teoria basica de sistemas de lubricación y enfriamiento - pluspetrol.pdf

(PLANES API)(PLANES API)

TeorTeoríía Ba Báásica de sica de Sistemas de Sistemas de LubricaciLubricacióón y Enfriamienton y Enfriamiento

• La selección de un sello con materiales y características de diseño adecuados no garantiza su buen funcionamiento.

• Para la correcta operación de un sello mecánico, debe formarse entre las caras de contacto una película de lubricación.

• La función de la película de lubricación es lubricar y enfriar las caras

LubricaciLubricacióón en Carasn en Caras

• En funcionamiento, el fluido a Presión se introduce entre las caras.

• El fluido introducido, forma una película que las lubrica.

• La presión hidráulica a la vez cierra las caras.

Película de Lubricación Interfacial

• Para que la película se forme adecuadamente, es necesario instalar sistemas para extraer el calor que se genera en las caras de contacto por el deslizamiento de una contra la otra.

LubricaciLubricacióón en Carasn en Caras

Película de Lubricación Interfacial

• Los sistemas de protección se utilizan para proveer al sello del ambiente apropiado facilitando la formación de la película de lubricación para reducir el roce entre las caras y extrayendo el calor que se genera en ellas.

ProtecciProteccióón a los Sellos Mecn a los Sellos Mecáánicosnicos

Sistemas de Protección

ProtecciProteccióón a los Sellos Mecn a los Sellos Mecáánicosnicos

Inyección

Funciones de los Sistemas de ProtecciFunciones de los Sistemas de Proteccióón n

Disipar el calor generado en caras de contacto.EnfriamientoEnfriamiento

Evitar el roce en caras de contacto.LubricaciLubricacióónn

4 Enfriamientoy Lubricación

4 Fluidos Abrasivosa temperatura

3 Lubricación3 Fluidos Abrasivos

2 Enfriamiento2 Fluidos aTemperatura

1 Circulación(Lubricación)

1 Fluidos Limpios

PLANES APIACCIÓN REQUERIDAFLUIDO BOMBEADO

Sistemas para Sellos PrincipalesSistemas para Sellos Principales

PLAN 31 Recirculación con SeparadorPLAN 32 Inyección Fuente Externa

PLAN 41 Recirculación con Separador y Enfriador

PLAN 1 Circulación Integral

PLAN 14 Recirculación con Retorno

PLAN 11 Recirculación

PLAN 12 Recirculación con Filtro

PLAN 13 Recirculación Inversa

PLAN 2 Enfriamiento IntegralPLAN 21 Recirculación con EnfriadorPLAN 22 Recirculación con Enfriador y FiltroPLAN 23 Circuito Cerrado con Enfriador

7 Barrera deGas7 Gases

6 Manejo deEmisiones

6 Fluidos en General

5 Seguridad

5 Fluidos Peligrosos- Ácidos y Cáusticos- Tóxicos y Cancerígenos- Explosivos e Inflamables

PLANES APIACCIÓN REQUERIDAFLUIDO BOMBEADO

Sistemas para Sellos AuxiliaresSistemas para Sellos Auxiliares

PLAN 61 Venteo y DrenajePLAN 62 Lavado y DrenajePLAN 65 Venteo y Drenaje (Recolector de fuga)

PLAN 71 Barrera de Gas Opcional PLAN 72 Barrera de Gas No PresurizadaPLAN 74 Barrera de Gas PresurizadaPLAN 75 Drenaje de Fuga que condensaPLAN 76 Venteo de Fuga que no condensa

PLAN 54 Sello Dual Presurizado

PLAN 51 Sello Sencillo

PLAN 52 Sello Dual No-presurizado

PLAN 53 Sello Dual Presurizado

1 CIRCULACIONPLAN API 1 Circulación IntegralPLAN API 11 RecirculaciónPLAN API 12 Recirculación con FiltroPLAN API 13 Recirculación InversaPLAN API 14 Recirculación Con Retorno

11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios

• Circulación Integral. El sello es lubricado y enfriado con el movimiento del bombeo

Plan API 1Plan API 1

Plan API 11Plan API 11• Recirculación desde la descarga de la bomba hasta las caras de sello,

pasando por una Placa Orificio

V F Q/D

Cavidad de sellado a presión de descarga.

Los fluidos viscosos, termo sensitivos o lodos pueden bloquear las tuberías o agujeros pasantes de las conexiones.

Erosión.

•• LimitantesLimitantes

Plan API 12Plan API 12• Recirculación desde la descarga de la bomba hasta las caras de sello,

pasando por un filtro y una Placa Orificio

V F Q/D

El uso de filtros en sellos mecánicos debe restringirse o evitarse, debido a la posibilidad del bloqueo de la línea de recirculación.

Se prefiere el uso de separadores de abrasivos ciclónicos ante presencia de sólidos.

•• Uso de filtrosUso de filtrosPlan API 12Plan API 12

Plan API 13Plan API 13• Circulación desde la cavidad de sellado hasta la succión, pasando por

una Placa Orificio.

A la Succión

V F Q/D

Garantizar la circulaciónVentear la cavidad de sellado en bombas verticalesDisminuir la presión de la cavidad de sellado.No introduce abrasivos a las caras.

•• Funciones del Plan 13Funciones del Plan 13Plan API 13Plan API 13

Plan API 14Plan API 14• Circulación desde la descarga de la bomba hasta la cavidad de

sellado, pasando por una placa orificio, y desde la cavidad de sellado hasta la succión.

FI Q/DFO

A la Succión

De la Descarga

Sistemas de ControlSistemas de Control

El flujo en los planes API 11, 12, 13, y 14 es controlado generalmente por una placa orificio en la(s) líneas).

Los orificios no deben ser menor de 1/8 pulgada (3 milímetros) a menos que el producto esté muy limpio y se obtenga la aprobación del cliente.

Deben ser instaladas mas cerca de la conexión de descarga para evitar velocidad excesiva del producto al sello.

Se utilizan para diferenciales de presión superiores a 50 psi.

Cuando la presión diferencial es alta, una sola placa con un orificio de 1/8”permitiría más flujo que el deseado. Esto se puede tratar de dos maneras: Una opción es utilizar dos o más placas con orificios de 1/8” en serie. La cantidad dependerá de la presión diferencial. La segunda es utilizar un "tubo de estrangulación".

• Placa orificioPlaca orificio

2 ENFRIAMIENTO PLAN API 2 Enfriamiento IntegralPLAN API 21 Recirculación con enfriadorPLAN API 22 Recirculación con Enfriador y FiltroPLAN API 23 Circuito cerrado con Enfriador

22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura

Plan API 2Plan API 2• Cámara de enfriamiento o calentamiento en la cámara de sellado o

brida del sello.

Q/DCI/CO

Las cámaras de enfriamiento/calentamiento deben estar limpias.

Verificar las temperaturas de cambio de estado del producto bombeado.

Verificar las condiciones de congelamiento.

El enfriamiento/calentamiento es limitado.

•• PrecaucionesPrecaucionesPlan API 2Plan API 2

Plan API 21Plan API 21• Circulación desde la descarga hasta la cavidad de sellado pasando

por una placa orificio y un intercambiador de calor.

VF Q/D

Cavidad de sellado a presión de descarga.Los fluidos viscosos, termosensitivos o lodos pueden bloquear las tuberías o agujeros pasantes de las conexiones.Erosión.El diferencial de temperatura del producto no debe ser mayor que 300°F (150 °C) por choque térmico. El intercambiador de calor eventualmente perderá eficiencia por efecto de deposiciones de producto o sales en el agua sobre los tubos.

•• LimitacionesLimitacionesPlan API 21Plan API 21

Plan API 22Plan API 22• Circulación desde la descarga hasta la cavidad de sellado pasando

por una placa orificio, un filtro y un intercambiador de calor.

V F Q/D

El uso de filtros en sellos mecánicos debe restringirse o evitarse, debido a la posibilidad del bloqueo de la línea de recirculación.

Se prefiere el uso de separadores de abrasivos ciclónicos ante presencia de sólidos.

•• Uso de filtrosUso de filtrosPlan API 22Plan API 22

Plan API 23Plan API 23• Circulación forzada por un anillo de bombeo, en un circuito cerrado

desde la caja de sellado, pasando por un intercambiador de calor.

Q/DFIFO

Se recomienda opcionalmente la instalación de un buje de garganta de baja claridad sobre camisa o eje para aislar el proceso.Intercambiador de calor preferiblemente en posición vertical.Distancia vertical: de 18” a 24” sobre el centro del eje.Distancia horizontal: la menor posible.Reducir la cantidad de curvas y codos con ángulos agudos.Proveer el sistema con venteos.Instalar un intercambiador de calor por sello.

•• InstalaciInstalacióónnPlan API 23Plan API 23

+ C+ Cáámara de Enfriamientomara de EnfriamientoPlan API 23Plan API 23

Indicador de flujo

Válvula de alivio

Venteo

Plan API 23Agua de enfriamiento hacia el intercambiador

Agua de enfriamiento hacia el drenaje

Agua de enfriamiento de la cámara de la bomba

Intercambiadores comIntercambiadores comúúnmente utilizados.nmente utilizados.

Enfriamiento por agua

Enfriamiento por aire

3 LUBRICACIÓN PLAN API 31 Separador CiclónicoPLAN API 32 Inyección de Fuente Externa

33 Fluidos AbrasivosFluidos Abrasivos

Por Efecto TérmicoPor Contacto AtmosféricoInherentesPor Sólidos en Suspensión

Fluidos AbrasivosFluidos Abrasivos

De la Descarga de la Bomba

A la Succión de la Bomba

• Circulación desde la descarga de la bomba hasta la caja de sellado pasando por un separador ciclónico, el fluido con sólidos es devuelto a la succión.

• Inyección de fuente externa de líquido limpio, compatible con el producto bombeado, a una presión de 30 psi (2 bar) por encima de la presión en la cavidad de sellado.

De fuente Externa

V F Q/D

Por el suplidor

PIPor el cliente

44 Fluidos Abrasivos a TemperaturaFluidos Abrasivos a Temperatura

4 LUBRICACIÓN Y ENFRIAMIENTOPLAN API 41 Separador Ciclónico e Intercambiador de calor

• Circulación desde la descarga de la bomba hasta la caja de sellado pasando por un separador ciclónico y un intercambiador de calor.

44 Fluidos Abrasivos a TemperaturaFluidos Abrasivos a Temperatura

De descarga de Bomba

A Succión de Bomba

5 SEGURIDAD PLAN API 52 Sello Dual No Presurizado (Tandem)PLAN API 53 Sello Dual Presurizado (Doble)PLAN API 54 Sello Dual Presurizado (Doble)

Acidos y CáusticosTóxicos y CancerígenosExplosivos e Inflamables

55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos

CaracterCaracteríísticas del Reservoriosticas del Reservorio

Planes API 52 y 53APlanes API 52 y 53A

Efecto TermosifEfecto Termosifóónn

Plan API 52Plan API 52• Circulación forzada de líquido amortiguador contenido en un

reservorio, por un anillo de bombeo o por efecto termosifónico, para arreglos de sellos duales no presurizados.

Dual No-presurizado

Proceso

BarreraAtmosf.

Fuga Fuga Mínima

Según la Norma API 682 (2da Edición), se subdivide en:

PLAN API 53APLAN API 53BPLAN API 53C

Plan API 53Plan API 53• Circulación forzada de líquido de barrera presurizado para arreglos

de sellos duales.

ProcesoBarrera

Atmosf.

Fuga Fuga Mínima

Plan API 53Plan API 53Dual Presurizado

Plan API 53APlan API 53A• Circulación forzada de líquido de barrera contenido en un reservorio

presurizado, por un anillo de bombeo o por efecto termosifónico, para arreglos de sellos duales.

• Distancia horizontal entre 2’ y 3’ de separación con el eje de la bomba.

• Distancia vertical desde el fondo del reservorio de 12-30” hasta eje del equipo.

• Salida del reservorio (conexión más baja) a la conexión de entrada del sello por debajo de la cámara.

• Salida del sello por la parte superior de la bomba hacia la entrada del reservorio (conexión más alta).

Planes API 52 y 53APlanes API 52 y 53ACaracterCaracteríísticas de Instalacisticas de Instalacióónn

• Minimice pérdidas de fricción, usando mayor diámetro de tubería (1/2”mínimo) y amplios radios en las curvas.

• Las líneas de interconexión deben tener una inclinación mínima de ¼” por pie.

• Un drenaje debe ser instalado en el punto más bajo del circuito.

• Se debe instalar uno por cada sello.

CaracterCaracteríísticas de Instalacisticas de InstalacióónnPlanes API 52 y 53APlanes API 52 y 53A

EstEstáá bien instalado???bien instalado???

Orifice Union (Placa Orificio)

Vent Valve (Válvula de Venteo)

Pressure Gauge (Manometro de Presión)

Pressure Switch (Switch de Presión)

Block & Bleed Valve (Válvula)

Level Switch (Switch de Nivel)

Weld Pad Level Gauge (Indicador de Nivel)

Drain Valve (Válvula de Drenaje)

Seal Connections (Conexiones al Sello)

Accesorios del ReservorioAccesorios del Reservorio

Planes API 52 y 53APlanes API 52 y 53A

Plan API 53BPlan API 53B• Circulación forzada por un anillo de bombeo, de líquido de barrera

contenido en un circuito cerrado presurizado. Un acumulador de vejiga provee y mantiene la presión en el sistema de circulación. El calor es removido por un intercambiador, enfriado por aire o agua.

Plan API 53BPlan API 53B

Tipos de acumuladorTipos de acumulador

Plan API 53CPlan API 53C

• Circulación forzada por un anillo de bombeo, de líquido de barrera contenido en un circuito cerrado presurizado. Un acumulador de pistón provee y ajusta la presión en el sistema, comparándola con la presión de la cavidad de sellado. El calor es removido por un intercambiador, enfriado por aire o agua.

• El cilindro con pistón elimina el uso del Nitrógeno como elemento de presurización del líquido de barrera.

• Puede ser usado en aplicaciones de alta presión.

• El pistón suministra presión constante al sello.

• Configuración incluye:Cilindro con pistónManómetroSwitch de presiónIntercambiador de presiónSwitch de nivel

Plan API 53CPlan API 53C

Acumulador de pistAcumulador de pistóón n

Ventajas:

• Menor costo que los planes API 53B/C.

• Las partículas abrasivas que son mas pesadas que el fluido de barrera caerán al fondo del reservorio.

• El volumen de fluido de barrera es dependiente del tamaño del reservorio. Caudales mayores del fluido de barrera, pueden ser alcanzados con reservorios de mayor tamaño.

Desventajas:

• El fluido de barrera podría llegar a mezclarse con el nitrógeno, perdiendo lubricidad a altas presiones (180 Psi G).

• La disipación de calor esta limitada a la capacidad del intercambiador de calor helicoidal del reservorio. Los planes API 53B/C tienen mayor capacidad de enfriamiento.

Plan API 53APlan API 53A

Ventajas:

• La unidad de reposición y presurización de fluido de barrera, puede suplirlo estando el sistema presurizado o no.

• El fluido de barrera no se mezcla con el Nitrógeno ya que no existe la interfase gas-líquido.

• Para mejorar el caudal de fluido de barrera puede usarse una micro bomba de circulación.

Desventajas:

• El volumen del fluido de barrera en este sistema es limitado y por lo tanto es sometido a un ciclo térmico con mucha frecuencia, acortando su vida útil.

• La limitación en el volumen limitado del acumulador de fluido de barrera requiere que el sistema sea diseñado para trabajar a la presión entre llenados.

• El intercambiador de calor separado introduce otra restricción al flujo.

Planes API 53B y CPlanes API 53B y C

Plan API 54Plan API 54• Inyección de fluido de barrera, de fuente externa de líquido de barrera

presurizado.

Lubricador de PresiLubricador de Presióón n

Tanque de 45 Litros Acero Inox.

Motor Eléctrico Manómetro

Indicador de Nivel

Filtro

Conexión para Drenaje

Sistema de soporte del sello Sistema de soporte del sello

Diagrama Diagrama

Al sello

Del sello

Alarma de Nivel

Válvula de bloqueo 3

Filtro Reservorio

Manómetro

Alarma de baja presión

Intercambiadorde Calor

Filtro

• Compatible con el producto bombeado.• Adecuado a la temperatura del proceso.• Adecuado a la presión del sistema (mezcla).• Viscosidad adecuada.• Baja volatilidad.• Baja toxicidad.

SelecciSeleccióón del fluido de barreran del fluido de barreraPlanes API Planes API 52, 53A, 53B, 53C y 52, 53A, 53B, 53C y 5454

66 Fluidos en GeneralFluidos en General

6 MANEJO DE EMISIONESPLAN API 61 Venteo y Drenaje (sello Sencillo)PLAN API 62 Enjuague y Drenaje (sello Sencillo)PLAN API 65 Venteo y Drenaje para fugas líquidas.

• Conexiones de venteo y drenaje taponadas para ser utilizadas cuando el cliente lo requiera.

• Conexiones de lavado y drenaje, para efectuar lavado con un fluido externo (vapor, agua, etc).

VF Q/D

Verificar que la válvula Check opere correctamente.

Verificar que cuando el fluido a inyectar sea vapor este deber seco.

Verificar que se tenga instalado en el sistema un trampa de vapor.

La presión del vapor seco inyectado debe estar entre 3 y 5 psi.

Verificar que el Manómetro tenga un rango de presión adecuado (0 a 50 psi)

Válvula Check.

Válvula de Bloqueo.

Manómetro.

Nota: La brida del sello mecánico puede usar un sistema de restricción como empaquetaduras, buje segmentado o buje fijo.

Bombas horizontales o verticales.

Arreglo de sellos sencillos.

Fluidos que cristalizan al contacto atmosférico o produce depósitos sólidos que atasquen o peguen las caras del sello

Conexiones para Lavado y Drenaje para efectuar lavado con fluido externo (vapor, agua, etc.)

VerificacionesElementos del Plan UsosDescripción

• Evitar daños a rodamientos o cojinetes, uso de protectores de rodamientos.

• No debe ser usado vapor húmedo.• El lavado debe abrirse antes de arrancar el equipo.• Las válvulas de aguja podrían bloquearse.• Presión máxima 7 Psi G (0.5 Bar G).

Plan API 62Plan API 62Precauciones a considerarPrecauciones a considerar

• Plan recolector de fugas en sellos sencillos, utilizado en aplicaciones donde la fuga del sello se encuentra en estado líquido.

VF Q/D

Plan API 65Plan API 65Colector de fugasColector de fugas

77 GasesGases

7 MANEJO DE EMISIONES

PLAN API 75 Drenaje de Fuga que condensaPLAN API 76 Venteo de Fuga que no condensa

77 GasesGases

• Plan recolector de fugas en sellos secos, utilizado en aplicaciones donde la fuga del sello se encuentra en estado líquido.

• Drenaje de la cámara del sello contenedor de fuga condensada en un arreglo 2.

• Usado cuando el fluido bombeado condensa a temperatura ambiente.• Liquido – gas separados• Las válvulas deben tener fácil acceso de operación.

77 GasesGases

• Venteo de la cámara del sello contenedor de fuga no condensada.

• Venteo de la cámara del sello contenedor de fuga no condensada en un arreglo 2.

• Fugas que vaporizan completamente.• Al sistema colector de vapor.• Esencialmente 48SC/ECS/SBOP panel.

77 GasesGases

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