Mdp 02 p-09 sellado del eje

PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

BOMBAS

�1994

MDP–02–P–09 SELLADO DEL EJE

APROBADA

NOV.97 NOV.97

NOV.97 L.R.0 L.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

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SELLADO DEL EJE NOV.970

PDVSA MDP–02–P–09

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Indice1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 ANTECEDENTES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 RECOMENDACIONES DE DISEÑO 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 NOMENCLATURA 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/bombas/indice_bombas.htm

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1 ALCANCEEste documento presenta la información requerida para realizar la selecciónpreliminar 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 sistemasrelacionados se realizan en la etapa de ingeniería de detalles, después que labomba se haya seleccionado, y después que están disponibles lasrecomendaciones específicas de ingeniería de los vendedores de sello y bombas.

2 REFERENCIASBasic Practices

G–200 Flushing and Sealing of Mechanical Equipment (MIDVol.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 ANTECEDENTESEl problema práctico de sello de la caja de estopera de una bomba centrífuga orotativa es principalmente de diseño mecánico de bomba y de ingeniería de detalledel proyecto. Las razones para la consideración de sello del eje durante la fasede diseño de planta son:

1. El diseño apropiado del sello del eje tiene un impacto significativo en elrequerimiento de seguridad, operabilidad y mantenimiento de la planta.

2. Muchos sistemas de sello del eje necesitan corrientes auxiliares para lavadoy sello del proceso que se deberían seleccionar en la fase de diseño deproceso, antes que los modelos de bombas se seleccionen.

3. Algunos servicios de proceso presentan dificultades especiales en el sellodel eje que puede ser mitigado por compensaciones apropiadas en el diseñodel servicio.

4 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑOEl diseño de servicio de bombeo debe siempre incluir consideraciones sobre lossiguientes 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?




http://www.intevep.pdv.com/~citonline/espanol/cat_normas_int_es.html

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Para servicios no usuales o servicios conocidos que tengan problemas de selladodel eje, se deben desarrollar y especificar detalles adicionales para permitir laejecución 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 desello 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 delsello y sustitución del sello con empacadura, donde se requiere paracondiciones de servicio severas.

La especificación de diseño debe especificar que el diseño de detalles de lavadoexterno y los sistemas de sello se realicen como parte del proyecto de ingenieríade detalle, después de la selección de los modelos específicos de bomba y sellodel eje.

Métodos de Sellado del Eje

El método original de sellado de los ejes rotativos de bombas era rellenar el anuloentre el eje rotativo y el interior de la caja de estopera con cuerda entrelazada oanillos empacados de hojas de metal. Más del 95% de las bombas de procesoahora incluye un sello de “contacto” mecánico en el espacio anular anteriormenteocupado por el empaque. A continuación se presentan algunos casossignificativos excepcionales con respecto a los métodos estándar de sellado deleje de bomba:

1. Las bombas encapsuladas eliminan el problema de sello del ejecompletamente encerrando el rotor del accionador (motor) en el cuerpo apresión junto con el rotor de la bomba, por lo tanto la única perforación delcuerpo que contiene el líquido es donde entran las conexiones eléctricas.




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2. La bomba de diafragma es un tipo de bomba reciprocante que operaflexionando un diafragma. El arreglo no requiere caja de estoperas entre elbombeo y la atmósfera.

3. Un constructor de bomba para suspensiones de sólido,–Wilfley (AR) andSons Inc. – ofrece un sello mecánico “centrífugo” para presiones de succiónbajas. El sello tiene contacto con las caras del sello sólo en reposo y envelocidades bajas. A velocidades normales las caras son separadas por unaacción de flotamiento. Los álabes de bombeo detrás del impulsor (expulsor)producen una presión sub–atmosférica dentro de la caja de estopera queinduce 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, perousando aire y con dirección de flujo opuesta a la normal de fuga.

4. La construcción de sellos incorporados elimina la caja de estopera y conésta, la capacidad de la bomba para ser cambiada de un sello mecánico auna empacadura.

Ventajas de los Sellos Mecánicos

Los sellos mecánicos tienen muchas ventajas sobre las cajas de estoperasempacadas. 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 gransuciedad 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 deun anillo de sello rotativo contra un anillo de sello estacionario. Las caras decontacto están en un plano perpendicular al eje y se construyen para que seanextremadamente lisas y sin irregularidades. Los anillos de sello rotativos yestacionarios se colocan y se sellan contra sus apoyos de montaje en elementosde sello secundarios en la forma de anillos en “O” (O–ring), fuelles, empacadurasplanas y de otras formas. Los elementos secundarios sellan las partes conposiciones relativas nominalmente fijas; sin embargo, se requiere algo deflexibilidad de los elementos secundarios, especialmente entre el eje y el anillo desello rotativo.




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Las caras de los sellos mecánicos se presionan juntas por una combinación defuerza de resorte y fuerza hidráulica desarrollada por la presión del fluido en la cajade estopera. Para cajas de estoperas de presión alta, por ejemplo, por encima de520 kPa man. (75 psig), el diseñador de sello limita la fuerza hidráulicabalanceando la geometría del anillo de sello y el sello se llama “balanceado”. Parapresiones menores, el balanceo no es necesario y el sello se llama “nobalanceado”.

Para la mayoría de los servicios, es suficiente con tener una unidad simple de sellomecánico para el eje de la bomba. Ocasionalmente se requieren dos sellosmecánicos, con inyección de aceite de sello entre los sellos. Cuando los dos sellosse construyen en una sola pieza con partes en común, la combinación se definecomo sello mecánico doble. Cuando los dos sellos son separados y orientadosen la misma dirección, se llaman sellos mecánicos en “pareja” “Tanden”.

Materiales de Sellos Mecánicos

Los materiales usados para los sellos mecánicos son especificados en laingeniería de detalle, basado en bombas y recomendaciones del vendedor desellos. 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 auxiliarespara ayudar a controlar las condiciones de trabajo del sello. Los serviciosprestados por estos fluidos y la forma con que se emplean se resumen en la Tabla1. Las especificaciones de diseño sólo deben presentar el tipo de lavado. Lasnecesidades 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, yaque es la presión a la que se debe oponer el fluido de lavado externo o, el desellado.

La presión en la caja de estopera no se conoce en el momento del diseño de laplanta. Se puede predecir para bombas de una etapa con los siguientes métodos:

Si P1<700 kPa man. (100 psig) o �P<410 kPa (60 psi), el impulsor probablementeno tendrá perforaciones de balance de presión, y

Pcaja de estopera = P1 + 0.66 (�P)

pero no mayor de 900 kPa man. (130 psig)

Si P1>700 kPa man. (100 psig) o �P 410 kPa (60 psi), el impulsor tendráprobablemente perforaciones de balance o álabes de bombeo por detrás, y

Pcaja de estopera = P1 + 0.1 (�P)




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pero no mayor que P1 + 200 kPa (30 psig)

Para casos que caen en los dos criterios, use el resultado mayor estimando elrequerimiento de nivel de presión para una corriente de lavado externo. Se debeagregar un margen de 175 kPa (25 psi) a la presión estimada de la caja de estoperapara 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 debenobtener del vendedor de la bomba, siguiendo la selección específica de la bomba.

Las bombas multietapa a veces tienen una presión diferente a la presión desucción contra una de las cajas de estoperas. El diseño específico de la bombadebe 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 dependenciade enfriamiento para otra cosa que no sea el mantenimiento de la película delubricación de la superficie de contacto se llaman comúnmente “sellos de altatemperatura”. El rango de temperatura para el cual se aplican no es preciso, perogeneralmente en el rango de 230 a 430°C (450–800°F). La capacidad de altatemperatura se logra con el uso de materiales rellenos con teflón o grafito o fuellesmetálicos para sellado secundario entre la camisa del eje y el anillo de sellorotativo. No es necesario especificar los sellos de alta temperatura en lasespecificaciones de diseño, antes de la ingeniería de detalles.

Enfriamiento – A pesar de que los materiales y el diseño mecánico de esta clasede sellos son relativamente insensibles a la temperatura, las caras del sellopueden requerir de todas formas de un lavado frío para prevenir la vaporizaciónparcial de la pequeña cantidad de líquido derramado a través de ellos hacia laatmósfera. Este requerimiento depende de la volatibilidad del líquido, y no deldiseño del sello. Por lo tanto, la especificación de sellos de temperatura alta nonecesariamente 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 demuchas 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 debombeo de la dependencia de agua de enfriamiento.

En aquellos casos donde el enfriamiento de la zona de superficie de contacto nose requiera, por la volatilidad suficientemente baja (por ejemplo, en servicio defondo 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 enfriamientoexterno para la continuidad del servicio; y no requiere un líquido de enfriamientode lavado, que consume agua de enfriamiento y esta sujeto a ensuciamiento.




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Costo – La desventaja principal de los sellos de alta temperatura es que cuestande 1.3 a 2 veces el costo de un sello normal. Sin embargo, cuando el uso de sellosde alta temperatura elimina la necesidad de enfriamiento con agua del líquido delavado del sello (que es frecuentemente lo que pasa) el costo extra de los sellosde alta temperatura se justifica fácilmente por la eliminación del enfriador y sutubería, y la reducción en el consumo de agua de enfriamiento.

Confiabilidad – Los sellos de temperatura alta han probado ser seguros y másconfiables que el empacado en las cajas de estoperas de bombas de altatemperatura. Esta experiencia exitosa soporta la práctica de equipar tanto lasbombas de operación y como las de repuesto con sellos de alta temperatura comoequipo original. Sin embargo, para suministrar flexibilidad en el control delambiente del sello, las bombas para servicio de alta temperatura son construidascon una caja de estoperas convencional; por ejemplo, no se usa construcción desellos incorporados. Esto también permite conversión a empacado si seencuentran 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 serecomiendan hasta –50°C (–60°F). El problema principal con el sellado dehidrocarburos livianos a temperaturas tan bajas con un sello único mecánicoauto–lavante es la dificultad de mantener el fluido del proceso como un líquido librede vapor o un vapor libre de líquido en las caras del sellado. Cuando se opera conlíquidos en la caja de estoperas, el calor en las caras del sello puede causarvaporización local del fluido de proceso y movimiento del sello. El calor esagregado 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 enoperación 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 selladosecundario se dificulta.

2. Los cristales de hielo que se forman en la cercanía del sello tienden amolestar las caras del sellado.

Diseños de sello especial y sistemas auto–lavantes se seleccionan, en laingeniería de detalle, para superar el problema. Los sellos de fase de vaporsuministran otra posible solución. Una línea de reciclo de la bomba en estosservicios en frío es valiosa en el arranque para mantener el caudal de flujo de labomba a un punto eficiente a fin de minimizar la generación de calor.




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Se debe hacer la consulta de un especialista de máquina cuando se asignanservicios por debajo de –50°C (–60–°F).

Sellos en Fase Vapor

Descripción – Los sellos de fase de vapor son sellos mecánicos simples queoperan con vapor en vez de líquido en la caja de estopera, uniendo las caras decontacto de sellado. Las caras de sellado se mantienen ligeramente apartadas porla presión del vapor que fluye entre ellos y se llaman “lubricados por vapor”. Pocapérdida de vapor ocurre a la atmósfera, pero de una forma lenta que es casiimperceptible. La tasa de pérdida se compara en flujo másico a la pérdida delíquido a través de un sello mecánico convencional.

El vapor se produce en la caja de estopera aplicando vapor al plato de sello suplidopor el vendedor de sello. Se usan configuraciones especiales de elementos desello para fomentar la conducción de calor del vapor en el área inmediatamentepróxima a las caras de sellado. Los sellos en fase vapor se diseñan con balancehidráulico para producir cargas unitarias livianas en el área de la cara.

Rango de Aplicación – Los sellos de fase vapor son especialmente útiles enservicios de hidrocarburos livianos a niveles de temperatura baja y temperaturaambiente y donde el diferencial de presión del servicio es relativamente bajo. Elsellado del eje de bombas en servicios con temperatura baja y ambiente es difícilporque el aire o el agua de enfriamiento de líquido auto–lavante no puede reducirla temperatura de la caja de estoperas. Por lo tanto, el enfriamiento no es efectivoen suprimir la vaporización en las caras del sello; la vaporización parcial dentro dela caja de estoperas y en la película entre las caras de sello produce inestabilidady 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 presióndisponible de la descarga de la bomba no necesariamente, es lo suficientementealta para mantener la presión de la caja de estoperas por encima de la presión devapor del fluido a la temperatura existente en las caras rozantes del sello, por lotanto, la vaporización debido al calor de fricción no se elimina fácilmente.

Los sellos de fase vapor presentan una solución más simple a estos casos deproblema de sello del eje que los sellos mecánicos dobles o algunos otros arreglosespeciales de sellado simple. La tabla siguiente muestra el rango de experienciacon sellos de fase vapor, y el rango de aplicación presentado por el vendedor.

Experiencia Limitacionesimpuestas por el

vendedor

Presión diferencial Hasta 2275 kPa (300 psi) (porlo general debajo de 480 kPa(70 psi)) combinado con

Sin limitaciones




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Temperatura deBombeo

–40 a 50°C (–40 a 120°F) –70 a 50°C (–100 a12F°)

Punto de ebulliciónde líquido apresiónatmosférica

Hasta 55°C (130°F) Hasta 55°C (130°F)

Presión de succión 930 kPa (135 psi) (por logeneral por encima de 1800kPa (260 psi)) hasta 2930 kPaman. (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 paramanejar servicios dentro de su rango de aplicación. No se necesita especificarloen las especificaciones de diseño, pero debe ser considerado junto con otrasalternativas en la ingeniería de detalles.

Requerimientos de Instalación – Los sellos de fase de vapor requierentípicamente 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 lapresión 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 unabomba 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 deestopera, y para mantener limpia de sólidos la cavidad de la caja de estopera, lassuperficies de roce adecuadamente lubricadas, y todas las partes del selloadecuadamente enfriado. El flujo de lavado entra en la caja de estopera en laconexión de lavado del plato de sello de una bomba sellada, o una conexión decojinete de garganta (throat bushing) / cierre hidráulico de una bomba conempacadura. Este fluye a través dela caja de estopera y dentro del cuerpo de labomba 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 relativamentealta, en contracorriente a cualquier material que puede tender a entrar en la cajade estopera desde el cuerpo. Elimina la vaporización elevando la presión en lacaja de estopera. Enfría las partes del sello por convección.

Métodos – Los sellos mecánicos se lavan normalmente con una corrientepequeña de bombeo, por ejemplo, son “auto–lavantes”. El lavado con un líquidoexterno en vez del de bombeo se emplea cuando el líquido de bombeo esdemasiado sucio para auto–lavado.




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En los casos donde el líquido de bombeo es un lubricante demasiado pobre paraser auto–lavante, la contaminación de la corriente de producto por un lavadoexterno frecuentemente no es aceptable, por lo tanto, se usan generalmente sellosdobles con circulación de lubricante entre sello (aceite de sello).

En los casos donde la alta temperatura de operación impide el uso de sellosnormales no enfriados, se prefieren los sellos de alta temperatura en lugar delavado 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, partículasmayoritariamente más grandes que10 micrones, y no ensuciantes.

Sello simple con ciclón separador enlínea auto–lavante.

200 ppm–2% en peso, cantidadsignificativa de sólidos menores que10 micrones, o sólidos ensuciantescomo el coque

Sello simple con lavado externo, siestá disponible un líquido de lavadocompatible y económico. Si no, usesello doble con un sistemaauto–lubricante.




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Contenido de Sólidos Sistema de Lavado de Sello

2% en peso Use sello doble con sistema delubricación de sello o empacadura conun cojinete de garganta (throatbushing) lavado externamente,dependiendo de experienciasanteriores con servicios similares.

Los sellos simples con lavado externo también se aplican a servicios con líquidosque cristalizan o solidifican cuando hay fugas a condiciones ambientales, como elcatacarb. Para suspensiones químicas que pueden tolerar una tasa alta deinyección de agua (0.06 – 0.13 dm3/s) (1 a 2 gpm), se recomienda lavar el sellocon agua.

La Figura 1. ilustra los arreglos de lavado que se usan comúnmente. El máscomún 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 dedetalles después que se conozcan los detalles de la bomba y del sello.

Selección del Líquido Externo de Lavado – Los factores siguientes se debenconsiderar en la selección de una corriente de líquido para lavado externo desellos 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 cajade estopera debe ser por lo menos 28°C (50°F) por encima de la temperaturade operación nominal de la bomba.

4. La presión de la fuente debe ser suficiente para suministrar por lo menos 175kPa (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 mínimadel 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 deproceso 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 unainstalación separada incluyendo un tambor de almacenamiento, una bomba,instrumentos y facilidades de cargas. Para instalaciones de bombas únicas o




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aisladas, se puede comprar un sistema modular. Para instalaciones múltiples oaltamente críticas, es preferible diseñar las facilidades requeridas durante la fasede diseño de planta.

Detalles del Sistema Externo de Lavado – El diseño detallado de los sistemasde lavado externo se realiza durante la ingeniería de detalles, tomando en cuentaPDVSA 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 colocauna válvula reguladora de presión en la fuente.

3. Si la presión de la fuente es mayor que 700 kPa (100 psi) por encima de lapresión de cualquiera de las cajas de estoperas que reciben el servicio, secoloca 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 (1.5gpm) por cada bomba en operación más 0.3 dm3/s (5 gpm) porcontingencias.

5. Si se requiere lavado del anillo de desgaste, este requerimiento y el caudalde 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) paracontrol de flujo a cada bomba, tomando menos de 70 kPa (10 psi) de caídade presión al caudal de flujo requerido.

7. La indicación de flujo para cada bomba se suministra con un rotámetro u otrodispositivo.

Los sistemas de aceite de sello externo y los sistemas de lavado externo parasellos mecánicos, anillos de desgaste, o cojinete de garganta(throat bushing), sesuministran con filtros (strainers) del tipo auto–lavante o dobles en el cabezal dedistribución principal. El tamaño de la malla no debe ser más grueso que el mínimode 20 mesh, pero puede ser tan fino como 150 mesh para cumplir con losrequerimientos del suplidor de sello mecánico. El filtro (strainer) debe serdimensionado para cada caída de presión de no mayor de 10 kPa (15. psi) servicioen limpio.

Sistemas de SelloLa función del líquido de sello en un sistema de sello del eje de la bomba difieresignificativamente del sistema de líquido de lavado en que muy poco líquido desello fluye hacia la corriente de bombeo. Este fluye a través de la caja deestoperas, en vez de hacia la bomba. Es por lo tanto consumido a una velocidadmucho menor. El líquido de sello sirve como lubricante, enfriador y fluido debarrera. Un caudal de flujo típico es de 0.03 a 0.13 dm3/s (1a 2 gpm) por caja deestopera en un sistema de circulación.




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La Figura 4. ilustra un sistema cerrado de aceite de sello para sellos dobles. Ellíquido de sello se circula de un tambor de almacenamiento a través de un sellomecánico doble retornando de nuevo hacia el tambor de almacenamiento. Secoloca un enfriador en la corriente de retorno para prevenir el sobrecalentamientodel fluido. La energía del enfriador se obtiene asumiendo que el fluido a través decada sello se caliente hasta la temperatura de bombeo.

En la Figura 4. una alternativa al sistema de sello mostrado, sería tener el líquidorecirculando a la corriente de proceso. También se puede considerar un sistemade sello estático como se muestra en la Figura 5. cuando las temperaturas debombeo son por debajo de 65°C (150°F).

Cuando se aplican los sistemas de circulación de aceite de sello que cubren variosservicios a diferentes niveles de presión, se debe tomar precaución para asegurarque la presión de aceite de suministro exceda la presión más alta de las presionesde la caja de estopera, para que el líquido de bombeo no caiga en el sistema deaceite de sello. Esto se puede lograr colocando una válvula reguladora de presiónaguas arriba (Back Pressure) en el cabezal de distribución del aceite de selloaguas abajo del último suministro lateral. La regulación de la válvula debe serajustada para que exceda la presión más alta de la caja de estopera en un mínimode 175 kPa (25psi).

Ocasionalmente se aplica una figura simple de sello externo que consiste ensuministrar lubricante al anillo de cierre hidráulico de una caja de estopera conempacadura. Se usa grasa, aceite lubricante, o agua, terminando en la caja deestopera en lugar de circular a través de ella. El requerimiento de flujo del líquidoestá 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 deuna cavidad de caja de estopera con un cojinete restrictivo de garganta (Throat)al final del bombeo, varios anillos de empaque, un seguidor o casquillo. Unpequeño flujo se requiere continuamente entre la empacadura y el eje paralubricación. 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 bombay el tipo y arreglo del empacado.

Enfriamiento de agua o vapor se usa en el collarín del prensa–estopa (Gland) paralíquidos inflamables o tóxicos.

Un separador hueco (anillo de cierre hidráulico) se coloca en el medio de la cajade estopera o al final del cojinete de garganta para permitir la distribución dellubricante inyectado o líquido de sello en servicio como:

1. Presión de succión de vacío, para distribuir el sellador en sellado de presiónpositiva.




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2. Donde el líquido de bombeo tiene muy poca lubricidad, requiriendo unlubricante 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 losservicios en los que previamente se ha usado la empacadura.

Control de ContaminaciónSe debe reconocer que las cajas de estoperas de bombas que manejanhidrocarburos y químicos representa una fuente potencial y a veces significantede la emisión del fluido de proceso a la atmósfera y al sistema de drenaje delíquido. Los sellos simples mecánicos, aplicados apropiadamente, suministran unsellado adecuado y confianza para las necesidades actuales y futuras de controlde contaminación. Los sistemas de sello doble con instalaciones para separaciónde fugas del sello interno proveen un mayor potencial para confiabilidad alta, yoperación de bomba libre de contaminación. El costo mayor de estos sistemas sepuede 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 FuegoLos sellos mecánicos simples suministran fuerza y confiabilidad suficiente paramantener bajo el riesgo de fuego en la proximidad de la gran mayoría de bombasque manejan hidrocarburos.

En ocasiones donde las circunstancias justifiquen reducir el riesgo de fuego aniveles excepcionalmente bajos, se deben considerar los siguientes diseños yarreglos:

1. Purga continua con vapor o nitrógeno en el plato de sello.

2. Espacio libre mínimo en el cojinete de garganta (Throat Bushing) (diseñadopara permitir de flexión normal del eje) con un drenaje del plato prensa estopadrenado a un punto seguro de descarga de desecho.

3. Use un collarín de prensa–estopa (Gland) de empaque auxiliar en vez de uncojinete de garganta (Throat Bushing), con lubricante suministrado afueradel sello interno, y con venteo de seguridad del plato de sello. Se puede usarun sello simple mecánico no balanceado en vez de un empaque auxiliar.

4. Coloque una alarma por falla de sello (hay disponibles varios tiposcomerciales) para indicar la falla inicial, antes de que ocurra una fallacatastrófica.

5. Use sello mecánico convencional doble o tandem con previsiones paraventeo seguro del sistema de aceite de sello.




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5 RECOMENDACIONES DE DISEÑOGeneralidades

Sellos mecánicos para Servicios Limpios – Para todos los servicios limpiosdeberían especificarse sellos mecánicos según se indica en la Tabla 2, exceptopara las siguientes aplicaciones donde se prefiere usar sellos empacados:

1. Agua no tratada a temperatura ambiente y presión de succión, tal como aguapara fuego, agua de enfriamiento de planta, agua de pozo, bombeado desumidero, 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 laexperiencia ha demostrado que el tiempo entre la falla con los sellos mecánicossimples se debe esperar que no sea menor de 4000 horas, por la naturaleza delservicio, se deben especificar como sigue:

1. Si el derrame de producto es tóxico o altamente corrosivo, o si el lavadoexterno es un producto contaminante o diluente, use sellos mecánicosdobles con lubricación entre sellos.

2. De otra forma especifique el empaque con lavado externo disponibleinyectado 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 sellodel eje. En los casos de repuestos comunes, el arreglo para el sello del eje parael repuesto en común debe ser adecuado para los dos servicios.

Servicios Específicos

Agua Tratada y Condensado – Las bombas que manejan agua tratada ocondensado, incluyendo las bombas de alimentación de caldera, deben estarprovistas con sellos mecánicos. Por encima de 65°C (150°F), la viscosidad delagua, y su lubricidad, es demasiado baja para una buena vida del sello. Por lotanto, especifique enfriamiento con agua, auto–lavante.

AAC (Acido Cianoacético) – Los sellos mecánicos para servicios de bombeoCAA se deberían especificar de la siguiente manera:

1. Especifique un arreglo de sello mecánico doble lubricado con aceite comose muestra en la Figura 5. donde las condiciones de la caja de estopera dela 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)




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2. Use un sello mecánico simple auto–lavante en todos los otros servicios CAAe incluya la Tabla 3 como guía al suplidor de la bomba para seleccionar elarreglo auto–lavante.

3. Especifique la construcción de las bombas inicialmente puestas con sellosmecánicos simples para ser aptos a conversión a sellos mecánicos doblesen “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) secircula a través de la cámara del sello intermedio, lubricando las caras de selloexternas. La fuga en “Pareja” previene el derrame de fenol en el casode que elsello 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 selloexterno prevendrá el derrame hasta que se tome una acción correctiva.

Producto Asfáltico – Especifique el empaque con previsiones para lavadoexterno para arranque y parada, y con construcción de bomba que permitaconversión a sellos mecánicos.

Soda Cáustica – Si la corriente de proceso puede tolerar una dilución de 100 a200 dm3/h (0.5 a 1 gpm) de agua, especifique sellos mecánicos simples con aguafresca de lavado y agua de enfriamiento del plato prensa estopa. Si la corrientede proceso sólo puede tolerar dilución de agua al nivel de 12.5 a 25 dm3/h (0.05a 0.1 gpm), especifique el empaque con sello de agua fresca en el anillo de cierrehidráulico. En cualquier caso, provea una regulación de presión del suministro deagua externa para evitar una inyección excesiva de agua de la corriente deproceso.

6 NOMENCLATURA(Ver MDP–02–P–02)




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TABLA 1. USO DE FLUIDOS AUXILIARES EN EL SELLADO DE EJE DE BOMBAS

––––Donde Aplica–––

Servicio Objetivos Fluido Utilizado Cajas de EstoperasEmpacapas Sello Mecánico

Lavado Previene la vaporización enla cercanía de superficiescon fricción enfriando ycontrolando la presión.

Líquido bombeado paraauto–lavado. Fuentesexternas a veces necesariasdebido al bombeo desólidos, lubricacióninsuficiente, temperaturaexcesivas.

Anillo de linterna tipo cojinetede garganta (también, en losanillos de desgaste parasuspensiones abrasivas).

Conexión del plato prensaestopa.

Reduce la temperatura en lacaja de estoperas a un niveladecuado para una duraciónlarga y una flexibilidad propiade los sellos elastómerossecundarios y la durabilidaddel anillo de carbón.

Previene la entrada desólidos en la caja deestopera desde el bombeo.

Reduce la formación depolímeros y coque en la cajade estoperas entrando ycirculando.

Sellado Provee lubricación para loselementos de sello del ejedonde el bombeo es unlubricante pobre o noconfiable.

Fuente externa; usualmenteaceite lubricante,ocasionalmente unacorriente de proceso.

Conexión de anillo delinterna en la caja deestopera.

Entre los dos sellos en elcaso de los sellosmecánicos dobles, o entre elsello individual y empaqueexterno auxiliar, a través dela conexión del plato prensaestopa.

Provee un medio seguro yconveniente de detección depérdida del sello interno.

Barrera que previene laexplosión del sello interno ypérdida a la atmósfera.

Humectación A temperatura de bombeomenores que 2°C (35°F),previene la acción decristales de hielo sobre lascaras del sello.

Vapor (metanol usadoocasionalmente).

–– Conexión de enfriamientodel plato prensa estopa.

De 2 a 175°C (35 a 350°F),lava las fugas de la caja deestoperas; no sirve parahidrocarburos por debajo de38°C (100°F), ya que el aguaa temperatura ambiente nopuede prevenir lavaporización de la fuga; parafenol, use vapor paraprevenir la solidificación.

Agua Prensa–estopa (Gland) No se utiliza normalmente.




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––––Donde Aplica–––

Servicio Sello MecánicoCajas de EstoperasEmpacapasFluido UtilizadoObjetivos

175°C (350°F) permita lafusión de líquidos altamenteviscosos para liberar el eje elarranque. También proveeuna barrera para minimizarla oxidación del derrame enlas cercanías del sello deleje.

Vapor Prensa estopa (Gland) Conexión de enfriamientodel plato prensa estopa.

Calentamiento Para sellos de fase vapor –lleva el líquido de bombeo enla 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 calentamientodel plato prensa estopa.

Para alta viscosidad – ayudaa liberar el eje y el sello parael arranque.

Vapor Camisa de caja de estopera;algunos modelos estánequipados con camisas en elcuerpo para calentamiento.

Conexión de calentamientodel plato prensa estopa.

Enfriamiento Previene vaporización en lassuperficies de fricción.

Agua Camisa de enfriamiento decaja de estopera.

Camisa de enfriamiento decaja de estoperas.

Reduce la temperatura delfluido de la caja de estoperaa un nivel adecuado paraduración larga y flexibilidadapropiada para selloselastómeros secundarios ydurabilidad de los anillos decarbón.

Cavidad anular enfriante enel plato de sello.

Enfriador externo cuando seusa auto–lavado.

Enfriador externo cuando seusa recirculación de la cajade estopera por el anillo debombeo.

Lubricación Lubricación de lassuperficies de fricción dondeel bombeo no essatisfactorio.

Aceite lubricante –– Entre las caras de los sellosdiseñados para fuerzamínima lubricación dealimentación a través de lasperforaciones en las carasde los sellos.

Grasa o aceite de sello Anillo de linterna

Purga Un colchón amortiguadorfuera de un sello mecánicoindividual para excluirpositivamente el aire y lahumedad del ambiente.

Nitrógeno –– Conexión especial paraarreglos especiales deinstalación, por ejemplo, elmodelo Sundyne paraservicio de hidrocarburos abaja temp.




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TABLA 2. TIPOS DE SELLOS DE EJE RECOMENDACIONES PARA HIDROCARBUROSLIMPIOS Y QUIMICOS

Presión de Succión Temperatura Normal Tipo de Sello de Eje Lavado/Sellado

kPaman. psig °C °F

0–8300 0–1200 –50 –60 Cada aplicación requiere ingenieríaIndividual

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 cuandose requiere para prevenir lavaporización.

0–2100 230 a 400 450 –750 Sello mecánico individual de altatemperatura o sello normal con lavadode enfriamiento, dependiendo de lanecesidad de enfriar para prevenir lavaporización en las caras de los sellos.

Auto lavante con enfriamiento cuandose requiere para prevenir lavaporización o controlar la temperaturadel ambiente del sello.

Vacío –50 a 400 –60 –750 Lo mismo que para presión de succiónpositiva.

Lavado diseñado para presión positivaen la caja de estoperas. Fuentesexternas para arranque y parada.

1800–2800 260 – 400 –40 a +50 –40–+120 El sello individual de vapor es unaopción aceptable.

Calentamiento con vapor; sin lavado.

8300 1200 Cualquiera Cada aplicación requiere ingenieríaindividual.

Cualquiera 400 750 Cada aplicación requiere ingenieríaindividual.

NOTA:

(1) En vez de especificar un tipo particular de sello del eje, la especificación debería requerirque el diseño del sello suministrado sea uno probado con éxito por experiencia deoperación comercial anterior. Los diseños aplicables incluyen los sellos mecánicos doblescon presión elevada en la caja de estoperas, sin lavado, y purga de nitrógeno a fuera delas caras del sello.




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TABLA 3. SELLOS MECANICOS INDIVIDUALES REQUERIMIENTOS PARA BOMBASEN SERVICIO CAA

Detalles del Sello –––––––––––––––Construcción de la Bomba––––––––––

Bombas con anillo de desgastedetrás del impulsor yperforaciones de balance.

Bombas sin anillos desgastedetrás del impulsor yperforaciones de balance.

Arreglo de un Auto Lavado

Línea terminal de lavado sinrestricción o válvula desde ladescarga hasta el tope de la cajade estoperas en las caras delsello.

Línea de lavado derecha sinrestricciones o válvula desde ladescarga hasta el fondo de lacaja de estoperas en las caras delsello, línea sin válvula orestricción desde el tope de lacaja de estoperas hasta lasucción.

Cojinete de Garganta en elimpulsor Ninguno Requerida

Tipo de Sello ––––––––––––––––––––Balanceado––––––––––––––––––

Material de la Empacaduradel Sello Mecánico ––––––––––––––––––––––Teflón–––––––––––––––––––––

Resorte del Sello ––––––––––––––––––––Individual––––––––––––––––––––

Enfriamiento con AguaAgua a ser circulada a través de las conexiones de la ventilación delplato de sello y drenaje para remover los depósitos de CAA en el anillode sello.




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Fig 1. ARREGLOS COMUNES PARA EL SELLADO Y LAVADO DESELLOS MECANICOS




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Fig 1. (CONT.)




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Fig 2. CONFIGURACIONES TIPICAS DE SELLOS MECANICOS




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Fig 3. SISTEMA TIPICO DE LAVADO EXTERNO SIN RECIRCULACION

Fig 4. SISTEMA TIPICO DE ACEITE DE SELLO PARA SELLOSMECANICOS DOBLES




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Fig 5. ARREGLO DE ACEITE PARA SELLOS MECANICOS EN SERVICIO CAA




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Fig 6. SISTEMA DE SELLOS PARA BOMBAS DE FENOL CON SELLOSMECANICOS TIPO “PAREJA” “TANDEM”




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