Wat zijn droge gasafdichtingen?

Op het gebied van roterende machines is de effectieve afdichting van procesgassen van het grootste belang om optimale prestaties en betrouwbaarheid te garanderen. Droge gasafdichtingen zijn uitgegroeid tot een veelgebruikte afdichtingsoplossing, die duidelijke voordelen biedt ten opzichte van traditionele vloeistofgesmeerde afdichtingen.

In deze blogpost duiken we in de complexiteit van droge gasafdichtingen en bespreken we het ontwerp, de werkingsprincipes en de toepassingen binnen verschillende industriële sectoren.

Wat zijn droge gasafdichtingen?

Droge gasafdichtingen zijn een type contactloze mechanische verzegeling algemeen gebruikt in centrifugaalcompressoren om lekkage van procesgas langs de roterende as te voorkomen. Deze afdichtingen werken zonder de noodzaak van vloeibare smering, maar vertrouwen in plaats daarvan op een dunne film van gas om een opening tussen de afdichtingsoppervlakken te behouden. Deze scheiding wordt bereikt door een combinatie van groeven op de pasringen en de hydrodynamische krachten die worden gegenereerd door de rotatie van de as.

Droge gasafdichtingen bieden verschillende voordelen ten opzichte van traditionele natte (oliegesmeerde) afdichtingen, waaronder een lager energieverbruik, een lager besmettingsrisico en een verbeterde compressorefficiëntie. Ze worden veel gebruikt in verschillende industrieën, zoals olie- en gasverwerking, petrochemische fabrieken en gastransporttoepassingen.

Componenten van droge gasafdichtingen

• Roterende ring: De roterende ring is bevestigd aan de compressoras en heeft een precisie-gefreesd vlak met een spiraalvormig groefpatroon. Dit patroon helpt de hydrodynamische liftkracht te genereren die nodig is om de opening tussen de afdichtingsoppervlakken tijdens de werking te behouden.
• Stationaire ring: De stationaire ring is gemonteerd in de afdichtingsbehuizing en heeft een glad afdichtingsvlak dat past bij de roterende ring. Het is doorgaans gemaakt van een hard, slijtvast materiaal zoals siliciumcarbide of wolfraamcarbide om de zware bedrijfsomstandigheden te weerstaan.
• Seal Gas Supply System: Het seal gas supply system levert een schoon, droog gas (meestal stikstof) met een nauwkeurig gecontroleerde druk aan de sealholte. Dit gas is essentieel voor het creëren van de dunne film tussen de afdichtingsvlakken en het voorkomen van verontreiniging door het procesgas. Het seal gas supply system omvat doorgaans filters, drukregelaars en stroomregelkleppen om de optimale afdichtingsomgeving te behouden.

Naast deze primaire componenten bevatten droge gasafdichtingen ook secundaire afdichtingselementen, zoals O-ringen en pakkingen, om lekkage tussen de stationaire componenten te voorkomen.

Hoe droge gasafdichtingen werken

Droge gasafdichtingen werken op het principe van contactloze, gap-type afdichtingstechnologie. De afdichtingsactie wordt bereikt door een dunne film van onder druk staand gas dat tussen de nauwkeurig vervaardigde afdichtingsvlakken stroomt, waardoor een barrière ontstaat die lekkage voorkomt.

Het hogedrukafdichtingsgas wordt via poorten in de stationaire ring in de afdichtingsinterface geïnjecteerd. Wanneer het gas de opening tussen de roterende en stationaire ringen binnenkomt, zet het uit en creëert het een drukprofiel over de afdichtingsvlakken. Dit drukprofiel genereert een openingskracht die de vlakken scheidt door een kleine opening, die doorgaans een paar micron meet.

De rotatie van de as en de bevestigde roterende ring genereert een hydrodynamisch effect binnen de gasfilm. Dit effect zorgt ervoor dat de gasdruk radiaal naar buiten toeneemt, waardoor een stabiele, contactloze afdichting ontstaat tussen de roterende en stationaire componenten.

Om de optimale afdichtingsspleet te behouden, vertrouwen droge gasafdichtingen op de balans tussen de openingskracht die wordt gegenereerd door het gas onder druk en de sluitkracht die wordt uitgeoefend door de afdichtingsveren en het drukverschil over de afdichtingsvlakken. Het afdichtingsgastoevoersysteem levert continu schoon, droog gas met een druk die iets hoger is dan het procesgas om positieve afdichting te garanderen en verontreiniging te voorkomen.

Het gelekte gas uit de primaire afdichting wordt verzameld in de secundaire afdichtingskamer en veilig afgevoerd of teruggevoerd naar de compressor.

Soorten droge gasafdichtingen

Droge gasafdichtingen zijn er in verschillende configuraties om te voldoen aan verschillende toepassingsvereisten. De drie belangrijkste typen droge gasafdichtingen zijn enkele afdichtingen, tandemafdichtingen en dubbele tegenoverliggende afdichtingen.

Enkele zegels

Enkele droge gasafdichtingen bestaan uit een enkele set roterende en stationaire ringen. Deze afdichtingen worden doorgaans gebruikt in toepassingen met lagere drukverschillen en minder veeleisende bedrijfsomstandigheden. Enkele afdichtingen zijn compacter en kosteneffectiever vergeleken met andere typen droge gasafdichtingen.

Het afdichtingsgas wordt tussen de roterende en stationaire ringen ingebracht, waardoor een dunne film ontstaat die direct contact tussen de oppervlakken voorkomt. Deze film handhaaft een stabiele opening, wat zorgt voor efficiënte afdichting en minimale slijtage van de componenten.

Tandemafdichtingen

Tandem droge gasafdichtingen hebben twee sets roterende en stationaire ringen die in serie zijn gerangschikt. Deze configuratie biedt een extra laag bescherming en redundantie, waardoor tandemafdichtingen geschikt zijn voor meer kritische toepassingen of omgevingen met hogere drukverschillen.

In een tandem seal-opstelling fungeert de primaire seal als het hoofdafdichtingselement, terwijl de secundaire seal als back-up dient. Als de primaire seal faalt of overmatige lekkage ervaart, neemt de secundaire seal het over om de afdichtingsintegriteit van het systeem te behouden.

Het sealgas wordt geleverd aan zowel de primaire als secundaire seals, wat zorgt voor een consistente en betrouwbare sealprestatie. Tandem seals bieden verbeterde veiligheid en betrouwbaarheid, omdat ze kunnen blijven werken, zelfs als een set sealcomponenten faalt.

Dubbele tegenoverliggende afdichtingen

Dubbele tegenover elkaar liggende droge gasafdichtingen bestaan uit twee sets roterende en stationaire ringen die in een tegenover elkaar liggende configuratie zijn gerangschikt. In deze opstelling zijn de afdichtingsvlakken rug aan rug geplaatst, met het afdichtingsgas ertussenin.

Het tegenoverliggende ontwerp van dubbele afdichtingen zorgt voor drukverdeling, waardoor de axiale krachten die op de afdichtingscomponenten inwerken, tot een minimum worden beperkt.

De sealgasstroom in dubbele tegenover elkaar liggende seals wordt beheerd via een reeks poorten en kanalen in de sealbehuizing. Dit zorgt voor een gelijkmatige verdeling van het sealgas en helpt een stabiele afdichtingsinterface te behouden tussen de roterende en stationaire componenten.

Dubbele tegenover elkaar liggende afdichtingen bieden uitstekende afdichtingsefficiëntie en kunnen hogere drukverschillen aan vergeleken met enkele en tandemafdichtingen. Ze worden vaak gebruikt in veeleisende toepassingen, zoals hogedrukcompressoren en pompen, waar betrouwbare afdichtingsprestaties cruciaal zijn.

Voordelen van drooggasafdichtingen

Verbeterde betrouwbaarheid

Droge gasafdichtingen bieden een aanzienlijk hogere betrouwbaarheid vergeleken met traditionele afdichtingsmethoden. Het contactloze ontwerp van droge gasafdichtingen minimaliseert slijtage, waardoor het risico op falen wordt verminderd en de operationele levensduur van de afdichting wordt verlengd.

Verbeterde efficiëntie

Droge gasafdichtingen werken met een kleinere speling tussen de roterende en stationaire componenten, wat resulteert in minder lekkage en een betere afdichtingsefficiëntie.

Lagere onderhoudskosten

De contactloze aard van droge gasafdichtingen vermindert wrijving en slijtage, waardoor de noodzaak voor frequent onderhoud en vervanging van onderdelen wordt geminimaliseerd. Dit voordeel leidt tot lagere onderhoudskosten gedurende de levensduur van de apparatuur, evenals minder downtime die verband houdt met onderhoudsactiviteiten voor afdichtingen.

Milieuvoordelen

Droge gasafdichtingen bieden een schonere en milieuvriendelijkere afdichtingsoplossing vergeleken met traditionele oliegebaseerde afdichtingen. Door inert gas als afdichtingsmedium te gebruiken, elimineren droge gasafdichtingen het risico op olielekkage en -verontreiniging, wat helpt de milieu-impact van de apparatuur te minimaliseren.

Nadelen van droge gasafdichtingen

Hogere initiële kosten

De geavanceerde technologie en nauwkeurige productie die nodig zijn voor droge gasafdichtingen, resulteren vaak in hogere initiële kosten vergeleken met traditionele afdichtingsmethoden.

Gevoeligheid voor verontreinigingen

Droge gasafdichtingen zijn gevoeliger voor verontreinigingen in het afdichtingsgas vergeleken met traditionele afdichtingen. Deeltjes, vloeistoffen of andere onzuiverheden in de gastoevoer kunnen de afdichtingsvlakken beschadigen, wat leidt tot voortijdig falen.

Beperkt temperatuurbereik

Droge gasafdichtingen hebben een beperkter bedrijfstemperatuurbereik vergeleken met sommige traditionele afdichtingsmethoden. De materialen die worden gebruikt in droge gasafdichtingen zijn mogelijk niet geschikt voor extreem hoge of lage temperatuurtoepassingen, waardoor hun gebruik in bepaalde industrieën of processen wordt beperkt.

Toepassingen van droge gasafdichtingen

Centrifugaalcompressoren

Droge gasafdichtingen worden veel gebruikt in centrifugaalcompressoren, met name in de olie- en gasindustrie. Ze bieden betrouwbare en efficiënte afdichting voor hogedruk- en hogesnelheidstoepassingen, zorgen voor optimale compressorprestaties en minimaliseren gaslekkage.

Turbomachines

Droge gasafdichtingen vinden toepassingen in verschillende turbomachines, zoals stoomturbines, gasturbines en expanders. Ze bieden superieure afdichtingsprestaties, verminderde wrijvingsverliezen en verbeterde efficiëntie vergeleken met traditionele afdichtingstechnologieën.

Petrochemische verwerking

In petrochemische verwerkingsinstallaties worden droge gasafdichtingen gebruikt in pompen, mixers en andere roterende apparatuur. Ze helpen de zuiverheid van het proces te behouden, voorkomen lekkage van gevaarlijke of waardevolle vloeistoffen en dragen bij aan de algehele veiligheid en efficiëntie van de installatie.

Industriële gassen

Droge gasafdichtingen worden gebruikt bij de productie, opslag en verwerking van industriële gassen, zoals waterstof, stikstof en zuurstof. Hun contactloze ontwerp en compatibiliteit met verschillende gastypen maken ze geschikt voor het behouden van de integriteit en zuiverheid van de gassen gedurende het hele proces.