Weltgrößte, trockenlaufende, gasgeschmierte Gleitringdichtung hält Kraftwerk am Laufen

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Grundlagen und Herausforderungen

Die 390-Millimeter-Variante einer Dry Gas Seal für die Hochtemperaturumgebung von Wuhan zu entwickeln, war von Beginn an mit besonderen Herausforderungen in Sachen Konstruktion, Fertigung und Erprobung verbunden. Die Konstruktion musste sämtliche Aspekte des Betriebs berücksichtigen, die durch die Prozessmedien und Verdichterdrehzahlen sowie die Temperaturen entstehen. In der Regel werden Dry Gas Seals für Temperaturen von -20 bis +160 °C ausgelegt. Da in Wuhan deutlich höhere Temperaturen erreicht werden können, sollte die Dichtung für bis zu 250 °C ausgelegt und damit bestens auch auf eventuelle Worst-Case-Szenarien vorbereitet sein.

Die Herstellung solch großer Dry Gas Seals erfordert extrem strenge Fertigungstoleranzen, um stabile Gasfilmeigenschaften zu gewährleisten. Die Hochtemperaturdichtungen mussten Prüfungen bestehen, bei denen die Betriebskennwerte einer Brenngasverdichtungskette im Dauerbetrieb simuliert wurden.

Beim Design konnten sich die Ingenieure auf die für LNG-Anlagen entwickelte Dichtung stützen. Das Tandemkonzept – zwei einzelne Dichtungen mit einem Labyrinth dazwischen – wurde auch für Wuhan übernommen. Dies sorgt für zusätzliche Sicherheit, da die atmosphärenseitige Dichtung für die gleichen Betriebsbedingungen wie die prozessseitige Dichtung ausgelegt ist. Im Regelbetrieb wird der prozessseitige Druck bereits durch die prozessseitige Dichtung abgebaut, während die atmosphärenseitige Dichtung als Sicherheitsdichtung mit Stickstoff betrieben wird.

Ein leichter Druckunterschied im dazwischen liegenden Labyrinth gewährleistet, dass die Prozessgasleckage ausschließlich über den Anschluss zwischen prozessseitiger Dichtung und Zwischenlabyrinth, in der Regel zu einer Fackel, abgeleitet wird. Stickstoffleckagen zur atmosphärenseitigen Dichtung sowie Leckagen der Lagerölabdichtung werden über einen weiteren Anschluss zwischen atmosphärenseitiger Dichtung und Lagerabdichtung in der Regel an die Atmosphäre sicher abgeführt.

Für Wuhan galten fast die gleichen Kompressoranforderungen, Sicherheits- und Emissionsaspekte wie bei der LNG-Dichtung – außer, dass diese für extrem niedrige Temperaturen bis -170 °C ausgelegt ist.

Besonders kritisch: Wärmeübertragung

In Hochtemperatur-Betriebsumgebungen stellt die Wärmeübertragung einen besonders kritischen Aspekt bei der Konstruktion einer Dry Gas Seal dar. Gefordert sind Werkstoffe, welche die erzeugte Wärme bestens aufnehmen und vom Dichtspalt in die Gehäuse- und Ringumgebung ableiten. Von allen Werkstoffen, die hier in Frage kommen, weist gesintertes Siliziumkarbid (SiC) die bei weitem höchste Wärmeleitzahl aus – und kann die generierte Wärme sicher aus dem Dichtspalt abführen. Als optimale Materialkombination für die Gleitringe erwies sich EagleBurgmanns Standard-SiC-Paarung ‚hart/hart’ und eine extrem gehärtete diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung (Diamond-like Carbon/DLC).

Wesentlich für die Performance der Dry Gas Seal ist, dass die beiden Dichtflächen in allen Betriebszuständen einen stabilen, leckageoptimierten Dichtspalt bilden. Nur dann ist eine optimale Gasfilmsteifigkeit gewährleistet und damit minimale Leckageraten sowie ein kontaktfreier Betrieb sichergestellt. Einen entscheidenden Aspekt bei der Konstruktion der DGS-Lösung für extreme Temperaturen stellt das applikationsgerechte Design der Gleitringoberflächen dar. Die präzise Vorhersage der Dichtflächenverformung ist unabdingbar, um die Geometrie der Dichtflächen exakt auf die Anwendung auszulegen.

Ausgangspunkt von EagleBurgmann war zunächst die Auslegung der Grundform bei Raumtemperatur und normalen Betriebsbedingungen. Anschließend wurde – unter Berücksichtigung umfangreicher Berechnungen und umfassender Erfahrungen aus anderen Projekten – das optimale Ergebnis für hohe Temperaturen ermittelt. Um auf Nummer sicher zu gehen, wurde das ermittelte Design im nächsten Schritt über detaillierte Tests einer genauen Kontrolle und Feinabstimmung unterzogen.

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