Mdp 02 p-09 sellado del eje

915 visualizaciones

Publicado el

Publicado en: Educación
0 comentarios
1 recomendación
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
915
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
5
Acciones
Compartido
0
Descargas
101
Comentarios
0
Recomendaciones
1
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Mdp 02 p-09 sellado del eje

  1. 1. PDVSA N° TITULO REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHAAPROB.FECHA BOMBAS E1994 MDP–02–P–09 SELLADO DEL EJE APROBADA NOV.97 NOV.97 NOV.97 L.R.0 L.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO 27 PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ANTECEDENTES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 RECOMENDACIONES DE DISEÑO 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 NOMENCLATURA 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 ALCANCE Este documento presenta la información requerida para realizar la selección preliminar de tipos de sistemas de sello de eje para bombas centrífugas y rotativas. La selección del modelo del sello específico de eje y el diseño final de los sistemas relacionados se realizan en la etapa de ingeniería de detalles, después que la bomba se haya seleccionado, y después que están disponibles las recomendaciones específicas de ingeniería de los vendedores de sello y bombas. 2 REFERENCIAS Basic Practices G–200 Flushing and Sealing of Mechanical Equipment (MID Vol.14) GA–201 Centrifugal Pumps (MID Vol.14) Otras Referencias API Standard 610 “Centrifugal Pumps for Petroleum Heavy Duty, Chemical and Gas Industry Service”, Eight Edition, August 1995 3 ANTECEDENTES El problema práctico de sello de la caja de estopera de una bomba centrífuga o rotativa es principalmente de diseño mecánico de bomba y de ingeniería de detalle del proyecto. Las razones para la consideración de sello del eje durante la fase de diseño de planta son: 1. El diseño apropiado del sello del eje tiene un impacto significativo en el requerimiento de seguridad, operabilidad y mantenimiento de la planta. 2. Muchos sistemas de sello del eje necesitan corrientes auxiliares para lavado y sello del proceso que se deberían seleccionar en la fase de diseño de proceso, antes que los modelos de bombas se seleccionen. 3. Algunos servicios de proceso presentan dificultades especiales en el sello del eje que puede ser mitigado por compensaciones apropiadas en el diseño del servicio. 4 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO El diseño de servicio de bombeo debe siempre incluir consideraciones sobre los siguientes factores de sello de eje: 1. ¿El sello del eje de la bomba debe ser mecánico o de empaque? 2. ¿Se requiere lavado externo o aceite de sello? ¿De qué fuente?
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Para servicios no usuales o servicios conocidos que tengan problemas de sellado del eje, se deben desarrollar y especificar detalles adicionales para permitir la ejecución de la ingeniería de detalle apropiada del sello del eje. Ejemplos de detalles adicionales a veces especificados son : 1. Sellos mecánicos dobles con previsión de lubricación entre los sellos 2. Sellos simples con características de aplicación especiales 3. Sellos en fase vapor 4. Detalles especiales del sistema de sello de CAA, fenol y soda cáustica 5. Un tipo particular de auto–lavante, basado en experiencia anterior exitosa. Las especificaciones G–200 y GA–201 cubren muchos aspectos de diseño de sello del eje que no necesitan ser cubiertas en las especificaciones de diseño. Algunos ejemplos significativos son: 1. Materiales de construcción de sello mecánico 2. Detalles de sistema auto–lavante y de lavado externo 3. Aplicabilidad de los sellos para servicios de temperatura alta 4. Sellos en fase vapor 5. Construcción de caja de estopera para permitir el control de ambiente del sello y sustitución del sello con empacadura, donde se requiere para condiciones de servicio severas. La especificación de diseño debe especificar que el diseño de detalles de lavado externo y los sistemas de sello se realicen como parte del proyecto de ingeniería de detalle, después de la selección de los modelos específicos de bomba y sello del eje. Métodos de Sellado del Eje El método original de sellado de los ejes rotativos de bombas era rellenar el anulo entre el eje rotativo y el interior de la caja de estopera con cuerda entrelazada o anillos empacados de hojas de metal. Más del 95% de las bombas de proceso ahora incluye un sello de “contacto” mecánico en el espacio anular anteriormente ocupado por el empaque. A continuación se presentan algunos casos significativos excepcionales con respecto a los métodos estándar de sellado del eje de bomba: 1. Las bombas encapsuladas eliminan el problema de sello del eje completamente encerrando el rotor del accionador (motor) en el cuerpo a presión junto con el rotor de la bomba, por lo tanto la única perforación del cuerpo que contiene el líquido es donde entran las conexiones eléctricas.
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 2. La bomba de diafragma es un tipo de bomba reciprocante que opera flexionando un diafragma. El arreglo no requiere caja de estoperas entre el bombeo y la atmósfera. 3. Un constructor de bomba para suspensiones de sólido,–Wilfley (AR) and Sons Inc. – ofrece un sello mecánico “centrífugo” para presiones de succión bajas. El sello tiene contacto con las caras del sello sólo en reposo y en velocidades bajas. A velocidades normales las caras son separadas por una acción de flotamiento. Los álabes de bombeo detrás del impulsor (expulsor) producen una presión sub–atmosférica dentro de la caja de estopera que induce aire hacia adentro a través del sello, en la zona de bombeo. El sello, por lo tanto, emplea una operación de “fase vapor” de las caras de sello, pero usando aire y con dirección de flujo opuesta a la normal de fuga. 4. La construcción de sellos incorporados elimina la caja de estopera y con ésta, la capacidad de la bomba para ser cambiada de un sello mecánico a una empacadura. Ventajas de los Sellos Mecánicos Los sellos mecánicos tienen muchas ventajas sobre las cajas de estoperas empacadas. Las más importantes son: 1. Pérdida reducida del producto. 2. Costo menor de mantenimiento. 3. Menores paradas de la bomba. 4. Menor peligro de fuego. 5. Contaminación reducida de la atmósfera y del agua de desecho. 6. Requerimientos reducidos de área de mantenimiento para líquidos de gran suciedad como el asfalto, CAA, etc. 7. Consumo reducido de potencia debido a fricción. Configuración de Sellos Mecánicos (Figura 2.) El sellado primario se efectúa en un sello mecánico por el contacto lubricado de un anillo de sello rotativo contra un anillo de sello estacionario. Las caras de contacto están en un plano perpendicular al eje y se construyen para que sean extremadamente lisas y sin irregularidades. Los anillos de sello rotativos y estacionarios se colocan y se sellan contra sus apoyos de montaje en elementos de sello secundarios en la forma de anillos en “O” (O–ring), fuelles, empacaduras planas y de otras formas. Los elementos secundarios sellan las partes con posiciones relativas nominalmente fijas; sin embargo, se requiere algo de flexibilidad de los elementos secundarios, especialmente entre el eje y el anillo de sello rotativo.
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Las caras de los sellos mecánicos se presionan juntas por una combinación de fuerza de resorte y fuerza hidráulica desarrollada por la presión del fluido en la caja de estopera. Para cajas de estoperas de presión alta, por ejemplo, por encima de 520 kPa man. (75 psig), el diseñador de sello limita la fuerza hidráulica balanceando la geometría del anillo de sello y el sello se llama “balanceado”. Para presiones menores, el balanceo no es necesario y el sello se llama “no balanceado”. Para la mayoría de los servicios, es suficiente con tener una unidad simple de sello mecánico para el eje de la bomba. Ocasionalmente se requieren dos sellos mecánicos, con inyección de aceite de sello entre los sellos. Cuando los dos sellos se construyen en una sola pieza con partes en común, la combinación se define como sello mecánico doble. Cuando los dos sellos son separados y orientados en la misma dirección, se llaman sellos mecánicos en “pareja” “Tanden”. Materiales de Sellos Mecánicos Los materiales usados para los sellos mecánicos son especificados en la ingeniería de detalle, basado en bombas y recomendaciones del vendedor de sellos. No se requiere trabajo de especificaciones de diseño. Fluidos Auxiliares Usados en el Sellado del Eje Un sellado de eje satisfactorio con frecuencia requiere el uso de fluidos auxiliares para ayudar a controlar las condiciones de trabajo del sello. Los servicios prestados por estos fluidos y la forma con que se emplean se resumen en la Tabla 1. Las especificaciones de diseño sólo deben presentar el tipo de lavado. Las necesidades de otros fluidos auxiliares se determinan en la ingeniería de detalle. Presión de Cajas de Estoperas La presión de la caja de estopera es importante para el diseñador de servicio, ya que es la presión a la que se debe oponer el fluido de lavado externo o, el de sellado. La presión en la caja de estopera no se conoce en el momento del diseño de la planta. Se puede predecir para bombas de una etapa con los siguientes métodos: Si P1<700 kPa man. (100 psig) o DP<410 kPa (60 psi), el impulsor probablemente no tendrá perforaciones de balance de presión, y Pcaja de estopera = P1 + 0.66 (DP) pero no mayor de 900 kPa man. (130 psig) Si P1>700 kPa man. (100 psig) o DP 410 kPa (60 psi), el impulsor tendrá probablemente perforaciones de balance o álabes de bombeo por detrás, y Pcaja de estopera = P1 + 0.1 (DP)
  7. 7. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma pero no mayor que P1 + 200 kPa (30 psig) Para casos que caen en los dos criterios, use el resultado mayor estimando el requerimiento de nivel de presión para una corriente de lavado externo. Se debe agregar un margen de 175 kPa (25 psi) a la presión estimada de la caja de estopera para permitir una caída de presión del líquido inyectado en la caja de estopera. El cálculo de arriba produce sólo unas predicciones. Los valores reales se deben obtener del vendedor de la bomba, siguiendo la selección específica de la bomba. Las bombas multietapa a veces tienen una presión diferente a la presión de succión contra una de las cajas de estoperas. El diseño específico de la bomba debe ser conocido antes que esta presión se pueda estimar. Sellos para Servicios a Altas Temperaturas Descripción – Los sellos aptos para servicios de alta temperatura sin dependencia de enfriamiento para otra cosa que no sea el mantenimiento de la película de lubricación de la superficie de contacto se llaman comúnmente “sellos de alta temperatura”. El rango de temperatura para el cual se aplican no es preciso, pero generalmente en el rango de 230 a 430°C (450–800°F). La capacidad de alta temperatura se logra con el uso de materiales rellenos con teflón o grafito o fuelles metálicos para sellado secundario entre la camisa del eje y el anillo de sello rotativo. No es necesario especificar los sellos de alta temperatura en las especificaciones de diseño, antes de la ingeniería de detalles. Enfriamiento – A pesar de que los materiales y el diseño mecánico de esta clase de sellos son relativamente insensibles a la temperatura, las caras del sello pueden requerir de todas formas de un lavado frío para prevenir la vaporización parcial de la pequeña cantidad de líquido derramado a través de ellos hacia la atmósfera. Este requerimiento depende de la volatibilidad del líquido, y no del diseño del sello. Por lo tanto, la especificación de sellos de temperatura alta no necesariamente asegura que el enfriamiento del líquido de lavado no se requiera. Sin embargo, también si no se necesita enfriamiento para este propósito, usualmente siempre se necesita agua de enfriamiento para otras partes de muchas bombas en el rango de servicio de 230a 430°C (450–800°F); por ejemplo, abrazadera de cojinetes, camisas de cajas de estopera y pedestales. Por lo tanto, el uso de sello de alta temperatura pocas veces alivia la unidad completa de bombeo de la dependencia de agua de enfriamiento. En aquellos casos donde el enfriamiento de la zona de superficie de contacto no se requiera, por la volatilidad suficientemente baja (por ejemplo, en servicio de fondo de torres de destilación), los sellos de temperatura alta tienen dos ventajas: el sello no depende de la disponibilidad de una corriente de lavado de enfriamiento externo para la continuidad del servicio; y no requiere un líquido de enfriamiento de lavado, que consume agua de enfriamiento y esta sujeto a ensuciamiento.
  8. 8. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 7 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Costo – La desventaja principal de los sellos de alta temperatura es que cuestan de 1.3 a 2 veces el costo de un sello normal. Sin embargo, cuando el uso de sellos de alta temperatura elimina la necesidad de enfriamiento con agua del líquido de lavado del sello (que es frecuentemente lo que pasa) el costo extra de los sellos de alta temperatura se justifica fácilmente por la eliminación del enfriador y su tubería, y la reducción en el consumo de agua de enfriamiento. Confiabilidad – Los sellos de temperatura alta han probado ser seguros y más confiables que el empacado en las cajas de estoperas de bombas de alta temperatura. Esta experiencia exitosa soporta la práctica de equipar tanto las bombas de operación y como las de repuesto con sellos de alta temperatura como equipo original. Sin embargo, para suministrar flexibilidad en el control del ambiente del sello, las bombas para servicio de alta temperatura son construidas con una caja de estoperas convencional; por ejemplo, no se usa construcción de sellos incorporados. Esto también permite conversión a empacado si se encuentran dificultades crónicas con el sello mecánico. Sellos para Servicios a Temperaturas Bajas De la Tabla 2 se puede ver que los sellos simples mecánicos, auto–lavantes se recomiendan hasta –50°C (–60°F). El problema principal con el sellado de hidrocarburos livianos a temperaturas tan bajas con un sello único mecánico auto–lavante es la dificultad de mantener el fluido del proceso como un líquido libre de vapor o un vapor libre de líquido en las caras del sellado. Cuando se opera con líquidos en la caja de estoperas, el calor en las caras del sello puede causar vaporización local del fluido de proceso y movimiento del sello. El calor es agregado en las siguientes maneras: 1. De la fricción de roce de las caras del sello. 2. De la energía disipada en turbulencia en la bomba especialmente en operación en zonas de capacidad ineficiente. 3. Por conducción de las líneas más calientes y partes de la bomba. Algunos problemas adicionales debajo de –50°C (–60°F) son: 1. Muchos materiales elastómeros pierden flexibilidad, por lo tanto el sellado secundario se dificulta. 2. Los cristales de hielo que se forman en la cercanía del sello tienden a molestar las caras del sellado. Diseños de sello especial y sistemas auto–lavantes se seleccionan, en la ingeniería de detalle, para superar el problema. Los sellos de fase de vapor suministran otra posible solución. Una línea de reciclo de la bomba en estos servicios en frío es valiosa en el arranque para mantener el caudal de flujo de la bomba a un punto eficiente a fin de minimizar la generación de calor.
  9. 9. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 8 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Se debe hacer la consulta de un especialista de máquina cuando se asignan servicios por debajo de –50°C (–60–°F). Sellos en Fase Vapor Descripción – Los sellos de fase de vapor son sellos mecánicos simples que operan con vapor en vez de líquido en la caja de estopera, uniendo las caras de contacto de sellado. Las caras de sellado se mantienen ligeramente apartadas por la presión del vapor que fluye entre ellos y se llaman “lubricados por vapor”. Poca pérdida de vapor ocurre a la atmósfera, pero de una forma lenta que es casi imperceptible. La tasa de pérdida se compara en flujo másico a la pérdida de líquido a través de un sello mecánico convencional. El vapor se produce en la caja de estopera aplicando vapor al plato de sello suplido por el vendedor de sello. Se usan configuraciones especiales de elementos de sello para fomentar la conducción de calor del vapor en el área inmediatamente próxima a las caras de sellado. Los sellos en fase vapor se diseñan con balance hidráulico para producir cargas unitarias livianas en el área de la cara. Rango de Aplicación – Los sellos de fase vapor son especialmente útiles en servicios de hidrocarburos livianos a niveles de temperatura baja y temperatura ambiente y donde el diferencial de presión del servicio es relativamente bajo. El sellado del eje de bombas en servicios con temperatura baja y ambiente es difícil porque el aire o el agua de enfriamiento de líquido auto–lavante no puede reducir la temperatura de la caja de estoperas. Por lo tanto, el enfriamiento no es efectivo en suprimir la vaporización en las caras del sello; la vaporización parcial dentro de la caja de estoperas y en la película entre las caras de sello produce inestabilidad y vida corta de las partes de roce. Los servicios de bajo diferencial de presión (usualmente por debajo de 480 kPa (70 psi)) pueden ser difíciles porque la presión disponible de la descarga de la bomba no necesariamente, es lo suficientemente alta para mantener la presión de la caja de estoperas por encima de la presión de vapor del fluido a la temperatura existente en las caras rozantes del sello, por lo tanto, la vaporización debido al calor de fricción no se elimina fácilmente. Los sellos de fase vapor presentan una solución más simple a estos casos de problema de sello del eje que los sellos mecánicos dobles o algunos otros arreglos especiales de sellado simple. La tabla siguiente muestra el rango de experiencia con sellos de fase vapor, y el rango de aplicación presentado por el vendedor. Experiencia Limitaciones impuestas por el vendedor Presión diferencial Hasta 2275 kPa (300 psi) (por lo general debajo de 480 kPa (70 psi)) combinado con Sin limitaciones
  10. 10. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 9 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Temperatura de Bombeo –40 a 50°C (–40 a 120°F) –70 a 50°C (–100 a 12F°) Punto de ebullición de líquido a presión atmosférica Hasta 55°C (130°F) Hasta 55°C (130°F) Presión de succión 930 kPa (135 psi) (por lo general por encima de 1800 kPa (260 psi)) hasta 2930 kPa man. (425 psig) 345 a 5170 kPa man. (50 a 750 psi) El sello de fase de vapor es solo uno de los tantos métodos aceptables para manejar servicios dentro de su rango de aplicación. No se necesita especificarlo en las especificaciones de diseño, pero debe ser considerado junto con otras alternativas en la ingeniería de detalles. Requerimientos de Instalación – Los sellos de fase de vapor requieren típicamente alrededor de 0.004 kg/s (30 lb/hr) de vapor de 345 a 520 kPa man. (50 a 75 psig) a 140–165°C (280 a 325°F). Cuando se usan sellos de fase vapor, el diseño de la bomba debe colocar la presión en la caja de estopera tan cerca como sea posible a la presión de succión. Sistemas de Lavado Propósitos – El lavado de un sello mecánico o del cojinete de garganta de una bomba con empacaduras utiliza un flujo de líquido relativamente alto; por ejemplo, de 0.03 a 0.13 dm3/s (0.5 a 2 gpm), para prevenir vaporización en la caja de estopera, y para mantener limpia de sólidos la cavidad de la caja de estopera, las superficies de roce adecuadamente lubricadas, y todas las partes del sello adecuadamente enfriado. El flujo de lavado entra en la caja de estopera en la conexión de lavado del plato de sello de una bomba sellada, o una conexión de cojinete de garganta (throat bushing) / cierre hidráulico de una bomba con empacadura. Este fluye a través dela caja de estopera y dentro del cuerpo de la bomba a través del espacio del anulo entre el eje y el cojinete de garganta. El flujo de lavado cumple su acción de lavado fluyendo a velocidad relativamente alta, en contracorriente a cualquier material que puede tender a entrar en la caja de estopera desde el cuerpo. Elimina la vaporización elevando la presión en la caja de estopera. Enfría las partes del sello por convección. Métodos – Los sellos mecánicos se lavan normalmente con una corriente pequeña de bombeo, por ejemplo, son “auto–lavantes”. El lavado con un líquido externo en vez del de bombeo se emplea cuando el líquido de bombeo es demasiado sucio para auto–lavado.
  11. 11. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 10 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma En los casos donde el líquido de bombeo es un lubricante demasiado pobre para ser auto–lavante, la contaminación de la corriente de producto por un lavado externo frecuentemente no es aceptable, por lo tanto, se usan generalmente sellos dobles con circulación de lubricante entre sello (aceite de sello). En los casos donde la alta temperatura de operación impide el uso de sellos normales no enfriados, se prefieren los sellos de alta temperatura en lugar de lavado externo frío o agua enfriada auto–lavante. Para servicios sucios, se recomiendan los siguientes diseños. Contenido de Sólidos Sistema de Lavado de Sello 0 a 200 ppm Sello simple con auto–lavado simple. 200 ppm–2% en peso, partículas mayoritariamente más grandes que 10 micrones, y no ensuciantes. Sello simple con ciclón separador en línea auto–lavante. 200 ppm–2% en peso, cantidad significativa de sólidos menores que 10 micrones, o sólidos ensuciantes como el coque Sello simple con lavado externo, si está disponible un líquido de lavado compatible y económico. Si no, use sello doble con un sistema auto–lubricante.
  12. 12. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 11 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Contenido de Sólidos Sistema de Lavado de Sello 2% en peso Use sello doble con sistema de lubricación de sello o empacadura con un cojinete de garganta (throat bushing) lavado externamente, dependiendo de experiencias anteriores con servicios similares. Los sellos simples con lavado externo también se aplican a servicios con líquidos que cristalizan o solidifican cuando hay fugas a condiciones ambientales, como el catacarb. Para suspensiones químicas que pueden tolerar una tasa alta de inyección de agua (0.06 – 0.13 dm3/s) (1 a 2 gpm), se recomienda lavar el sello con agua. La Figura 1. ilustra los arreglos de lavado que se usan comúnmente. El más común es el CC–3, auto–lavante con solo un orificio de restricción en el circuito. La selección de los detalles de arreglo de lavado se realiza en la ingeniería de detalles después que se conozcan los detalles de la bomba y del sello. Selección del Líquido Externo de Lavado – Los factores siguientes se deben considerar en la selección de una corriente de líquido para lavado externo de sellos de bomba. 1. La fuente debe estar en la misma unidad de proceso de la bomba. 2. La temperatura de la fuente no debe ser mayor que la de la bomba. 3. El punto inicial de ebullición de la corriente de lavado a la presión de la caja de estopera debe ser por lo menos 28°C (50°F) por encima de la temperatura de operación nominal de la bomba. 4. La presión de la fuente debe ser suficiente para suministrar por lo menos 175 kPa (25 psi) más que la presión de la caja de estoperas de cada bomba. 5. El líquido debe tener un punto de fluidez por debajo de la temperatura mínima del ambiente o las líneas deben tener trazas de calentamiento y aislante. 6. El líquido debe ser compatible con la corriente de bombeo y los equipos de proceso aguas abajo. 7. La fuente debe estar disponible en arranque y parada de las bombas. 8. La bomba que suple el aceite de lavado debe tener repuesto. 9. El líquido debe tener un valor lubricante por lo menos igual al de la gasolina. Si no se consigue un líquido disponible en el sitio, el último recurso es una instalación separada incluyendo un tambor de almacenamiento, una bomba, instrumentos y facilidades de cargas. Para instalaciones de bombas únicas o
  13. 13. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 12 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma aisladas, se puede comprar un sistema modular. Para instalaciones múltiples o altamente críticas, es preferible diseñar las facilidades requeridas durante la fase de diseño de planta. Detalles del Sistema Externo de Lavado – El diseño detallado de los sistemas de lavado externo se realiza durante la ingeniería de detalles, tomando en cuenta PDVSA G–200. Características típicas de diseño del sistema son las siguientes: 1. La Figura ilustra un sistema típico. 2. Si la presión de la fuente puede variar en más de 345 kPa (50 psi), se coloca una válvula reguladora de presión en la fuente. 3. Si la presión de la fuente es mayor que 700 kPa (100 psi) por encima de la presión de cualquiera de las cajas de estoperas que reciben el servicio, se coloca una válvula de reducción de presión. 4. El caudal de flujo es de 0.03 a 0.13 dm3/s (0.5 a 2 gpm) por caja de estopera. Para estimar el requerimiento del flujo total del sistema, use 0.1 dm3/s (1.5 gpm) por cada bomba en operación más 0.3 dm3/s (5 gpm) por contingencias. 5. Si se requiere lavado del anillo de desgaste, este requerimiento y el caudal de flujo requerido se especificará por el suplidor de la bomba seleccionada. 6. Se coloca una válvula de aguja de 9.5 ó 13 mm (3/8 pulg ó 1/2 pulg) para control de flujo a cada bomba, tomando menos de 70 kPa (10 psi) de caída de presión al caudal de flujo requerido. 7. La indicación de flujo para cada bomba se suministra con un rotámetro u otro dispositivo. Los sistemas de aceite de sello externo y los sistemas de lavado externo para sellos mecánicos, anillos de desgaste, o cojinete de garganta(throat bushing), se suministran con filtros (strainers) del tipo auto–lavante o dobles en el cabezal de distribución principal. El tamaño de la malla no debe ser más grueso que el mínimo de 20 mesh, pero puede ser tan fino como 150 mesh para cumplir con los requerimientos del suplidor de sello mecánico. El filtro (strainer) debe ser dimensionado para cada caída de presión de no mayor de 10 kPa (15. psi) servicio en limpio. Sistemas de Sello La función del líquido de sello en un sistema de sello del eje de la bomba difiere significativamente del sistema de líquido de lavado en que muy poco líquido de sello fluye hacia la corriente de bombeo. Este fluye a través de la caja de estoperas, en vez de hacia la bomba. Es por lo tanto consumido a una velocidad mucho menor. El líquido de sello sirve como lubricante, enfriador y fluido de barrera. Un caudal de flujo típico es de 0.03 a 0.13 dm3/s (1a 2 gpm) por caja de estopera en un sistema de circulación.
  14. 14. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 13 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La Figura 4. ilustra un sistema cerrado de aceite de sello para sellos dobles. El líquido de sello se circula de un tambor de almacenamiento a través de un sello mecánico doble retornando de nuevo hacia el tambor de almacenamiento. Se coloca un enfriador en la corriente de retorno para prevenir el sobrecalentamiento del fluido. La energía del enfriador se obtiene asumiendo que el fluido a través de cada sello se caliente hasta la temperatura de bombeo. En la Figura 4. una alternativa al sistema de sello mostrado, sería tener el líquido recirculando a la corriente de proceso. También se puede considerar un sistema de sello estático como se muestra en la Figura 5. cuando las temperaturas de bombeo son por debajo de 65°C (150°F). Cuando se aplican los sistemas de circulación de aceite de sello que cubren varios servicios a diferentes niveles de presión, se debe tomar precaución para asegurar que la presión de aceite de suministro exceda la presión más alta de las presiones de la caja de estopera, para que el líquido de bombeo no caiga en el sistema de aceite de sello. Esto se puede lograr colocando una válvula reguladora de presión aguas arriba (Back Pressure) en el cabezal de distribución del aceite de sello aguas abajo del último suministro lateral. La regulación de la válvula debe ser ajustada para que exceda la presión más alta de la caja de estopera en un mínimo de 175 kPa (25psi). Ocasionalmente se aplica una figura simple de sello externo que consiste en suministrar lubricante al anillo de cierre hidráulico de una caja de estopera con empacadura. Se usa grasa, aceite lubricante, o agua, terminando en la caja de estopera en lugar de circular a través de ella. El requerimiento de flujo del líquido está en el orden de 2.5 a 25 dm3/h (0.01 a 0.1 gpm). Cajas de Estoperas Empacadas La caja de estopera empacada es el tipo más simple de sello de eje. Consiste de una cavidad de caja de estopera con un cojinete restrictivo de garganta (Throat) al final del bombeo, varios anillos de empaque, un seguidor o casquillo. Un pequeño flujo se requiere continuamente entre la empacadura y el eje para lubricación. El flujo está típicamente en el rango de 2 a 20 dm3/s (0.5 a 5 gal/h), dependiendo de las características del líquido, la condición mecánica de la bomba y el tipo y arreglo del empacado. Enfriamiento de agua o vapor se usa en el collarín del prensa–estopa (Gland) para líquidos inflamables o tóxicos. Un separador hueco (anillo de cierre hidráulico) se coloca en el medio de la caja de estopera o al final del cojinete de garganta para permitir la distribución del lubricante inyectado o líquido de sello en servicio como: 1. Presión de succión de vacío, para distribuir el sellador en sellado de presión positiva.
  15. 15. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 14 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 2. Donde el líquido de bombeo tiene muy poca lubricidad, requiriendo un lubricante externo para el empaque. 3. Donde el líquido de bombeo contiene sólidos abrasivos. 4. Donde el derrame del líquido de bombeo es intolerable debido a la toxicidad, corrosividad o calidades de ensuciamiento. Los sellos mecánicos han sido exitosamente aplicados prácticamente a todos los servicios en los que previamente se ha usado la empacadura. Control de Contaminación Se debe reconocer que las cajas de estoperas de bombas que manejan hidrocarburos y químicos representa una fuente potencial y a veces significante de la emisión del fluido de proceso a la atmósfera y al sistema de drenaje de líquido. Los sellos simples mecánicos, aplicados apropiadamente, suministran un sellado adecuado y confianza para las necesidades actuales y futuras de control de contaminación. Los sistemas de sello doble con instalaciones para separación de fugas del sello interno proveen un mayor potencial para confiabilidad alta, y operación de bomba libre de contaminación. El costo mayor de estos sistemas se puede justificar para algunas situaciones en esta base, ahora y en los años futuros. ver PDVSA GA–200. Sistemas de Sello de Eje con Mínimo Riesgo de Fuego Los sellos mecánicos simples suministran fuerza y confiabilidad suficiente para mantener bajo el riesgo de fuego en la proximidad de la gran mayoría de bombas que manejan hidrocarburos. En ocasiones donde las circunstancias justifiquen reducir el riesgo de fuego a niveles excepcionalmente bajos, se deben considerar los siguientes diseños y arreglos: 1. Purga continua con vapor o nitrógeno en el plato de sello. 2. Espacio libre mínimo en el cojinete de garganta (Throat Bushing) (diseñado para permitir de flexión normal del eje) con un drenaje del plato prensa estopa drenado a un punto seguro de descarga de desecho. 3. Use un collarín de prensa–estopa (Gland) de empaque auxiliar en vez de un cojinete de garganta (Throat Bushing), con lubricante suministrado afuera del sello interno, y con venteo de seguridad del plato de sello. Se puede usar un sello simple mecánico no balanceado en vez de un empaque auxiliar. 4. Coloque una alarma por falla de sello (hay disponibles varios tipos comerciales) para indicar la falla inicial, antes de que ocurra una falla catastrófica. 5. Use sello mecánico convencional doble o tandem con previsiones para venteo seguro del sistema de aceite de sello.
  16. 16. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 15 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 5 RECOMENDACIONES DE DISEÑO Generalidades Sellos mecánicos para Servicios Limpios – Para todos los servicios limpios deberían especificarse sellos mecánicos según se indica en la Tabla 2, excepto para las siguientes aplicaciones donde se prefiere usar sellos empacados: 1. Agua no tratada a temperatura ambiente y presión de succión, tal como agua para fuego, agua de enfriamiento de planta, agua de pozo, bombeado de sumidero, etc. 2. Bombas de sumidero donde la fuga se drena de regreso al sumidero. Servicios Sucios – Los servicios sucios se deben manejar según la presentación “Método de Lavado”. Servicios con Historial de Problemas – Los servicios de bombeo donde la experiencia ha demostrado que el tiempo entre la falla con los sellos mecánicos simples se debe esperar que no sea menor de 4000 horas, por la naturaleza del servicio, se deben especificar como sigue: 1. Si el derrame de producto es tóxico o altamente corrosivo, o si el lavado externo es un producto contaminante o diluente, use sellos mecánicos dobles con lubricación entre sellos. 2. De otra forma especifique el empaque con lavado externo disponible inyectado en el forro de estrangulación de la caja de estopera. Bombas de Repuesto Las bombas de operación y de repuesto deberían tener arreglos idénticos de sello del eje. En los casos de repuestos comunes, el arreglo para el sello del eje para el repuesto en común debe ser adecuado para los dos servicios. Servicios Específicos Agua Tratada y Condensado – Las bombas que manejan agua tratada o condensado, incluyendo las bombas de alimentación de caldera, deben estar provistas con sellos mecánicos. Por encima de 65°C (150°F), la viscosidad del agua, y su lubricidad, es demasiado baja para una buena vida del sello. Por lo tanto, especifique enfriamiento con agua, auto–lavante. AAC (Acido Cianoacético) – Los sellos mecánicos para servicios de bombeo CAA se deberían especificar de la siguiente manera: 1. Especifique un arreglo de sello mecánico doble lubricado con aceite como se muestra en la Figura 5. donde las condiciones de la caja de estopera de la bomba son favorables a la vaporización instantánea de la solución CAA. Esto incluirá todos los servicios de bombeo CAA por encima de 75°C (165°F)
  17. 17. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 16 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 2. Use un sello mecánico simple auto–lavante en todos los otros servicios CAA e incluya la Tabla 3 como guía al suplidor de la bomba para seleccionar el arreglo auto–lavante. 3. Especifique la construcción de las bombas inicialmente puestas con sellos mecánicos simples para ser aptos a conversión a sellos mecánicos dobles en “Pareja”. Servicio de Bombeo de Fenol – Especifique un sello mecánico en “Pareja” (tandem) y el sistema presentado en la Figura 6. Un fluido de barrera (aceite) se circula a través de la cámara del sello intermedio, lubricando las caras de sello externas. La fuga en “Pareja” previene el derrame de fenol en el casode que el sello interno falle. El derrame del sello interno se puede remediar rápidamente, porque la presión en el sistema de tambor de aceite de sello aumentará. El sello externo prevendrá el derrame hasta que se tome una acción correctiva. Producto Asfáltico – Especifique el empaque con previsiones para lavado externo para arranque y parada, y con construcción de bomba que permita conversión a sellos mecánicos. Soda Cáustica – Si la corriente de proceso puede tolerar una dilución de 100 a 200 dm3/h (0.5 a 1 gpm) de agua, especifique sellos mecánicos simples con agua fresca de lavado y agua de enfriamiento del plato prensa estopa. Si la corriente de proceso sólo puede tolerar dilución de agua al nivel de 12.5 a 25 dm3/h (0.05 a 0.1 gpm), especifique el empaque con sello de agua fresca en el anillo de cierre hidráulico. En cualquier caso, provea una regulación de presión del suministro de agua externa para evitar una inyección excesiva de agua de la corriente de proceso. 6 NOMENCLATURA (Ver MDP–02–P–02)
  18. 18. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 17 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 1. USO DE FLUIDOS AUXILIARES EN EL SELLADO DE EJE DE BOMBAS ––––Donde Aplica––– Servicio Objetivos Fluido Utilizado Cajas de Estoperas Empacapas Sello Mecánico Lavado Previene la vaporización en la cercanía de superficies con fricción enfriando y controlando la presión. Líquido bombeado para auto–lavado. Fuentes externas a veces necesarias debido al bombeo de sólidos, lubricación insuficiente, temperatura excesivas. Anillo de linterna tipo cojinete de garganta (también, en los anillos de desgaste para suspensiones abrasivas). Conexión del plato prensa estopa. Reduce la temperatura en la caja de estoperas a un nivel adecuado para una duración larga y una flexibilidad propia de los sellos elastómeros secundarios y la durabilidad del anillo de carbón. Previene la entrada de sólidos en la caja de estopera desde el bombeo. Reduce la formación de polímeros y coque en la caja de estoperas entrando y circulando. Sellado Provee lubricación para los elementos de sello del eje donde el bombeo es un lubricante pobre o no confiable. Fuente externa; usualmente aceite lubricante, ocasionalmente una corriente de proceso. Conexión de anillo de linterna en la caja de estopera. Entre los dos sellos en el caso de los sellos mecánicos dobles, o entre el sello individual y empaque externo auxiliar, a través de la conexión del plato prensa estopa. Provee un medio seguro y conveniente de detección de pérdida del sello interno. Barrera que previene la explosión del sello interno y pérdida a la atmósfera. Humectación A temperatura de bombeo menores que 2°C (35°F), previene la acción de cristales de hielo sobre las caras del sello. Vapor (metanol usado ocasionalmente). –– Conexión de enfriamiento del plato prensa estopa. De 2 a 175°C (35 a 350°F), lava las fugas de la caja de estoperas; no sirve para hidrocarburos por debajo de 38°C (100°F), ya que el agua a temperatura ambiente no puede prevenir la vaporización de la fuga; para fenol, use vapor para prevenir la solidificación. Agua Prensa–estopa (Gland) No se utiliza normalmente.
  19. 19. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 18 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ––––Donde Aplica––– Servicio Sello Mecánico Cajas de Estoperas Empacapas Fluido UtilizadoObjetivos 175°C (350°F) permita la fusión de líquidos altamente viscosos para liberar el eje el arranque. También provee una barrera para minimizar la oxidación del derrame en las cercanías del sello del eje. Vapor Prensa estopa (Gland) Conexión de enfriamiento del plato prensa estopa. Calentamiento Para sellos de fase vapor – lleva el líquido de bombeo en la caja de estopera al vapor. Vapor de 345 a 520 kPa man. (150 a 75 psig), 140 a 160°C (280 325°F). –– Conexión de calentamiento del plato prensa estopa. Para alta viscosidad – ayuda a liberar el eje y el sello para el arranque. Vapor Camisa de caja de estopera; algunos modelos están equipados con camisas en el cuerpo para calentamiento. Conexión de calentamiento del plato prensa estopa. Enfriamiento Previene vaporización en las superficies de fricción. Agua Camisa de enfriamiento de caja de estopera. Camisa de enfriamiento de caja de estoperas. Reduce la temperatura del fluido de la caja de estopera a un nivel adecuado para duración larga y flexibilidad apropiada para sellos elastómeros secundarios y durabilidad de los anillos de carbón. Cavidad anular enfriante en el plato de sello. Enfriador externo cuando se usa auto–lavado. Enfriador externo cuando se usa recirculación de la caja de estopera por el anillo de bombeo. Lubricación Lubricación de las superficies de fricción donde el bombeo no es satisfactorio. Aceite lubricante –– Entre las caras de los sellos diseñados para fuerza mínima lubricación de alimentación a través de las perforaciones en las caras de los sellos. Grasa o aceite de sello Anillo de linterna Purga Un colchón amortiguador fuera de un sello mecánico individual para excluir positivamente el aire y la humedad del ambiente. Nitrógeno –– Conexión especial para arreglos especiales de instalación, por ejemplo, el modelo Sundyne para servicio de hidrocarburos a baja temp.
  20. 20. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 19 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 2. TIPOS DE SELLOS DE EJE RECOMENDACIONES PARA HIDROCARBUROS LIMPIOS Y QUIMICOS Presión de Succión Temperatura Normal Tipo de Sello de Eje Lavado/Sellado kPa man. psig °C °F 0–8300 0–1200 –50 –60 Cada aplicación requiere ingeniería Individual 0–8300 0–1200 –50 a +175 –60 –+350 Sello mecánico individual Auto lavante 0–8300 0–12100 175 a 230 350 – 450 Sello mecánico Auto lavante con enfriamiento cuando se requiere para prevenir la vaporización. 0–2100 230 a 400 450 –750 Sello mecánico individual de alta temperatura o sello normal con lavado de enfriamiento, dependiendo de la necesidad de enfriar para prevenir la vaporización en las caras de los sellos. Auto lavante con enfriamiento cuando se requiere para prevenir la vaporización o controlar la temperatura del ambiente del sello. Vacío –50 a 400 –60 –750 Lo mismo que para presión de succión positiva. Lavado diseñado para presión positiva en la caja de estoperas. Fuentes externas para arranque y parada. 1800–2800 260 – 400 –40 a +50 –40–+120 El sello individual de vapor es una opción aceptable. Calentamiento con vapor; sin lavado. 8300 1200 Cualquiera Cada aplicación requiere ingeniería individual. Cualquiera 400 750 Cada aplicación requiere ingeniería individual. NOTA: (1) En vez de especificar un tipo particular de sello del eje, la especificación debería requerir que el diseño del sello suministrado sea uno probado con éxito por experiencia de operación comercial anterior. Los diseños aplicables incluyen los sellos mecánicos dobles con presión elevada en la caja de estoperas, sin lavado, y purga de nitrógeno a fuera de las caras del sello.
  21. 21. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 20 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 3. SELLOS MECANICOS INDIVIDUALES REQUERIMIENTOS PARA BOMBAS EN SERVICIO CAA Detalles del Sello –––––––––––––––Construcción de la Bomba–––––––––– Bombas con anillo de desgaste detrás del impulsor y perforaciones de balance. Bombas sin anillos desgaste detrás del impulsor y perforaciones de balance. Arreglo de un Auto Lavado Línea terminal de lavado sin restricción o válvula desde la descarga hasta el tope de la caja de estoperas en las caras del sello. Línea de lavado derecha sin restricciones o válvula desde la descarga hasta el fondo de la caja de estoperas en las caras del sello, línea sin válvula o restricción desde el tope de la caja de estoperas hasta la succión. Cojinete de Garganta en el impulsor Ninguno Requerida Tipo de Sello ––––––––––––––––––––Balanceado–––––––––––––––––– Material de la Empacadura del Sello Mecánico ––––––––––––––––––––––Teflón––––––––––––––––––––– Resorte del Sello ––––––––––––––––––––Individual–––––––––––––––––––– Enfriamiento con Agua Agua a ser circulada a través de las conexiones de la ventilación del plato de sello y drenaje para remover los depósitos de CAA en el anillo de sello.
  22. 22. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 21 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 1. ARREGLOS COMUNES PARA EL SELLADO Y LAVADO DE SELLOS MECANICOS
  23. 23. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 22 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 1. (CONT.)
  24. 24. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 23 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 2. CONFIGURACIONES TIPICAS DE SELLOS MECANICOS
  25. 25. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 24 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 3. SISTEMA TIPICO DE LAVADO EXTERNO SIN RECIRCULACION Fig 4. SISTEMA TIPICO DE ACEITE DE SELLO PARA SELLOS MECANICOS DOBLES
  26. 26. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 25 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 5. ARREGLO DE ACEITE PARA SELLOS MECANICOS EN SERVICIO CAA
  27. 27. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELLADO DEL EJE NOV.970 PDVSA MDP–02–P–09 Página 26 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 6. SISTEMA DE SELLOS PARA BOMBAS DE FENOL CON SELLOS MECANICOS TIPO “PAREJA” “TANDEM”

×