Wat is een hogedruk mechanische afdichting?

Wat is een hogedruk mechanische afdichting?

Een hogedruk mechanische afdichting is een kritisch onderdeel in machines die werken onder extreme drukomstandigheden, doorgaans boven 50 bar (725 psi). Deze afdichtingen zijn ontworpen om lekkage van vloeistoffen of gassen uit de apparatuur te voorkomen en tegelijkertijd de immense krachten te weerstaan die worden gegenereerd door omgevingen met hoge druk.

De primaire functie van een hogedruk mechanische afdichting is het handhaven van een veilige barrière tussen de procesvloeistof en de atmosfeer, zelfs onder de meest veeleisende omstandigheden. Deze afdichtingen bestaan uit twee hoofdcomponenten: een stationair onderdeel (stator) en een roterend onderdeel (rotor), die samen worden gedrukt door een combinatie van hydraulische en veerkrachtige krachten. De afdichtingsvlakken zijn doorgaans gemaakt van harde, slijtvaste materialen zoals siliciumcarbide, wolfraamcarbide of keramiek, die bestand zijn tegen de hoge druk en temperaturen die in deze toepassingen voorkomen.

Hoe hogedruk mechanische afdichtingen werken

Het werkingsprincipe van mechanische hogedrukafdichtingen is gebaseerd op het creëren van een dunne vloeistoffilm tussen de stationaire en roterende afdichtingsvlakken. Terwijl de as roteert, worden de afdichtingsringen samengedrukt door een combinatie van veerkracht en hydraulische druk van de procesvloeistof. Deze druk zorgt ervoor dat een kleine hoeveelheid van de procesvloeistof lekt tussen de afdichtingsvlakken, waardoor een dunne, stabiele vloeistoffilm ontstaat die de vlakken smeert en koelt en verdere lekkage voorkomt.

De vloeistoffilm tussen de afdichtingsvlakken wordt in stand gehouden door een delicate balans tussen de hydraulische druk, veerkracht en de precieze geometrie van de afdichtingsvlakken. De afdichtingsvlakken worden tot een zeer hoge vlakheid gepolijst, doorgaans binnen 2-3 heliumlichtbanden (0,22-0,33 µm), om een uniform contact te garanderen en lekkage te minimaliseren. De roterende afdichtingsring wordt doorgaans op de as gemonteerd met een flexibele balg of een ander secundair afdichtingselement, dat kleine asafwijkingen en axiale bewegingen opvangt terwijl de afdichting behouden blijft.

Welk type mechanische afdichting wordt gebruikt voor hogedruktoepassingen?

Oog in oog

Bij een face-to-face-opstelling worden twee mechanische afdichtingen geïnstalleerd met hun afdichtingsvlakken naar elkaar toe gericht. Deze opstelling wordt vaak gebruikt bij toepassingen met hoge druk, omdat het de hydraulische krachten die op de afdichtingsvlakken werken in evenwicht brengt, waardoor de netto sluitkracht en warmteontwikkeling worden verminderd. Face-to-face-afdichtingen bieden ook een mate van redundantie, omdat de tweede afdichting als back-up kan dienen als de primaire afdichting faalt.

Achter elkaar

Back-to-back seals zijn gerangschikt met hun sealvlakken van elkaar af gericht, waarbij de ruimte tussen de seals doorgaans gevuld is met een buffervloeistof met een hogere druk dan de procesvloeistof. Deze opstelling wordt gebruikt wanneer de procesvloeistof gevaarlijk, giftig of milieugevoelig is, aangezien eventuele lekkage van de primaire seal wordt opgevangen door de buffervloeistof en secundaire seal. Back-to-back seals vereisen een apart buffervloeistofsysteem en extra leidingen en instrumentatie.

Tandem (of tegenover elkaar)

Tandem- of face-to-back-afdichtingen combineren elementen van face-to-face- en back-to-back-opstellingen. In deze configuratie worden twee afdichtingen geïnstalleerd met hun zijden in tegengestelde richtingen, waarbij de primaire afdichting naar de procesvloeistof is gericht en de secundaire afdichting van de procesvloeistof af. De ruimte tussen de afdichtingen wordt meestal geventileerd naar een veilige locatie of aangesloten op een buffervloeistofsysteem met een lagere druk dan de procesvloeistof. Tandemafdichtingen bieden zowel de drukbalancerende voordelen van face-to-face-afdichtingen als de veiligheids- en containmentfuncties van back-to-back-afdichtingen.

Factoren die de prestaties van mechanische afdichtingen onder hoge druk beïnvloeden

Druk van procesvloeistof op afdichtingsvlakken

Naarmate de vloeistofdruk toeneemt, neemt ook de sluitkracht op de afdichtingsvlakken toe, wat leidt tot hogere vlakbelastingen, verhoogde warmteontwikkeling en mogelijk snellere slijtage. Om deze effecten tegen te gaan, bevatten hogedrukafdichtingen vaak functies zoals balansgaten, groeven of openingen in de afdichtingsvlakken om de effectieve sluitkracht te verminderen en een stabiele vloeistoffilm te behouden.

Temperatuurregeling in de afdichtingskamer

Hoge temperaturen kunnen thermische uitzetting van afdichtingscomponenten veroorzaken, wat leidt tot verhoogde oppervlaktebelastingen en slijtage. Overmatige hitte kan ook de smerende eigenschappen van de vloeistoffilm aantasten, waardoor de wrijving en het risico op afdichtingsfalen toenemen. Om deze problemen te beperken, bevatten hogedrukafdichtingen vaak koelmantels, warmtewisselaars of thermosyphonsystemen om warmte uit de afdichtingskamer te verwijderen en stabiele bedrijfstemperaturen te handhaven.

Juiste smering en koeling van afdichtingsvlakken

De vloeistoffilm tussen de afdichtingsvlakken fungeert als zowel smeermiddel als koelmiddel, voert wrijvingshitte af en voorkomt direct contact tussen de vlakken. Om voldoende smering en koeling te garanderen, kunnen hogedrukafdichtingen kenmerken bevatten zoals spiraalgroeven, radiale sleuven of microstructuren op de afdichtingsvlakken om vloeistofcirculatie en warmteafvoer te bevorderen. De selectie van afdichtingsvlakmaterialen met goede thermische geleidbaarheid en zelf-smerende eigenschappen, zoals siliciumcarbide of grafiet-geladen materialen, kan ook de smering en koelprestaties verbeteren.

Ondersteuningssystemen voor mechanische afdichtingstoepassingen met hoge druk

Hogedruk mechanische afdichtingen vereisen gespecialiseerde ondersteuningssystemen om optimale prestaties en levensduur te garanderen. Deze systemen helpen stabiele bedrijfsomstandigheden te behouden, afdichtingsfalen te voorkomen en de levensduur van de afdichtingen te verlengen. Een cruciaal onderdeel is het API Plan 52, dat gebruikmaakt van een buffervloeistofreservoir om een schone, koele en onder druk staande omgeving voor de afdichtingen te bieden.

Het API Plan 52-systeem laat een compatibele buffervloeistof, zoals glycol of olie, door een afdichtingskamer circuleren bij een druk die hoger is dan de procesvloeistof. Dit positieve drukverschil voorkomt dat procesvloeistof de afdichtingskamer binnendringt, waardoor verontreiniging wordt geminimaliseerd en de levensduur van de afdichting wordt verlengd. Het systeem helpt ook om warmte af te voeren die door de afdichtingen wordt gegenereerd, waardoor een stabiele bedrijfstemperatuur wordt gehandhaafd.

Andere essentiële ondersteuningssystemen voor hogedruk mechanische afdichtingen zijn:

1. Juiste smering van het afdichtingsvlak: Voldoende smering is cruciaal voor het verminderen van wrijving en slijtage op de afdichtingsvlakken. Dit kan worden bereikt door het gebruik van barrièrevloeistoffen, zoals olie of vet, of door smerende eigenschappen in het afdichtingsontwerp op te nemen.
2. Temperatuurregeling: Het handhaven van een consistente temperatuur in de sealkamer is cruciaal om thermische vervorming te voorkomen en een correcte uitlijning van het sealvlak te garanderen. Dit kan worden bereikt door het gebruik van koelmantels, warmtewisselaars of temperatuurregeleenheden.
3. Drukbewaking:Door de druk in de afdichtingskamer voortdurend te bewaken, kunnen afwijkingen of lekken worden opgespoord. Zo kan tijdig onderhoud worden uitgevoerd en kunnen ernstige storingen worden voorkomen.

Toepassingen van hogedruk mechanische afdichting

• Centrifugale pompen:Hogedrukmechanische afdichtingen worden gebruikt in centrifugaalpompen die vloeistoffen onder hoge druk verwerken, zoals ketelvoedingswaterpompen, pijpleidingpompen en injectiepompen in olie- en gasputten.
• Compressoren: Mechanische afdichtingen worden gebruikt in hogedrukcompressoren voor gassen zoals waterstof, aardgas en koolstofdioxide, en in koelcompressoren die gebruikmaken van hogedrukkoelmiddelen.
• Turbines:Hogedrukafdichtingen worden in stoom- en gasturbines gebruikt om lekkage van hogedrukstoom of verbrandingsgassen uit de turbinebehuizing te voorkomen.
• Reactoren en drukvatenMechanische afdichtingen worden gebruikt in roerwerken, mixers en andere roterende apparatuur in hogedrukreactoren en drukvaten in de chemische verwerkings- en petrochemische industrie.
• Onderzeese apparatuurHogedrukafdichtingen zijn essentiële onderdelen van apparatuur voor de productie van onderzeese olie en gas, zoals onderzeese pompen, compressoren en kleppen. Ze moeten bestand zijn tegen extreme druk en zware omgevingsomstandigheden.
• Hogedrukwatersystemen: Mechanische afdichtingen worden gebruikt in hogedrukwaterpompen en kleppen in toepassingen zoals ontzilting door omgekeerde osmose, hogedrukreiniging en watersnijden.

Veelgestelde vragen

Wat is de druklimiet voor mechanische afdichtingen?

Standaard mechanische afdichtingen kunnen over het algemeen een druk aan tot ongeveer 20 bar (290 psi), terwijl hogedrukafdichtingen zijn ontworpen voor een druk van 20 tot 200 bar (290 tot 2.900 psi) of hoger.