Kuhrobbe

Puffer- und Sperrflüssigkeiten

Puffer- und Sperrflüssigkeiten spielen in zahlreichen industriellen Prozessen eine entscheidende Rolle.

Diese Spezialflüssigkeiten sorgen für die Systemstabilität, verhindern Verunreinigungen und schützen die Geräte.

In diesem Blogbeitrag tauchen wir tief in die Welt der Puffer- und Sperrflüssigkeiten ein und erkunden ihre Typen, Anwendungen und Best Practices.

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Doppelte Gleitringdichtungsanordnungen

Bei doppelten Gleitringdichtungen werden zwei Dichtungen verwendet, um im Vergleich zu Einzeldichtungen einen besseren Schutz gegen Leckagen und Dichtungsfehler zu bieten. Es gibt zwei Haupttypen von Doppeldichtungsanordnungen: drucklos und druckbeaufschlagt.

Sperrflüssigkeiten in drucklosen Dichtungen

Bei drucklosen Doppeldichtungen ist der Hohlraum zwischen den beiden Dichtungen mit einer Pufferflüssigkeit gefüllt. Die Pufferflüssigkeit wird auf einem niedrigeren Druck gehalten als die Prozessflüssigkeit. Ihre Aufgabe ist es, als Barriere zwischen der Prozessflüssigkeit und der Atmosphäre zu fungieren. Bei einer Undichtigkeit der inneren Dichtung verhindert die Pufferflüssigkeit, dass die Prozessflüssigkeit in die Umgebung entweicht.

Zu den üblichen API-Rohrleitungsplänen für drucklose Doppeldichtungen gehören Plan 52, der austretende Pufferflüssigkeit in einem Behälter sammelt, und Plan 72, der ein kontinuierlich zirkulierendes Pufferflüssigkeitssystem bereitstellt.

Sperrflüssigkeiten in Druckdichtungen

Bei druckbeaufschlagten Doppeldichtungsanordnungen enthält der Hohlraum zwischen den Dichtungen eine Sperrflüssigkeit, deren Druck höher ist als der des Prozessfluids. Die Sperrflüssigkeit ist die erste Verteidigungslinie und verhindert, dass Prozessfluid in den Dichtungshohlraum eindringt, selbst wenn die innere Dichtung versagt. Sollte dennoch Prozessfluid an der inneren Dichtung vorbei austreten, wird es von der Sperrflüssigkeit mit höherem Druck zurückgedrängt.

Zu den API-Rohrleitungsplänen für druckbeaufschlagte Doppeldichtungen zählen Plan 53 mit einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter für die Sperrflüssigkeit, Plan 54 mit einer unter Druck stehenden externen Quelle für die Sperrflüssigkeit sowie die Pläne 55 und 74, bei denen ein unter Druck stehendes externes Reservoir mit einem Blasenspeicher verwendet wird, um einen konstanten Sperrflüssigkeitsdruck aufrechtzuerhalten.

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Eigenschaften und Merkmale wirksamer Puffer-/Sperrflüssigkeiten

  • Kompatibilität mit Flüssigkeiten und Dichtungen: Um die Stabilität und Langlebigkeit des Systems zu gewährleisten, darf die Puffer- oder Sperrflüssigkeit nicht nachteilig mit der Prozessflüssigkeit reagieren oder die Dichtungsmaterialien beschädigen.
  • Schmierfähigkeit und Wärmeübertragung: Die Flüssigkeit sollte Reibung und Verschleiß minimieren, die Wärme effektiv von den Dichtungsflächen ableiten und optimale Temperaturen aufrechterhalten.
  • Temperaturstabilität: Die Flüssigkeit muss über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Systems stabil bleiben, um eine Zersetzung bei hohen Temperaturen zu vermeiden und die Fließfähigkeit bei niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten.
  • Geringe Flüchtigkeit und hoher Flammpunkt: Flüssigkeiten dürfen bei Betriebstemperaturen nicht verdampfen und müssen einen hohen Flammpunkt haben, um eine Entzündung zu verhindern und so Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.
  • Beständigkeit gegen Schaumbildung und Gaseinschluss: Effektive Flüssigkeiten sollten Schaumbildung und Gasansammlung verhindern und dabei gleichbleibende Eigenschaften und Systemstabilität gewährleisten.
  • Umwelt- und Sicherheitsaspekte: Flüssigkeiten sollten vorzugsweise ungiftig, biologisch abbaubar und sicher sein und keine besondere Handhabung oder Entsorgung erfordern, um so Personal und Umwelt zu schützen.

Arten von Puffer- und Sperrflüssigkeiten

Wasser- und Glykollösungen

Wasser- und Glykollösungen werden in der Industrie häufig als Puffer- und Sperrflüssigkeiten eingesetzt. Diese Lösungen bestehen typischerweise aus Wasser gemischt mit Glykolen wie Ethylenglykol oder Propylenglykol.

Vorteile

  • Verbesserte Viskosität: Glykole erhöhen die Viskosität des Wassers, erhalten eine stabile Barriere zwischen Flüssigkeiten und verhindern so eine Vermischung.
  • Verbesserte Schmierung: Eine höhere Glykolviskosität sorgt für eine bessere Schmierung der Geräte und reduziert den Verschleiß.
  • Niedrigerer Gefrierpunkt: Glykole senken den Gefrierpunkt von Wasser, ideal für Umgebungen mit niedrigen Temperaturen.
  • Korrosionsschutz: Glykole wirken als Korrosionsinhibitoren und schützen Metalloberflächen vor Zersetzung.

Nachteile

  • Reduzierte Wärmeübertragung: Die erhöhte Viskosität von Glykollösungen kann ihre Wärmeübertragungsfähigkeit im Vergleich zu reinem Wasser einschränken.
  • Umweltsorgen: Einige Glykole, wie z. B. Ethylenglykol, können bei Freisetzung in die Umwelt giftig sein und erfordern eine ordnungsgemäße Handhabung und Entsorgung.
  • Kompatibilitätsprobleme: Bestimmte Materialien, wie z. B. Elastomere, sind möglicherweise nicht mit Glykollösungen kompatibel, was zu möglichen Lecks oder Ausfällen führen kann.

Typische Konzentrationsbereiche

  • 30-50% Glykol: Dieser Bereich ist für die meisten Anwendungen geeignet und bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Viskosität, Gefrierpunktserniedrigung und Wärmeübertragungseigenschaften.
  • 60-80% Glykol: Höhere Konzentrationen werden in Umgebungen mit extrem niedrigen Temperaturen oder wenn eine maximale Gefrierpunktserniedrigung erforderlich ist, verwendet.

Additive

Zusätzlich zu Glykolen enthalten Puffer- und Sperrflüssigkeiten häufig Zusatzstoffe, die ihre Leistung verbessern und das System schützen. Einige häufige Zusatzstoffe sind:

  • Korrosionsinhibitoren: Diese Zusatzstoffe helfen, die Korrosion von Metalloberflächen zu verhindern, die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen.
  • Antischaummittel: Sie reduzieren die Schaumbildung, die die Leistung der Flüssigkeit beeinträchtigen und Systemprobleme verursachen kann.
  • Biozide: Diese Zusatzstoffe verhindern das Wachstum von Bakterien und anderen Mikroorganismen, die die Flüssigkeit zersetzen und Verschmutzungen verursachen können.

Öle auf Erdölbasis

Mineralöle: Mineralöle werden durch einen Raffinationsprozess aus Rohöl gewonnen. Aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Kosteneffizienz sind sie die am häufigsten verwendeten Puffer- und Sperrflüssigkeiten.

Mineralöle verfügen über gute Schmiereigenschaften und sind mit einer Vielzahl von Elastomeren und Dichtungsmaterialien kompatibel. Im Vergleich zu synthetischen Kohlenwasserstoffen können sie jedoch hinsichtlich der thermischen Stabilität und Oxidationsbeständigkeit Einschränkungen aufweisen.

Synthetische Kohlenwasserstoffe: Synthetische Kohlenwasserstoffe werden mithilfe chemischer Verfahren hergestellt, um bestimmte Leistungsmerkmale zu erreichen. Diese Flüssigkeiten bieten gegenüber Mineralölen mehrere Vorteile, darunter:

  • Verbesserte thermische Stabilität: Synthetische Kohlenwasserstoffe können höheren Temperaturen standhalten, ohne sich zu zersetzen, und sind daher für Hochtemperaturanwendungen geeignet.
  • Verbesserte Oxidationsbeständigkeit: Diese Flüssigkeiten haben eine höhere Oxidationsbeständigkeit, wodurch die Bildung von Schlamm und Ablagerungen, die das System verstopfen können, verhindert wird.
  • Besseres Viskositäts-Temperatur-Verhalten: Synthetische Kohlenwasserstoffe behalten ihre Viskosität über einen größeren Temperaturbereich bei und gewährleisten so eine gleichbleibende Leistung unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen.

Viskosität

Viskosität ist ein Maß für den Fließwiderstand einer Flüssigkeit. Bei Ölen auf Mineralölbasis werden Viskositätsklassen von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) festgelegt und als ISO VG gefolgt von einer Zahl ausgedrückt.

Beispielsweise stellt ISO VG 32 ein Öl mit niedrigerer Viskosität dar, während ISO VG 220 ein Öl mit höherer Viskosität darstellt. Die Wahl der Viskositätsklasse hängt von Faktoren wie Betriebstemperatur, Druck und der jeweils verwendeten Ausrüstung ab.

Hier sind einige gängige Viskositätsklassen und ihre typischen Anwendungen:

  • ISO VG 32 und 46: Diese niedrigviskosen Öle eignen sich für Anwendungen mit niedrigen Betriebstemperaturen und -drücken, wie beispielsweise Hydrauliksysteme und Kompressoren.
  • ISO VG 68 und 100: Diese Öle mit mittlerer Viskosität werden häufig in Getrieben, Pumpen und anderen Maschinen verwendet, die bei mittleren Temperaturen und Drücken betrieben werden.
  • ISO VG 150 und 220: Diese hochviskosen Öle sind ideal für Anwendungen mit hohen Betriebstemperaturen und -drücken, wie beispielsweise Hochleistungsgetriebe und -lager.

Neben der Viskosität müssen mineralölbasierte Öle, die als Puffer- und Sperrflüssigkeiten verwendet werden, noch weitere wesentliche Leistungsmerkmale besitzen:

  • Thermische Stabilität: Das Öl sollte seine Eigenschaften behalten und dem Abbau bei hohen Temperaturen standhalten.
  • Oxidationsbeständigkeit: Das Öl muss oxidationsbeständig sein, da diese zur Bildung von Schlamm und Lack führen und so die Wirksamkeit des Öls verringern kann.
  • Kompatibilität: Das Öl muss mit den Materialien, mit denen es in Kontakt kommt, wie Dichtungen und Beschichtungen, kompatibel sein, um Lecks und Schäden zu vermeiden.
  • Demulgierbarkeit: Um seine Leistung aufrechtzuerhalten und Korrosion zu verhindern, sollte sich das Öl schnell vom Wasser trennen können.
  • Schaumbeständigkeit: Das Öl sollte eine gute Schaumbeständigkeit aufweisen, um die Bildung von Luftblasen zu verhindern, die die Schmierleistung verringern und zu Geräteschäden führen können.

Synthetische Flüssigkeiten für Gleitringdichtungen

Polyalkylenglykole (PAG): Polyalkylenglykole oder PAGs sind synthetische Schmierstoffe, die für ihre hervorragende Stabilität und Leistung in einem breiten Temperaturbereich bekannt sind. Sie entstehen aus der Reaktion von Ethylenoxid oder Propylenoxid mit Wasser oder Alkohol.

PAGs besitzen einen hohen Viskositätsindex, was bedeutet, dass sie ihre Schmiereigenschaften über einen breiten Temperaturbereich hinweg beibehalten. Diese Eigenschaft macht sie ideal für Anwendungen, bei denen Dichtungen unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind. Darüber hinaus weisen PAGs eine gute Kompatibilität mit verschiedenen Dichtungsmaterialien auf, wodurch das Risiko einer Dichtungsverschlechterung im Laufe der Zeit verringert wird.

Perfluorpolyether (PFPE): Perfluorpolyether, abgekürzt PFPEs, sind hochspezialisierte synthetische Flüssigkeiten, die eine beispiellose chemische Inertheit und thermische Stabilität bieten. Diese Flüssigkeiten bestehen aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Fluoratomen und bilden eine einzigartige Polymerstruktur.

PFPEs sind beständig gegen aggressive Chemikalien und eignen sich daher für den Einsatz in rauen Umgebungen, in denen Dichtungen mit korrosiven Substanzen in Kontakt kommen können. Darüber hinaus haben PFPEs eine niedrige Verdampfungsrate und können extrem hohen Temperaturen standhalten, was eine zuverlässige Leistung in anspruchsvollen Anwendungen gewährleistet.

Phosphatester: Phosphatester sind synthetische Flüssigkeiten, die aus der Reaktion von Alkoholen mit Phosphorsäure gewonnen werden. Diese Flüssigkeiten besitzen hervorragende Schmiereigenschaften und sind für ihre Fähigkeit bekannt, Schutzfilme auf Dichtungsoberflächen zu bilden.

Phosphatester sind sehr beständig gegen Oxidation und thermischen Abbau und eignen sich daher für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen. Sie weisen außerdem eine gute Kompatibilität mit verschiedenen Dichtungsmaterialien auf und können dazu beitragen, die Bildung von Ablagerungen und Lack auf Dichtungsoberflächen zu verhindern.

Andere Flüssigkeiten (Alkohole, Diesel, Kerosin, Wärmeträgerflüssigkeiten)

Alkohole (Methanol oder Ethanol): Diese Flüssigkeiten werden als Puffer- oder Sperrflüssigkeiten verwendet, wenn niedrige Temperaturen erforderlich sind. Sie haben einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser und sind daher ideal für kalte Umgebungen.

Diesel und Kerosin: Wird als Sperrflüssigkeit in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt, insbesondere bei Bohrarbeiten. Diese Flüssigkeiten sind mit den Kohlenwasserstoffen in der Lagerstätte kompatibel und tragen zur Erhaltung der Bohrlochintegrität bei. Sie sind jedoch entflammbar und können bei unsachgemäßer Handhabung Umweltrisiken bergen.

Wärmeträgerflüssigkeiten (Glykol-basierte Lösungen oder Thermoöle): Wird als Sperrflüssigkeit in Anwendungen eingesetzt, die Wärmemanagement oder -übertragung erfordern. Diese Flüssigkeiten haben eine hohe Wärmekapazität und können Wärme effektiv von kritischen Komponenten ableiten. Sie werden häufig in der chemischen Verarbeitung, der Öl- und Gasindustrie sowie der Stromerzeugungsindustrie verwendet.

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Kriterien für die Flüssigkeitsauswahl

  • Kompatibilität mit Prozessflüssigkeiten: Stellen Sie sicher, dass die Puffer- oder Sperrflüssigkeit bei Kontakt mit den Prozessflüssigkeiten nicht nachteilig reagiert, verunreinigt oder zersetzt wird.
  • Kompatibilität mit Dichtungsmaterialien: Die Flüssigkeit sollte mit den Dichtungsmaterialien des Systems kompatibel sein, um ein Aufquellen, Schrumpfen oder eine Verschlechterung der Dichtungen zu verhindern.
  • Temperatur- und Druckbereich: Wählen Sie eine Flüssigkeit, die unter den verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen des Systems stabil und wirksam bleibt.
  • Viskosität und Schmierfähigkeit: Wählen Sie eine Flüssigkeit mit geeigneter Viskosität, um eine ausreichende Schmierung zu gewährleisten und übermäßige Reibung oder Abnutzung zu vermeiden.
  • Umwelt- und Sicherheitsaspekte: Entscheiden Sie sich für umweltfreundliche, ungiftige und biologisch abbaubare Flüssigkeiten gemäß den Vorschriften und Sicherheitsstandards.
  • Kosten und Verfügbarkeit: Berücksichtigen Sie die Kosten, die Verfügbarkeit und die Gesamtbetriebskosten der Flüssigkeit und berücksichtigen Sie dabei die Lebenserwartung und den Wartungsaufwand.
  • Kompatibilität mit Systemmaterialien: Um eine langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, darf die Flüssigkeit keine Systemmaterialien korrodieren, aufweichen oder beschädigen.

FAQs

Wie oft sollten Puffer- und Sperrflüssigkeiten gewechselt werden?

Es wird generell empfohlen, die Richtlinien des Herstellers für Ihr spezifisches System zu befolgen. Diese schlagen normalerweise vor, diese Flüssigkeiten alle 1 bis 2 Jahre oder je nach Systemleistung und Flüssigkeitszustand nach Bedarf zu wechseln.

Welche Probleme treten häufig bei Puffer- und Sperrflüssigkeiten auf?

Zu den häufigsten Problemen zählen Verunreinigungen, Temperaturschwankungen und Druckabweichungen, die alle zu Dichtungsfehlern führen können.

Welche Schritte sollten unternommen werden, wenn aufgrund von Flüssigkeitsproblemen ein Dichtungsfehler vermutet wird?

Überprüfen Sie die Flüssigkeit auf Anzeichen von Verunreinigung oder Verschlechterung, kontrollieren Sie Flüssigkeitsstand und -druck und untersuchen Sie die Gleitringdichtung auf Verschleiß oder Beschädigung. Tauschen Sie die Flüssigkeit aus und reparieren oder ersetzen Sie die Dichtung bei Bedarf.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Puffer- und Sperrflüssigkeiten eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Bohrlöcher und der Gewährleistung sicherer Bohrvorgänge spielen.

Durch die Implementierung der richtigen Flüssigkeitsstrategie können Sie die Integrität des Bohrlochs erheblich verbessern und potenzielle Risiken minimieren.

Ergreifen Sie jetzt Maßnahmen, um Ihre Flüssigkeitsauswahl zu optimieren und Ihre Bohrprojekte abzusichern.

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