Segel udara pompa booster ganda, yang diadaptasi dari teknologi segel udara kompresor, lebih umum digunakan dalam industri segel poros. Segel ini memastikan tidak ada pembuangan cairan yang dipompa ke atmosfer, mengurangi hambatan gesekan pada poros pompa, dan bekerja dengan sistem pendukung yang lebih sederhana. Keunggulan ini menghasilkan biaya siklus hidup solusi yang lebih rendah secara keseluruhan.
Segel ini bekerja dengan memasukkan sumber gas bertekanan eksternal di antara permukaan segel bagian dalam dan luar. Topografi permukaan segel yang spesifik memberikan tekanan tambahan pada gas penghalang, menyebabkan permukaan segel terpisah, sehingga permukaan segel mengapung di dalam lapisan gas. Kerugian gesekan rendah karena permukaan segel tidak lagi bersentuhan. Gas penghalang melewati membran dengan laju aliran rendah, menyerap gas penghalang dalam bentuk kebocoran, yang sebagian besar bocor ke atmosfer melalui permukaan segel luar. Residu meresap ke dalam ruang segel dan akhirnya terbawa oleh aliran proses.
Semua segel kedap udara ganda membutuhkan fluida bertekanan (cair atau gas) di antara permukaan dalam dan luar rakitan segel mekanis. Sistem pendukung diperlukan untuk mengalirkan fluida ini ke segel. Sebaliknya, pada segel ganda bertekanan berpelumas cair, fluida penghalang bersirkulasi dari reservoir melalui segel mekanis, tempat fluida tersebut melumasi permukaan segel, menyerap panas, dan kembali ke reservoir untuk membuang panas yang diserap. Sistem pendukung segel ganda bertekanan fluida ini kompleks. Beban termal meningkat seiring dengan tekanan dan suhu proses dan dapat menyebabkan masalah keandalan jika tidak dihitung dan diatur dengan tepat.
Sistem penyangga segel ganda udara bertekanan hanya membutuhkan sedikit ruang, tidak memerlukan air pendingin, dan hanya memerlukan sedikit perawatan. Selain itu, jika tersedia sumber gas pelindung yang andal, keandalannya tidak bergantung pada tekanan dan suhu proses.
Karena semakin maraknya penggunaan segel udara pompa tekanan ganda di pasaran, American Petroleum Institute (API) menambahkan Program 74 sebagai bagian dari penerbitan edisi kedua API 682.
Sistem pendukung program biasanya berupa seperangkat pengukur dan katup yang terpasang pada panel untuk membersihkan gas penghalang, mengatur tekanan hilir, dan mengukur tekanan serta aliran gas ke segel mekanis. Mengikuti jalur gas penghalang melalui panel Plan 74, elemen pertama adalah katup periksa. Katup ini memungkinkan pasokan gas penghalang diisolasi dari segel untuk penggantian elemen filter atau perawatan pompa. Gas penghalang kemudian melewati filter koalesensi berukuran 2 hingga 3 mikrometer (µm) yang memerangkap cairan dan partikulat yang dapat merusak fitur topografi permukaan segel, sehingga menciptakan lapisan gas pada permukaan segel. Kemudian, regulator tekanan dan manometer digunakan untuk mengatur tekanan pasokan gas penghalang ke segel mekanis.
Segel gas pompa tekanan ganda mengharuskan tekanan suplai gas penghalang memenuhi atau melampaui tekanan diferensial minimum di atas tekanan maksimum di ruang segel. Penurunan tekanan minimum ini bervariasi tergantung produsen dan jenis segel, tetapi umumnya sekitar 30 pon per inci persegi (psi). Sakelar tekanan digunakan untuk mendeteksi masalah apa pun pada tekanan suplai gas penghalang dan membunyikan alarm jika tekanan turun di bawah nilai minimum.
Pengoperasian segel dikontrol oleh aliran gas penghalang menggunakan flow meter. Penyimpangan laju aliran gas segel yang dilaporkan oleh produsen segel mekanis menunjukkan penurunan kinerja penyegelan. Penurunan aliran gas penghalang dapat disebabkan oleh rotasi pompa atau migrasi fluida ke permukaan segel (dari gas penghalang atau fluida proses yang terkontaminasi).
Seringkali, setelah kejadian tersebut, kerusakan pada permukaan penyegelan terjadi, dan kemudian aliran gas penghalang meningkat. Lonjakan tekanan pada pompa atau hilangnya sebagian tekanan gas penghalang juga dapat merusak permukaan penyegelan. Alarm aliran tinggi dapat digunakan untuk menentukan kapan intervensi diperlukan untuk memperbaiki aliran gas yang tinggi. Titik setel untuk alarm aliran tinggi biasanya berkisar antara 10 hingga 100 kali aliran gas penghalang normal, biasanya tidak ditentukan oleh produsen segel mekanis, tetapi bergantung pada seberapa besar kebocoran gas yang dapat ditoleransi oleh pompa.
Secara tradisional, flowmeter pengukur variabel telah digunakan, dan flowmeter rentang rendah dan tinggi seringkali dihubungkan secara seri. Sakelar aliran tinggi kemudian dapat dipasang pada flowmeter rentang tinggi untuk membunyikan alarm aliran tinggi. Flowmeter area variabel hanya dapat dikalibrasi untuk gas tertentu pada suhu dan tekanan tertentu. Ketika beroperasi dalam kondisi lain, seperti fluktuasi suhu antara musim panas dan musim dingin, laju aliran yang ditampilkan tidak dapat dianggap sebagai nilai akurat, tetapi mendekati nilai sebenarnya.
Dengan dirilisnya API 682 edisi ke-4, pengukuran aliran dan tekanan telah beralih dari analog ke digital dengan pembacaan lokal. Flowmeter digital dapat digunakan sebagai flowmeter area variabel, yang mengubah posisi pelampung menjadi sinyal digital, atau flowmeter massa, yang secara otomatis mengubah aliran massa menjadi aliran volume. Fitur pembeda dari pemancar aliran massa adalah keluarannya yang mengkompensasi tekanan dan suhu untuk menghasilkan aliran yang sebenarnya dalam kondisi atmosfer standar. Kerugiannya adalah perangkat ini lebih mahal daripada flowmeter area variabel.
Masalah dengan menggunakan pemancar aliran adalah menemukan pemancar yang mampu mengukur aliran gas penghalang selama operasi normal dan pada titik alarm aliran tinggi. Sensor aliran memiliki nilai maksimum dan minimum yang dapat dibaca secara akurat. Antara aliran nol dan nilai minimum, aliran keluaran mungkin tidak akurat. Masalahnya adalah, seiring dengan peningkatan laju aliran maksimum untuk model transduser aliran tertentu, laju aliran minimum juga meningkat.
Salah satu solusinya adalah menggunakan dua pemancar (satu frekuensi rendah dan satu frekuensi tinggi), tetapi ini merupakan opsi yang mahal. Metode kedua adalah menggunakan sensor aliran untuk rentang aliran operasi normal dan menggunakan sakelar aliran tinggi dengan pengukur aliran analog rentang tinggi. Komponen terakhir yang dilewati gas penghalang adalah katup periksa sebelum gas penghalang meninggalkan panel dan terhubung ke segel mekanis. Hal ini diperlukan untuk mencegah aliran balik cairan yang dipompa ke dalam panel dan kerusakan instrumen jika terjadi gangguan proses yang tidak normal.
Katup periksa harus memiliki tekanan pembukaan yang rendah. Jika pemilihannya salah, atau jika segel udara pompa tekanan ganda memiliki aliran gas penghalang yang rendah, dapat terlihat bahwa denyut aliran gas penghalang disebabkan oleh pembukaan dan pemasangan kembali katup periksa.
Umumnya, nitrogen tanaman digunakan sebagai gas penghalang karena mudah didapat, inert, dan tidak menyebabkan reaksi kimia yang merugikan dalam cairan yang dipompa. Gas inert yang tidak tersedia, seperti argon, juga dapat digunakan. Jika tekanan gas pelindung yang dibutuhkan lebih besar daripada tekanan nitrogen tanaman, penguat tekanan dapat meningkatkan tekanan dan menyimpan gas bertekanan tinggi tersebut dalam penerima yang terhubung ke saluran masuk panel Plan 74. Botol nitrogen botol umumnya tidak direkomendasikan karena mengharuskan penggantian tabung kosong secara terus-menerus dengan yang penuh. Jika kualitas segel memburuk, botol dapat segera dikosongkan, yang menyebabkan pompa berhenti untuk mencegah kerusakan lebih lanjut dan kegagalan segel mekanis.
Berbeda dengan sistem penghalang cairan, sistem pendukung Plan 74 tidak memerlukan jarak yang terlalu dekat dengan segel mekanis. Satu-satunya kekurangannya adalah bagian tabung berdiameter kecil yang memanjang. Penurunan tekanan antara panel Plan 74 dan segel dapat terjadi di dalam pipa selama periode aliran tinggi (degradasi segel), yang mengurangi tekanan penghalang yang tersedia untuk segel. Memperbesar ukuran pipa dapat mengatasi masalah ini. Umumnya, panel Plan 74 dipasang pada dudukan dengan ketinggian yang sesuai untuk mengontrol katup dan membaca pembacaan instrumen. Braket dapat dipasang pada pelat dasar pompa atau di samping pompa tanpa mengganggu inspeksi dan perawatan pompa. Hindari bahaya tersandung pada pipa/pipa yang menghubungkan panel Plan 74 dengan segel mekanis.
Untuk pompa inter-bearing dengan dua segel mekanis, satu di setiap ujung pompa, tidak disarankan untuk menggunakan satu panel dan outlet gas penghalang terpisah untuk setiap segel mekanis. Solusi yang disarankan adalah menggunakan panel Plan 74 terpisah untuk setiap segel, atau panel Plan 74 dengan dua output, masing-masing dengan set flowmeter dan sakelar alirannya sendiri. Di daerah dengan musim dingin yang dingin, panel Plan 74 mungkin perlu melewati musim dingin. Hal ini dilakukan terutama untuk melindungi peralatan listrik panel, biasanya dengan membungkus panel di dalam kabinet dan menambahkan elemen pemanas.
Fenomena menarik adalah peningkatan laju aliran gas penghalang seiring dengan penurunan suhu pasokan gas penghalang. Hal ini biasanya tidak disadari, tetapi dapat terlihat di tempat-tempat dengan musim dingin yang dingin atau perbedaan suhu yang besar antara musim panas dan musim dingin. Dalam beberapa kasus, mungkin perlu menyesuaikan titik setel alarm aliran tinggi untuk mencegah alarm palsu. Saluran udara panel dan pipa/pipa penghubung harus dibersihkan sebelum panel Plan 74 dioperasikan. Hal ini paling mudah dicapai dengan menambahkan katup ventilasi pada atau di dekat sambungan segel mekanis. Jika katup pembuangan tidak tersedia, sistem dapat dibersihkan dengan melepaskan pipa/pipa dari segel mekanis, lalu menyambungkannya kembali setelah pembersihan.
Setelah menghubungkan panel Plan 74 ke segel dan memeriksa semua sambungan untuk kebocoran, pengatur tekanan kini dapat disesuaikan dengan tekanan yang ditetapkan dalam aplikasi. Panel harus memasok gas penghalang bertekanan ke segel mekanis sebelum mengisi pompa dengan fluida proses. Segel dan panel Plan 74 siap dioperasikan setelah prosedur komisioning dan ventilasi pompa selesai.
Elemen filter harus diperiksa setelah satu bulan beroperasi atau setiap enam bulan jika tidak ditemukan kontaminasi. Interval penggantian filter akan bergantung pada kemurnian gas yang disuplai, tetapi tidak boleh lebih dari tiga tahun.
Laju gas penghalang harus diperiksa dan dicatat selama inspeksi rutin. Jika denyut aliran udara penghalang yang disebabkan oleh pembukaan dan penutupan katup periksa cukup besar untuk memicu alarm aliran tinggi, nilai alarm ini mungkin perlu ditingkatkan untuk menghindari alarm palsu.
Langkah penting dalam dekomisioning adalah isolasi dan depresurisasi gas pelindung sebagai langkah terakhir. Pertama, isolasi dan depresurisasi casing pompa. Setelah pompa berada dalam kondisi aman, tekanan suplai gas pelindung dapat dimatikan dan tekanan gas dilepaskan dari pipa yang menghubungkan panel Plan 74 ke segel mekanis. Kuras semua cairan dari sistem sebelum memulai pekerjaan pemeliharaan.
Segel udara pompa tekanan ganda yang dipadukan dengan sistem pendukung Plan 74 memberi operator solusi segel poros tanpa emisi, investasi modal lebih rendah (dibandingkan dengan segel dengan sistem penghalang cairan), mengurangi biaya siklus hidup, jejak sistem pendukung kecil, dan persyaratan layanan minimum.
Bila dipasang dan dioperasikan sesuai dengan praktik terbaik, solusi penahanan ini dapat memberikan keandalan jangka panjang dan meningkatkan ketersediaan peralatan berputar.
We welcome your suggestions on article topics and sealing issues so that we can better respond to the needs of the industry. Please send your suggestions and questions to sealsensequestions@fluidsealing.com.
Mark Savage adalah manajer grup produk di John Crane. Savage meraih gelar Sarjana Sains Teknik dari University of Sydney, Australia. Untuk informasi selengkapnya, kunjungi johncrane.com.
Waktu posting: 08-Sep-2022