Los sellos de aire de bombas de refuerzo dobles, adaptados de la tecnología de sellos de aire del compresor, son más comunes en la industria de sellos de eje. Estos sellos proporcionan una descarga cero del líquido bombeado a la atmósfera, proporcionan menos resistencia a la fricción en el eje de la bomba y funcionan con un sistema de soporte más simple. Estos beneficios proporcionan un menor costo general del ciclo de vida de la solución.
Estos sellos funcionan introduciendo una fuente externa de gas presurizado entre las superficies de sellado interior y exterior. La topografía particular de la superficie de sellado ejerce una presión adicional sobre el gas de barrera, lo que hace que la superficie de sellado se separe, lo que hace que la superficie de sellado flote en la película de gas. Las pérdidas por fricción son bajas porque las superficies de sellado ya no se tocan. El gas de barrera pasa a través de la membrana a un caudal bajo, consumiendo el gas de barrera en forma de fugas, la mayoría de las cuales se escapan a la atmósfera a través de las superficies exteriores del sello. El residuo se filtra dentro de la cámara del sello y finalmente es arrastrado por la corriente del proceso.
Todos los sellos herméticos dobles requieren un fluido presurizado (líquido o gas) entre las superficies interior y exterior del conjunto del sello mecánico. Se requiere un sistema de soporte para entregar este fluido al sello. Por el contrario, en un sello doble a presión lubricado con líquido, el líquido de barrera circula desde el depósito a través del sello mecánico, donde lubrica las superficies del sello, absorbe calor y regresa al depósito donde necesita disipar el calor absorbido. Estos sistemas de soporte de sello dual de presión de fluido son complejos. Las cargas térmicas aumentan con la presión y la temperatura del proceso y pueden causar problemas de confiabilidad si no se calculan y configuran correctamente.
El sistema de soporte de doble sello de aire comprimido ocupa poco espacio, no requiere agua de refrigeración y requiere poco mantenimiento. Además, cuando se dispone de una fuente confiable de gas de protección, su confiabilidad es independiente de la presión y temperatura del proceso.
Debido a la creciente adopción de sellos de aire para bombas de doble presión en el mercado, el Instituto Americano del Petróleo (API) agregó el Programa 74 como parte de la publicación de la segunda edición de API 682.
74 Un sistema de soporte de programa suele ser un conjunto de medidores y válvulas montados en paneles que purgan el gas de barrera, regulan la presión aguas abajo y miden la presión y el flujo de gas hacia los sellos mecánicos. Siguiendo el recorrido del gas barrera a través del panel Plan 74, el primer elemento es la válvula de retención. Esto permite aislar el suministro de gas de barrera del sello para reemplazar el elemento filtrante o realizar el mantenimiento de la bomba. Luego, el gas de barrera pasa a través de un filtro coalescente de 2 a 3 micrómetros (μm) que atrapa líquidos y partículas que pueden dañar las características topográficas de la superficie del sello, creando una película de gas en la superficie del sello. A esto le sigue un regulador de presión y un manómetro para ajustar la presión del suministro de gas de barrera al cierre mecánico.
Los sellos de gas de bomba de doble presión requieren que la presión del suministro de gas de barrera alcance o supere una presión diferencial mínima por encima de la presión máxima en la cámara del sello. Esta caída de presión mínima varía según el fabricante y el tipo de sello, pero suele ser de alrededor de 30 libras por pulgada cuadrada (psi). El interruptor de presión se utiliza para detectar cualquier problema con la presión del suministro de gas de barrera y hacer sonar una alarma si la presión cae por debajo del valor mínimo.
El funcionamiento del sello se controla mediante el flujo de gas de barrera mediante un caudalímetro. Las desviaciones de los caudales de gas de sellado informadas por los fabricantes de sellos mecánicos indican un rendimiento de sellado reducido. La reducción del flujo de gas de barrera puede deberse a la rotación de la bomba o a la migración de fluido hacia la cara del sello (desde gas de barrera o fluido de proceso contaminado).
A menudo, después de tales eventos, se producen daños en las superficies de sellado y luego aumenta el flujo de gas de barrera. Los aumentos repentinos de presión en la bomba o la pérdida parcial de la presión del gas de barrera también pueden dañar la superficie de sellado. Las alarmas de flujo alto se pueden utilizar para determinar cuándo es necesaria una intervención para corregir el flujo alto de gas. El punto de ajuste para una alarma de flujo alto suele estar en el rango de 10 a 100 veces el flujo de gas de barrera normal, generalmente no lo determina el fabricante del sello mecánico, pero depende de cuánta fuga de gas puede tolerar la bomba.
Tradicionalmente se han utilizado caudalímetros de calibre variable y no es raro que los caudalímetros de rango bajo y alto se conecten en serie. Luego se puede instalar un interruptor de flujo alto en el medidor de flujo de rango alto para generar una alarma de flujo alto. Los caudalímetros de área variable sólo se pueden calibrar para determinados gases a determinadas temperaturas y presiones. Cuando se opera en otras condiciones, como fluctuaciones de temperatura entre verano e invierno, el caudal mostrado no puede considerarse un valor exacto, pero está cerca del valor real.
Con el lanzamiento de API 682 4.ª edición, las mediciones de flujo y presión han pasado de analógicas a digitales con lecturas locales. Los caudalímetros digitales se pueden utilizar como caudalímetros de área variable, que convierten la posición del flotador en señales digitales, o caudalímetros másicos, que convierten automáticamente el caudal másico en caudal volumétrico. La característica distintiva de los transmisores de flujo másico es que proporcionan salidas que compensan la presión y la temperatura para proporcionar un flujo real en condiciones atmosféricas estándar. La desventaja es que estos dispositivos son más caros que los caudalímetros de área variable.
El problema con el uso de un transmisor de flujo es encontrar un transmisor capaz de medir el flujo de gas de barrera durante el funcionamiento normal y en puntos de alarma de flujo alto. Los sensores de flujo tienen valores máximos y mínimos que se pueden leer con precisión. Entre el flujo cero y el valor mínimo, es posible que el flujo de salida no sea preciso. El problema es que a medida que aumenta el caudal máximo para un modelo particular de transductor de flujo, también aumenta el caudal mínimo.
Una solución es utilizar dos transmisores (uno de baja frecuencia y otro de alta frecuencia), pero ésta es una opción costosa. El segundo método consiste en utilizar un sensor de flujo para el rango de flujo de funcionamiento normal y utilizar un interruptor de flujo alto con un medidor de flujo analógico de rango alto. El último componente por el que pasa el gas de barrera es la válvula de retención antes de que el gas de barrera abandone el panel y se conecte al sello mecánico. Esto es necesario para evitar el reflujo del líquido bombeado hacia el panel y daños al instrumento en caso de alteraciones anormales del proceso.
La válvula de retención debe tener una presión de apertura baja. Si la selección es incorrecta, o si el sello de aire de la bomba de doble presión tiene un flujo de gas de barrera bajo, se puede ver que la pulsación del flujo de gas de barrera es causada por la apertura y el reajuste de la válvula de retención.
Generalmente, el nitrógeno vegetal se utiliza como gas barrera porque está fácilmente disponible, es inerte y no causa reacciones químicas adversas en el líquido bombeado. También se pueden utilizar gases inertes que no están disponibles, como el argón. En los casos en que la presión del gas de protección requerida es mayor que la presión del nitrógeno de la planta, un aumentador de presión puede aumentar la presión y almacenar el gas a alta presión en un receptor conectado a la entrada del panel Plan 74. Por lo general, no se recomiendan las botellas de nitrógeno embotelladas, ya que requieren el reemplazo constante de cilindros vacíos por otros llenos. Si la calidad del sello se deteriora, la botella se puede vaciar rápidamente, lo que hace que la bomba se detenga para evitar daños mayores y fallas del sello mecánico.
A diferencia de los sistemas de barrera contra líquidos, los sistemas de soporte Plan 74 no requieren proximidad a los sellos mecánicos. La única advertencia aquí es la sección alargada del tubo de pequeño diámetro. Puede ocurrir una caída de presión entre el panel Plan 74 y el sello en la tubería durante períodos de alto flujo (degradación del sello), lo que reduce la presión de barrera disponible para el sello. Aumentar el tamaño de la tubería puede solucionar este problema. Como regla general, los paneles Plan 74 se montan sobre un soporte a una altura conveniente para controlar válvulas y leer lecturas de instrumentos. El soporte se puede montar en la placa base de la bomba o al lado de la bomba sin interferir con la inspección y el mantenimiento de la bomba. Evite riesgos de tropiezo en tuberías/tuberías que conectan paneles Plan 74 con sellos mecánicos.
Para bombas intercojinetes con dos sellos mecánicos, uno en cada extremo de la bomba, no se recomienda utilizar un panel y una salida de gas de barrera separada para cada sello mecánico. La solución recomendada es utilizar un panel Plan 74 separado para cada sello, o un panel Plan 74 con dos salidas, cada una con su propio conjunto de caudalímetros e interruptores de flujo. En zonas con inviernos fríos puede ser necesario pasar el invierno en los paneles Plan 74. Esto se hace principalmente para proteger el equipo eléctrico del panel, generalmente encerrando el panel en el gabinete y agregando elementos calefactores.
Un fenómeno interesante es que el caudal de gas de barrera aumenta al disminuir la temperatura del suministro de gas de barrera. Esto suele pasar desapercibido, pero puede volverse perceptible en lugares con inviernos fríos o grandes diferencias de temperatura entre verano e invierno. En algunos casos, puede ser necesario ajustar el punto de ajuste de la alarma de flujo alto para evitar falsas alarmas. Los conductos de aire del panel y las tuberías/tubos de conexión deben purgarse antes de poner en servicio los paneles Plan 74. Esto se logra más fácilmente agregando una válvula de ventilación en o cerca de la conexión del sello mecánico. Si no hay una válvula de purga disponible, el sistema se puede purgar desconectando el tubo/tubo del sello mecánico y luego reconectándolo después de la purga.
Después de conectar los paneles Plan 74 a los sellos y verificar todas las conexiones en busca de fugas, el regulador de presión ahora se puede ajustar a la presión establecida en la aplicación. El panel debe suministrar gas barrera presurizado al sello mecánico antes de llenar la bomba con fluido de proceso. Los sellos y paneles del Plan 74 están listos para comenzar cuando se hayan completado los procedimientos de puesta en servicio y ventilación de la bomba.
El elemento filtrante debe inspeccionarse después de un mes de funcionamiento o cada seis meses si no se encuentra contaminación. El intervalo de sustitución del filtro dependerá de la pureza del gas suministrado, pero no debe exceder los tres años.
Las tasas de gas de barrera deben verificarse y registrarse durante las inspecciones de rutina. Si la pulsación del flujo de aire de la barrera causada por la apertura y el cierre de la válvula de retención es lo suficientemente grande como para activar una alarma de flujo alto, es posible que sea necesario aumentar estos valores de alarma para evitar falsas alarmas.
Un paso importante en el desmantelamiento es que el aislamiento y la despresurización del gas de protección debe ser el último paso. Primero, aísle y despresurice la carcasa de la bomba. Una vez que la bomba esté en condiciones seguras, se puede apagar la presión del suministro de gas de protección y eliminar la presión del gas de la tubería que conecta el panel Plan 74 al sello mecánico. Drene todo el líquido del sistema antes de comenzar cualquier trabajo de mantenimiento.
Los sellos de aire de bomba de doble presión combinados con los sistemas de soporte Plan 74 brindan a los operadores una solución de sello de eje sin emisiones, menor inversión de capital (en comparación con sellos con sistemas de barrera contra líquidos), costo de ciclo de vida reducido, espacio reducido para el sistema de soporte y requisitos mínimos de servicio.
Cuando se instala y opera de acuerdo con las mejores prácticas, esta solución de contención puede brindar confiabilidad a largo plazo y aumentar la disponibilidad de los equipos rotativos.
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Mark Savage es director de grupo de productos en John Crane. Savage tiene una Licenciatura en Ingeniería de la Universidad de Sydney, Australia. Para obtener más información, visite johncrane.com.
Hora de publicación: 08-sep-2022