Reparaturen an Dichtungen verschlingen 60–70 % des gesamten Wartungsbudgets für Kreiselpumpen. Das ist eine erschreckend hohe Zahl. Und wenn die Pumpen bei erhöhten Temperaturen – über 150 °C – betrieben werden, wird die Herausforderung deutlich größer.
Für die meisten Hochtemperaturanwendungen, API-Plan 23 (geschlossener Regelkreis) Dichtungskammer Die Kühlungsoption bietet das beste Verhältnis von Kühlleistung und Energieeinsparung für einfache Dichtungen. Für doppelte Dichtungen in kritischen oder explosionsgefährdeten Bereichen über 120 °C (250 °F) ist Plan 53B die beste Wahl.
Der „beste“ Plan hängt jedoch von Ihrer individuellen Situation ab. Ich erkläre Ihnen gerne, wie Sie diese Entscheidung treffen können.
Welche API 682-Spülpläne eignen sich am besten für den Einsatz bei hohen Temperaturen?
Die API 682, 4. Ausgabe, definiert 32 grundlegende Rohrleitungskonfigurationen. Für Hochtemperaturanwendungen wählt man typischerweise zwischen Plan 21, Plan 23 oder Plan 32 für einfache Dichtungen und Plan 53A, 53B oder 54 für doppelte Anordnungen.
Wann sollten Sie Plan 21 (Rückführung gekühlter Abflüsse) verwenden?
Plan 21 entnimmt Prozessflüssigkeit vom Pumpenausgang, leitet sie durch eine Düse und einen Wärmetauscher und spritzt die gekühlte Flüssigkeit anschließend in die Dichtungskammer. Es handelt sich im Wesentlichen um Plan 11 mit einem zusätzlichen Kühler.
Beste Anwendungen:
- Heiße, nicht polymerisierende, saubere Flüssigkeiten unter 176 °C (350 °F)
- Situationen, die hohe Spüldurchflussraten erfordern
- Wenn die Prozessflüssigkeit ein gutes Schmiermittel ist, aber eine Temperaturreduzierung benötigt wird
Zu berücksichtigende Einschränkungen:
Plan 21 ist ein offenes System. Die heiße Flüssigkeit wird kontinuierlich aus dem Auslass entnommen, gekühlt und in die Dichtungskammer eingespritzt, wo sie sich mit dem Prozessmedium vermischt und zur Pumpe zurückgeführt wird. Daher muss der Kühler die volle Prozesstemperatur auf der Einlassseite bewältigen.
Bei Hochtemperaturanwendungen führt dies zu Ablagerungsproblemen. Wenn 300 °C heißes Prozessmedium auf die relativ kalten Rohre eines wassergekühlten Wärmetauschers trifft, kommt es zu lokalem Sieden. Enthält das Kühlwasser gelöste Feststoffe (was bei den meisten Anlagenkühlwassern der Fall ist), setzen sich diese an den Rohroberflächen ab. Die Wärmeübertragung sinkt, die Dichtungstemperatur steigt, und es kommt erneut zu vorzeitigen Ausfällen.
Plan 21 verbraucht auch mehr Energie als Plan 23, weil ständig Flüssigkeit durch den Kühlkreislauf gepumpt wird.
Warum ist Plan 23 die bevorzugte Wahl für die meisten Hochtemperaturanwendungen?
Plan 23 ist grundlegend anders. Anstatt Flüssigkeit aus dem Auslass anzusaugen, zirkuliert er Flüssigkeit aus der Dichtungskammer selbst durch einen Kühler und zurück in die Dichtungskammer. Pumpring Die Zirkulationskraft wird durch die Dichtung erzeugt.
Dieser geschlossene Regelkreis bietet mehrere Vorteile:
Es ist wesentlich effizienter. Plan 23 führt lediglich die an den Dichtflächen entstehende Wärme sowie die vom Pumpengehäuse aufgenommene Wärme ab. Er kühlt nicht den gesamten Prozessstrom. Dies bedeutet einen kleineren Kühler, geringere Energiekosten und ein reduziertes Verschmutzungsrisiko.
Es erreicht niedrigere Temperaturen in der Dichtungskammer. Da die gekühlte Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, anstatt sich mit dem heißen Prozessstrom zu vermischen, kann Plan 23 deutlich niedrigere Temperaturen an den Dichtflächen aufrechterhalten.
Die Zahlen sprechen für sich. Branchenexperten bewerten Plan 23 durchweg als die beste Option für Hochtemperaturanwendungen. Ein von mir geschätzter Dichtungsingenieur bringt es auf den Punkt: Plan 23 ist „wahrscheinlich der mit Abstand beste Plan für optimierte Anwendungen.“ Gleitringdichtung Leistungsfähigkeit bei Hochtemperaturanwendungen.“
Wichtige Installationsvoraussetzungen:
Plan 23 verzeiht keine unsaubere Installation. Der Wärmetauscher muss innerhalb von 3 Metern (10 Fuß) von der Dichtung und 45–60 cm (18–24 Zoll) über der Dichtungsachse positioniert werden. Dieser Höhenunterschied unterstützt die Zirkulation des Pumpenrings und ermöglicht den Thermosiphonfluss im Stillstand.
Sie benötigen eine Hochpunktentlüftung mit Absperrventil. Luft oder Dampf, die sich im Kühlkreislauf ansammeln, unterbrechen die Zirkulation und führen dazu, dass Ihre Dichtung nicht gekühlt wird – genau dann, wenn sie es am dringendsten benötigt.
Für die meisten Anwendungen eignet sich ein Schlauch mit einem Durchmesser von einem halben Zoll (12 mm), aber ein Schlauch mit einem Durchmesser von drei Viertel Zoll (18 mm) verringert den Strömungswiderstand, wenn Sie die Leistungsfähigkeit des Pumpenrings ausreizen.
Wann ist Plan 32 (externe Spülung) sinnvoll?
Plan 32 injiziert saubere Flüssigkeit aus einer externen Quelle direkt in die Dichtungskammer. Halsbuchse Am hinteren Ende der Kammer wird der Durchfluss in Richtung Pumpenansaugung eingeschränkt, wodurch ein höherer Druck in der Dichtungskammer aufrechterhalten wird.
Beste Anwendungen:
- Kontaminierte oder partikelbeladene Prozessflüssigkeiten
- Polymerisierende oder oxidierende Flüssigkeiten, die nicht mit der Dichtung in Berührung kommen sollten.
- Flüssigkeiten mit schlechter Schmierfähigkeit
- Wenn Sie sowohl Kühlung als auch Kontaminationsschutz benötigen.
Der Hochtemperatur-Kompromisse:
Bei Anwendungen mit hohen Temperaturen kann Plan 32 Probleme verursachen. Außenspülung Die Flüssigkeit – typischerweise Wasser – tritt mit Umgebungstemperatur ein. Das Auftreffen dieser kalten Flüssigkeit auf den heißen Prozessstrom verursacht Wärmeverluste, die jährlich Energiekosten in Höhe von Zehntausenden von Dollar verursachen können.
Die Spülung Flüssigkeit verdünnt auch Ihr Produkt. Wenn Sie einen chemischen Reaktor mit präzisen Konzentrationen betreiben, kann die Zugabe von Wasser zu Ihrem Prozessstrom unzulässig sein.
Es gibt noch ein weiteres, subtiles Problem: Die externe Spülflüssigkeit hat oft einen niedrigeren Siedepunkt als die Prozessflüssigkeit. Das Einspritzen einer Flüssigkeit mit niedrigerem Siedepunkt in eine heiße Dichtungskammer kann den am Laufrad verfügbaren NPSH-Wert verringern, da sich diese Flüssigkeit mit der Prozessflüssigkeit vermischt.
Der Spüldruck gemäß Plan 32 muss mindestens 2 bar (30 psig) über dem Dichtungskammerdruck liegen. Der zulässige Bereich ist eng – typischerweise 10–15 psi über dem Dichtungskammerdruck. Ist der Druck zu niedrig, kommt es zu Verunreinigungen im Prozess. Ist er zu hoch, wird der Schmierfilm an den Dichtflächen beschädigt.
Wann sollten Sie auf Doppeldichtungssysteme umrüsten?
Einfache Dichtungen mit geeigneter Spülung eignen sich gut für viele Hochtemperaturanwendungen. In manchen Situationen ist jedoch der zusätzliche Schutz durch doppelte Dichtungen erforderlich.
Was macht Plan 53B ideal für kritische Hochtemperaturanwendungen?
Eine Doppeldichtungsanordnung besteht aus zwei in Reihe geschalteten Dichtungen mit einer dazwischenliegenden Sperrflüssigkeitskammer. Die innere Dichtung umschließt den Prozess; die äußere Dichtung verhindert, dass Sperrflüssigkeit in die Atmosphäre gelangt. Plan 53B sieht eine Druckzirkulation der Sperrflüssigkeit mit Wärmeabfuhr vor.
So funktioniert Plan 53B:
Ein Blasenspeicher beaufschlagt die Sperrflüssigkeit mit Stickstoff, ohne dass das Gas direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt. Dadurch werden Gaseintragsprobleme vermieden, die bei Systemen des Plan 53A häufig auftreten. Ein Pumpenring zirkuliert die Sperrflüssigkeit durch einen integrierten Wärmetauscher und führt so sowohl die durch die Dichtung erzeugte Wärme als auch die Wärmeaufnahme des Pumpengehäuses ab.
Temperatur- und Druckbeständigkeit:
Plan 53B funktioniert zuverlässig bis zu 260 °C (500 °F), solange der Barrierendruck unter 200 psi bleibt. Praxiserfahrungen zeigen, dass die Systeme 300 psig aushalten, wenn die Temperatur unter 120 °C (250 °F) gehalten wird.
Wie schneiden die Pläne 53A, 53B und 54 im Vergleich hinsichtlich ihrer Eignung für Hochtemperaturanwendungen ab?
| Merkmal | Plan 53A | Plan 53B | 54 Plan |
|---|---|---|---|
| Druckbeaufschlagung | Direkter Gaskontakt | Blasenspeicher | Externe Pumpe |
| Max. Druck | 150 psig (300 psig mit Temperaturregelung) | 200+ psig | Keine praktische Grenze |
| Kühlung: | Begrenzt (kein integrierter Wärmetauscher) | Gut (integrierter Wärmetauscher) | Ausgezeichnet (spezieller Kühlkreislauf) |
| Optimaler Temperaturbereich | Unter 120 °C (250 °F) | Unter 260 °C (500 °F) | Bis zu 425 °C (800 °F) |
| Komplexität/Kosten | Niedrig | Medium | Hoch |
Plan 53A Das Verfahren ist zwar einfach, hat aber seine Grenzen. Der Stickstoff kommt direkt mit der Sperrflüssigkeit in Kontakt, was bei höheren Drücken und Temperaturen zu Gasaufnahme und Blasenbildung führen kann. API 682 empfiehlt, den Druck unter 150 psig zu halten, um Gaseintrag zu vermeiden.
Plan 53B Zusätzlich werden ein Blasenspeicher und ein Wärmetauscher eingebaut, die höhere Temperaturen und Drücke bewältigen können. Aufgrund des geringeren Flüssigkeitsvolumens wird die Sperrflüssigkeit häufiger thermisch ausgetauscht als in 53A, wodurch sich ihre Lebensdauer etwas verkürzt.
54 Plan Für die Zirkulation der Sperrflüssigkeit wird eine externe Pumpe, ein Kühler und ein Filterkreislauf verwendet. Dies ist die robusteste Option für extreme Temperaturen und Drücke, erhöht jedoch die Komplexität und die Kosten. Diese Lösung ist die optimale Wahl für Prozesstemperaturen über 260 °C (500 °F) oder Sperrdrücke über 200 psi.
Wie lässt sich Verkokung bei Hochtemperatur-Kohlenwasserstoffanwendungen verhindern?
Verkokung ist eines der ärgerlichsten Probleme bei Hochtemperaturdichtungen. Kohlenwasserstoffe, die an der inneren Dichtfläche vorbeiströmen, treffen auf Luftsauerstoff, oxidieren bei erhöhter Temperatur und bilden harte Kohlenstoffablagerungen.
Wann ist API Plan 62 (Quench) erforderlich?
Plan 62 leitet Niederdruckdampf oder Stickstoff auf die atmosphärische Seite der Dichtung. löschen Die Flüssigkeit erfüllt zwei Zwecke: Sie kühlt jegliche Prozessleckage, die die atmosphärische Seite erreicht, und sie verdrängt Sauerstoff, um Oxidation zu verhindern.
Sie benötigen Plan 62, wenn:
- Die Dichtungstemperatur überschreitet 177 °C (350 °F) bei bekannter Verkokung
- Sie pumpen Kohlenwasserstoffe, die anfällig für Oxidation sind.
- Vorherige Dichtungsausfälle zeigte eine Ansammlung von schwarzem Kohlenstoff auf der atmosphärischen Seite
Wasserdampf vs. Stickstoff:
Dampf bietet aufgrund seiner Wärmekapazität und des Phasenübergangs eine bessere Kühlung. Stickstoff verhindert zwar die Oxidation, kühlt aber nicht so effektiv.
Kritische Warnung: Nassdampf ist gefährlich für spröde Dichtflächenmaterialien. Ein Schwall flüssigen Wassers, der auf heiße Dichtflächen trifft, verursacht rasche Verdampfung und einen Temperaturschock, der zu Brüchen führen kann. Kohlenstoff oder Siliziumkarbid Gesichter. Wenn Sie Dampfabschreckung verwenden, stellen Sie sicher, dass sie trocken sind.
Treffen Sie die richtige Wahl für Ihre Anwendung
Die richtige Gleitringdichtung auswählen Spülplan Bei Hochtemperaturanwendungen kommt es darauf an, Ihre spezifischen Anforderungen mit den Leistungsmerkmalen der einzelnen Tarife in Einklang zu bringen.
Für einzelne Dichtungen in sauberem, nicht polymerisierendem Betrieb:
- Unter 176 °C (350 °F): Plan 21 funktioniert, wenn Sie mit kühlerem Bewuchs zurechtkommen.
- Ab 176 °C (350 °F): Plan 23 ist die beste Wahl für Effizienz und Kühlleistung.
Für verunreinigte, polymerisierende oder schlecht schmierende Flüssigkeiten:
- Plan 32 mit externer Spülung, wobei die Kompromisse hinsichtlich thermischer Effizienz und Produktverdünnung in Kauf genommen werden.
Für kritische, gefährliche oder emissionsfreie Anforderungen:
- Doppelte Dichtungen mit Plan 53B bis 260°C (500°F)
- Plan 54 für extreme Temperaturen oder Drücke
Vergessen Sie nicht die unterstützenden Elemente:
- Plan 62 Abschreckung zur Verkokungsverhinderung oberhalb von 177 °C in Kohlenwasserstoffbetrieben
- Metallbalgdichtungen oberhalb von 150 °C, bei denen Elastomere versagen
- Oberflächen aus Siliziumkarbid oder mit Antimon imprägniertem Kohlenstoff für eine bessere Wärmeleistung
Installation und Überwachung sind genauso wichtig wie die Auswahl des Tarifs:
- Positionieren Sie die Wärmetauscher korrekt
- Entlüften Sie alle hohen Stellen
- Düsen Sie die Öffnungen richtig groß.
- Installiere Messgeräte und lies sie auch ab.
Ein optimaler Spülplan, fachgerecht installiert und überwacht, kann eine Dichtungslebensdauer von über 25,000 Stunden gewährleisten – fast drei Jahre Dauerbetrieb. Ein ungeeigneter Plan oder ein zwar geeigneter, aber schlecht installierter Plan bietet möglicherweise nur drei Monate.
Das ist der Unterschied zwischen der Verwaltung Ihres Wartungsplans und der Tatsache, dass Ihr Wartungsplan Sie verwaltet.
