A Sundyne HPM-sorozatú centrifugál-szivattyúi évek óta előszeretettel kerülnek alkalmazásra a világon mindenütt a PTA-berendezésekben használt  nagynyomású reaktor-tápszivattyúknál.  Ezeket a speciális, beépített meghajtású szivattyúkat a nyers Terephtalsav (TA) tisztítási és előkészítési szakaszában használják.  A szivattyúk, emellett, TA-iszapot hoznak felszínre, ami a HIDROGÉNEZŐ REAKTOR-ban, magas hőfokon, desztillált vízben oldott TA-por. Itt a hidrogénnel való kémiai reakció hatására a szuszpenzióból minden szennyeződés kiválik.

A PTA az igen nagy tisztaságú poliészter-gyanta előállításának legfontosabb alapanyagai közé tartozik, ami többek között a Polyethylenterephthalat (PET) gyártásához szükséges (ebből készülnek PET-palackok, poliészter-fóliák, textil-nyersanyagok és műszaki célú műanyag-termékek).

A beépített meghajtású, nagynyomású reaktor-tápszivattyúkat a nyers Terephtalsav (TA) tisztítási és előkészítési szakaszában használják.  A szivattyúk, emellett, TA-iszapot hoznak felszínre, ami a HIDROGÉNEZŐ REAKTOR-ban, magas hőfokon, desztillált vízben oldott TA-por. Itt a hidrogénnel való kémiai reakció hatására a szuszpenzióból minden szennyeződés kiválik.   A nagynyomású reaktor-tápszivattyúk megbízhatósága döntő a PTA-előkészítő-berendezések stabil befejező folyamatai szempontjából. Emellett a csúszógyűrűs tömítések a különösen kritikus szivattyú-alkotóelemek körébe tartoznak – nem utolsó sorban a szokatlanul nagy nyomás és nagy sebesség adta feltételek miatt.

Az ehhez a PTA-alkalmazáshoz definiált centrifugál-szivattyú esetében egy horizontálisan szerelt, beépített meghajtású, kétfokozatú gépről van szó, ahol a tengely mindkét oldalán járókerekek vannak, ezek 6.200 min^-1 forgási sebességgel forognak. Az egymással összecsövezett fokozatok sorban üzemelnek, hogy így a szükséges nyomást elő tudják állítani. Eközben az első szivattyú-fokozat kimenő nyomását a második fokozat bemenetébe táplálja – és a nyomás itt még egyszer, jelentős mértékben megnő.  A második szivattyúlépcsőben, a radiális tömítésnél akár 80 bar (1,160 PSI) nyomás is keletkezhet.

Az erre a felhasználásra szánt tömítések az 1. szivattyúfokozatban, mint kettőshatású Cartridge-rendszer kerültek egymással szemben, un. Face-to-Face rendben – kivitelezésre. A 2. fokozatban un. tandem-elrendezést alkalmaztak egyenirányú tömítés kialakítással (Face-to-Back), hogy a nyomáskülönbözetet mindkét tömítésre ráterheljék, s ezáltal megfelelő nyomás-sebességi viszonyokat biztosítsanak. A tömítés-ellátó rendszeren keresztül történik az egyes szivattyúlépcsők öblítése, ezáltal megelőzhető, hogy a mindenkori termék oldali tömítés TA-iszappal szennyeződjék.

Specifikus műszaki követelmények

Az egyik legigényesebb műszaki kihívásnak a záró közeg létrehozása bizonyult, amelyet a PTA berendezések esetében rendszerint a központi tömítés-ellátó rendszer bocsát rendelkezésre. A speciális alkalmazás esetében a végfelhasználónak - a világ egyik legnagyobb PTA gyártójának  – az volt a  kívánsága, hogy záró közegként a berendezés 65 °C ... 85 °C-os (149 ... 185 °F-es) forró vize szolgáljon. Ennek a folyamatnak kihívásai közé tartozott még, hogy a záró közeg elpárolgása révén a tömítésre nézve hátrányos feltételek, így például, elégtelen hőelvezetés és a csúszófelületek hiányos kenése adódhatnak.

Egy további műszaki kihívást jelentett a fordított nyomásterhelés a 2. szivattyúlépcső termékoldali tömítésénél – a szivattyú felfelé és lefelé történő mozgása alatt. Indításkor, mielőtt a szivattyú fő meghajtó-művét bekacsolják, ezt a tömítést hátoldalról, a tömítés-ellátó rendszer záróközege nyomás alá helyezi. Az átmenetei fázisban, amikor a szivattyú a legmagasabb forgási sebességre gyorsul, hogy elérje a teljes kimeneteli/induló nyomást,  a nyomásterhelés a tömítésen visszafordul – és a tömítésfelületek megemelkednek. Ugyanez történik fordított sorrendben a szivattyú lesüllyedésekor, amikor kikapcsolják a berendezést. Ezt kivédendő, valamint, hogy stabil működési viselkedés legyen biztosítható a teljes alkalmazás során, az eredeti tömítés konstruktív felépítését célzottan kellett módosítani és optimalizálni.

Átfogó Know-how ismeretek szükségesek

Az új kettőstömítések konstruktív alapját egy, a meglévő termék-portfólióból származó külön magasnyomású tömítés képezte. Konkrétan, a nagyteljesítményű SH(V) magasnyomású tömítés mellett döntöttünk, amit évek óta az egész világon használnak magasnyomás melletti alkalmazásoknál. Ellentétben a szokásos alkalmazások klasszikus csúszógyűrűs tömítéseivel,  a magasnyomású tömítések specifikus sajátosságot mutatnak: esetükben az ellengyűrűt rotálóan szerelik fel a tengely-re, miközben a csúszógyűrűt  - a rugózással együtt – statikusan a gépházban helyezik el. Ez a tömítési elgondolás magas fordulatszám mellett gondoskodik a pótlólagos stabilitásról.  Éppen a 20 m/s (66 ft/s) és ennél magasabb csúszási sebességek mellett kell a rugóknak változatlannak/egyhelyben maradniuk, hogy ne vegyenek fel rezgő mozgást, és ne deformálódjanak.

Szerkezeti optimalizálás

Ezen kívül, a jól bevált  SH(V)-tömítést adott konkrét alkalmazásra szerkezetileg optimalizálták. Annak érdekében, hogy a teljes alkalmazási körben meglegyen a biztonságos működés,  célzott szerkezettechnikai javítások eszközlésére került sor. Emellett még maximális teljesítményű ipari anyagok alkalmazása is megtörtént: ennél a megoldásnál a stacionárius csúszógyűrűk esetében  Buka 30 szilíciumkarbid-variánst alkalmaztak. Az EagleBurgmann ezen kiemelkedő teljesítményű ipari anyaga magas széntartalmú, ami elégtelenül kenő anyagok, mint pl. víz esetében probléma-megoldó lehetőséget kínál.  A Buka 30 meggyőző tulajdonságokat mutat fel vészfutás esetén és a szárazon futás tolerálását tekintve is.

A tömítést tovább optimalizálták, ezáltal még határesetekben is biztosított a működése. Egy lazán behelyezett csúszógyűrű gondoskodik pótlólagos biztonságról, hogy ne következzen be  kibillenés vagy beszorulás. A PTA-alkalmazáshoz kifejlesztett magasnyomású tömítés technikai különlegességéhez tartozik a méretezett nútok precíz bedolgozása a csúszófelületbe. Itt mind a mélység mind a geometria a legpontosabban elő van írva. Azok a nútok, amikkel az  EagleBurgmann már évek óta dolgozik az un. Száraz-Gázkenésű tömítések területén, gondoskodnak arról, hogy a folyadékkal kent kettőstömítések még a kritikus fázisokban is biztonságosan működjenek. Így a nútok alacsony nyomás mellett elősegítik a csúszófelületek megemelkedését pozitív közegpárna előállításával, és ezáltal rövid idő alatt stabil működési állapotot jön  létre. Magasnyomás mellett a nútok stabilizálólag hatnak, miközben megakadályozzák a rés novekedését.

Teszt-körülmények között és a gyakorlatban is bevált

Az intézkedések kombinációjának eredménye egy igényes tömítési rendszer lett un. ‚tandem‘ és ‚Back-to-Back’ kivitelben, ami 100 bar (1.450 PSI) és 9.000 min^-1 értékhatárig teszi alkalmazhatóvá, és a szivattyúgyártók által megkívánt üzembiztonságot szavatolja. A folyadék kenésű kettős-tömítések problémamentesen teljesítik valamennyi üzemi paramétert – és, jelentős nyomás-, hőmérséklet és forgási-sebesség ingadozások mellett is meggyőző a konstans tömítő funkció. A Wolfratshausen-i tesztüzemben végrehajtott dinamikus tesztelés  során mindezt ellenőrizték és igazolták, ahol a ‚szerelésbarát‘ un. Cartridge-rendszerrel kialakított tömítéseket alaposan tesztelték, és ezeket végezetül a Sundyne képviselője műszakilag átvette.

Az új kettőstömítések a gyakorlatban sok beépített meghajtású  Sundyne-magasnyomású szivattyúban beváltak, ezeket 2014-ben a világ legnagyobb PTA-üzemében, Kínában helyeztek üzembe.