Le riparazioni relative alle guarnizioni assorbono il 60-70% del budget di manutenzione di tutte le pompe centrifughe. Una cifra impressionante. E quando le pompe funzionano a temperature elevate, superiori a 150 °C (300 °F), la sfida diventa notevolmente più ardua.
Per la maggior parte delle applicazioni ad alta temperatura, Piano API 23 (circuito chiuso camera di tenuta Il Plan 53B offre il miglior equilibrio tra efficienza di raffreddamento e risparmio energetico per tenute singole. Per configurazioni a doppia tenuta in servizio critico o pericoloso a temperature superiori a 120 °C (250 °F), il Plan 53B è la soluzione migliore.
Ma il piano "migliore" dipende dalla tua situazione specifica. Lascia che ti spieghi come prendere questa decisione.
Quali piani di lavaggio API 682 sono più adatti per il servizio ad alta temperatura?
La quarta edizione della norma API 682 definisce 32 configurazioni di base per le tubazioni. Per le applicazioni ad alta temperatura, in genere si sceglie tra Plan 21, Plan 23 o Plan 32 per le tenute singole, e Plan 53A, 53B o 54 per le tenute doppie.
Quando è opportuno utilizzare il Piano 21 (ricircolo dello scarico raffreddato)?
Il Plan 21 preleva il fluido di processo dallo scarico della pompa, lo convoglia attraverso un orifizio e uno scambiatore di calore, quindi inietta il fluido raffreddato nella camera di tenuta. È essenzialmente un Plan 11 con l'aggiunta di un refrigeratore.
Migliori applicazioni:
- Fluidi puliti caldi e non polimerizzanti al di sotto di 176°C (350°F)
- Situazioni che richiedono elevate portate di scarico
- Quando il fluido di processo è un buon lubrificante ma necessita di una riduzione della temperatura
Limitazioni da considerare:
Il Plan 21 è un sistema a circuito aperto. Il fluido caldo viene continuamente estratto dallo scarico, raffreddato e iniettato nella camera di tenuta, dove si miscela con il processo e ritorna alla pompa. Ciò significa che il refrigeratore deve gestire l'intera temperatura di processo sul lato di ingresso.
Nelle applicazioni ad alta temperatura, ciò crea problemi di sporcamento. Quando il fluido di processo a 300 °C colpisce i tubi relativamente freddi di uno scambiatore di calore raffreddato ad acqua, si verifica un'ebollizione localizzata. Se l'acqua di raffreddamento contiene solidi disciolti (e la maggior parte delle acque di raffreddamento degli impianti ne contiene), tali solidi precipitano sulle superfici dei tubi. Il trasferimento di calore diminuisce, la temperatura delle guarnizioni aumenta e si torna a guasti prematuri.
Il Piano 21 consuma anche più energia del Piano 23 perché pompa continuamente fluido attraverso il circuito di raffreddamento.
Perché Plan 23 è la scelta preferita per la maggior parte delle applicazioni ad alta temperatura?
Il Piano 23 è fondamentalmente diverso. Invece di aspirare il fluido dallo scarico, lo fa circolare dalla camera di tenuta stessa attraverso un refrigeratore e di nuovo nella camera di tenuta. anello di pompaggio sulla guarnizione fornisce la forza di circolazione.
Questo approccio a ciclo chiuso offre diversi vantaggi:
È decisamente più efficiente. Il Piano 23 rimuove solo il calore generato dalle superfici di tenuta, più il calore assorbito dal corpo pompa. Non cerca di raffreddare l'intero flusso di processo. Ciò si traduce in un refrigeratore più piccolo, minori costi energetici e minore potenziale di incrostazione.
Raggiunge temperature più basse nella camera di tenuta. Poiché il fluido raffreddato ricircola in un circuito chiuso anziché mescolarsi nuovamente nel flusso di processo caldo, Plan 23 può mantenere temperature significativamente più basse sulle superfici di tenuta.
I numeri parlano da soli. Gli esperti del settore considerano costantemente il Piano 23 la migliore opzione per il servizio ad alta temperatura. Un ingegnere di guarnizioni che stimo lo dice senza mezzi termini: il Piano 23 è "probabilmente il piano migliore, senza dubbio, per un servizio ottimizzato tenuta meccanica prestazioni in applicazioni ad alta temperatura."
Requisiti critici di installazione:
Il Piano 23 non perdona installazioni approssimative. Lo scambiatore di calore deve essere posizionato entro 3 metri (10 piedi) dalla guarnizione e 45-60 cm (18-24 pollici) sopra la linea centrale della guarnizione. Questa differenza di quota aiuta l'anello di pompaggio a stabilire la circolazione e consente il flusso del termosifone durante i periodi di inattività.
È necessario uno sfiato con valvola di blocco. L'aria o il vapore intrappolati nel circuito di raffreddamento interromperanno la circolazione e lasceranno la guarnizione senza raffreddamento, proprio quando ne ha più bisogno.
I tubi da mezzo pollice (12 mm) sono adatti alla maggior parte delle applicazioni, ma i tubi da tre quarti di pollice (18 mm) riducono la resistenza al flusso se si sfruttano al massimo le capacità dell'anello di pompaggio.
Quando ha senso il Piano 32 (Scarico esterno)?
Il piano 32 inietta fluido pulito da una fonte esterna direttamente nella camera di tenuta. Un boccola della gola nella parte posteriore della camera limita il flusso verso l'aspirazione della pompa, mantenendo una pressione più elevata nella camera di tenuta.
Migliori applicazioni:
- Fluidi di processo contaminati o carichi di particelle
- Fluidi polimerizzanti o ossidanti che non devono entrare in contatto con la guarnizione
- Fluidi con scarsa lubrificazione
- Quando hai bisogno sia di raffreddamento che di isolamento dalla contaminazione
Il compromesso delle alte temperature:
Per le applicazioni a caldo, il Piano 32 può creare problemi. scarico esterno Il fluido, in genere acqua, entra a temperatura ambiente. L'impatto di questo fluido freddo con il flusso di processo caldo causa perdite termiche che possono costare decine di migliaia di dollari all'anno in termini di energia.
Lo sciacquone Il fluido diluisce anche il prodotto. Se si utilizza un reattore chimico a concentrazioni precise, aggiungere acqua al flusso di processo potrebbe essere inaccettabile.
C'è un altro problema sottile: il flusso esterno ha spesso un punto di ebollizione inferiore a quello del fluido di processo. Iniettare un liquido con un punto di ebollizione inferiore in una camera di tenuta calda può effettivamente ridurre l'NPSH disponibile sulla girante quando il liquido si mescola con il processo.
La pressione di lavaggio del Piano 32 deve rimanere almeno 2 barg (30 psig) al di sopra della pressione della camera di tenuta. La fascia accettabile è stretta, in genere 10-15 psi al di sopra della pressione della camera di tenuta. Se è troppo bassa, si verifica una contaminazione del processo. Se è troppo alta, si schiaccia il film lubrificante sulle superfici di tenuta.
Quando è opportuno passare alle soluzioni a doppia tenuta?
Le guarnizioni singole con adeguati piani di flussaggio gestiscono bene molte applicazioni ad alta temperatura. Tuttavia, alcune situazioni richiedono la protezione aggiuntiva delle guarnizioni doppie.
Perché il Piano 53B è ideale per i servizi critici ad alta temperatura?
Una configurazione a doppia tenuta prevede due tenute in serie, con una camera per il fluido barriera tra di esse. La tenuta interna contiene il processo; quella esterna impedisce al fluido barriera di raggiungere l'atmosfera. Il Piano 53B prevede la circolazione pressurizzata del fluido barriera con rimozione del calore.
Come funziona il Piano 53B:
Un accumulatore a sacca applica la pressione dell'azoto al fluido barriera senza che il gas entri in contatto diretto con il liquido. Ciò elimina i problemi di trascinamento del gas che possono affliggere i sistemi Plan 53A. Un anello di pompaggio fa circolare il fluido barriera attraverso uno scambiatore di calore integrato, rimuovendo sia il calore generato dalla tenuta che il calore assorbito dal corpo pompa.
Capacità di temperatura e pressione:
Plan 53B funziona in modo affidabile fino a 260 °C (500 °F) quando la pressione di barriera rimane al di sotto di 200 psi. L'esperienza sul campo dimostra che i sistemi possono gestire 300 psig se la temperatura è mantenuta al di sotto di 120 °C (250 °F).
Come si confrontano i piani 53A, 53B e 54 per applicazioni ad alta temperatura?
| caratteristica | Piano 53A | Piano 53B | piano 54 |
|---|---|---|---|
| Pressurizzazione | Contatto diretto con il gas | Accumulatore a vescica | Pompa esterna |
| Pressione massima | 150 psig (300 psig con controllo della temperatura) | 200+ psig | Nessun limite pratico |
| Raffreddamento | Limitato (nessuno scambiatore integrato) | Buono (scambiatore di calore integrato) | Eccellente (circuito di raffreddamento dedicato) |
| Miglior intervallo di temperatura | Sotto i 120°C (250°F) | Sotto i 260°C (500°F) | Fino a 425°C (800°F) |
| Complessità/Costo | Basso | Medio | Alta |
Piano 53A Mantiene le cose semplici, ma presenta dei limiti. L'azoto entra in contatto diretto con il fluido barriera, il che può causare assorbimento di gas e formazione di bolle a pressioni e temperature più elevate. La norma API 682 raccomanda di rimanere al di sotto di 150 psig per evitare il trascinamento di gas.
Piano 53B Aggiunge l'accumulatore a sacca e lo scambiatore di calore, gestendo temperature e pressioni più elevate. Il fluido barriera è sottoposto a cicli termici più frequenti rispetto al 53A a causa del volume ridotto del fluido, quindi la sua durata è leggermente ridotta.
piano 54 Utilizza una pompa esterna, un refrigeratore e un circuito di filtraggio per la circolazione del fluido barriera. È l'opzione più robusta per temperature e pressioni estreme, ma aggiunge complessità e costi. È la scelta ideale per temperature di processo superiori a 260 °C (500 °F) o pressioni di barriera superiori a 200 psi.
Come si previene la formazione di coke durante l'utilizzo di idrocarburi ad alta temperatura?
La formazione di coke è uno dei problemi più frustranti nelle applicazioni di tenuta ad alta temperatura. Gli idrocarburi che fuoriescono dalla superficie interna della tenuta entrano in contatto con l'ossigeno atmosferico, si ossidano ad alta temperatura e formano depositi di carbonio duri.
Quando è richiesto il Piano API 62 (Quench)?
Il piano 62 fornisce vapore a bassa pressione o azoto al lato atmosferico della guarnizione. Questo spegnere Il fluido ha due scopi: raffredda eventuali perdite di processo che raggiungono l'atmosfera e sostituisce l'ossigeno per prevenire l'ossidazione.
Hai bisogno del Piano 62 quando:
- La temperatura di tenuta supera i 177°C (350°F) nel servizio di cokeria noto
- Stai pompando idrocarburi soggetti a ossidazione
- Precedente guasti alle tenute ha mostrato accumulo di carbonio nero sul lato atmosferico
Vapore contro azoto:
Il vapore offre un raffreddamento migliore grazie alla sua capacità termica e al cambiamento di fase. L'azoto previene l'ossidazione, ma non raffredda in modo altrettanto efficace.
Avviso critico: Il vapore umido è pericoloso per i materiali fragili delle superfici di tenuta. Un getto d'acqua liquida che colpisce le superfici di tenuta calde provoca una rapida vaporizzazione e uno shock termico che può causare fratture. carbonio o carburo di silicio facce. Se si utilizza la tempra a vapore, assicurarsi che sia asciutta.
Fare la scelta giusta per la tua applicazione
Selezione della tenuta meccanica giusta piano di lavaggio per il servizio ad alta temperatura si tratta di adattare le vostre condizioni specifiche alle capacità di ciascun piano.
Per guarnizioni singole in servizio pulito e non polimerizzante:
- Al di sotto di 176°C (350°F): il piano 21 funziona se riesci a gestire l'incrostazione più fredda
- Oltre 176°C (350°F): Plan 23 è la scelta migliore per efficienza e prestazioni di raffreddamento
Per fluidi contaminati, polimerizzanti o scarsamente lubrificanti:
- Piano 32 con lavaggio esterno pulito, accettando i compromessi in termini di efficienza termica e diluizione del prodotto
Per requisiti critici, pericolosi o a zero emissioni:
- Doppie guarnizioni con Plan 53B fino a 260°C (500°F)
- Piano 54 per temperature o pressioni estreme
Non dimenticare gli elementi di supporto:
- Piano 62 di tempra per la prevenzione della coking oltre i 177°C nel servizio di idrocarburi
- Guarnizioni a soffietto metallico sopra i 150°C dove gli elastomeri falliscono
- Facce in carbonio impregnate di carburo di silicio o antimonio per prestazioni termiche
L'installazione e il monitoraggio sono importanti tanto quanto la scelta del piano:
- Posizionare correttamente gli scambiatori di calore
- Sfiatare tutti i punti alti
- Dimensionare correttamente gli orifizi
- Installare gli indicatori e leggerli davvero
Il miglior piano di lavaggio, correttamente installato e monitorato, può garantire oltre 25,000 ore di durata della guarnizione, ovvero quasi tre anni di funzionamento continuo. Un piano sbagliato, o il piano corretto installato male, potrebbero garantire tre mesi di durata.
Questa è la differenza tra gestire il tuo programma di manutenzione e lasciare che sia il tuo programma di manutenzione a gestire te.
