Por Gas processing – 13 de abril de 2022
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En una instalación, se produjo una falla frecuente en el sello de dos bombas de exportación de líquidos de gas natural (GNL) de condensado amargo. Después de desmantelar e inspeccionar uno de los sellos, se determinó que el sello tenía una alta contaminación en los sellos interno y externo, además de fallas por alta temperatura en el elastómero del sello externo (sello de funcionamiento en seco, junta tórica del anillo de acoplamiento).
El propietario de la bomba informó fallas frecuentes en los sellos y solicitó especialistas en bombas para supervisar una investigación exhaustiva. Los especialistas en bombas realizaron una visita al sitio para obtener una mejor comprensión de los sistemas de bombas y sellos.
Además, se revisaron los informes anteriores de fallas en los sellos que cubrían el período de 2014 a 2017. Este caso se consideró como una tasa de falla del sello extremadamente alta, con un tiempo medio entre fallas (MTBF) de ~7 meses, considerando que solo una de las dos bombas suele estar en funcionamiento. Esto es mucho más bajo que la vida útil del diseño del sello de 36 meses.
Investigación de incidente de fuga en el sello del extremo no impulsor (NDE) de la unidad A. Según los datos proporcionados, el sello NDE de la Unidad A falló después de menos de 1 mes de funcionamiento mientras la bomba no estaba funcionando y provocó una fuga a la atmósfera, lo que activó la alarma de límite explosivo inferior (LEL) en la planta. La bomba se apagó 7 horas antes de la alarma. HIGO. 1 muestra la presión de descarga de la bomba y la detección de fugas en el sello desde el momento en que se apagó la bomba hasta el momento en que se activó la alarma.
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Análisis de fallas de sellos. Según los datos recopilados, los escenarios más lógicos para la falla del sello mecánico NDE de la Unidad A se enumeran aquí:
La evaluación de los 23 d de funcionamiento de la bomba que se muestra en la FIG. 2 muestra que la presión de detección de fugas del sello NDE mantuvo un promedio aproximado de 20 psig, lo que supera el límite de alarma establecido en 10 psig. Esto podría ser causado por uno o una combinación de los siguientes:
a. Una válvula de retención atascada según el Plan 76 del Instituto Americano del Petróleo (API). Esto es muy probable ya que podría crear una contrapresión en la cavidad entre los dos sellos.
b. Una válvula de drenaje API Plan 76 que pasa o una válvula de drenaje de sello mecánico que pasa. Esto podría provocar que el flujo ingrese a la cavidad del sello.
C. Una válvula de drenaje de la bomba que pasa o una válvula de drenaje API Plan 23 que pasa. Esto también es posible y podría resultar en la presurización de la cavidad del sello si pasa una de sus válvulas de drenaje.
La alta presión en la cavidad del sello tuvo un efecto significativo en el sello exterior. Se cree que esta presión, así como la alta contaminación en el líquido del proceso, han causado la alta temperatura del sello exterior, que endureció y rompió el sello exterior, la junta tórica del anillo de acoplamiento que se muestra en la FIG. 3 . Esto dio como resultado la falla del sello exterior, que se sustenta en la reducción de la presión de la cavidad del sello NDE de 25 psig a 2 psig ( FIG. 2 ).
3. Durante el funcionamiento de la Unidad A, la carcasa de la bomba estaba a una presión de succión de ~200 psig. Sin embargo, las mediciones de presión muestran que la presión de la bomba cayó de 200 psig a 5 psig durante las 8 horas posteriores al apagado de la bomba, como se muestra en la FIG. 1 . Se cree que esto se debe a una falla del sello interno NDE debido a un atascamiento, desgaste de las caras del sello y/o presencia de suciedad entre las dos caras del sello.
Las bombas de exportación de LGN de condensado agrio fallan con frecuencia en los sellos. Se completó una evaluación de diseño para el sistema de la bomba desde la columna de succión hasta la descarga de la bomba y para el sistema auxiliar del sello para identificar posibles problemas de diseño. Además, se analizaron los datos del proceso PI para determinar las condiciones de funcionamiento de la bomba. Los puntos principales que pueden haber causado la baja confiabilidad del sello se enumeran a continuación:
La línea de succión de la bomba tiene un filtro permanente con una presión diferencial máxima permitida de 0,5 psi. El diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID) muestra que la altura de succión neta positiva disponible (NPSHA) y la altura de succión neta positiva requerida (NPSHR) están cerca; por lo tanto, no se recomienda el uso de filtros de succión.
Los datos del proceso de la bomba mostraron que las bombas estaban operando a una presión diferencial más alta que la del diseño, como se muestra en la FIG. 4 . Se creía que esto era causado por una mayor gravedad específica del líquido.
Las bombas funcionaron constantemente entre 450 gal/min y 900 gal/min (FIG. 4 ). Como las bombas tienen un punto de máxima eficiencia (BEP) de ~1080 gal/min, las bombas se operaron durante mucho tiempo fuera de la región de operación preferida, que oscila entre 750 gal/min y 1300 gal/min. Esto resultó en una alta turbulencia de flujo y vibración de la bomba, lo que afectó significativamente la vida útil del sello. Si no se espera un aumento en el caudal del proceso actual, se debe considerar volver a clasificar las bombas para la condición de funcionamiento real. Esto ayudará a mejorar el rendimiento de la bomba y el sello, y reducirá el consumo de energía de la bomba.
La temperatura de operación del proceso varía de 260 °F a 270 °F (127 °C a 132 °C), que es más alta que la temperatura normal de operación de 246 °F (119 °C) especificada en la hoja de datos de la bomba.
El análisis de fallas del sello fallido final mostró corrosión por picaduras en lugares críticos, incluidas las superficies de las juntas tóricas. Se envió una muestra del líquido condensado entre los sellos principal y de respaldo para su análisis para identificar la causa de las picaduras. El análisis no mostró indicios de ningún agente corrosivo importante. Las picaduras pueden ser causadas por un incidente aislado debido a una alteración del proceso. Si los datos futuros muestran picaduras, se debe considerar la actualización del material a dúplex o superdúplex.
Análisis del diseño del sistema de sellos. Se llevó a cabo una evaluación del diseño de los parámetros de diseño del sello y el sistema auxiliar del sello para identificar posibles problemas de diseño. Los puntos principales que pueden haber contribuido a la baja confiabilidad del sello incluyen:
La hoja de datos muestra que la gravedad específica del líquido es < 0,5 con una temperatura de funcionamiento de 246 °F (119 °C). Los especialistas en bombas experimentaron una baja confiabilidad del sello para muchas bombas en dichas aplicaciones provistas con sellos de proveedores. Los líquidos de baja gravedad específica se consideran difíciles de sellar. Por esta razón, API 682 recomienda los sellos de la Disposición 3 para líquidos con una gravedad específica < 0,5, como esta bomba con una gravedad específica de 0,497.
La medición de la temperatura del sitio para el líquido de lavado API Plan 21 del sello durante la visita al sitio mostró que las temperaturas de entrada y salida del enfriador eran de 176 °F (80 °C) y 140 °F (60 °C), respectivamente. Aunque esto no está en línea con la temperatura típica del proceso, muestra que se está enfriando lo suficiente en el enfriador. Para un rendimiento adecuado del sello, los estándares de las bombas exigen que la presión de la caja de empaque exceda la presión de vapor en al menos 50 psi. Esto se puede lograr aumentando la presión del prensaestopas o disminuyendo la presión del vapor líquido mediante métodos de enfriamiento. En el caso de esta bomba, los datos del proceso indicaron que se proporcionó suficiente enfriamiento.
El dibujo del sello muestra que dos cilindros de 0,125 pulg. Se usaron orificios diseñados para lograr un caudal de descarga del sello de 3 gal/min para el Plan API 21. Los cálculos mostraron que el caudal será inferior a 3 gal/min ya que el despegue del Plan API 21 fue desde la descarga de la primera etapa. Por esa razón, se contactó al proveedor del sello para verificar los requisitos de los orificios. Según la respuesta del proveedor, se recomendó dejar uno de los orificios restrictivos como estaba y abrir el otro al máximo, como se muestra en la FIG. 5 .
El sello actual sigue el Plan API 76, mientras que los estándares de la empresa exigen el Plan API 75. FIG. 6 muestra la diferencia entre estos dos planes de sellado API 682. El Plan 75 debe usarse siempre que el líquido tenga extremos pesados para evitar la acumulación de líquido entre los dos sellos. Cuando se utiliza el Plan 76, el líquido se acumulará entre los dos sellos; esto puede provocar una falla del sello de respaldo de funcionamiento en seco, ya que está diseñado para una fase de gas en funcionamiento normal. Por esa razón, se recomienda cambiar el plan de sellos del Plan 76 al Plan 75. Esto puede tener un impacto considerable en los costos. Se puede considerar un Plan 75 simplificado basado en un indicador de nivel en lugar de un transmisor de nivel requerido por los estándares de la compañía. En tal caso, el procedimiento operativo debe garantizar controles de nivel diarios por parte del operador de la planta.
La inspección visual del sistema auxiliar del sello en la planta mostró que la línea de ventilación de la cámara del sello estaba cegada. Esto significa que el sello no se ventilará correctamente, lo que puede ocasionar fallas en el sello, especialmente después del cebado de la bomba. Por lo tanto, las líneas de ventilación del sello interno y externo deben conectarse al sistema de drenaje cerrado o al cabezal abocinado para garantizar la ventilación de la caja de empaque cuando sea necesario. Se puede lograr una mejora adicional si se pueden agregar indicadores de presión en estas dos líneas de ventilación para mostrar la presión del prensaestopas. Esto ayudará a solucionar futuras fallas del sello mecánico.
RECOMENDACIONES Y PLAN DE ACCIÓN
Las acciones requeridas para resolver las deficiencias fundamentales en el diseño del sistema de sellos y bombas incluyen:
Retire los filtros de succión de la bomba. Si se espera un objeto extraño grande o una gran cantidad de lodo, la planta puede mantener un filtro de apertura grande (> 0,25 pulg.) para garantizar que el filtro se limpie cuando la presión diferencial alcance 0,5 psi.
Si no se espera un aumento en el caudal del proceso actual, se debe considerar volver a clasificar la bomba actual para las condiciones de funcionamiento reales.
Conecte las líneas de ventilación del sello interno y externo al sistema de drenaje cerrado o al cabezal abocardado para asegurar la ventilación de la caja de empaque cuando sea necesario. Se puede lograr una mejora adicional si se pueden agregar indicadores de presión en las líneas de ventilación para mostrar la presión del prensaestopas.
Recomendaciones específicas de diseño de sellos. Las soluciones recomendadas para el diseño del sello se pueden dividir en dos opciones principales:
Opción 1: Mantener el sello del Acuerdo 2 existente (sello doble sin presión) e intentar resolver cualquier deficiencia que presente.
Opción 2: Use un sello de Disposición 3 (sello presurizado dual) en lugar del sello de Disposición 2 actual, según lo recomendado por API 682 para aplicaciones con una gravedad específica < 0,5.
Opción 1: Sello doble sin presión (Configuración 2). Para mejorar el desempeño del sello, elimine la restricción causada por uno de los dos orificios API Plan 21 del sello. Esto se puede hacer abriendo un orificio al tamaño de paso total (es decir, sin restricción de flujo), como se indica en la FIG. 5: para evitar modificaciones de tuberías que pueden ser necesarias si los orificios se quitaran por completo.
Si se observa o espera una contaminación significativa, considere agregar un filtro al API Plan 21. Vuelva a instalar la medición de temperatura de la línea de descarga aguas abajo del enfriador API Plan 21. Si aún se observan picaduras por corrosión en los sellos futuros, verifique la causa de las picaduras y actualice el material del sello, según sea necesario. Considere cambiar los fabricantes de sellos a otros proveedores de sellos si los problemas no se resuelven por completo. En tales casos, asegúrese de seleccionar el nuevo sello en función de las condiciones operativas reales del sitio y solicite que el proveedor del sello proporcione su lista de experiencia para sellos en condiciones operativas similares con un rendimiento satisfactorio (es decir, al menos 3 años de MTBF).
Opción 2: Sello presurizado doble (Configuración 3). Como se indicó anteriormente, los líquidos de baja gravedad específica son difíciles de sellar. Por lo tanto, API 682 recomienda la disposición de 3 sellos para líquidos < 0,5 de gravedad específica. Esta puede ser una opción muy viable, especialmente si el material del sello se actualiza de 316SS a dúplex o superdúplex.
El plan de sellado recomendado para tal caso será el Plan API 53B. El principal beneficio de un sello del Acuerdo 3 es que depende del líquido de barrera para lubricar las caras del sello. En tal caso, se puede usar un líquido de barrera de alta calidad para garantizar una alta confiabilidad del sello.
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