Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana peralatan penting di lingkungan bertekanan tinggi mempertahankan operasi yang andal? Segel gas kering adalah pahlawan tanpa tanda jasa yang memastikan kelancaran fungsi dan mencegah kebocoran. Pada artikel ini, kita akan menyelami dunia seal gas kering, mengeksplorasi prinsip kerja, keunggulan, dan aplikasinya. Insinyur mekanik ahli kami akan memandu Anda melalui teknologi yang menarik ini, memberikan wawasan yang berharga dan contoh-contoh dunia nyata. Bersiaplah untuk menemukan bagaimana seal gas kering merevolusi berbagai industri!
Penyegelan gas kering adalah jenis baru segel poros non-kontak yang dikembangkan dari dasar bantalan berpelumas gas pada akhir 1960-an, dengan segel alur spiral sebagai contoh yang paling umum.
Setelah bertahun-tahun melakukan penelitian, John Crane Company di Amerika Serikat adalah yang pertama kali memperkenalkan produk segel gas kering untuk penggunaan industri.
Praktik telah menunjukkan bahwa segel gas kering menawarkan banyak keunggulan dibandingkan segel mekanis kontak konvensional. Mereka terutama digunakan dalam jaringan pipa, anjungan lepas pantai, kilang, dan industri petrokimia, cocok untuk sistem transmisi gas apa pun.
Karena seal gas kering adalah seal non-kontak yang tidak dibatasi oleh nilai PV, seal ini sangat cocok untuk kompresor sentrifugal besar dalam kondisi kecepatan dan tekanan tinggi. Munculnya segel gas kering mewakili kemajuan revolusioner dalam teknologi penyegelan, memecahkan tantangan penyegelan gas tanpa batasan minyak pelumas segel.
Selain itu, sistem kontrol gas yang diperlukan jauh lebih sederhana daripada sistem oli segel film.
Selain itu, kemunculan segel gas kering telah mengubah konsep penyegelan tradisional dengan mengintegrasikan teknologi segel gas kering secara organik dengan prinsip-prinsip segel penghalang.
Konsep baru "menggunakan gas sebagai sealant" menggantikan konsep tradisional "segel gas atau cairan", memastikan tidak ada kebocoran pada media penyegelan apa pun. Hal ini membuat seal gas kering dapat diterapkan secara luas di bidang seal poros pompa.
Tabel berikut membandingkan tingkat kebocoran seal gas kering kompresor dengan seal umum lainnya:
| Jenis penyegelan | parameter | Tingkat kebocoran (Nm3/ menit) | ||
| Segel pelumasan gas | Segel gas kering | Kedalaman slot 5 µm | 0.025 | |
| Segel cincin karbon | Empat kelompok, lebar 10mm dengan celah 0,05mm | 0.37 | ||
| Segel labirin | Jumlah gigi 15 | 1.82 | ||
| Segel film minyak | Menyegel jumlah kebocoran oli | |||
| Ujung media (L/menit) | Ujung atmosfer (L/menit) | |||
| Segel cincin mengambang | 2 kelompok, masing-masing selebar 20mm, dengan celah 0,05mm | 0.12 | 0.6 | |
| segel mekanis | Ketebalan lapisan minyak 1 µm | 0.0012 | 0.0017 | |
Kondisi pengujian untuk unit eksperimen: diameter poros 140mm, kecepatan 5000 rpm, tekanan gas proses 0,6MPa, dan tekanan minyak seal (gas) 0,75MPa.
Dibandingkan dengan segel mekanis kontak konvensional, segel gas kering menawarkan keuntungan utama sebagai berikut:
Dibandingkan dengan segel mekanis lainnya, segel gas kering pada dasarnya memiliki struktur yang serupa. Perbedaan utamanya adalah bahwa satu cincin penyegelan dari segel gas kering memiliki alur dangkal yang merata. Alur ini memungkinkan segel beroperasi dalam keadaan non-kontak dengan menghasilkan efek tekanan dinamis fluida selama rotasi, memisahkan permukaan penyegelan.
Bentuk alur pada permukaan ujung penyegelan segel gas kering terutama dikategorikan ke dalam tipe satu arah dan dua arah.
Alur satu arah paling sering digunakan pada unit kompresor saat ini. Alur ini hanya dapat digunakan pada unit dengan rotasi searah, menghasilkan gaya bukaan ke arah yang diperlukan; jika terbalik, gaya bukaan negatif dapat merusak seal.
Namun demikian, dibandingkan dengan alur dua arah, alur ini dapat menghasilkan gaya bukaan yang lebih besar dan kekakuan film gas, menawarkan stabilitas yang lebih tinggi dan pencegahan kontak permukaan ujung yang lebih andal, sehingga dapat digunakan pada kecepatan yang sangat rendah dan dalam getaran yang signifikan.
Alur dua arah juga umum digunakan. Jenis alur ini tidak memiliki persyaratan arah, cocok untuk rotasi maju dan mundur tanpa merusak segel. Jangkauan aplikasinya lebih luas daripada alur satu arah, tetapi stabilitas dan ketahanan interferensi lebih rendah.
Melalui percobaan berulang dan studi perbandingan pada berbagai jenis alur seal gas kering, telah dipastikan bahwa desain alur heliks menawarkan kekakuan film gas tertinggi dengan kebocoran minimal, mencapai rasio kebocoran terbaik. Di bawah ini adalah pengantar terperinci untuk jenis alur ini.
Diagram di bawah ini mengilustrasikan segel gas kering tipikal dengan alur heliks pada permukaan penyegelan, dengan kedalaman kurang dari 10 mikrometer. Saat segel beroperasi, gas yang disegel ditarik secara tangensial ke dalam alur heliks, bergerak secara radial dari diameter luar ke arah tengah (yaitu, sisi tekanan rendah), dibatasi oleh bendungan penyegelan agar tidak mengalir ke sisi tekanan rendah.
Gas dikompresi saat bergerak di sepanjang bentuk penampang alur heliks yang bervariasi, menciptakan area bertekanan tinggi yang terlokalisasi pada akar alur, memisahkan permukaan ujung beberapa mikrometer untuk membentuk lapisan gas dengan ketebalan tertentu.
Di bawah ketebalan film gas ini, gaya bukaan yang dihasilkan oleh aksi film gas menyeimbangkan dengan gaya penutupan yang dihasilkan oleh pegas dan gaya medium, memungkinkan segel beroperasi tanpa kontak. Film gas yang terbentuk di antara permukaan penyegelan segel gas kering memiliki kekakuan positif tertentu, memastikan stabilitas operasi segel. Untuk mendapatkan efek tekanan dinamis fluida yang diperlukan, alur tekanan dinamis harus ditempatkan di sisi tekanan tinggi.
Diagram di atas menunjukkan gaya yang bekerja pada segel gas kering alur heliks, yang menggambarkan bagaimana kekakuan film gas memastikan stabilitas operasi segel. Dalam kondisi normal, gaya penutupan segel sama dengan gaya pembukaan.
Ketika gangguan eksternal terjadi (misalnya, proses atau fluktuasi operasional), yang menyebabkan penurunan ketebalan film gas, gaya geser viskos gas meningkat, meningkatkan efek tekanan dinamis fluida yang dihasilkan oleh alur heliks, sehingga meningkatkan tekanan film gas dan gaya bukaan untuk menjaga keseimbangan gaya dan mengembalikan segel ke celah aslinya; sebaliknya, jika segel terganggu dan ketebalan film gas meningkat, efek tekanan dinamis yang dihasilkan oleh alur heliks melemah, mengurangi tekanan film gas dan gaya bukaan, memungkinkan segel untuk kembali ke celah aslinya.
Oleh karena itu, selama berada dalam rentang desain, ketika gangguan eksternal dihilangkan, segel selalu dapat kembali ke celah kerja yang dirancang, yang berarti segel gas kering memiliki fungsi penyesuaian diri yang memastikan operasi yang stabil dan andal.
Indikator utama stabilitas seal adalah kekakuan film gas yang dihasilkan, yang merupakan rasio perubahan gaya film gas terhadap perubahan ketebalan film gas. Semakin besar kekakuan film gas, semakin kuat ketahanan interferensi seal dan semakin stabil pengoperasiannya.
Ada berbagai bentuk struktural keseluruhan segel gas kering yang cocok untuk berbagai kondisi kerja. Dalam praktiknya, segel gas kering yang digunakan dalam kompresor sentrifugal terutama mencakup empat struktur berikut:
Segel permukaan tunggal terutama digunakan untuk gas yang tidak berbahaya, yaitu situasi di mana kebocoran kecil gas medium ke atmosfer diperbolehkan. Gas yang digunakan untuk menyegel adalah gas proses itu sendiri. Jenis ini biasanya digunakan pada unit yang diimpor di dalam negeri, seperti kompresor karbon dioksida.
Segel gas kering tandem adalah struktur penyegelan dengan keandalan operasional yang tinggi, biasanya diterapkan di mana kebocoran kecil gas medium ke atmosfer diperbolehkan. Ini banyak digunakan di unit-unit perusahaan petrokimia yang diperkenalkan.
Segel gas kering tandem dapat dianggap sebagai dua atau lebih set segel gas kering yang terhubung ke arah yang sama dari ujung ke ujung. Mirip dengan struktur permukaan tunggal, gas penyegel adalah gas proses itu sendiri. Biasanya, struktur dua tahap digunakan di mana tahap pertama (segel primer) menanggung beban penuh, dan tahap lainnya berfungsi sebagai segel cadangan tanpa menahan penurunan tekanan.
Gas proses yang bocor dari segel primer dimasukkan ke dalam suar untuk dibakar. Sejumlah kecil gas proses yang tidak terbakar bocor melalui segel sekunder dan dibuang dengan aman.
Jika segel primer gagal, segel sekunder bertindak sebagai segel pengaman tambahan, mencegah kebocoran besar-besaran media proses ke atmosfer.
Jika kebocoran media proses ke atmosfer tidak diperbolehkan, begitu pula kebocoran gas penyangga ke dalam media proses, segel labirin perantara dapat ditambahkan di antara dua tahap struktur tandem.
Struktur ini digunakan untuk gas yang mudah terbakar, mudah meledak, dan berbahaya, sehingga tidak ada kebocoran eksternal. Contohnya termasuk kompresor H2, kompresor gas alam dengan kandungan H2S yang tinggi, kompresor etilena, propilena, dan amonia.
Selain gas proses, struktur ini juga membutuhkan rute gas nitrogen tambahan sebagai gas penyegel untuk seal sekunder. Gas proses yang bocor dari seal primer seluruhnya dimasukkan ke flare untuk dibakar oleh gas nitrogen.
Semua gas yang bocor ke atmosfer melalui segel sekunder adalah nitrogen. Jika segel primer gagal, segel sekunder juga berfungsi sebagai segel pengaman tambahan. Struktur ini relatif rumit, tetapi karena keandalannya yang tertinggi, struktur ini telah menjadi konfigurasi standar pada seal poros kompresor sentrifugal bertekanan sedang dan tinggi.
Segel permukaan ganda setara dengan dua segel permukaan tunggal yang disusun secara berhadap-hadapan, terkadang berbagi satu cincin yang berputar. Sangat cocok untuk kondisi tanpa sistem suar, di mana kebocoran kecil gas penyegelan ke dalam media proses diperbolehkan. Memasukkan gas nitrogen di antara dua set segel membentuk sistem segel pemblokiran yang andal.
Tekanan gas nitrogen dikontrol untuk selalu mempertahankan level yang sedikit lebih tinggi dari tekanan gas proses (0,2-0,3MPa), memastikan bahwa arah kebocoran gas selalu menuju media proses dan atmosfer, sehingga mencegah gas proses bocor ke atmosfer. Struktur segel muka ganda terutama digunakan untuk gas beracun, mudah terbakar, dan mudah meledak bertekanan rendah.
Segel gas kering beroperasi dengan permukaan yang tidak bersentuhan selama pengoperasian, tetapi kontak singkat terjadi selama fase start-up dan shut-down, sehingga memerlukan penggunaan bahan tahan aus untuk permukaan kawin.
Bahan untuk pasangan gesekan pada seal gas kering biasanya mencakup bahan dengan koefisien muai panas rendah, modulus elastisitas tinggi, kekuatan tarik, konduktivitas termal, dan kekerasan, seperti SiC atau karbida yang disemen untuk permukaan yang keras, dan grafit yang diresapi atau SiC untuk permukaan yang lunak. Alur dinamis umumnya dikerjakan pada permukaan cincin dinamis.
Karena struktur segel gas kering tidak berbeda secara signifikan dengan segel mekanis konvensional, desain segel gas kering terutama berfokus pada parameter bentuk alur pada permukaan segel. Landasan teoritis seal gas kering didasarkan pada prinsip-prinsip bantalan dorong alur spiral, mengikuti persamaan Reynolds dan persamaan Navier-Stokes.
Perusahaan kami menggunakan metode elemen hingga untuk perhitungan numerik, dengan perangkat lunak berpemilik yang dikembangkan sendiri untuk menghitung distribusi tekanan film gas pada permukaan penyegelan beralur spiral, yang selanjutnya menentukan kapasitas beban, kekakuan film gas, dan tingkat kebocoran gas pada segel gas kering.
Stabilitas dan keandalan operasi segel gas kering bergantung pada kekakuan film gas pada permukaan penyegelan. Dampak dari parameter proses dan parameter struktural alur spiral pada kinerja segel terutama tercermin dalam pengaruhnya terhadap kekakuan film gas; semakin besar kekakuan, semakin baik stabilitas segel.
Selain mempertimbangkan kekakuan film gas, perusahaan kami juga berfokus pada tingkat kebocoran seal, yang bertujuan untuk mencapai rasio kekakuan-ke-kebocoran setinggi mungkin. Ini berarti seal memiliki kekakuan tinggi dan tingkat kebocoran yang rendah. Hanya seal gas kering dengan rasio kekakuan terhadap kebocoran maksimum dan kekakuan film gas yang signifikan yang dapat memastikan operasi jangka panjang, stabil, dan ideal.
Parameter struktural alur spiral yang mempengaruhi kekakuan film gas meliputi kedalaman alur, sudut spiral, jumlah alur, rasio lebar alur terhadap lebar bendung, dan rasio panjang alur terhadap panjang bendung, yang memerlukan pengoptimalan melalui perangkat lunak khusus. Parameter proses yang mempengaruhi kekakuan film gas meliputi:
Untuk memastikan keandalan operasi segel gas kering, setiap set dilengkapi dengan sistem pemantauan dan kontrol yang sesuai. Sistem ini menjaga seal tetap beroperasi dalam kondisi desain yang optimal. Jika segel gagal, sistem dengan cepat memicu alarm, memungkinkan personel pemeliharaan untuk segera mengatasi masalah tersebut.
Di sini, kami akan memperkenalkan sistem segel gas kering tandem yang khas.
Diagram skematik di bawah ini mengilustrasikan sistem. Dalam kondisi normal, aliran gas diambil dari saluran keluar unit, melewati dua tahap penyaringan (dengan ketelitian 3μm), sehingga menghasilkan gas yang kering dan bersih. Gas ini berfungsi sebagai penyangga segel gas kering, memasuki ruang segel.
Tekanan dikontrol agar sedikit di atas tekanan gas proses referensi selama operasi normal (biasanya 50KPa), mencegah kotoran seperti debu dan minyak kondensat dalam gas proses yang tidak dimurnikan memasuki permukaan segel, yang dapat berdampak buruk pada kinerja segel gas kering. Sistem ini menggunakan pemancar tekanan diferensial untuk mengukur perbedaan tekanan antara gas penyangga dan gas referensi.
Sinyal tersebut mengontrol katup pengatur diafragma pneumatik yang terletak di pintu masuk gas penyangga, menyesuaikan tekanan masuk untuk mempertahankan tekanan diferensial yang konstan dengan gas referensi. Mayoritas gas penyangga yang memasuki ruang segel kembali ke gas proses melalui segel labirin.
Sebagian kecil bocor keluar melalui segel gas kering tahap pertama, yang disebut sebagai gas bocor tahap pertama. Sebagian besar dibakar dengan aman dalam suar.
Lapisan gas yang stabil, yang penting untuk operasi ideal jangka panjang, hanya dapat terbentuk di bawah perbedaan tekanan yang tepat. Sistem ini mencapai hal ini dengan memasang katup throttle pada saluran keluar gas bocor tahap pertama, menyesuaikan bukaan katup untuk menghasilkan tekanan balik yang sesuai. Katup ini juga berfungsi untuk membatasi kebocoran jika segel tahap pertama gagal.
Selain itu, gas nitrogen dimasukkan sebagai gas isolasi melalui filter dan katup pengurang tekanan ke dalam segel labirin berikutnya. Tekanannya sedikit lebih tinggi daripada tekanan oli kotak bantalan (biasanya tekanan atmosfer), sehingga menciptakan sistem segel pemblokiran yang andal.
Hal ini memastikan bahwa oli pelumas dari kotak bantalan tidak masuk ke dalam segel gas kering dan mencegah sisa gas proses mencemari oli pelumas di area bantalan.
Sebagian gas isolasi masuk ke dalam kotak bantalan, sedangkan sisanya bercampur dengan sejumlah kecil gas proses yang tidak terbakar dari gas bocor tahap pertama, yang disebut sebagai gas bocor tahap kedua. Gas ini dapat dibuang dengan aman ke atmosfer sebagai gas yang tidak berbahaya bagi lingkungan.
Metode utama untuk menentukan apakah segel berfungsi dengan benar adalah dengan memantau gas bocor tahap pertama. Jika terjadi anomali, tekanan dan laju aliran segel gas kering tahap pertama akan meningkat secara signifikan.
Jika mencapai nilai alarm tinggi yang telah ditentukan sebelumnya, pemancar tekanan mengirimkan sinyal ke ruang kontrol, memicu sinyal alarm. Hal ini memberi tahu operator untuk memeriksa apakah tekanan sistem kontrol berada dalam kisaran yang dirancang.
Ketika jumlah kebocoran gas mencapai nilai alarm yang sangat tinggi, hal ini mengindikasikan bahwa segel gas kering telah gagal, sehingga memicu penghentian sistem untuk mencegah kerusakan peralatan.
Segel gas kering adalah komponen yang sangat presisi yang memerlukan perhatian khusus selama pemasangan, pembongkaran, dan penggunaan. Tindakan pencegahan berikut biasanya disarankan:
Segel gas kering, yang dirancang untuk berbagai aplikasi, biasanya tidak memerlukan perawatan dalam kondisi normal.
Namun, sangat penting untuk memantau kebocoran seal setiap hari. Peningkatan kebocoran dapat mengindikasikan potensi kegagalan seal, dan perhatian harus diberikan pada aspek-aspek berikut:
Setelah penelitian dan uji coba yang ekstensif, seal gas kering telah diadopsi secara luas dalam aplikasi industri. Tuntutan industri modern yang semakin meningkat untuk efisiensi energi, pengurangan konsumsi, dan perlindungan lingkungan telah membuat keandalan, kebocoran minimal, umur panjang, dan operasi yang stabil dari seal poros dalam kompresor sentrifugal, yang mengangkut gas berbahaya dalam jumlah besar, menjadi suatu keharusan.
Dibandingkan dengan seal mekanis kontak konvensional, seal gas kering menawarkan keunggulan yang tak tertandingi: masa pakai lebih lama, tidak ada kebocoran media proses, dan biaya perawatan yang lebih rendah. Manfaat ini selaras dengan tujuan yang dicari oleh berbagai jenis seal poros.
Segel gas kering dapat berhasil dipasang dan diaplikasikan pada kompresor sentrifugal, pompa sentrifugal, reaktor, dan peralatan lainnya, asalkan dua kondisi berikut terpenuhi:
Sebagai pendiri MachineMFG, saya telah mendedikasikan lebih dari satu dekade karier saya untuk industri pengerjaan logam. Pengalaman saya yang luas telah memungkinkan saya untuk menjadi ahli di bidang fabrikasi lembaran logam, permesinan, teknik mesin, dan peralatan mesin untuk logam. Saya terus berpikir, membaca, dan menulis tentang subjek-subjek ini, terus berusaha untuk tetap menjadi yang terdepan di bidang saya. Biarkan pengetahuan dan keahlian saya menjadi aset bagi bisnis Anda.
ID 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR