Карта сайта
Огнезащита объектов
Герметизация оборудования
Общее
Научные публикации XXI века


Схема проезда

+7 (495) 939-35-92
+7 (495) 939-33-16

Публикации

Уплотнения нового поколения из терморасширенного графита

Е.Т. Ильин, И.Л. Колдаева (НПО «УНИХИМТЕК»)

Уплотнения нового поколения из терморасширенного графитаНадежность и безопасность эксплуатации основного оборудования в значительной степени определяются надежностью работы вспомогательного оборудования: насосов, запорной, предохранительной и регулирующей арматуры. Как показывает практика, аварийные остановы и отказы в работе оборудования зачастую связаны с неудовлетворительной работой системы уплотнений.

В уплотнениях фланцевых соединений, штоков арматуры, валов центробежных насосов до недавнего времени применялись уплотнительные материалы, изготовленные на основе асбеста. Многолетняя эксплуатация этих материалов показала, что они имеют ряд существенных недостатков:

  • выгорание компонентов уплотнительного материала вызывает ослабление затяжки уплотнения, и, как следствие, потерю герметичности узла уплотнения;
  • детали оборудования, контактирующие с уплотнительным материалом, подвергаются электрохимической коррозии;
  • для обеспечения герметичности узла уплотнения требуется большая высота сальниковой камеры;
  • асбестовые набивки имеют большой коэффициент трения, что требует увеличения мощности электропривода и приводит к существенному износу защитной втулки вала насосов и штоков арматуры. В настоящее время в мире активно развиваются направления, связанные с разработкой новых высоконадежных уплотнительных изделий нового поколения на основе терморасширенного графита (ТРГ) и его композитов.

Обладая рядом уникальных свойств (низкая плотность, большая удельная поверхность, способность прессоваться без связующего вещества, стойкость к воздействию агрессивных сред, высокая теплопроводность, высокая восстанавливаемость, термостойкость и др.), ТРГ уже сейчас широко применяется в качестве уплотнительного материала на электростанциях, на предприятиях нефтепереработки, нефтехимии, химии и других отраслях. Основные характеристики уплотнительного материала из ТРГ представлены в табл. 1.

Таблица 1

Сопоставление характеристик материалов на основе асбеста и ТРГ

Характеристика Уплотнительные материалы на основе асбеста Уплотнительные материалы на основе ТРГ Примечания
Плотность, г/см³ 2,25 1...1.7 У изделий из ГРАФЛЕКС меньше масса единицы продукции
Экологичность Относятся к классу канцерогенов Нетоксичен, экологически безопасен Асбест выделяет канцерогенную мелкодисперсную пыль
Гарантийный срок Отсутствует 4 года Композиционные материалы на основе асбеста подвержены старению
Рабочая температура, °С До 400 До 450 на воздухе, до 550 на паре В вакууме или инертной атмосфере ГРАФЛЕКС устойчив до ЗОО°С
Химическая стойкость Взаимодействует с сильными кислотами и щелочами Химически инертен Асбест вызывает коррозию металлических изделий
Пластичность Непластичен Пластичен ГРАФЛЕКС прессуется без связующего
Упругость, % 1...3 9.. .15 Изделия из ГРАФЛЕКС восстанавливают свою форму при снятии нагрузки
Коэффициент трения по стали 0,3 0.02. ..0,12 Возможность использования изделий из ГРАФЛЕКС в подвижных соединениях

НПО «УНИХИМТЕК» производит уплотнительные материалы и изделия нового поколения под общей маркой ГРАФЛЕКС. Следует особенно подчеркнуть, что предприятия, входящие в объединение «УНИХИМТЕК», осуществляют полный цикл производства - от переработки сырья до изготовления готовой продукции. Это позволяет поддерживать высокое качество продукции на всех стадиях производства и влиять на потребительские свойства изделий.

ГРАФЛЕКС - это сальниковые торцовые уплотнения для арматуры и насосов (набивки и кольца, уплотнительные комплекты), фланцевые прокладочные изделия (прокладки армированные, спирально-навитые, на стальном зубчатом основании, уплотнительная лента), графитовая фольга, армированный и неармированный графитовый лист.

Использование уплотнений ГРАФЛЕКС позволяет снизить расход уплотняющего материала на каждый сальниковый узел при сохранении его надежной герметизации. Так, число уплотнительных колец, рекомендуемых для укладки в сальниковую камеру арматуры, в зависимости от параметров и условий ее работы сокращается до 4-6 вместо ранее применявшихся 8-18. В частности, для запорной арматуры, работающей при давлении рраб = 10 МПа (включительно), необходимо устанавливать четыре уплотнительных кольца ГРАФЛЕКС, в запорной и регулирующей арматуре на условное давление рраб =10 МПа и диаметр условного прохода Dу = 100 мм - четыре уплотнительных прессованных кольца из ТРГ-ГРАФЛЕКС и два замыкающих кольца.

Сокращение числа уплотняющих колец дает возможность заводам - изготовителям арматуры уменьшить глубину сальниковой камеры и тем самым снизить металлоемкость арматуры. Вновь выпускаемая арматура (в частности, ОАО «ЧЗМ» и ОАО «Пензтяжпро-марматура») уже имеет конструкцию сальниковых камер, предназначенную для применения уплотнений ГРАФЛЕКС. Как правило, сальниковая камера арматуры, находящейся в эксплуатации, имеет большую глубину, позволяющую устанавливать большее, чем требуется, число колец при использовании уплотнений ГРАФЛЕКС. В этом случае в сальниковых узлах необходимо устанавливать в камеру специальную втулку-проставку. Особо следует отметить, что установка в сальниковую камеру большего числа колец при применении ГРАФЛЕКС не допускается, так как их избыточное число невозможно качественно обжать, а недожатые нижние кольца при перемещении штока могут ослабить усилие затяжки сальникового уплотнения и привести к нарушению герметичности.

Средние сроки службы уплотнений для различных типов арматуры, как показал десятилетний опыт эксплуатации на тепловых электрических станциях, увеличивается в 2-8 раз по сравнению со сроком службы традиционно используемых асбестовых набивок.

Уплотнительные материалы ГРАФЛЕКС эффективно используются при уплотнении сальников центробежных насосов и поршневых насосов, работающих с различными средами. Надежность и долговечность эксплуатации плунжерных и центробежных насосов, работающих на феноле, растворителях, битуме и других рабочих средах, проверена на ряде предприятий ТЭК, в частности, на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах.

Некоторые результаты, свидетельствующие об эффективности использования уплотнений ГРАФЛЕКС, представлены в табл. 2.

Анализ условий эксплуатации материалов показывает, что для уплотнения сальника требуется в 1,5-2 раза меньше материала ГРАФЛЕКС, чем асбеста, так как для обеспечения герметичности используется меньшее число уплотняющих элементов. Благодаря увеличению срока службы общая потребность в уплотняющем материале уменьшается в 2,5-4 раза. В итоге общая потребность в материалах уменьшается в 3-8 раз.

При замене асбеста ГРАФЛЕКС-ом изменение затрат на материалы за год можно оценить по выражению

   ΔS = (CасбGасбnасб - СгрGгр/nгр)nгор

где Cасб, Сгр - цена соответственно асбестового уплотнения и уплотнения ГРАФЛЕКС, руб/кг; Cасб, Сгр расход материала на сальниковое уплотнение соответственно из асбеста и ГРАФЛЕКС, кг; nасб, nгр - срок службы уплотнений из асбеста и ГРАФЛЕКС, нед.; nгод - число недель в году.

В качестве примера рассмотрим изменение затрат на материалы для центробежного насоса, используемого для перекачивания битума на Сызранском НПЗ с учетом реальных сроков службы уплотнений:

   ΔS = (0,4 • 150/2,5 - 0,4 • 1350/26)52 = 168 руб/год.

Таблица 2
Практические результаты применения торцевых уплотнений ГРАФЛЕКС (примеры)
Тип оборудований Среда Температура среды, °С Тип уплотнения Срок службы уплотнений ГРАФЛЕКС/ранее применявшихся
Центробежный насос Нефтепродукты (тяжелый газойль) 400 Комплект колец ГРАФЛЕКС 2,5 сут/8-12 ч
Центробежный насос Растворители и органические вещества 60-80 Комплект колец ГРАФЛЕКС 4 мес./ 21 сут
Центробежный насос Битум 450 Комплект колец ГРАФЛЕКС 6 мес./ 2-3 нед.
Центробежный насос Растворители и органические вещества 120 Набивка ГРАФЛЕКС НГФ-ХБ 3 мес./ 14 сут
Плунжерный насос Нефтепродукты (парафин) 150 Комплект колец ГРАФЛЕКС 4 мес. /20 сут
Арматура Раствор экстрактов (фенол, масло, смола) 250 Комплект колец ГРАФЛЕКС 1 год/30 сут

Таким образом, несмотря на значительно более высокую цену уплотнений ГРАФЛЕКС (Cгр = 1350 руб/кг, а Cабс = 150 руб/кг) в итоге экономия затрат на материал за год составляет 168 руб. на один насос. Но этим эффективность применения уплотнений нового поколения не исчерпывается.

Высокая теплопроводность ГРАФЛЕКС и низкий коэффициент трения позволяют обеспечить работу сальниковых узлов центробежных насосов практически без протечек перекачиваемой среды через уплотнения (в отдельных случаях предусматривается протечка в пределах 1 капля в минуту). Применение обычных набивок требует обеспечения протечки небольшого количества перекачиваемой среды (5...20 капель в минуту) для предотвращения разогрева сальникового узла, что соответствует утечкам среды около 0,5...1,0 л/ч (реально протечки могут достигать 3 л/ч). За год (7000-8000 ч) такие утечки составляют от 4 до 8 т продукта.

Экономический эффект при этом можно оценить по выражению

   Sэк.пр = CпрGпот

где Gпот - утечки перекачиваемой жидкости, т/год; Спр - цена 1 т перекачиваемой жидкости, руб/т. С учетом цены нефти 3000 руб/т в этом случае экономический эффект составит от 12 000 до 24 000 руб/год, что практически в 100 раз превосходит затраты на материалы.

Снижение коэффициента трения при использовании уплотнений ГРАФЛЕКС более чем в 3 раза позволяет получить снижение затрат энергии на привод насоса. Эти затраты также в несколько раз перекрывают расходы на приобретение уплотнительного материала ГРАФЛЕКС. Для современных центробежных насосов механический КПД, который учитывает потери энергии от трения в уплотнениях, подшипниках и дискового трения, ηм = 0,92...0,99. Наибольшее влияние на ηм оказывают конструкция и тип сальникового уплотнения. Затраты энергии, идущей на преодоление сил механического трения в сальнике, αc = ˜50% суммарных механических потерь.

Для этого случая снижение потребляемой мощности рассмотрим на следующем примере: для насоса с приводом мощностью Nэч = 100 кВт замена традиционного сальникового уплотнения уплотнением из материала ГРАФЛЕКС позволяет на 2/3 сократить потери энергии в сальниковом узле. Если предположить, что исходный механический КПД насоса ηм = 0,95, то в результате получим следующую экономию мощности:

   ΔNэ = 2/3αс(1-ηм)Nэ = 0,667 • 0,5 • 0,05 • 100 = 1,6675 кВт.

Казалось бы, ничтожная величина. Однако при продолжительности эксплуатации насоса τ = 7000 ч в год можно получить экономию электроэнергии

   Эг = 1,6675 • 7 000 = 11 672,5 кВт.

При цене электроэнергии 50 коп. экономия Sэк.э = 5836 руб. Для сравнения комплект сальниковой набивки на такой насос в среднем стоит около 500 руб.

Еще больший эффект получается, если учесть увеличение срока службы защитной втулки вала. Опыт эксплуатации показал, что при применении традиционных набивок после одного года эксплуатации необходима либо проточка или (чаще всего) замена защитной втулки. Применение набивок ГРАФЛЕКС позволяет сохранять работоспособность втулки в течение 3-4 лет эксплуатации.

Copyright 2006 Унихимтек
Все права защищены
Контактная информация
Политика конфиденциальности

Создание сайта
H3 Creative Group