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Apr 05, 2024

Determine el mejor plan de tuberías para soportar sellos mecánicos en bombas verticales

Sacar el máximo provecho de un sello mecánico es directamente proporcional a la calidad del entorno en el que opera. En casi todas las aplicaciones, la clave para la longevidad del sello mecánico y

Sacar el máximo provecho de un sello mecánico es directamente proporcional a la calidad del entorno en el que opera. En casi todas las aplicaciones, la clave para la longevidad del sello mecánico y el tiempo medio entre fallas (MTBF) extendido es comprender las necesidades del sello mecánico y cómo se debe brindar soporte. Aunque cada aplicación es única en sus requisitos de sellado mecánico, las aplicaciones de bombas verticales presentan un conjunto específico de desafíos.

Al determinar el mejor plan de tuberías para soportar un sello mecánico, es importante comprender primero cómo los diferentes tipos de bombas pueden afectar la presión de la cámara del sello. Por ejemplo, la presión de la cámara de sellado en una bomba vertical en voladizo (OH3) dependerá de las características específicas del impulsor. Mientras que para una bomba de sumidero vertical (VS5), debido a que la tubería de descarga pasa fuera de la columna del eje, la presión de la cámara de sellado será muy cercana a la presión atmosférica. Este artículo se centra en tres categorías únicas de bombas: bombas verticales de turbina y de pozo húmedo, bombas verticales de sumidero y lodo y bombas verticales en voladizo.

El sello mecánico en una turbina vertical o bomba de pozo húmedo está ubicado en la columna del eje encima de la placa de montaje de la bomba. El fluido del proceso sube a través de la columna del eje y sale de la bomba por la boquilla de descarga. Debido a esto, la presión de la cámara de sellado será equivalente a la presión de descarga de la bomba. Será necesario ventilar adecuadamente el sello mecánico para evitar el bloqueo de vapor, por lo que el puerto de lavado debe estar lo más alto posible axialmente (por encima de las caras del sello).

El plan de tuberías más común seleccionado para este tipo de bombas es el Plan 13 del Instituto Americano del Petróleo (API), que debe dimensionarse para proporcionar un flujo de descarga adecuado sobre las caras del sello para mantenerlas frías y lubricadas. La principal ventaja del Plan API 13 en esta disposición es que permite la ventilación continua del fluido del proceso para evitar la acumulación de vapor en la cámara del sello y el bloqueo del sello por vapor.

Las posiciones axiales de los puertos de descarga se vuelven importantes cuando se opera un sello mecánico vertical. Para promover el mejor escenario de ventilación posible, los puertos de purga (FO) deben ubicarse lo más afuera posible, por encima de las caras del sello. Por el contrario, para cualquier sello orientado verticalmente, los puertos de descarga (FI) deben estar debajo de los puertos FO. Si es posible, los puertos de lavado en el sello mecánico deben ser tangenciales para facilitar el flujo a través del sello.

El Plan API 13 también se puede utilizar para eliminar sólidos de la cámara de sellado. Si hay sólidos en el fluido del proceso, se recomienda utilizar el Plan API 13 junto con un casquillo de purga (normalmente suministrado por el fabricante de la bomba) e incluir el Plan API 32 para un lavado adecuado de la cámara de sellado.

Las bombas de sumidero y de lodo verticales se diferencian de las bombas de turbina verticales en que el fluido del proceso no se descarga a través de la columna del eje. Se conecta un tramo de tubería separado a la boquilla de descarga para que el fluido del proceso se descargue fuera de la columna del eje a una ubicación separada.

Esto deja la mayor parte de la columna del eje vacía (llena de aire o vapor) y a presión atmosférica. Dado que este es el caso, el sello mecánico sólo es necesario para evitar que vapores no deseados se filtren a la atmósfera. Dependiendo del plan de tuberías seleccionado, se puede utilizar un sistema de fluido de barrera para gases o líquidos para lograr esto.

Los Planes API 53, 54 y 74 proporcionan un fluido de barrera presurizado (barrera de líquido para el Plan 53 y 54, fluido de barrera de gas para el Plan 74) en el sello para evitar que el fluido del proceso se filtre a la atmósfera. Esto puede ser más crítico al sellar un sumidero vertical o una bomba de lodo donde el vapor puede acumularse en la columna del eje. Si se selecciona un sistema de barrera presurizada para un sumidero vertical o una bomba de lodo, es fundamental garantizar que haya un puerto de drenaje disponible en la columna del eje. Si el puerto de drenaje no está presente, la columna del eje podría llenarse de líquido y sobrepresurizar el sello.

En una bomba voladiza vertical, el sello mecánico está justo encima de la parte posterior del impulsor, muy parecido a una bomba voladiza horizontal. Dado que este es el caso, las características del impulsor tendrán un impacto significativo en la presión que actúa en la cámara de sellado. Los anillos de desgaste facilitan la interacción con espacio reducido entre el impulsor y la carcasa de la bomba para evitar que el fluido en la descarga recircule de regreso a la succión. También reducen la carga axial sobre el impulsor al disminuir la presión diferencial entre la parte frontal del impulsor y la cámara de sellado. Dependiendo de las características del impulsor, la presión de la cámara de sellado estaría entre la presión de succión y la presión de descarga para bombas verticales en voladizo.

Los orificios de equilibrio son orificios en el impulsor que permiten que la alta presión detrás del impulsor (y en la cámara de sellado) pase a través del impulsor hacia la succión. Esto también reduce la carga axial sobre el impulsor y acerca la presión de la cámara de sellado a la presión de succión.

Los casquillos de garganta se encuentran entre la parte posterior del impulsor y la garganta de la cámara de sello y se utilizan para generar presión en la cámara de sello, aislar el fluido de proceso del fluido de lavado en la cámara de sello o para actuar como cojinete liso para ayudar a centrar el eje antes. entrando en la cámara de sellado. Dependiendo de su longitud y espacio libre sobre el eje, los casquillos de garganta tendrán un efecto sobre la presión que actúa sobre el sello mecánico y deberán tenerse en cuenta al seleccionar un plan de tubería.

Los planes de tuberías más comunes para bombas verticales en voladizo son los planes API 13, 14 y 32. Cada uno de estos planes de tuberías proporciona un flujo de descarga sobre las caras del sello mecánico para mantenerlas frías y lubricadas.

El Plan API 13 devuelve el fluido de lavado de la cámara de sellado a la succión. Esto se puede utilizar para ayudar a reducir la presión de la cámara de sellado, suponiendo que la presión de la cámara de sellado sea mayor que la presión de succión.

El Plan API 14 utiliza la presión diferencial entre succión y descarga para producir ventilación continua y un flujo constante a través de la cámara de sellado. Las bombas verticales en voladizo utilizan un Plan API 14 para aumentar la presión en la cámara de sellado si el margen de presión de vapor es un problema, al tiempo que logran ventilación y flujo de descarga continuos. En algunos casos, esto puede evitar un funcionamiento prolongado en seco durante el arranque.

El Plan API 32 lleva fluido de lavado fresco y limpio a la cámara de sellado desde una fuente de presión externa. Como mínimo, se debe utilizar el Plan API 32 para llenar la cámara de sellado antes de arrancar la bomba cuando sea necesario. También se agregaría un puerto de ventilación adicional al sello mecánico para ventilar la cámara del sello. Si se utiliza para eliminar sólidos de la cámara de sellado, se recomienda utilizar un casquillo de purga junto con el Plan API 32.

Para soportar mejor un sello mecánico en una bomba vertical, es importante considerar cómo el equipo de la bomba puede afectar la presión de la cámara del sello para poder seleccionar el plan de tubería adecuado.

Y si se soporta adecuadamente, un sello mecánico tendrá mayores posibilidades de funcionar de manera confiable y efectiva.

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Garrett Marsala es ingeniero de soluciones técnicas aplicadas para Flowserve y ha trabajado con clientes dentro de la industria de flujo desde 2012. Tiene una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad de California, Riverside.