Qual è il tasso di perdita delle guarnizioni a gas secco?

Le guarnizioni a gas secco sono essenziali per ridurre le emissioni e le perdite nei macchinari rotanti. Tuttavia, anche queste guarnizioni avanzate hanno un tasso di perdita piccolo ma misurabile che può essere influenzato da vari fattori. Se non controllate, le perdite eccessive portano alla perdita di prodotto, a una riduzione dell'efficienza e a potenziali rischi per la sicurezza.

In questo post del blog approfondiremo le tipiche percentuali di perdita delle guarnizioni a gas secco, esamineremo i fattori chiave che influenzano le perdite e discuteremo i metodi per misurare e testare con precisione le prestazioni della guarnizione per garantirne un funzionamento ottimale.

Perdite tipiche delle guarnizioni a gas secco

In normali condizioni operative, una tipica guarnizione a gas secco perde a una velocità compresa tra 0,5 e 3 piedi cubi standard al minuto (scfm) attraverso ogni singola interfaccia di guarnizione. Per un sistema standard costituito da due guarnizioni in tandem, ciò si traduce in una guarnizione totale tasso di perdita tra 1 e 6 scfm. Questo tasso di perdita è notevolmente inferiore a quello osservato con le disposizioni a doppia tenuta umida, che in genere presentano perdite che vanno da 40 a 200 scfm in condizioni simili.

Infatti, la conversione da un sistema di tenuta a umido a un sistema di tenuta a gas secco può ridurre le emissioni correlate alla tenuta fino a 97%. Per un compressore che funziona a una pressione di aspirazione di 1000 psi, un sistema di tenuta a umido doppio con perdite a 100 scfm perderebbe circa 52,6 milioni di piedi cubi standard di gas di processo all'anno. Al contrario, un sistema di tenuta a gas secco con una perdita totale di 3 scfm perderebbe solo circa 1,6 milioni di scf all'anno, una riduzione di 51 milioni di scf di emissioni.

Fattori che influenzano i tassi di perdita della tenuta del gas secco

Pressione di esercizio

Pressioni più elevate generalmente comportano una maggiore perdita dovuta alla maggiore differenza di pressione tra le superfici di tenuta. Con l'aumento della pressione, diventa più difficile mantenere il sottile film di gas tra gli anelli di tenuta rotanti e fissi.

Dimensioni del sigillo

Le guarnizioni più grandi, con una maggiore superficie lungo l'interfaccia di tenuta, sono più soggette a perdite rispetto alle guarnizioni più piccole. Questo perché mantenere una pellicola di gas uniforme su un'area più ampia diventa sempre più difficile.

Progettazione della guarnizione

Fattori quali la geometria delle facce di tenuta, i modelli di scanalatura e le caratteristiche di sollevamento contribuiscono tutti alla capacità della tenuta di generare e mantenere un film di gas stabile. I design avanzati delle tenute, come le scanalature coniche bidirezionali o le microstrutture sulle facce di tenuta, possono migliorare la rigidità del film di gas e ridurre le perdite.

Proprietà del gas

La viscosità del gas, il peso molecolare e la comprimibilità influenzano il comportamento del film di gas tra le facce della guarnizione. I gas con viscosità inferiore tendono a perdere più facilmente, mentre i gas con peso molecolare più elevato possono aiutare a ridurre le perdite. Anche la presenza di contaminanti o condensati nel gas può interrompere il film di gas e portare a maggiori perdite.

Velocità di funzionamento

Velocità più elevate generalmente portano a una maggiore portanza e a un film di gas più stabile, il che può aiutare a ridurre le perdite. Tuttavia, velocità eccessivamente elevate possono anche causare vibrazioni e instabilità dinamica, compromettendo le prestazioni della tenuta.

Temperatura

Temperature più elevate possono causare l'espansione termica dei componenti della guarnizione, alterando potenzialmente i giochi e le pressioni di contatto all'interfaccia di tenuta. Inoltre, temperature elevate possono degradare le proprietà fisiche dei materiali della guarnizione nel tempo, portando a una maggiore usura e perdite.

Contaminazione

I contaminanti possono causare usura abrasiva, erosione o degradazione chimica delle superfici di tenuta, con conseguente aumento dei percorsi di perdita. Anche piccole quantità di contaminazione possono interrompere il sottile film di gas e compromettere l'efficacia della tenuta.

Pressione del gas di tenuta

Il gas di tenuta viene solitamente iniettato tra le tenute primarie e secondarie per fornire una barriera e impedire la perdita di gas di processo nell'atmosfera. Una pressione insufficiente del gas di tenuta può consentire al gas di processo di fuoriuscire oltre la tenuta primaria, mentre una pressione eccessiva può causare la perdita di gas di tenuta nel processo.

Misurazione e verifica delle perdite di tenuta del gas secco

Misurazione del flusso di sfiato

Uno dei metodi più semplici per misurare le perdite di tenuta del gas secco è monitorare la portata del gas sfiatato dall'alloggiamento della tenuta. Ciò viene in genere fatto utilizzando misuratori di portata installati nelle linee di sfiato. Misurando il flusso di sfiato in stato stazionario durante il normale funzionamento, gli operatori possono determinare la portata totale di perdita sia nelle tenute primarie che secondarie. Confrontando i valori misurati con le specifiche del produttore o i dati storici, è possibile identificare eventuali deviazioni o anomalie nelle prestazioni della tenuta.

Metodo di decadimento della pressione

Il metodo del decadimento della pressione prevede l'isolamento dell' camera di tenuta e monitorando la caduta di pressione nel tempo. Questo test viene solitamente condotto durante lo spegnimento del compressore o durante i periodi di manutenzione. La camera di tenuta viene pressurizzata a una pressione iniziale nota, quindi il calo di pressione viene registrato in un intervallo di tempo specifico. Analizzando il tasso di calo di pressione, è possibile calcolare il tasso di perdita utilizzando la legge dei gas ideali. Questo metodo fornisce una valutazione quantitativa della perdita di tenuta e può aiutare a rilevare eventuali deviazioni significative dalle prestazioni normali.

Rilevamento perdite di elio

Il rilevamento delle perdite di elio è una tecnica altamente sensibile utilizzata per individuare la posizione e l'entità delle perdite di tenuta. In questo metodo, una piccola quantità di gas elio viene introdotta nell'alimentazione del gas di tenuta o iniettata direttamente nella camera di tenuta. Un rilevatore di perdite di elio, dotato di uno spettrometro di massa, viene quindi utilizzato per scansionare l'area di tenuta e identificare qualsiasi elio che fuoriesce attraverso i percorsi di perdita. Questo metodo consente la localizzazione precisa delle perdite e può rilevare anche tassi di perdita minimi, rendendolo prezioso per la risoluzione dei problemi e le valutazioni dell'integrità della tenuta.

Test delle bolle

I test a bolle forniscono un'indicazione visiva della perdita di gas dalle guarnizioni a gas secco. Durante un test a bolle, una soluzione di rilevamento delle perdite viene applicata all'area della guarnizione mentre il compressore è pressurizzato. Se sono presenti perdite, si formeranno delle bolle nei punti di perdita. Questo metodo è semplice e rapido, il che lo rende utile per i controlli iniziali delle perdite o per la risoluzione dei problemi in loco. Tuttavia, è di natura qualitativa e non fornisce una misurazione precisa del tasso di perdita. I test a bolle sono spesso utilizzati insieme ad altri metodi di rilevamento delle perdite per una valutazione completa delle prestazioni della guarnizione.