CN102711976A - 用于工业气体涡轮压缩机的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工业气体涡轮压缩机的密封装置，该工业气体涡轮压缩机例如在制造硝酸时用于压缩高腐蚀性气体，该密封装置包括：第一分离面，该第一分离面能设置成与一第二分离面密封接触，以防止气体穿过所述分离面之间从容器内部逸出；在所述分离面之一中的位于一第一凹槽中的第一密封件，该第一密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面之间的可能的气体泄漏的方向延伸；在所述分离面之一中的位于一第二凹槽中的第二密封件，该第二密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面之间的可能的气体泄漏的方向延伸；以及设置在第一和第二凹槽之间的第三凹槽，该第三凹槽可通过一个或多个开口利用气体成分进行加载。

Description

用于工业气体涡轮压缩机的密封装置

技术领域

本发明涉及一种用于工业气体涡轮压缩机的密封装置，该工业气体涡轮压缩机用于例如在制造硝酸时压缩高腐蚀性气体。

背景技术

通常在按照奥斯特瓦尔德法工作的设备中实现制造浓度为50%至76%的硝酸。在此，按照单压法或双压法工作的设备之间的区别在于：在单压法中，首先压缩空气到中压（大约5bar）或高压（大约12bar），然后混入压力下的氨气并催化燃烧该混合物。冷却后形成的氮氧化物被供以压缩的二次空气并被吸收在水溶液中，从而形成硝酸。剩余气体被净化、减压并释放到大气中。

在双压法中，在催化燃烧和随后的冷却之后进行进一步压缩，以便可以在比燃烧更高的压力下进行吸收。

不仅是通常为空气的进气的单级或多级压缩、而且还有残余气体的减压通常都是借助涡轮压缩机或涡轮膨胀机实施的，所述涡轮压缩机或涡轮膨胀机都是以相互功率耦合的方式工作的。

在硝酸制造领域内使用的工业气体涡轮压缩机的压缩机壳体上，一般在相对较短的运行时间之后，特别是在分离面上会出现气体泄漏，这种气体泄漏只能通过重新密封——例如通过在压缩机的分离面上涂抹密封剂——来暂时地消除。这种泄漏在压缩机壳体的高热负荷（壳体入口温度通常大约为20℃，壳体出口温度通常大约为300℃）条件下出现。这种高热负荷在压缩机壳体的分离面上、即在压缩机壳体部件密封连接的位置上导致热翘曲，进而导致间隙变大和压缩机分离面泄漏。

因此，在公知的压缩机分离面上，含NO的气体、即所谓的有害气体随着使用年限的增加可以更多地通过分离面逸出。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种密封装置，该密封装置特别用于制造氨气时使用的工业气体涡轮压缩机的压缩机分离面，该密封装置保证尽可能持久地防止含NO的气体向外泄漏。

上述目的通过用于一至少两部分式的容器的密封装置得以实现，其中该密封装置暴露于容器内部的气体压力（Pi）之下，包括：

第一分离面，该第一分离面能设置成与一第二分离面密封接触，以防止气体在所述分离面之间从容器内部逸出，

在所述分离面之一中的位于一第一凹槽中的第一密封件，该第一密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面之间的可能的气体泄漏的方向延伸，

在所述分离面之一中的位于一第二凹槽中的第二密封件，该第二密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面之间的可能的气体泄漏的方向，以及

设置在所述第一和第二凹槽之间的第三凹槽，该第三凹槽可通过一个或多个开口利用气体成分进行加载。

根据一优选实施方式，密封装置此外还包括外部凹槽，该外部凹槽可通过一个或多个开口被设置成处于相对于环境压力减小的压力下。

出人意料的是，在操作测试的环境中发现，借助前述的密封装置可以明显减少、直到完全阻止气体特别是含NO的腐蚀性气体由涡轮压缩机逸出。此外还发现，可以进行多个启动循环而未观察到分离面上的泄漏。

根据本发明的一优选实施方式，所述至少三个凹槽——即第一、第二、第三和第四凹槽（如果存在的话）——设置在下分离面上。

“用于一至少两部分式的容器的密封装置，其中该密封装置暴露于容器内部的气体压力（Pi）之下”，在本发明的意义上特别是指，通过一分离面装置将压缩机壳体的两个壳体部件严密地、即没有气体泄漏或仅有少量气体泄漏地相对于彼此密封的密封装置。由此减少或者完全阻止含NO的有害气体穿过压缩机分离面装置而逸出，容器部件在所述压缩机分离面装置上相互抵靠。

密封装置包括第一分离面和第二分离面，这两个分离面以未详细示出的方式与容器、特别是工业气体涡轮压缩机的底部或顶部连接。为有效减少、甚至完全阻止气体由压力下的容器内部穿过分离面而逸出，分离面之一、优选是下分离面至少具有第一、第二和第三凹槽。这至少三个凹槽优选在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面之间的可能的气体泄漏的方向延伸。换言之，所述分离面沿壳体、优选是压缩机壳体的外围延伸。

根据一优选实施方式，第一、第二和第三凹槽相互平行地定向。

为了阻止气体穿过分离面之间从容器内部逸出，在第一凹槽和第二凹槽中设置第一密封件和第二密封件。在第一凹槽和第二凹槽之间设置的第三凹槽可以通过一个或多个开口利用气体成分进行加载。如果通过至少一个开口利用气体成分加载第三凹槽，那么在装配状态下的密封装置中，在第一密封件和第二密封件之间形成与这两个密封件连接的并且处于压力之下的密封气室。

气体成分优选涉及不活泼气体/惰性气体或者不活泼气体/惰性气体的混合物，该气体成分特别优选涉及氮气。

根据本发明的一优选实施方式，第一、第二和第三凹槽设置成朝向容器内部，就是说，这些凹槽相对于分离面的总宽度位于分离面的内侧三分之一上。

根据一优选实施方式，根据本发明的密封装置此外还包括外部凹槽，该外部凹槽相对于第一、第二和第三凹槽朝向分离面外侧，也就是说朝向分离面的外边缘而设置。该外部凹槽可通过一个或多个开口被设置成处于相对于环境压力减小的压力下。如果通过前述密封装置仍然产生泄漏，那么外部凹槽使得可以通过抽吸排出逸出的气体。根据本发明的一优选实施方式，外部凹槽朝向容器外部设置，也就是说，外部凹槽相对于分离面的总宽度位于分离面的外侧三分之一上。

根据本发明的一优选实施方式，第一密封件和第二密封件包括聚四氟乙烯（PTFE）。根据本发明的一特别优选的实施方式，第一和第二密封件是PTFE（聚四氟乙烯）密封件。也就是说，第一和第二密封件由聚四氟乙烯制成。

根据本发明的另一优选实施方式，第一和第二密封件是各自100%由PTFE构成的PTFE绳。

根据本发明的一实施方式，第一或第二凹槽的容积比第一或第二密封件的体积小10%至30%，优选小15%至25%，特别优选小20%。所述密封件的体积因此大于凹槽的容积，由此在装配状态下密封件的一部分伸出凹槽，并且伸进、或者在相对较高的温度下甚至可能流进在第一和第二分离面之间已经存在的或者由于热负荷而产生的翘曲区域或间隙中。

根据本发明的一实施方式，所述至少两部分式的容器涉及用于工业气体涡轮压缩机的壳体，特别地涉及在制造硝酸时使用的工业气体涡轮压缩机的壳体。分离面或壳体部件在此优选由奥氏体制成。

第一、第二和第三凹槽的尺寸可以在很宽的范围上变化。根据本发明的一实施方式，第一、第二和第三凹槽相互独立地具有在1.5mm至8mm范围内、优选在3mm至6mm范围内、特别优选为大约4mm的宽度。第一、第二和第三凹槽的深度同样可以在很宽的范围上变化，一般在1.2mm至7mm范围内，优选在2mm至5.5mm范围内，特别优选地深度约为3mm。

外部凹槽的尺寸同样可以在很宽的范围上变化，通常其宽度在6mm至14mm范围内，优选在8mm至12mm范围内，其深度在6mm至20mm范围内，优选深度在8mm至16mm范围内。

根据本发明，第一和第二分离面可以设置为密封接触，也就是说，分离面通过连接装置例如螺纹联接件或螺栓的紧固而相互压靠，由此在与第一密封件和第二密封件的相互作用中获得近似气密的密封装置。

此外本发明还涉及一种用于制造密封装置的方法，该密封装置特别用于在制造硝酸时使用的工业气体涡轮压缩机，该方法包括下列步骤：

（a）提供如前所述的密封装置，

（b）拧紧连接装置，特别是螺纹联接件或螺栓，以将所述分离面压合在一起，

（c）利用压力在2barg至15barg范围内的气体成分加载第三凹槽，所述压力优选在2barg至15barg范围内，特别优选大约为10barg，以及

（d）加热所述密封装置到220℃至350℃范围内的温度，优选到250℃至300℃范围内的温度。

在方法步骤（a）中提供如前所述的密封装置。这就是说，提供如前所述的至少两部分式的容器，其优选涉及在制造硝酸时使用的压缩机的压缩机壳体。容器的所述至少两部分通过包括第一分离面和第二分离面的至少一个分离面设置为密封接触，以防止气体在所述分离面之间从容器中逸出。在此，在第一和第二分离面之间设置有在所述分离面之一中的位于一第一凹槽中的第一密封件，该第一密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面之间的可能的气体泄漏的方向延伸，此外还设置有在所述分离面之一中的位于一第二凹槽中的第二密封件，该第二密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面之间的可能的气体泄漏的方向延伸。此外还在第一和第二凹槽之间设置有第三凹槽，该第三凹槽可以通过一个或多个开口利用气体成分进行加载。

在方法步骤（b）中，在提供所述密封装置之后，相互夹紧或压紧第一和第二分离面，以获得尽可能密封的分离面。在此，夹紧优选通过拧紧连接装置例如螺纹联接件或螺栓而实现。

在随后的方法步骤（c）中，利用压力在2barg至15barg范围内的气体成分加载位于第一和第二凹槽之间的第三凹槽，也就是说，在第一和第二密封件之间的区域内施加压力。根据本发明的一优选实施方式，气体成分涉及氮气。

在随后的方法步骤（d）中，密封装置被加热到220℃至350℃范围内的温度。在此，加热通常通过启动涡轮压缩机实现，但是也可以通过引入热气体而进行。在加热密封装置期间，优选在启动压缩机期间，该至少两部分式的容器的部件承受高热负荷，由此特别在分离面的范围内导致分离面材料热翘曲，随后可能导致分离面上的泄漏。有利地是，在第一和第二密封件之间的中间区域内施加的压力和温度的升高会导致密封件流入启动期间产生的翘曲区域中，由此在启动压缩机时产生严密的密封装置。特别是在使用PTFE密封件时，在温度>200℃时观察到密封件的流动，这种流动导致分离面之间的新形成的翘曲区域的严密密封。由此可以有利地提供一种用于密封至少两部分式的容器的非常动态的方法。

本发明此外还涉及一种按照前述方法制造的密封装置。

已经证明，特别有利的是提供一种密封装置，其中第一和第二密封件是PTFE密封件，其体积比第一或第二凹槽的容积大10%至30%。由此以特别有利的方式确保在方法步骤（d）中，即在加热密封装置或在启动涡轮压缩机期间，PTFE密封件的材料可以流入第一和第二分离面之间的新形成的翘曲区域。这种流入特别是通过在两个密封件之间发生的过压力而实现的。在此，特别用到PTFE的在较高温度下的流动特性来制造密封连接。

根据本发明的一优选实施方式，在方法步骤（e）中，在外部的第四凹槽上施加-0.04bar至-0.05bar范围内的负压，以通过抽吸作用排出任何逸出的气体。根据本发明的一优选实施方式，与外部凹槽连接的至少一个开口在抽吸侧连接到NO负压压缩机，通过该NO负压压缩机施加所述负压。

附图说明

下述示例和附图用于阐明本发明。

其中：

图1示出分离面2的俯视图，

图2示出分离面2的俯视图，

图3示出根据本发明的密封装置的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出工业气体涡轮压缩机的壳体底部11的分离面2。可以看到第一密封件4和第二密封件6，在这两个密封件之间设置有可以利用氮气加载的第三凹槽8。此外还示出了外部凹槽10，可通过该外部凹槽经由开口20排出可能出现的含NO的有害气体。此外可以看到用于接纳连接元件18、例如螺栓19的开口。

图3示出根据本发明的密封装置的示意图。该密封装置位于工业气体涡轮压缩机13的壳体底部11和壳体顶部12之间，该工业气体涡轮压缩机例如在制造硝酸时使用。此处示出了具有第一分离面2和第二分离面3的密封装置。在这两个分离面3、2之间有一个间隙开口14，在运行工业气体涡轮压缩机期间，含NO的工业气体可能通过该间隙开口由工业气体侧15流向大气16。为了避免这种情况，在第一凹槽5和第二凹槽7中分别设置第一和第二密封件4、6，并且对这两个密封件4、6之间的中间区域通过第三凹槽8利用大约10barg的压力下的氮气17进行加载。如图3的示意图中所示，在第一密封件4和第二密封件6之间的中间区域内的氮气过压力导致由第一凹槽7伸出的第二密封件6的密封件材料流入已经存在的或产生的翘曲区域中并因此导致压缩机分离面的密封。由第一凹槽5伸出的第一密封件4的密封件材料在此用于制造第一密封件4和第二密封件6之间的尽可能闭合的空间。如图3所示，间隙开口14根据期望朝向工业气体侧15开口，因为用于连接分离面2、3的螺栓（未示出）通常设置成朝向大气侧。

此外图3中还示出了外部凹槽10，该外部凹槽使得能够通过抽吸作用排出穿过第二密封件6的任何气体。流入的氮气与温度之间的相互作用会通过第二密封件6的材料的向已经存在的或产生的泄露或翘曲区域中的流入而动态地密封所述泄漏或翘曲区域；在启动压缩机时，所述温度由大约20℃直接升高到高达300℃。

附图标记列表：

1  容器

2  分离面（底部）

3  分离面（顶部）

4  第一密封件

5  第一凹槽

6  第二密封件

7  第二凹槽

8  第三凹槽

9  用于氮气的开口

10 外部凹槽

11 壳体底部

12 壳体顶部

13 工业气体涡轮压缩机

14 间隙开口

15 工业气体侧

16 大气侧

17 氮气，10barg

18 螺纹孔

19 螺栓/联接螺栓

20 位于外部凹槽中的用于通过抽吸作用进行排出的开口

Claims (15)

1.用于至少两部分式的容器（1）的密封装置，其中该密封装置暴露于容器内部的气体压力（Pi）之下，包括：第一分离面（2），该第一分离面能设置成与一第二分离面（3）密封接触，以防止气体在所述分离面之间从容器（1）中逸出，

在所述分离面（2，3）之一中的位于一第一凹槽（5）中的第一密封件（4），该第一密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面（2，3）之间的可能的气体泄漏的方向延伸，

在所述分离面（2，3）之一中的位于一第二凹槽（7）中的第二密封件（6），该第二密封件在该分离面的长度上并且垂直于所述分离面（2，3）之间的可能的气体泄漏的方向延伸，以及

设置在所述第一和第二凹槽（5，7）之间的第三凹槽（8），该第三凹槽可通过一个或多个开口（9）利用气体成分进行加载。

2.根据权利要求1所述的密封装置，还包括一外部凹槽（10），该外部凹槽可通过一个或多个开口被设置成处于相对于环境压力减小的压力下。

3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其中，所述第一和第二密封件（4，6）是PTFE密封件。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的密封装置，其中，第一或第二凹槽（5，7）的容积比第一或第二密封件（4，6）的容积小10%至30%。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的密封装置，其中，所述至少两部分式的容器（1）是用于工业气体涡轮压缩机的壳体。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的密封装置，其中，所述第一和第二密封件（4，6）是PTFE绳。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的密封装置，其中，所述第一、第二和第三凹槽（5，7，8）相互独立地具有在1.5mm至8mm范围内的宽度和在1.2mm至7mm范围内的深度。

8.根据权利要求2至7中任一权利要求所述的密封装置，其中，所述外部凹槽（10）具有在6mm至14mm范围内的宽度和在6mm至20mm范围内的深度。

9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的密封装置，其中，所述分离面（2，3）可以通过至少一个螺纹联接件密封压合在一起。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的密封装置，其中，所述分离面由奥氏体制成。

11.用于制造密封装置的方法，包括下列步骤：

（a）提供根据权利要求1-10中任一权利要求所述的密封装置，

（b）拧紧螺纹联接件以将所述分离面压合在一起，

（c）利用压力在2barg至15barg范围内的气体成分加载所述第三凹槽，以及

（d）加热所述密封装置到220℃至350℃范围内的温度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第三凹槽在步骤（c）中利用氮气加载。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在步骤（e）中，向所述外部凹槽施加在-0.04bar至-0.05bar范围内的负压。

14.根据权利要求11、12或13所述的方法，其中，在启动工业气体涡轮压缩机期间加热所述密封装置。

15.按照权利要求11至14中任一权利要求所述的方法制成的密封装置。

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