Dvigubos mechaninės sandarinimo sistemos: kada ir kodėl jas naudoti

Įvadas

Dvigubas mechaninis sandariklis paprastai pasirenkamas, kai nuotėkio negalima laikyti nedidele priežiūros problema, o tik saugos, aplinkosaugos ar patikimumo rizika. Siurbliuose, tiekiančiuose pavojingus, lakius, abrazyvinius ar prastai tepamus skysčius, dvigubo sandariklio konstrukcija sukuria antrą apsauginį barjerą ir paprastai veikia kartu su pagalbine sistema, kad stabilizuotų eksploatavimo sąlygas. Šiame straipsnyje paaiškinama, kada toks papildomas sudėtingumas yra pateisinamas, kokie proceso veiksniai lemia sprendimą ir kodėl sandariklio pasirinkimas turi įtakos išmetamųjų teršalų kontrolei, įrangos tarnavimo laikui ir neplanuotoms prastovoms. Nuo rizikos mažinimo iki eksploatavimo ekonomikos – aptarimas pateikia praktinį pagrindą, kaip nuspręsti, kada dvigubas mechaninis sandariklis yra tinkamas inžinerinis pasirinkimas.

Kodėl svarbu pasirinkti dvigubą mechaninį sandariklį

Šiuolaikinėse skysčių tvarkymo ir rotacinėse įrangos operacijose,Mechaninis sandariklis veikia kaip pagrindinis barjerastarp proceso skysčių ir išorinės aplinkos. Nors pavienių mechaninių sandariklių pakanka saugiems taikymams, dvigubų mechaninių sandariklių sistemos specifikacija tampa kritiniu inžineriniu reikalavimu, kai paklaidos riba artėja prie nulio. Tinkamos sandarinimo technologijos pasirinkimas yra ne tik skysčių sulaikymo klausimas; tai yra pagrindinis gamyklos saugos, aplinkosaugos reikalavimų laikymosi ir ilgalaikio eksploatavimo pelningumo veiksnys.

Sprendimas įdiegti dvigubo sandariklio konfigūraciją iš esmės pakeičia siurbimo sistemos architektūrą. Įdiegiama antrinė apsauga, pagalbinės atramos sistemos ir sudėtinga skysčių dinamika, kurią reikia atidžiai valdyti. Tikslių rizikos profilių ir eksploatacinių pasekmių, dėl kurių reikia atlikti šį atnaujinimą, supratimas yra pirmas žingsnis atsakingos rotacinės įrangos inžinerijos srityje.

Patikimumo ir saugos rizika

Tiesioginis dvigubų mechaninių sandariklių naudojimo pateisinimas yra katastrofiškų gedimų rizikos sumažinimas. Aukšto slėgio arba aukštos temperatūros sistemose, kuriose naudojami degūs, toksiški arba sprogūs skysčiai, staigus pirminio sandariklio gedimas gali sukelti tiesioginį lokalizuotą pavojų. Skysčiams, kurių pliūpsnio temperatūra žemesnė nei 60 °C (140 °F), NFPA pavojaus sveikatai įvertinimas yra 3 arba 4 arba kuriuose yra pavojingų oro teršalų (HAP), reikalingas papildomas sandarinimas, kad būtų išvengta garų debesies susidarymo ar gaisro.

Naudojant antrinį sandarinimo paviršių, įrenginiai ženkliai pagerina vidutinį laiką tarp gedimų (MTBF), dažnai pailgindami eksploatavimo laiką 150–300 %, palyginti su pavieniais sandarikliais identiškose sistemose. Jei vidinis sandariklis pažeistas, išorinis sandariklis laikinai sulaiko proceso skystį arba barjerinį skystį, todėl operatoriai gali atlikti kontroliuojamą sustabdymą, o ne susidurti su katastrofišku avariniu išleidimu.

Išmetamųjų teršalų ir nuotėkio problemos

Griežti aplinkosaugos reglamentai verčia šiuolaikinius įrenginius pasiekti beveik nulinį neorganizuotų išmetamųjų teršalų kiekį. Reglamentavimo sistemos, tokios kaip EPA 21 metodas Jungtinėse Valstijose arba Pramoninių išmetamųjų teršalų direktyva Europoje, nustato griežtas lakiųjų organinių junginių (LOJ) nuotėkio ribas, dažnai nustatydamos ribas, mažesnes nei 500 milijoninių dalių (ppm), o kai kuriose jurisdikcijose – net 50 ppm.

Vienas sandariklis pagal savo konstrukciją remiasi mikroskopine skysčio plėvele, kuri sutepa jo paviršius, dėl ko savaime išsiskiria labai mažai garų (paprastai nuo 1 iki 5 gramų per valandą) ir išmetamų teršalų į atmosferą.Dvigubi mechaniniai sandarikliai, ypač tie, kuriuose naudojamas suslėgtas barjerinis skystis (API 682 3 išdėstymas), visiškai pašalina proceso skysčių išleidimą į atmosferą, o galimą proceso nuotėkį pakeičia nedideliais kiekiais nepavojingo barjerinio skysčio.

Gamybos ir priežiūros poveikis

Be saugos ir aplinkosaugos reikalavimų, sandariklių pasirinkimas daro didelę įtaką gamyklos prieinamumui ir priežiūros biudžetui.Mechaninių sandariklių gedimai sudaro beveik 70 %visų išcentrinių siurblių techninės priežiūros darbų. Įprastam siurblio sandariklio keitimui reikia nuo 8 iki 24 valandų darbo ir susijusių prastovų, dėl kurių nepertraukiamuose naftos chemijos procesuose gamybos nuostoliai gali siekti nuo 10 000 iki daugiau nei 50 000 USD per valandą.

Dvigubi mechaniniai sandarikliai izoliuoja tiksliai užapvalintus sandarinimo paviršius nuo atšiaurių proceso sąlygų. Užtikrindami švarų, vėsų ir labai tepantį barjerinį skystį, sandarinimo paviršiai yra apsaugoti nuo sausosios eigos, abrazyvinio dilimo ir terminio deformavimo, taip žymiai pailgindami siurblio tarnavimo laiką ir sumažindami neplanuotų priežiūros darbų poreikį.

Kas yra dvigubas mechaninis sandariklis

Dvigubas mechaninis sandariklis, šiuolaikiniuose inžinerijos standartuose dažnai vadinamas dvigubu sandarikliu, susideda iš dviejų nepriklausomų mechaninių sandariklių, veikiančių nuosekliai arba lygiagrečiai vienoje sandarinimo kameroje. Ši konfigūracija sukuria ertmę tarp dviejų sandariklių, užpildytą antriniu skysčiu, vadinamu buferiniu arba barjeriniu skysčiu, kuris padeda sutepti sandarinimo paviršius, išsklaidyti šilumą ir sudaryti antrinį apsauginį sluoksnį.

Pagrindinė architektūra remiasi vidinio sandariklio (kuris tiesiogiai sąveikauja su proceso skysčiu) ir išorinio sandariklio (kuris sąveikauja su atmosfera) sąveika. Antrinio skysčio dinamika lemia tikslią dvigubo sandariklio mazgo klasifikaciją ir funkcines galimybes.

Pagrindinis apibrėžimas ir veikimo principas

Dvigubo sandariklio veikimo principas visiškai priklauso nuo slėgio skirtumo, palaikomo ertmėje tarp vidinio ir išorinio sandariklių. Kai ertmės skysčio slėgis yra mažesnis nei technologinio įdaro dėžės slėgis, jis vadinamas „buferiniu skysčiu“ (2 išdėstymas). Esant tokiai būsenai, vidinį sandariklį sutepa technologinis skystis, o bet kokį technologinį nuotėkį sulaiko buferinis skystis.

Ir atvirkščiai, kai ertmės skysčio slėgis viršija proceso slėgį – paprastai palaikomas 1,5–2,0 barų (22–29 psi) aukščiau maksimalaus dinaminio įdarinės dėžės slėgio, dažnai reikalaujant 2–8 litrų per minutę cirkuliacijos greičio – jis vadinamas „barjeriniu skysčiu“ (3 išdėstymas). Tokiomis sąlygomis barjerinis skystis sutepa tiek vidinį, tiek išorinį sandarinimo paviršius. Jei vidinis sandariklis susidėvi, barjerinis skystis prasiskverbia į proceso vidų, užtikrindamas, kad pavojinga proceso terpė nepatektų į išorę.

Palyginimas su pavieniais sandarikliais

Tikslus vieno ir dviejų sandariklių konfigūracijų skirtumų supratimas yra būtinas gyvavimo ciklo sąnaudų ir rizikos analizei. Pridėjus antrinį sandariklį, drastiškai pasikeičia siurblio eksploatavimo ribos.

Sandarinimo išdėstymas ir paviršiaus orientacija

Dvigubi sandarikliai suprojektuoti keliais skirtingais geometriniais išdėstymais, kad būtų galima pritaikyti skirtingus erdvinius apribojimus ir slėgio reikalavimus. Senąją terminologiją „nugara į nugarą“, „akis į akį“ ir „tandem“ iš esmės pakeitė API 682 klasifikacijos, nors fizinės orientacijos išlieka aktualios.

Nugarėlėmis į nugarėlę nukreipus besisukančius sandarinimo žiedus, tai puikiai tinka aukšto slėgio barjeriniams skysčiams (dažnai skirtiems 40–60 barų / 580–870 psi slėgiui), tačiau vidiniai sandarinimo elementai yra nukreipti į proceso skystį. Nugarėlėmis į nugarėlę nukreipus žiedus, naudojamas bendras stacionarus žiedas, todėl dažnai naudojamas įdarinėse dėžėse, kuriose yra mažai vietos. Tandeminėje orientacijoje (dažnai 2 išdėstymas) abu sandarikliai yra nukreipti ta pačia kryptimi, todėl išorinis sandariklis gali atlaikyti visą proceso slėgį, jei vidinis sandariklis sugenda, todėl tai yra pageidaujamas pasirinkimas aukšto slėgio garinimo paslaugoms.

Kada naudoti dvigubą mechaninį sandariklį

Dvigubo mechaninio sandariklio specifikacija reikalauja suderinti dideles pradines kapitalo išlaidas su eksploatavimo būtinybe. Ne visiems agresyviems skysčiams reikalingi dvigubi sandarikliai; pažangos kuriant vieno sandarinimo paviršiaus medžiagas ir praplovimo planus išplėtė jų galimybes. Tačiau specifinės eksploatacinės ribos ir skysčio charakteristikos sukuria nekeičiamus dvigubo sandariklio diegimo reikalavimus.

Inžinieriai turi sistemingai įvertinti proceso skysčio fizikines savybes, darbo aplinką ir gedimo pasekmes, kad nustatytų, kada perėjimas nuo vieno prie dvigubo sandarinimo yra techniškai ir ekonomiškai pagrįstas.

Naudojimo sąlygos, pateisinančios naudojimą

Dvigubo sandarinimo sudėtingumą savaime pateisina kelios atšiaurios eksploatavimo sąlygos. Skysčiai, kuriuose yra didelė abrazyvinių dalelių koncentracija (paprastai viršijanti 10 % kietųjų dalelių svorio), greitai pažeidžia vieno sandarinimo paviršius. Slėginis dvigubas sandariklis visiškai izoliuoja šiuos paviršius nuo abrazyvų.

Be to, prasto tepimo skysčiai, pavyzdžiui, lengvieji angliavandeniliai, kurių klampumas mažesnis nei 0,5 cP, netepantys tirpikliai arba karštas vanduo, dažnai virsta garais per vieną sandarinimo paviršių, sukeldami sausą veikimą ir terminį įtrūkimą. Technologiniams skysčiams, veikiantiems arti jų garų slėgio, reikalinga dviguba sandarinimo sistema, kurioje stabilus, tepamasis barjerinis skystis gali palaikyti gyvybiškai svarbią skysčio plėvelę tarp besisukančio ir nejudančio paviršių.

Pagrindiniai atrankos kriterijai

Pagrindiniai atrankos kriterijai yra susiję su temperatūra, slėgiu, toksiškumu ir polimerizacijos rizika. Sistemoms, veikiančioms esant ekstremalioms temperatūroms (pvz., virš 200 °C / 400 °F), dažnai reikalingi dvigubi sandarikliai su išorine aušinimo kilpa, kad sandarinimo paviršiai neviršytų savo šiluminių ribų ir būtų išvengta elastomero degradacijos.

Polimerizuojantys skysčiai, kurie sukietėja arba kristalizuojasi kontaktuodami su atmosferos deguonimi, kelia unikalų iššūkį. Jei naudojamas vienas sandariklis, nedidelis atmosferos nuotėkis kristalizuojasi sandariklio atmosferinėje pusėje, dėl to dinaminiai O žiedai greitai susidėvi ir užstringa. Dvigubas sandariklis su suderinamu barjeriniu skysčiu apsaugo nuo atmosferos poveikio ir vėlesnės kristalizacijos.

Praktinis atrankos procesas

Praktinis sandariklio pasirinkimo darbo eigaturėtų laikytis nusistovėjusių pramonės sistemų, tokių kaip API 682 A priedo atrankos procedūra. Darbo eiga prasideda nuo skysčio pavojingumo klasifikacijos nustatymo. Jei skystis yra labai toksiškas arba labai degus, automatiškai pasirenkamas 3 išdėstymas (slėginis dvigubas sandariklis).

Jei skystis nėra pavojingas, inžinierius įvertina skysčio fizines savybes (pvz., garų ribos mažesnės nei 0,35 baro, klampumas mažesnis nei 0,5 cP arba dalelių apkrova didesnė nei 10 %). Jei šios savybės nepatenka į vieno sandariklio eksploatacines ribas, darbo eiga nukreipiama į 2 išdėstymą (neslėginis dvigubas sandariklis) arba 3 išdėstymą, priklausomai nuo to, ar pagrindinis tikslas yra atsarginis sandarinimas, ar absoliuti paviršiaus izoliacija.

Inžinerijos ir atitikties kompromisai

Dvigubo mechaninio sandariklio įdiegimas niekada nėra atskiras įrangos atnaujinimas; tam reikia integruoti sudėtingas pagalbines sistemas. Šios sistemos reguliuoja buferinio arba barjerinio skysčio slėgį, temperatūrą ir švarą, o jų konstrukcija yra tokia pat svarbi kaip ir pats sandariklis.

Projektuodami šias sistemas, inžinieriai susiduria su daugybe kompromisų, stengdamiesi suderinti griežtą tarptautinių standartų laikymąsi su fizinės gamyklos erdvės apribojimais, komunalinių paslaugų prieinamumu ir medžiagų suderinamumu.

Palaikymo sistemos ir API planai

Dvigubi sandarikliai veikia tik pagal API vamzdynų planus. Neslėginis dvigubas sandariklis paprastai naudoja API 52 planą, kuris cirkuliuoja buferinį skystį iš išorinio rezervuaro (dažniausiai 12–20 litrų talpos, skirto išsklaidyti 1–5 kW sandarinimo paviršiaus šilumą). Šiam planui reikalingas prijungimas prie fakelo arba garų surinkimo sistemos, kad būtų galima saugiai valdyti vidinio sandariklio nuotėkį.

Slėginiai dvigubi sandarikliai naudoja API 53 planą (A, B arba C) arba 54 planą. 53A plane naudojamas dujų slėgio rezervuaras, kurio slėgis apribotas iki maždaug 10,3 baro (150 psi), kad dujos nepatektų į barjerinį skystį. Didesniems slėgiams 53B plane naudojamas pūslinis akumuliatorius, o 53C plane – stūmoklinis akumuliatorius, varomas proceso slėgio. Sudėtingiausias 54 planas naudoja centralizuotą išorinę tepimo slydiklį, kad vienu metu tiektų barjerinį skystį keliems siurbliams.

Medžiagos, aušinimas ir vamzdynų projektavimas

Sandarinimo ir atraminės sistemos medžiagų parenkant reikia atsižvelgti tiek į proceso terpę, tiek į barjerinį skystį. Sandarinimo paviršiai paprastai gaminami iš aukščiausios kokybės medžiagų, tokių kaip sukepintas silicio karbidas (SiC) arba nikeliu surištas volframo karbidas (TC), kad atlaikytų didelius slėgio ir greičio (PV) reikšmes, dažnai viršijančias 35 000 bar-m/s (1 000 000 psi-ft/min.).

Antriniai sandarinimo elementai (O formos žiedai) nustato sistemos šilumines ribas. Nors standartiniai fluoroelastomerai (FKM) tinka iki 200 °C, specializuoti perfluoroelastomerai (FFKM) reikalingi temperatūrai, artimai 320 °C (608 °F). Be to, aušinimo kilpų vamzdynų konstrukcija turi sumažinti trinties nuostolius; mažesnių nei 0,5 colio (12,7 mm) skersmens vamzdžių naudojimas gali apriboti termosifono srautą, dėl ko sandariklis gali perkaisti.

Atitiktis ir gamyklos standartai

Atitiktis tarptautiniams standartams užtikrina bazinį saugą ir patikimumą, tačiau nustato didelius inžinerinius apribojimus. Naftos, dujų ir naftos chemijos sektoriuose API 682 (4-asis leidimas) ir ISO 21049 nustato griežtus sandarinimo kameros matmenų, 100 valandų dinaminio kvalifikacinio bandymo procedūrų ir prietaisų reikalavimus.

Įrenginiams, veikiantiems sprogioje aplinkoje, atitiktis ATEX direktyvai (Europoje) arba

Kaip priimti galutinį sprendimą

Svarbiausios išvados

• Svarbiausios dvigubo mechaninio sandariklio išvados ir pagrindimas
• Prieš įsipareigojant verta patikrinti specifikacijas, atitiktį ir rizikos patikrinimus
• Praktiniai tolesni žingsniai ir įspėjimai, į kuriuos skaitytojai gali kreiptis nedelsdami

Dažnai užduodami klausimai

Kada reikėtų naudoti dvigubą mechaninį sandariklį?

Naudokite, kai pumpuojama terpė yra toksiška, degi, abrazyvi, aukštos temperatūros arba linkusi kristalizuotis, ir kai dėl saugos ar atitikties reikalavimams reikia sumažinti nuotėkį.

Kodėl dvigubas mechaninis sandariklis yra geresnis nei vienas sandariklis pavojingose ​​aplinkose?

Jis prideda antrą sandarinimo sąsają ir buferinį arba barjerinį skystį, todėl, jei pirminis sandariklis suyra, nuotėkis yra sulaikomas pakankamai ilgai, kad būtų galima atlikti kontroliuojamą techninę priežiūrą arba sustabdyti sistemą.

Kuo skiriasi buferinis skystis ir barjerinis skystis?

Buferinis skystis paprastai yra be slėgio ir palaiko išorinį sandariklį; barjerinio skysčio slėgis viršija sandariklio kameros slėgį, kad proceso skystis nepasiektų atmosferos.

Ar „Victor Seals“ gali tiekti su originalios įrangos gamintojais (OEM) suderinamus dvigubus mechaninius sandariklius pramoniniams siurbliams?

Taip. „Victor Seals“ siūlo originalios įrangos gamintojams (OEM) suderinamus ir pakaitinius sandarinimo sprendimus daugeliui siurblių prekių ženklų, naudojamų chemijos, jūrų, naftos ir dujų bei vandens srityse.

Kaip dvigubas mechaninis sandariklis gali sumažinti siurblio priežiūros prastovas?

Palaikant sandarinimo paviršius vėsesnius, švaresnius ir geriau suteptus, sumažėja sausas veikimas, susidėvėjimas ir staigus nuotėkis, o tai padeda pailginti sandariklio tarnavimo laiką ir išvengti neplanuotų prastovų.