Le tenute d'aria a doppia pompa booster, adattate dalla tecnologia delle tenute d'aria dei compressori, sono più comuni nel settore delle tenute d'aria.Queste tenute forniscono uno scarico zero del liquido pompato nell'atmosfera, forniscono una minore resistenza all'attrito sull'albero della pompa e funzionano con un sistema di supporto più semplice.Questi vantaggi garantiscono un costo complessivo del ciclo di vita della soluzione inferiore.
Queste tenute funzionano introducendo una fonte esterna di gas pressurizzato tra le superfici di tenuta interna ed esterna.La particolare topografia della superficie di tenuta esercita una pressione aggiuntiva sul gas barriera, provocando la separazione della superficie di tenuta, facendola galleggiare nella pellicola di gas.Le perdite per attrito sono basse poiché le superfici di tenuta non si toccano più.Il gas di barriera passa attraverso la membrana a una portata bassa, consumando il gas di barriera sotto forma di perdite, la maggior parte delle quali fuoriesce nell'atmosfera attraverso le superfici di tenuta esterne.Il residuo penetra nella camera di tenuta e viene infine portato via dal flusso del processo.
Tutte le tenute doppie ermetiche richiedono un fluido pressurizzato (liquido o gas) tra le superfici interna ed esterna del gruppo tenuta meccanica.È necessario un sistema di supporto per fornire questo fluido alla guarnizione.Al contrario, in una doppia tenuta a pressione lubrificata con liquido, il fluido barriera circola dal serbatoio attraverso la tenuta meccanica, dove lubrifica le superfici della tenuta, assorbe calore e ritorna al serbatoio dove deve dissipare il calore assorbito.Questi sistemi di supporto a doppia tenuta a pressione del fluido sono complessi.I carichi termici aumentano con la pressione e la temperatura del processo e possono causare problemi di affidabilità se non calcolati e impostati correttamente.
Il sistema di supporto a doppia tenuta ad aria compressa occupa poco spazio, non richiede acqua di raffreddamento e richiede poca manutenzione.Inoltre, quando è disponibile una fonte affidabile di gas di protezione, la sua affidabilità è indipendente dalla pressione e dalla temperatura del processo.
A causa della crescente adozione sul mercato di tenute d'aria per pompe a doppia pressione, l'American Petroleum Institute (API) ha aggiunto il Programma 74 come parte della pubblicazione della seconda edizione dell'API 682.
74 Un sistema di supporto al programma è in genere un insieme di manometri e valvole montati su pannello che eliminano il gas di barriera, regolano la pressione a valle e misurano la pressione e il flusso di gas verso le tenute meccaniche.Seguendo il percorso del gas barriera attraverso il pannello Plan 74, il primo elemento è la valvola di ritegno.Ciò consente di isolare l'alimentazione del gas di barriera dalla tenuta per la sostituzione dell'elemento filtrante o la manutenzione della pompa.Il gas barriera passa quindi attraverso un filtro a coalescenza da 2 a 3 micrometri (μm) che intrappola liquidi e particelle che possono danneggiare le caratteristiche topografiche della superficie della tenuta, creando una pellicola di gas sulla superficie della tenuta.Seguono un regolatore di pressione e un manometro per impostare la pressione dell'alimentazione del gas barriera alla tenuta meccanica.
Le tenute per gas con pompa a doppia pressione richiedono che la pressione di alimentazione del gas di barriera raggiunga o superi una pressione differenziale minima superiore alla pressione massima nella camera di tenuta.Questa caduta di pressione minima varia in base al produttore e al tipo di guarnizione, ma in genere è di circa 30 libbre per pollice quadrato (psi).Il pressostato viene utilizzato per rilevare eventuali problemi con la pressione di alimentazione del gas di barriera e far suonare un allarme se la pressione scende al di sotto del valore minimo.
Il funzionamento della tenuta è controllato dal flusso del gas di barriera mediante un flussometro.Le deviazioni dalle portate del gas di tenuta riportate dai produttori di tenute meccaniche indicano prestazioni di tenuta ridotte.Il flusso ridotto del gas di barriera può essere dovuto alla rotazione della pompa o alla migrazione del fluido sulla faccia della tenuta (da gas di barriera o fluido di processo contaminati).
Spesso, dopo tali eventi, si verificano danni alle superfici di tenuta e quindi il flusso di gas barriera aumenta.Anche i picchi di pressione nella pompa o la perdita parziale della pressione del gas barriera possono danneggiare la superficie di tenuta.Gli allarmi di flusso elevato possono essere utilizzati per determinare quando è necessario un intervento per correggere il flusso di gas elevato.Il setpoint per un allarme di flusso elevato è generalmente compreso tra 10 e 100 volte il normale flusso di gas di barriera, di solito non determinato dal produttore della tenuta meccanica, ma dipende dalla quantità di perdite di gas che la pompa può tollerare.
Tradizionalmente vengono utilizzati misuratori di portata a calibro variabile e non è raro che i misuratori di portata bassa e alta siano collegati in serie.È quindi possibile installare un flussostato alto sul flussometro di portata alta per emettere un allarme di flusso alto.I misuratori di portata ad area variabile possono essere calibrati solo per determinati gas a determinate temperature e pressioni.Quando si opera in altre condizioni, come le fluttuazioni di temperatura tra estate e inverno, la portata visualizzata non può essere considerata un valore accurato, ma è vicina al valore reale.
Con il rilascio della 4a edizione dell'API 682, le misurazioni di portata e pressione sono passate dall'analogico al digitale con letture locali.I misuratori di portata digitali possono essere utilizzati come misuratori di portata ad area variabile, che convertono la posizione del galleggiante in segnali digitali, o misuratori di portata di massa, che convertono automaticamente il flusso di massa in flusso di volume.La caratteristica distintiva dei trasmettitori di flusso di massa è che forniscono uscite che compensano la pressione e la temperatura per fornire un flusso reale in condizioni atmosferiche standard.Lo svantaggio è che questi dispositivi sono più costosi dei misuratori di portata ad area variabile.
Il problema con l'utilizzo di un trasmettitore di flusso è trovare un trasmettitore in grado di misurare il flusso di gas di barriera durante il normale funzionamento e nei punti di allarme di flusso elevato.I sensori di flusso hanno valori massimi e minimi che possono essere letti con precisione.Tra il flusso zero e il valore minimo, il flusso in uscita potrebbe non essere accurato.Il problema è che all’aumentare della portata massima per un particolare modello di trasduttore di flusso, aumenta anche la portata minima.
Una soluzione è utilizzare due trasmettitori (uno a bassa frequenza e uno ad alta frequenza), ma questa è un'opzione costosa.Il secondo metodo consiste nell'utilizzare un sensore di flusso per il normale intervallo di flusso operativo e utilizzare un flussostato alto con un flussometro analogico per intervallo alto.L'ultimo componente attraverso il quale passa il gas di barriera è la valvola di ritegno prima che il gas di barriera lasci il pannello e si colleghi alla tenuta meccanica.Ciò è necessario per evitare il riflusso del liquido pompato nel pannello e danni allo strumento in caso di disturbi anomali del processo.
La valvola di ritegno deve avere una bassa pressione di apertura.Se la selezione è sbagliata, o se la tenuta d'aria della pompa a doppia pressione ha un basso flusso di gas di barriera, si può vedere che la pulsazione del flusso di gas di barriera è causata dall'apertura e dal riposizionamento della valvola di ritegno.
Generalmente, l'azoto vegetale viene utilizzato come gas di barriera perché è facilmente disponibile, inerte e non provoca reazioni chimiche avverse nel liquido pompato.Possono essere utilizzati anche gas inerti non disponibili, come l'argon.Nei casi in cui la pressione del gas di protezione richiesta è maggiore della pressione dell'azoto dell'impianto, un moltiplicatore di pressione può aumentare la pressione e immagazzinare il gas ad alta pressione in un ricevitore collegato all'ingresso del pannello Plan 74.Le bombole di azoto in bottiglia sono generalmente sconsigliate poiché richiedono la costante sostituzione delle bombole vuote con bombole piene.Se la qualità della tenuta si deteriora, la bottiglia può essere svuotata rapidamente, provocando l'arresto della pompa per evitare ulteriori danni e guasti alla tenuta meccanica.
A differenza dei sistemi a barriera liquida, i sistemi di supporto Plan 74 non richiedono la vicinanza alle tenute meccaniche.L'unico avvertimento qui è la sezione allungata del tubo di piccolo diametro.Durante i periodi di flusso elevato può verificarsi una caduta di pressione tra il pannello Plan 74 e la guarnizione nel tubo (degrado della guarnizione), che riduce la pressione di barriera disponibile per la guarnizione.Aumentare la dimensione del tubo può risolvere questo problema.Di norma, i pannelli Plan 74 sono montati su un supporto ad un'altezza conveniente per il controllo delle valvole e la lettura delle letture degli strumenti.La staffa può essere montata sulla piastra di base della pompa o accanto alla pompa senza interferire con l'ispezione e la manutenzione della pompa.Evitare rischi di inciampo sui tubi/tubazioni di collegamento dei pannelli Plan 74 dotati di tenute meccaniche.
Per le pompe intercuscinetto con due tenute meccaniche, una a ciascuna estremità della pompa, non è consigliabile utilizzare un pannello e un'uscita separata del gas di barriera per ciascuna tenuta meccanica.La soluzione consigliata è quella di utilizzare un pannello Plan 74 separato per ciascuna tenuta, oppure un pannello Plan 74 con due uscite, ciascuna con il proprio set di flussometri e flussostati.Nelle zone con inverni freddi potrebbe essere necessario svernare i pannelli Plan 74.Questo viene fatto principalmente per proteggere l'attrezzatura elettrica del pannello, solitamente racchiudendo il pannello nell'armadio e aggiungendo elementi riscaldanti.
Un fenomeno interessante è che la portata del gas di barriera aumenta al diminuire della temperatura di fornitura del gas di barriera.Questo di solito passa inosservato, ma può diventare evidente in luoghi con inverni freddi o grandi differenze di temperatura tra estate e inverno.In alcuni casi, potrebbe essere necessario regolare il setpoint dell'allarme di flusso elevato per evitare falsi allarmi.I condotti dell'aria dei pannelli e i tubi di collegamento devono essere spurgati prima di mettere in servizio i pannelli Plan 74.Ciò si ottiene più facilmente aggiungendo una valvola di sfiato in corrispondenza o vicino alla connessione della tenuta meccanica.Se non è disponibile una valvola di spurgo, il sistema può essere spurgato scollegando il tubo/tubo dalla tenuta meccanica e ricollegandolo dopo lo spurgo.
Dopo aver collegato i pannelli Plan 74 alle guarnizioni e controllato l'eventuale presenza di perdite su tutti i collegamenti, è ora possibile regolare il regolatore di pressione sulla pressione impostata nell'applicazione.Il pannello deve fornire gas di barriera pressurizzato alla tenuta meccanica prima di riempire la pompa con il fluido di processo.Le tenute e i pannelli Plan 74 sono pronti per essere avviati una volta completate le procedure di messa in servizio e sfiato della pompa.
L'elemento filtrante deve essere ispezionato dopo un mese di funzionamento o ogni sei mesi se non si riscontra alcuna contaminazione.L'intervallo di sostituzione del filtro dipenderà dalla purezza del gas fornito, ma non deve superare i tre anni.
I tassi di gas di barriera dovrebbero essere controllati e registrati durante le ispezioni di routine.Se la pulsazione del flusso d'aria della barriera causata dall'apertura e dalla chiusura della valvola di ritegno è sufficientemente grande da attivare un allarme di flusso elevato, potrebbe essere necessario aumentare questi valori di allarme per evitare falsi allarmi.
Un passo importante nello smantellamento è che l'isolamento e la depressurizzazione del gas di protezione dovrebbero essere l'ultimo passo.Per prima cosa isolare e depressurizzare il corpo della pompa.Una volta che la pompa è in condizioni di sicurezza, è possibile disattivare la pressione di alimentazione del gas di protezione e rimuovere la pressione del gas dalla tubazione che collega il pannello Plan 74 alla tenuta meccanica.Scaricare tutto il fluido dal sistema prima di iniziare qualsiasi lavoro di manutenzione.
Le tenute pneumatiche a doppia pompa di pressione combinate con i sistemi di supporto Plan 74 forniscono agli operatori una soluzione di tenuta meccanica a emissioni zero, un investimento di capitale inferiore (rispetto alle tenute con sistemi di barriera per liquidi), costi del ciclo di vita ridotti, ingombro ridotto del sistema di supporto e requisiti di servizio minimi.
Se installata e utilizzata secondo le migliori pratiche, questa soluzione di contenimento può garantire affidabilità a lungo termine e aumentare la disponibilità delle apparecchiature rotanti.
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Mark Savage è un responsabile del gruppo di prodotto presso John Crane.Savage ha conseguito una laurea in ingegneria presso l'Università di Sydney, in Australia.Per ulteriori informazioni visitare il sito johncrane.com.
Orario di pubblicazione: 08-settembre-2022