Os selos de aire dobres para bombas de sobrepresión, adaptados da tecnoloxía de selos de aire para compresores, son máis comúns na industria dos selos de eixe. Estes selos proporcionan unha descarga cero do líquido bombeado á atmosfera, proporcionan menos resistencia por fricción no eixe da bomba e funcionan cun sistema de soporte máis sinxelo. Estas vantaxes proporcionan un custo global do ciclo de vida da solución máis baixo.
Estes selos funcionan introducindo unha fonte externa de gas presurizado entre as superficies de selado interior e exterior. A topografía particular da superficie de selado exerce unha presión adicional sobre o gas de barreira, o que fai que a superficie de selado se separe e, polo tanto, flote na película de gas. As perdas por fricción son baixas, xa que as superficies de selado xa non se tocan. O gas de barreira atravesa a membrana a un caudal baixo, consumindo o gas de barreira en forma de fugas, a maioría das cales se filtran á atmosfera a través das superficies de selado exteriores. O residuo fíltrase na cámara de selado e finalmente é arrastrado pola corrente do proceso.
Todos os selos herméticos dobres requiren un fluído presurizado (líquido ou gas) entre as superficies interna e externa do conxunto do selo mecánico. Requírese un sistema de soporte para subministrar este fluído ao selo. Pola contra, nun selo dobre a presión lubricado por líquido, o fluído de barreira circula desde o depósito a través do selo mecánico, onde lubrica as superficies do selo, absorbe a calor e regresa ao depósito onde necesita disipar a calor absorbida. Estes sistemas de soporte de selo dobre a presión de fluído son complexos. As cargas térmicas aumentan coa presión e a temperatura do proceso e poden causar problemas de fiabilidade se non se calculan e axustan correctamente.
O sistema de soporte de dobre selo de aire comprimido ocupa pouco espazo, non require auga de refrixeración e require pouco mantemento. Ademais, cando se dispón dunha fonte fiable de gas de protección, a súa fiabilidade é independente da presión e da temperatura do proceso.
Debido á crecente adopción de selos de aire para bombas de dobre presión no mercado, o Instituto Americano do Petróleo (API) engadiu o Programa 74 como parte da publicación da segunda edición da norma API 682.
74 Un sistema de apoio ao programa adoita ser un conxunto de manómetros e válvulas montados no panel que purgan o gas de barreira, regulan a presión augas abaixo e miden a presión e o fluxo de gas aos selos mecánicos. Seguindo a traxectoria do gas de barreira a través do panel do Plan 74, o primeiro elemento é a válvula de retención. Isto permite illar o subministro de gas de barreira do selo para a substitución do elemento filtrante ou o mantemento da bomba. O gas de barreira pasa entón a través dun filtro coalescente de 2 a 3 micrómetros (µm) que atrapa líquidos e partículas que poden danar as características topográficas da superficie do selo, creando unha película de gas na superficie desta. A isto séguelle un regulador de presión e un manómetro para axustar a presión do subministro de gas de barreira ao selo mecánico.
Os selos de gas de bomba de dobre presión requiren que a presión de subministración de gas de barreira alcance ou supere unha presión diferencial mínima por riba da presión máxima na cámara do selo. Esta caída de presión mínima varía segundo o fabricante e o tipo de selo, pero normalmente é duns 30 libras por polgada cadrada (psi). O interruptor de presión úsase para detectar calquera problema coa presión de subministración de gas de barreira e facer soar unha alarma se a presión cae por debaixo do valor mínimo.
O funcionamento do selo contrólase mediante o fluxo de gas de barreira mediante un medidor de fluxo. As desviacións dos caudais do gas de selo notificadas polos fabricantes de selos mecánicos indican un rendemento de selo reducido. Un fluxo de gas de barreira reducido pode deberse á rotación da bomba ou á migración do fluído á cara do selo (proveniente de gas de barreira ou fluído de proceso contaminado).
A miúdo, despois destes eventos, prodúcense danos nas superficies de selado e, polo tanto, o fluxo de gas de barreira aumenta. As picos de presión na bomba ou a perda parcial da presión do gas de barreira tamén poden danar a superficie de selado. As alarmas de alto fluxo pódense usar para determinar cando é necesario intervir para corrixir o fluxo de gas alto. O punto de axuste para unha alarma de alto fluxo adoita estar no rango de 10 a 100 veces o fluxo de gas de barreira normal, que normalmente non é determinado polo fabricante do selo mecánico, senón que depende da cantidade de fuga de gas que poida tolerar a bomba.
Tradicionalmente, empregáronse caudalímetros de manómetro variable e non é raro que os caudalímetros de rango baixo e alto se conecten en serie. Pódese instalar un interruptor de caudal alto no caudalímetro de rango alto para dar unha alarma de caudal alto. Os caudalímetros de área variable só se poden calibrar para certos gases a certas temperaturas e presións. Cando funcionan noutras condicións, como as flutuacións de temperatura entre o verán e o inverno, o caudal mostrado non se pode considerar un valor preciso, senón que se achega ao valor real.
Co lanzamento da 4.ª edición da norma API 682, as medicións de fluxo e presión pasaron de analóxicas a dixitais con lecturas locais. Os caudalímetros dixitais pódense usar como caudalímetros de área variable, que converten a posición do flotador en sinais dixitais, ou como caudalímetros de masa, que converten automaticamente o fluxo de masa en fluxo volumétrico. A característica distintiva dos transmisores de fluxo de masa é que proporcionan saídas que compensan a presión e a temperatura para proporcionar un fluxo real en condicións atmosféricas estándar. A desvantaxe é que estes dispositivos son máis caros que os caudalímetros de área variable.
O problema de usar un transmisor de fluxo é atopar un transmisor capaz de medir o fluxo de gas de barreira durante o funcionamento normal e en puntos de alarma de fluxo alto. Os sensores de fluxo teñen valores máximos e mínimos que se poden ler con precisión. Entre o fluxo cero e o valor mínimo, o fluxo de saída pode non ser preciso. O problema é que a medida que aumenta o caudal máximo para un modelo de transdutor de fluxo en particular, tamén aumenta o caudal mínimo.
Unha solución é usar dous transmisores (un de baixa frecuencia e outro de alta frecuencia), pero esta é unha opción cara. O segundo método é usar un sensor de fluxo para o rango de fluxo de funcionamento normal e usar un interruptor de fluxo alto cun medidor de fluxo analóxico de rango alto. O último compoñente polo que pasa o gas de barreira é a válvula de retención antes de que o gas de barreira saia do panel e se conecte ao selo mecánico. Isto é necesario para evitar o refluxo do líquido bombeado ao panel e danos no instrumento en caso de alteracións anormais do proceso.
A válvula de retención debe ter unha presión de apertura baixa. Se a selección é incorrecta ou se o selo de aire da bomba de dobre presión ten un fluxo de gas de barreira baixo, pódese ver que a pulsación do fluxo de gas de barreira está causada pola apertura e o reajuste da válvula de retención.
Xeralmente, o nitróxeno vexetal úsase como gas de barreira porque está dispoñible de inmediato, é inerte e non causa ningunha reacción química adversa no líquido bombeado. Tamén se poden usar gases inertes que non están dispoñibles, como o argon. Nos casos nos que a presión do gas de protección requirida sexa maior que a presión do nitróxeno da planta, un reforzo de presión pode aumentar a presión e almacenar o gas a alta presión nun receptor conectado á entrada do panel Plan 74. As botellas de nitróxeno embotelladas xeralmente non se recomendan, xa que requiren a substitución constante dos cilindros baleiros por outros cheos. Se a calidade do selo se deteriora, a botella pódese baleirar rapidamente, o que fai que a bomba pare para evitar máis danos e fallos no selo mecánico.
A diferenza dos sistemas de barreira líquida, os sistemas de soporte Plan 74 non requiren estar moi preto dos selos mecánicos. A única advertencia aquí é a sección alongada do tubo de pequeno diámetro. Pode producirse unha caída de presión entre o panel Plan 74 e o selo na tubaxe durante os períodos de alto fluxo (degradación do selo), o que reduce a presión de barreira dispoñible para o selo. Aumentar o tamaño da tubaxe pode solucionar este problema. Como regra xeral, os paneis Plan 74 móntanse nun soporte a unha altura conveniente para controlar as válvulas e ler as lecturas dos instrumentos. O soporte pódese montar na placa base da bomba ou xunto á bomba sen interferir coa inspección e o mantemento da bomba. Evite os riscos de tropezo nas tubaxes/tubaxes que conectan os paneis Plan 74 con selos mecánicos.
Para bombas entre palieres con dous selos mecánicos, un en cada extremo da bomba, non se recomenda usar un panel e unha saída de gas de barreira separada para cada selo mecánico. A solución recomendada é usar un panel Plan 74 separado para cada selo ou un panel Plan 74 con dúas saídas, cada unha co seu propio conxunto de caudalímetros e interruptores de fluxo. En zonas con invernos fríos pode ser necesario sobreinvernar os paneis Plan 74. Isto faise principalmente para protexer o equipo eléctrico do panel, normalmente encerrando o panel no armario e engadindo elementos calefactores.
Un fenómeno interesante é que o caudal do gas de barreira aumenta ao diminuír a temperatura de subministración do gas de barreira. Isto adoita pasar desapercibido, pero pode facerse perceptible en lugares con invernos fríos ou grandes diferenzas de temperatura entre o verán e o inverno. Nalgúns casos, pode ser necesario axustar o punto de axuste da alarma de caudal alto para evitar falsas alarmas. Os condutos de aire do panel e as tubaxes/tubaxes de conexión deben purgarse antes de poñer en servizo os paneis Plan 74. Isto conséguese máis facilmente engadindo unha válvula de ventilación na conexión do selo mecánico ou preto dela. Se non hai unha válvula de purga dispoñible, o sistema pode purgarse desconectando o tubo/tubo do selo mecánico e logo volvéndoo conectar despois da purga.
Despois de conectar os paneis do Plan 74 aos selos e comprobar se hai fugas en todas as conexións, o regulador de presión pódese axustar á presión establecida na aplicación. O panel debe subministrar gas de barreira presurizado ao selo mecánico antes de encher a bomba con fluído de proceso. Os selos e paneis do Plan 74 estarán listos para arrancar cando se completen os procedementos de posta en servizo e ventilación da bomba.
O elemento filtrante debe inspeccionarse despois dun mes de funcionamento ou cada seis meses se non se atopa contaminación. O intervalo de substitución do filtro dependerá da pureza do gas subministrado, pero non debe exceder os tres anos.
As taxas de gas de barreira deben comprobarse e rexistrarse durante as inspeccións de rutina. Se a pulsación do fluxo de aire de barreira causada pola apertura e o peche da válvula de retención é o suficientemente grande como para activar unha alarma de fluxo alto, pode ser necesario aumentar estes valores de alarma para evitar falsas alarmas.
Un paso importante na posta fóra de servizo é que o illamento e a despresurización do gas de protección deben ser o último paso. Primeiro, illa e despresuriza a carcasa da bomba. Unha vez que a bomba estea en condicións seguras, pódese cortar a presión de subministración do gas de protección e retirar a presión do gas das tubaxes que conectan o panel Plan 74 ao selo mecánico. Drene todo o fluído do sistema antes de comezar calquera traballo de mantemento.
Os selos de aire para bombas de dobre presión combinados cos sistemas de soporte Plan 74 proporcionan aos operadores unha solución de selo de eixe de cero emisións, un menor investimento de capital (en comparación cos selos con sistemas de barreira líquida), un custo do ciclo de vida reducido, unha pequena pegada do sistema de soporte e requisitos mínimos de servizo.
Cando se instala e opera de acordo coas mellores prácticas, esta solución de contención pode proporcionar fiabilidade a longo prazo e aumentar a dispoñibilidade dos equipos rotatorios.
We welcome your suggestions on article topics and sealing issues so that we can better respond to the needs of the industry. Please send your suggestions and questions to sealsensequestions@fluidsealing.com.
Mark Savage é xestor de grupos de produtos en John Crane. Savage ten unha licenciatura en Enxeñaría pola Universidade de Sydney, Australia. Para obter máis información, visite johncrane.com.
Data de publicación: 08-09-2022