고압 펌프 시스템을 위한 최상의 밀봉 방법

고압 펌프는 석유 및 가스 생산부터 화학 처리까지 많은 산업 분야에서 필수적인 구성 요소입니다. 이러한 까다로운 환경에서 최적의 밀봉 성능을 유지하는 것은 장비의 신뢰성, 안전성 및 효율성을 보장하는 데 중요합니다.

이 기사에서는 고압 펌프 시스템을 효과적으로 밀봉하기 위한 핵심 고려 사항과 기술을 살펴봅니다. 고압 애플리케이션의 특정 요구 사항을 탐구하고, 다양한 유형의 씰과 그 구성을 검토하고, 재료 선택에 대해 논의하고, 씰 지지 시스템의 중요성을 강조합니다.

고압 밀봉 요구 사항

고압 환경의 과제

고압 펌프 시스템은 기존 밀봉 방법의 한계를 뛰어넘는 극한 조건에서 작동합니다. 압력이 증가함에 따라 씰에 작용하는 힘이 기하급수적으로 증가합니다. 이는 씰이 엄청난 압력뿐만 아니라 고온, 부식성 매체 및 잠재적 오염 물질도 견뎌야 하는 까다로운 환경을 만듭니다.

장벽 유체 무결성 유지

고압 밀봉의 또 다른 중요한 측면은 배리어 유체의 무결성을 유지하는 것입니다. 이 유체는 종종 공정 매체보다 더 높은 수준으로 가압되며, 씰 성능과 수명에서 최전선 방어 역할을 합니다. 씰 면을 윤활하고, 열을 제거하며, 오염이 밀봉 인터페이스로 유입되는 것을 방지합니다.

그러나 배리어 유체와 공정 매체 사이의 압력 차이가 증가함에 따라 씰 면 사이에 안정적인 유체 필름을 유지하는 것이 점점 더 어려워집니다. 배리어 유체 압력이 공정 압력보다 잠시라도 떨어지면 공정 매체가 씰링 인터페이스에 침투하여 마모가 가속화되고 씰이 파손될 수 있습니다.

씰 수명 및 신뢰성 최적화

고압 펌프 애플리케이션에서 발견되는 극한의 압력은 씰 고장을 더욱 심각하게 만들 뿐만 아니라 씰링 구성 요소의 마모와 파손을 가속화합니다. 고압 씰의 작동 수명과 신뢰성을 극대화하려면 여러 가지 설계 고려 사항을 신중하게 균형 잡아야 합니다.

씰 면은 우수한 내마모성 및 내열성을 가진 내구성 있는 소재로 제조되어야 합니다. 씰 면의 기하학적 디자인은 최적의 윤활 및 열 발산을 촉진해야 합니다. 적응 메커니즘은 종종 통합되어 조건이 변함에 따라 씰이 자체적으로 조정될 수 있도록 합니다. 이중 씰 배열과 같은 중복성은 누출 및 고장에 대한 추가 보장 계층을 제공합니다.

고압 어플리케이션을 위한 씰 유형

듀얼 기계적 씰

이중 기계적 씰은 누출에 대한 추가 보호 계층을 제공합니다. 이 설계에서는 두 개의 독립적인 씰이 직렬로 배열되고, 그 사이를 버퍼 유체가 순환합니다. 버퍼 유체는 장벽 역할을 하여 1차 씰이 고장나도 공정 유체가 대기로 빠져나가는 것을 방지합니다.

이중 씰 배열은 씰 상태 모니터링도 가능하게 합니다. 1차 씰이 누출되기 시작하면 버퍼 유체 압력이 변하여 운영자에게 완전한 고장이 발생하기 전에 문제를 경고합니다. 이 조기 경고 시스템은 사전 유지 관리를 가능하게 하고 비용이 많이 드는 계획되지 않은 정지를 방지하는 데 도움이 됩니다.

균형 잡힌 기계적 씰

균형 잡힌 기계적 씰은 씰 면에 작용하는 유압력을 균등하게 하도록 설계되었습니다. 불균형 씰에서 높은 유체 압력은 씰 면에 과도한 힘을 생성하여 마모가 증가하고 조기 고장이 발생할 수 있습니다. 균형 잡힌 씰은 계단형 샤프트, 유압 재순환 통로 또는 압력 반응 요소와 같은 기능을 통합하여 이러한 힘을 상쇄합니다.

이러한 씰은 압력을 균형 있게 조절하여 씰 표면에서 마찰과 열 발생을 줄입니다. 이를 통해 씰 수명이 연장되고 더 높은 압력과 속도에서 작동할 수 있습니다. 균형 잡힌 씰은 높은 유체 압력, 큰 샤프트 직경 또는 빈번한 시작과 정지가 있는 응용 분야에 특히 적합합니다.

씰 구성

면 대면

대면 구성에서 두 개의 기계적 씰은 씰 면이 서로를 향하도록 장착됩니다. 이러한 배열은 컴팩트한 디자인을 가능하게 하고 설치 및 유지 관리를 간소화합니다. 대면 씰은 종종 공간이 제한적인 응용 분야나 씰에 쉽게 접근할 수 있어야 하는 경우에 사용됩니다.

그러나 마주보는 밀봉은 열이 축적되기 쉽습니다. 왜냐하면 한 밀봉에서 생성된 열이 다른 밀봉으로 전달될 수 있기 때문입니다.

연속

백투백 씰 구성은 씰 면이 서로 반대쪽을 향하게 합니다. 이 배열은 압력 변동 및 열 팽창에 대한 우수한 저항성을 제공합니다. 씰의 반대 방향은 축 방향 힘을 균형 있게 조절하여 씰 면의 마모를 줄이는 데 도움이 됩니다.

백투백 씰은 일반적으로 고압, 고온 어플리케이션에 사용됩니다. 또한 압력 사이클이 잦은 시스템이나 열 충격이 우려되는 시스템에도 적합합니다.

탠덤 구성

탠덤 씰 구성은 같은 방향으로 장착된 두 개의 씰로 구성되며, 그 사이에 버퍼 유체가 있습니다. 이 배열은 듀얼 씰과 균형 씰의 이점을 결합합니다. 1차 씰은 고압 공정 유체를 처리하는 반면, 2차 씰은 버퍼 유체를 포함하고 백업 보호를 제공합니다.

탠덤 씰은 뛰어난 누출 방지 기능을 제공하며 씰 성능을 모니터링할 수 있습니다. 석유화학 처리 또는 발전과 같이 최대의 신뢰성이 필요한 중요한 응용 분야에서 자주 사용됩니다.

듀얼 스테이지 기계적 씰 시스템

매우 높은 압력 응용 분야의 경우 듀얼 스테이지 기계적 밀봉 시스템을 사용할 수 있습니다. 이 설계에서는 스로틀 부싱 또는 미로 봉인 그들 사이에. 첫 번째 단계는 압력을 관리 가능한 수준으로 낮추는 반면, 두 번째 단계는 최종 밀봉을 제공합니다.

듀얼 스테이지 시스템은 단일 씰로는 비실용적이거나 불가능한 압력을 밀봉할 수 있습니다. 또한 여러 개의 밀봉 지점이 치명적인 고장 위험을 줄여 안전성을 향상시킵니다. 그러나 이러한 시스템은 더 복잡하고 적절한 기능을 보장하기 위해 신중한 설계와 유지 관리가 필요합니다.

제공된 지침에 따라 작성된 재료 선택 및 밀봉 지원 시스템 섹션은 다음과 같습니다.

재료 선택

씰 지원 시스템

고압 기계적 씰은 종종 제대로 작동하고 최적의 서비스 수명을 달성하기 위해 추가 지원 시스템이 필요합니다. 이러한 보조 시스템은 씰 표면 주변에 깨끗하고 시원한 환경을 유지하는데, 이는 조기 마모, 표면 변형 및 유체 저하를 방지하는 데 필수적입니다. 두 가지 주요 유형의 씰 지원 시스템은 다음과 같습니다. API 계획 54 및 계획 53A.

API 계획 54

API Plan 54는 "폐쇄 루프" 시스템으로도 알려져 있으며, 이중 씰 캐비티 사이에 깨끗하고 차가운 배리어 유체를 순환시킵니다. 배리어 유체는 펌핑된 유체보다 높은 압력으로 유지되어 프로세스 유체가 씰 캐비티로 들어가는 것을 방지합니다.

폐쇄 루프에는 저수조, 순환 펌프, 열교환기, 배리어 유체 압력, 온도 및 레벨을 모니터링하는 계측기가 포함됩니다. Plan 54 시스템은 뛰어난 씰 성능과 수명을 제공하지만 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 신중한 설계와 유지 관리가 필요합니다.

API 플랜 53

API Plan 53A 또는 "장벽 유체 주입"은 외부 소스에서 씰 캐비티로 깨끗한 유체를 주입하는 더 간단한 지원 시스템입니다. 장벽 유체는 일반적으로 씰 챔버 압력보다 15-25psi 높은 압력으로 주입됩니다.

Plan 53A 시스템은 Plan 54보다 복잡하지 않지만 냉각 기능을 제공하지 않으며 깨끗한 차단 유체를 안정적이고 지속적으로 공급해야 합니다.