Le guarnizioni a gas secco si guastano molto più spesso di quanto la maggior parte degli operatori creda. Circa il 48% dei guasti dei compressori centrifughi è riconducibile direttamente a problemi di tenuta, rendendoli la principale causa di fermi macchina imprevisti in impianti petrolchimici, raffinerie e oleodotti.
Ecco il punto: la maggior parte guasti alle tenute I guasti non si verificano all'improvviso. Si sviluppano nel tempo e gli operatori che sanno cosa tenere d'occhio possono individuarli in anticipo. Questa guida spiega le nove modalità di guasto più comuni, in modo da poter riconoscere i problemi prima che fermino le apparecchiature.
Le nove modalità di guasto più comuni della tenuta del gas secco
1. Contaminazione
La contaminazione è la causa dell'80% dei guasti alle guarnizioni a gas secco. Non si tratta di speculazioni, ma di ciò che confermano tutti gli studi di settore.
Ecco cosa succede: particelle più piccole di 3 micron provenienti dall'involucro del compressore entrano nell'alimentazione del gas di tenuta. Questi contaminanti microscopici penetrano nel sottile film di gas tra le superfici di tenuta e ostruiscono le scanalature. Una volta che le scanalature sono bloccate, la tenuta non riesce a mantenere la sua forza di sollevamento e le superfici rotanti e fisse si toccano direttamente.
Quando queste superfici entrano in contatto, l'attrito genera calore all'istante. Questo calore deforma gli anelli di tenuta, crea piccole crepe e causa guasti catastrofici nel giro di poche ore.
2. Problemi di condensa e umidità
L'umidità nel gas di tenuta crea uno dei guasti più distruttivi perché avviene silenziosamente, mentre non si è presenti.
Quando la pressione del gas di tenuta diminuisce durante il passaggio attraverso il sistema, il gas si raffredda. Se la temperatura del gas scende al di sotto del punto di rugiada, l'acqua si condensa. La condensa si deposita sulle superfici calde della tenuta e le forma delle bolle. Le bolle creano crepe sulle superfici dell'anello di tenuta, che a loro volta raccolgono ulteriore contaminazione, accelerando il guasto.
Questo è particolarmente pericoloso perché il primo segno di problema, una piccola vescica, sembra di lieve entità. Ma nel giro di pochi giorni, il danno si aggrava e la guarnizione si rompe completamente.
3. Bassa pressione del gas di tenuta durante l'avvio
I primi 30 minuti dopo l'avvio del compressore sono quelli in cui si verificano la maggior parte dei guasti alle guarnizioni. Una bassa pressione del gas di tenuta durante l'avvio consente al gas di processo sporco di rifluire nella cavità della guarnizione.
Ecco la sequenza: si avvia il compressore, ma la pressione del gas di tenuta è lenta ad aumentare. Nei primi minuti critici, la pressione all'interno del compressore è superiore a quella del gas di tenuta. Il gas di processo spinge all'indietro attraverso la cavità della tenuta, contaminando la tenuta primaria. Quando la pressione si normalizza, 15 minuti dopo, la tenuta è già degradata.
Molti operatori non si rendono conto che una bassa pressione di avviamento causa problemi, perché il compressore sembra funzionare correttamente per ore. Ma il danno è fatto: quella contaminazione causerà un guasto nel giro di pochi giorni o settimane.
4. Pressurizzazione inversa
La pressurizzazione inversa si verifica quando la pressione sul lato a valle della tenuta supera la pressione di alimentazione sul lato a monte. In questo caso, il gas di processo sporco si fa strada all'indietro attraverso la tenuta, contaminando tutto il sistema.
La maggior parte degli operatori non pensa a cosa succede in condizioni operative insolite. Se un sistema di torcia si intasa, o se un'apparecchiatura a valle crea una contropressione, o se la valvola di ritegno si guasta, improvvisamente la tenuta riceve pressione dalla direzione sbagliata.
5. Migrazione dell'olio dalla lubrificazione dei cuscinetti
L'olio lubrificante per cuscinetti che contamina la guarnizione è un veleno lento. Inizia con piccole quantità che filtrano attraverso la guarnizione di barriera, si accumula gradualmente e alla fine rovina la guarnizione primaria.
La guarnizione barriera si trova tra l'olio del cuscinetto e la guarnizione a gas secco. Il suo compito è impedire l'ingresso dell'olio. Ma se qualcosa va storto – se i rapporti di pressione cambiano, se un O-ring si deteriora, se la guarnizione barriera presenta una perdita – l'olio si insinua nella cavità della guarnizione. Una volta che l'olio si mescola con il gas della guarnizione, ne ricopre le superfici, compromettendone la capacità di mantenere il film di gas.
6. Tenuta pressurizzata (condizione di assestamento)
Questa modalità di guasto è subdola perché si verifica durante il normale funzionamento, quando il compressore è semplicemente fermo, pressurizzato ma non in rotazione.
Quando il compressore si spegne ma la cassa rimane pressurizzata (perché la valvola di aspirazione non si è chiusa, o la valvola di riciclo non si è aperta, o perché si sta mantenendo la pressione per qualche altro motivo), il gas di processo rimane lì. Senza rotazione dell'albero e senza flusso di gas di tenuta, non c'è nulla che spinga il gas di processo lontano dalla cavità della tenuta. Il gas di processo scorre lentamente all'indietro attraverso il labirinto di processo e nella tenuta primaria.
Questa contaminazione rimane lì per tutto il periodo di attesa. Quando si riavvia il compressore il giorno successivo, la guarnizione degradata si guasta immediatamente o entro poche ore.
7. Decompressione esplosiva
La decompressione esplosiva è proprio ciò che sembra: un rapido calo di pressione che provoca un guasto catastrofico nel giro di pochi secondi.
Questo di solito accade perché qualcuno non ha seguito la corretta procedura di decompressione. Invece di depressurizzare lentamente attraverso una valvola di sicurezza per diversi minuti, il sistema perde improvvisamente pressione. Gli O-ring che sigillano i componenti rotanti e fissi non riescono a flettersi abbastanza velocemente per quella variazione di pressione. Estrudono, cioè escono dalle loro scanalature, e si perde immediatamente ogni capacità di tenuta.
8. Disallineamento
Il disallineamento costringe le superfici di tenuta rotanti e fisse a un contatto non uniforme, concentrando tutta la forza su un bordo della tenuta.
Immagina di premere il bordo di un foglio di carta contro un altro foglio di carta invece di premerlo faccia a faccia. Si crea un'elevata pressione di contatto su quel bordo, si genera calore estremo e il guasto avviene rapidamente. Il disallineamento può svilupparsi nel tempo, man mano che il compressore si espande a causa del calore o con l'assestamento dell'apparecchiatura.
9. Rotazione inversa allo spegnimento
Quando il compressore si spegne, l'albero dovrebbe smettere di ruotare immediatamente. In caso contrario, ad esempio perché la valvola di aspirazione è bloccata o la valvola di riciclo non si è aperta, il compressore continua a ruotare all'indietro a causa della pressione interna.
Questa rotazione inversa spinge il gas all'indietro attraverso le superfici scanalate della guarnizione. Le scanalature sono progettate per funzionare in una sola direzione. Il flusso all'indietro in realtà allontana il gas dalla cavità della guarnizione invece di spingerlo al suo interno. Questa perdita di pressione causa il contatto tra le superfici rotanti e fisse, la generazione istantanea di calore e il conseguente guasto.
