امروزه با افزایش نیاز صنعت به فشارهای بالا و پروسه های پیچیده فرایندی، کمپرسورها و متعلقات آنها جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده اند. Dry Gas Seal ها (آبندهای گازی) با توجه به تکنولوژی پیچیده به کار گرفته شده در تولید، آنها عضوی بسیار مهم در متعلقات کمپرسور به شمار می آید. ( شایان ذکر است با توجه به قابلیت اطمینان بالای آبندهای گازی، درسالهای اخیر این نوع آب بندها در آب بندی توربینها نیز مورد استفاده قرار می گیرد)

استفاده از آبندهای گازی در مقایسه با سیستمهای آب بندی لَبیرنت و یا مکانیکال سیل غوطه ور در روغن، میزان هدر رفت گاز را از طریق نشتی در توربوماشینها کاهش داده و همزمان بهره وری و حفاظت از محیط زیست را افزایش می دهد. همچنین در مقایسه با آب بندهای (مکانیکال سیل ها) سنتی، یک سیستم بدون تماسی (آبند گازی) اصطکاک و سایش کمتری خواهد داشت.در نتیجه، هر دو هزینه بهره برداری و تعمیرات به طور قابل توجهی کاهش می یابد در حالی که طول عمر آب بند و قابلیت اطمینان به میزان چشم گیری افزایش می یابد.
مزیتهای اشاره شده باعث شده است که سیستم آب بندی گازی که به آن سیستم آب بندی خشک نیز اطلاق می گردد در صنعت مورد استقبال قرار گرفته و شناخت بهتر آن توسط مدیران و مهندسان صنایع مختلف باعث استفاده بهینه از این سیستم قدرتمند گردد، لذا در این مختصر به معرفی هرچه بیشتر این سیستم و انواع آن می پردازیم.

انواع سیستم های آبندی در کمپرسورها
برای شناخت هرچه بهتر Dry Gas Seal (آب بند گازی) بهتر است نیم نگاهی به سیستمهای قدیمی تر انداخته تا درک بهتری از مزیتهای موجود داشته باشیم.
به طور کلی در آب بندی کمپرسورها دو روش خشک و مرطوب متداول می باشد که هر کدام به چند دسته تقسیم می شوند:

1. روش مرطوب: در این روش علی رغم هدف اصلی که آب بندی سیال گازی می باشد، از یک سیال مایع به عنوان عامل سد کننده نشتی استفاده می شود. روغن که در قسمت بیرینگ کمپرسور جهت روانکاری مورد استفاده قرار می گیرد بهترین گزینه برای این امر بوده و به سرعت در سیستم آب بندی مرطوب به کار گرفته شد و نقاط قوت بسیاری نیز به همراه داشت.

1-1 رینگهای شناور: این رینگها در کنار روغن پرفشار مجموعه آب بندی مرطوب را تشکیل میدهند به گونه ای که روغن با فشار بالا متناسب با فشار درونی کمپرسور در بین رینگهای شناور تزریق می گردد و مانعی جهت نشتی گاز به محیط بیرون ایجاد می کند. معمولا جنس این رینگها از بابیت و یا فلز نرم می باشد.

1-2 مکانیکال سیل: بله شاید در وهله اول جای تعجب باشد که چگونه با استفاده از مکانیکال سیل که جهت آب بندی پمپها طراحی شده اند می توان یک کمپرسور را آب بندی کرد. همانطور که اشاره شد در سیستم مرطوب به دلیل وجود روغن در محفظه آب بندی می توان از مکانیکال سیل استفاده کرد به گونه ای که مکانیکال سیل در روغن غوطه ور بوده و در مجاورت سیال مایع به کار خود بپردازد. در این روش روغن پر فشار در فضای بین گاز و مکانیکال سیل تزریق شده و با کمک تعادل نیروها (فشار) گاز توسط روغن و به دنبال آن روغن توسط مکانیکال سیل آب بندی می شود.

1-3 ترکیب رینگهای شناور و مکانیکال سیل: با افزایش فشارهای مورد نیاز در صنایع امکان استفاده از یک یا چند رینگ شناور به همراه مکانیکال سیل در یک سیستم آب بندی جهت غلبه بر فشارهای بالا فراهم شد و این سیستم جدید توان بیشتری در مهار شرایط سخت کارکردی را دارا بود.

2. روش خشک: در این روش با استفاده از گاز واسط یا گاز فرایندی نسبت به آب بندی کمپرسور اقدام می شود به گونه ای که میزان محدود و مشخصی از نشتی مجاز برای کنترل گاز درون کمپرسور در نظر گرفته می شود. در این روش هیچگونه رطوبتی در سیستم وجود ندارد و همچنین عدم وجود روغن تضمین کننده محیط پاک و فارغ از هرگونه هیدروکربن مایع می باشد.

2-1 لبیرنت : این سیستم از آب بندی خشک، ساده ترین مدل مورد استفاده بوده و به دلیل ارزان و ساده بودن بسیار مورد استقبال قرار گرفته است. نکته قابل توجه اینکه به دلیل نشتی نسبتا زیاد و دائمی، این سیستم برای گازهای خطرناک مورد استفاده قرار نمیگیرد. همچنین در فشار های پایین و عمدتا با سیال هوا در فنها و بلوورها استفاده می گردد.

2-2 رینگها کربنی: این نوع رینگ دارای تنوع ظاهری زیادی می باشد اما در کارکرد یکسان هستند. این سیستم آب بندی که می تواند به تک رینگ و یا ترکیبی از چینش چندین رینگ تا 8 عدد قرار گیرد دارای توان بیشتری جهت مهار فشار های بالا بوده و در آب بندی گازهای خنثی مانند نیتروژن و در بلوورهای فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

آب بند گازی (Dry Gas Seal): این نوع آبند که پیشرفته ترین سیل در نوع خود می باشد، می تواند بدون حضور روغن و با استفاده از گاز واسط یا گاز فرایندی کار آب بندی را در کمپرسورهای پرفشار تا 550 بار با اطمینان با لا انجام دهد. در این سیستم نشتی دائمی به میزان پیش بینی شده و کنترل شده وجود دارد که نشانه ای از صحت کارکرد سیستم می باشد.

اساس کارکرد آبندهای گازی
مفهوم آب بند گازی برگرفته از آب بندهای مکانیکی یا به صورت مصطلح ، مکانیکال سیلها می باشد چرا که علی رغم داشتن اجزاء مشابه ،در محیطهای کاری کاملا متفاوت، از عملکرد مناسبی برخوردار است. علت این موضوع تغییر طراحی سطوح لغزنده آنها به گونه ای است که برای محیط کار خود بهینه شده باشند. به همین دلیل در مطلب ذیل جزئیات بیشتری از اجزاء درونی آب بند گازی را با هم بررسی می کنیم.

اجزاء اصلی آبند گازی عبارتند از:
1. Stationery Seal Face
2. Rotary Seat
3. O-ring
4. Spring
5. Construction

در سطور بالا به سطوح لغزنده ای اشاره شد که تفاوت اصلی مکانیکال سیل و آب بند گازی را در پی دارد. این سطوح همان Seal Face و Seat هستند که در آب بندگازی رو به روی یکدیگر قرار می گیرند .دو سطح تماس بین آنها کاملا صیقلی بوده و به گونه ای طراحی شده اند تا به راحتی گازمحبوس شده در بین دوسطح به ضخامت چند میکرون، گردش کرده و کمترین اصطکاک را ایجا کند. در زمان کارکرد کمپرسور، Seat به همراه محور شروع به چرخش می نماید و Seal Face به صورت ثابت در مقابل آن قرار می گیرد. این امر باعث ایجاد بالشتکهای پرفشار در نواحی بین دو سطح لغزنده شده و فاصله بین آنها تا دوبرابر افزایش می یابد.

حال که با سطوح لغزنده(Seat & Seal Face) آشنا شدیم لازم است بدانیم که این دو قطعه چگونه در نشیمنگاه خود در درون بدنه آب بند گازی قرار گرفته و محکم می شوند. بله درست حدس زدید این مهم اتفاق، توسط O-ring می افتد. در آب بندهای گازی (و همینطور مکانیکال سیلها) O-ringها را با نام کارکردیشان یعنی Secondary Sealing Element نیز می شناسند، چرا که اگر سطوح لغزنده را المانهای اولیه آب بندی بدانیم، دومین المان آب بندی در سیل O-ringها می باشند.

فنرها اجزاء کمک کننده به قطعه Seal Face هستند که سبب پایداری سیستم و تسهیل حفظ فضای آب بندی بین سطوح لغزنده می شوند.گرچه فنرها اجزاء کوچکی هستند ولی نقش مهمی در سیستم آب بند گازی ایفا می کنند و آسیب دیدگی آنها باعث افزایش نشتی و حتی شکستگی سطوح لغزنده می شود.
بدنه آب بند گازی به صورت Cartridge طراحی می گردد و کمک شایانی به حفظ سیل و نصب آسان آن بر روی کمپرسور می نماید چرا که در سیستم های قدیمی سیستم های آب بندی به صورت اجزاء جداگانه ای تولید و نصب میشد که خطا در نصب هر جزء منجر به نقص عملکرد کل مجموعه می گردید حال آنکه بدنه جدید به صورت یکپارچه نصب می گردد و خطای نصب را بسیار کاهش داده است.

متریال مورد استفاده در آبند گازی
متناسب با اجزاء ذکر شده در قسمت قبلی ، هر کدام از اجزاء از متریالهای مختلفی متناسب با شرایط کارکردی تولید می گردد که این امر موضوع انتخاب سیل مناسب را دو چندان می نماید. به عنوان مثال در انتخاب متریال سطوح لغزند امکان استفاده از کربن، تنگستن، سیلیکون کارباید، نیترید کارباید و … وجود دارد که با توجه به نوع گاز و فشار موجود گزینه مناسب انتخاب می گردد.
نکته قابل توجهی در خصوص متریال O-ringها وجود دارد که با انتخاب نوع متریال، نوع آب بند گازی به طور کلی تغییر می یابد. به صور سنتی متریال O-ringها از الاستومرها با کلاسهای کاری مختلف انتخاب می گردد که به این نوع آب بندهای گازی DGS گفته می شود اما در صورتی که از متریال غیر الاستومری (None Elastomer) استفاده شود نوع آبند به PDGS تغییر پیدا می کند که نه فقط نامگذاری آن دستخوش تغییر شده بلکه توان کارکردن در فشارهای بسیار بالا و دماهای بسیار پایین را نیز پیدا می کند.

ترتیب قرار گیری آب بندهای گازی
بعد از شناخت اجزاء اصلی آب بندهای گازی و آشنایی با متریال اجزاء آن نوبت به دانستن حالتهای متفاوت چینش این آب بندها در درون کمپرسور می رسد. این چینش و ترتیب قرار گیری تعیین کنند، درصد اطمینان بخشی و همچنین سیستمهای جانبی مورد نیاز جهت بکار گیری سیستم انتخابی می باشد.

1. آب بند تکی (Single Seal)
این نوع سیل که ساده ترین نوع ترتیب قرار گیری می باشد مناسب گازهای غیر سمی و خطرناک می باشد چرا که امکان نشت گاز فرایندی به محیط وجود داشته و برای سیستم های افزایش فشار هوا مناسب می باشد.
2. آب بند دوگانه (Double Seal)
دو سیل یکسان رو در روی یکدیگر در یک بدنه Cartridge قرار می گیرند .ضریب اطمینان این گونه سیل از نموه قبلی به دلیل وجود 2 سیل بیشتر می باشد چرا که در صورت آسیب دیدگی سیل اول سیل ثانویه وظیفه آن را بر عهده می گیرد. در این طراحی علاه بر گاز فرایندی از گاز ثانویه (معمولا نیتروژن) نیز جهت اطمینان از صحت کارکرد دو سیل استفاده می شود.
3. آب بند Tandem (Tandem Seal)
دو سیل یکسان به صورت سری در یک بدنه Cartridge قرار می گیرند.به دلیل استفاده از ترتیب قرار گیری متفاوت ضریب اطمینان بیشتری نسبت به دو نمونه قبلی خود دارد و احتمال نشت گاز فرایندی به محیط بسیار کم می باشد.
4. آبند Tandem با لبیرنت میانی ( Tandem with intermediate Labyrinth)
که آخرین ترتیب قرارگیری آب بندهای گازی می باشد و تمام عوامل ایمنی یک آب بند را در خود داشته، امروزه به عنوان پرکاربرد ترین نوع سیل در صنعت شناخته می شود چرا که به دلیل ایمنی بسیار بالا نشت گاز فرایندی به محیط صفر می باشد. در این آب بند علاوه بر گاز فرایندی ، گاز ثانویه بر روی سیل دوم تزریق می گردد که مانع از نفوذ گاز فرایندی به محیط می گردد.

سیستمهای جانبی آبند گازی:
اکنون می دانیم که آب بندهای گازی برای کارکرد خود به گازهای فرایندی و همچنین گاز کمکی (نیتروژن) نیازمند هستند. شایان توجه است که گازهای مصرفی بایستی دو ویژگی مهم را دارا باشند که عبارتند از: خشک بودن و تمیز بودن.
لذا جهت تامین شرایط مورد نیاز از سیستمها جانبی مانند فیلتر، گرم کننده، شیرهای کنترلی و گیجها فشار استفاده می نماییم که این تجهیزات بر روی یک مجموعه به عنوان پنل گازی (Gas Panel) نصب می گردند. این مجموعه جزءلاینفک سیستم آب بند گازی بوده ، تامین شرایط کارکردی مناسب بدون پنل گازی امکان پذیر نمی باشد.

جمع بندی:

با توجه به مطالب ارائه شده سیستم آبند گازی (ِDry Gas Seal) پرکاربرد ترین سیستم آب بندی در کمپرسورها به ویژه کمپرسورهای سانتریفیوژ در دنیا می باشد و علت آن ایمنی بسیار بالا، هزینه کارکرد پایین، سهولت کارکرد و پاکیزه نگاه داشتن محیط زیست به واسطه جلوگیری از نشت گازهای سمی و خطرناک به محیط می باشد.
شایسته است صنعتکاران کشور عزیزمان با شناخت هرچه بهتر این سیستم مطمئن پا به پای دانش روز دنیا با بکارگیری سیستم آب بندی گازی در کمپرسوها و تجهیزات خود علاوه بر جلوگیری از اتلاف انرژی و سرمایه به حفظ محیط زیستی سالم و عاری از آلایندهای صنعتی همت گمارند.

مهندس رضا دادفر
شرکت سیستمهای آب بندی پارس
(بورگمن پارس)

0 پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟
خیالتان راحت باشد :)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *