نظام دعم محكم للغاز مع مضختين مضغوطتين

تعد أختام هواء المضخة المعززة المزدوجة، المقتبسة من تقنية ختم هواء الضاغط، أكثر شيوعًا في صناعة ختم العمود. توفر هذه الأختام عدم تفريغ السائل الذي يتم ضخه إلى الغلاف الجوي، وتوفر مقاومة احتكاك أقل على عمود المضخة وتعمل بنظام دعم أبسط. توفر هذه الفوائد تكلفة إجمالية أقل لدورة حياة الحل.
تعمل هذه الأختام عن طريق إدخال مصدر خارجي للغاز المضغوط بين أسطح الختم الداخلية والخارجية. تضع التضاريس الخاصة لسطح الختم ضغطًا إضافيًا على الغاز الحاجز، مما يؤدي إلى انفصال سطح الختم، مما يتسبب في طفو سطح الختم في فيلم الغاز. تكون خسائر الاحتكاك منخفضة لأن أسطح الختم لم تعد تتلامس. ويمر الغاز الحاجز عبر الغشاء بمعدل تدفق منخفض، فيستهلك الغاز الحاجز على شكل تسربات، يتسرب معظمها إلى الغلاف الجوي عبر أسطح الختم الخارجية. تتسرب البقايا إلى غرفة الختم ويتم نقلها في النهاية بعيدًا بواسطة تيار العملية.
تتطلب جميع الأختام المحكمة المزدوجة وجود سائل مضغوط (سائل أو غاز) بين الأسطح الداخلية والخارجية لمجموعة الختم الميكانيكية. مطلوب نظام دعم لتوصيل هذا السائل إلى الختم. على النقيض من ذلك، في الختم المزدوج بالضغط السائل المشحم، يدور السائل الحاجز من الخزان عبر الختم الميكانيكي، حيث يقوم بتشحيم أسطح الختم، ويمتص الحرارة، ويعود إلى الخزان حيث يحتاج إلى تبديد الحرارة الممتصة. تعتبر أنظمة دعم الختم المزدوج لضغط السوائل معقدة. تزداد الأحمال الحرارية مع ضغط العملية ودرجة الحرارة ويمكن أن تسبب مشاكل في الموثوقية إذا لم يتم حسابها وضبطها بشكل صحيح.
نظام دعم الختم المزدوج بالهواء المضغوط يشغل مساحة صغيرة، ولا يتطلب ماء تبريد، ويتطلب القليل من الصيانة. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتوفر مصدر موثوق لغاز التدريع، فإن موثوقيته تكون مستقلة عن ضغط العملية ودرجة الحرارة.
نظرًا لتزايد اعتماد موانع تسرب الهواء لمضخة الضغط المزدوج في السوق، أضاف معهد البترول الأمريكي (API) البرنامج 74 كجزء من نشر الإصدار الثاني من API 682.
74 عادةً ما يكون نظام دعم البرنامج عبارة عن مجموعة من أجهزة القياس والصمامات المثبتة على اللوحة والتي تعمل على تطهير الغاز الحاجز وتنظيم الضغط في اتجاه مجرى النهر وقياس الضغط وتدفق الغاز إلى موانع التسرب الميكانيكية. باتباع مسار الغاز الحاجز عبر لوحة الخطة 74، العنصر الأول هو صمام عدم الرجوع. وهذا يسمح بعزل مصدر الغاز الحاجز عن الختم لاستبدال عنصر الفلتر أو صيانة المضخة. يمر الغاز الحاجز بعد ذلك عبر مرشح اندماج 2 إلى 3 ميكرومتر (ميكرومتر) الذي يحبس السوائل والجسيمات التي يمكن أن تلحق الضرر بالسمات الطبوغرافية لسطح الختم، مما يؤدي إلى إنشاء طبقة غاز على سطح سطح الختم. ويتبع ذلك منظم ضغط ومقياس ضغط لضبط ضغط مصدر الغاز الحاجز على الختم الميكانيكي.
تتطلب موانع تسرب الغاز لمضخة الضغط المزدوج أن يلبي ضغط إمداد الغاز الحاجز أو يتجاوز الحد الأدنى من الضغط التفاضلي فوق الحد الأقصى للضغط في غرفة الختم. يختلف الحد الأدنى لانخفاض الضغط حسب الشركة المصنعة للختم ونوعه، ولكنه يبلغ عادةً حوالي 30 رطلاً لكل بوصة مربعة (psi). يتم استخدام مفتاح الضغط لاكتشاف أي مشاكل في ضغط إمداد الغاز الحاجز وإصدار إنذار إذا انخفض الضغط عن الحد الأدنى للقيمة.
يتم التحكم في تشغيل الختم عن طريق تدفق الغاز الحاجز باستخدام مقياس التدفق. تشير الانحرافات عن معدلات تدفق غاز الختم التي أبلغت عنها الشركات المصنعة للختم الميكانيكي إلى انخفاض أداء الختم. قد يكون انخفاض تدفق الغاز الحاجز بسبب دوران المضخة أو هجرة السوائل إلى سطح الختم (من الغاز الحاجز الملوث أو سائل المعالجة).
في كثير من الأحيان، بعد مثل هذه الأحداث، يحدث تلف لأسطح الختم، ثم يزداد تدفق الغاز الحاجز. يمكن أيضًا أن يؤدي ارتفاع الضغط في المضخة أو الفقدان الجزئي لضغط الغاز الحاجز إلى إتلاف سطح الختم. يمكن استخدام إنذارات التدفق العالي لتحديد متى يلزم التدخل لتصحيح تدفق الغاز المرتفع. عادة ما تكون نقطة الضبط لإنذار التدفق العالي في حدود 10 إلى 100 مرة من تدفق الغاز الحاجز الطبيعي، وعادةً لا يتم تحديدها من قبل الشركة المصنعة للختم الميكانيكي، ولكنها تعتمد على مقدار تسرب الغاز الذي يمكن أن تتحمله المضخة.
تقليديًا، تم استخدام مقاييس التدفق المتغيرة وليس من غير المألوف أن يتم توصيل مقاييس التدفق المنخفضة والعالية المدى على التوالي. يمكن بعد ذلك تركيب مفتاح التدفق العالي على مقياس التدفق عالي المدى لإعطاء إنذار التدفق العالي. لا يمكن معايرة مقاييس التدفق ذات المساحة المتغيرة إلا لغازات معينة عند درجات حرارة وضغوط معينة. عند التشغيل في ظل ظروف أخرى، مثل تقلبات درجات الحرارة بين الصيف والشتاء، لا يمكن اعتبار معدل التدفق المعروض قيمة دقيقة، ولكنه قريب من القيمة الفعلية.
مع إصدار الإصدار الرابع من API 682، انتقلت قياسات التدفق والضغط من التناظرية إلى الرقمية مع قراءات محلية. يمكن استخدام مقاييس التدفق الرقمية كمقاييس تدفق متغيرة المساحة، والتي تحول موضع التعويم إلى إشارات رقمية، أو مقاييس تدفق جماعية، والتي تحول التدفق الجماعي تلقائيًا إلى تدفق حجمي. السمة المميزة لأجهزة إرسال التدفق الجماعي هي أنها توفر مخرجات تعوض الضغط ودرجة الحرارة لتوفير تدفق حقيقي في ظل الظروف الجوية القياسية. العيب هو أن هذه الأجهزة أكثر تكلفة من مقاييس التدفق ذات المساحة المتغيرة.
تكمن المشكلة في استخدام جهاز إرسال التدفق في العثور على جهاز إرسال قادر على قياس تدفق الغاز الحاجز أثناء التشغيل العادي وفي نقاط إنذار التدفق العالي. تحتوي مستشعرات التدفق على قيم قصوى ودنيا يمكن قراءتها بدقة. بين التدفق الصفري والقيمة الدنيا، قد لا يكون تدفق الإخراج دقيقًا. المشكلة هي أنه مع زيادة الحد الأقصى لمعدل التدفق لنموذج محول تدفق معين، فإن الحد الأدنى لمعدل التدفق يزداد أيضًا.
أحد الحلول هو استخدام جهازي إرسال (أحدهما منخفض التردد والآخر عالي التردد)، ولكن هذا خيار مكلف. الطريقة الثانية هي استخدام مستشعر التدفق لنطاق تدفق التشغيل العادي واستخدام مفتاح التدفق العالي مع مقياس التدفق التناظري عالي النطاق. العنصر الأخير الذي يمر عبره الغاز الحاجز هو صمام الفحص قبل أن يغادر الغاز الحاجز اللوحة ويتصل بالختم الميكانيكي. يعد ذلك ضروريًا لمنع التدفق العكسي للسائل الذي يتم ضخه إلى اللوحة وتلف الجهاز في حالة حدوث اضطرابات غير طبيعية في العملية.
يجب أن يكون لصمام الفحص ضغط فتح منخفض. إذا كان الاختيار خاطئًا، أو إذا كان ختم الهواء لمضخة الضغط المزدوج يحتوي على حاجز منخفض لتدفق الغاز، فيمكن ملاحظة أن نبض تدفق الغاز الحاجز ناتج عن فتح صمام الفحص وإعادة تركيبه.
بشكل عام، يستخدم النيتروجين النباتي كغاز حاجز لأنه متوفر بسهولة، وخامل ولا يسبب أي تفاعلات كيميائية ضارة في السائل الذي يتم ضخه. ويمكن أيضًا استخدام الغازات الخاملة غير المتوفرة، مثل الأرجون. في الحالات التي يكون فيها ضغط غاز التدريع المطلوب أكبر من ضغط النيتروجين في المصنع، يمكن لمعزز الضغط زيادة الضغط وتخزين غاز الضغط العالي في جهاز استقبال متصل بمدخل لوحة Plan 74. لا يُنصح عمومًا بزجاجات النيتروجين المعبأة لأنها تتطلب استبدال الأسطوانات الفارغة بأسطوانات ممتلئة بشكل مستمر. إذا تدهورت جودة الختم، يمكن إفراغ الزجاجة بسرعة، مما يتسبب في توقف المضخة لمنع المزيد من الضرر وفشل الختم الميكانيكي.
على عكس أنظمة حاجز السائل، لا تتطلب أنظمة دعم الخطة 74 القرب من الأختام الميكانيكية. التحذير الوحيد هنا هو الجزء المطول من الأنبوب ذو القطر الصغير. يمكن أن يحدث انخفاض في الضغط بين لوحة Plan 74 ومانع التسرب في الأنبوب أثناء فترات التدفق العالي (تدهور الختم)، مما يقلل من ضغط الحاجز المتاح للختم. زيادة حجم الأنبوب يمكن أن يحل هذه المشكلة. كقاعدة عامة، يتم تثبيت لوحات Plan 74 على حامل على ارتفاع مناسب للتحكم في الصمامات وقراءات أجهزة القراءة. يمكن تركيب الدعامة على لوحة قاعدة المضخة أو بجوار المضخة دون التدخل في فحص المضخة وصيانتها. تجنب مخاطر التعثر على الأنابيب/الأنابيب التي تربط ألواح الخطة 74 بموانع التسرب الميكانيكية.
بالنسبة للمضخات المحملة بينية والتي تحتوي على سدادتين ميكانيكيتين، واحدة عند كل طرف من طرفي المضخة، لا يوصى باستخدام لوحة واحدة ومخرج غاز حاجز منفصل لكل سدادة ميكانيكية. الحل الموصى به هو استخدام لوحة Plan 74 منفصلة لكل سدادة، أو لوحة Plan 74 بمخرجين، كل منهما مزود بمجموعته الخاصة من مقاييس التدفق ومفاتيح التدفق. في المناطق ذات الشتاء البارد قد يكون من الضروري فصل ألواح الخطة 74 في الشتاء. ويتم ذلك في المقام الأول لحماية المعدات الكهربائية للوحة، عادةً عن طريق تغليف اللوحة في الخزانة وإضافة عناصر التسخين.
هناك ظاهرة مثيرة للاهتمام وهي أن معدل تدفق الغاز الحاجز يزداد مع انخفاض درجة حرارة إمدادات الغاز الحاجز. عادة ما يمر هذا دون أن يلاحظه أحد، ولكن يمكن أن يصبح ملحوظًا في الأماكن ذات الشتاء البارد أو الاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة بين الصيف والشتاء. في بعض الحالات، قد يكون من الضروري ضبط نقطة ضبط إنذار التدفق العالي لمنع الإنذارات الكاذبة. يجب تطهير مجاري هواء اللوحة والأنابيب/الأنابيب المتصلة قبل وضع لوحات الخطة 74 في الخدمة. يمكن تحقيق ذلك بسهولة عن طريق إضافة صمام تنفيس عند وصلة الختم الميكانيكية أو بالقرب منها. في حالة عدم توفر صمام النزيف، يمكن تطهير النظام عن طريق فصل الأنبوب/الأنبوب عن الختم الميكانيكي ثم إعادة توصيله بعد التطهير.
بعد توصيل لوحات Plan 74 بالأختام والتحقق من جميع التوصيلات بحثًا عن التسريبات، يمكن الآن ضبط منظم الضغط على الضغط المحدد في التطبيق. يجب أن تقوم اللوحة بتزويد الختم الميكانيكي بغاز حاجز مضغوط قبل ملء المضخة بسائل المعالجة. تكون أختام وألواح الخطة 74 جاهزة للبدء عند اكتمال إجراءات التشغيل والتهوية للمضخة.
يجب فحص عنصر الفلتر بعد شهر من التشغيل أو كل ستة أشهر إذا لم يتم العثور على أي تلوث. تعتمد فترة استبدال الفلتر على نقاء الغاز المزود، ولكن يجب ألا تتجاوز ثلاث سنوات.
يجب فحص معدلات الغاز الحاجز وتسجيلها أثناء عمليات التفتيش الروتينية. إذا كان نبض تدفق الهواء الحاجز الناتج عن فتح وإغلاق صمام الفحص كبيرًا بما يكفي لإطلاق إنذار التدفق العالي، فقد يلزم زيادة قيم الإنذار هذه لتجنب الإنذارات الكاذبة.
من الخطوات المهمة في عملية إيقاف التشغيل أن تكون الخطوة الأخيرة هي عزل وخفض ضغط غاز التدريع. أولا، عزل وخفض ضغط غلاف المضخة. بمجرد أن تصبح المضخة في حالة آمنة، يمكن إيقاف ضغط إمداد غاز التدريع وإزالة ضغط الغاز من الأنابيب التي تربط لوحة الخطة 74 بالسداد الميكانيكي. قم بتصريف كافة السوائل من النظام قبل البدء في أي أعمال صيانة.
توفر موانع تسرب الهواء لمضخة الضغط المزدوجة جنبًا إلى جنب مع أنظمة دعم الخطة 74 للمشغلين حل ختم عمود بدون انبعاثات، واستثمار رأسمالي أقل (مقارنة بالأختام مع أنظمة حاجز السائل)، وانخفاض تكلفة دورة الحياة، وبصمة نظام دعم صغيرة والحد الأدنى من متطلبات الخدمة.
عند تركيبه وتشغيله وفقًا لأفضل الممارسات، يمكن أن يوفر حل الاحتواء هذا موثوقية طويلة المدى ويزيد من توفر المعدات الدوارة.
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.
مارك سافاج هو مدير مجموعة المنتجات في جون كرين. حصل سافاج على بكالوريوس العلوم في الهندسة من جامعة سيدني بأستراليا. لمزيد من المعلومات قم بزيارة johncrane.com.