Einsatz spezieller Dichtungen beim Pumpen flüssiger Kohlenwasserstoffe

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Eine Herausforderung wird angenommen

Anwendungen mit geringem Abstand von der Dampfdruckkurve des Mediums, in diesem Fall Ethan, haben eines gemeinsam: Die Flüssigkeit tendiert zum Übergang in den gasförmigen Zustand. Eine ideale Lösung wäre also eine „flüssigkeitsgeschmierte Gasdichtung“. Dazu wurden verschiedene Dichtungskonzepte untersucht.

Eagle Burgmann hat bereits gasgeschmierte Dichtungen für Pumpen im Produktportfolio. Die Gleitflächen dieser Dichtungsgattung laufen im Betrieb berührungslos auf einem stabilen Gasfilm. Es kann entweder eine mit einem inerten Gas druckbeaufschlagte Doppeldichtung sein oder eine Doppeldichtung, bei der die produktseitige Dichtung durch das Medium druckbeaufschlagt ist und die atmosphärenseitige Dichtung mit einer drucklosen Gasvorlage betrieben wird. Eine solche gasgeschmierte Doppeldichtung wäre ideal für diesen Einsatz, jedoch kommen die Unwägbarkeiten der unkalkulierbaren Phasenübergänge des Mediums und andere kritischen Zustände der Anwendung hinzu.

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Einige Dichtungshersteller, darunter auch Eagle Burgmann, wenden die Technologie der gasgeschmierten Pumpendichtungen bereits seit Langem erfolgreich an. In kritischen Anwendungen kommt es aber immer wieder zu Ausfällen, denn die Dichtungen benötigen kontinuierlich sauberes Gas an den Gleitflächen. Wenn noch die oben beschriebenen möglichen Ursachen mit einbezogen werden: eine Lösung mit hohem Risiko!

Ein weiterer Lösungsansatz für Houston war eine flüssigkeitsgeschmierte Dichtung mit Druckbeaufschlagung des Dichtungsraumes direkt vom Druckstutzen der Pumpe, da hier ein höherer Druck zur Verfügung steht. Die Dichtungen fielen aber kontinuierlich aus. Besonders an heißen Sommertagen, wenn die Außentemperatur anstieg. Was war die Ursache? Wie oben beschrieben tendiert das flüssige Ethan dazu, in den gasförmigen Zustand überzugehen.

Um das Medium im flüssigen Zustand zu halten, muss es auf einer bestimmten Temperatur und einen bestimmten Druck gehalten werden (etwa 21 bis 28 bar bei 16 °C). Wenn die Pumpe optimal arbeitet, sind Temperatur und Druck am idealen Punkt: Das Ethan strömt in flüssiger Form durch die Pumpe und steht im flüssigen Zustand an der Wellendichtung an. Wenn jedoch die Außentemperaturen in einer warmen Wetterperiode ansteigen, steigt die Temperatur im Inneren der Pumpe entsprechend mit. Das Ethan verdampft im Dichtungsraum, an den Gleitflächen steht Gas an.

Diese unberechenbaren Phasenübergänge!

Flüssigkeitsgeschmierte Gleitringdichtungen sind für den Betrieb in flüssigen Medien ausgelegt. Das flüssige Medium dringt in den Dichtspalt ein und schmiert die Gleitflächen. Reißt dieser Schmierfilm aufgrund von Gasanteilen im Medium ab, laufen die Gleitflächen trocken und werden dadurch beschädigt. In der Praxis laufen jedoch zahlreiche flüssigkeitsgeschmierte Dichtungen in Ethan-Anwendungen ohne Probleme. Voraussetzung sind eben stabile Betriebsbedingungen. Bei stark schwankenden Bedingungen können diese Dichtungen nicht einwandfrei funktionieren.

Gasgeschmierte Gleitringdichtungen könnten Ethan ohne weiteres abdichten, dazu müsste es aber an der Dichtung in gasförmiger Form vorliegen. Damit Ethan in den gasförmigen Zustand übergeht, muss entweder der Druck sinken oder aber der spezifische Dampfdruck den Dichtungsdruck deutlich übersteigen. Durch Erwärmen der Flüssigkeit lässt sich dies rasch bewerkstelligen; bei Verwendung einer externen Heizquelle erhöhen sich allerdings Komplexität und Wartungsbedarf der Anlage, was nicht im Sinne des Betreibers ist.

Konstruktive Anpassungen wie enge Spalte und ein Labyrinth auf der Produktseite der Dichtung erzeugen turbulente Strömungen. Die daraus resultierende Flüssigkeitsreibung unterstützt die Wärmeentwicklung – und zusätzlich wird an den Gleitflächen Wärme erzeugt: Je kleiner der Dichtspalt, desto geringer die Leckage, umso größer die Wärmeentwicklung. Dies mag für einen stabilen Dauerbetrieb ausreichen – in der Startphase, im Slow-Roll oder Standby, wenn die Reibungswärme fehlt, bleiben die Risiken jedoch bestehen.

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