압축기 에어 씰 기술을 응용한 이중 부스터 펌프 에어 씰은 샤프트 씰 업계에서 더 널리 사용됩니다. 이 씰은 펌핑된 액체가 대기로 배출되지 않고, 펌프 샤프트의 마찰 저항이 적으며, 더 간단한 지지 시스템과 함께 작동합니다. 이러한 이점은 전체 솔루션 수명 주기 비용을 낮춰줍니다.
이러한 씰은 내부 및 외부 밀봉 표면 사이에 외부 가압 가스 공급원을 도입하여 작동합니다. 밀봉 표면의 특수한 지형은 배리어 가스에 추가적인 압력을 가하여 밀봉 표면이 분리되고, 가스막에 떠 있게 됩니다. 밀봉 표면이 더 이상 접촉하지 않으므로 마찰 손실이 적습니다. 배리어 가스는 저유량으로 멤브레인을 통과하면서 누출 형태로 배리어 가스를 소모하는데, 이 누출의 대부분은 외부 밀봉 표면을 통해 대기로 누출됩니다. 잔류물은 밀봉 챔버로 스며들어 결국 공정 흐름에 의해 제거됩니다.
모든 이중 밀폐형 씰은 메카니컬 씰 어셈블리의 내측과 외측 표면 사이에 가압 유체(액체 또는 기체)가 필요합니다. 이 유체를 씰로 전달하기 위한 지지 시스템이 필요합니다. 반면, 액체 윤활 압력 이중 씰에서는 배리어 유체가 저장조에서 메카니컬 씰을 통해 순환하면서 씰 표면을 윤활하고 열을 흡수한 후, 흡수된 열을 방출하기 위해 저장조로 돌아갑니다. 이러한 유체 압력 이중 씰 지지 시스템은 복잡합니다. 열 부하는 공정 압력과 온도에 따라 증가하며, 적절하게 계산 및 설정되지 않으면 신뢰성 문제를 야기할 수 있습니다.
압축 공기 이중 씰 지지 시스템은 공간을 거의 차지하지 않고, 냉각수가 필요하지 않으며, 유지 보수도 거의 필요하지 않습니다. 또한, 안정적인 보호 가스 공급원이 있는 경우, 공정 압력 및 온도에 관계없이 신뢰성이 유지됩니다.
시장에서 듀얼 압력 펌프 에어 씰의 채택이 증가함에 따라, 미국석유협회(API)는 API 682의 2판 발행의 일환으로 프로그램 74를 추가했습니다.
74 프로그램 지원 시스템은 일반적으로 배리어 가스를 퍼지하고, 하류 압력을 조절하며, 기계적 씰로 가는 압력과 가스 흐름을 측정하는 패널 장착형 게이지와 밸브 세트입니다. Plan 74 패널을 통과하는 배리어 가스 경로의 첫 번째 요소는 체크 밸브입니다. 이 밸브는 필터 요소 교체 또는 펌프 유지보수를 위해 배리어 가스 공급 장치를 씰에서 분리할 수 있도록 합니다. 그런 다음 배리어 가스는 씰 표면의 지형적 특징을 손상시킬 수 있는 액체와 미립자를 포집하는 2~3마이크로미터(µm) 응집 필터를 통과하여 씰 표면에 가스막을 형성합니다. 그 다음에는 기계적 씰로 가는 배리어 가스 공급 장치의 압력을 설정하기 위한 압력 조절기와 마노미터가 있습니다.
이중 압력 펌프 가스 씰은 배리어 가스 공급 압력이 씰 챔버의 최대 압력보다 높은 최소 차압을 충족하거나 초과해야 합니다. 이 최소 압력 강하는 씰 제조업체와 유형에 따라 다르지만 일반적으로 약 30psi(제곱인치당 파운드)입니다. 압력 스위치는 배리어 가스 공급 압력에 문제가 있는지 감지하고 압력이 최소값 아래로 떨어지면 경보를 울리는 데 사용됩니다.
씰의 작동은 유량계를 사용하여 배리어 가스 유량에 의해 제어됩니다. 기계적 씰 제조업체에서 보고한 씰 가스 유량과의 편차는 씰링 성능 저하를 나타냅니다. 배리어 가스 유량 감소는 펌프 회전 또는 오염된 배리어 가스나 공정 유체로부터 씰 표면으로 유체가 이동한 데 기인할 수 있습니다.
이러한 사고 발생 후 밀봉 표면이 손상되어 배리어 가스 유량이 증가하는 경우가 많습니다. 펌프의 압력 서지나 배리어 가스 압력의 부분적인 손실 또한 밀봉 표면을 손상시킬 수 있습니다. 고유량 경보는 고유량 문제를 해결하기 위한 조치가 필요한 시점을 판단하는 데 사용할 수 있습니다. 고유량 경보의 설정값은 일반적으로 정상 배리어 가스 유량의 10배에서 100배 사이이며, 일반적으로 기계적 씰 제조업체에서 정하는 값은 아니지만 펌프가 허용 가능한 가스 누출량에 따라 달라집니다.
전통적으로 가변 게이지 유량계가 사용되어 왔으며, 저범위 유량계와 고범위 유량계를 직렬로 연결하는 것은 드문 일이 아닙니다. 고범위 유량계에 고유량 스위치를 설치하여 고유량 경보를 발령할 수 있습니다. 가변 면적 유량계는 특정 온도와 압력의 특정 가스에 대해서만 교정할 수 있습니다. 여름과 겨울의 온도 변화와 같은 다른 조건에서 작동할 경우, 표시된 유량은 정확한 값으로 간주될 수 없지만 실제 값에 가깝습니다.
API 682 4판이 발표되면서 유량 및 압력 측정은 아날로그 방식에서 로컬 측정값을 사용하는 디지털 방식으로 전환되었습니다. 디지털 유량계는 플로트 위치를 디지털 신호로 변환하는 가변 면적 유량계 또는 질량 유량을 체적 유량으로 자동 변환하는 질량 유량계로 사용할 수 있습니다. 질량 유량 트랜스미터의 가장 큰 특징은 표준 대기 조건에서 실제 유량을 제공하기 위해 압력과 온도를 보상하는 출력을 제공한다는 것입니다. 단점은 가변 면적 유량계보다 가격이 비싸다는 것입니다.
유량 트랜스미터 사용의 문제점은 정상 작동 중과 고유량 경보 지점에서 배리어 가스 유량을 측정할 수 있는 트랜스미터를 찾는 것입니다. 유량 센서는 정확하게 읽을 수 있는 최대값과 최소값을 가지고 있습니다. 0 유량과 최소값 사이에서는 출력 유량이 정확하지 않을 수 있습니다. 문제는 특정 유량 트랜스듀서 모델의 최대 유량이 증가함에 따라 최소 유량도 증가한다는 것입니다.
한 가지 해결책은 두 개의 트랜스미터(저주파 하나와 고주파 하나)를 사용하는 것이지만, 비용이 많이 듭니다. 두 번째 방법은 정상 작동 유량 범위에는 유량 센서를 사용하고, 고범위 아날로그 유량계와 함께 고유량 스위치를 사용하는 것입니다. 배리어 가스가 패널을 빠져나와 기계적 씰에 연결되기 전에 통과하는 마지막 구성 요소는 체크 밸브입니다. 이는 펌핑된 액체가 패널로 역류하여 비정상적인 공정 장애 발생 시 계측기 손상을 방지하는 데 필수적입니다.
체크 밸브는 개방 압력이 낮아야 합니다. 밸브를 잘못 선택하거나 이중 압력 펌프의 공기 밀봉부에 배리어 가스 유량이 부족한 경우, 배리어 가스 유량 맥동은 체크 밸브의 개폐와 재시팅으로 인해 발생하는 것으로 보입니다.
일반적으로 식물 질소는 쉽게 구할 수 있고 불활성이며 펌핑되는 액체에서 유해한 화학 반응을 일으키지 않기 때문에 배리어 가스로 사용됩니다. 아르곤과 같이 구할 수 없는 불활성 가스도 사용할 수 있습니다. 필요한 차폐 가스 압력이 식물 질소 압력보다 높은 경우, 압력 부스터가 압력을 높이고 고압 가스를 Plan 74 패널 입구에 연결된 리시버에 저장할 수 있습니다. 병에 든 질소 병은 빈 실린더를 가득 찬 실린더로 계속 교체해야 하므로 일반적으로 권장되지 않습니다. 씰의 품질이 저하되면 병을 빠르게 비워 펌프를 정지시켜 기계적 씰의 추가 손상 및 고장을 방지할 수 있습니다.
액체 차단 시스템과 달리 Plan 74 지지 시스템은 기계적 씰과 가까이 설치할 필요가 없습니다. 유일한 단점은 소구경 튜브의 긴 부분입니다. 높은 유량(씰 열화) 시 배관에서 Plan 74 패널과 씰 사이의 압력 강하가 발생할 수 있으며, 이는 씰에 가해지는 차단 압력을 감소시킵니다. 배관 크기를 늘리면 이 문제를 해결할 수 있습니다. 일반적으로 Plan 74 패널은 밸브 제어 및 계측기 판독에 편리한 높이의 스탠드에 장착됩니다. 브래킷은 펌프 검사 및 유지보수에 지장을 주지 않고 펌프 베이스 플레이트 또는 펌프 옆에 장착할 수 있습니다. 배관/Plan 74 패널과 기계적 씰을 연결하는 배관에서 발이 걸리는 위험을 방지하십시오.
펌프 양쪽 끝에 하나씩, 두 개의 기계적 씰이 있는 인터베어링 펌프의 경우, 하나의 패널과 각 기계적 씰에 별도의 배리어 가스 배출구를 사용하는 것은 권장되지 않습니다. 권장되는 해결책은 각 씰에 별도의 Plan 74 패널을 사용하거나, 각각 유량계와 유량 스위치가 있는 두 개의 출력이 있는 Plan 74 패널을 사용하는 것입니다. 겨울철에 추운 지역에서는 Plan 74 패널을 겨울철에 보호해야 할 수도 있습니다. 이는 주로 패널의 전기 장비를 보호하기 위한 것으로, 일반적으로 패널을 캐비닛에 넣고 발열체를 추가합니다.
흥미로운 현상은 배리어 가스 공급 온도가 낮아짐에 따라 배리어 가스 유량이 증가한다는 것입니다. 이는 일반적으로 눈에 띄지 않지만, 겨울이 춥거나 여름과 겨울의 기온 차이가 큰 지역에서는 눈에 띄게 나타날 수 있습니다. 경우에 따라 오경보를 방지하기 위해 고유량 경보 설정값을 조정해야 할 수도 있습니다. Plan 74 패널을 사용하기 전에 패널 공기 덕트와 연결 파이프를 퍼징해야 합니다. 기계적 밀봉 연결부 또는 그 근처에 환기 밸브를 추가하면 가장 쉽게 퍼징할 수 있습니다. 블리드 밸브를 사용할 수 없는 경우, 튜브를 기계적 밀봉에서 분리했다가 퍼징 후 다시 연결하여 시스템을 퍼징할 수 있습니다.
Plan 74 패널을 씰에 연결하고 모든 연결부의 누출 여부를 확인한 후, 이제 압력 조절기를 해당 어플리케이션의 설정 압력으로 조정할 수 있습니다. 패널은 펌프에 공정 유체를 채우기 전에 가압된 배리어 가스를 메카니컬 씰에 공급해야 합니다. 펌프 시운전 및 배기 절차가 완료되면 Plan 74 씰과 패널을 작동시킬 준비가 됩니다.
필터 엘리먼트는 작동 후 한 달마다, 또는 오염이 발견되지 않으면 6개월마다 검사해야 합니다. 필터 교체 주기는 공급되는 가스의 순도에 따라 다르지만 3년을 초과해서는 안 됩니다.
정기 점검 시 배리어 가스 유량을 점검하고 기록해야 합니다. 체크 밸브 개폐로 인한 배리어 공기 흐름 맥동이 고유량 경보를 발생시킬 만큼 큰 경우, 오경보를 방지하기 위해 경보 값을 높여야 할 수 있습니다.
해체 작업의 중요한 단계 중 하나는 보호 가스의 격리 및 감압이 마지막 단계여야 한다는 것입니다. 먼저 펌프 케이싱을 격리하고 감압합니다. 펌프가 안전한 상태가 되면 보호 가스 공급 압력을 차단하고 Plan 74 패널과 메카니컬 씰을 연결하는 배관에서 가스 압력을 제거합니다. 유지보수 작업을 시작하기 전에 시스템에서 모든 유체를 배출합니다.
Plan 74 지원 시스템과 결합된 이중 압력 펌프 공기 씰은 운영자에게 배출이 없는 샤프트 씰 솔루션, 낮은 자본 투자(액체 차단 시스템의 씰과 비교), 감소된 수명 주기 비용, 작은 지원 시스템 설치 공간 및 최소 서비스 요구 사항을 제공합니다.
모범 사례에 따라 설치하고 운영할 경우, 이 격리 솔루션은 장기적인 안정성을 제공하고 회전 장비의 가용성을 높일 수 있습니다.
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마크 새비지는 존 크레인(John Crane)의 제품 그룹 매니저입니다. 새비지는 호주 시드니 대학교에서 공학 학사 학위를 취득했습니다. 더 자세한 정보는 johncrane.com을 방문하세요.
게시 시간: 2022년 9월 8일