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Tenuta a gas secco vs Tenuta a gas umido

Le tenute per gas secco e le tenute per gas umido sono due componenti critici nei compressori industriali.

Sebbene entrambi servano a prevenire perdite di gas, funzionano in modo diverso.

In questo post del blog esploreremo le principali distinzioni tra questi due tipi di tenute, aiutandoti a prendere una decisione informata per la tua applicazione specifica e a ottimizzare le prestazioni del tuo compressore.

Che cos'è una tenuta a gas umido

Un paraolio a umido, noto anche come paraolio o paraolio, è un tipo di tenuta meccanica utilizzato nei compressori centrifughi per evitare la fuoriuscita del gas di processo lungo l'albero rotante. Utilizza un liquido pressurizzato, solitamente olio, per creare una barriera tra il gas di processo e l'atmosfera.

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Come funziona una tenuta a gas umido

In una tenuta a gas umida, l'olio ad alta pressione circola tra una serie di anelli attorno all'albero del compressore. Il gruppo della tenuta è tipicamente costituito da un anello rotante fissato all'albero e due anelli fissi su ciascun lato nell'alloggiamento della tenuta. L'olio scorre tra questi anelli, lubrificandoli e fungendo da barriera per evitare perdite di gas.

L'anello centrale ruota con l'albero, mentre gli anelli esterni rimangono fermi, premuti contro il sottile film d'olio. Gli O-ring vengono utilizzati per prevenire perdite attorno agli anelli fissi. Una piccola quantità di gas si dissolve nella barriera dell'olio, ma la maggior parte delle perdite di olio dalle guarnizioni e del gas assorbito vengono raccolti e fatti passare attraverso un processo di degasaggio prima del ricircolo.

Vantaggi delle tenute a gas umido

  • Tolleranza ai contaminanti: Le tenute a umido sono generalmente più tolleranti nei confronti di piccole quantità di sporco, detriti o liquidi nel gas di processo rispetto alle tenute a gas secco.
  • Tecnologia comprovata: Sono in uso da molti decenni e rappresentano una tecnologia ben collaudata per molte applicazioni di compressori.
  • Idoneità per i modelli più vecchi: Le tenute a umido possono essere una scelta più adatta per alcuni modelli di compressori più vecchi o per condizioni operative in cui le tenute a gas secco non sono realizzabili.
  • Costo del capitale iniziale inferiore: Il costo di capitale iniziale di un sistema di tenuta a umido è spesso inferiore a quello di un sistema di tenuta a gas secco.

Svantaggi delle tenute a gas umido

  • Tassi di perdita di gas più elevati: Le tenute a umido presentano tassi di perdita di gas significativamente più elevati rispetto alle tenute a gas a secco, con la maggior parte delle perdite che si verificano durante il processo di degasaggio dell'olio e spesso scaricate nell'atmosfera.
  • Attrezzatura aggiuntiva richiesta: Il sistema dell'olio di tenuta richiede attrezzature aggiuntive come pompe, filtri, serbatoi di degasaggio e impianti di trattamento, aumentando così la complessità e i requisiti di manutenzione.
  • Aumento del consumo energetico: Il sistema di circolazione dell'olio consuma notevolmente più energia rispetto ai sistemi di tenuta a gas secco, aumentando i costi operativi.
  • Rischio di contaminazione: È possibile la contaminazione da olio del gas di processo o viceversa, con potenziali effetti sulle apparecchiature a valle o sulla qualità del gas.
  • Affidabilità e durata ridotte: Le tenute a umido tendono a essere meno affidabili e hanno una durata operativa più breve rispetto alle tenute a gas secco, con problemi di olio delle tenute che comunemente causano tempi di fermo del compressore non pianificati.

Applicazioni delle tenute a gas umido

Le tenute per gas a umido vengono utilizzate in molti tipi di compressori centrifughi nella produzione di petrolio e gas, nella lavorazione del gas, nella raffinazione del petrolio, nella produzione chimica e in altri settori.

Le tenute a umido sono ancora comuni nei compressori più vecchi. Tuttavia, ora vengono generalmente specificate solo dove assolutamente richiesto dalla progettazione del compressore e dai parametri operativi.

Cos'è la tenuta al gas secco

Una tenuta a gas secco è un tipo di tenuta meccanica senza contatto utilizzata nei compressori e nelle pompe centrifughe per prevenire perdite di gas di processo lungo l'albero rotante. A differenza delle tradizionali tenute a umido (lubrificate a olio), le tenute a gas secco si basano su una sottile pellicola di gas per mantenere uno spazio tra le facce di tenuta stazionarie e rotanti, eliminando il contatto fisico e l'usura.

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Come funzionano le tenute per gas secco

Le tenute per gas secco sono costituite da un anello primario stazionario e un anello di accoppiamento rotante. L'anello rotante è dotato di scanalature a spirale poco profonde che, durante il funzionamento, generano una forza di sollevamento fluidodinamica.

Questa forza separa l'anello stazionario dall'anello rotante, creando uno spazio minimo (tipicamente 3-5 micron) tra le facce della tenuta. Lo spazio viene mantenuto da una piccola quantità di gas di tenuta filtrato (solitamente azoto) che scorre tra le facce, impedendo al gas di processo di fuoriuscire nell'atmosfera.

Vantaggi delle tenute per gas secco

  • Maggiore affidabilità e maggiore durata: Poiché le facce della tenuta sono separate da un sottile film di gas e non sono in contatto tra loro, non vi è praticamente alcuna usura. Le tenute per gas secco possono funzionare per oltre 10 anni prima di dover essere rinnovate, molto più a lungo delle tenute per olio.
  • Eliminazione della contaminazione dell'olio: L'utilizzo del gas come mezzo di tenuta impedisce la contaminazione del gas di processo da parte dell'olio di tenuta.
  • Emissioni ridotte: I tassi di perdita di gas sono 10 volte inferiori con le tenute a gas secco rispetto ai paraolio.
  • Consumo energetico inferiore: Le tenute per gas secco non richiedono sistemi di circolazione dell'olio e pompe, riducendo il consumo di energia di 90% o più rispetto ai sistemi di tenuta ad olio. Anche le perdite per attrito sono molto più basse.
  • Design più semplice e manutenzione ridotta: I sistemi di tenuta a gas a secco hanno meno componenti e nessun macchinario rotante, il che li rende più affidabili e meno costosi da mantenere rispetto ai complessi sistemi di tenuta ad olio.

Svantaggi delle tenute per gas secco:

  • Sensibilità alla contaminazione: I piccoli giochi tra le facce della tenuta possono essere ostruiti da particelle o liquidi nel gas, causando il cedimento della tenuta.
  • Requisiti per gas di tenuta pulito e asciutto: Affinché la tenuta a gas secco funzioni correttamente, è necessario fornire una fonte esterna di azoto pulito e secco o di gas di processo alla giusta pressione e portata. Ciò richiede attrezzature aggiuntive.
  • Potenziale di guasti durante i transitori: Quando il compressore si avvia, si spegne o funziona a bassa velocità, la forza di sollevamento generata dalla guarnizione potrebbe essere insufficiente, consentendo il contatto delle facce e causando potenzialmente usura.
  • Costo iniziale più elevato: Sebbene i costi operativi siano inferiori, il costo iniziale delle tenute a gas secco e dei relativi sistemi di supporto è tipicamente più alto dei paraolio.

Applicazioni delle guarnizioni per gas secco:

  • Gasdotti e lavorazione del gas naturale
  • Compressione e trasporto dell'idrogeno
  • Compressori frigoriferi a idrocarburi
  • Compressori di gas di sintesi
  • Compressione dell'anidride carbonica
  • Impianti di separazione dell'aria
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La differenza chiave tra tenuta a gas secco e tenuta a gas umido

Mezzo sigillante

  • Le tenute a gas secco utilizzano gas pressurizzato (solitamente azoto o gas di processo) come mezzo di tenuta tra le facce di tenuta rotanti e stazionarie. Non viene utilizzato alcun liquido.
  • Le tenute a gas umido utilizzano l'olio come mezzo di tenuta. L'olio agisce sia come lubrificante che come sigillante tra i componenti rotanti e fissi.

Emissioni e perdite

  • Le tenute a gas secco hanno emissioni e tassi di perdita di gas significativamente più bassi, in genere 1-6 scfm per una disposizione di tenuta tandem. Il gas di tenuta ritorna nel compressore oppure viene scaricato.
  • Le tenute a umido perdono più gas, tra 40 e 200 scfm, perché l'olio assorbe il gas di processo ad alte pressioni. Questo gas viene quindi scaricato nell'atmosfera quando l'olio viene degassato.

Sistemi ausiliari

  • I sistemi di tenuta a gas secco sono più semplici con meno componenti: solo filtri, valvole e strumentazione per fornire gas di tenuta pulito.
  • Le tenute a umido richiedono sistemi complessi di circolazione dell'olio con pompe, serbatoi, filtri, refrigeratori, serbatoi di degasaggio, valvole e controlli per fornire l'olio di tenuta.

Rischio di contaminazione

  • Le tenute a gas secco eliminano il rischio di contaminazione del gas di processo e di avvelenamento del catalizzatore dovuto a perdite di olio di tenuta attraverso le facce della tenuta.
  • Con le tenute a umido, l'olio di tenuta può fuoriuscire nel gas di processo, causando problemi di qualità e operativi a valle.

Consumo di energia

  • I sistemi di tenuta a gas secco consumano pochissima energia, circa 5 kW, poiché non dispongono di pompe e sistemi ausiliari.
  • I sistemi con olio a tenuta stagna richiedono pompe di circolazione e riscaldamento, consumando 50-100 kW.

Affidabilità e Manutenzione

  • Le tenute a gas secco sono più affidabili con una durata superiore a 10 anni poiché non sono a contatto e presentano meno modalità di guasto.
  • Le guarnizioni a umido hanno maggiori esigenze di manutenzione e potenziali punti di guasto a causa dei numerosi componenti del sistema di lubrificazione. La durata è in genere di 2-4 anni.
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Una tenuta bagnata è migliore di una tenuta a secco

Una tenuta a gas umido è migliore per sigillare gas ad alta pressione con contaminanti liquidi, poiché utilizza una sottile pellicola d'olio per lubrificare e raffreddare le facce della tenuta.

Al contrario, una tenuta a gas secco è migliore per applicazioni con gas secco e pulito, poiché si basa su una piccola quantità di gas pulito e filtrato per mantenere separate le facce della tenuta.

Conclusione

In conclusione, sia le tenute per gas secco che le tenute per gas umido presentano vantaggi e limiti unici nelle applicazioni di tenuta.

La scelta tra i due dipende da fattori quali le condizioni operative, i requisiti di manutenzione e il rapporto costo-efficacia.

Per prendere una decisione informata per le vostre specifiche esigenze di tenuta, consultate produttori di guarnizioni di fiducia ed esperti del settore.

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