Segel Gas vs Segel Bertekanan Basah
Aug 22, 2025
Segel Gas vs Segel Bertekanan BasahMengingat peraturan lingkungan yang semakin ketat, teknologi penyegelan gas tetap krusial untuk memastikan pengoperasian pompa, mixer, dan peralatan putar yang aman, andal, dan berkelanjutan. Pelumasan ujung gas kering menawarkan keuntungan signifikan, memastikan kemurnian produk yang tinggi dan nol emisi. Teknologi ini telah secara efektif mengurangi emisi berbahaya selama bertahun-tahun. Diperkirakan selama 31 tahun terakhir, sekitar 105.000 segel gas non-kontak telah terjual, dengan masa pakai rata-rata enam tahun. Hal ini menunjukkan potensi pengurangan emisi beracun sebesar sekitar 272,2 juta pon (123,4 kg) melalui teknologi tanpa emisi. Teknologi Kontrol Ketersediaan Maksimum (MACT) merupakan alat kunci dalam mencapai tujuan ini. Departemen Manajemen Kualitas Udara California (AQMD) memperkirakan emisi tahunan dari pompa proses kimia/pemurnian sebesar 432 pon, sementara data terbaru dari Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) menunjukkan hingga 2.200 pon per pompa. Sejak tahun 1993, teknologi ini terbukti menghemat $500 per segel (dengan biaya listrik 6 sen per kilowatt-jam). Saat ini, dengan biaya energi yang meningkat menjadi 10–16 sen per kilowatt-jam, penghematan energi tahunan per segel telah mencapai $1.350. Gambar 1 Perbandingan Konsumsi Energi antara Segel Gas dan Segel Basah Gambar 2. Pola permukaan alur spiral dan gradien tekanan yang dihasilkan oleh alur tersebut Saat ini tersedia berbagai macam pengaturan penyegelan untuk mengurangi emisi. Berikut peringkat kemampuannya dalam mengendalikan emisi pada peralatan berputar, dari yang terbaik hingga yang terburuk:● Segel gas bertekanan ganda, non-kontak● Segel cairan bertekanan ganda● Segel tanpa tekanan ganda dengan segel penghalang cairan● Segel tanpa tekanan ganda dengan segel penghalang kontak/non-kontak yang bekerja kering● Segel tunggal dengan selongsong● Segel tunggal● Segel isian Evolusi Teknologi Penyegelan dalam Pemompaan Fluida Pompa fluida awal menggunakan packing serat berlapis lilin atau grafit untuk menutup kebocoran poros, tetapi metode ini menghasilkan panas dan memperpendek masa pakai. Cincin lentera berlubang diperkenalkan untuk meningkatkan pelumasan dan pendinginan. Pelumasan yang baik secara efektif memperpanjang masa pakai permukaan geser. Keterbatasan ini mendorong pengembangan segel poros mekanis, yang membutuhkan pelumasan efektif. Kemajuan dalam tribologi dan rekayasa fluida telah semakin mengoptimalkan sistem pelumasan segel. Produsen telah merancang struktur permukaan ujung yang tahan tekanan dan aus, beberapa di antaranya bahkan memanfaatkan deformasi untuk meningkatkan pelumasan dan mengurangi keausan. Permukaan segel yang digiling dan dipoles menawarkan ketahanan tekanan, gesekan, dan aus yang sangat baik. Pelumasan permukaan segel cair diadopsi secara luas karena kestabilannya terhadap tekanan tinggi, tahan panas, dan kompatibilitas dengan fluida proses. Perkembangan Teknologi Spiral Groove Profesor tribologi Belanda, Evert Muijderman, memelopori penggunaan pola alur berulang dalam ultracentrifuge. Teknologi ini kemudian berkembang menjadi segel mekanis dan pertama kali digunakan dalam pompa lebih dari 30 tahun yang lalu. Fungsi non-kontak dicapai melalui pola pada satu permukaan penyegel. Saat poros berputar, pola tersebut memisahkan permukaan penyegel, menghilangkan gesekan. Gas inert (seperti nitrogen) digunakan sebagai gas penghalang, pada tekanan 20 hingga 30 psi di atas tekanan proses, sehingga mencapai emisi nol. Alur spiral biasanya memiliki alur spiral logaritmik yang dimesinkan ke dalam satu permukaan penyegel (biasanya terbuat dari material yang lebih keras). Saat poros berputar, gas terhisap ke dalam alur, dikompresi oleh geser viskos, lalu mengembang di bendungan penyegel, menciptakan celah pemisah beberapa mikron di antara kedua permukaan penyegel. Efek tekanan statis selama waktu henti membantu meminimalkan kerusakan permukaan penyegel. Segel alur spiral paling awal berupa alur searah pada diameter luar permukaan ujung tetap. Karena kecepatan pompa proses jauh lebih rendah daripada kompresor turbo (hanya 1200 hingga 3600 rpm), material yang lebih kuat, desain alur yang canggih, serta beban pegas dan gesekan cincin-O yang lebih rendah diperlukan untuk meningkatkan efisiensi pemisahan permukaan segel. Aplikasi Teknologi Spiral Groove Pada tahun 1992, sebuah produsen polimer berhasil menerapkan segel gas kering non-kontak pada sebuah pompa, yang secara efektif melindungi kemurnian produk dan lingkungan. Selama 30 tahun terakhir, teknologi ini telah banyak digunakan pada peralatan seperti pompa, mixer, kipas, dan blower, yang beroperasi pada berbagai kecepatan, tekanan, suhu, dan beban padatan. Gambar 3 menunjukkan segel non-kontak bertekanan ganda pertama yang dipasang di pompa sentrifugal berdiameter besar. Gambar 4 mengilustrasikan segel gas non-kontak yang cocok untuk lubang standar ANSI dan DIN, dilengkapi cincin pasangan beralur spiral dan gas penghalang inert. Gambar 5 menunjukkan konfigurasi segel yang sama dengan tambahan saluran pembuangan untuk kondisi proses hingga 30% muatan padatan. Gambar 3: Segel non-kontak bertekanan ganda pertama yang dipasang pada pompa proses, sekitar tahun 1992 Gambar 4: Segel berpelumas gas, non-kontak untuk rongga segel lubang standar Gambar 5: Rongga segel lubang standar, tanpa kontak, dan dilumasi gas Teknologi ini kemudian diperluas ke mixer dan wadah, yang banyak digunakan dalam industri farmasi, pengolahan makanan, dan petrokimia untuk memastikan kemurnian produk. Para perancang juga mengembangkan alur spiral pada cincin primer karbon untuk mengakomodasi kondisi runout poros kecepatan rendah dan tinggi, sehingga menghasilkan gaya angkat hidrodinamik dan hidrostatik. Dua puluh tahun kemudian, desain segel ditingkatkan lebih lanjut untuk memenuhi tuntutan tekanan yang lebih tinggi dan proses yang sarat padatan. Gambar 7 menunjukkan segel baru yang dirancang untuk pompa ANSI berdiameter besar, yang menawarkan penanganan dan kinerja padatan yang lebih baik. Perkembangan terbaru adalah segel gas yang cocok untuk penggunaan suhu tinggi (hingga 425°C/800°F). Segel bellow logam, yang ditunjukkan pada Gambar 8, memberikan gaya pegas, mengakomodasi perpindahan aksial, dan mentransmisikan torsi secara efektif. Bellow bertindak sebagai elemen penyegel dinamis, mendukung berbagai kombinasi segel sekunder. Segel ini dilengkapi penyeimbang tekanan dan operasi terbalik untuk mencegah kebocoran fluida proses secara tidak sengaja. Gambar 6: Mixer non-kontak berpelumas gas Gambar 7: Segel non-kontak berpelumas gas untuk material padat dan bertekanan tinggi Gambar 8: Segel non-kontak berpelumas gas untuk layanan suhu tinggi Aplikasi Teknologi Spiral Groove Pada semua konfigurasi segel ganda bertekanan, tekanan fluida penghalang lebih tinggi daripada tekanan proses yang disegel. Segel gas ganda berbeda dari konfigurasi segel bertekanan lainnya karena tidak bergantung pada sirkulasi fluida di antara segel, melainkan bergantung pada sumber gas inert eksternal untuk menekan ruang segel. Menurut API 682, Edisi Keempat, rencana perpipaan yang sesuai untuk jenis segel ini adalah Rencana Perpipaan 74. Gambar 9 menunjukkan diagram skema dasar dari rencana ini. Gambar 9 Rencana Perpipaan API 74 - API 682 Edisi Keempat Sistem penyegelan bekerja dengan mengalirkan fluida dari area bertekanan tinggi ke area bertekanan rendah. Segel mekanis meminimalkan kebocoran melalui permukaan penyegelan dan cincin-O, sekaligus menjaga celah kecil untuk mencegah panas berlebih. Celah ini memungkinkan fluida bertekanan tinggi mengalir ke atmosfer. Segel penghalang gas kering menggunakan gas inert yang diatur (seperti nitrogen) pada tekanan 30 hingga 50 psi di atas tekanan proses untuk mencapai penyegelan. Nitrogen paling umum digunakan sebagai gas penghalang karena kompatibilitas dan harganya yang terjangkau. Nitrogen biasanya dipasok dari saluran nitrogen bertekanan atau dari tabung nitrogen, tetapi cara ini kurang andal. Jika tekanan nitrogen tidak mencukupi, booster gas dapat digunakan. Sistem kontrol harus mengatur tekanan, menyaring gas penghalang, dan memantau tekanan serta aliran untuk mencegah tekanan berlebih. Karena celah antar permukaan segel sangat kecil, gas harus disaring hingga kurang dari 1 mikron. Flow meter memantau aliran gas, sementara panel API Plan 74 dilengkapi dengan pemancar untuk memantau status segel secara terus-menerus. Parameter kuncinya adalah tekanan gas penghalang yang disuplai ke segel. Keuntungan Segel Gas bagi Pengguna Akhir Meskipun segel gas memiliki banyak keunggulan dalam peralatan pompa, masih terdapat beberapa kesalahpahaman mengenai pilihan antara konfigurasi segel bertekanan ganda basah dan kering. Segel bertekanan basah menggunakan fluida penghalang cair (seperti API Plan 53A/B/C dan 54) untuk pelumasan dan pendinginan, sementara segel bertekanan kering menggunakan gas dan memerlukan pra-pengkondisian minimal. Perbandingan BiayaBiaya dasar kaset segel basah dan kering serupa. Segel basah membutuhkan nitrogen, cairan bersih, kabel listrik, air pendingin, dan daya untuk pompa dan kipas; sementara segel kering, terutama mengandalkan nitrogen dan sambungan listrik; jika diperlukan tekanan, mereka hanya membutuhkan daya untuk penguat nitrogen. Kompatibilitas Cairan PenghalangSegel basah memiliki persyaratan kompatibilitas yang lebih tinggi untuk fluida penghalang cair, yang dapat memengaruhi kualitas proses. Segel kering menggunakan nitrogen inert, yang umumnya tidak menimbulkan masalah kompatibilitas. Pemantauan dan Pemeliharaan SistemSegel basah memerlukan pengisian ulang cairan penghalang secara berkala dan perawatan penukar panas. Segel kering memerlukan pemantauan tekanan penghalang dan sumber nitrogen cadangan untuk memastikan keandalan sistem. Meskipun laju aliran gas yang tinggi dengan segel kering memerlukan investigasi, pengoperasian lanjutan umumnya dapat diterima selama tekanan penghalang tetap stabil. Konsumsi Energi dan Kontrol PanasDibandingkan dengan segel gas, segel basah mengonsumsi lebih banyak tenaga kuda dan menghasilkan lebih banyak panas. Segel gas juga mengalami kenaikan suhu dan konsumsi energi yang lebih rendah. Menurut statistik, segel basah mengonsumsi sekitar 1.300 kWh listrik dan melepaskan 2 ton karbon dioksida (CO₂) per tahun, sementara segel kering hanya mengonsumsi 350 kWh dan melepaskan 0,54 ton CO₂. Selama 31 tahun terakhir, sekitar 105.000 segel gas telah dipasang di seluruh dunia, dengan masa pakai rata-rata enam tahun per sistem, menghasilkan penghematan energi kumulatif sebesar 8,6 juta kWh, setara dengan total konsumsi listrik penduduk Houston, Texas. Fleksibilitas InstalasiSistem segel gas menghilangkan kebutuhan akan sirkulasi fluida yang kompleks, sehingga memungkinkan fleksibilitas yang lebih besar dalam lokasi pemasangan instrumen kontrol dan pemantauan. Sebaliknya, segel basah memerlukan pemasangan yang lebih dekat dengan peralatan untuk mengurangi kehilangan perpipaan. Fleksibilitas ini khususnya berguna dalam proyek retrofit peralatan, yang memudahkan perawatan dan perbaikan. Dibandingkan dengan segel kontak berpelumas cairan tradisional, teknologi segel gas kering non-kontak secara signifikan mengurangi emisi buronan dari pompa proses, menghemat ribuan ton limbah beracun dan menghilangkan kebutuhan akan air pendingin. Lebih lanjut, teknologi ini mengurangi rugi daya parasit, meningkatkan efisiensi energi secara signifikan, dan menghemat sekitar 2 ton CO₂ per pompa per tahun. Lebih lanjut, peningkatan waktu rata-rata antar perbaikan (MTBR) dan keandalan peralatan menawarkan keuntungan biaya operasional yang signifikan. Teknologi segel pelumas gas kering non-kontak tetap menjadi solusi ideal untuk mencapai tujuan pengurangan emisi dan meningkatkan keandalan peralatan. Sebagaimana teknologi canggih lainnya, penerapannya harus berdasarkan ilmu pengetahuan dan disesuaikan dengan kondisi setempat. Pemilihan dan penerapan teknologi ini yang tepat tidak hanya meningkatkan kinerja peralatan tetapi juga memberikan manfaat ekonomi dan lingkungan yang signifikan.
BACA SELENGKAPNYA