Qual è la differenza tra fluido tampone e fluido barriera?

Il fluido tampone e il fluido barriera sono due componenti essenziali utilizzati nelle tenute meccaniche, ma molte persone non ne conoscono le differenze fondamentali.

L'utilizzo di un tipo di fluido sbagliato può causare guasti alla guarnizione, prestazioni ridotte e costosi tempi di fermo.

In questo articolo analizzeremo nel dettaglio cosa sono i fluidi tampone e i fluidi barriera, evidenziandone le principali differenze in ambiti quali pressione e applicazione, esamineremo i vari tipi di fluidi utilizzati e spiegheremo le proprietà essenziali da ricercare quando ne scegliamo uno.

Che cosa è il fluido tampone

Il fluido tampone è un liquido utilizzato in doppio tenute meccaniche per fornire lubrificazione e raffreddamento alle superfici di tenuta. In una disposizione a doppia tenuta, il fluido tampone viene mantenuto a una pressione inferiore al fluido di processo ma superiore alla pressione atmosferica. Questo fluido agisce come una barriera tra il fluido di processo e l'atmosfera, impedendo la perdita del fluido di processo nell'ambiente.

Che cosa è un fluido barriera

I fluidi barriera vengono utilizzati in modo singolo o doppie tenute meccaniche per fornire una separazione completa tra il fluido di processo e l'atmosfera. Il fluido di barriera viene mantenuto a una pressione superiore a quella del fluido di processo, creando un flusso positivo nel camera di tenutaQuesta pressione positiva assicura che qualsiasi perdita che si verifica sarà dal fluido di barriera nel processo, piuttosto che il fluido di processo che fuoriesce nell'ambiente.

Differenze chiave tra fluidi tampone e fluidi barriera

Pressione

La pressione del fluido tampone è in genere mantenuta a un livello leggermente superiore alla pressione della camera di tenuta. Questa differenza di pressione positiva impedisce al fluido di processo di entrare nel sistema del fluido tampone.

La pressione del fluido di barriera è mantenuta significativamente più alta della pressione della camera di tenuta, spesso da 1,4 a 2,8 bar (da 20 a 40 psi) in più. L'alta pressione del fluido di barriera fornisce una barriera fisica che isola completamente il fluido di processo dall'atmosfera.

Scopo

I fluidi tampone servono a fornire lubrificazione e raffreddamento alle facce della tenuta meccanica, prolungandone la durata e l'affidabilità. Inoltre, impediscono la cristallizzazione o la coking del fluido di processo sulle facce della tenuta.

I fluidi barriera vanno oltre, isolando completamente il fluido di processo dall'ambiente. Il fluido barriera crea una tenuta liquida, impedendo qualsiasi contatto tra il fluido di processo e l'atmosfera.

Applicazione

I sistemi di fluido tampone sono comunemente utilizzati in applicazioni in cui possono essere tollerate quantità moderate di perdite di fluido di processo attraverso le facce di tenuta. Sono adatti per fluidi di processo non pericolosi e in situazioni in cui sono consentite alcune emissioni di tenuta.

I sistemi di fluidi barriera sono utilizzati in settori quali petrolio e gas, petrolchimica, farmaceutica e altri che trattano sostanze chimiche aggressive e spesso richiedono l'uso di fluidi barriera per garantire la massima sicurezza e conformità alle normative.

Perdita

In un sistema di fluido tampone, è prevista e gestita una piccola quantità di perdite attraverso le facce di tenuta. Il fluido tampone che fuoriesce nel processo è compensato da un flusso di reintegro da un serbatoio esterno.

Il sistema di fluido di barriera è progettato per eliminare la perdita di fluido di processo nell'atmosfera. L'alta pressione del fluido di barriera forza qualsiasi perdita a verificarsi dal fluido di barriera nel processo, anziché il contrario. Ciò garantisce il contenimento dei fluidi pericolosi.

Tipi di fluidi tampone e barriera

Acqua

L'acqua è l'opzione più semplice ed economica per applicazioni non corrosive con requisiti di temperatura moderati. Offre buone proprietà di trasferimento del calore ma può causare faccia di sigillo corrosione in alcuni casi.

Soluzioni di glicole

I fluidi a base di glicole, come il glicole etilenico o il glicole propilenico miscelati con acqua, offrono una migliore protezione dalla corrosione e un intervallo di temperature di esercizio più esteso rispetto alla semplice acqua.

Cherosene e gasolio

Nell'industria di lavorazione degli idrocarburi, possono essere utilizzati idrocarburi leggeri come cherosene o gasolio. Questi offrono una buona compatibilità con il fluido di processo ma possono porre problemi di infiammabilità.

Alcoli

Alcoli a basso peso molecolare come etanolo o metanolo possono essere impiegati in servizi a bassa temperatura. Questi offrono una buona resistenza all'infiammabilità e al trasferimento di calore, ma possono avere problemi di compatibilità con alcuni materiali di tenuta.

Oli a base di petrolio

Gli oli minerali sono comunemente usati per la loro eccellente lubrificazione e compatibilità con molti materiali di tenuta in elastomero. Sono adatti per un'ampia gamma di temperature di esercizio.

Oli sintetici

Per applicazioni ad alta temperatura o per migliorare la stabilità ossidativa, vengono utilizzati lubrificanti sintetici come polialfaolefine (PAO), poliglicoli o perfluoropolieteri (PFPE).

Fluidi per il trasferimento di calore

Nei servizi ad alta temperatura, possono essere necessari fluidi termovettori, come composti aromatici o fluidi a base di silicone, per garantire un raffreddamento efficiente e una dissipazione del calore dalle superfici di tenuta.

Proprietà dei fluidi tampone e barriera

• Sicurezza: Il fluido deve essere atossico e non pericoloso per ridurre al minimo i rischi per il personale e l'ambiente in caso di perdite o versamenti. Deve avere un punto di infiammabilità e una temperatura di autoaccensione elevati.
• Non infiammabilità: Per applicazioni che coinvolgono fluidi di processo infiammabili o alte temperature, il fluido tampone/barriera deve essere non infiammabile per prevenire incendi o esplosioni. In questi casi sono preferiti fluidi con elevati punti di infiammabilità, come alcuni oli sintetici.
• Lubrificazione: Il fluido deve fornire una lubrificazione adeguata alle superfici della tenuta meccanica per prevenire usura eccessiva, attrito e generazione di calore.
• Trasferimento di calore: In alcune applicazioni, il fluido tampone/barriera funge da mezzo di trasferimento del calore per dissipare il calore lontano dalle facce della tenuta. Il fluido deve avere un'elevata capacità termica specifica e conduttività termica per rimuovere efficacemente il calore e prevenire danni termici alle tenute.
• Compatibilità: Il fluido deve essere compatibile con i materiali della tenuta meccanica, il fluido di processo e altri componenti del sistema per prevenire degradazione, corrosione o reazioni chimiche avverse.
• Stabilità: Il fluido tampone/barriera dovrebbe mantenere le sue proprietà in un'ampia gamma di temperature e pressioni operative. Dovrebbe resistere alla degradazione, all'ossidazione e alla formazione di fanghi per garantire prestazioni a lungo termine e ridurre al minimo la necessità di frequenti sostituzioni del fluido.
• Bassa solubilità dei gas: Nei sistemi che gestiscono gas o liquidi volatili, il fluido tampone/barriera deve avere una bassa solubilità nei gas per evitare la formazione di bolle o schiuma, che possono interrompere l'interfaccia di tenuta e causare perdite.
• Peso specifico: La gravità specifica del fluido deve essere compatibile con la progettazione del sistema di tubazioni e con la pressione differenziale richiesta attraverso la tenuta meccanica. In alcuni casi, potrebbe essere necessario un fluido con una gravità specifica più elevata per fornire la prevalenza di pressione necessaria.
• Efficacia dei costi: Pur soddisfacendo i requisiti prestazionali necessari, il fluido tampone/barriera deve anche essere conveniente in termini di prezzo iniziale, tasso di consumo e costi di manutenzione.

Piani di tubazioni per sistemi di fluidi di buffer e barriera

• Piano 52: Questo piano utilizza un serbatoio esterno per fornire fluido tampone alla cavità di tenuta. Il serbatoio è mantenuto a una pressione inferiore alla pressione di processo, consentendo alla perdita di rifluire nel serbatoio. Una serpentina di raffreddamento o uno scambiatore di calore possono essere utilizzati per controllare la temperatura del fluido.
• Piano 53A: In questo piano, un fluido barriera pressurizzato viene fornito alla cavità di tenuta da un serbatoio esterno. La pressione del fluido barriera viene mantenuta più alta della pressione di processo per impedire al fluido di processo di entrare nella cavità di tenuta. Un anello di pompaggio o un dispositivo di circolazione viene utilizzato per far circolare il fluido barriera.
• Piano 53B: Simile al Piano 53A, questo piano utilizza un fluido barriera pressurizzato ma con un accumulatore a vescica anziché un serbatoio esterno. L'accumulatore mantiene la pressione del fluido barriera e compensa l'espansione o la contrazione termica.
• Piano 53C: Questo piano è una variante del Piano 53A che incorpora un accumulatore a pistone anziché un accumulatore a vescica. L'accumulatore a pistone fornisce una differenza di pressione positiva e aiuta a mantenere una pressione costante del fluido di barriera.
• Piano 54: Questo piano utilizza una fonte esterna per fornire un fluido barriera pressurizzato alla cavità di tenuta. Il fluido barriera viene mantenuto a una pressione superiore alla pressione di processo e viene fatto circolare continuamente attraverso la cavità di tenuta utilizzando un anello di pompaggio o un dispositivo di circolazione. Può essere incluso uno scambiatore di calore per il controllo della temperatura.