고온용 기계적 씰을 선택하는 방법

1090866731 크기 조정

고온용 기계적 씰이란 무엇인가

고온용 기계적 씰은 극한의 열 조건에서 작동하는 회전 장비에서 중요한 구성 요소입니다. 이러한 특수 씰은 밀봉 효과를 유지하고 누출을 방지하며 안정적인 작동을 보장하면서 높은 온도를 견디도록 설계되었습니다. 고온 기계적 씰은 석유 및 가스, 화학 처리, 발전 및 항공우주를 포함한 다양한 산업에서 응용됩니다.

고온 기계적 씰은 고온 환경에서 발생하는 고유한 과제를 해결하도록 설계되었습니다. 열 팽창, 재료 열화, 유체 증발 및 씰 구성 요소의 잠재적인 코킹 또는 파울링과 싸워야 합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고온 씰은 균형 잡힌 씰 면, 플로팅 구성 요소 및 극한의 열을 견디고 치수 안정성을 유지할 수 있는 고급 재료 조합과 같은 기능을 통합합니다.

기계적 씰의 고온 환경의 과제

재료 저하

높은 온도는 씰 재료가 분해되고, 기계적 특성을 잃고, 조기에 고장날 수 있습니다. 폴리머, 엘라스토머, 심지어 금속조차도 고온에서 부드러워지거나, 취성이 생기거나, 화학적 변화를 겪어 씰링 성능이 저하될 수 있습니다.

열팽창 및 기계적 변형

온도 변동 및 기울기는 씰 구성 요소와 인접 장비 간의 차등 열 팽창으로 이어질 수 있습니다. 이는 기계적 변형, 씰링 접촉 손실 및 누출 경로로 이어질 수 있습니다.

유체 증발 및 건식 주행

고온 유체는 특히 밀봉 인터페이스에서 증발되기 쉽습니다. 증발은 건조한 작동 조건, 마모 증가 및 씰 고장으로 이어질 수 있습니다. 안정적인 유체 필름을 유지하는 것은 씰 윤활 및 열 발산에 중요합니다.

씰 구성 요소의 코킹 및 파울링

탄화수소와 같은 특정 고온 유체는 코킹을 겪거나 씰 표면과 구성 요소에 침전물을 남길 수 있습니다. 코킹과 파울링은 씰링 인터페이스를 방해하고, 연마 마모를 일으키고, 씰 성능을 손상시킵니다.

고온 서비스를 위한 기계적 씰 선택의 핵심 요소

공정 유체 특성

공정 유체의 속성은 적절한 것을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 기계적 밀봉 고온 서비스용입니다. 주요 고려 사항에는 유체의 화학적 구성, 점도 및 고온에서의 상 변화 가능성이 포함됩니다.

예를 들어, 증기압이 높은 유체는 증발을 방지하고 밀봉 인터페이스에서 액체를 유지하기 위해 특수한 씰 설계가 필요할 수 있습니다. 또한 부식성 또는 공격적인 유체는 내화학성 씰을 사용해야 할 수 있습니다. 물개 얼굴 조기 파손을 방지하기 위한 재료 및 엘라스토머.

씰 재료의 온도 한계

고온 환경은 씰 재료를 한계까지 밀어붙일 수 있으므로 예상되는 작동 조건을 견딜 수 있는 구성 요소를 선택하는 것이 필수적입니다. 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드 및 탄소 흑연과 같은 씰 표면 재료의 최대 온도 정격은 원하는 작동 온도에서 무결성과 트라이볼로지 특성을 유지할 수 있는지 확인하기 위해 신중하게 평가해야 합니다.

마찬가지로, FKM, FFKM, PTFE와 같은 2차 씰에 사용되는 엘라스토머는 온도 안정성과 고온 조건에서 밀봉 특성을 유지하는 능력을 기준으로 선택해야 합니다.

씰 설계의 압력 용량

기계적 씰의 압력 정격은 고온 응용 분야에서 또 다른 중요한 요소입니다. 씰 설계는 씰링 인터페이스의 무결성을 손상시키거나 과도한 누출을 허용하지 않고 예상 작동 압력을 견딜 수 있어야 합니다.

백투백 및 탠덤 씰 배열은 종종 고압, 고온 서비스에서 추가적인 씰링 중복성을 제공하고 압력 성능을 향상시키기 위해 사용됩니다. 높은 압축 강도를 가진 씰 페이스 재료를 선택하고 견고한 씰 하우징 설계를 사용하면 까다로운 고온 환경에서 기계적 씰의 압력 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

샤프트 속도 및 장비 역학

장비의 회전 속도와 관련 샤프트 역학은 고온 응용 분야에서 기계적 씰의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 높은 샤프트 속도는 마찰로 인해 씰링 인터페이스에서 열을 증가시켜 씰 구성 요소의 마모와 잠재적인 열 변형을 가속화할 수 있습니다.

이러한 문제를 완화하기 위해 나선형 홈이나 레이저로 새긴 면 패턴과 같은 향상된 윤활 기능이 있는 씰 설계를 사용하여 열 발산을 개선하고 씰 면 사이에 안정적인 유체 필름을 유지할 수 있습니다. 또한 유연한 그래파이트 또는 Grafoil 보조 씰을 사용하면 샤프트 정렬 오류를 수용하고 고온 서비스에서 장비 역학이 씰 성능에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.

고온 응용 분야를 위한 기계적 씰 유형 및 배열

백투백 어레인지먼트

백투백 씰 배열에서 두 개의 기계적 씰은 백 플레이트가 서로 마주보도록 장착됩니다. 이 구성은 냉각 또는 장벽 유체 씰 사이를 순환시켜 열 발산을 효과적으로 관리합니다.

백투백 씰은 공정 유체가 특히 뜨겁거나 구성 요소의 열 팽창이 우려되는 고온 응용 분야에 이상적입니다. 배리어 유체는 씰 면에 안정적인 환경을 유지하여 재료 열화를 방지하고 최적의 성능을 보장하는 데 도움이 됩니다.

대면 상담

대면 씰 배열은 씰 면이 서로를 향하도록 장착된 두 개의 기계적 씰을 특징으로 합니다. 이 설정은 공정 유체가 깨끗하고 씰 구성 요소가 막히거나 오염될 위험이 없는 고온 응용 분야에서 유용합니다.

대면 씰은 냉각 유체가 두 세트의 면에 직접 접촉할 수 있으므로 씰 면을 통한 효율적인 열 발산을 허용합니다. 이 배열은 종종 씰 면의 적절한 냉각 및 윤활을 보장하기 위해 적절한 배관 계획과 함께 사용됩니다.

탠덤 배열

탠덤 씰 배열은 두 개의 기계적 씰이 직렬로 장착되고 그 사이에 버퍼 유체가 있는 구조입니다. 이 구성은 누출에 대한 추가 보호 수준을 제공하며 공정 유체가 위험하거나 환경적으로 민감한 고온 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.

버퍼 유체는 씰 표면을 윤활하고 냉각하는 역할을 하는 동시에 공정 유체와 대기 사이의 장벽 역할을 합니다. 탠덤 씰은 버퍼 유체가 높은 온도에서도 액체 상태를 유지하므로 유체 증발과 건식 주행을 방지하는 데 특히 효과적입니다.

고온 기계적 씰을 위한 재료 선택 가이드

표면 소재:

  • 실리콘 카바이드: 높은 열 전도성, 내마모성, 화학적 호환성, 열 충격 저항성. 최대 1800°F(982°C)의 온도에 적합합니다.
  • 텅스텐 카바이드: 뛰어난 내마모성으로 연마 환경에 이상적입니다.
  • 탄소 흑연: 자체 윤활성, 열 안정성, 건식 주행 조건 및 최대 1000°F(538°C) 온도에 적합합니다.

엘라스토머:

  • 플루오로엘라스토머(FKM): 최대 400°F(204°C)의 온도에 적합하고 내화학성이 우수합니다.
  • 퍼플루오로엘라스토머(FFKM): 최대 600°F(316°C)의 온도를 처리할 수 있으며 뛰어난 내화학성을 제공합니다.
  • 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE): 우수한 열 안정성, 낮은 마찰, 화학적 불활성. 최대 500°F(260°C)의 온도에 적합합니다.

야금:

  • 스테인리스강(예: 316L, 17-4PH): 강도, 내구성, 고온에서의 산화 저항성이 우수합니다.
  • 하스텔로이 및 인코넬 합금: 우수한 내식성 및 고온 성능. 공격적인 화학 환경 및 1000°F(538°C)를 초과하는 온도에 이상적입니다.

2차 씰:

  • 유연한 흑연: 우수한 밀봉성, 열 전도성, 내화학성. 최대 1200°F(649°C)의 온도에 적합합니다.
  • 그래포일: 유연한 흑연과 유사한 특성을 가지고 있으며 최대 850°F(454°C)의 온도를 견딜 수 있습니다.

고온 서비스를 위한 기계적 씰 지원 시스템

배리어 및 버퍼 유체 시스템

배리어 유체 시스템은 씰 면 사이에 호환되는 액체를 도입하여 공정 유체와 대기 사이에 물리적 장벽을 만듭니다. 이 배리어 유체는 공정 유체보다 더 높은 압력으로 유지되어 공정 유체가 씰 면에 도달하는 것을 방지합니다.

이와 대조적으로 버퍼 유체 시스템은 공정 유체와 씰 재료 모두와 호환되지만 공정 유체보다 낮은 압력에서 유체를 사용합니다. 버퍼 유체는 씰 표면을 냉각하고 윤활하여 열 발생을 줄이고 씰 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

배관 계획

배관 계획은 고온 서비스를 포함한 다양한 응용 분야에서 기계적 씰을 지원하는 보조 장비 및 배관의 표준화된 배열입니다. 이러한 계획은 American Petroleum Institute(API) 표준 682에 따라 번호로 지정됩니다. 고온 기계적 씰에 대한 몇 가지 일반적인 배관 계획은 다음과 같습니다.

  • 계획 23: 이 계획은 펌핑으로 순환되는 차단 유체를 냉각하기 위해 열교환기를 사용합니다. 반지 또는 외부 펌프. 냉각된 배리어 유체는 씰 표면에서 안정적인 온도를 유지하는 데 도움이 됩니다.
  • 플랜 52: 이 배열에서 외부 저장소는 스로틀 부싱을 통해 씰 챔버에 버퍼 유체를 공급합니다. 버퍼 유체는 씰 면을 냉각하고 윤활하는 데 도움이 되는 반면, 스로틀 부싱은 유량을 제어하고 원하는 압력 차이를 유지합니다.
  • 계획 53A: 이 계획은 계획 52와 23의 특징을 결합하여, 밀봉 챔버에 차단 유체를 공급하기 위한 가압 외부 저장소와 순환 유체를 냉각하기 위한 열교환기를 사용합니다.
  • 계획 54: 이 계획은 계획 53A와 유사하게 외부 가압 저장조와 열교환기를 사용하지만, 장벽 유체 흐름을 제어하고 압력 차이를 유지하기 위해 근접 여유 조절 부싱도 포함합니다.
Cowseal의 관련 제품 보기
Cowseal의 최신 통찰력 보기

오늘 문의를 보내세요