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Este entrenamiento es una introducción a los sellos de contención y su aplicación. El contenido del curso se describe a continuación:
▪ La necesidad de los sellos de contención
▪ Familia de sellos de contención
▪ Capacidades para la contención de fugas y vida del sello de contención
▪ Descripción detallada de diferentes tipos de sellos de contención
▪ Sistemas auxiliares para el uso de sellos de contención
¿Por
qué se necesita un sello de contención?
La contención de la fuga del sello mecánico primario es una característica comúnmente aplicada a ensambles de sello en bombas y compresores. Hay varias razones por qué se debe contener la fuga y esto influye en el arreglo que se seleccione, los más comunes son:
▪ Contención de emisiones y cumplimientos legislativos – reducción o eliminación de contaminación a la atmósfera.
▪ Reducción de riesgos – minimizar la pérdida de fluidos cuando falla el sello primario
▪ Mantenimiento de la limpieza y monitoreo del sello primario operando – ayuda a dirigir la fuga del sello a un punto de recolección permitido
▪ Por su función y confiabilidad – sellado de fluidos de lavado
Función de un Sello de Contención
Las funciones del sello de contención son las siguientes
▪ Operar por un período de tiempo equivalente al tiempo de vida de diseño del sello primario
▪ Proporcionar una contención de la fuga del sello primario (dentro de los niveles aceptables para esa tecnología de sello de contención)
▪ Proporcionar una alarma al operador que indique cuando la fuga del sello primario ha excedido los niveles aceptables
▪ Proporcionar una contención de fuga después de la falla del sello primario por una corto período de tiempo, suficiente para permitir que se detenga el equipo con un mínimo impacto a la operación normal de la planta y de los servicios de mantenimiento
Tipos de Sellos de accontención
Tipos de sellaos de contención
Comprimido
Descomprimido
Fuga vs Vida de Sellos de contención
Sello Mecánico
Seco de Contacto
Sello Mecánico de No-contacto
Sello Abeyance (Energizado)
Sello Abeyance (De-energized)
Relación de Vida
Empaquetadura (Descomprimida)
Sello de Labio
Buje segmentado
Empaquetadura (Comprimida)
Buje Flotante
Buje Fijo
Relación de tasa de fuga (Escala logarítmica)
Consideraciones de Selección
Hay una serie de consideraciones respecto a la selección de un sello de contención.
Estas incluyen:
▪ Nivel de contención de fuga deseado (determinado por los riesgos y legislaciones a cumplir de acuerdo a estándares de emisiones para el fluido a contener)
▪ Tiempo de vida del sello de contención
▪ Espacio físico disponible en el equipo para el diseño del sello
▪ Temperatura y presión del fluido a sellar
▪ Compatibilidad de Materiales
▪ Costos
Buje Fijo
Un buje fijo consiste de un material anti-chispa (típicamente bronce o carbón) que es instalado a presión del lado atmosférico de la brida del sello
Se utiliza algún hombro o dispositivo de retención mecánico para evitar que el buje pierda su posición de diseño por la presión del fluido a sellar en caso de fuga. Los estándares internacionales, como son API 610 y API 682, proporcionan una guía para la holgura del diámetro interno del buje sobre el eje del equipo. Se puede utilizar una conexión en el puerto dren localizado axialmente entre el sello mecánico y el buje para monitorear la fuga y alarmar en caso de una falla.
Drenado
Hombro de Retención
Buje fijo
Buje Flotante
Diseñar el buje para que “flote” radialmente permite una mejor adaptación al movimiento y excentricidad del eje con respecto a la brida la brida y permite reducir la holgura con la manga del eje y/o eje. Existen 2 formas comúnmente disponibles para los bujes flotantes, un buje de anillo sólido y otro diseño segmentado
Buje flotante sólido
Buje flotante segmentado
Buje flotante sólido
Un buje flotante solido consiste en un anillo de carbón localizado en el lado atmosférico del sello mecánico. Está posicionado axialmente por varios resortes, típicamente helicoidales u ondulados y de libre movimiento en la dirección radial.
Esta habilidad del buje de flotar radialmente permite una menor holgura radial entre el alojamiento del buje y el eje en comparación con los bujes fijos. El API 682, proporciona una guía de recomendaciones para la holgura diametral de los bujes flotantes.
Un pin anti-rotación o algún otro mecanismo de antiarrastre para prevenir la rotación del buje con el eje.
Resortes de posicionami ento axial Drenado
Buje flotante sólido
Buje segmentado flotante
Similar al buje flotante sólido, un buje de carbón flotante segmentado consiste en un anillo segmentado localizado en el lado atmosférico del sello mecánico. El anillo de carbón es cortado en secciones iguales (segmentos) y unido mediante un resorte ajustado en una ranura sobre el diámetro exterior. Se posiciona axialmente mediante varios resortes, típicamente helicoidales u ondulados, y son libres de moverse radialmente.
El uso de segmentos en conjunto con la habilidad de flotar radialmente permite holguras radiales aún menores o incluso el contacto entre el buje y el eje.
Un pin anti-rotación u otro mecanismo de antiarrastre se proporciona para evitar que el buje rote con el eje.
Resortes de posicionamien to axial
Resorte
Buje Flotante Segmentado
Drenado
Empaquetadura
La empaquetadura auxiliar es ajustada a una cavidad creada en el lado atmosférico del sello y son comprimidos mediante un prensaestopas usando birlos que la aseguran a la brida.
Esta tecnología no es comúnmente utilizada debido a que la vida del empaquetadura es menor que la del sello mecánico.
Drenado
Prensaestopa
Adicionalmente el prensaestopas necesita ajuste y reemplazo de los empaquetadura para poder asegurar el nivel de contención de fuga esperado.
Birlos de ajuste
Empaquetadura
Sellos de labio
Los sellos de labio están disponibles en un amplio rango de diseños y materiales, incluyendo elastómeros y polímeros.
Aunque son muy compactos y de bajo costo, son raramente utilizados como sello contenedor debido a que el tiempo de vida del sello de labio no cumple con las expectativas entre reparaciones de los operadores de plantas.
Adicionalmente los sellos de labio tienen limitaciones de presiones, temperaturas y velocidades de eje que no se consideran en campo
Los sellos de labio son utilizados especialmente en arreglos con contención secundaria, principalmente para retener los fluidos del lavado que con propiedades lubricantes o donde hay cierta tolerancia para una pequeña fuga
Sello de labio
Drenado
Sellos Abeyant
Esta terminología describe un principio de operación que requiere de un sello de contención para poder ser efectivo en el caso de una fuga excesiva del sello primario, proporcionando únicamente un sellado limitado durante la operación normal. La mayoría de los diseños disponibles utilizan el flujo generado por la fuga del sello primario con presión diferencial que mueve o activa un sello contenedor secundario normalmente en reposo
Sello Abeyant de respaldo
Sin embargo el principio tiene aplicación limitada debido a que se encuentran otras tecnologías disponibles que ofrecen una mejor contención y confiabilidad a cualquier tasa de fuga. Los sellos
“Abeyant” no son reconocidos por el API 682
De Contacto Seco Sellos mecánicos
Con los avances en el desarrollo de materiales y diseños de sellos mecánicos, los sellos de contención de contacto se han desarrollado de modo que pueden operar sin lubricación entre el par de caras de contacto. Estos diseños de sellos mecánicos vienen en una variedad de tipos y configuraciones incluyendo sellos de empuje con O-ring, sellos de fuelle, elementos flexibles rotativos o estacionarios e incorporados normalmente en un diseño de sello tipo cartucho.
La tecnología de los sellos mecánicos de contacto seco está limitada a aplicaciones de bajas presiones, pero las propiedades de los materiales también permiten un mejor desempeño de los líquidos lubricantes en el mismo par de caras del sello. Esta capacidad resulta entonces en una contención efectiva de la fuga normal del sello primario más la contención en el caso de un evento de fuga mayor en el sello primario, sin la necesidad de tener un fluido amortiguador lubricante adicional.
De Contacto Sellos mecánicos
Sello de Contención de Contacto seco
Sello de contención estacionario con o ´ring de empuje
Sello de contención rotativo con o ´ring de empuje
Sello de contención de fuelle metálico estático
La tecnología de los sellos mecánicos de no-contacto de gas proporcionan una contención a presiones más altas que los sellos de contención de contacto en seco.
Estos sellos emplean una variedad de tecnologías en las texturas de la cara del sello como lo son las ranuras espirales y las caras con ondulaciones que generan un levantamiento hidrodinámico y mantienen una película de separación con una fuga predecible y estable a la atmosfera.
Aunque los niveles de emisión son ligeramente mayores que los sellos mecánicos de contención de contacto en seco, se puede reducir las emisiones a cero purgando la contaminación de la cavidad del sello con un gas inerte
Estos tipos de sellos mecánicos son menos tolerantes a la contaminación húmeda proveniente de la fuga del sello mecánico primario.
No-contacto Sellos Mecánicos
Sellos de contención de no contacto típico
Cara de sello con ranuras espirales
Cara de sello con ondulaciones
Planes de tubería para sellos de contención
La fuga normal que ocurre en cualquier proceso del sello mecánico se presentará en forma de líquido o vapor. Adicionalmente, para fluidos bombeados a temperaturas elevadas, la fuga de vapor puede condensar una vez alcance las regiones más frías del sello mecánico y del sistema auxiliar. Se encuentran disponibles varios planes de tubería para permitir el monitoreo, contención y disposición de la fuga, cada uno con diferentes niveles de contención y detección.
▪ Planes de tubería para el manejo de la fuga en fluidos que condensan:
▪ API Plan 65A, Plan 65B, Plan 75
▪ Planes de tubería para el manejo de la fuga en fluidos que no condensan (fuga en forma de vapor)
▪ API Plan 76
Planes de tubería para sellos de contención
API PLAN 65A and PLAN 65B
Los planes 65 A y 65 B son planes de detección de fuga que normalmente se utilizan con un sello sencillo instalado con un buje de contención. Este arreglo de tubería se debe utilizar solo en aplicaciones donde la fuga del sello esté normalmente en estado líquido. La fuga es recolectada desde la conexión de drenado y dirigida a través de, bien sea un orificio (Plan 65 A) o una válvula de aislamiento cerrada (65 B). La fuga se acumula en un recipiente donde un interruptor de nivel o transmisor que detecta la acumulación.
El orificio en el Plan 65A permite que en el recipiente se acumulen las fugas solo cuando hay exista un flujo excesivo a través del orificio y la contrapresión generada por el orificio fuerce el flujo hacia el interior del depósito. La válvula cerrada en el plan 65 B envía toda la fuga al recipiente requiriendo drenajes periódicos una vez se haya llenado. Cualquier fuga contenida es finalmente desechada en un sistema de drenaje cerrado.
Planes de tubería para sellos de contención
API PLAN 65A and PLAN 65B
Es importante seleccionar apropiadamente el buje de contención. Un buje fijo, especialmente en tamaños grandes de sello posee holguras mayores y puede permitir la fuga más allá del buje. Esto puede contaminar el área circundante o incluso rocíe el área en el caso de un daño severo en el sello. Si el espacio axial está disponible, se recomienda usar en estos planes un buje flotante sólido o segmentado.
Recipiente
Recipiente
Conexión
Conexión (Drenado de Sello de contención)
Mecánico
Válvula
Planes de tubería para sellos de contención
API PLAN 75
El plan 75 es un plan de contención de fuga utilizado en sellos mecánicos de contención en donde la fuga se encuentra en estado líquido. La fuga es recolectada desde la conexión de drenado en el sello contenedor y dirigida a un recipiente donde se almacena. Un interruptor o transmisor de nivel detecta la acumulación de la fuga en el recipiente.
Esta fuga puede ser desechada de manera segura en un sistema de recolección de líquidos. La tasa de acumulación de fuga en el recipiente se puede utilizar para determinar el estado del sello mecánico. Se proporcionan provisiones para permitir que cualquier vapor atrapado pueda ser dirigido a un sistema de recolección de vapor como sería un quemador o un sistema de reciclaje de vapor.
(Drenado de Sello de contención)
Plan 75
Váluvla de aislamiento
Transmisor de Presión Con indicador local PIT
Sello Mecánico
Placa Orificio
Indicadorde nivel
Válvula de drenado Al sistema de recolección de líquidos
Transmisor de nivel Con indicador local
Sistema de recolección de vapor
Válvula Check
Recipiente
Fuga Líquida
Fuga de vapor (Vapor + Mezcla de gas Amortiguador)
Conexión
Planes de tubería para sellos de contención
API PLAN 76
El plan 76 es un plan de ambientación utilizado con un sello mecánico de contención en donde la fuga se encuentra en forma de gas o vapor. La fuga de gas/vapor es dirigida desde la conexión del venteo del sello mecánico de contención a través del arreglo de tubería del plan 76 a un quemador o un sistema de recuperación de vapor. Se proporciona un transmisor de presión para monitorear la presión en la cavidad del sello contenedor. En el caso de que falle el sello de primario, la placa orificio ocasiona una presión de reversa que se utiliza para activar la alarma de alta presión.
Transmisor de Presión
Al Sistema de recolección de vapor
Válvula de aislamiento
Válvula check
Válvual de drenado
Fuga de gas/vapor ( Gas/Vapor+ Mezcla de gas amortiguador )
Válvula de drenado
Conexión (Venteo de Sello de contención)
Conexión (Drenado de Sello de contención)
Planes de tubería para sellos de contención
API PLAN 72
Se pueden obtener menores emisiones a la atmosfera con el uso del plan 72 el cual consiste en la inyección de un gas inerte en la cavidad del sello contenedor con el uso de un gas amortiguador, típicamente nitrógeno.
El gas amortiguador se introduce en la cavidad del sello contenedor a través de la conexión del sello mecánico localizada entre las caras del sello contenedor y el buje de claros cerrados para purgar el área alrededor de las caras del sello mecánico contenedor con el gas amortiguador
El plan 72 proporciona el envío controlado del gas amortiguador al sello contenedor y es utilizado típicamente con un sello mecánico de contención
Plan 72
FIT PIT
Sello Mecánico
Válvula de aislamiento Filtro coalescente
Válvula de control de Presión
Transmisor de flujo con indicador local
Transmisor de presión con indicador local
Entrada de gas amortiguador
GBI (Entrada de gas) amortiguador
Válvula check
Válvula reguladora de flujo /Orificio
Planes de tubería para sellos de contención
Configuración típica del sello de contención
Venteo de sello de Contención o Conexión de Drenado
Sello de contención
Conexión para de entrada de gas amortiguador
Buje de Claros cerrados
Planes de tubería para sellos de contención
Es común utilizar combinaciones de estos planes de tubería para proveer una optima contención de fugas y reducir las emisiones a la atmosfera:
