Оптимизация систем поддержки механических уплотнений для высшей надежности

API 682 и вы: построение лучших систем поддержки механических уплотнений

Шон Ханскер, менеджер по рынку, химическая и нефтеперерабатывающая отрасль

Механические уплотнения стали доминирующей технологией уплотнения на НПЗ и химических заводах в 1980-х годах, заставив Американский нефтяной институт (API) создать комитет, единственным фокусом которого было написание стандартов для этих компонентов. Первое издание, API 682 «Системы уплотнения валов для центрифужных и вращательных насосов», было опубликовано в 1994 году с этой миссией: «Этот стандарт разработан для выбора по умолчанию типов оборудования, наиболее часто поставляемых, которые с высокой вероятностью соответствуют цели минимум трех лет бесперебойной службы при соблюдении нормативов выбросов».¹ Особенно стандарт включает рекомендации, которые по умолчанию отдают предпочтение технологиям, доказавшим свою безопасность и надежность. В настоящее время в четвертом издании, API 682 продолжает предлагать руководство на основе процессовой службы как для механических уплотнений, так и для их систем поддержки.

Хотя большая часть стандарта фокусируется на механических уплотнениях, значительная часть посвящена системам поддержки уплотнений, так как они являются критическим компонентом для правильной работы системы уплотнения и насоса. Как производитель систем поддержки уплотнений, компания Swagelok и наши центры продаж и сервиса внедрили лучшие практики API 682 4-го издания. В этой статье мы объясним, что такое некоторые из этих лучших практик, и как внедрение рекомендаций стандарта в проектирование и строительство ваших систем поддержки уплотнений может помочь вам достичь целей по повышению надежности и безопасности при снижении затрат.

Каковы основные функции системы поддержки механического уплотнения?

Прежде чем обсуждать лучшие практики, давайте посмотрим на функции систем поддержки уплотнений. Эти системы проектируются для конкретного механического уплотнения и набора процессовых условий. Обычно они подают газ или жидкость в механическое уплотнение для регулирования среды, в которой работает уплотнение, защищая вращающееся оборудование от повреждений.

У этих систем четыре основные функции:

• Обеспечение смазки уплотняющих граней
• Контроль давления и температуры в камере уплотнения и уплотнении
• Промывка уплотнения от загрязнений и/или накопления остатков
• Предотвращение утечки процессовой жидкости системы в атмосферу

Узнайте больше о системах поддержки механических уплотнений в видео ниже.

Снижение потенциальных точек утечки

Во всем API 682 4-го издания есть ссылки на сокращение количества соединений в системах поддержки уплотнений. Будь то сваренная труба или трубка, резьбовые системы не рекомендуются. Каждое соединение можно рассматривать как потенциальную точку утечки и возможный риск надежности в приложениях по перекачке углеводородов. Утечки в системах поддержки уплотнений рядом с насосами могут вызывать повреждение активов, увеличение простоя, экологические проблемы и риски безопасности.

В прошлом многие системы поддержки уплотнений строились из труб из-за исторической предпочтительности трубопроводов. Недавно производители уплотнений, конечные пользователи и ОЕМ насосов внедрили трубки в качестве решения для соединений в системах поддержки уплотнений благодаря их длинной истории успешного использования в критических применениях по всему промышленному миру. Как отметил эксперт по вращающемуся оборудованию Хайнц Блох в недавней статье Hydrocarbon Processing: «[the] American Petroleum Institute Standard 682 (API 682) начал одобрять использование трубок для некоторых планов трубопроводов уплотнений. К сожалению, приверженцы традиций по-прежнему выбирают жесткую трубу; мы просим их пересмотреть. API 682 (4-е издание) теперь специфицирует соединения систем поддержки уплотнений почти взаимозаменяемо».²

Трубки можно использовать для сокращения количества соединений за счет изгиба линий и соответствующего использования переходных фитингов. Часто единственными необходимыми соединениями являются те, что на уплотнении и системе уплотнения. Поскольку трубки отожжены, их изгибка закаляют металл, увеличивая прочность трубки в месте изгиба. Инновационные технологии соединений, такие как фланцевые адаптеры и удлиненные мужские соединители, дополнительно сокращают количество соединений от резьбовых портов на уплотнении и баках уплотнений, устраняя необходимость во множестве фитингов. Использование трубок дает дополнительную финансовую выгоду при рассмотрении затрат MRO насоса, уплотнения и системы поддержки. При обслуживании, где «трубопровод» вокруг насосов перерабатывается, использование трубок устраняет необходимость в дорогостоящей сварке на месте и может быть установлено быстро для сокращения простоя.

Упрощение эксплуатации и обслуживания

Системы поддержки уплотнений критичны для правильной работы уплотнения и насоса, и как таковые требуют регулярного визуального осмотра. Упрощение работы визуального осмотра способствует надежности и безопасности системы. При проектировании систем поддержки уплотнений есть несколько принципов лучших практик проектирования, которые стоит учитывать после выбора плана трубопроводов и общей компоновки.

1. Функция системы должна быть очевидной, а дизайн — интуитивным.

Механические уплотнения часто повреждаются при запуске и остановке насосов, иногда в результате неправильной работы системы поддержки уплотнения. Если дизайн системы поддержки уплотнения способствует правильной эксплуатации, можно избежать распространенных ошибок при пуске насосов.

В API 682 4-го издания План 32 показан как множество приборов и компонентов, установленных либо на трубах, либо на трубках. Хотя функционально верно, этот дизайн дает оператору мало информации об эксплуатации системы, какая информация важна и почему. Если система расположена вниз рядом с уплотнением насоса, оператору теперь нужно вернуться к насосу и наклониться, чтобы прочитать приборную информацию. Создание даже небольших препятствий для операторов увеличивает риск пропуска сигналов тревоги и снижает надежность. Интуитивное решение — разместить эти компоненты на панели.

Размещение плана трубопроводов, такого как План 32, на панели соответствует двум важным принципам проектирования: правильной идентификации и эксплуатации. Это обеспечивает следующие преимущества:

• Во-первых, План 32 теперь выглядит как отдельная система. Вместо того чтобы иметь компоненты только на ходе трубы или трубки, они расположены на панели, где путь потока можно идентифицировать, и все приборы доступны на уровне глаз.
• Кроме того, API 682 поддерживает эти соображения проектирования. В нем сказано: «Все органы управления и приборы должны быть расположены и размещены так, чтобы обеспечить легкую видимость операторами, а также доступность для испытаний, регулировок и обслуживания» (9.1.5).³
• Наконец, панели могут включать информацию о номерах деталей, указание пути потока и инструкции для оператора. Эти улучшения помогают обеспечить безопасный и надежный пуск и остановку насосов и систем поддержки уплотнений.

2. Система должна быть спроектирована для простоты обслуживания.

В то время как правильная работа системы поддержки уплотнения является высоким приоритетом, следует также учитывать проектирование систем, которые легко обслуживать. Системы поддержки уплотнений содержат часто обслуживаемые элементы, такие как расходомеры, фильтры и другие визуальные приборы. Плановое профилактическое обслуживание (ППО) на этих системах должно быть простым и безопасным для операторов. Если фильтры не удобно позиционированы и доступны для продувки, маловероятно, что правильное ППО будет выполняться в рекомендуемые интервалы.

API 682 4-е издание также рекомендует конфигурации «блокировка-сброс» для всех манометров. Если системы не спроектированы с этой функцией, вероятно, что при выходе из строя манометров операторы останутся без критической информации до следующего планового остановки или проекта, когда насос и система поддержки могут быть декомиссированы и манометр заменен.

Наконец, существует широкий спектр трубных соединений и вариантов проектирования, позволяющих легко демонтировать и заменить каждый обслуживаемый компонент на системе поддержки уплотнения, продолжая эксплуатацию системы. Для баков уплотнений 4-е издание предписывает: «Местная эксплуатация, вентиляция, наполнение и слив должны осуществляться с уровня пола. Если не указано иное, системы, требующие использования лестницы или ступеньки или подъема на базовую пластину или трубопровод, недопустимы» (8.1.8).⁴ Во многих заводах есть старые баки уплотнений просто с трубной заглушкой наверху. Заставлять операторов подниматься по лестнице для доливки бака может подвергнуть их воздействию процессовых паров и является общественно небезопасной практикой. Проектирование Планов 52 или 53 с системами наполнения, как показано ниже, — простое проектировочное соображение и лучшая практика, способствующая безопасному обслуживанию.

Построение лучших систем поддержки уплотнений

Внедрение этих основных принципов лучших практик проектирования для систем поддержки механических уплотнений повышает надежность и снижает затраты. Резюмируем, как вы можете достичь лучших результатов с вашими системами:

• Рассмотрите использование трубок вместо сваренных труб для снижения затрат на установку и обслуживание. Это также способствует надежности через сокращение потенциальных точек утечки.
• Вывод насосов из строя для исправления незначительных приборных проблем или доливки баков уплотнений не должно быть допустимым. Размещение этих систем на панелях, с правильной маркировкой и проектированием для легкого обслуживания снижает вероятность ошибок оператора, которые могут повредить уплотнения.

Отказы уплотнений и связанные затраты на их замену должны быть серьезной заботой групп вращающегося оборудования на всех заводах. Обеспечение следования лучшим практикам и принципам проектирования API 682 4-го издания помогает предотвратить эти затраты и создает более безопасную и надежную операцию.

Swagelok предоставляет проектирование и сборку систем поддержки уплотнений через нашу сеть более чем 200 авторизованных центров продаж и сервиса. Мы предлагаем конфигурируемые, локальные и надежные системы, которые лучше по дизайну, чтобы помочь вам снизить затраты, сэкономить время и улучшить безопасность вашего вращающегося оборудования. Для дополнительных советов по проектированию и установке ваших систем поддержки механических уплотнений или для поиска правильных комплектов или сборок планов API для ваших применений обратитесь к вашей местной команде Swagelok.

¹ API Standard 682, First Edition, 1994 «Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps», American Petroleum Institute, Washington, D.C.

² Bloch, Heinz P., Consider Stainless Steel Tubing for Mechanical Seal Connections, Hydrocarbon Processing, March, 2018.

³ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 «Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps», American Petroleum Institute, Washington, D.C.

⁴ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 «Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps», American Petroleum Institute, Washington, D.C.