Wie hoch ist die Leckrate von Trockengasdichtungen

Trockengasdichtungen sind unerlässlich, um Emissionen und Leckagen in rotierenden Maschinen zu reduzieren. Doch selbst diese hochentwickelten Dichtungen weisen eine geringe, aber messbare Leckagerate auf, die von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden kann. Unbehandelt führt eine übermäßige Leckage zu Produktverlusten, verringerter Effizienz und potenziellen Sicherheitsrisiken.

In diesem Blogbeitrag gehen wir auf die typischen Leckraten von Trockengasdichtungen ein, untersuchen die wichtigsten Faktoren, die Leckagen beeinflussen, und diskutieren Methoden zur genauen Messung und Prüfung der Dichtungsleistung, um einen optimalen Betrieb sicherzustellen.

Typische Leckraten von Trockengasdichtungen

Unter normalen Betriebsbedingungen leckt eine typische Trockengasdichtung mit einer Rate von 0,5 bis 3 Standardkubikfuß pro Minute (scfm) über jede einzelne Dichtungsschnittstelle. Für ein Standardsystem, das aus zwei Dichtungen in Tandem besteht, ergibt dies eine Gesamtdichtung Leckagerate zwischen 1 und 6 scfm. Diese Leckagerate ist deutlich niedriger als die bei doppelten Nassdichtungsanordnungen beobachtete, die unter ähnlichen Bedingungen typischerweise Leckagen zwischen 40 und 200 scfm aufweisen.

Tatsächlich kann die Umstellung von einem Nassdichtungssystem auf ein Trockengasdichtungssystem die dichtungsbedingten Emissionen um bis zu 97% reduzieren. Bei einem Kompressor, der mit einem Saugdruck von 1000 psi betrieben wird, würde ein doppeltes Nassdichtungssystem mit einer Leckage von 100 scfm ungefähr 52,6 Millionen Standardkubikfuß Prozessgas pro Jahr verlieren. Im Gegensatz dazu würde ein Trockengasdichtungssystem mit einer Gesamtleckage von 3 scfm nur etwa 1,6 Millionen scf pro Jahr verlieren – eine Emissionsreduzierung von 51 Millionen scf.

Faktoren, die die Leckagerate von Trockengasdichtungen beeinflussen

Betriebsdruck

Höhere Drücke führen im Allgemeinen zu größeren Leckagen aufgrund des größeren Druckunterschieds zwischen den Dichtungsflächen. Mit zunehmendem Druck wird es schwieriger, den dünnen Gasfilm zwischen den rotierenden und stationären Dichtungsringen aufrechtzuerhalten.

Dichtungsgröße

Größere Dichtungen mit größerer Oberfläche entlang der Dichtungsschnittstelle neigen im Vergleich zu kleineren Dichtungen eher zu Leckagen. Dies liegt daran, dass es zunehmend schwieriger wird, über eine größere Fläche einen gleichmäßigen Gasfilm aufrechtzuerhalten.

Dichtungsdesign

Faktoren wie die Geometrie der Dichtungsflächen, Nutmuster und Hubeigenschaften tragen alle zur Fähigkeit der Dichtung bei, einen stabilen Gasfilm zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Fortschrittliche Dichtungsdesigns wie bidirektionale konische Nuten oder Mikrostrukturen auf den Dichtungsflächen können die Steifigkeit des Gasfilms verbessern und Leckagen reduzieren.

Gaseigenschaften

Die Viskosität, das Molekulargewicht und die Kompressibilität des Gasfilms zwischen den Dichtungsflächen beeinflussen das Verhalten. Gase mit geringerer Viskosität neigen eher zu Leckagen, während Gase mit höherem Molekulargewicht dazu beitragen können, Leckagen zu reduzieren. Das Vorhandensein von Verunreinigungen oder Kondensaten im Gas kann den Gasfilm ebenfalls stören und zu erhöhten Leckagen führen.

Betriebsgeschwindigkeit

Höhere Geschwindigkeiten führen im Allgemeinen zu einem größeren Auftrieb und einem stabileren Gasfilm, was dazu beitragen kann, Leckagen zu reduzieren. Zu hohe Geschwindigkeiten können jedoch auch Vibrationen und dynamische Instabilität verursachen und so die Dichtungsleistung beeinträchtigen.

Temperatur

Höhere Temperaturen können eine Wärmeausdehnung der Dichtungskomponenten verursachen, wodurch sich möglicherweise die Abstände und Kontaktdrücke an der Dichtungsschnittstelle ändern. Darüber hinaus können erhöhte Temperaturen mit der Zeit die physikalischen Eigenschaften der Dichtungsmaterialien verschlechtern, was zu erhöhtem Verschleiß und Leckagen führt.

Kontamination

Verunreinigungen können Abrieb, Erosion oder chemische Zersetzung der Dichtungsflächen verursachen, was zu größeren Leckagewegen führt. Selbst kleine Mengen an Verunreinigungen können den dünnen Gasfilm zerstören und die Dichtwirkung beeinträchtigen.

Sperrgasdruck

Dichtungsgas wird normalerweise zwischen der Primär- und Sekundärdichtung eingespritzt, um eine Barriere zu bilden und ein Austreten von Prozessgas in die Atmosphäre zu verhindern. Unzureichender Dichtungsgasdruck kann dazu führen, dass Prozessgas an der Primärdichtung vorbei austritt, während übermäßiger Druck dazu führen kann, dass Dichtungsgas in den Prozess austritt.

Messen und Prüfen der Leckrate von Trockengasdichtungen

Messen des Entlüftungsdurchflusses

Eine der einfachsten Methoden zur Messung der Leckageraten von Trockengasdichtungen besteht darin, die Durchflussrate des aus dem Dichtungsgehäuse entlüfteten Gases zu überwachen. Dies geschieht normalerweise mithilfe von Durchflussmessern, die in den Entlüftungsleitungen installiert sind. Durch Messen des stationären Entlüftungsstroms während des Normalbetriebs können Bediener die Gesamtleckagerate sowohl der Primär- als auch der Sekundärdichtungen bestimmen. Ein Vergleich der gemessenen Werte mit den Herstellerangaben oder historischen Daten kann dabei helfen, Abweichungen oder Anomalien in der Dichtungsleistung zu identifizieren.

Druckabfallmethode

Bei der Druckabfallmethode wird der Dichtungskammer und Überwachung des Druckabfalls im Laufe der Zeit. Dieser Test wird normalerweise während der Abschaltung des Kompressors oder während Wartungszeiten durchgeführt. Die Dichtungskammer wird auf einen bekannten Anfangsdruck gebracht und dann wird der Druckabfall über ein bestimmtes Zeitintervall aufgezeichnet. Durch Analyse der Druckabfallrate kann die Leckrate mithilfe des idealen Gasgesetzes berechnet werden. Diese Methode bietet eine quantitative Bewertung der Dichtungsleckage und kann dabei helfen, signifikante Abweichungen von der normalen Leistung zu erkennen.

Helium-Lecksuche

Die Heliumlecksuche ist eine hochempfindliche Technik, mit der sich die Lage und das Ausmaß von Dichtungslecks genau bestimmen lassen. Bei dieser Methode wird eine kleine Menge Heliumgas in die Dichtungsgaszufuhr eingeleitet oder direkt in die Dichtungskammer eingespritzt. Anschließend wird mit einem Heliumlecksuchgerät, das mit einem Massenspektrometer ausgestattet ist, der Dichtungsbereich abgetastet und Helium identifiziert, das durch die Leckagepfade austritt. Diese Methode ermöglicht eine präzise Lokalisierung von Lecks und kann sogar kleinste Leckageraten erkennen, was sie für die Fehlersuche und die Beurteilung der Dichtungsintegrität wertvoll macht.

Blasentests

Blasentests liefern eine visuelle Anzeige von Gaslecks aus Trockengasdichtungen. Bei einem Blasentest wird eine Lecksuchlösung auf den Dichtungsbereich aufgetragen, während der Kompressor unter Druck steht. Wenn Lecks vorhanden sind, bilden sich an den Leckstellen Blasen. Diese Methode ist einfach und schnell und eignet sich daher gut für erste Leckprüfungen oder die Fehlersuche vor Ort. Sie ist jedoch qualitativer Natur und liefert keine genaue Messung der Leckrate. Blasentests werden häufig in Verbindung mit anderen Lecksuchmethoden für eine umfassende Bewertung der Dichtungsleistung verwendet.