Kontrolle der Umgebung der Dichtungskammer

Die Reduzierung der Temperatur in der Dichtungskammer bietet viele Vorteile für die Leistung und Zuverlässigkeit einer Gleitringdichtung im Heißbetrieb. Dies ist eine der effektivsten Möglichkeiten, die Dampfdruckspanne zu erhöhen und zu verhindern, dass die gepumpte Flüssigkeit in der Dichtungskammer oder an der Schnittstelle der Gleitringdichtungsflächen austritt. Darüber hinaus erhöht die Senkung der Dichtungskammertemperatur auch die Viskosität der Flüssigkeit und sorgt so für einen stabileren Flüssigkeitsfilm an der Grenzfläche der Dichtungsflächen.

Eine Methode zur Erzielung einer Temperatursenkung besteht darin, Flüssigkeit aus der Dichtungskammer durch einen Wärmetauscher zirkulieren zu lassen und die gekühlte Flüssigkeit zurück in die Dichtungskammer zurückzuführen. Der Wärmetauscher wird oft als „Dichtungskühler“ bezeichnet, da er nicht Teil des Prozesses, sondern lediglich eine Hilfssystemkomponente ist. Diese Rohrleitungsanordnung ist als API-Plan 23 bekannt. Bei korrekter Installation, Betrieb und Wartung ist ein Plan 23 eine der effektivsten Methoden zur Senkung der Dichtungskammertemperatur.

Die Flüssigkeit wird durch einen Pumpring, der in die Konstruktion der Gleitringdichtung integriert ist, durch den Wärmetauscher zirkuliert. Der Pumpring, typischerweise ein geschlitztes Rad oder eine spiralförmige Spirale, dreht sich mit der Pumpenwelle und fungiert als Miniaturpumpe innerhalb der Dichtungskammer. Im Vergleich zum Hauptlaufrad auf der Pumpenwelle erzeugt der Pumpring nur einen äußerst geringen Anteil an Druckhöhe und Fördermenge. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass Design, Auswahl und Installation des Strömungskreislaufs so optimiert sind, dass der Strömungswiderstand möglichst gering ist und dadurch die Zirkulationsrate und die Fähigkeit der Wärmeenergie, von der Dichtungskammer zum Wärmetauscher übertragen zu werden, maximiert werden .

Es gibt drei Hauptelemente des Strömungskreislaufs, die optimiert werden können:

Der Wärmetauscher muss eine geeignete Größe haben, um die auf ihn einwirkende Wärmelast abzuleiten und gleichzeitig einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu bieten. Wassergekühlte Rohrbündelwärmetauscher erfüllen diese Anforderungen und sind oft die erste Wahl für eine Wärmetauscherkonstruktion. Obwohl Plattenwärmetauscher kompakt sind und große Wärmeübertragungsraten aufweisen, sollten sie vermieden werden, da ihr Strömungswiderstand hoch ist. Luftgekühlte Wärmetauscher können in wasserbegrenzten Installationen eingesetzt werden. Allerdings ist eine sorgfältige Konstruktion und Auswahl erforderlich, um die erforderliche Kühlkapazität zu erreichen und gleichzeitig nicht übermäßig groß zu sein.

Die bevorzugte Methode zum Anschluss des Wärmetauschers an die Dichtungskammer ist die Verwendung von gezogenen Rohren (sofern Vorschriften und Standards dies zulassen). Der Durchmesser sollte dem der Wärmetauscherschlange entsprechen. Im Zweifelsfall sollte eine größere Größe gewählt werden. Beachten Sie, dass übermäßig große Größen keine positiven Ergebnisse liefern und sich nachteilig auf die Verringerung des Strömungswiderstands des Kreislaufs auswirken können. Um den Strömungswiderstand im Schlauch zu minimieren, sollten Ventile vermieden werden. Bei Bedarf sollten es sich um Kugelhähne mit Volldurchgang oder absperrbare Kugelhähne mit Vierteldrehung handeln. Die Anzahl der Biegungen im Rohr sollte ebenfalls minimiert werden, indem nur Biegungen mit großem Radius verwendet werden und die Verwendung kurzer 90-Grad-Verbindungsstücke vermieden wird. Die Gesamtlänge der Schlauchstrecke sollte auf ein Minimum beschränkt werden.

Wenn in der Dichtungskammer ausreichend Platz vorhanden ist, sind die effizientesten Pumpenringkonstruktionen und die Spülöffnungen, die Flüssigkeit zum und vom Pumpenring transportieren, als integraler Bestandteil der Gleitringdichtung und ihres Gehäuses konzipiert (siehe Abbildung 1). Dies ermöglicht es dem Dichtungshersteller, die Position der Spülanschlüsse zu optimieren, um den maximalen Druck und Durchfluss aus dem Pumpring zu erzielen. Es ermöglicht außerdem den korrekten Kühlflussweg durch die Gleitringdichtung und sorgt so dafür, dass kühle Flüssigkeit an die Gleitringdichtungsflächen geleitet wird.

Bei Pumpen mit horizontalen Wellen sollte sich der Spülanschluss oben am Dichtungsgehäuse befinden, um die Entlüftung der Dichtungskammer von eingeschlossenen Gasen zu ermöglichen, und der Spülanschluss sollte sich an oder unterhalb der Wellenmittellinie befinden. Bei vertikalen Schächten sollte sich die Spülöffnung an der obersten Stelle der Dichtungskammer befinden, um eine vollständige Entlüftung zu gewährleisten. Dies erfordert typischerweise die Verwendung eines Axialpumpenrings, wobei sich der Spülanschluss unterhalb des Pumpenrings befindet.

Da es sich bei dem Plan 23-Strömungskreislauf nicht um einen wirklich geschlossenen Kreislauf handelt, kommt es zu einem Verlust an gekühlter Flüssigkeit in der Dichtungskammer, wenn Flüssigkeit in die Verengung der Dichtungskammer eindringt und aus dieser austritt. Diese Vermischung von heißer Flüssigkeit aus der Pumpe und gekühlter Flüssigkeit in der Dichtungskammer kann durch den Einbau einer Dichtkammer-Halsbuchse mit engem Spiel minimiert werden. In den meisten Fällen ist eine feste Buchse geeignet. Durch den Einsatz einer schwimmenden Buchse können jedoch engere Abstände erreicht werden. Es empfiehlt sich, schwimmende Buchsen gegen eine erneuerbare Oberfläche, beispielsweise eine Hülse, und nicht gegen die blanke Welle der Pumpe zu laufen. Diese Buchse kann in die Konstruktion der Gleitringdichtung integriert oder als separates Element in den Hals der Dichtungskammer eingebaut werden. Wenn die Buchse als separates Element installiert wird, sollte sie bei jedem Wechsel der Gleitringdichtung erneuert werden, um eine Vermischung heißer und kalter Flüssigkeiten in der Dichtungskammer zu minimieren. Bei der Haltemethode der Buchse müssen die Temperaturunterschiede des Pumpengehäuses, das nahe der Prozesstemperatur liegt, und der Buchsenteile, die näher an der viel niedrigeren Dichtungstemperatur liegen, berücksichtigt werden.

Der Wärmetauscher sollte oberhalb und seitlich der Gleitringdichtung montiert werden, so dass kurze, direkte Rohrverläufe durchgeführt werden können, um die Spülanschlüsse der Dichtungskammer (oder Gleitringdichtung) mit dem Wärmetauscher zu verbinden. Montage des Wärmetauschers an oder In der Nähe der in Abbildung 2 angegebenen maximalen Höhe kann die Thermosiphonbildung (Strömung, die durch den geringen Unterschied in der Dichte des in den Wärmetauscher eintretenden heißen Fluids und des austretenden kühlen Fluids induziert wird) verstärkt werden. Dies kann den Fluss aus dem Pumpring unterstützen, während die Pumpe in Betrieb ist, und weiterhin einen Fluss erzeugen, während die Pumpe im Leerlauf ist.

Die Verbindungsrohre zwischen den Spülanschlüssen der Dichtungskammer (oder der mechanischen Dichtung) und dem Wärmetauscher sollten mit einer Neigung von mindestens 0,5 Zoll pro Fuß (40 Millimeter pro Meter) nach oben in Richtung einer Entlüftung am höchsten Punkt verlaufen. Da die Verbindungsrohre während des Betriebs heiß sind, besteht die Gefahr von Kontaktverbrennungen für Wartungs- und Bedienpersonal. Hitzeschutzgitter aus Streckgitter sind die bevorzugte Methode zur Minderung der Verbrennungsgefahr, da sie eine natürliche Wärmekonvektion aus den freiliegenden Rohren ermöglichen. Bei Installationen, bei denen der Platz knapp ist, kann eine mechanische Isolierung eingesetzt werden, um die Gefahren zu mindern.

Die Ausrichtung des Wärmetauschers sollte so gewählt werden, dass die in den Kühlschlangen eingeschlossene Luft auf natürliche Weise zu einem hohen Punkt strömen und entlüftet werden kann. Der Standort und die Höhe des Wärmetauschers sollten so gewählt werden, dass sie den Zugang für die Wartung des Wärmetauschers erleichtern und gleichzeitig die Auswirkungen des Zugangs zur Pumpe für Wartungsarbeiten minimieren. Der Wärmetauscher sollte niemals direkt über der Pumpe oder dem Motor montiert werden.

Vor dem Starten der Pumpe müssen die Prozess- und Wasserseite des Wärmetauschers von eingeschlossener Luft oder Dämpfen entlüftet werden. Hochpunktentlüftungen, die sowohl an den Kühlwasser- als auch an den Prozessleitungen angebracht sind, erleichtern die Entlüftung. Durch die Entlüftung der Prozessseite werden auch der Wärmetauscher, die Dichtungskammer und die Verbindungsleitungen entlüftet. Die prozessseitige Entlüftung erfordert oft besondere Überlegungen zur Größe und Verlegung, abhängig von den Flüssigkeitseigenschaften, dem Systemdruck, der Temperatur und den Gefahren. Die Konstruktion muss eine effektive Entlüftungsfähigkeit gewährleisten und gleichzeitig einen sicheren Betrieb gewährleisten.

Die Reinigung des Wärmetauschers sollte durchgeführt werden, wenn ein Effizienzverlust erkennbar ist. Normalerweise ist dies auf eine Verschmutzung der Kühlwasserseite des Wärmetauschers zurückzuführen. Die Geschwindigkeit, mit der die Verschmutzung auftritt, hängt von der Qualität des Kühlwassers und der Wärmebelastung des Wärmetauschers ab. In Bereichen mit hartem Wasser muss der Wärmetauscher häufig gereinigt werden, um Kalkablagerungen zu entfernen. Der Wärmetauscher sollte bei jedem Dichtungswechsel gereinigt werden.

Es gibt einige Anwendungen, bei denen diese Lösung möglicherweise nicht die ideale Wahl ist:

Für diese Situationen sollten alternative Kühlmethoden wie API Plan 21 oder Plan 32 in Betracht gezogen werden. Durch den Einsatz einer doppelten Druckdichtung kann auch auf die Kühlung der Dichtungskammer verzichtet werden.

API Plan 23 bietet eine effektive Methode zur Steuerung der Dichtungskammertemperatur rund um die Gleitringdichtung. Diese Reduzierung der Dichtungskammertemperatur kann die Verdampfung unterdrücken und die Eigenschaften des Fluids an der Schnittstelle der Gleitringdichtungsflächen verbessern, was zu einer verbesserten Dichtungszuverlässigkeit führt.

Nächster Monat: Welche Vorsichtsmaßnahmen sind bei der Verwendung der Drehmomenttabellen eines Dichtungsherstellers erforderlich?

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Mark Savage ist Produktgruppenmanager bei John Crane und verantwortlich für Design, Entwicklung und Anwendung von Metallbalgdichtungen für Kompressoren, Pumpen und rotierende Maschinen. Er ist seit 23 Jahren in der Dichtungsbranche tätig und an der Entwicklung bewährter Verfahren für Wellendichtungen und deren Trägersysteme beteiligt. Herr Savage hat einen Bachelor of Engineering von der University of Sydney, Australien.