انواع نشت بندهای گاز خشک
مروری بر تفاوت نشت بندهای گاز خشک
انواع نشت بندهای گاز خشک
نشت‌بند گاز خشک نوعی نشت‌بند مکانیکی است که در تجهیزات دوار مانند کمپرسورها برای جلوگیری از خروج گازهای فرآیند به اتمسفر استفاده می‌شود. این نشت‌بند بدون نیاز به روانکاری مایع عمل کرده و به جای آن بر یک فیلم نازک گازی که بین حلقه‌های چرخان و ساکن قرار دارد، تکیه می‌کند. این ویژگی موجب کاهش سایش و افزایش قابلیت اطمینان می‌شود (شکل1).
شکل1. نشت بند گاز خشک
انواع اصلی نشت بندهای گاز خشک عبارتند از:
· نشت بند گاز خشک تکی
نشت‌بند گاز خشک تکی شامل یک مجموعه سطوح آب‌بندی است که وظیفه جداسازی گاز فرآیند از محیط اطراف را بر عهده دارد. این نوع نشت‌بند برای کاربردهایی مناسب است که در آن گاز آب‌بندی‌شده، مانند هوا یا نیتروژن، غیرقابل‌اشتعال بوده و خطری برای محیط‌زیست ایجاد نمی‌کند.
در این سیستم، گاز آب‌بندی (port A) بین نشت‌بند سمت فرآیند و سطوح اصلی نشت‌بندی تزریق می‌شود. بخش عمده‌ای از گاز نشت‌بندی (حدود 95%) به داخل کمپرسور جریان یافته و مقدار اندکی (حدود 5%) از میان سطوح اصلی نشت‌بند عبور می‌کند. در این فرآیند، فشار گاز آب‌بندی در میان سطوح نشت‌بند کاهش یافته و به سمت خروجی هدایت می‌شود. معمولاً خروجی نشت‌بند به اتمسفر تخلیه می‌شود.
برای جلوگیری از ورود روغن به نشت‌بند، گاز جداسازی (port D) به انتهای نشت‌بند تزریق می‌شود. این گاز به دو مسیر تقسیم می‌شود: بخشی از آن به اتمسفر تخلیه می‌شود و بخش دیگر از طریق خط خروجی از سیستم خارج می‌گردد (شکل2).
شکل2. نشت بند گاز خشک تکی
· نشت بند گاز خشک دوتایی
نشت‌بند دوتایی شامل دو مجموعه نشت‌بند تکی است که به‌صورت متقابل در برابر یکدیگر قرار گرفته‌اند. این نوع نشت‌بند برای کاربردهایی با فشار کم و شرایطی که نشت گاز فرآیند به اتمسفر غیرقابل‌قبول است، مناسب می‌باشد.
گاز نشت‌بندی با فشاری بالاتر از گاز فرآیند، بین نشت‌بندهای متقابل تأمین می‌شود. گاز آب‌بندی (port C) از طریق نشت‌بند اولیه، به همراه گاز بافر (port A)، به داخل کمپرسور یا فرآیند وارد می‌شود. نشت گاز از طریق نشت‌بند ثانویه معمولاً به اتمسفر هدایت می‌شود، مگر اینکه گاز فرآیند سمی یا خطرناک باشد.
در صورت خرابی نشت‌بند اولیه، نشت‌بند ثانویه به‌گونه‌ای طراحی شده است که بتواند در شرایط مشابه نشت‌بند اولیه عمل کرده و از نشت غیرقابل‌کنترل به اتمسفر جلوگیری نماید.
برای جلوگیری از ورود روغن به نشت‌بند، گاز جداسازی مشابه سیستم نشت‌بند تکی به انتهای نشت‌بند تزریق می‌شود. این گاز به دو مسیر تقسیم می‌شود: بخشی از آن به اتمسفر تخلیه می‌شود و بخش دیگر از طریق خط خروجی از سیستم خارج می‌گردد (شکل3).
شکل3. نشت بند گاز خشک دوتایی
· نشت بند گاز خشک پشت سرهم
نشت‌بند پشت سرهم شامل دو نشت‌بند تکی است که به‌صورت سری قرار گرفته‌اند و برای کاربردهای با فشار متوسط و بالا که مقدار محدودی نشت گاز به اتمسفر قابل‌قبول است، استفاده می‌شود. این پیکربندی در مواردی با محدودیت فضای محوری، جایگزین هزارتویی میانی می‌شود.
در این سیستم، گاز آب‌بندی بین نشت‌بند سمت فرآیند و نشت‌بند اولیه تزریق شده و عمدتاً به داخل کمپرسور جریان می‌یابد، در حالی که مقدار کمی از سطوح نشت‌بند اولیه عبور می‌کند. نشت گاز از نشت‌بند اولیه به سیستم خط خروجی هدایت شده و نشت از نشت‌بند ثانویه معمولاً به اتمسفر تخلیه می‌شود. در صورت خرابی نشت‌بند اولیه، نشت‌بند ثانویه به‌گونه‌ای طراحی شده است که از نشت غیرقابل‌کنترل جلوگیری کرده و شرایط خاموشی ایمن کمپرسور را فراهم کند (شکل4).
شکل4. نشت بند گاز خشک پشت سرهم
· نشت بند گاز خشک پشت سرهم با هزارتویی میانی
نشت‌بند گاز خشک پشت سرهم با هزارتویی میانی، مشابه حالت بدون هزارتویی، شامل دو نشت‌بند تکی است که به‌صورت سری قرار گرفته و توسط یک هزارتویی از هم جدا شده‌اند. این نوع نشت‌بند برای کاربردهای فشار متوسط و بالا مناسب است که در آن نشت گاز فرآیند یا گاز آب‌بند به اتمسفر غیرقابل‌قبول است.
گاز آب‌بند بین نشت‌بند سمت فرآیند و سطوح اولیه نشت‌بند تزریق می‌شود. بیشتر گاز نشت‌بند به داخل کمپرسور جریان می‌یابد و مقدار کمی از آن از سطوح اولیه نشت‌بند عبور می‌کند. فشار گاز نشت‌بند در طول سطوح اولیه نشت‌بند به فشار تخلیه اولیه کاهش می‌یابد. هزارتویی میانی محدودیتی بین نشت‌بند اولیه و ثانویه ایجاد می‌کند.
گاز نشت‌بند ثانویه بین هزارتویی میانی و نشت‌بند ثانویه تأمین می‌شود تا مانعی ایجاد کرده و از رسیدن نشتی نشت‌بند اولیه به نشت‌بند ثانویه جلوگیری کند. نشتی از نشت‌بند اولیه با گاز نشت‌بند ثانویه به یک سیستم تخلیه هدایت می‌شود. نشتی نشت‌بند ثانویه در طول نشت‌بند ثانویه به فشار اتمسفر کاهش یافته و معمولاً به اتمسفر تخلیه می‌شود (شکل5).
شکل5. نشت بند گاز خشک پشت سرهم با هزارتویی میانی
خط های مختلف نشت بند گاز خشک
· گاز بافر نشت بند گاز خشک
گازی که به سمت فرآیند یک نشت‌بند دوتایی تأمین می‌شود، برای دور نگه داشتن گاز فرآیندی از نشت‌بند استفاده می‌گردد. گاز بافر از سطوح نشت‌بند عبور نمی‌کند. این گاز بافر باید به‌طور خاص برای نشت‌بندهای دوتایی استفاده شود تا از نشت گاز فرآیند به اتمسفر جلوگیری کند.
· تامین گاز نشت بند اولیه گاز خشک
گاز نشت‌بند اولیه معمولاً از خروجی کمپرسور تأمین می‌شود. گاز نشت‌بند از طریق درگاهی با عنوان تأمین گاز آب‌بند به نشت‌بند اولیه وارد می‌شود. بیشتر این گاز از هزارتویی فرآیند عبور کرده و به کمپرسور بازمی‌گردد. باقی‌مانده گاز از نشت‌بند اولیه عبور کرده و وارد محفظه میانی بین دو نشت‌بند می‌شود. منابع تأمین گاز نشت‌بند:
1. خروجی کمپرسور: معمولاً گاز نشت‌بند از خروجی مستقیم کمپرسور تأمین می‌شود، اگرچه می‌تواند از بین‌مرحله یا بین‌پروانه نیز تأمین گردد تا تلفات توان فشرده‌سازی کاهش یابد. این گاز معمولاً به اندازه کافی گرم است و در محدوده کامل فشارهای عملیاتی در مجموعه نشت‌بندی، مایع تشکیل نمی‌دهد.
2. از منابع دیگر در تأسیسات: هر گازی که در تأسیسات موجود باشد و با گاز فشرده‌شده و متالورژی نشت‌بندها و سیستم کمپرسور سازگار باشد، می‌تواند به‌عنوان منبع گاز نشت‌بند استفاده شود. برخی گازهای طبیعی از منابع گاز ترش (گاز طبیعی که حاوی مقادیر قابل‌توجه H₂S است) دارای گوگرد هستند که ممکن است هنگام کاهش فشار، به‌صورت جامد رسوب کند. اگر گاز ترش به‌عنوان گاز نشت‌بند استفاده شود، باید مطالعاتی انجام شود تا از رسوب گوگرد روی سطوح نشت‌بند جلوگیری گردد. همچنین باید اقداماتی برای جلوگیری از حضور اکسیژن در جریان گاز انجام شود تا از ایجاد خوردگی و مشکلات دیگر جلوگیری گردد.
3. گازهای بی‌اثر: نیتروژن می‌تواند برای راه‌اندازی سیستم استفاده شود و از منابع ذخیره‌سازی یا واحدهای تولید نیتروژن با جذب نوسانی فشار (PSA) تأمین گردد. واحدهای PSA معمولاً نیتروژن با خلوص 97% تولید می‌کنند، اما می‌توانند خلوص بالاتر 99.99% نیز فراهم کنند. توجه به خلوص نیتروژن بسیار مهم است، زیرا مقادیر کمی از آلودگی اکسیژن می‌تواند مشکلات ایمنی ایجاد کند، کاتالیست‌ها را غیرفعال کند، یا در گازهای حاوی H₂S تحت فشار بالا باعث رسوب گوگرد شود.
· تامین گاز نشت بند ثانویه گاز خشک
معمولاً یک گاز بی‌اثر مانند نیتروژن به‌عنوان گاز نشت‌بند ثانویه استفاده می‌شود. گاز نشت‌بند ثانویه از طریق درگاهی با عنوان تأمین گاز آب‌بند ثانویه به محفظه میانی بین دو نشت‌بند وارد می‌شود. بیشتر گاز نشت‌بند ثانویه از هزارتویی میانی عبور کرده و نشتی نشت‌بند اولیه را به تخلیه اولیه منتقل می‌کند که معمولاً به یک سیستم فلر متصل است. باقی‌مانده گاز از نشت‌بند ثانویه عبور کرده و از تخلیه ثانویه خارج می‌شود. این گاز معمولاً به‌عنوان نشتی نشت‌بند ثانویه شناخته می‌شود.
· تامین گاز جداسازی
بخشی به‌عنوان جداسازی بین نشت‌بند گاز خشک و محفظه یاتاقان قرار دارد و برای محدود کردن مهاجرت روغن از محفظه یاتاقان به سمت نشت‌بند گاز خشک و جلوگیری از ورود نشتی نشت‌بند گاز خشک به محفظه یاتاقان استفاده می‌شود. گاز جداسازی معمولاً نیتروژن یا هوا است و از طریق نشت‌بند جداسازی تزریق می‌شود. در صورت خرابی نشت‌بند گاز خشک، نشت‌بند جداسازی جریان گاز فرآیند به محفظه یاتاقان را به حداقل می‌رساند. برای عملکرد صحیح نشت‌بند، تأمین مقدار کافی گاز جداسازی در تمامی شرایط ضروری است.
نشت‌بندهای جداسازی از یک جفت اجزای ثابت و دوار تشکیل شده‌اند که بین آن‌ها یک فاصله وجود دارد که گاز جداسازی از آن عبور می‌کند. جزء دوار، یک آستین شفت محرک است و اجزای ثابت دارای مکانیزم‌های ضد چرخش هستند. این طراحی کمک می‌کند تا جریان گاز جداسازی به‌طور مؤثر از محفظه یاتاقان به نشت‌بند گاز خشک محدود شده و در عین حال از ورود هرگونه نشتی به محفظه یاتاقان جلوگیری شود.
· خروجی اولیه
جریان تخلیه اولیه برای نظارت بر سلامت نشت‌بند اولیه کنترل می‌شود. بنابراین، نرخ جریان گاز نشت‌بند ثانویه تنظیم می‌شود تا اطمینان حاصل شود که در شرایط عملیاتی مختلف، به‌طور نسبی ثابت باقی می‌ماند. میزان کلی گاز نشت‌بند که می‌تواند از حلقه نشت‌بند اولیه عبور کرده و به تخلیه اولیه برسد، حدود 5 تا 7 درصد است. در شرایط کاری مناسب، فشار تخلیه اولیه باید بین 0.3 تا 0.7 بار گیج باشد. تخلیه اولیه باید به یک محل امن هدایت شود. برخی از این مکان‌های امن ممکن است فشار معکوس تولید کنند که باید الزامات لازم برای جلوگیری از آسیب به نشت‌بند را مدنظر قرار داد.
· خروجی ثانویه
معمولاً تخلیه ثانویه مستقیماً به اتمسفر متصل است و شامل نشتی نشت‌بند ثانویه و نشتی بخش جداسازی خواهد بود. فشار و نرخ جریان تخلیه ثانویه معمولاً نظارت نمی‌شود، زیرا این تخلیه برای انتقال گاز نشت شده به اتمسفر طراحی شده است و معمولاً مقادیر کمی از گاز را در بر می‌گیرد.
نتیجه گیری
نشت‌بندهای گاز خشک با عملکردی مکانیکی و بدون نیاز به روانکاری مایع، نقش حیاتی در جلوگیری از نشت گازهای فرآیندی به اتمسفر ایفا می‌کنند. انواع مختلف این نشت‌بندها شامل تکی، دوتایی، پشت سرهم، و پشت سرهم با هزارتویی میانی، هرکدام با ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود برای شرایط مختلف فشار و نیازهای ایمنی طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها با استفاده از گازهای آب‌بندی، بافر و جداسازی، به بهبود عملکرد کمپرسورها و کاهش خطرات زیست‌محیطی کمک می‌کنند. در نهایت، انتخاب مناسب نوع نشت‌بند بستگی به شرایط عملیاتی و نیاز به محدود کردن نشت گاز به اتمسفر دارد.
تهیه شده توسط دپارتمان تحقیق و توسعه
