Il fluido tampone e il fluido barriera sono due componenti essenziali utilizzati nelle tenute meccaniche, ma molte persone non ne comprendono le differenze fondamentali.
L'utilizzo del tipo sbagliato di fluido può portare a cedimento della tenuta, prestazioni ridotte e costosi tempi di inattività.
In questo articolo analizzeremo nel dettaglio cosa sono i fluidi tampone e i fluidi barriera, evidenzieremo le principali differenze in ambiti quali pressione e applicazione, tratteremo 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 nelle tenute meccaniche doppie per fornire lubrificazione e raffreddamento alle superfici di tenuta. In una configurazione a doppia tenuta, il fluido tampone viene mantenuto a una pressione inferiore a quella del fluido di processo ma superiore a quella atmosferica. Questo fluido funge da barriera tra il fluido di processo e l'atmosfera, impedendo la fuoriuscita 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 barriera viene mantenuto a una pressione superiore a quella del fluido di processo, creando un flusso positivo nel camera di tenutaQuesta pressione positiva garantisce che qualsiasi perdita si verifichi dal fluido di barriera al processo, anziché essere dispersa nell'ambiente.
Differenze chiave tra fluidi tampone e fluidi barriera
Pressione
La pressione del fluido tampone viene solitamente 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 barriera viene mantenuta significativamente superiore alla pressione della camera di tenuta, spesso da 1.4 a 2.8 bar (da 20 a 40 psi) in più. L'elevata pressione del fluido barriera fornisce una barriera fisica che isola completamente il fluido di processo dall'atmosfera.
Missione
I fluidi tampone servono a fornire lubrificazione e raffreddamento al tenuta meccanica volti, estendendosi vita di foca e affidabilità. Prevengono inoltre la cristallizzazione o la coking del fluido di processo al facce di foca.
I fluidi barriera vanno oltre, isolando completamente il fluido di processo dall'ambiente. Il fluido barriera crea una tenuta stagna, impedendo qualsiasi contatto tra il fluido di processo e l'atmosfera.
Applicazioni
I sistemi di fluido tampone sono comunemente utilizzati in applicazioni in cui sono tollerate moderate perdite di fluido di processo attraverso le superfici di tenuta. Sono adatti per fluidi di processo non pericolosi e in situazioni in cui sono ammesse alcune emissioni di tenuta.
I sistemi di fluidi barriera sono utilizzati in settori quali petrolio e gas, petrolchimico, farmaceutico e altri che trattano sostanze chimiche aggressive e spesso richiedono l'uso di fluidi barriera per garantire la massima sicurezza e conformità alle normative.
Trafilamento
In un sistema di fluido tampone, è prevista e gestita una piccola perdita attraverso le superfici di tenuta. La perdita di fluido tampone nel processo viene compensata da un flusso di reintegro proveniente da un serbatoio esterno.
Il sistema di fluido barriera è progettato per eliminare le perdite di fluido di processo nell'atmosfera. L'elevata pressione del fluido barriera forza qualsiasi perdita a passare dal fluido barriera al processo, anziché viceversa. 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 in alcuni casi può causare corrosione delle superfici di tenuta.
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 temperatura di esercizio più esteso rispetto alla semplice acqua.
Cherosene e carburanti diesel
Nell'industria di lavorazione degli idrocarburi, possono essere utilizzati idrocarburi leggeri come il cherosene o il gasolio. Questi offrono una buona compatibilità con il fluido di processo, ma possono presentare problemi di infiammabilità.
alcoli
Gli alcoli a basso peso molecolare come l'etanolo o il metanolo possono essere impiegati in servizi a bassa temperatura. Questi offrono una buona resistenza all'infiammabilità e al trasferimento di calore, ma possono presentare problemi di compatibilità con alcuni materiali di tenuta.
Oli a base di petrolio
Gli oli minerali sono comunemente utilizzati per il loro eccellente potere lubrificante e la compatibilità con molti materiali di tenuta elastomerici. Sono adatti a un ampio intervallo di temperature di esercizio.
Oli sintetici
Per applicazioni ad alta temperatura o per una migliore stabilità ossidativa, vengono utilizzati lubrificanti sintetici come polialfaolefine (PAO), poliglicoli o perfluoropolieteri (PFPE).
Fluidi per il trasferimento di calore
Nei servizi ad alta temperatura, potrebbero essere necessari fluidi termovettori come composti aromatici o fluidi a base di silicone per garantire un raffreddamento e una dissipazione del calore efficienti 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 fuoriuscite. Deve avere un punto di infiammabilità e una temperatura di autoaccensione elevati.
- Non infiammabilità: Per applicazioni che coinvolgono fluidi di processo infiammabili o temperature elevate, il fluido tampone/barriera deve essere non infiammabile per prevenire incendi o esplosioni. In questi casi, sono preferibili fluidi con punti di infiammabilità elevati, come alcuni oli sintetici.
- Lubricità: Il fluido deve fornire una lubrificazione adeguata alle superfici della tenuta meccanica per evitare 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 dalle superfici di 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 evitare degradazione, corrosione o reazioni chimiche avverse.
- Stabilità: Il fluido tampone/barriera deve mantenere le sue proprietà in un ampio intervallo di temperature e pressioni operative. Deve 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 nei gas: Nei sistemi che gestiscono gas o liquidi volatili, il fluido tampone/barriera deve avere una bassa solubilità nei gas per impedire la formazione di bolle o schiuma, che possono interrompere l'interfaccia di tenuta e causare perdite.
- Peso specifico: Il peso specifico del fluido deve essere compatibile con la progettazione del sistema di tubazioni e con la differenza di pressione richiesta attraverso la tenuta meccanica. In alcuni casi, potrebbe essere necessario un fluido con un peso specifico più elevato per fornire la prevalenza richiesta.
- Efficienza 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 tampone e barriera
- piano 52: Questo progetto prevede l'utilizzo di un serbatoio esterno per fornire fluido tampone alla cavità di tenuta. Il serbatoio viene mantenuto a una pressione inferiore a quella di processo, consentendo alle perdite di rifluire verso il serbatoio. È possibile utilizzare una serpentina di raffreddamento o uno scambiatore di calore 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 superiore alla pressione di processo per impedire al fluido di processo di entrare nella cavità di tenuta. 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 sacca 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 sacca. L'accumulatore a pistone fornisce una differenza di pressione positiva e aiuta a mantenere costante la pressione 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 tramite un anello di pompaggio o un dispositivo di circolazione. Può essere incluso uno scambiatore di calore per il controllo della temperatura.
