Торцовые уплотнения SH(V) для высокоскоростных насосов на установках для производства очищенной ТФК

Разработанные по спецификациям клиентов, смазываемые жидкостью двойные уплотнения EagleBurgmann повышают безопасность высокоскоростных центробежных насосов, применяемых на установках по производству очищенной терефталевой кислоты (ТФК). Новые решения для уплотнения разрабатывались в тесном сотрудничестве с мировым производителем насосов Sundyne, центральный офис которого находится в Арваде (США, штат Колорадо). Проверенная на практике уплотнительная система из ассортимента EagleBurgmann послужила основой для разработки нового двойного уплотнения. Оно отвечает постоянно растущим требованиям, которые предъявляют ведущие производители очищенной ТФК к оборудованию.

По всему миру на протяжении многих лет при выборе питательных насосов для реакторов высокого давления в установках по очистке ТФК предпочтение отдают центробежным насосам серии HPM от Sundyne. Эти специальные насосы со встроенным редуктором используются на стадии очистки или подготовки необработанной терефталевой кислоты (ТФК). Они перекачивают суспензию ТФК, приготовленную при высокой температуре из дистиллированной воды и порошка ТФК, в реактор гидрирования. Здесь путем химической реакции с участием водорода из суспензии удаляются все загрязнения.

Очищенная ТФК является одним из основных исходных материалов для производства полиэфирной смолы высокой чистоты, которая, среди прочего, требуется для производства полиэтилентерефталата (ПЭТФ), из которого изготавливаются пластиковые бутылки, полиэфирной пленки, текстильных волокон и технической продукции из пластика.

Питательные насосы для реакторов высокого давления со встроенным редуктором используются на стадии очистки или подготовки необработанной терефталевой кислоты (ТФК). Они перекачивают суспензию ТФК, приготовленную при высокой температуре из дистиллированной воды и порошка ТФК, в реактор гидрирования. Здесь путем химической реакции с участием водорода из суспензии удаляются все загрязнения. Надежность питательных насосов для реакторов высокого давления имеет определяющее значение для обеспечения стабильности производственных процессов в установках по очистке ТФК. При этом торцовые уплотнения входят в число наиболее критичных компонентов насосов, так как в экстремальных условиях высокого давления и высоких скоростей к ним предъявляются повышенные требования.

Центробежный насос, выбранный для этой установки по очистке ТФК, представляет собой машину, монтируемую горизонтально и оборудованную встроенным двухступенчатым редуктором. На обоих концах его приводного вала установлены рабочие колеса, вращающиеся со скоростью 6 200 мин-1.

Соединенные друг с другом ступени работают последовательно и создают таким образом необходимое давление. При этом исходное давление первой ступени подается на вход второй ступени, где оно еще раз существенно повышается. В зоне уплотнения вала второй ступени насоса создается давление до 80 бар (1 160 PSI).

В качестве уплотнения для 1-й ступени была использована двойная картриджная система в конфигурации "лицом-к-лицу" (face-to-face), в которой уплотнения ориентированы противонаправленно. Для 2-й ступени была разработана тандемная конфигурация с однонаправленной ориентацией уплотнений по схеме "лицом-к-спине" (face-to-back), чтобы распределить дифференциальное давление на оба уплотнения и обеспечить таким образом адекватное соотношение давления и скорости. Через систему подачи осуществляется промывка обеих ступеней насоса, и таким образом предотвращается засорение уплотнений со стороны продукта суспензией ТФК.

Технические задачи повышенной сложности

Одна из самых сложных технических проблем была связана с затворной средой, которая на установках по производству ОТФК, как правило, поступает через централизованную систему подачи для уплотнений. С учетом этих специфических условий конечный пользователь, входящий в число крупнейших производителей ОТФК, поставил задачу использовать в качестве затворной среды горячую воду установки, имеющую температуру 65 °C ... 85 °C (149 °F ... 185 °F). Среди проблем, связанных с данным процессом, - неблагоприятные условия для работы уплотнения, такие как недостаточный отвод тепла и неудовлетворительная смазка поверхностей скольжения, которые могут возникать в результате испарения затворной среды.

Следующая техническая проблема связана с действием обратного давления на уплотнение со стороны продукта на 2-й ступени во время пуска и останова насоса. На стадии пуска, пока не включен главный привод насоса, на это уплотнение с задней стороны действует давление затворной среды, создаваемое системой подачи. Во время переходной стадии, когда насос набирает максимальную скорость вращения, чтобы создать полное выходное давление, давление начинает действовать на уплотнение в обратном направлении, в результате чего происходит отжатие уплотнительных поверхностей. То же происходит в обратной последовательности при останове насоса на стадии отключения остановки. Чтобы решить эту проблему и обеспечить на всех стадиях процесса устойчивую работу, исходную конструкцию уплотнения пришлось изменить и оптимизировать.

Без обширных специальных знаний не обойтись

При конструировании новых двойных уплотнений за основу было взято зарекомендовавшее себя специальное уплотнение для высокого давления из действующего ассортимента. А именно – высокоэффективная серия уплотнений высокого давления SH(V), которая на протяжении нескольких лет используется по всему миру в условиях высокого давления. В отличие от классических торцовых уплотнений для стандартных условий уплотнения высокого давления имеют одну важную особенность: на вале установлено вращающееся контркольцо, в то время как подвижное кольцо – с пружинным блоком – расположено в корпусе и не вращается. Эта концепция уплотнения дает дополнительную стабильность при высоких скоростях вращения. При скорости скольжения от 20 м/с (66 ft/s) и выше пружины должны быть неподвижны, чтобы не подвергаться воздействию вибрации и, как следствие, деформации.

Оптимизированная конструкция

Кроме того, конструкция проверенного на практике уплотнения SH(V) была оптимизирована с учетом особенностей конкретного случая использования. Чтобы обеспечить надежную эксплуатацию на всех стадиях производственного процесса, были внесены определенные конструктивно-технические изменения. Помимо этого, были применены высокоэффективные материалы: для невращающегося подвижного кольца в данном решении был выбран карбид кремния BuKa 30. Этот высокоэффективный материал от EagleBurgmann имеет высокое содержание углерода, что решает проблемы, возникающие обычно при работе со средами с неудовлетворительными смазывающими свойствами, такими как вода. BuKa 30 впечатляет отличными характеристиками при работе в аварийном режиме и способностью сохранять свои свойства в условиях сухого хода.

Уплотнение было дополнительно оптимизировано, и теперь его исправная работа гарантирована даже в диапазонах предельных значениях. Свободно вставленное подвижное кольцо создает дополнительную защиту от наклона и перекашивания. Среди технических особенностей уплотнения высокого давления, разработанного для установки ТФК, – тщательно рассчитанные и выполненные канавки на поверхностях скольжения. Глубина и форма заданы с предельной точностью. Канавки, которые EagleBurgmann на протяжении многих лет применяет на сухих газовых уплотнениях, способствуют бесперебойной эксплуатации смазываемых жидкостью двойных уплотнений даже во время критических фаз. Так, например, при низком давлении канавки способствуют размыканию поверхностей скольжения за счет создания воздушной "подушки" с положительным давлением, в результате чего быстро устанавливается стабильное рабочее состояние. При высоком давлении канавки действуют как стабилизаторы, предотвращая раскрытие зазора.

Проверено испытаниями и практикой

В результате сочетания этих мер получились сложные системы уплотнений с конфигурацией "тандем" и "спиной-к-спине", которые могут применяться при давлении до 100 бар (1 450 PSI) и при скорости до 9 000 мин-1, гарантируя при этом эксплуатационную надежность, которую требует производитель насосов. Смазываемые жидкостью двойные уплотнения без труда справляются с любыми эксплуатационными параметрами и впечатляют стабильной герметизацией даже при значительных колебаниях давления, температуры и скорости вращения. Это было проверено и подтверждено на полигоне в г. Вольфратсхаузен в ходе динамических испытаний: здесь уплотнения, сконструированные в виде картриджных систем, удобных для монтажа, подверглись всестороннему тестированию, и в конечном итоге были утверждены представителями Sundyne.

На практике новые двойные уплотнения зарекомендовали себя наилучшим образом в многочисленных насосах высокого давления с встроенным редуктором от Sundyne, которые в 2014 г. были введены в эксплуатацию на одной из крупнейших в мире установок по производству очищенной ТФК в Китае.

наших случаев
наших случаев

Многие года Игл Бургманн предлагал решения по уплотнениям для продукции РТА. Узнайте больше на примере одного из наших случаев!

Stay informed with Excellence in Practice