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May 08, 2024

Fortschrittliche Dichtungstechnologien senken Kosten und CO2-Fußabdruck

Die richtige Auswahl der Gleitringdichtungsflächen ist für die Beseitigung von Lecks in Pumpen und anderen rotierenden Geräten von entscheidender Bedeutung. Die Vorteile der Wahl des richtigen Gesichtes gehen weit über die Verbesserung der mittleren Zeit dazwischen hinaus

Die richtige Auswahl der Gleitringdichtungsflächen ist für die Beseitigung von Lecks in Pumpen und anderen rotierenden Geräten von entscheidender Bedeutung. Die Vorteile der Wahl der richtigen Seite gehen weit über die Verbesserung der MTBF-Raten (Mean Time Between Failure) hinaus.

Gleitringdichtungsflächen gibt es in verschiedenen Zusammensetzungsmaterialien und Ausführungen. Das Obermaterial muss Abrieb und Verschleiß standhalten. Das am häufigsten verwendete Hartbeschichtungsmaterial ist Siliziumkarbid, gefolgt von Wolframkarbid und Aluminiumoxid, um nur einige zu nennen. Darüber hinaus sollte das Flächendesign zum Dichtungstyp für die Anwendung passen, einschließlich konventioneller, drückender, nicht drückender, unausgeglichener, ausgeglichener oder Patronenkonfigurationen.

Es gibt jedoch zwei bewährte Dichtungsflächenmaterialien und Designtechnologien, die das Rätselraten bei der Auswahl überflüssig machen können. Diese Optionen verlängern die MTBF der Dichtung von Wochen auf oft Jahre, senken die Wasser-, Energie- und Kapitalkosten und helfen Unternehmen dabei, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern.

Zu den fortschrittlichsten und langlebigsten Oberflächenmaterialien gehört ultrananokristalliner Diamant (UNCD) oder die Diamant-Siegelflächentechnologie. Bei dieser Oberflächenbehandlung wird ein dünner Diamantfilm durch chemische Gasphasenabscheidung auf der Dichtfläche aus dem Diamantfilm erzeugt. Das am häufigsten verwendete Substrat für eine Diamant-Oberflächenbehandlung ist gesintertes Siliziumkarbid. Mit neueren Entwicklungen wird Diamantfilm auch auf Wolframcarbid-Substraten verwendet.

Heute werden weltweit mehr als 60.000 Komponenten mit Diamant-Oberflächenbehandlung in verschiedenen anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt, darunter abrasive Schlämme, chemisch reaktive Medien, Umgebungen mit schlechter Schmierung, intermittierende Trockenlaufanwendungen und temperaturempfindliche Medien.

Nicht zu verwechseln mit mikrokristallinen Flächenbehandlungen, die nur mit einer anderen Diamant-Paarfläche verwendet werden können. UNCD-Stirnflächenbehandlungen können auch gegen Gegenflächen aus Siliziumkarbid oder Wolframkarbid durchgeführt werden und reduzieren die mit Zusatzgeräten verbundenen Kosten.

UNCD verfügt über eine Reihe von Eigenschaften, die es zu einem vorteilhaften Dichtungsmaterial für viele Anwendungen machen. Der niedrige Reibungskoeffizient ermöglicht es der Dichtfläche, schlechte Schmierung und zeitweilige Trockenlaufbedingungen zu überstehen, wodurch auch die Wärmeentwicklung und der Energieverbrauch reduziert werden. Da es sich um ein außergewöhnlich hartes Material handelt, ist es aufgrund seiner Abriebfestigkeit ideal für Anwendungen mit abrasiven Partikeln und Schlämmen geeignet. Die chemische Beständigkeit von UNCD schützt die Dichtungsflächen und ermöglicht deren Funktion auch bei starken Laugen und Säuren.

Sie reduzieren außerdem den CO2-Fußabdruck der Anwendung, indem sie die Wasserverschwendung minimieren und den Energieverlust reduzieren. Abhängig von den Bedingungen kann allein die Reduzierung des Stromverbrauchs des Motors zu einer Amortisationszeit von weniger als 12 Monaten führen.

Ein aktuelles Beispiel, das die Vorteile einer Diamantoberflächenbehandlung hervorhebt, fand in einer Sperrholzproduktionsanlage in den USA statt. Die Heißwassertemperatur (315 F bis 325 F) und die Wärmeentwicklung der Dichtungsflächen führten dazu, dass die O-Ringe der Gleitringdichtung innerhalb weniger Wochen versagten.

Das Werk wollte die Zuverlässigkeit der Dichtungen erhöhen und gleichzeitig seinen Plan 11-Dichtungsspülplan beibehalten. Innerhalb weniger Wochen nach der Ergänzung der universellen Kartuschendichtungen mit diamantbehandelten Flächen erzielte die Anlage eine Kapitalrendite für die Dichtungsmodernisierung. Durch die Beibehaltung des vorhandenen Spülplans 11 konnte das Werk fast 6.000 US-Dollar an Ausrüstungs-, Material- und Installationskosten einsparen. Durch den Wegfall des Kühlmittelbedarfs konnte das Werk auch einen Anstieg des jährlichen Wasserverbrauchs um mehr als 3.000 US-Dollar und bis zu 2,1 Millionen Gallonen vermeiden, ganz zu schweigen von der Verbesserung der MTBF auf 14 Monate.

Die Upstream-Pumping-Dichtungsflächentechnologie (USP) wird seit Jahrzehnten weltweit in vielen Branchen eingesetzt und senkt die Wassermenge, die zum Kühlen und Reinigen einer Dichtung verwendet wird. Im Vergleich zu traditionelleren Lösungen kann dadurch der Wasserverbrauch von 2 bis 3 Gallonen pro Minute auf 3 bis 5 Gallonen pro Tag gesenkt werden. USP kombiniert die Vorteile von doppelten druckbeaufschlagten und drucklosen Dichtungen und bietet den Umweltschutz einer Doppeldichtungsanordnung mit der inhärenten Sicherheit einer Tandemdichtungsanordnung. Der aktive Hub drückt die Pufferflüssigkeit mit niedrigem Druck in die Prozessflüssigkeit mit höherem Druck und nutzt dabei druckbeaufschlagte und drucklose Dichtungskonzepte.

Es ersetzt herkömmliche Dichtungen durch eine Hochdruckpumpe mit geringem Volumen. Die Pumpe fördert eine winzige Menge Pufferflüssigkeit entlang des Weges, der normalerweise durch die Gleitringdichtungsflächen abgedichtet wird, und in die Produktseite. Da auf der Produktseite ein höherer Druck herrscht als in der Pufferflüssigkeit, wird diese Dichtung als vorgeschaltete Pumpe bezeichnet.

Das spiralförmige Rillenmuster der USP-Schlagfläche ist ein Druck erzeugendes System und wirkt wie ein Laufrad. Es leitet die Sperrflüssigkeit zum Außendurchmesser, trifft dabei auf den Widerstand des Dichtungsdamms und erhöht den Druck. Dadurch hebt sich die flexibel gelagerte Stirnfläche aktiv an und stellt den Dichtspalt ein. In diesem kontaktlosen Modus wird Flüssigkeit von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gepumpt.

Die USP-Technologie macht komplexe und teure Unterstützungssysteme überflüssig, spart Geld und reduziert die Wasserverschwendung. Beispielsweise wollte ein führendes Öl- und Gasunternehmen die Betriebskosten senken. Das Unternehmen untersuchte einen seiner Onshore-Ölfeldbetriebe genau und stellte einen hohen Wasser- und Stromverbrauch fest.

Das Ölfeld nutzte Wasserinjektionen, um die Ölförderung aus bestehenden Lagerstätten zu steigern. Dazu kam ein Extraktionsverfahren zum Einsatz, bei dem Gruppen von Wasserinjektoren zur Förderung von Öl aus Lagerstätten eingesetzt wurden. Das Ölfeld konzentrierte sich auf 10 Wassereinspritzpumpen, die mit herkömmlichen mechanischen Doppeldichtungen betrieben wurden.

Eine Kostenanalyse ergab, dass der Ölfeldbetreiber in sechs Jahren fast 2 Millionen US-Dollar einsparen könnte, wenn er die herkömmlichen Dichtungen der Pumpen durch die USP-Gleitflächentechnologie ersetzt. Darüber hinaus wäre die Kapitalrendite bereits nach den ersten zwei Jahren erreichbar und die Pumpen würden mit 90 % weniger Druck (8 bar) laufen, was eine Sicherheitsverbesserung gegenüber dem 120 bar Druck mit den Doppeldichtungen darstellt.

Material und Design der Oberflächenzusammensetzung sind entscheidend für die Leistung der Gleitringdichtung. Gleitringdichtungen mit UNCD-Behandlung bieten kostensparende Vorteile für viele Anwendungen, von schlechten Schmierbedingungen in heißem Wasser bis hin zu starken chemischen und abrasiven Anwendungen in der Mineralverarbeitung und im Bergbau.

Ein USP-Dichtungsflächendesign reduziert im Vergleich zu einer unter Druck stehenden Doppeldichtung die Dichtungsleckage zur Atmosphäre. Es bietet ein einfaches Unterstützungssystem, das die Gesichtsschmierung gewährleistet, ohne dass die Kosten eines Druckbarrieresystems anfallen. Außerdem entfällt das Spülen der Dichtungsfläche, um die Dichtungswärme abzuleiten, der Wasserverbrauch wird reduziert, Probleme mit niedrigem Wasserversorgungsdruck werden bewältigt und der Stromverbrauch und die Wärmeerzeugung werden gesenkt.

Adam Slade ist globaler Produktmanager für John Crane. Weitere Informationen finden Sie unter johncrane.com.