Сістэмы падвойнага механічнага ўшчыльнення: калі і чаму іх выкарыстоўваць

Уводзіны

Падвойнае механічнае ўшчыльненне звычайна выбіраецца, калі ўцечку нельга разглядаць як нязначную праблему тэхнічнага абслугоўвання, а як рызыку для бяспекі, навакольнага асяроддзя або надзейнасці. У помпах, якія перакачваюць небяспечныя, лятучыя, абразіўныя або дрэнна змазваючыя вадкасці, канструкцыя з падвойным ушчыльненнем дадае другі бар'ер стрымлівання і звычайна працуе з сістэмай падтрымкі для стабілізацыі ўмоў працы. У гэтым артыкуле тлумачыцца, калі гэтая дадатковая складанасць апраўданая, якія фактары працэсу ўплываюць на рашэнне і чаму выбар ушчыльнення ўплывае на кантроль выкідаў, тэрмін службы абсталявання і незапланаваныя прастоі. Ад зніжэння рызыкі да эканомікі эксплуатацыі, абмеркаванне забяспечвае практычную аснову для вызначэння таго, калі падвойнае механічнае ўшчыльненне з'яўляецца правільным інжынерным выбарам.

Чаму важны выбар падвойнага механічнага ўшчыльнення

У сучасных аперацыях з абсталяваннем для перамяшчэння вадкасцей і круцільным абсталяваннем,механічнае ўшчыльненне выступае ў якасці асноўнага бар'ерапаміж працэснымі вадкасцямі і знешнім асяроддзем. Хоць адзінарных механічных ушчыльненняў дастаткова для бяспечнага прымянення, спецыфікацыя сістэмы падвойных механічных ушчыльненняў становіцца найважнейшым інжынерным патрабаваннем, калі запас памылкі набліжаецца да нуля. Выбар адпаведнай тэхналогіі ўшчыльнення - гэта не проста пытанне ўтрымання вадкасці; гэта фундаментальны фактар ​​бяспекі завода, адпаведнасці экалагічным патрабаванням і доўгатэрміновай эксплуатацыйнай прыбытковасці.

Рашэнне аб рэалізацыі канфігурацыі з падвойным ушчыльненнем кардынальна змяняе архітэктуру помпавай сістэмы. Яно ўводзіць другасную абалонку, дапаможныя сістэмы падтрымкі і складаную дынаміку вадкасці, якія павінны старанна кіравацца. Разуменне дакладных профіляў рызык і эксплуатацыйных наступстваў, якія патрабуюць гэтай мадэрнізацыі, з'яўляецца першым крокам у адказным праектаванні ратацыйнага абсталявання.

Рызыкі надзейнасці і бяспекі

Найбольш неадкладным абгрунтаваннем выкарыстання падвойных механічных ушчыльненняў з'яўляецца зніжэнне рызык катастрафічных паломак. У прымяненні пад высокім ціскам або высокай тэмпературай, якія ўключаюць лёгкаўзгаральныя, таксічныя або выбуховыя вадкасці, раптоўны выхад з ладу першаснага ўшчыльнення можа прывесці да неадкладнай лакалізаванай небяспекі. Вадкасці з тэмпературай успышкі ніжэй за 60°C (140°F), узроўнем небяспекі для здароўя NFPA 3 або 4, або тыя, што ўтрымліваюць небяспечныя забруджвальнікі паветра (ЗЗА), патрабуюць дадатковай герметызацыі для прадухілення ўтварэння воблакаў пары або пажару.

Выкарыстоўваючы другасную ўшчыльняльную паверхню, аб'екты значна паляпшаюць сярэдні час напрацоўкі паміж адмовамі (MTBF) абсталявання, часта падаўжаючы тэрмін эксплуатацыі на 150–300 % у параўнанні з адзінарнымі ўшчыльняльнікамі ў ідэнтычных сістэмах. Калі ўнутранае ўшчыльненне пашкоджана, знешняе ўшчыльненне часова ўтрымлівае тэхналагічную вадкасць або бар'ерную вадкасць, што дазваляе аператарам выконваць кантраляванае адключэнне, а не сутыкацца з аварыйным катастрафічным выкідам.

Праблемы з выкідамі і ўцечкамі

Строгія экалагічныя нормы прымушаюць сучасныя аб'екты дасягаць амаль нулявога ўзроўню ўцечак. Рэгулятарныя базы, такія як Метад 21 Агенцтва па ахове навакольнага асяроддзя ЗША або Дырэктыва аб прамысловых выкідах у Еўропе, усталёўваюць строгія парогі ўцечак лятучых арганічных злучэнняў (ЛОС), часта ўстанаўліваючы ліміты ніжэй за 500 частак на мільён (ppm), а ў некаторых юрысдыкцыях — да 50 ppm.

Адзінарнае ўшчыльненне, паводле сваёй канструкцыі, абапіраецца на мікраскапічную плёнку вадкасці для змазвання сваіх паверхняў, што непазбежна прыводзіць да нязначнага выпарэння (звычайна ад 1 да 5 грамаў у гадзіну) і выкідаў у атмасферу.Падвойныя механічныя ўшчыльненні, асабліва тыя, што выкарыстоўваюць бар'ерную вадкасць пад ціскам (API 682 Кампазіцыя 3), цалкам выключаюць выкіды тэхналагічных вадкасцей у атмасферу, замяняючы патэнцыйную ўцечку працэсу слядовай колькасцю бяспечнай бар'ернай вадкасці.

Уплыў на вытворчасць і тэхнічнае абслугоўванне

Акрамя патрабаванняў бяспекі і аховы навакольнага асяроддзя, выбар ушчыльняльнікаў моцна ўплывае на даступнасць абсталявання і бюджэт на тэхнічнае абслугоўванне.Паломкі механічных ушчыльненняў складаюць амаль 70%усіх тэхнічных работ па тэхнічным абслугоўванні цэнтрабежных помпаў. Тыповая замена ўшчыльнення помпы патрабуе ад 8 да 24 гадзін працы і звязанага з гэтым прастою, што можа прывесці да страт вытворчасці ад 10 000 да больш чым 50 000 долараў ЗША ў гадзіну ў бесперапынных нафтахімічных працэсах.

Падвойныя механічныя ўшчыльненні ізалююць дакладна прыціснутыя паверхні ўшчыльнення ад жорсткіх умоў працэсу. Забяспечваючы чыстую, халодную і высоказмазвальную бар'ерную вадкасць, паверхні ўшчыльнення абараняюцца ад сухога ходу, абразіўнага зносу і цеплавой дэфармацыі, што значна падаўжае тэрмін службы помпы і скарачае колькасць незапланаваных тэхнічных умяшанняў.

Што такое падвойнае механічнае ўшчыльненне

Падвойнае механічнае ўшчыльненне, якое ў сучасных інжынерных стандартах часта называюць падвойным ушчыльненнем, складаецца з двух незалежных механічных ушчыльненняў, якія працуюць паслядоўна або паралельна ў адной камеры ўшчыльнення. Такая канфігурацыя стварае поласць паміж двума ўшчыльненнямі, запоўненую другаснай вадкасцю, вядомай як буферная або бар'ерная вадкасць, якая служыць для змазкі паверхняў ушчыльнення, рассейвання цяпла і забеспячэння другаснага ахоўнага пласта.

Фундаментальная архітэктура абапіраецца на ўзаемадзеянне паміж унутраным ушчыльненнем (якое непасрэдна ўзаемадзейнічае з тэхналагічнай вадкасцю) і вонкавым ушчыльненнем (якое ўзаемадзейнічае з атмасферай). Дынаміка другаснай вадкасці вызначае дакладную класіфікацыю і функцыянальныя магчымасці вузла падвойнага ўшчыльнення.

Асноўнае вызначэнне і прынцып дзеяння

Прынцып працы падвойнага ўшчыльнення цалкам залежыць ад перападу ціску, які падтрымліваецца ў поласці паміж унутраным і вонкавым ушчыльненнямі. Калі ціск вадкасці ў поласці падтрымліваецца ніжэйшым за ціск у сальніку працэсу, яна называецца «буфернай вадкасцю» (канструкцыя 2). У гэтым стане ўнутранае ўшчыльненне змазваецца тэхналагічнай вадкасцю, і любая ўцечка працэсу ўлоўліваецца буфернай вадкасцю.

І наадварот, калі вадкасць у поласці знаходзіцца пад ціскам, вышэйшым за ціск працэсу — звычайна ён падтрымліваецца на 1,5–2,0 бар (22–29 фунтаў на квадратны дюйм) вышэй за максімальны дынамічны ціск у сальніку, што часта патрабуе хуткасці цыркуляцыі ад 2 да 8 літраў у хвіліну — яна называецца «бар'ернай вадкасцю» (схема 3). У гэтых умовах бар'ерная вадкасць змазвае як унутраныя, так і вонкавыя паверхні ўшчыльнення. Калі ўнутранае ўшчыльненне зношваецца, бар'ерная вадкасць прасочваецца ўнутр працэсу, гарантуючы нулявую вонкавую ўцечку небяспечнага асяроддзя працэсу.

Параўнанне з адзінарнымі ўшчыльняльнікамі

Разуменне дакладных адрозненняў паміж канфігурацыямі з адным і двума ўшчыльняльнікамі мае важнае значэнне для аналізу выдаткаў і рызык на працягу жыццёвага цыклу. Даданне другаснага ўшчыльнення кардынальна змяняе эксплуатацыйныя ўмовы помпы.

Ушчыльняльныя прыстасаванні і арыентацыя паверхні

Падвойныя ўшчыльняльнікі распрацаваны ў некалькіх розных геаметрычных размяшчэннях, каб задаволіць розныя прасторавыя абмежаванні і патрабаванні да ціску. Састарэлая тэрміналогія «спіна да спіны», «твар да твару» і «тандем» у значнай ступені была заменена класіфікацыямі API 682, хоць фізічная арыентацыя засталася актуальнай.

Пры арыентацыі «спіна да спіны» круцяцца ўшчыльняльныя кольцы павернуты адно да аднаго, што выдатна падыходзіць для бар'ерных вадкасцей высокага ціску (часта разлічаных на 40-60 бар / 580-870 фунтаў на квадратны дюйм), але ўнутранае ўшчыльняльнае мацаванне падвяргаецца ўздзеянню тэхналагічнай вадкасці. Пры арыентацыі «твар да твару» выкарыстоўваецца агульнае стацыянарнае спалучальнае кольца, і яна часта выкарыстоўваецца ў сальніках з абмежаванай прасторай. Тандемная арыентацыя (часта канструкцыя 2) размяшчае абодва ўшчыльняльныя кольцы павернутымі ў адзін бок, што дазваляе вонкаваму ўшчыльняльнаму кольцу вытрымліваць поўны тэхналагічны ціск у выпадку паломкі ўнутранага ўшчыльняльнага кольца, што робіць яго пераважным выбарам для выпарвання пад высокім ціскам.

Калі выкарыстоўваць падвойнае механічнае ўшчыльненне

Выбар падвойнага механічнага ўшчыльнення патрабуе балансавання паміж высокімі першапачатковымі капітальнымі выдаткамі і эксплуатацыйнай неабходнасцю. Не ўсе агрэсіўныя вадкасці патрабуюць падвойных ушчыльненняў; удасканаленні ў галіне матэрыялаў паверхні адзінарнага ўшчыльнення і планаў прамывання пашырылі іх магчымасці. Аднак канкрэтныя эксплуатацыйныя парогі і характарыстыкі вадкасці ствараюць неабмяркоўныя патрабаванні да ўкаранення падвойнага ўшчыльнення.

Інжынеры павінны сістэматычна ацэньваць фізічныя ўласцівасці тэхналагічнай вадкасці, асяроддзе эксплуатацыі і наступствы няўдачы, каб вызначыць, калі пераход ад адзінарнага да падвойнага ўшчыльнення тэхнічна і эканамічна апраўданы.

Умовы эксплуатацыі, якія апраўдваюць выкарыстанне

Некалькі жорсткіх умоў эксплуатацыі непазбежна апраўдваюць складанасць падвойнага ўшчыльнення. Вадкасці з высокай канцэнтрацыяй абразіўных часціц — звычайна больш за 10% цвёрдых рэчываў па вазе — хутка пашкоджваюць паверхні адзінарнага ўшчыльнення. Падвойнае ўшчыльненне пад ціскам цалкам ізалюе гэтыя паверхні ад абразіваў.

Акрамя таго, вадкасці з дрэннай змазвальнай здольнасцю, такія як лёгкія вуглевадароды з глейкасцю ніжэй за 0,5 сП, незмазвальныя растваральнікі або гарачая вада, часта імгненна выпараюцца на адной паверхні ўшчыльнення, што прыводзіць да сухога руху і цеплавога расколінавання. Працоўныя вадкасці, якія працуюць пры ціску пары, блізкім да іх, патрабуюць падвойнага ўшчыльнення, дзе стабільная змазвальная бар'ерная вадкасць можа падтрымліваць жыццёва важную плёнку вадкасці паміж круцільнай і нерухомай паверхнямі.

Асноўныя крытэрыі выбару

Асноўныя крытэрыі выбару тычацца тэмпературы, ціску, таксічнасці і рызык палімерызацыі. Прымяненне пры экстрэмальных тэмпературах (напрыклад, вышэй за 200°C / 400°F) часта патрабуе падвойных ушчыльненняў з вонкавым контурам астуджэння, каб падтрымліваць паверхні ўшчыльненняў у межах іх цеплавых межаў і прадухіліць дэградацыю эластамера.

Палімерызуючыя вадкасці, якія цвярдзеюць або крышталізуюцца пры кантакце з атмасферным кіслародам, уяўляюць сабой унікальную праблему. Калі выкарыстоўваецца адно ўшчыльненне, то нават самая нязначная атмасферная ўцечка будзе крышталізавацца на яго баку, што прывядзе да хуткага абразіўнага зносу і завісання дынамічных ушчыльняльных кольцаў. Падвойнае ўшчыльненне з сумяшчальнай бар'ернай вадкасцю прадухіляе ўздзеянне атмасферных умоў і наступную крышталізацыю.

Практычны працоўны працэс выбару

Практычны працоўны працэс выбару ўшчыльняльнікаўпавінны прытрымлівацца ўстаноўленых галіновых рамак, такіх як працэдура выбару API 682, дадатак А. Працоўны працэс пачынаецца з вызначэння класіфікацыі небяспекі вадкасці. Калі вадкасць вельмі таксічная або лёгкаўзгаральная, аўтаматычна выбіраецца кампазіцыя 3 (падвойнае ўшчыльненне пад ціскам).

Калі вадкасць не з'яўляецца небяспечнай, інжынер ацэньвае яе фізічныя ўласцівасці (напрыклад, межы пара ніжэй за 0,35 бар, глейкасць ніжэй за 0,5 сП або ўтрыманне часціц больш за 10%). Калі гэтыя ўласцівасці выходзяць за межы эксплуатацыйных межаў аднаго ўшчыльнення, працоўны працэс пераключаецца на Кампазіцыя 2 (падвойнае ўшчыльненне без ціску) або Кампазіцыя 3, у залежнасці ад таго, ці з'яўляецца асноўнай мэтай рэзервовая герметызацыя або абсалютная ізаляцыя паверхні.

Кампрамісы паміж інжынерыяй і адпаведнасць патрабаванням

Укараненне падвойнага механічнага ўшчыльнення ніколі не з'яўляецца асобнай мадэрнізацыяй абсталявання; яно патрабуе інтэграцыі складаных дапаможных сістэм падтрымкі. Гэтыя сістэмы рэгулююць ціск, тэмпературу і чысціню буфернай або бар'ернай вадкасці, і іх канструкцыя гэтак жа важная, як і само ўшчыльненне.

Пры праектаванні гэтых сістэм інжынеры сутыкаюцца з мноствам кампрамісаў, знаходзячы баланс паміж строгім выкананнем міжнародных стандартаў і абмежаваннямі фізічнай прасторы завода, даступнасцю камунальных паслуг і сумяшчальнасцю матэрыялаў.

Сістэмы падтрымкі і планы API

Падвойныя ўшчыльненні цалкам абапіраюцца на схемы трубаправодаў API. Падвойнае ўшчыльненне без ціску звычайна выкарыстоўвае план API 52, які цыркулюе буферную вадкасць з вонкавага рэзервуара (звычайна ёмістасцю ад 12 да 20 літраў, прызначанага для рассейвання цяпла паверхні ўшчыльнення ад 1 да 5 кВт). Гэты план патрабуе падключэння да факельнай сістэмы або сістэмы рэкуперацыі пароў для бяспечнага ліквідацыі ўцечкі з унутранага ўшчыльнення.

У падвойных ушчыльняльніках пад ціскам выкарыстоўваецца API Plan 53 (A, B або C) або Plan 54. У Plan 53A выкарыстоўваецца рэзервуар пад ціскам газу, абмежаваны прыкладна 10,3 бар (150 фунтаў на квадратны дюйм), каб прадухіліць паглынанне газу ў бар'ерную вадкасць. Для больш высокага ціску ў Plan 53B выкарыстоўваецца балонны акумулятар, а ў Plan 53C — поршневы акумулятар, які прыводзіцца ў рух ціскам працэсу. Plan 54, найбольш складаны, выкарыстоўвае цэнтралізаваную знешнюю сістэму змазкі для адначасовай падачы бар'ернай вадкасці да некалькіх помпаў.

Матэрыялы, астуджэнне і канструкцыя трубаправодаў

Выбар матэрыялу ў сістэме ўшчыльнення і падтрымкі павінен улічваць як тэхналагічнае асяроддзе, так і бар'ерную вадкасць. Паверхні ўшчыльнення звычайна вырабляюцца з высакаякасных матэрыялаў, такіх як спечаны карбід крэмнію (SiC) або карбід вальфраму (TC) з нікелевым злучэннем, каб вытрымліваць высокія значэнні ціску і хуткасці (PV), якія часта перавышаюць 35 000 бар·м/с (1 000 000 фунтаў на квадратны фут/мін).

Другасныя ўшчыльняльныя элементы (ушчыльняльныя кольцы) вызначаюць цеплавыя межы сістэмы. У той час як стандартныя фторэластамеры (FKM) падыходзяць для тэмператур да 200°C, спецыялізаваныя перфторэластамеры (FFKM) патрабуюцца для тэмператур, якія набліжаюцца да 320°C (608°F). Акрамя таго, канструкцыя трубаправодаў для астуджальных контураў павінна мінімізаваць страты на трэнне; выкарыстанне трубак дыяметрам менш за 0,5 цалі (12,7 мм) можа абмежаваць паток у тэрмасіфоне, што прывядзе да катастрафічнага перагрэву ўшчыльнення.

Адпаведнасць і стандарты завода

Адпаведнасць міжнародным стандартам гарантуе базавую бяспеку і надзейнасць, але ўводзіць значныя інжынерныя абмежаванні. У нафтагазавай і нафтахімічнай галінах API 682 (4-е выданне) і ISO 21049 дыктуюць строгія патрабаванні да памераў камеры ўшчыльнення, працэдур дынамічных кваліфікацыйных выпрабаванняў на працягу 100 гадзін і прыбораў.

Для аб'ектаў, якія працуюць у выбуханебяспечных асяроддзях, неабходна выконваць патрабаванні Дырэктывы ATEX (у Еўропе) або

Як прыняць канчатковае рашэнне

Асноўныя высновы

• Найважнейшыя высновы і абгрунтаванне падвойнага механічнага ўшчыльнення
• Праверка спецыфікацый, адпаведнасці і рызык, якія варта праверыць перад тым, як рабіць высновы
• Практычныя наступныя крокі і засцярогі, якія чытачы могуць ужыць адразу

Часта задаваныя пытанні

Калі варта выкарыстоўваць падвойнае механічнае ўшчыльненне?

Выкарыстоўвайце яго, калі перапампоўваемая асяроддзе з'яўляецца таксічным, лёгкаўзгаральным, абразіўным, мае высокую тэмпературу або схільнае да крышталізацыі, а таксама калі ўцечку неабходна мінімізаваць дзеля бяспекі або адпаведнасці патрабаванням.

Чаму падвойнае механічнае ўшчыльненне лепшае за адзінарнае ў небяспечных умовах эксплуатацыі?

Гэта дадае другую герметызацыйную паверхню і буферную або бар'ерную вадкасць, таму ў выпадку пагаршэння стану першаснага ўшчыльнення ўцечка будзе стрымана дастаткова доўга для кантраляванага тэхнічнага абслугоўвання або адключэння.

У чым розніца паміж буфернай вадкасцю і бар'ернай вадкасцю?

Буферная вадкасць звычайна не знаходзіцца пад ціскам і падтрымлівае вонкавае ўшчыльненне; бар'ерная вадкасць знаходзіцца пад ціскам вышэй за ціск у камеры ўшчыльнення, каб прадухіліць трапленне тэхналагічнай вадкасці ў атмасферу.

Ці можа Victor Seals пастаўляць падвойныя механічныя ўшчыльняльнікі, сумяшчальныя з вытворцамі арыгінальнага абсталявання, для прамысловых помпаў?

Так. Victor Seals прапануе ўшчыльняльныя рашэнні, сумяшчальныя з вытворцамі арыгінальнага абсталявання, і запасныя ўшчыльняльныя рашэнні для многіх марак помпаў, якія выкарыстоўваюцца ў хімічнай, марской, нафтагазавай і воднай прамысловасці.

Як падвойнае механічнае ўшчыльненне можа скараціць час прастою помпы пры тэхнічным абслугоўванні?

Забяспечваючы больш халодныя, чыстыя і лепш змазаныя паверхні ўшчыльнення, гэта памяншае сухі ход, знос і раптоўныя ўцечкі, што дапамагае падоўжыць тэрмін службы ўшчыльнення і скараціць колькасць незапланаваных прыпынкаў.