲にあり、通常はメカニカル シールのメーカーによって決定されませんが、ポンプが許容できるガス漏れの量によって異なります。
従来、可変ゲージ流量計が使用されており、低範囲および高範囲の流量計が直列に接続されることは珍しくありません。高流量スイッチを高範囲流量計に取り付けて、高流量警報を発することができます。可変面積流量計は、特定の温度および圧力での特定のガスに対してのみ校正できます。夏期と冬期の温度変化など、その他の条件で使用する場合、表示流量は正確な値とは言えませんが、実際の値に近い値となります。
API 682 第 4 版のリリースにより、流量と圧力の測定はアナログからローカル読み取りによるデジタルに移行しました。デジタル流量計は、フロートの位置をデジタル信号に変換する可変面積流量計、または質量流量を体積流量に自動的に変換する質量流量計として使用できます。質量流量トランスミッタの際立った特徴は、圧力と温度を補償して標準的な大気条件下で真の流量を提供する出力を提供することです。欠点は、これらのデバイスが可変面積流量計よりも高価であることです。
流量伝送器を使用する場合の問題は、通常動作中および高流量警報点でのバリアガス流量を測定できる伝送器を見つけることです。流量センサーには正確に読み取ることができる最大値と最小値があります。ゼロ流量と最小値の間では、出力流量が正確ではない可能性があります。問題は、特定の流量トランスデューサ モデルの最大流量が増加すると、最小流量も増加することです。
解決策の 1 つは、2 つの送信機 (1 つは低周波、もう 1 つは高周波) を使用することですが、これは高価なオプションです。2 番目の方法は、通常の動作流量範囲には流量センサーを使用し、高範囲のアナログ流量計を備えた高流量スイッチを使用することです。バリア ガスが通過する最後のコンポーネントは、バリア ガスがパネルから出てメカニカル シールに接続する前にチェック バルブです。これは、異常なプロセス障害が発生した場合に、ポンプで送られた液体がパネルに逆流したり、機器が損傷したりするのを防ぐために必要です。
逆止弁の開放圧力は低くなければなりません。選択が間違っている場合、またはデュアル プレッシャー ポンプのエア シールのバリア ガス流量が少ない場合、バリア ガス流の脈動はチェック バルブの開閉によって引き起こされることがわかります。
一般に、植物窒素は容易に入手でき、不活性であり、汲み上げられた液体中で有害な化学反応を引き起こさないため、バリアガスとして使用されます。アルゴンなど、入手できない不活性ガスも使用できます。必要なシールドガス圧力がプラント窒素圧力より高い場合は、昇圧装置で圧力を高め、Plan 74 パネル入口に接続されたレシーバーに高圧ガスを貯蔵できます。ボトル入り窒素ボトルは、空のシリンダーを満タンのシリンダーと定期的に交換する必要があるため、一般的に推奨されません。シールの品質が劣化した場合、ボトルをすぐに空にすることでポンプが停止し、メカニカルシールのさらなる損傷や故障を防ぐことができます。
液体バリア システムとは異なり、Plan 74 サポート システムはメカニカル シールに近接する必要がありません。ここでの唯一の注意点は、小径チューブの細長い部分です。Plan 74 パネルとシールの間の圧力降下は、高流量時にパイプ内で発生する可能性があり (シールの劣化)、シールに利用できるバリア圧力が低下します。パイプのサイズを大きくすると、この問題を解決できます。通常、Plan 74 パネルは、バルブの制御や機器の測定値の読み取りに便利な高さのスタンドに取り付けられます。ブラケットは、ポンプの検査やメンテナンスを妨げることなく、ポンプのベースプレートまたはポンプの隣に取り付けることができます。Plan 74 パネルをメカニカル シールで接続しているパイプ/パイプでつまずく危険を回避します。
ポンプの両端に 1 つずつ、計 2 つのメカニカル シールを備えたインターベアリング ポンプの場合、1 つのパネルを使用し、各メカニカル シールに個別のバリア ガス出口を使用することはお勧めできません。推奨される解決策は、シールごとに個別の Plan 74 パネルを使用するか、2 つの出力を備えた Plan 74 パネルを使用し、それぞれに独自の流量計とフロー スイッチのセットを使用することです。冬が寒い地域では、プラン 74 パネルを越冬させる必要がある場合があります。これは主にパネルの電気機器を保護するために行われ、通常はパネルをキャビネットに入れて発熱体を追加します。
興味深い現象は、バリア ガスの供給温度が低下すると、バリア ガスの流量が増加することです。通常は気づかれませんが、冬が寒い場合や夏と冬の温度差が大きい場所では顕著になることがあります。場合によっては、誤警報を防ぐために高流量警報設定値を調整する必要があるかもしれません。Plan 74 パネルを使用する前に、パネルのエア ダクトと接続パイプ/パイプをパージする必要があります。これは、メカニカル シール接続部またはその近くにベント バルブを追加することで最も簡単に実現できます。ブリードバルブが利用できない場合は、チューブ/チューブをメカニカルシールから取り外し、パージ後に再接続することでシステムをパージできます。
Plan 74 パネルをシールに接続し、すべての接続に漏れがないか確認した後、圧力調整器をアプリケーションの設定圧力に調整できるようになります。パネルは、ポンプにプロセス流体を充填する前に、加圧バリアガスをメカニカルシールに供給する必要があります。Plan 74 のシールとパネルは、ポンプの試運転と通気手順が完了すると開始する準備が整います。
フィルターエレメントは、1 か月の運転後、または汚染が見つからない場合は 6 か月ごとに検査する必要があります。フィルターの交換間隔は供給されるガスの純度によって異なりますが、3 年を超えないようにしてください。
定期検査中にバリアガス率を確認し、記録する必要があります。逆止弁の開閉によって生じるバリア空気流量の脈動が高流量アラームをトリガーするのに十分な大きさである場合、誤ったアラームを回避するためにこれらのアラーム値を増やす必要がある場合があります。
廃止措置における重要なステップは、シールドガスの隔離と減圧が最後のステップである必要があることです。まず、ポンプケーシングを隔離し、減圧します。ポンプが安全な状態になったら、シールド ガスの供給圧力をオフにし、Plan 74 パネルをメカニカル シールに接続する配管からガス圧力を除去します。メンテナンス作業を開始する前に、システムからすべての液体を排出してください。
プラン 74 サポート システムと組み合わせたデュアル プレッシャー ポンプ エア シールは、オペレータにゼロ エミッション シャフト シール ソリューション、より低い資本投資 (液体バリア システムを備えたシールと比較して)、ライフ サイクル コストの削減、小さなサポート システムの設置面積、および最小限のサービス要件を提供します。
この封じ込めソリューションは、ベスト プラクティスに従って設置および運用すると、長期的な信頼性を提供し、回転機器の可用性を高めることができます。
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Mark Savage は、John Crane の製品グループ マネージャーです。サベージは、オーストラリアのシドニー大学で工学の理学士号を取得しています。詳細については、johncrane.com をご覧ください。
投稿時間: 2022 年 9 月 8 日