Sellos Mecánicos dobles con Fluido de barrera y amortiguador

Sellos Mecánicos dobles con Fluido de barrera y amortiguador FSA Knowledge Series

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Extracto A continuación la FSA presenta dentro su Serie de Entrenamientos una introducción a los sistemas de líquidos amortiguadores y de barrera en conjunto con un descripción general de sus propiedades mas deseables. Y esta descripción es sobre :

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▪

Arreglo de sellos dobles.

▪

API Plans presurizados y no presurizados.

▪

Características de los líquidos de barrera y amortiguador.

▪

Tipos y propiedades de los líquidos de barrera y amortiguador.

Que es un Sello Doble?

A medida que los operadores de los equipos de bombeo se centran más en la seguridad, la confiabilidad y el impacto ambiental que resulta de las fugas del sello, los sellos mecánicos dobles se han vuelto más comunes en la industria.

Un sello mecánico doble ofrece un segundo sello (externo) para lograr la contención del fluido bombeado al crear una cavidad o cámara entre el sello interno y externo que se puede llenar con un fluido.

Cuando este fluido no está presurizado, forma un amortiguador entre el fluido bombeado y la atmósfera y se conoce comúnmente como fluido amortiguador.

Cuando se presuriza, forma una barrera entre el fluido bombeado y la atmósfera y se conoce como un fluido de barrera.

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Fluidos de Barrera y Amortiguador Además de separar el fluido bombeado de la atmósfera, los líquidos barrera y amortiguadores también proporcionan:

5

▪

Lubricación a las caras del sello mecánico.

▪

Transportan la energía térmica del sello mecánico a un intercambiador de calor.

(Esta energía térmica incluye tanto el calor de fricción generado por el sello como el calor absorbido de la carcasa de la bomba y del fluido bombeado).

Sello Doble

Conexiones de entrada y salida del fluido amortiguador o de barrera.

Fluido Bombeado

Cavidad del Fluido amortiguador o de barrera

Sello Mecánico Interno

Sello Mecánico Externo

Corte seccional típico del sello mecánico doble.

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Buffer and Barrier Fluid Sources Existen varios métodos para almacenar, monitorear y circular el fluido amortiguador o de barrera hacia el sello mecánico doble.

Cada método es identificado mediante un número de plan API que se utiliza para describir los requisitos mínimos de cada sistema.

Los sistema de planes API mas comunes provienen de la API-682 (American Petroleum Institute).

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ 7

API Plan 52 API Plan 53A API Plan 53B API Plan 53C API Plan 54

- Reservorio con fluido amortiguador No-Presurizado - Reservorio con fluido de barrera Presurizado - Acumulador de vejiga con fluido de barrera Presurizado - Pistón amplificador con fluido de barrera Presurizado - Sistema Externo con fluido de barrera presurizado

Sistemas No Presurizados con Fluido Amortiguador Sistemas no presurizados con fluido amortiguador.

Un Plan 52 proporciona un reservorio que almacena el fluido amortiguador.

Las líneas de suministro y retorno están conectadas al sello mecánico y la circulación del fluido amortiguador se logra mediante un dispositivo de circulación interno (anillo de bombeo) dentro del sello mecánico.

El espacio de gas por encima del fluido amortiguador en el reservorio se ventea a la presión atmosférica típicamente a través de un sistema de recuperación de gases o “Flare”.

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Sistemas No Presurizados con Fluido Amortiguador Sistemas no presurizados con fluido amortiguador (continuación) El reservorio se puede instrumentar para medir el nivel de líquido y la presión en el reservorio.

Los puertos están instalados en el depósito para facilitar las actividades de mantenimiento tales como inspección y limpieza o rellenado y drenaje del fluido amortiguador. El enfriamiento se proporciona en forma de un intercambiador de calor interno.

Venteo Placa Orificio Fluido Amortiguador

Reservorio Intercambiador de calor

Líneas de circulación

Sello Mecánico

Esquema simplificado del plan API 52 9

Sistemas de Fluido de Barrera Presurizados Sistemas presurizados usando líquido de barrera.

Los sistemas de sello doble presurizado contienen los mismos componentes esenciales que un sistema no presurizado. Estos contienen: ▪

Un suministro almacenado de fluido de barrera,

▪

Un medio para disipar el calor absorbido por los fluidos barrera,

▪

Instrumentación para monitorear el rendimiento del sistema,

▪

Tubería interconectada para transportar el fluido de barrera desde el sello mecánico al intercambiador de calor y finalmente

▪

Un medio para presurizar el fluido barrera.

Hay 4 métodos empleados para presurizar el fluido barrera: 10

API Plan 53A Plan 53A Un gas a presión en el reservorio presuriza el liquido de barrera.

Usualmente se utiliza nitrógeno y la presión es controlada a través de un regulador de presión. El fluido de barrera esta en contacto con el gas presurizado.

Suministro de Gas Presurizado

Regulador de presión

Gas Presurizado

Reservorio Fluido de Barrera

Sistema de circulación

Intercambiador de calor

Sello Mecánico

Esquema simplificado del plan 53A 11

API Plan 53B Gas Presurizado

Plan 53B La Vejiga cargada con el gas. El fluido de barrera es quien comprime el gas que se encuentra contenido en la vejiga A medida que se agrega fluido de barrera se incrementa la presión del sistema. La vejiga evita el contacto directo del gas con el fluido de barrera.

Fluido de Barrera Sistema de circulación

Acumulador

Intercambiador de calor

Sello Mecánico

Esquema simplificado del plan 53A 12

API Plan 53C From Seal Chamber

Plan 53C A pressure amplifying piston uses pressure from within the pump (typically the seal chamber) to amplify the barrier pressure by the ratio of the area on each side of the piston.

The barrier fluid is not exposed to any pressurized gas in this arrangement

Piston Amplifier

Stored Barrier Fluid Volume

Heat Exchanger

Circulating Loop

Mechanical Seal

Simplified schematic of an API Plan 53C system 13

API Plan 54 Plan 54

14

Un sistema externo se usa para presurizar el fluido barrera y hacer circular el sistema de barrera. Un sistema plan 54 puede clasificarse básicamente en dos grupos: sistemas de circuito cerrado donde el fluido barrera se almacena en un reservorio de gran capacidad y las bombas se utilizan para presurizar y hacer circular el fluido de barrera, y sistemas de circuito abierto donde se usa un fluido de proceso compatible como barrera que circula a través del sello mecánico y luego regresa a otro punto aguas abajo en el proceso.

Sistema de circulación

Válvulas reguladores de flujo y presión

Sello Mecánico

Reservorio

Bomba

Intercambiador de calor Bombas de Circulación

Esquema simplificado del plan 54 (Circuito Cerrado)

Plan API 55 Plan 55 Válvulas reguladoras

15

Sistema de flujo y presión Un sistema externo utilizado para proporcionar de circulación circulación de fluido buffer (amortiguador) sin Sello presión (una presión menor que la presión de la Mecánico cámara de sellado). Un sistema Plan API 55 se puede clasificar en términos generales en dos Reservorio grupos. Primero, sistemas de circuito cerrado donde el fluido buffer se almacena en un depósito Bomba grande y se usa una bomba para hacer circular este mismo fluido buffer. Segundo, sistemas de Intercambiador de calor Bombas circuito abierto donde se usa una corriente del de Circulación proceso compatible como fluido amortiguador y Esquema simplificado del plan 55 (Circuito Cerrado) circula a través del sello mecánico y luego regresa a otro punto mas abajo en el proceso.

Características De Los Fluidos de Barrera/Amortiguadores Características mas importante de los fluidos de barrera/amortiguadores.

Existen muchas propiedades críticas en los fluidos de barrera y amortiguador que deben considerarse al hacer una selección. Un fluido de barrera to amortiguador tendrá las siguientes propiedades :

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ 16

Seguro para su uso y almacenamiento. ▪ No es VOC, VHAP u otro químico ▪ regulado.

No es inflamable ▪ Buena lubricidad Buenas propiedades de ▪ transferencia de calor Compatible con el fluido de proceso ▪ ▪

Compatible con los materiales del sello Buenas cualidades de flujo a las temperaturas de operación.

Permanecer estable a temperaturas ambientales.

Que no genere espuma cuando se presuriza.

Baja solubilidad con el gas.

Económico.

Fluidos de barrera/amortiguadores típicos.

Fluidos de barrera/amortiguadores típicos.

Los fluidos que tienen características adecuadas para su uso como barrera y amortiguadores pueden ser agrupados en los siguientes grupos:

17

▪

Agua y soluciones de Glycol

▪

Alcoholes.

▪

Diésel o Kerosene.

▪

Aceites hidráulicos y lubricantes con base de petróleo.

▪

Aceites hidráulicos sintéticos.

▪

Fluidos de transferencia de calor.

Propiedades de los fluidos de barrera/ Amortiguadores.

Viscosidad

Tipo

40°C (104°F) cSt

100°C (212°F) cSt

1

0.68

0.29

Agua y soluciones de glycol

Agu a

Propylene Gly col

1.05

2.6

0.7

Alcoholes

n-Propyl-Alcohol

0.81

1.5

0.45

K-1 Kerosene

0.83

1

K-2 Kerosene

0.85

1.4

0.6

D-1 Diesel

0.83

1.4

0.6

D-2 Diesel

0.86

2.7

1.0

Lube-1

0.86

13.9

5.1

Lube-2

0.85

9.5

2.6

Lube-3

0.89

9.5

2.3

Synth-1

0.80

7

1.5

Synth-2

0.82

22

3.3

Synth-3

0.96

37.2

5.35

Aromatic-1

1.01

29

4

Keroseno y Diesel

Aceites Lubricantes

Aceites Sinteticos Heat transfer fluids 18

Nombre del fluido

S.G. @ 15°C (60°F)

Propiedades Típicas

Punto de Congelació n

Punto de Ebullición

Calor Especifico @ 15°C (60°F)

Conductividad Térmica @ 15°C (60°F)

°C (°F)

°C (°F)

kJ/kg·°K (BTU/lb·°F)

0 (32) -33 (-28) -126 (-195) -29 (-20) -34 (-30) -34 (-30) -59 (-75) -59 (-75) -12 (10) -50 (-58) -62 (-80) 62 (-80) -50 (-58)

100 (212) 106 (222) 97 (207) 149 (300) 177 (350) 177 (350) 182 (360) 104 (219) 168 (335) >149 (>300) 371 (700) 371 (700) 256 (493)

-4 (25)

343 (650)

Rango de Temperatura de Bombeado

Min

Max

W/m·°K (BTU/hr·ft·°F)

°C (°F)

°C (°F)

4.2 (1.0) 3.3 (0.79) 2.2 (0.53) 1.9 (0.46) 1.9 (0.46) 1.9 (0.46) 1.9 (0.46) ~2.1 (~0.5) ~2.1 (~0.5) ~2.1 (~0.5) 2.3 (0.56) 2.4 (0.57) 2.2 (0.53)

0.59 (0.34) 0.36 (0.21) 0.16 (0.09) 0.149 (0.086) 0.149 (0.086) 0.149 (0.086) 0.149 (0.086) ~0.14 (~0.08) ~0.14 (~0.08) ~0.14 (~0.08) 0.154 (0.089) 0.147 (0.085) 0.137 (0.079)

5 (40) -29 (-20) -124 (-191) -23 (-10) -29 (-20) -29 (-20) -12 (10) -29 (-20) -7 (20) -7 (20) -32 (-25) -4 (25) 17 (62)

70 (160) 77 (170) 69 (157) 121 (250) 132 (270) 149 (300) 82 (180) 76 (169) 140 (285) 135 (275) 221 (430) 227 (440) 227 (440)

1.5 (0.35)

0.122 (0.071)

13 (55)

316 (600)

Resumen El liquido de barrera/amortiguador necesita mover la energía térmica del sello mecánico al intercambiador de calor sin degradar sus propiedades.

Debe tener una buena compatibilidad con el fluido del proceso y los componentes del sello mientras que proporciona una buena lubricación a las caras del sello mecánico.

La selección correcta de fluido de barrera/amortiguador ayudará a lograr estos objetivos y maximizar la confiabilidad del sistema de sellado de doble.

19

THANKS!

www.fluidsealing.com

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