Fa En جمعه 27 مهر 1397 ساعت 19 و 2 دقیقه

تاثیرپارامترهای مهم درانتخاب وبهره برداری مکانیکال سیلهای پمپهای سانتریفوژ

  • یکشنبه 3 بهمن 1395 ساعت 15:8

مقالات => مقالات

پمپهایسانتریفوژ1 از تجهیزات مهم وپر کاربرد در صنعت می باشند،.یکی ازمهمترین مشکلات این تجهیزات در هنگام بهره برداری خراب شدن سیستم آب بندی است. که باعث افزایش دوره های تعمیرات این پمپها می شود.سیستمهای آب بندی مورد استفاده در پمپهای سانتریفوژ به طور کلی به دو دسته عمده ،شامل نوارهای آب بندی وآب بندهای مکانیکی تقسیم می شوند.در این مقاله تلاش شده است که ابتدا به معرفی سیستمهای آب بندی ،تقسیم بندی آب بندهای مکانیکی ودر ادامه به بررسی پارامترهای مهم در انتخاب یک آب بند مکانیکی طبق استاندارد API610/682 ومشکلات بهره برداری آنها پرداخته شود.هدف از این بررسی تعیین تاثیر انتخاب صحیح آب بندهای مکانیکی در کاهش دوره های تعمیرات وسرویس آنها می باشد. نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد در صورت انتخاب صحیح آب بندهای مکانیکی عمر مفید آنها افزایش خواهد یافت.
تاثیرپارامترهای مهم درانتخاب وبهره برداری مکانیکال سیلهای پمپهای سانتریفوژ

تاثیرپارامترهای مهم درانتخاب وبهره برداری مکانیکال سیلهای پمپهای سانتریفوژ

طبق استانداردAPI610/682جهت کاهش دوره های تعمیرات ونگهداری

احسان معراجی همدانی1   علی احتشامی2

کارشناس مکانیک دفتر فنی شرکت خمیرمایه والکل رازی

ehsan.meraji@yahoo.com

 

چکیده:

پمپهایسانتریفوژ1 از تجهیزات مهم وپر کاربرد در صنعت می باشند،.یکی ازمهمترین مشکلات این تجهیزات در هنگام بهره برداری خراب شدن سیستم آب بندی است. که باعث افزایش دوره های تعمیرات این پمپها می شود.سیستمهای   آب بندی مورد استفاده در پمپهای سانتریفوژ به طور کلی به دو دسته عمده ،شامل نوارهای آب بندی وآب بندهای مکانیکی تقسیم می شوند.

در این مقاله تلاش شده است که ابتدا به معرفی سیستمهای آب بندی ،تقسیم بندی آب بندهای مکانیکی ودر ادامه به بررسی پارامترهای مهم در انتخاب یک آب بند مکانیکی طبق استاندارد API610/682 ومشکلات بهره برداری آنها پرداخته شود.هدف از این بررسی تعیین تاثیر انتخاب صحیح آب بندهای مکانیکی در کاهش دوره های تعمیرات وسرویس آنها می باشد. نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد در صورت انتخاب صحیح آب بندهای مکانیکی عمر مفید آنها افزایش خواهد یافت.

 

مقدمه:

 

نشتی عبارت است از یک جریان نامطلوب ازسیال یا اصطلاحا فرار سیال از محیط پر فشار به محیط کم فشار ،از بین قطعاتی که کنار هم قرار دارند ودر حالت عملکرد عادی یک پمپ نبایداین پدیده اتفاق بیافتد ولی اجتناب ناپذیر        می باشد.یک محدوده خاص بین حداقل وحداکثر نشتی که قابل قبول ومجاز باشد به نوع فرآیند ونحوه عملکرد ماشین بستگی دارد.در رابطه با این موضوع دو فاکتور مهم می باشد: 

 

  • مسائل ایمنی وبهداشتی

 

این گروه از عوامل نقش حیاتی در تعیین معیار نشتی دارند بطوریکه غالبا بخش عمده ای از هزینه های ساخت دستگاهها به اتخاذ روش محدود کننده نشتی در آنها اختصاص می یابد، مواد سمی آلوده کننده  محیط زیست ، مواد آغشته به رادیو اکتیو ، گازهای قابل انفجارو احتراق، از آن جمله هستند لذا برای آنهامحدوده معیار نشتی کوچکتری را ایجاب می کنند.

 

  • مسائل اقتصادی

ارزش ریالی وهزینه مواد اتلاف شده دراثر نشتی مثلا آب سیستم خنک کننده، هوای فشرده ، بخار سیستم سوپر هیت ومواد سوختنی از عوامل مهمی در تعیین نشتی می باشندلذاایجاد مانع یا سد در برابر جریان نامطلوب سیال (نشتی) به منظور قطع کامل یا محدود کردن آن امری لازم وضروری است.در صنایعی هم چون صنایع نفت وگاز ،پتروشیمی ،صنایع تولیدی و……..

که از بخشهای مختلف فرآیندی تشکیل شده اند استفاده از پمپهای نوع سانتریفوژ جهت انتقال سیال به وفور کاربرد دارد یکی از مشکلات مهم این تجهیزات که نقش بیشتری را در دوره های تعمیرات و سرویس دارد خرابی سیستم آب بندی این تجهیزات می باشد.عمده مشکل در این پمپها، اولا عدم انتخاب سیستم آبندی  مناسب وثانیا      بهره برداری،نصب وتعمیرات ناصحیح می باشد. لذا در این مقاله به نحوه انتخاب صحیح یک آب بند مکانیکی ونحوه بهره برداری صحیح از آن جهت کاهش دوره های تعمیرات ونگهداری بر اساس استاندار API610/682(2),(1)پرداخته شده است و نتایج حاصل از استفاده از این معیارها بررسی شده است.

 

سیستمهای آب بندی:

برای جلوگیری از نشت سیال داخل محفظه پمپ باید فاصله شافت و محفظه را به وسیله تجهیزاتی مسدود کنیم به طور کلی دو سیستم رایج در پمپهای سانتریفوژ استفاده می شود:

 

  • نوارهای آب بندی:

این نوارها اصطلاحا پکینگ1 نام دارند که از مواد متنوعی نظیر گرافیت، تفلون،آرامید،تفلون گرافیت وبا مقاطع چهار گوش ودر ابعاد میلیمتری یا اینچی ساخته می شودکه برای سرویسهای مختلف ومواد سازگار با آن سرویس کاری استفاده     می شود.در اثر تماس شافت با پکینگها به دلیل سرعت بالای شافت حرارت زیادی در محل نصب پکینگ ایجاد می شود که باعث آسیب دیدن شافت وپکینگ می شود لذا برای جلوگیری از این پدیده باید یک فیلم نازک سیال بین شافت وپکینگ ایجاد کرد تا علاوه بر انتقال حرارت از فضای بین شافت وپکینگ ، اصطکاک بین شافت وپکینگ ازبین برود، وجود این فیلم سیال موجب نشت سیال می شود لذا استفاده از سیستم آب بندی پکینک برای آب بندی سیستمهای که سیال خطرناک ، گران قیمت یا دما وفشار بالا دارند معقول نمی باشند

 

آب بندهای مکانیکی:

  • همان طور که گفته شد جهت آب بندی سیستمهای که از سیال خطرناک یا گران قیمت استفاده می کنند ،از آب بندهای مکانیکی یا مکانیکال سیلها1 استفاده      می شود . مکانیکال سیلها داری چهار قسمت اصلی هستند که در ذیل اشاره شده است:

 

  • A-آب بند اولیه

  • B - آب بند ثانویه

  •  

    - فنرها

  • -Dانتقال دهنده گشتاور

 

شکل1- ساختار یک آب بند مکانیکی

 

  • گروه های مختلف آب بندهای مکانیکی طبق استاندار API610:

 

نصب شده روی شافت – کاتریجی2

 

  •  

    یک گروه از مکانیکال سیلها براساس نحوه نصب آنها بر روی شافت تقسیم بندی می شوند که در یک دسته ازاین گروه اجزا نامبرده شده برای یک مکانیکال سیل جدا از هم بوده وبه ترتیب بر روی شافت نصب می گردند و در دسته دیگراز این گروه اجزا یک مکانیکال سیل بصورت یک مجموعه واحد بوده وبه صورت یک جا روی پمپ نصب می شوندکه اصطلاحا کاتریجی نامیده می شوند.

 

  • فنردار- بدون فنر

     

    این تقسیم بندی بر اساس ساختمان قسمت ارتجاعی (فنر) می باشد که از این جهت به دودسته آب بندهای فنر دارو  آب بندهای آکاردئونی یا بدون فنر تقسیم می شوند. آب بندهای فنردار می توانند از یک فنر بزرگ یا از چند فنر کوچک تشکیل شده باشند.

     

 

  • متعادل– نامتعادل 

  • تکی – چند تایی
  • یک گروه از مکانیکال سیلهای بر اساس تعداد مورد استفاده آنها به دو دسته تکی وچند تایی تقسیم می شوند دراین قسمت به دلیل اهمیت آب بندهای چند تایی به معرفی آب بندهای چند تایی می پردازیم که در 99 درصد به صورت دوتایی هستند. سیلهای دوتایی بر اساس فشار محیط به دو دسته تقسیم می شوند:
  • تحت فشار

  • درمکانیکال سیلهای بدون فشار (آب بند داخلی) یک آب بند تکی است که  معمولا تحت فشار محفظه آب بندی قرار دارد و نیز توسط سیال موجود در سیستم خنک کاری و روانسازی می شود آب بند ثانویه (آب بند خارجی) توسط سیال کم فشار دیگری که از یک مخزن در مجاورت خود تغذیه می کند عمل می کند در اینجا آب بند ثانویه به عنوان یک پشتیبان آب بند اولیه عمل می کند. آب بند ثانویه به دلیل آنکه در محیطی با فشار کم قرار دارد مدت زمان بیشتری سالم می ماند و در صورت خرابی آب بند اولیه تا تعمیرات وتعویض مکانیکال سیل عمل آب بندی توسط آب بند ثانویه صورت می پذیرد.
  • برای سیالهای فرار ،خورنده و سمی که باید مانع از ورود آنها به محیط شویم از نوع تحت فشاراستفاده می شود.در مکانیکال سیلهای تحت فشارآب بند اولیه تحت تاثیر سیالی قرار دارد که فشاری پایین تر از فشار سیال داخلی دارد که این امر موجب تحت فشار قراردادن محیط داخلی مکانیکال سیل شده ومانع تماس سیال با سطوحح مکانیکال سیل اولیه می شود مخصوصا درزمانی که سیال سمی وخورنده باشد

     

 

پارامترهای مهم در انتخاب یک مکانیکال سیل مناسب طبق استاتدارد API610/682:

انتخاب نامناسب مکانیکال سیلها یکی از عوامل خرابی زود هنگام آنها می باشد. در این رابطه پارامترهای مهمی وجود دارد که در انتخاب یک مکانیکال سیل مناسب موثر می باشد که در ادامه به آنها می پردازیم:

جنس اجزا مختلف یک مکانیکال سیل:

  • در این زمینه می توان از دو مرجع استفاده کرد : 

  • سازنده ها

  • استانداردها

    استانداردها مراجع مهمی هستند که برای تشخیص جنس مناسب اجزا مختلف مکانیکال سیلها از آنها بهره گرفته می شود در استانداردAPI610 برای قسمتهای مختلف اجزا مکانیکال سیل پیشنهاداتی ارائه شده است همچنین براساس مواد پیشنهادی برای اجزا مختلف مکانیکال سیل،جداولی جهت انتخاب جنس های مختلف بر اساس سیال مورد استفاده ارائه می شود که می توان به وسیله این جداول  جنس مناسب را انتخاب کرد. همچنین سازنده های معتبر معمولاتاثیر  سیالات مختلف برروی اجزا مکانیکال سیل را مورد آزمایش قرار می دهند و برای هر سیال متناسب با ویژگیهای شیمیایی آن جنسهای مختلفی را پیشنهاد می دهند. به عنوان مثال پیشنهاد شرکت بروگمن1 (3) برای  سیالات مورد استفاده در  کارخانه خمیرمایه والکل رازی به شرح ذیل است:

 

جدول1- جنسهای پیشنهادی برای اجزا مختلف مکانیکال سیل که توسط سازنده پیشنهاد شده است

 

 

اتانول

خمیرمایه

کاستیک سودا

اسید نیتریک

اجزا مکانیکال سیل

Carbon graphite

Carbon graphite

Sic

Sic

آب بند اولیه

Steel316

Steel316

Steel316

Steel316

فنر

EPDM

Viton

EPDM

FKM

آب بند ثانویه

 

 

 

 

 

 

 

 

درجه حرارت ، فشار وسرعت کاری:

 

 استاندارد  API610/682پیشنهاداتی مطابق با جدول ذیل جهت حداکثر فشار، حداکثر دما و حداکثر سرعت کاری را  ارائه می دهد.

جدول2 - معیار های پیشنهادی برای کاربرد آب بندهای مکانیکی

 

نوع

مکانیکال سیل متعادل

مکانیکال سیل نامتعادل

حد اکثر فشار

حداکثر

درجه حرارت

حداکثر

سرعت

حد اکثر فشار

حداکثر

درجه حرارت

حداکثر

سرعت

فلزی

متحرک

300Psi

400C

25.4 m/s

50 Psi

400C

25.4 m/s

ثابت

300Psi

400C

50.8 m/s

50 Psi

400C

50.8 m/s

غیر فلزی

متحرک

150Psi

120C

25.4 m/s

300Psi

120C

25.4 m/s

ثابت

آب بند متداول طراحی نشده است

آب بند متداول طراحی نشده است

لاستیکی

متحرک

300Psi

205 C

25.4 m/s

50Psi

205 C

25.4 m/s

ثابت

300Psi

205 C

50.8 m/s

50Psi

205 C

50.8 m/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مشکلات بهره برداری:

 

عوامل زیادی در بهره برداری از پمپ ها موثر هستند که می توانند عمر آب بندهای مکانیکی را افزایش دهند ازجمله آنها عبارتنداز:

 

تاثیر حرارت محیط کار:

مکانیکال سیلها مجبورند با حرارت تولید شده از سه منبع مقابله کند که عبارتند از:

 

 

1-حرارت اصطکاکی تولید شده ناشی از سایش سطوح آب بند اولیه روی یکدیگر

2-حرارت اصطکاکی تولید شده ناشی ازسایش سطوح آب بند ثانویه روی شافت

3-خود سیال آب بندی شده

 

گرما می تواندالاستومر1 آب بند ثانویه را از بین ببرد. همچنین باعث ایجاد ترک گرم وشکاف سطوح آب بندی شود.

 

جهت عملکرد بهتر یک مکانیکال سیل وجلوگیری از بروز مشکل باید از عملکر صحیح سیستم خنک کاری مکانیکال سیل اطمینان حاصل شود. و پمپ را بدون سیال راه اندازی نکرد.

 

نصب وتعمیر:

نکات فراوانی جهت نصب وبهره برداری مکانیکال سیلها وجود دارد که متناسب با نوع آنها متفاوت می باشد به همین منظور مواردی که در نصب مکانیکال سیلها باید به صورت عمومی رعایت شود در ذیل اشاره شده است.

 

1-در هنگام نصب باید آب بند های اولیه وثانویه را بازدید کنید وازسالم بودن آنها مطمئن شوید هرگز آنها راخراش ندهیدو کثیف نکنید.

2-دقت کنید سطح آستین محور عاری از خال یا لبه تیز باشدو سطح آن به اندازه کافی سیقل کاری شده باشد.از صافی سطح در محل نصب اورینگ اطمینان حاصل کنید.

3-خم یا انحراف محور نباید بیشتر از 0.05 میلیمتر باشد.

4-حلقه متحرک مکانیکال سیل باید دقیقا عمود بر محور باشد.

5-سطح داخلی مکانیکال سیل را روغن کار کنید.

6-مطمئن شوید مکانیکال سیل به حد لازم فشرده شده است برای این منظور به نقشه وکاتالوگ مکانیکال سیل مراجعه کنید در غیر این صورت معمولا میزان 3 میلیمتر فشردگی برای نصب مکانیکال سیلها قاعده خوبی    می باشد ودر صورت بروز نشتی در هنگام بهر برداری می توانید میزان فشردگی را افزایش دهید.

7-از مکانیکال سیلهای استفاده کنید که دارای چند فنر هستند زیراطرح چند فنر در برابر باز شدن پیچشی فنر ناشی از نیروگریز از مرکزبه مراتب بهتر از طرح تک فنره است در طرح چند فنر نیروها روی فنرهای مختلف پخش می شوند.

8-از هم محور بودن محور موتور ومحور پمپ اطمینان حاصل شود.

 

نتایج وبحث: در پایان مقایسه ای بین آمار خرابی مکانیکال سیلهای شرکت طی سالهای 90 و91 صورت پذیرفته است که در سال 90 آمار خرابی ها مربوط به حالتی است که بدون رعایت کردن معیارهای گفته شده ودرسال 91 با رعایت کردن معیارهای گفته شده انتخاب مکانیکال سیلها صورت پذیرفته است .نتایج کلی ذیل را از این مقایسه و بحث می توان گرفت:

1-با رعایت پارامترهای مهم در انتخاب جنس مناسب ورعایت کردن حداکثرهای مجاز برای دما، فشاروسرعت کاری میزان خرابی در هر دوره تعمیراتی کمتر شده است.

2-نتیجه اصلی کاهش خرابی مکانیکال سیل ها، صرفه جویی اقتصادی وانسانی می باشد.

3-دوره های تعمیرات برای بیشتر مکانیکال سیلها  کاهش پیدا کرده وتولید با وقفه کمتری به کار خود ادامه داده است.

نمودار1- مقایسه بین تعداد خرابی مکانیکال سیل هاو دوره های تعمیرات

 

تشکروقدردانی:

 

لازم است در اینجا تشکر ویژه از پرسنل شرکت خمیرمایه والکل رازی به دلیل همکاری آنها صورت پذیرد.

منابع و مراجع:

1-Brugmann, 2002.Design Manual Mechanical seal

2-API Standard 682Second Edition, July 2002.Pumps—Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps

3-API Standard 610Second Edition, July 2002. Shaft Sealing

The effect of important parameters in the selection and operation of centrifugal pumps Mechanical Seals forstandard API610/682 to reduce maintenance periods

Ehsan Meraji Hamedani   Ali Ehteshami

Abstract

one of the important problems in the operation of Centrifugal Pumps is Deterioration of the sealing system that the maintenance period will be increased.This paper is the first to introduce sealing systemsmechanical seals division and continue to investigate theimportant parameters in choosing standard mechanical seal operation API610/682 problems be addressed.The purpose of this study was to determine the effect of mechanical seals correct choice is to reduce the volume of household repairs. Results of studies show that proper selection of mechanical seals will increase their useful life.

 

ارسال نظر