Калі варта выкарыстоўваць металічнае сильфоннае механічнае ўшчыльненне?

Калі выбіраць металічнае сильфоннае механічнае ўшчыльненне

Металічныя сильфонныя механічныя ўшчыльненні ўяўляюць сабой крытычна важнае інжынернае рашэнне для круцільнага абсталявання, якое працуе па-за стандартнымі параметрамі традыцыйных ушчыльненняў на аснове эластамераў. Замяняючы дынамічнае другаснае ўшчыльненне і некалькі спіральных спружын звараным металічным сильфонным стрыжнем, гэтыя ўшчыльненні забяспечваюць як неабходную сілу спружыны пры нагрузцы на паверхню, так і герметычную мяжу другаснага ўшчыльнення. Гэтая спецыялізаваная архітэктура кардынальна змяняе эксплуатацыйныя межы помпы, дазваляючы бесперапынную працу ў асяроддзях, якія хутка пагаршаюць стандартныя механізмы ўшчыльнення.

Тэмпература, ціск і хуткасць вала

Звычайна інжынеры пераходзяць на металічныя сильфоны, калі параметры працэсу перавышаюць бяспечныя эксплуатацыйныя межы стандартных ушчыльняльных кольцаў. Стандартнае аднаслаёвае металічнае сильфоннае ўшчыльненне са зваранымі краямі камфортна вытрымлівае рабочыя тэмпературы ад -75°C да 400°C (ад -100°F да 750°F), значна перавышаючы тыповыя тэрмічныя межы ад 150°C да 200°C для эластамераў Viton або Kalrez. У крыягенных умовах пры апрацоўцы звадкаваных газаў металічная канструкцыя захоўвае сваю гнуткасць у той час як гума стала б далікатнай і разбурылася б.

Ціскавыя ўшчыльняльнікі аднолькава ўстойлівыя. У той час як стандартныя зварныя краю сильфоны надзейна працуюць да 20 бар (290 фунтаў на квадратны дюйм), спецыялізаваныя шматслаёвыя або гідрафармаваныя сильфоны могуць вытрымліваць ціск, які перавышае 69 бар (1000 фунтаў на квадратны дюйм). Акрамя таго, гэтыя ўшчыльненні падтрымліваюць стабільнае адсочванне паверхні пры хуткасці паверхні вала да 25 метраў у секунду (5000 футаў у хвіліну), што робіць іх вельмі прыдатнымі длявысакахуткасныя цэнтрабежныя помпыпатрабавальнымпрамысловыя працэсы.

Хімічная сумяшчальнасць, цвёрдыя рэчывы і чысціня

Статычны характар ​​другаснага ўшчыльнення ў канструкцыі сильфона вырашае праблему захрасання эластамера — асноўнага тыпу паломкі ўшчыльненняў штурхача, калі ўшчыльняльнае кольца прыліпае да вала з-за хімічнай дэградацыі або лакальнага забруджвання. Гэта робіць металічныя сильфоны выключна прыдатнымі для вадкасцей з высокай хімічнай агрэсіўнасцю, у тым ліку моцных кіслот, растваральнікаў і шчолачных раствораў, якія разбураюць арганічныя злучэнні.

Пры працы з насычанымі часціцамі асяроддзямі або пульпамі, якія змяшчаюць да 10% цвёрдых рэчываў па вазе, канструкцыі з круцільнымі сильфонамі выкарыстоўваюць цэнтрабежную сілу, каб пастаянна адкідваць часціцы ад звілін, прадухіляючы засмечванне. Аднак падчас першапачатковай прамыўкі сістэмы патрабуецца строгая чысціня. Любыя цвёрдыя металічныя адклады або трубаправодная акаліна, якія трапляюць паміж шчыльна размешчанымі створкамі сильфона падчас запуску, могуць абмежаваць восевы рух, выклікаць лакалізаваную канцэнтрацыю напружанняў і прывесці да заўчаснага разбурэння ад стомленасці.

Як працуе металічнае сильфоннае механічнае ўшчыльненне

Структурная механіка металічнага сильфоннага ўшчыльнення кардынальна змяняе тое, як дасягаюцца нагрузка на паверхню і гідраўлічная балансіроўка ў сальніку помпы. У адрозненне ад штурхальных ушчыльненняў, якія абапіраюцца на асобныя спіральныя спружыны, бесперапынны сильфонны блок раўнамерна размяркоўвае нагрузку спружыны па паверхні ўшчыльнення на 360 градусаў, аптымізуючы плёнку вадкасці паміж круцільнымі і нерухомымі кампанентамі.

Прадукцыйнасць у параўнанні з штурхачнымі ўшчыльняльнікамі

Гэта раўнамерная нагрузка непасрэдна ўплывае на кінетычную стабільнасць паверхняў ушчыльнення пры розных гідраўлічных умовах. Выключэнне слізгальнага эластамера з'яўляецца найбольш значным фактарам пры ацэнцы прадукцыйнасці.

Выключаючы дынамічнае ўшчыльняльнае кольца, сильфоннае ўшчыльненне ліквідуе струганне вала. Струганне ўзнікае, калі мікрарухі эластамера з часам пашкоджваюць гільзу помпы, што прыводзіць да дарагой замены вала і пастаянных шляхоў уцечкі пад ушчыльненнем.

Уцечка, крутоўны момант і надзейнасць

Гідраўлічная балансіроўка з'яўляецца неад'емнай часткай канструкцыі металічных сильфонаў са зварнымі краямі і дасягаецца шляхам размяшчэння эфектыўнага дыяметра сильфона адносна паверхні ўшчыльнення. Гэта аптымізаванае каэфіцыент балансавання (звычайна распрацоўваецца ў межах ад 0,65 да 0,80) мінімізуе выпрацоўку цяпла ад трэння і зносу, значна зніжаючы ўзровень уцечак практычна да невыяўляльнага ўзроўню пры нармальнай працы ў стацыянарным рэжыме.

Перадача крутоўнага моманту ажыццяўляецца непасрэдна праз стрыжань сильфона або праз спецыяльныя прывадныя выступы ў умовах больш высокага ціску, што гарантуе, што пускавы крутоўны момант не будзе скручваць і зрушваць металічныя пласцінкі. У высокатэмпературных умовах нафтаперапрацоўкі замена няспраўнага ўшчыльнення штурхача на належным чынам паказанае металічнае сильфоннае ўшчыльненне часта падаўжае сярэдні час напрацоўкі паміж адмовамі (MTBF) з гістарычна нізкіх 8-12 месяцаў да больш чым 36 месяцаў, што забяспечвае значнае павышэнне агульнай надзейнасці абсталявання.

Умовы эксплуатацыі, якія апраўдваюць яго выкарыстанне

Выбар металічнага сильфоннага ўшчыльнення рэдка з'яўляецца выбарам па змаўчанні для бяспечнага водазабеспячэння з-за больш высокіх пачатковых капітальных выдаткаў. Хутчэй, гэта стратэгічная мадэрнізацыя, якая ўжываецца, калі пэўныя неспрыяльныя ўмовы эксплуатацыі робяць ушчыльненні штурхача механічна або хімічна неэфектыўнымі.

Высокая і нізкая тэмпература, вакуум і дрэнная змазка

Тэмпературныя экстрэмальныя тэмпературы з'яўляюцца асноўным фактарам, які ўплывае на спецыфікацыю сильфонаў. У крыягенных умовах пры апрацоўцы вадкага азоту або звадкаванага прыроднага газу пры тэмпературах да -196°C (-320°F) эластамеры адразу ж выходзяць з ладу. І наадварот, у сістэмах цепланосбіта або ніжніх пластах нафтаперапрацоўчых заводаў, якія працуюць бесперапынна пры тэмпературы ад 350°C да 425°C, арганічныя эластамеры плавяцца або карбанізуюцца. Металічныя сильфоны захоўваюць сваю дакладную механічную пругкасць і цэласнасць герметычнасці ва ўсім гэтым тэмпературным дыяпазоне.

Акрамя таго, у вакуумных сістэмах, дзе ціск паніжаецца да 0,1 бара абсалютнага ціску, або ў сістэмах, якія пакутуюць ад перыядычнага сухога ходу і дрэннай змазкі, аптымізаваная, раўнамерная нагрузка на паверхню сильфона дапамагае падтрымліваць крытычна важную плёнку вадкасці. Гэта прадухіляе катастрафічныя пашкоджанні паверхні і тэрмічныя расколіны, якія звычайна ўзнікаюць, калі ўшчыльненне штурхача губляе свой змазваючы бар'ер.

Каразійныя вадкасці, рызыка коксавання і рух вала

Вадкасці, якія палімерызуюцца або коксуюцца пад уздзеяннем атмасферных тэмператур, такія як цяжкія вуглевадароды, асфальт і рэшткі сырой нафты, уяўляюць сур'ёзную небяспеку для стандартных ушчыльненняў. Па меры таго, як гэтыя вадкасці мікраскапічна прасочваюцца праз паверхні ўшчыльнення і астываюць, яны ўтвараюць цвёрдыя вугляродныя адклады. У штурхальным ушчыльненні гэта коксаванне блакуе дынамічнае ўшчыльняльнае кольца, што прыводзіць да неадкладнага разбурэння ўшчыльнення. Металічнае сильфоннае ўшчыльненне, пазбаўленае слізгальных другасных эластамераў, працягвае адсочваць паверхню ўшчыльнення нават пры ўмераным коксаванні з боку атмасферы.

Акрамя таго, сильфон можа вытрымліваць значныя восевыя зрухі вала — часта да +/- 2,0 мм — выкліканыя цеплавым пашырэннем вала помпы пры эксплуатацыі пры высокіх тэмпературах. Ён паглынае гэтае зрушэнне памераў за кошт выгібу зварных звілін, не парушаючы ўшчыльняльны зазор і не пашкоджваючы ўтулку вала.

Межы, рэжымы адмоваў і кампрамісы

Нягледзячы на ​​сваю трывалую канструкцыю, металічныя сильфонныя ўшчыльняльнікі маюць розныя эксплуатацыйныя абмежаванні і недахопы. Асноўным відам разбурэння з'яўляецца круцільны зрух; калі паверхні ўшчыльнення зліпаюцца з-за крышталізацыі прадукту падчас спынення помпы, вярчальная сіла пры запуску можа імгненна разарваць звараныя звілістыя паверхні.

Акрамя таго, тонкія металічныя пласцінкі (звычайна таўшчынёй ад 0,10 мм да 0,15 мм) вельмі схільныя да стомленасці ад вібрацыі абсталявання. Узровень вібрацыі, які перавышае 4,5 мм/с RMS, можа выклікаць гарманічны рэзананс, што прыводзіць да хуткага разбурэння зварных швоў. Нарэшце, капітальныя выдаткі з'яўляюцца значным кампрамісам, бо металічныя сильфонныя ўшчыльняльнікі з краёвай зваркай звычайна патрабуюць у 1,5-3,0 разы большай кошту ў параўнанні са стандартнымі штурхачнымі ўшчыльняльнікамі, што патрабуе выразнага абгрунтавання прыбытковасці інвестыцый, заснаванага на падоўжаным часе бесперабойнай працы.

Як вызначыць і ўсталяваць металічнае сильфоннае механічнае ўшчыльненне

Паспяховае ўкараненне металічнага сильфоннага механічнага ўшчыльнення ў значнай ступені залежыць ад строгіх спецыфікацый матэрыялаў і дакладных практык мантажу. Паколькі гэтыя ўшчыльненні прызначаны для суровай эксплуатацыі, неаптымальная металургія або няправільнае механічнае выраўноўванне хутка знішчаць іх перавагі ў эксплуатацыі.

Металургія, матэрыялы паверхняў і канфігурацыя ўшчыльнення

Металургія стрыжня сильфона павінна быць старанна падабрана ў адпаведнасці з тэхналагічнай вадкасцю. Нержавеючая сталь AM350 з'яўляецца стандартам для агульных высокатэмпературных ужыванняў, прапаноўваючы выдатную зварвальнасць і ўстойлівасць да стомленасці. Для высокаагрэсіўных асяроддзяў, якія ўключаюць хларыды або кіслы газ (H2S), інжынеры пераходзяць на сплавы C-276 (Hastelloy) або 718 (Inconel), якія забяспечваюць найвышэйшую ўстойлівасць да каразійнага расколу і кропкавай карозіі пад напружаннем.

Камбінацыі ўшчыльняльных паверхняў звычайна спалучаюць нерухомае кольца з карбіду крэмнію (SiC) і круцільнае кольца з вугляроднага графіту высокай шчыльнасці для аптымальнай змазкі. Аднак для высокаабразіўных работ можа спатрэбіцца спалучэнне цвёрдых ушчыльненняў, напрыклад, SiC і карбіду вальфраму (TC). Канфігурацыі вызначаюцца стандартамі API 682, прычым камбінацыя 1 (адзінарнае ўшчыльненне) выкарыстоўваецца для стандартных высокатэмпературных вадкасцей, а камбінацыя 2 або 3 (падвойныя ўшчыльненні без ціску або пад ціскам) абавязковая для небяспечных або лятучых арганічных злучэнняў (ЛОС).

Усталёўка, выраўноўванне, запуск і маніторынг

Канструкцыі картрыджных ушчыльненняўсталі галіновым стандартам, аб'ядноўваючы сильфон, паверхні і сальніковую пласціну ў адзіны папярэдне ўсталяваны блок, што выключае неабходнасць ручных вымярэнняў на вале помпы. Падчас усталёўкі неабходна строга праверыць біццё вала помпы; агульнае паказанне індыкатара (TIR) ​​не павінна перавышаць 0,05 мм (0,002 цалі), каб прадухіліць празмернае, нераўнамернае згінанне звілін сильфона.

Працэдуры запуску для высокатэмпературных ужыванняў патрабуюць кантраляванай фазы папярэдняга нагрэву, часта з выкарыстаннем знешняй прамыўкі па плане API 32 або паравой загартоўкі па плане API 62. Корпус помпы і камера ўшчыльнення павінны награвацца з максімальнай хуткасцю 50°C у гадзіну, каб прадухіліць цеплавы ўдар па далікатных паверхнях карбіду крэмнію. Пастаянны кантроль тэмпературы прамыўкі і ціску ў камеры ўшчыльнення мае вырашальнае значэнне для забеспячэння таго, каб тэмпература вадкасці заставалася не менш за 15°C ніжэйшай за ціск пары, што прадухіляе ўспыхванне і працу ўсухую на паверхнях ушчыльнення.

Структура прыняцця рашэнняў па выбары ўшчыльняльнікаў

Пераход на металічнае сильфоннае механічнае ўшчыльненне патрабуе структураванай ацэнкі ўмоў працэсу, гісторыі адмоваў і агульных выдаткаў на працягу жыццёвага цыклу. Стандартызаваная структура прыняцця рашэнняў дазваляеінжынеры па надзейнасці заводаўаб'ектыўна абгрунтаваць капітальныя выдаткі, супаставіўшы першапачатковую цану пакупкі з доўгатэрміновай эканоміяй ад эксплуатацыі.

Кантрольны спіс прыкладанняў

Наступная матрыца служыць асноўным кантрольным спісам для вызначэння таго, ці з'яўляецца металічнае сильфоннае ўшчыльненне неабходным тэхнічным рашэннем для дадзенай помпавай сістэмы.

Калі хаця б адзін крытэрый з гэтага спісу будзе выкананы, уласцівыя канструктыўныя абмежаванні стандартнага ўшчыльнення штурхача, верагодна, прывядуць да заўчаснага выхаду з ладу, што робіць канструкцыю з сильфонам тэхнічна і фінансава абгрунтаваным выбарам.

Рызыка, адпаведнасць патрабаванням, бесперабойная праца і кошт замены

Акрамя тэхнічных характарыстык, рашэнне павінна ўлічваць змяншэнне рызык, адпаведнасць экалагічным патрабаванням і агульны час бесперабойнай працы завода. У юрысдыкцыях, дзе дзейнічаюць строгія экалагічныя нормы, металічныя сильфонныя ўшчыльняльнікі з краёвай зваркай адыгрываюць вырашальную ролю ў скарачэнні некантраляваных выкідаў, надзейна падтрымліваючы ўзровень уцечкі лятучых арганічных злучэнняў (ЛОС) значна ніжэй за строгі парог у 500 праміле, устаноўлены Агенцтвам па ахове навакольнага асяроддзя ЗША і аналагічнымі глабальнымі арганізацыямі.

Нягледзячы на ​​тое, што першапачатковы кошт картрыджа з сильфонным упырскам можа вагацца ад 2500 да 8000 долараў у залежнасці ад металургіі і памеру вала, фінансавы аналіз павінен улічваць кошт пазбегнутых прастояў. У галінах бесперапыннага працэсу, такіх як перапрацоўка нафты абонафтахімічная перапрацоўкаАдмова аднаго помпы можа прывесці да выдаткаў на прастой вытворчасці, якія перавышаюць 10 000 долараў у гадзіну. Металічнае сильфоннае ўшчыльненне значна зніжае частату разборкі помпы, бо выключае дэградацыю эластамераў, прадухіляе трэтынг вала і пераносіць цеплавыя пераходныя працэсы. У канчатковым выніку, пры выкарыстанні ў адпаведных экстрэмальных умовах эксплуатацыі агульны кошт валодання (TCO) металічным сильфонным ушчыльненнем значна ніжэйшы, чым у штурхача на працягу пяцігадовага тэрміну службы.

Асноўныя высновы

• Найважнейшыя высновы і абгрунтаванне для металічнага сильфоннага 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 выбраць металічнае сильфоннае механічнае ўшчыльненне?

Выкарыстоўвайце яго, калі помпы сутыкаюцца з экстрэмальнымі тэмпературамі, агрэсіўнымі хімікатамі, высокімі хуткасцямі вала або калі эластамерныя ўшчыльняльныя кольцы выходзяць з ладу з-за захрасання або трэння.

Які дыяпазон тэмператур можа вытрымліваць металічнае сильфоннае механічнае ўшчыльненне?

Тыповыя аднаслаёвыя канструкцыі са зварнымі краямі вытрымліваюць тэмпературу ад -75°C да 400°C, што робіць іх прыдатнымі для крыягенных і высокатэмпературных умоў эксплуатацыі.

Ці лепш выкарыстоўваць металічныя сильфонныя ўшчыльняльнікі для помпаў для хімічных рэчываў і растваральнікаў?

Так. Іх статычнае металічнае другаснае ўшчыльненне прадухіляе ўздзеянне эластамераў, таму яны добра працуюць у кіслотах, растваральніках і шчолаках.

Ці могуць металічныя сильфонныя механічныя ўшчыльняльнікі працаваць у асяроддзях, якія змяшчаюць пульпу або цвёрдыя часціцы?

Так, асабліва канструкцыі з круцільнымі сильфонамі для асяроддзяў з утрыманнем цвёрдых рэчываў да 10%, але прамыўка пры запуску павінна выдаляць металічныя адклады і акілы ў трубах.

Ці можа Victor Seals паставіць запасныя металічныя сильфонныя ўшчыльняльнікі для помпаў OEM?

Так. Victor Seals прапануе ўшчыльняльнікі, сумяшчальныя з вытворцамі арыгінальнага абсталявання, і запасныя ўшчыльняльнікі для такіх брэндаў, як IMO, Alfa Laval, Grundfos, APV, Flygt, Fristam, Lowara і Allweiler.