Las reparaciones relacionadas con los sellos consumen entre el 60 % y el 70 % del presupuesto de mantenimiento de las bombas centrífugas. Es una cifra alarmante. Y cuando las bombas funcionan a temperaturas elevadas (superiores a 150 °C [300 °F]), el desafío se agrava considerablemente.
Para la mayoría de aplicaciones de alta temperatura, Plan API 23 (circuito cerrado cámara de sellado El sistema de enfriamiento por aire (Plan 53B) ofrece el mejor equilibrio entre eficiencia de enfriamiento y ahorro de energía para sellos simples. Para configuraciones de sellos dobles en servicios críticos o peligrosos por encima de 120 °C (250 °F), el Plan 53B es la mejor opción.
Pero el mejor plan depende de tu situación específica. Permíteme explicarte cómo tomar esa decisión.
¿Qué planes de lavado API 682 funcionan mejor para el servicio de alta temperatura?
La 4.ª edición de API 682 define 32 configuraciones básicas de tuberías. Para aplicaciones de alta temperatura, normalmente se elige entre el Plan 21, el Plan 23 o el Plan 32 para sellos simples, y el Plan 53A, 53B o 54 para configuraciones dobles.
¿Cuándo se debe utilizar el Plan 21 (Recirculación de descarga refrigerada)?
El Plan 21 toma el fluido de proceso de la descarga de la bomba, lo conduce a través de un orificio y un intercambiador de calor, y luego lo inyecta enfriado en la cámara de sellado. Es básicamente un Plan 11 con un enfriador incorporado.
Mejores aplicaciones:
- Fluidos limpios calientes y no polimerizantes por debajo de 176 °C (350 °F)
- Situaciones que requieren caudales de descarga elevados
- Cuando el fluido de proceso es un buen lubricante pero necesita una reducción de temperatura
Limitaciones a considerar:
El Plan 21 es un sistema de circuito abierto. Se extrae continuamente fluido caliente de la descarga, se enfría y se inyecta en la cámara de sellado, donde se mezcla con el proceso y regresa a la bomba. Esto significa que el enfriador debe gestionar la temperatura total del proceso en la entrada.
En aplicaciones de alta temperatura, esto genera problemas de incrustaciones. Cuando el fluido de proceso a 300 °C entra en contacto con los tubos relativamente fríos de un intercambiador de calor refrigerado por agua, se produce una ebullición localizada. Si el agua de refrigeración contiene sólidos disueltos (y la mayoría del agua de refrigeración de plantas los contiene), estos se precipitan en las superficies de los tubos. La transferencia de calor disminuye, la temperatura del sello aumenta y se producen fallos prematuros.
El Plan 21 también consume más energía que el Plan 23 porque estás bombeando líquido continuamente a través del circuito de enfriamiento.
¿Por qué el Plan 23 es la opción preferida para la mayoría de aplicaciones de alta temperatura?
El Plan 23 es fundamentalmente diferente. En lugar de extraer fluido de la descarga, lo hace circular desde la propia cámara de sellado a través de un enfriador y de regreso a la cámara de sellado. anillo de bombeo En el sello se proporciona la fuerza de circulación.
Este enfoque de circuito cerrado ofrece varias ventajas:
Es dramáticamente más eficiente. El Plan 23 solo elimina el calor generado en las caras del sello, además del calor que se absorbe desde la carcasa de la bomba. No intenta enfriar todo el flujo de proceso. Esto se traduce en un enfriador más pequeño, menores costos de energía y menor potencial de ensuciamiento.
Logra temperaturas más bajas en la cámara de sellado. Dado que el fluido enfriado recircula en un circuito cerrado en lugar de mezclarse nuevamente con la corriente de proceso caliente, Plan 23 puede mantener temperaturas significativamente más bajas en las caras del sello.
Los números hablan por si mismos. Los expertos de la industria califican constantemente el Plan 23 como la mejor opción para el servicio a alta temperatura. Un ingeniero de sellos a quien respeto lo expresa sin rodeos: el Plan 23 es "probablemente el mejor plan, sin lugar a dudas, para un servicio optimizado". sello mecánico “Rendimiento en aplicaciones de alta temperatura”.
Requisitos críticos de instalación:
El Plan 23 no tolera una instalación deficiente. El intercambiador de calor debe ubicarse a menos de 3 metros (10 pies) del sello y a 45-60 cm (18-24 pulgadas) por encima de la línea central del sello. Esta diferencia de elevación ayuda al anillo de bombeo a establecer la circulación y permite el flujo del termosifón durante la parada.
Necesita un respiradero de punto alto con una válvula de bloqueo. El aire o el vapor atrapados en el circuito de refrigeración interrumpirán la circulación y dejarán el sello sin refrigeración, justo cuando más la necesita.
Los tubos de media pulgada (12 mm) funcionan para la mayoría de las aplicaciones, pero los tubos de tres cuartos de pulgada (18 mm) reducen la resistencia al flujo si está forzando las capacidades del anillo de bombeo.
¿Cuándo tiene sentido el Plan 32 (Lavado externo)?
El Plan 32 inyecta fluido limpio desde una fuente externa directamente en la cámara de sellado. casquillo de garganta en la parte posterior de la cámara restringe el flujo hacia la succión de la bomba, manteniendo una presión más alta en la cámara del sello.
Mejores aplicaciones:
- Fluidos de proceso contaminados o cargados de partículas
- Fluidos polimerizantes u oxidantes que no deben entrar en contacto con el sello
- Fluidos con poca lubricidad
- Cuando necesita tanto refrigeración como aislamiento de la contaminación
El compromiso de alta temperatura:
Para aplicaciones en caliente, el Plan 32 puede crear problemas. descarga externa El fluido, generalmente agua, entra a temperatura ambiente. Este fluido frío, al chocar con la corriente de proceso caliente, provoca pérdidas térmicas que pueden costar decenas de miles de dólares anuales en energía.
el rubor El fluido también diluye el producto. Si opera un reactor químico a concentraciones precisas, agregar agua al flujo de proceso puede ser inaceptable.
Existe otro problema sutil: el lavado externo suele tener un punto de ebullición más bajo que el fluido del proceso. Inyectar un líquido con un punto de ebullición más bajo en una cámara de sellado caliente puede reducir el NPSH disponible en el impulsor, ya que dicho líquido se mezcla con el proceso.
La presión de descarga del Plan 32 debe mantenerse al menos 2 barg (30 psig) por encima de la presión de la cámara de sellado. El rango aceptable es estrecho, típicamente entre 10 y 15 psi por encima de la presión de la cámara de sellado. Si es demasiado baja, se producirá contaminación del proceso. Si es demasiado alta, se aplastará la película lubricante en las caras del sello.
¿Cuándo conviene actualizar a sistemas de sello doble?
Los sellos simples con planes de descarga adecuados soportan bien muchas aplicaciones de alta temperatura. Sin embargo, algunas situaciones requieren la protección adicional de sellos dobles.
¿Qué hace que el Plan 53B sea ideal para servicios críticos de alta temperatura?
Un sistema de doble sello conecta dos sellos en serie con una cámara de fluido barrera entre ellos. El sello interior contiene el proceso; el sello exterior impide que el fluido barrera llegue a la atmósfera. El Plan 53B proporciona circulación de fluido barrera presurizado con disipación de calor.
Cómo funciona el Plan 53B:
Un acumulador de vejiga aplica presión de nitrógeno al fluido de barrera sin que el gas entre en contacto directo con el líquido. Esto elimina los problemas de arrastre de gas que pueden afectar a los sistemas Plan 53A. Un anillo de bombeo hace circular el fluido de barrera a través de un intercambiador de calor integrado, eliminando tanto el calor generado por el sello como la acumulación de calor de la carcasa de la bomba.
Capacidades de temperatura y presión:
El Plan 53B funciona de forma fiable hasta 260 °C (500 °F) cuando la presión de la barrera se mantiene por debajo de 200 psi. La experiencia práctica demuestra que los sistemas pueden soportar 300 psig si la temperatura se controla por debajo de 120 °C (250 °F).
¿Cómo se comparan los planes 53A, 53B y 54 para aplicaciones de alta temperatura?
| Característica | Plan 53A | Plano 53B | plan de 54 |
|---|---|---|---|
| Presurización | Contacto directo con gas | Acumulador de vejiga | Bomba externa |
| Presión máxima | 150 psig (300 psig con control de temperatura) | Más de 200 psig | Sin límite práctico |
| Enfriamiento | Limitada (sin intercambiador integral) | Bueno (intercambiador de calor integrado) | Excelente (circuito de refrigeración dedicado) |
| Mejor rango de temperatura | Por debajo de 120°C (250°F) | Por debajo de 260°C (500°F) | Hasta 425 °C (800 °F) |
| Complejidad/Costo | Baja | Media | Alta |
Plan 53A Simplifica las cosas, pero tiene limitaciones. El nitrógeno entra en contacto directo con el fluido barrera, lo que puede causar absorción de gas y formación de burbujas a presiones y temperaturas más altas. La norma API 682 recomienda mantener la presión por debajo de 150 psig para evitar el arrastre de gas.
Plano 53B Añade el acumulador de vejiga y el intercambiador de calor, lo que permite soportar temperaturas y presiones más altas. El fluido de barrera se cicla térmicamente con mayor frecuencia que en el modelo 53A debido al menor volumen de fluido, por lo que su vida útil se reduce ligeramente.
plan de 54 Utiliza una bomba externa, un enfriador y un circuito de filtrado para la circulación del fluido de barrera. Es la opción más robusta para temperaturas y presiones extremas, pero añade complejidad y coste. Es la opción ideal para temperaturas de proceso superiores a 260 °C (500 °F) o presiones de barrera superiores a 200 psi.
¿Cómo se previene la coquización en servicios de hidrocarburos a alta temperatura?
La coquización es uno de los problemas más frustrantes en las aplicaciones de sellos de alta temperatura. Los hidrocarburos que se filtran por la cara interna del sello entran en contacto con el oxígeno atmosférico, se oxidan a temperaturas elevadas y forman depósitos de carbón duro.
¿Cuándo es necesario el Plan API 62 (Quench)?
El Plan 62 suministra vapor o nitrógeno a baja presión al lado atmosférico del sello. Este aplacar El fluido cumple dos propósitos: enfría cualquier fuga del proceso que llegue al lado atmosférico y desplaza el oxígeno para evitar la oxidación.
Necesita el Plan 62 cuando:
- La temperatura del sello supera los 177 °C (350 °F) en el servicio de coquización conocido
- Estás bombeando hidrocarburos propensos a la oxidación.
- Previo fallas en el sello mostró acumulación de carbono negro en el lado atmosférico
Vapor vs. nitrógeno:
El vapor proporciona un mejor enfriamiento gracias a su capacidad calorífica y al cambio de fase. El nitrógeno previene la oxidación, pero no enfría con la misma eficacia.
Advertencia crítica: El vapor húmedo es peligroso para los materiales frágiles de las caras del sello. Un chorro de agua líquida que golpea las caras calientes del sello provoca una rápida vaporización y un choque térmico que puede fracturarlo. carburo de carbono o silicio caras. Si usas vapor, asegúrate de que esté seco.
Cómo tomar la decisión correcta para su aplicación
Cómo seleccionar el sello mecánico adecuado plan de lavado Para el servicio de alta temperatura, es necesario adaptar sus condiciones específicas a las capacidades de cada plan.
Para sellos individuales en servicio limpio y no polimerizante:
- Por debajo de 176 °C (350 °F): el plan 21 funciona si puede controlar la contaminación del refrigerador
- Por encima de 176 °C (350 °F): el Plan 23 es su mejor opción para eficiencia y rendimiento de refrigeración
Para fluidos contaminados, polimerizantes o con poca lubricidad:
- Plan 32 con descarga limpia externa, aceptando las compensaciones en eficiencia térmica y dilución del producto
Para requisitos críticos, peligrosos o de cero emisiones:
- Sellos dobles con Plan 53B hasta 260°C (500°F)
- Plan 54 para temperaturas o presiones extremas
No olvides los elementos de apoyo:
- Plan 62 de temple para prevención de coquización por encima de 177 °C en servicio de hidrocarburos
- Sellos de fuelle metálicos por encima de 150 °C donde los elastómeros fallan
- Caras de carbono impregnadas de carburo de silicio o antimonio para un rendimiento térmico
La instalación y el seguimiento son tan importantes como la selección del plan:
- Coloque correctamente los intercambiadores de calor
- Ventilar todos los puntos altos
- Dimensionar los orificios correctamente
- Instalar medidores y leerlos realmente
El mejor plan de descarga, correctamente instalado y supervisado, puede ofrecer más de 25,000 horas de vida útil del sello, casi tres años de funcionamiento continuo. Un plan incorrecto, o uno correcto mal instalado, podría ofrecerle tres meses de vida útil.
Esa es la diferencia entre gestionar su programa de mantenimiento y que su programa de mantenimiento lo gestione a usted.
