¿Cuál es la tasa de fuga de los sellos de gas secos?

Los sellos de gas seco son esenciales para reducir las emisiones y las fugas en la maquinaria rotativa. Sin embargo, incluso estos sellos avanzados tienen una tasa de fuga pequeña pero medible que puede verse afectada por varios factores. Si no se controlan, las fugas excesivas provocan pérdida de producto, reducción de la eficiencia y posibles riesgos de seguridad.

En esta publicación de blog, analizaremos las tasas de fugas típicas de los sellos de gas secos, examinaremos los factores clave que influyen en las fugas y analizaremos métodos para medir y probar con precisión el rendimiento del sello para garantizar un funcionamiento óptimo.

Tasas de fuga típicas de los sellos de gas seco

En condiciones normales de funcionamiento, un sello de gas seco típico tendrá una fuga a una velocidad de 0,5 a 3 pies cúbicos estándar por minuto (scfm) a través de cada interfaz de sello individual. Para un sistema estándar que consta de dos sellos en tándem, esto da como resultado un sello total tasa de fuga Entre 1 y 6 scfm. Esta tasa de fuga es drásticamente menor que la que se observa con los sistemas de sello húmedo doble, que suelen presentar fugas que van desde 40 a 200 scfm en condiciones similares.

De hecho, la conversión de un sistema de sello húmedo a un sistema de sello de gas seco puede reducir las emisiones relacionadas con el sello hasta en un 97%. Para un compresor que opera a una presión de succión de 1000 psi, un sistema de sello húmedo doble con fugas a 100 scfm perdería aproximadamente 52,6 millones de pies cúbicos estándar de gas de proceso por año. En cambio, un sistema de sello de gas seco con una fuga total de 3 scfm solo perdería alrededor de 1,6 millones de scf al año, una reducción de 51 millones de scf de emisiones.

Factores que afectan las tasas de fugas de los sellos de gas seco

Presión de funcionamiento

Las presiones más altas generalmente dan como resultado mayores fugas debido a la mayor diferencia de presión en las caras del sello. A medida que aumenta la presión, se vuelve más difícil mantener la fina película de gas entre los anillos de sello giratorios y estacionarios.

Tamaño del sello

Los sellos más grandes, con mayor área de superficie a lo largo de la interfaz de sellado, son más propensos a tener fugas en comparación con los sellos más pequeños. Esto se debe a que mantener una película de gas uniforme en un área más grande se vuelve cada vez más difícil.

Diseño de sello

Factores como la geometría de las caras del sello, los patrones de ranuras y las características de elevación contribuyen a la capacidad del sello para generar y mantener una película de gas estable. Los diseños de sellos avanzados, como las ranuras cónicas bidireccionales o las microestructuras en las caras del sello, pueden mejorar la rigidez de la película de gas y reducir las fugas.

Propiedades del gas

La viscosidad, el peso molecular y la compresibilidad del gas afectan el comportamiento de la película de gas entre las caras del sello. Los gases de menor viscosidad tienden a tener fugas con mayor facilidad, mientras que los gases de mayor peso molecular pueden ayudar a reducir las fugas. La presencia de contaminantes o condensados en el gas también puede alterar la película de gas y provocar un aumento de las fugas.

Velocidad de operación

Las velocidades más altas generalmente generan una mayor sustentación y una película de gas más estable, lo que puede ayudar a reducir las fugas. Sin embargo, las velocidades excesivamente altas también pueden causar vibración e inestabilidad dinámica, lo que compromete el rendimiento del sello.

Temperatura

Las temperaturas más altas pueden provocar la expansión térmica de los componentes del sello, lo que podría alterar las holguras y las presiones de contacto en la interfaz de sellado. Además, las temperaturas elevadas pueden degradar las propiedades físicas de los materiales del sello con el tiempo, lo que genera un mayor desgaste y fugas.

Contaminación

Los contaminantes pueden provocar desgaste abrasivo, erosión o degradación química de las superficies del sello, lo que aumenta las vías de fuga. Incluso pequeñas cantidades de contaminación pueden alterar la fina película de gas y comprometer la eficacia del sellado.

Presión del gas de sellado

El gas de sellado se inyecta normalmente entre los sellos primario y secundario para proporcionar una barrera y evitar fugas de gas de proceso a la atmósfera. Una presión insuficiente del gas de sellado puede permitir que el gas de proceso se escape más allá del sello primario, mientras que una presión excesiva puede provocar una fuga de gas de sellado hacia el proceso.

Medición y prueba de índices de fugas de sellos de gas seco

Medición del caudal de ventilación

Uno de los métodos más sencillos para medir las tasas de fugas de los sellos de gas seco es controlar el caudal del gas que sale de la carcasa del sello. Esto se hace normalmente utilizando caudalímetros instalados en las líneas de ventilación. Al medir el caudal de ventilación en estado estable durante el funcionamiento normal, los operadores pueden determinar la tasa de fuga total en los sellos primarios y secundarios. Comparar los valores medidos con las especificaciones del fabricante o los datos históricos puede ayudar a identificar cualquier desviación o anomalía en el rendimiento del sello.

Método de caída de presión

El método de caída de presión implica aislar el cámara de sellado y monitorear la caída de presión a lo largo del tiempo. Esta prueba se realiza generalmente durante períodos de mantenimiento o de parada del compresor. La cámara de sellado se presuriza a una presión inicial conocida y luego se registra la caída de presión durante un intervalo de tiempo específico. Al analizar la tasa de caída de presión, se puede calcular la tasa de fuga utilizando la ley de los gases ideales. Este método proporciona una evaluación cuantitativa de la fuga del sello y puede ayudar a detectar cualquier desviación significativa del rendimiento normal.

Detección de fugas de helio

La detección de fugas de helio es una técnica muy sensible que se utiliza para determinar la ubicación y la magnitud de las fugas en los sellos. En este método, se introduce una pequeña cantidad de gas helio en el suministro de gas de sellado o se inyecta directamente en la cámara de sellado. A continuación, se utiliza un detector de fugas de helio, equipado con un espectrómetro de masas, para escanear el área del sello e identificar cualquier escape de helio a través de las vías de fuga. Este método permite la localización precisa de las fugas y puede detectar incluso tasas de fuga mínimas, lo que lo hace valioso para la resolución de problemas y las evaluaciones de la integridad de los sellos.

Pruebas de burbujas

Las pruebas de burbujas proporcionan una indicación visual de la fuga de gas de los sellos de gas secos. Durante una prueba de burbujas, se aplica una solución de detección de fugas en el área del sello mientras se presuriza el compresor. Si hay fugas, se formarán burbujas en los lugares donde se producen. Este método es simple y rápido, lo que lo hace útil para las comprobaciones iniciales de fugas o la resolución de problemas en el lugar. Sin embargo, es de naturaleza cualitativa y no proporciona una medición precisa de la tasa de fugas. Las pruebas de burbujas se utilizan a menudo junto con otros métodos de detección de fugas para una evaluación integral del rendimiento del sello.