Trockengasdichtungen sind unerlässlich, um Emissionen und Leckagen in rotierenden Maschinen zu reduzieren. Doch selbst diese fortschrittlichen Dichtungen weisen eine geringe, aber messbare Leckrate auf, die durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden kann. Ungeachtet dessen führt übermäßige Leckage zu Produktverlusten, verminderter Effizienz und potenziellen Sicherheitsrisiken.
In diesem Blogbeitrag werden wir uns mit den typischen Leckraten von Trockengasdichtungen befassen, die wichtigsten Faktoren untersuchen, die Leckagen beeinflussen, und Methoden zur genauen Messung und Prüfsiegel Leistung, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten.
Typische Leckraten von Trockengasdichtungen
Unter normalen Betriebsbedingungen weist eine typische Trockengasdichtung an jeder einzelnen Dichtungsschnittstelle eine Leckrate von 0.5 bis 3 Standardkubikfuß pro Minute (scfm) auf. Bei einem Standardsystem mit zwei hintereinandergeschalteten Dichtungen ergibt sich daraus eine Gesamtleckrate von 1 bis 6 scfm. Diese Leckrate ist deutlich niedriger als bei doppelten Nassdichtungen, 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 mit einem Saugdruck von 1000 psi würde ein doppeltes Nassdichtungssystem mit einer Leckage von 100 scfm jährlich etwa 52.6 Millionen Standardkubikfuß Prozessgas verlieren. Im Gegensatz dazu würde ein Trockengasdichtungssystem mit einer Gesamtleckage von 3 scfm jährlich nur etwa 1.6 Millionen scf verlieren – eine Emissionsreduzierung von 51 Millionen scf.
Faktoren, die die Leckrate von Trockengasdichtungen beeinflussen
Betriebsdruck
Höhere Drücke führen im Allgemeinen zu verstärkten Leckagen aufgrund des größeren Druckunterschieds an den Dichtflächen. Mit steigendem Druck wird es zunehmend schwieriger, den dünnen Gasfilm zwischen den rotierenden und stationären Dichtringen 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.
Siegeldesign
Faktoren wie die Geometrie der Dichtungsflächen, das Nutmuster und die Hubeigenschaften tragen dazu bei, dass die Dichtung einen stabilen Gasfilm erzeugen und aufrechterhalten kann. Fortschrittliche Dichtungskonstruktionen, wie z. B. beidseitig konische Nuten oder Mikrostrukturen auf den Dichtungsflächen, können die Steifigkeit des Gasfilms erhöhen und Leckagen reduzieren.
Gaseigenschaften
Gasviskosität, Molekulargewicht und Kompressibilität beeinflussen das Verhalten des Gasfilms zwischen den Dichtungsflächen. Gase mit niedrigerer Viskosität neigen eher zu Leckagen, während Gase mit höherem Molekulargewicht dazu beitragen können, Leckagen zu reduzieren. Auch Verunreinigungen oder Kondensate im Gas können den Gasfilm stören und zu erhöhten Leckagen führen.
Arbeitsgeschwindigkeit
Höhere Geschwindigkeiten führen im Allgemeinen zu einem größeren Auftrieb und einem stabileren Gasfilm, was zur Reduzierung von Leckagen beitragen kann. Zu hohe Geschwindigkeiten können jedoch auch Vibrationen und dynamische Instabilität verursachen und so die Dichtungsleistung beeinträchtigen.
Temperatur
Höhere Temperaturen können zu einer thermischen Ausdehnung des Dichtungskomponenten, wodurch sich möglicherweise die Abstände und Kontaktdrücke an der Dichtungsschnittstelle verändern. Darüber hinaus können erhöhte Temperaturen die physikalischen Eigenschaften der Dichtungsmaterialien mit der Zeit, was zu erhöhtem Verschleiß und Leckagen führt.
Kontamination
Verunreinigungen können zu abrasivem Verschleiß, Erosion oder chemischer Zersetzung der Dichtungsflächen führen und so zu größeren Leckagen führen. Schon geringe Mengen an Verunreinigungen können den dünnen Gasfilm zerstören und die Dichtwirkung beeinträchtigen.
Sperrgasdruck
Sperrgas wird üblicherweise zwischen der Primär- und Sekundärdichtung eingespritzt, um eine Barriere zu bilden und ein Austreten von Prozessgas in die Atmosphäre zu verhindern. Bei unzureichendem Sperrgasdruck kann Prozessgas an der Primärdichtung vorbei austreten, während bei zu hohem Druck Sperrgas in den Prozess gelangen kann.
Messen und Prüfen der Leckraten von Trockengasdichtungen
Messen des Entlüftungsdurchflusses
Eine der einfachsten Methoden zur Messung der Leckrate von Trockengasdichtungen ist die Überwachung des Gasflusses aus dem Dichtungsgehäuse. Dies geschieht typischerweise mithilfe von Durchflussmessern in den Entlüftungsleitungen. Durch Messung des stationären Entlüftungsstroms im Normalbetrieb können Bediener die Gesamtleckrate sowohl der Primär- als auch der Sekundärdichtung ermitteln. Der Vergleich der Messwerte mit den Herstellerangaben oder historischen Daten kann helfen, Abweichungen oder Anomalien in der Dichtungsleistung zu erkennen.
Druckabfallmethode
Bei der Druckabfallmethode wird der Dichtungskammer und Überwachung des Druckabfalls im Zeitverlauf. Dieser Test wird üblicherweise während der Kompressorabschaltung oder Wartungszeiten durchgeführt. Die Dichtungskammer wird auf einen bekannten Anfangsdruck gebracht und anschließend der Druckabfall über einen bestimmten Zeitraum aufgezeichnet. Durch Analyse der Druckabfallrate kann die Leckrate mithilfe des idealen Gasgesetzes berechnet werden. Diese Methode ermöglicht eine quantitative Bewertung der Dichtungsleckage und kann helfen, signifikante Abweichungen von der normalen Leistung zu erkennen.
Helium-Leckerkennung
Die Heliumlecksuche ist eine hochempfindliche Methode, um die Position und das Ausmaß von Dichtungslecks zu bestimmen. Bei dieser Methode wird eine kleine Menge Heliumgas in die Dichtungsgaszufuhr oder direkt in die Dichtungskammer eingeleitet. Ein Heliumlecksucher mit Massenspektrometer scannt dann den Dichtungsbereich und identifiziert austretendes Helium. Diese Methode ermöglicht die präzise Lokalisierung von Lecks und kann selbst kleinste Leckageraten, wodurch es für die Fehlersuche und die Beurteilung der Dichtungsintegrität wertvoll ist.
Blasentests
Blasentests liefern eine visuelle Anzeige von Gaslecks an Trockengasdichtungen. Bei einem Blasentest wird eine Lecksuchlösung auf den Dichtungsbereich aufgetragen, während der Kompressor unter Druck steht. Bei Lecks bilden sich an den undichten Stellen Blasen. Diese Methode ist einfach und schnell und eignet sich daher für erste Dichtheitsprüfungen oder die Fehlersuche vor Ort. Sie ist jedoch qualitativer Natur und liefert keine präzise Messung der Leckrate. Blasentests werden häufig in Kombination mit anderen Lecksuchmethoden eingesetzt, um die Dichtungsleistung umfassend zu beurteilen.
