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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für Kreiselverdichter,
die giftige Gase verarbeiten.
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Wie
bekannt ist, ist ein Kreiselverdichter eine Maschine, in die ein
komprimierbares Fluid eingebracht wird, wobei dieses Fluid unter
einem Druck abgegeben wird, der größer ist als sein Druck beim Eintritt.
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Ein
Kreiselverdichter kann eine oder mehrere Stufen haben und kann für mittlere
und/oder hohe Drücke
verwendet werden.
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Eine
typische Anwendung für
Kreiselverdichter liegt in der Reinjektion von Erdgas.
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Beispielsweise
sind die von der General Electric Oil & Gas – Nuovo Pignone Company hergestellten
Reinjektionskreiselverdichter durch Abgabedrücke von bis zu 600 bar und
gelegentlich durch die Gegenwart von Fremdstoffen in dem Prozessgas
gekennzeichnet, die selbst bei geringen Konzentrationen höchst giftig
sind. Als ein Beispiel kann Schwefelwasserstoff (H2S),
ein Sauergas, das giftig ist, wenn es in Konzentrationen von mehr
als 1 % vorliegt, genannt werden.
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Bis
zur Gegenwart ist keine strukturierte Lösung zur Minimierung der Leckverluste
von Prozessgas je erarbeitet worden, die für die Sicherheit des Personals,
das in der Anlage arbeitet, und für die Umwelt äußerst gefährlich sein
würden.
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Die
vorliegende Erfindung strebt deshalb danach, das vorerwähnte technische
Problem und insbesondere das Problem der Bereitstellung eines Dichtungssystems
für Kreiselverdichter,
die giftige Gase verarbeiten, zu lösen, das dem verarbeiteten Gas
ermöglicht,
eingeschlossen und kontrolliert bzw. gesteuert zu werden, um die
Gasleckverluste und die Ansammlung eines schädlichen Gases in den Zwischenräumen zwischen
dem Gehäuse
eines Verdichters und seinem Endflansch auf ein Minimum zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung strebt ferner danach, ein für Kreiselverdichter,
die giftige Gase verarbeiten, vorgesehenes Dichtungssystem bereitzustellen,
das dem Sauergas ermöglicht,
von den Endabdeckungen eines Verdichters gänzlich eliminiert zu werden,
um eine Ausführung
von Instandsetzungsmaßnahmen
an dem Verdichter bei voller Betriebssicherheit zu ermöglichen.
US-A-2002 2031 437 veranschaulicht allgemein ein System zur Zuführung von
Gas zu Dichtungen, um ein Zufrieren der Dichtungen während einer
Instandsetzung und Reparatur zu verhindern, während US-A-3 532 444 eine Flüssigkeitsdichtung
zwischen einer Pumpvorrichtung und einem Antriebsmotor für die Pumpvorrichtung veranschaulicht.
Jedoch ist keine von diesen auf eine Gegebenheit eines kontaminierten
Gases gerichtet.
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Die
vorliegende Erfindung strebt ferner nach einer Bereitstellung eines
Dichtungssystems für
Kreiselverdichter, die giftige Gase verarbeiten, das sich durch
eine maximale Einfachheit und Robustheit auszeichnet, um bei ziemlich
geringen Kosten eine Betriebssicherheit zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Dichtungssystem für
einen Kreiselverdichter zur Verarbeitung giftiger Gase geschaffen,
das aufweist:
ein Verdichtergehäuse,
eine erste ringförmige Kammer,
die mit einer Auslassleitung verbunden ist, die in einem Niederdruck-Auslasssammler
endet,
eine Dichtungseinrichtung, die zwischen dem Verdichtergehäuse und
einem Endflansch des Gehäuses
eingefügt
ist und die enthält:
eine
innere Lippendichtung und eine äußere Lippendichtung;
eine
zweite ringförmige
Kammer zwischen der inneren Lippendichtung (18) und der äußeren Lippendichtung;
eine
dritte ringförmige
Kammer stromaufwärts
in Bezug auf die erste ringförmige
Kammer (14), wobei die dritte ringförmige Kammer zwischen einer
inneren Ringdichtung (20) und einer äußeren Ringdichtung angeordnet
ist;
eine erste Inertgasleitung zur Zuführung eines unter Druck stehenden
Gases zu der dritten ringförmigen Kammer;
eine
zweite Inertgasleitung, in der ein Absperrventil vorgesehen ist,
zur Zuführung
eines unter Druck stehenden Inertgases zu der ersten und der zweiten Kammer
in Abhängigkeit
von einer Öffnung
des Absperrventils, GEKENNZEICHNET DURCH
eine erste Leitung,
die die zweite ringförmige
Kammer mit einem ersten Druckmessgerät verbindet;
eine zweite
Leitung, die mit der Auslassleitung strömungsmäßig verbunden ist und die erste
ringförmige Kammer
mit einem zweiten Druckmessgerät
verbindet,
wobei die Auslassleitung stromaufwärts der
zweiten Leitung an die erste Leitung mittels einer dritten Leitung
(41) angeschlossen ist, die ein Absperrventil aufweist;
und
eine Steuereinheit (45), die zur Steuerung des
Verdichters dient und mit dem ersten sowie dem zweiten Druckmessgerät verbunden
ist, wobei die Steuereinheit auf einen schnellen Druckanstieg, der
durch das erste Druckmessgerät
erfasst wird, anspricht, um den Verdichter zu veranlassen abzuschalten,
und auf einen schnellen Druckanstieg, der durch das zweite Druckmessgerät erfasst
wird, anspricht, um den Verdichter zu veranlassen abzuschalten.
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Wenn
ein schneller Druckanstieg auftritt, der durch das erste Druckmessgerät erfasst
wird, kann das erste Messgerät
eine Anweisung an eine Steuereinheit (45) senden, die den
Verdichter zum Abschalten veranlasst.
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Wenn
ein schneller Druckanstieg auftritt, der durch das zweite Druckmessgerät erfasst
wird, kann das zweite Messgerät
eine Anweisung an eine Steuereinheit senden, die den Verdichter
zum Abschalten veranlasst.
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Das
Gas, das in dem Kreiselverdichter verarbeitet wird, kann ein Sauergas
mit einem Gehalt von Schwefelwasserstoff (H2S)
von über
1 % sein.
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Die
Erfindung ist nachstehend in größeren Einzelheiten
zu Beispielszwecken mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, deren
einzige Figur ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Dichtungssystems
für Kreiselverdichter,
die giftige Gase verarbeiten, veranschaulicht.
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Mit
Bezug auf die Figur ist dort ein Dichtungssystem veranschaulicht,
das im Ganzen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und zwischen
einem Gehäuse 13 und
einem Endflansch 11 eines Kreiselverdichters, der ein giftiges
Gas verarbeitet, angeordnet ist.
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In
dem veranschaulichten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung
weist das Dichtungssystem 10 drei Ringkammern 12, 14 und 16 auf,
die in Reihe hintereinander angeordnet sind.
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Eine
erste Ringkammer 14 ist zwischen einer äußeren Lippendichtung 19 und
einer inneren Ringdichtung 20 angeordnet.
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Eine
zweite Ringkammer 12 ist zwischen einer Dichtungseinrichtung,
beispielsweise einer inneren Lippendichtung 18, die dem
Einlassdruck des Verdichters ausgesetzt ist, und einer weiteren
Dichtungseinrichtung, beispielsweise der äußeren Lippendichtung 19,
angeordnet.
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Eine
dritte Ringkammer 16 ist zwischen dieser inneren Ringdichtung 20 und
einer äußeren Ringdichtung 21 angeordnet.
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Die
zweite Ringkammer 12 ist mit einem ersten Druckmessgerät 30 über eine
erste Leitung 31 verbunden.
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Die
erste Ringkammer 14 ist mit einer Auslassleitung 32 verbunden,
die in einen Niederdruck-Auslasssammler 33 einmündet.
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Die
Auslassleitung 32 weist eine Drosselblende 36 auf.
Eine zweite Leitung 39 für ein zweites Druckmessgerät 38 ist
stromaufwärts
der Drosselblende 36 an die Auslassleitung 32 angeschlossen.
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Stromaufwärts der
Anschlussstelle der zweiten Leitung 39 ist die Auslassleitung 32 mit
der ersten Leitung 31 mittels einer dritten Leitung 41 strömungsmäßig verbunden,
die ein Absperrventil 40 aufweist.
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Die
dritte Ringkammer 16 wird mit einem Inertgas, beispielsweise
Stickstoff, von einer ersten Leitung 50 aus versorgt. Der
ersten Ringkammer 12 und der zweiten Ringkammer 14 kann
ein Inertgas über
eine zweite Leitung 53 zugeführt werden, wenn ein zweites
Absperrventil 52 betätigt
ist.
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Genauer
gesagt, zweigt die zweite Druckleitung 53 in einen ersten
Abschnitt 54 und einen zweiten Abschnitt 55 ab,
die jeweils mit der zweiten Kammer 12 bzw. der ersten Kammer 14 verbunden
sind und ein erstes Ventil 56 bzw. ein zweites Ventil 58 aufweisen.
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Die
Funktion des Dichtungssystems 10, das beschrieben worden
ist, variiert in Abhängigkeit
davon, ob der Verdich ter normal arbeitet oder einer Instandsetzungsmaßnahme unterworfen
wird.
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Im
normalen Betrieb des Verdichters sind die Ventile 40 und 52 geschlossen.
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Die
Hauptdichtungswirkung wird durch die innere Lippendichtung 18 erzielt,
die dazu eingerichtet ist, der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtereinlass
und dem Atmosphärendruck
zu widerstehen.
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Während der
Druckbeaufschlagung durch den Verdichter vor dem Start lassen die
niedrigen Drücke
jedoch keine optimale Funktion der Dichtung 18 zu, so dass
folglich ein kleiner Gasleckstrom auftritt, der durch die zweite
Ringkammer 12 hindurch in die erste Ringkammer 14 eintritt.
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Diese
Gasströmung
wird erzeugt, weil die äußere Lippendichtung 19,
die über
die Auslassleitung 32 mit dem Auslasssammler 33 verbunden
ist, sich unter einem niedrigeren Druck befindet im Vergleich zu
demjenigen, dem die innere Lippendichtung 18 ausgesetzt
ist.
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In
der Praxis wird im normalen Betrieb der Gasleckstrom in die Auslassleitung 32 hinein
geleitet und strömt
in den Auslasssammler 33 hinaus.
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Um
sicherzustellen, dass der gesamte Gasaustritt unter sämtlichen
Betriebsbedingungen ordnungsgemäß in den
Auslasssammler 33 geleitet wird, so dass die Gasemission
in die Atmosphäre verhindert
wird, ist eine dritte Ringkammer 16 vorgesehen, wobei diese
Kammer im Allgemeinen mit Stickstoff unter Druck gesetzt wird.
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Der
Stickstoff wird von der ersten Druckleitung 50 aus unter
einem relativen Druck von 1 bar geliefert. Da der Auslasssammler 33 sich
normalerweise unter einem relativen Druck von 0,1 bar oder von höchstens
0,5 bar befindet, ist das Sauergas von der Atmosphäre vollständig isoliert.
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Die
Druckmessgeräte 30 und 38 melden
die Drücke
der Kammern 12 bzw. 14.
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Wenn
die innere Lippendichtung 18 beschädigt ist, erfasst das erste
Druckmessgerät 30 einen schnellen
Druckanstieg. Wenn dieser Druck zu hoch ist, sendet das erste Messgerät 30 eine
Anweisung an eine Steuereinheit 45 des Kreiselverdichters,
die den Verdichter anhält.
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Während der
Abschaltung und des Druckablassübergangsstadiums
des Verdichters wirkt die äußere Lippendichtung 19,
die die gleichen Abmessungen wie die innere Lippendichtung 18 aufweist,
als die Hauptdichtung.
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Zusätzlich kann
das zweite Druckmessgerät 38 jede
gleichzeitige Beschädigung
von beiden Lippendichtungen 18 und 19 erfassen,
was eine sichere Abschaltung des Verdichters zur Folge hat.
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In
diesem Fall ermöglicht
die Blende 36 einem Sauergasstrom auszutreten, so dass
der Auslasssammler 33 und die Ausrüstung stromabwärts der
Auslassleitung 32, die für niedrige Drücke eingerichtet
ist, geschützt
werden.
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In
der Wartungsphase ermöglicht
das Dichtungssystem 10 eine Sicherstellung sicherer Bedingungen
bei der Demontage des Kreiselverdichters.
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Bevor
der Endflansch 11 des Verdichters entfernt wird, ist es
wichtig, jedes giftige Gas, das in den Ringkammern 12, 14 und 16 eingeschlossen
bleibt, abzuführen.
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Wenn
das Absperrventil 52, das erste Ventil 56 und
das zweite Ventil 58 anfangs geöffnet werden, werden die Kammern 12 und 14 über die
zweite Leitung 53, die erste Leitung 54 und den
zweiten Abschnitt 55 mit Stickstoff bei einem relativen
Druck von ungefähr
1 bar versorgt.
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Wenn
das Absperrventil 40 auch geöffnet wird, strömt der Stickstoff
in die zweite Ringkammer 12 und in die erste Ringkammer 14 hinein,
so dass jedes giftige Gas, das vorhanden sein kann, abgeführt wird.
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Es
sollte auch erwähnt
werden, dass, wenn die Endflansche 11 des Verdichters abmontiert
worden sind, die innere Lippendichtung 18 und die äußere Lippendichtung 19 in
einem Schutzbereich platziert werden müssen, um eine toxische Kontaminierung
aufgrund der in dem Material, aus dem sie hergestellt sind, eingefangenen
Sauer- und Giftgase zu vermeiden.
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Es
muss auch darauf hingewiesen werden, dass vor dem Niederdruck-Auslasssammler 33 eine Vorrichtung,
beispielsweise ein Fackelsystem, zur Verbrennung der Sauergase,
die von der Auslassleitung 32 herrühren, angeordnet werden kann.
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Die
obige Beschreibung macht die charakteristischen Eigenschaften des
erfindungsgemäßen Dichtungssystems
für Kreiselverdichter,
die giftige Gase verarbeiten, klar und verdeutlicht auch seine Vorteile,
von denen unter anderem genannt werden können:
- – die zuverlässige Einschließung mit
kontinuierlicher Überwachung
der Betriebszustände
der Lippendichtung 18;
- – die
Garantie einer vollständigen
Spülung
der einem schädlichen
Gas ausgesetzten Bereiche, wodurch ermöglicht wird, Instandsetzungsmaßnahmen
durch die Bedienpersonen unter gefahrlosen Bedingungen auszuführen;
- – die
niedrigen Kosten im Vergleich zu dem Stand der Technik.