Al jaren behoren circulatiepompen van de HPM-serie van Sundyne tot de wereldwijd bij voorkeur gebruikte hogedrukreactor-voedingspompen in PTA-installaties. Deze speciale pompen met geïntegreerde aandrijving worden tijdens de reinigings- resp. zuiveringsfase van ruw tereftaalzuur (TA) ingezet. Daarbij transporteren de pompen TA-slik, een bij een hoge temperatuur in gedestilleerd water opgelost TA-poeder, naar een hydrogenereerreactor. Hier worden alle verontreinigingen door de chemische reactie met waterstof door oplossing uit de suspensie verwijderd.

PTA behoort tot de wezenlijke basismaterialen voor de vervaardiging van uiterst zuivere polyesterhars die o.a. voor de productie van polyethyleentereftalaat (PET), het ruwe materiaal voor PET-flessen, polyesterfolies, textielvezels en technische kunststofproducten, noodzakelijk is.

Hogedrukreactor-voedingspompen met geïntegreerde aandrijving worden tijdens de reinigings- resp. zuiveringsfase van ruw tereftaalzuur (TA) ingezet. Daarbij transporteren de pompen TA-slik, een bij een hoge temperatuur in gedestilleerd water opgelost TA-poeder, naar een hydrogenereerreactor Hier worden alle verontreinigingen door de chemische reactie met waterstof door oplossing uit de suspensie verwijderd. De betrouwbaarheid van hogedrukreactor-voedingspompen is doorslaggevend voor stabiele productieprocessen in de PTA-zuiveringsinstallaties. Daarbij behoren mechanische asafdichtingen tot de bijzonder kritische pompcomponenten – niet in de laatste plaats vanwege de buitengewone hogedruk- en hogesnelheidsomstandigheden.

Bij de voor deze PTA-toepassing gedefinieerde circulatiepomp gaat het om een horizontaal gemonteerde machine met een geïntegreerde 2-fase aandrijving, waarbij op de aandrijfas aan beide zijden loopwielen met een omwentelingssnelheid van 6.200 min^-1 roteren. De met elkaar via buizen verbonden fases werken in serie, om zo de noodzakelijke druk op te wekken. Daarbij wordt de uitgangsdruk van de eerste pompfase naar de ingang van de tweede fase gevoerd – en hier nog eens aanmerkelijk verhoogd. In het asafdichtinggebied van de tweede pompfase ontstaat een druk van max. 80 bar (1,160 PSI).

De afdichtingen voor deze toepassing zijn in de pompfase 1 als dubbel werkend cartridgesysteem in tegengestelde, zogenoemde Face-to-Face-plaatsing uitgevoerd. In fase 2 is een tandemplaatsing met gelijkgerichte afdichtingrichting (Face-to-Back) geconstrueerd om hier de verschildruk over beide afdichtingen te verdelen en zo geschikte druksnelheidsverhoudingen te waarborgen. Via het afdichtingstoevoersysteem vindt de spoeling bij beide pompfasen plaats, zodat wordt voorkomen dat de aan mediumzijde geplaatste afdichting met TA-slik dichtslibt.

Bijzondere technische uitdagingen

Een van de meest veeleisende technische uitdagingen betrof het afsluitmedium dat doorgaans bij PTA-installaties via een centraal afdichtingtoevoersysteem beschikbaar wordt gesteld. Voor de speciale toepassing werd door de eindgebruiker – een van de wereldwijd grootste PTA-producenten – geëist dat het 65 °C ... 85 °C (149 °F ... 185 °F) hete water van de installatie als afdichtmedium kon worden gebruikt. Een van de uitdagingen van dit proces is dat er nadelige afdichtomstandigheden kunnen ontstaan, zoals ontoereikende warmteafvoer en gebrekkige smering van de glijvlakken door verdamping van het afdichtmedium.

Een andere technische uitdaging vormde de omgekeerde drukopbouw van de afdichting aan mediumzijde in pompfase 2 tijdens het opstarten en uitschakelen van de pomp. Tijdens het opstartproces, voordat de hoofdaandrijving van de pomp wordt ingeschakeld, wordt deze afdichting aan de achterzijde door het afdichtmedium uit het afdichtingstoevoersysteem met druk belast. Tijdens de overgangsfase, waarin de pomp naar de hoogste omwentelingssnelheid stijgt om de volledige uitgangsdruk te bereiken, vindt een omkering van de drukopbouw bij de afdichting plaats – en de afdichtoppervlakken komen los. Hetzelfde gebeurt in omgekeerde volgorde bij het stopzetten van de pomp in de fase, waarin de installatie wordt uitgeschakeld. Om dit tegen te gaan en over het gehele toepassingsgebied stabiel en soepel draaien te bereiken, moest de constructieve opbouw van de originele afdichting doelgericht worden gemodificeerd en geoptimaliseerd.

Grondige kennis vereist

De constructieve basis voor de nieuwe dubbele afdichtingen vormde een beproefde speciale hogedrukafdichting uit het aanwezige productportfolio. Concreet koos men voor de krachtige hogedrukafdichting SH(V) die al jaren wereldwijd bij toepassingen met hoge drukken wordt ingezet. In tegenstelling tot de klassieke mechanische asafdichtingen in het standaardbereik vertonen hogedrukafdichtingen een wezenlijke bijzonderheid: Hierbij is de tegenring roterend op de as gemonteerd, terwijl de glijring – met veren – vast in de behuizing is geplaatst. Dit afdichtingsconcept zorgt bij hoge toerentallen voor extra stabiliteit. Juist bij glijsnelheden van 20 m/s (66 ft/s) en meer moeten de veren vast zijn geplaatst, opdat deze geen trillingen opnemen en niet vervormen.

Constructief geoptimaliseerd

Bovendien is de beproefde SH(V)-afdichting voor de concrete toepassing constructief geoptimaliseerd. Om een veilige werking over het gehele toepassingsgebied te waarborgen, zijn doelgericht constructietechnische verbeteringen uitgevoerd. Daarnaast zijn ook materialen met de beste eigenschappen gebruikt: bij de vaste glijring voor deze oplossing is gebruik gemaakt van de siliciumcarbide-variant BuKa 30. Dit krachtige materiaal van EagleBurgmann bezit een hoog aandeel koolstoffen, dat het bij slecht smerende media zoals water tot dé probleemoplosser maakt. BuKa 30 overtuigt door drooglooptolerantie resp. sterke eigenschappen in noodprogramma's.

De afdichting is verder geoptimaliseerd, zodat ook in uiterste omstandigheden de werking is gewaarborgd. Een los ingelegde glijring zorgt voor extra veiligheid tegen kantelen en verdraaien. Tot de technische bijzonderheden van de voor de PTA-toepassing ontwikkelde hogedrukafdichting behoort de exacte verwerking van berekende groeven in de glijvlakken. Diepte en geometrie zijn hier uiterst exact voorgeschreven. De groeven, waarmee EagleBurgmann al jaren in de Dry Gas Seal-sector werkt, ondersteunen ook in kritische fases de veilige werking van de met vloeistof gesmeerde dubbele afdichtingen. Zo bevorderen de groeven bij lage druk het loskomen van de glijvlakken door het opbouwen van een positieve drukreserve en brengen zo snel een stabiele bedrijfstoestand tot stand. Bij hoge druk werken de groeven stabiliserend, door te voorkomen dat de spleet opengaat.

Beproefd in testveld en praktijk

Als resultaat leidde de combinatie van de maatregelen tot uitstekende afdichtsystemen in tandem- en Back-to-Back-uitvoering die een gebruiksspectrum van max. 100 bar (1.450 PSI) en 9.000 min^-1 vertonen en de door de pompfabrikant vereiste functionele veiligheid garanderen. Probleemloos kunnen de met vloeistof gesmeerde dubbele afdichtingen omgaan met alle bedrijfsparameters – en overtuigen door een constant afdichtgedrag, ook bij duidelijke druk-, temperatuur- en toerentalschommelingen. Dit is gecontroleerd en bevestigd door dynamisch proefdraaien in het testveld in Wolfratshausen, waarbij de als montagevriendelijke cartridgesystemen geconstrueerde afdichtingen uitvoerig zijn getest en ten slotte door vertegenwoordigers van Sundyne zijn goedgekeurd.

In de praktijk bewijzen de nieuwe dubbele afdichtingen hun betrouwbaarheid in een groot aantal Sundyne-hogedrukpompen met geïntegreerde aandrijving, die in 2014 in een van de wereldwijd grootste PTA-installaties in China in gebruik zijn genomen.