압축기 에어씰 기술을 응용한 이중 부스터 펌프 에어씰은 샤프트 씰 산업에서 널리 사용됩니다. 이러한 씰은 펌핑된 액체가 대기 중으로 배출되는 것을 완전히 차단하고, 펌프 샤프트의 마찰 저항을 줄이며, 보다 간단한 지지 시스템으로 작동합니다. 이러한 이점 덕분에 전체 솔루션 수명 주기 비용을 절감할 수 있습니다.
이러한 밀봉은 내부 및 외부 밀봉면 사이에 외부에서 가압된 가스를 주입함으로써 작동합니다. 밀봉면의 특수한 형상은 차단 가스에 추가적인 압력을 가하여 밀봉면이 분리되도록 하고, 결과적으로 가스 막 위에 떠오르게 합니다. 밀봉면이 더 이상 접촉하지 않으므로 마찰 손실이 적습니다. 차단 가스는 낮은 유속으로 막을 통과하면서 누출 형태로 차단 가스를 소모하는데, 대부분의 누출 가스는 외부 밀봉면을 통해 대기 중으로 배출됩니다. 잔류물은 밀봉 챔버로 스며들어 최종적으로 공정 흐름에 의해 제거됩니다.
모든 이중 밀폐형 씰은 기계식 씰 어셈블리의 내측 및 외측 표면 사이에 가압 유체(액체 또는 기체)를 필요로 합니다. 이 유체를 씰에 공급하기 위한 지원 시스템이 필수적입니다. 반면, 액체 윤활식 압력 이중 씰에서는 배리어 유체가 저장소에서 기계식 씰을 통해 순환하면서 씰 표면을 윤활하고 열을 흡수한 후, 흡수한 열을 방출하기 위해 다시 저장소로 돌아갑니다. 이러한 유체 압력 이중 씰 지원 시스템은 복잡합니다. 열 부하는 공정 압력과 온도에 따라 증가하며, 적절하게 계산하고 설정하지 않으면 신뢰성 문제를 야기할 수 있습니다.
압축 공기 이중 밀봉 지원 시스템은 공간을 적게 차지하고 냉각수가 필요 없으며 유지 보수도 거의 필요하지 않습니다. 또한, 신뢰할 수 있는 보호 가스 공급원이 확보되면 공정 압력 및 온도에 관계없이 안정적인 성능을 보장합니다.
시장에서 이중 압력 펌프 에어 씰의 채택이 증가함에 따라 미국 석유 협회(API)는 API 682 제2판 발행에 프로그램 74를 추가했습니다.
74 프로그램 지원 시스템은 일반적으로 패널에 장착된 게이지와 밸브 세트로 구성되며, 이 장치들은 배리어 가스를 퍼지하고, 하류 압력을 조절하며, 기계식 씰로 공급되는 압력과 가스 유량을 측정합니다. 플랜 74 패널을 통과하는 배리어 가스의 경로를 따라가면 첫 번째 요소는 체크 밸브입니다. 이 밸브를 통해 필터 엘리먼트 교체 또는 펌프 유지 보수를 위해 배리어 가스 공급을 씰에서 분리할 수 있습니다. 그런 다음 배리어 가스는 2~3마이크로미터(µm) 응집 필터를 통과하여 씰 표면의 지형적 특징을 손상시킬 수 있는 액체 및 미립자를 걸러내고 씰 표면에 가스 막을 형성합니다. 이어서 압력 조절기와 압력계가 있어 기계식 씰로 공급되는 배리어 가스의 압력을 설정합니다.
이중 압력 펌프 가스 씰은 씰 챔버 내 최대 압력보다 최소 차압 이상이 되도록 배리어 가스 공급 압력이 충족되어야 합니다. 이 최소 압력 강하는 씰 제조업체 및 유형에 따라 다르지만 일반적으로 약 30psi(파운드/제곱인치)입니다. 압력 스위치는 배리어 가스 공급 압력에 문제가 있는지 감지하고 압력이 최소값 아래로 떨어지면 경보를 울리는 데 사용됩니다.
씰의 작동은 유량계를 사용하여 배리어 가스 유량을 제어함으로써 이루어집니다. 기계식 씰 제조업체에서 보고한 씰 가스 유량에서 벗어나는 경우 씰 성능이 저하되었음을 나타냅니다. 배리어 가스 유량 감소는 펌프 회전 또는 (오염된 배리어 가스 또는 공정 유체로 인해) 유체가 씰 면으로 이동하는 현상 때문일 수 있습니다.
이러한 상황이 발생하면 밀봉면이 손상되고, 그 결과 배리어 가스 유량이 증가하는 경우가 많습니다. 펌프의 압력 급증이나 배리어 가스 압력의 부분적인 손실 또한 밀봉면을 손상시킬 수 있습니다. 고유량 경보는 가스 유량 증가 시 조치가 필요한 시점을 판단하는 데 사용됩니다. 고유량 경보의 설정값은 일반적으로 정상 배리어 가스 유량의 10~100배 범위이며, 이는 기계식 씰 제조업체에서 결정하는 것이 아니라 펌프가 허용할 수 있는 가스 누출량에 따라 달라집니다.
전통적으로는 가변 게이지 유량계가 사용되어 왔으며, 저용량 및 고용량 유량계를 직렬로 연결하는 경우가 흔합니다. 이 경우 고용량 유량계에 고유량 스위치를 설치하여 고유량 경보를 발생시킬 수 있습니다. 가변 면적 유량계는 특정 온도 및 압력 조건에서 특정 가스에 대해서만 교정이 가능합니다. 여름과 겨울 사이의 온도 변화와 같은 다른 조건에서 작동할 경우, 표시되는 유량은 정확한 값으로 간주할 수 없지만 실제 값에 근접한 값입니다.
API 682 4판이 발표되면서 유량 및 압력 측정 방식이 아날로그에서 디지털 방식으로 전환되었고, 측정값은 현장에서 바로 확인할 수 있게 되었습니다. 디지털 유량계는 플로트 위치를 디지털 신호로 변환하는 가변 면적 유량계 또는 질량 유량을 체적 유량으로 자동 변환하는 질량 유량계로 사용될 수 있습니다. 질량 유량계의 특징은 압력과 온도를 보정하여 표준 대기 조건에서 실제 유량을 측정할 수 있다는 점입니다. 단점은 이러한 장치가 가변 면적 유량계보다 가격이 비싸다는 것입니다.
유량계를 사용할 때의 문제점은 정상 작동 중과 고유량 경보 시점 모두에서 차단 가스 유량을 정확하게 측정할 수 있는 유량계를 찾는 것입니다. 유량 센서는 정확하게 측정할 수 있는 최대값과 최소값을 가지고 있습니다. 유량이 0에서 최소값 사이일 때는 출력 유량이 정확하지 않을 수 있습니다. 문제는 특정 유량계 모델의 최대 유량이 증가할수록 최소 유량 또한 증가한다는 점입니다.
한 가지 해결책은 저주파 트랜스미터와 고주파 트랜스미터 두 개를 사용하는 것이지만, 이는 비용이 많이 드는 옵션입니다. 두 번째 방법은 정상 작동 유량 범위에 맞는 유량 센서를 사용하고, 고범위 아날로그 유량계가 장착된 고유량 스위치를 사용하는 것입니다. 배리어 가스가 패널을 빠져나가 기계식 씰에 연결되기 전에 통과하는 마지막 구성 요소는 체크 밸브입니다. 이는 비정상적인 공정 교란 발생 시 펌핑된 액체가 패널로 역류하여 계측기가 손상되는 것을 방지하기 위해 필요합니다.
체크 밸브는 개방 압력이 낮아야 합니다. 만약 체크 밸브 선택이 잘못되었거나, 이중 압력 펌프의 에어씰이 차단 가스 유량이 낮을 경우, 체크 밸브의 개폐로 인해 차단 가스 유량의 맥동이 발생할 수 있습니다.
일반적으로 플랜트 질소는 쉽게 구할 수 있고 불활성이며 펌핑되는 액체와 화학 반응을 일으키지 않기 때문에 차폐 가스로 사용됩니다. 아르곤과 같이 구할 수 없는 불활성 가스도 사용할 수 있습니다. 필요한 차폐 가스 압력이 플랜트 질소 압력보다 높은 경우, 압력 부스터를 사용하여 압력을 높이고 고압 가스를 Plan 74 패널 입구에 연결된 수신기에 저장할 수 있습니다. 병에 담긴 질소는 빈 실린더를 가득 찬 실린더로 계속 교체해야 하므로 일반적으로 권장되지 않습니다. 밀봉 상태가 악화되면 실린더를 빠르게 비워야 하는데, 이 경우 펌프가 정지하여 추가 손상 및 기계식 밀봉 장치 고장을 방지해야 합니다.
액체 차단 시스템과 달리 Plan 74 지지 시스템은 기계식 씰에 근접할 필요가 없습니다. 다만, 소구경 튜브의 긴 구간에 주의해야 합니다. 유량이 많을 때(씰 열화 시) Plan 74 패널과 씰 사이의 파이프에서 압력 강하가 발생할 수 있으며, 이는 씰에 제공되는 차단 압력을 감소시킵니다. 파이프 크기를 늘리면 이 문제를 해결할 수 있습니다. 일반적으로 Plan 74 패널은 밸브 제어 및 계측기 판독에 편리한 높이의 스탠드에 장착됩니다. 브래킷은 펌프 점검 및 유지보수를 방해하지 않고 펌프 베이스 플레이트 또는 펌프 옆에 장착할 수 있습니다. Plan 74 패널과 기계식 씰을 연결하는 파이프에서 걸려 넘어지는 사고를 방지해야 합니다.
펌프 양 끝에 각각 하나씩, 총 두 개의 기계식 씰이 있는 베어링 사이 펌프의 경우, 하나의 패널과 각 씰에 별도의 배리어 가스 배출구를 사용하는 것은 권장되지 않습니다. 권장되는 해결책은 각 씰마다 별도의 Plan 74 패널을 사용하거나, 각각 유량계와 유량 스위치가 있는 두 개의 출력부를 갖춘 Plan 74 패널을 사용하는 것입니다. 겨울이 추운 지역에서는 Plan 74 패널을 동절기 동안 보관해야 할 수도 있습니다. 이는 주로 패널의 전기 장비를 보호하기 위한 것으로, 일반적으로 패널을 캐비닛에 넣고 발열체를 추가하는 방식으로 이루어집니다.
흥미로운 현상은 배리어 가스 공급 온도가 낮아질수록 배리어 가스 유량이 증가한다는 것입니다. 이는 일반적으로 눈에 띄지 않지만, 겨울이 춥거나 여름과 겨울의 온도차가 큰 지역에서는 두드러지게 나타날 수 있습니다. 경우에 따라 오경보를 방지하기 위해 고유량 경보 설정값을 조정해야 할 수도 있습니다. Plan 74 패널을 가동하기 전에 패널 공기 덕트와 연결 배관을 퍼지해야 합니다. 이는 기계식 씰 연결부 또는 그 근처에 배출 밸브를 추가하여 가장 쉽게 수행할 수 있습니다. 배출 밸브를 사용할 수 없는 경우, 기계식 씰에서 튜브를 분리한 후 퍼지하고 다시 연결하여 시스템을 퍼지할 수 있습니다.
플랜 74 패널을 씰에 연결하고 모든 연결부의 누출 여부를 확인한 후, 압력 조절기를 설정 압력으로 조정할 수 있습니다. 패널은 펌프에 공정 유체를 주입하기 전에 기계식 씰에 가압된 배리어 가스를 공급해야 합니다. 펌프 시운전 및 배기 절차가 완료되면 플랜 74 씰과 패널을 가동할 준비가 됩니다.
필터 요소는 작동 후 한 달마다 점검해야 하며, 오염이 발견되지 않을 경우 6개월마다 점검해야 합니다. 필터 교체 주기는 공급되는 가스의 순도에 따라 달라지지만 3년을 초과해서는 안 됩니다.
정기 점검 시 차단 가스 유량을 확인하고 기록해야 합니다. 체크 밸브의 개폐로 인한 차단 공기 흐름의 맥동이 커서 고유량 경보가 발생할 경우, 오경보를 방지하기 위해 경보 값을 높여야 할 수도 있습니다.
해체 과정에서 중요한 단계는 차폐 가스의 격리 및 감압을 마지막 단계로 수행하는 것입니다. 먼저 펌프 케이싱을 격리하고 감압하십시오. 펌프가 안전한 상태가 되면 차폐 가스 공급 압력을 차단하고 Plan 74 패널과 기계식 씰을 연결하는 배관에서 가스 압력을 제거하십시오. 모든 유지보수 작업을 시작하기 전에 시스템에서 모든 유체를 배출하십시오.
이중 압력 펌프 에어 씰은 Plan 74 지원 시스템과 결합되어 작업자에게 무공해 샤프트 씰 솔루션, 낮은 초기 투자 비용(액체 차단 시스템이 있는 씰 대비), 수명 주기 비용 절감, 작은 지원 시스템 설치 공간 및 최소한의 서비스 요구 사항을 제공합니다.
최적의 설치 및 운영 지침에 따라 설치 및 작동할 경우, 이 격납 솔루션은 장기적인 신뢰성을 제공하고 회전 장비의 가용성을 높일 수 있습니다.
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마크 새비지는 존 크레인(John Crane)의 제품 그룹 관리자입니다. 새비지는 호주 시드니 대학교에서 공학 학사 학위를 받았습니다. 더 자세한 정보는 johncrane.com에서 확인할 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 9월 8일