Doppelte Druckerhöhungspumpen-Luftdichtungen, die aus der Kompressor-Luftdichtungstechnologie übernommen wurden, sind in der Wellendichtungsindustrie weit verbreitet. Diese Dichtungen verhindern den Ausstoß der gepumpten Flüssigkeit in die Atmosphäre, erzeugen weniger Reibungswiderstand an der Pumpenwelle und arbeiten mit einem einfacheren Stützsystem. Diese Vorteile führen zu niedrigeren Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus der Lösung.
Diese Dichtungen funktionieren durch die Einbringung einer externen Druckgasquelle zwischen die inneren und äußeren Dichtflächen. Die besondere Oberflächenbeschaffenheit der Dichtfläche übt zusätzlichen Druck auf das Sperrgas aus, wodurch sich die Dichtfläche ablöst und im Gasfilm schwimmt. Da sich die Dichtflächen nicht mehr berühren, sind die Reibungsverluste gering. Das Sperrgas strömt mit geringer Strömungsgeschwindigkeit durch die Membran und verbraucht das Sperrgas in Form von Leckagen, die größtenteils durch die äußeren Dichtflächen in die Atmosphäre entweichen. Die Rückstände sickern in die Dichtungskammer und werden schließlich vom Prozessstrom abgeführt.
Alle doppelt hermetischen Dichtungen benötigen eine unter Druck stehende Flüssigkeit (Flüssigkeit oder Gas) zwischen den Innen- und Außenflächen der Gleitringdichtung. Ein Stützsystem ist erforderlich, um diese Flüssigkeit zur Dichtung zu leiten. Im Gegensatz dazu zirkuliert bei einer flüssigkeitsgeschmierten druckbeaufschlagten Doppeldichtung die Sperrflüssigkeit vom Reservoir durch die Gleitringdichtung, wo sie die Dichtungsoberflächen schmiert, Wärme absorbiert und in das Reservoir zurückkehrt, wo sie die absorbierte Wärme abführen muss. Diese druckbeaufschlagten Doppeldichtungssysteme sind komplex. Die thermischen Belastungen steigen mit Prozessdruck und -temperatur und können bei unsachgemäßer Berechnung und Einstellung zu Zuverlässigkeitsproblemen führen.
Das Druckluft-Doppeldichtungssystem benötigt wenig Platz, kein Kühlwasser und ist wartungsarm. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit unabhängig von Prozessdruck und -temperatur, sofern eine zuverlässige Schutzgasquelle verfügbar ist.
Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Doppeldruckpumpen-Luftdichtungen auf dem Markt hat das American Petroleum Institute (API) im Rahmen der Veröffentlichung der zweiten Ausgabe von API 682 das Programm 74 hinzugefügt.
74 Ein Programmunterstützungssystem besteht typischerweise aus einer Reihe auf der Tafel montierter Messgeräte und Ventile, die das Sperrgas abführen, den Druck hinter der Tafel regeln und Druck und Gasfluss zu den Gleitringdichtungen messen. Folgt man dem Weg des Sperrgases durch die Tafel von Plan 74, ist das erste Element das Rückschlagventil. Dadurch kann die Sperrgaszufuhr zum Filterelementaustausch oder zur Pumpenwartung von der Dichtung getrennt werden. Das Sperrgas passiert dann einen 2 bis 3 Mikrometer (µm) großen Koaleszenzfilter, der Flüssigkeiten und Partikel zurückhält, die die topografischen Merkmale der Dichtungsoberfläche beschädigen können, wodurch ein Gasfilm auf der Oberfläche der Dichtung entsteht. Darauf folgen ein Druckregler und ein Manometer zum Einstellen des Drucks der Sperrgaszufuhr zur Gleitringdichtung.
Bei Doppeldruckpumpen-Gasdichtungen muss der Sperrgasversorgungsdruck einen Mindestdifferenzdruck über dem Maximaldruck in der Dichtungskammer erreichen oder überschreiten. Dieser Mindestdruckabfall variiert je nach Dichtungshersteller und -typ, liegt aber typischerweise bei etwa 30 psi. Der Druckschalter erkennt Probleme mit dem Sperrgasversorgungsdruck und löst einen Alarm aus, wenn der Druck unter den Mindestwert fällt.
Die Funktion der Dichtung wird durch den Sperrgasdurchfluss mithilfe eines Durchflussmessers gesteuert. Abweichungen von den von Gleitringdichtungsherstellern angegebenen Sperrgasdurchflussraten deuten auf eine verminderte Dichtungsleistung hin. Ein verringerter Sperrgasdurchfluss kann auf die Pumpenrotation oder Flüssigkeitsmigration zur Dichtungsfläche (durch verunreinigtes Sperrgas oder Prozessflüssigkeit) zurückzuführen sein.
Nach solchen Ereignissen kommt es häufig zu Schäden an den Dichtflächen, woraufhin der Sperrgasdurchfluss ansteigt. Druckstöße in der Pumpe oder ein teilweiser Verlust des Sperrgasdrucks können die Dichtfläche ebenfalls beschädigen. Alarme bei hohem Durchfluss können helfen, den erforderlichen Eingriff zur Korrektur des hohen Gasdurchflusses zu ermitteln. Der Sollwert für einen Alarm bei hohem Durchfluss liegt typischerweise im Bereich des 10- bis 100-fachen des normalen Sperrgasdurchflusses und wird in der Regel nicht vom Hersteller der Gleitringdichtung festgelegt, sondern hängt von der Gasleckagetoleranz der Pumpe ab.
Traditionell werden Durchflussmesser mit variablem Bereich verwendet, und es ist nicht ungewöhnlich, Durchflussmesser mit niedrigem und hohem Bereich in Reihe zu schalten. Am Durchflussmesser mit hohem Bereich kann dann ein Hochdurchflussschalter installiert werden, der einen Hochdurchflussalarm auslöst. Durchflussmesser mit variablem Bereich können nur für bestimmte Gase bei bestimmten Temperaturen und Drücken kalibriert werden. Unter anderen Bedingungen, wie z. B. Temperaturschwankungen zwischen Sommer und Winter, ist die angezeigte Durchflussrate nicht als genauer Wert anzusehen, liegt aber nahe am tatsächlichen Wert.
Mit der Veröffentlichung der 4. Ausgabe von API 682 wurden Durchfluss- und Druckmessungen von analog auf digital mit lokaler Messwerterfassung umgestellt. Digitale Durchflussmesser können als Schwebekörper-Durchflussmesser eingesetzt werden, die die Schwebekörperposition in digitale Signale umwandeln, oder als Massendurchflussmesser, die den Massendurchfluss automatisch in den Volumendurchfluss umwandeln. Massendurchflusstransmitter zeichnen sich durch druck- und temperaturkompensierte Ausgänge aus, um den tatsächlichen Durchfluss unter Standardbedingungen zu gewährleisten. Der Nachteil ist, dass diese Geräte teurer sind als Schwebekörper-Durchflussmesser.
Das Problem bei der Verwendung eines Durchflusstransmitters besteht darin, einen Transmitter zu finden, der den Sperrgasdurchfluss im Normalbetrieb und an Alarmpunkten mit hohem Durchfluss messen kann. Durchflusssensoren verfügen über präzise ablesbare Maximal- und Minimalwerte. Zwischen Nulldurchfluss und Minimalwert ist der Ausgangsdurchfluss möglicherweise ungenau. Das Problem besteht darin, dass mit zunehmender maximaler Durchflussrate eines bestimmten Durchflusstransmittermodells auch die minimale Durchflussrate steigt.
Eine Lösung besteht in der Verwendung zweier Transmitter (einen Niederfrequenz- und einen Hochfrequenztransmitter), was jedoch kostspielig ist. Die zweite Methode besteht in der Verwendung eines Durchflusssensors für den normalen Betriebsdurchflussbereich und eines Hochdurchflussschalters mit einem analogen Durchflussmesser mit hohem Messbereich. Das letzte Bauteil, das das Sperrgas passiert, ist das Rückschlagventil, bevor es das Panel verlässt und mit der Gleitringdichtung verbunden wird. Dies ist notwendig, um den Rückfluss von Förderflüssigkeit in das Panel und damit eine Beschädigung des Geräts bei anormalen Prozessstörungen zu verhindern.
Das Rückschlagventil muss einen niedrigen Öffnungsdruck haben. Bei falscher Auswahl oder wenn die Luftdichtung der Doppeldruckpumpe einen geringen Sperrgasstrom aufweist, ist ersichtlich, dass die Pulsation des Sperrgasstroms durch das Öffnen und Wiedereinsetzen des Rückschlagventils verursacht wird.
In der Regel wird Anlagenstickstoff als Sperrgas verwendet, da er leicht verfügbar und inert ist und keine schädlichen chemischen Reaktionen in der Förderflüssigkeit verursacht. Nicht verfügbare Inertgase wie Argon können ebenfalls verwendet werden. Ist der erforderliche Schutzgasdruck höher als der Anlagenstickstoffdruck, kann ein Druckverstärker den Druck erhöhen und das Hochdruckgas in einem Behälter speichern, der an den Plan 74-Paneleinlass angeschlossen ist. Stickstoffflaschen sind generell nicht zu empfehlen, da sie ständig leere Flaschen durch volle ersetzen müssen. Bei nachlassender Dichtungsqualität kann die Flasche schnell entleert werden, wodurch die Pumpe gestoppt wird und weitere Schäden und Ausfälle der Gleitringdichtung vermieden werden.
Im Gegensatz zu Flüssigkeitsbarrieresystemen benötigen Plan 74-Trägersysteme keine unmittelbare Nähe zu Gleitringdichtungen. Einziger Nachteil ist der verlängerte Abschnitt des Rohres mit kleinem Durchmesser. Bei hohem Durchfluss kann es im Rohr zu einem Druckabfall zwischen Plan 74-Platte und Dichtung kommen (Dichtungsverschleiß), wodurch der für die Dichtung verfügbare Sperrdruck reduziert wird. Dieses Problem lässt sich durch eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers lösen. Plan 74-Platten werden in der Regel auf einem Ständer in geeigneter Höhe zur Steuerung von Ventilen und zum Ablesen von Instrumentenwerten montiert. Die Halterung kann auf der Pumpengrundplatte oder neben der Pumpe montiert werden, ohne die Inspektion und Wartung der Pumpe zu beeinträchtigen. Vermeiden Sie Stolperfallen an Rohren/Leitungen, die Plan 74-Platten mit Gleitringdichtungen verbinden.
Bei Zwischenlagerpumpen mit zwei Gleitringdichtungen (jeweils eine an jedem Pumpenende) wird die Verwendung eines separaten Panels und eines separaten Sperrgasauslasses für jede Gleitringdichtung nicht empfohlen. Die empfohlene Lösung ist die Verwendung eines separaten Plan 74-Panels für jede Dichtung oder eines Plan 74-Panels mit zwei Ausgängen, jeweils mit eigenen Durchflussmessern und Durchflussschaltern. In Regionen mit kalten Wintern kann es erforderlich sein, die Plan 74-Panels zu überwintern. Dies dient in erster Linie dem Schutz der elektrischen Ausrüstung des Panels, üblicherweise durch die Einhausung des Panels im Schaltschrank und den Einbau von Heizelementen.
Ein interessantes Phänomen ist, dass der Sperrgasdurchfluss mit sinkender Sperrgaszufuhrtemperatur zunimmt. Dies bleibt normalerweise unbemerkt, kann sich aber an Orten mit kalten Wintern oder großen Temperaturunterschieden zwischen Sommer und Winter bemerkbar machen. In manchen Fällen kann es notwendig sein, den Alarmsollwert für hohen Durchfluss anzupassen, um Fehlalarme zu vermeiden. Die Luftkanäle und Verbindungsrohre der Paneele müssen vor der Inbetriebnahme von Plan 74-Paneelen gespült werden. Dies lässt sich am einfachsten durch den Einbau eines Entlüftungsventils am oder in der Nähe des Gleitringdichtungsanschlusses erreichen. Ist kein Entlüftungsventil vorhanden, kann das System gespült werden, indem der Schlauch von der Gleitringdichtung getrennt und nach dem Spülen wieder angeschlossen wird.
Nachdem die Plan 74-Platten an die Dichtungen angeschlossen und alle Anschlüsse auf Dichtheit geprüft wurden, kann der Druckregler nun auf den Solldruck in der Anwendung eingestellt werden. Die Platte muss die Gleitringdichtung mit unter Druck stehendem Sperrgas versorgen, bevor die Pumpe mit Prozessflüssigkeit gefüllt wird. Die Plan 74-Dichtungen und -Platten sind einsatzbereit, sobald die Inbetriebnahme und Entlüftung der Pumpe abgeschlossen sind.
Das Filterelement muss nach einem Monat Betrieb oder alle sechs Monate, sofern keine Verunreinigungen festgestellt werden, überprüft werden. Das Filterwechselintervall hängt von der Reinheit des zugeführten Gases ab, sollte jedoch drei Jahre nicht überschreiten.
Die Sperrgasmengen sollten bei Routineinspektionen überprüft und dokumentiert werden. Wenn die durch das Öffnen und Schließen des Rückschlagventils verursachte Pulsation des Sperrluftstroms so groß ist, dass ein Hochdurchflussalarm ausgelöst wird, müssen diese Alarmwerte möglicherweise erhöht werden, um Fehlalarme zu vermeiden.
Ein wichtiger Schritt bei der Außerbetriebnahme ist die Isolierung und Druckentlastung des Schutzgases. Isolieren und entlasten Sie zunächst das Pumpengehäuse. Sobald sich die Pumpe in einem sicheren Zustand befindet, kann die Schutzgaszufuhr abgeschaltet und der Gasdruck aus der Rohrleitung zwischen Plan 74-Panel und Gleitringdichtung entfernt werden. Lassen Sie vor Beginn der Wartungsarbeiten die gesamte Flüssigkeit aus dem System ab.
Doppeldruckpumpen-Luftdichtungen in Kombination mit Plan 74-Stützsystemen bieten Betreibern eine emissionsfreie Wellendichtungslösung, geringere Kapitalinvestitionen (im Vergleich zu Dichtungen mit Flüssigkeitsbarrieresystemen), reduzierte Lebenszykluskosten, einen geringen Platzbedarf des Stützsystems und minimale Wartungsanforderungen.
Bei Installation und Betrieb gemäß bewährter Verfahren kann diese Containment-Lösung langfristige Zuverlässigkeit bieten und die Verfügbarkeit rotierender Geräte erhöhen.
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Mark Savage ist Produktgruppenleiter bei John Crane. Er hat einen Bachelor of Science in Ingenieurwissenschaften von der Universität Sydney, Australien. Weitere Informationen finden Sie unter johncrane.com.
Beitragszeit: 08.09.2022