sistemas de sellado para bombas
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SELECCIÓN DE TIPO DE SELLO EN MOTORES ROTATIVOS DE LA INDUSTRIA PETROLERATRANSCRIPT
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© John Crane
Sistemas de Sellado y Planes de lubricación
JOHN CRANE MÉXICO
© John Crane
¿POR QUÉ UTILIZAR UN SELLO MECÁNICO?
Los sellos mecánicos impiden el escape de todos los
tipos de fluidos, sean gases o líquidos, a lo largo de un eje
o árbol rotatorio que se extiende a lo largo de una carcasa
o cubierta, realizando el sellado por contacto axial de sus
caras, las cuales se encuentran perpendiculares al eje y en
movimiento relativo una con respecto a la otra.
Las extensas aplicaciones de los sellos en las
industrias de procesos químicos van desde la contención
de fluidos criogénicos hasta fluidos de alta temperatura
para transferencia de calor.
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Problema Básico de Sellado:
Prevenir las Fugas
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EJE
Fluido de
Proceso Fuga
Atmósfera
Pared del
Recipiente
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Componentes
Elemento rotativo
Elemento estacionario
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Componentes
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Componentes: dibujo corte seccional
Corte Seccional
Lista partes
Vista frontal
Datos operación
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Terminología
Sellado primario
Sellado secundario
Arrastre
Dispositivo
empuje
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Terminología
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Película de Lubricación
El propósito del sello mecánico es sellar fluidos.
Entender el comportamiento del fluido y sus características es clave para una
exitosa aplicación de sello mecánico.
¿Por qué es critico conocer las características del fluido?
• Las caras de contacto utilizan el fluido como una película lubricante para
sellar, y esta sirve para:
Controlar la separación entre las caras,
Lubricación de las caras,
Enfriar las caras.
¿Qué nos interesa saber del fluido?
• ¿El fluido es Liquido o gas a las condiciones de operación?
• ¿Es limpio o contiene abrasivos?
• ¿Viscosidad?
• ¿Presión de vapor @ condiciones de operación?
• ¿Temperatura @ condiciones de operación?
• ¿El rango de presiones, hay fluctuaciones?
• ¿Es corrosivo, toxico y/o flamable el fluido/proceso?
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Película de Lubricación
La película lubricante (gap) entre las caras es extremadamente delgada.
Físicamente es posible medirla y se ha encontrado que generalmente es 10 a
40 micro-in (0.5 - 3 μm), dependiendo de la combinación del acabado (polish /
matte) de caras.
Las emisiones de fluido entre las caras están directamente ligadas a las
características de la película lubricante (gap) entre las caras.
Lo delgada o gruesa de esta película lubricante depende de diversos factores:
• Acabado superficial de las caras de contacto (polish o matte)
• Planicidad de cada una las caras de contacto y paralelismo entre ellas
• Viscosidad del fluido
• Velocidad
• ∆ Presión
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Generación de calor
Existen dos fuentes de calor en una cámara de sello:
• Heat soak del producto.
• Calor generado por el sello, este depende de:
• Tamaño
• Velocidad de giro
• Temp. Fluido
• Acabado superficial de las cara de contacto
• Materiales de construcción
• Área de contacto de las caras
• ∆P entre caras
+
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Arreglo de Sellos Mecánicos: API 682
Sencillos
Dual • Presurizado
• No Presurizado
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Sello sencillo
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Sello Dual No Presurizado
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Sello Dual No Presurizado
Pcaja > Pcamara sello
∆P(+) del OD > ID
OD = P caja (kg/cm2 m)
ID = P atm = 0.0 (kg/cm2 m)
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Sello Dual Presurizado
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Sello Dual Presurizado
Pcaja < Pcamara sello
∆P(+) del OD > ID ~ 2.1 kg/cm2 m
OD = P sello (kg/cm2 m)
ID = P caja (kg/cm2 m)
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Planes de Lubricacion Sellos Mecanicos API 682
Propositos
Lubricacion
Enfiamiento
calentamiento
Proteger el producto
Lavado
Circulacion de Fluido Buffer
Circulacion de Fluido Barrera
Standard Flush Plans
API 682
ISO 21049
ANSI B73
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FLUIDO BOMBEADO ACCIÓN REQUERIDA PLANES API
4 Fluidos Abrasivos
a Temperatura
3 Lubricación
2 Enfriamiento
PLAN 31 Recirculación con Separador
PLAN 32 Inyección Fuente Externa
PLAN 41 Recirculación con Separador
y Enfriador
1 Circulación
PLAN 1 Circulación Integral
PLAN 14 Recirculación con Retorno
PLAN 11 Recirculación
PLAN 12 Recirculación con Filtro
PLAN 13 Recirculación Inversa
PLAN 2 Enfriamiento Integral
PLAN 21 Recirculación con Enfriador
PLAN 22 Recirculación con Enfriador y Filtro
PLAN 23 Circuito Cerrado con Enfriador
2 Fluidos a
Temperatura
3 Fluidos Abrasivos
4 Enfriamiento
y Lubricación
1 Fluidos Limpios
PLAN 24 Recirculación con Enfriador y Retorno
PLANES DE LUBRICACIÓN
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FLUIDO BOMBEADO ACCIÓN REQUERIDA PLANES API
6 Manejo de
Emisiones
5 Seguridad 5 Fluidos Peligrosos
• Ácidos y Cáusticos
• Tóxicos y Cancerígenos
• Explosivos e Inflamables
PLAN 61 Venteo y Drenaje
PLAN 62 Enjuague
6 Fluidos en General
7 Barrera de
Gas
PLAN 71 Barrera de Gas Opcional PLAN 72 Barrera de Gas No Presurizada PLAN 74 Barrera de Gas Presurizada PLAN 75 Drenaje de Fuga que condensa PLAN 76 Venteo de Fuga que no condensa
7 Gases
PLAN 54 Sello Dual Presurizado
PLAN 51 Sello Sencillo
PLAN 52 Sello Dual No-presurizado
PLAN 53 Sello Dual Presurizado
PLANES DE LUBRICACIÓN
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Plan 11
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Plan 11
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Plan 11
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Plan 11
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Plan 11
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Plan 13
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Plan 21
T
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Plan 21
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Plan 21
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Heat Exchanger / Flush Cooler
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Plan 23
T
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Plan 31
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Plan 31
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Plan 31
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T
Plan 32
Clean
External Source
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Plan 32
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Plan 32
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Por regulacion del gobierno / aseguradora
manejo de fluidos tóxicos, corrosivos, etc.
Cuando se tienen problemas de lubricación entre caras
Cuando debo usar un sello dual?
Arreglos: Sello Dual
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Process
Buffer Atmosphere
Pre
ssu
re
Unpressurized
(Tandem)
Arreglos: Sello Dual no Presurizado
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Dual Unpressurized: P1 > P2
P2
Buffer Fluid
P1
Process Buffer Atmosphere
Arreglos: Sello Dual no Presurizado
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Cuando el fluido proceso es buen lubricante, pero es:
Volatil
Tiene un moderado riesgo de explosividad
Se requiere un estricto control de emisiones
Cuando debo usar un sello dual no presurizado?
Arreglos
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Plan 52
P
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Plan 52 - 3a Ed.
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Plan 52 - 4a Ed.
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Principio Termosifón
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Línea Caliente
Línea Fría
Generación de Calor
Temp. Producto
Fricción del Sello
Extracción de Calor
Por Convección
Principio Termosifón
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Niveles Térmicos en Reservorio
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Efecto Termosifón
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Efecto Termosifón
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Process Barrier
Atmosphere
Pre
ssu
re
Pressurized
(Double)
Arreglo: Sello Dual Presurizado
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Dual Pressurized P2 > P1
Process Barrier Atmosphere
P2
Barrier Fluid
P1
Arreglo: Sello Dual Presurizado
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Cuando el fluido proceso no es un buen lubricante
Cuando el proceso es altamente tóxico
Cuando debo utilizar un sello dual presurizado?
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Plan 53A External Pressure Source
Pressurized Barrier Fluid
P
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Plan 53A - 3a Ed.
Level switch low
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Plan 53A - 4a Ed.
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T P
Plan 53B
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Plan 53B - 3a Ed.
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Plan 53B - 4a Ed.
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API Plan 53B
Plan 53B
Typical components
• Accumulator(gas/liquid barrier)
• Pressure gauge
• Gauge valve (block/bleed)
• Vent and drain valves
• Fill valves and filter
• Cooling loop
• Pressure Alarm
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Where are Plan 53B used ?
Hazardous products such as Hydrofluric acid
• Product is contained in a closed loop
High pressure applications, eliminates nitrogen
entrainment
• Nitrogen is kept separated by the barrier fluid with the bladder
Remote locations
• No need of permanent pressurisation gas
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Specific Equipment & Component Selection
Instrumentation Requirements
• Pressure Switches/Transmitters
• Press. Gauges
• Temperature (optional)
• Area Classification
Equipment Requirements
• Water/Air Cooled Heat Exchangers
• Materials of construction
• Additional scope of supply - refilling units ?
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Design Input
Heat dissipation required
Temperatures--- in, out, ambient
Flow Required - generated by the seal assy.
Fluid characteristics -- specific gravity, specific heat, viscosity
System operating pressure
Process pressure
What specifications apply
Power supply and area electrical classification
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Plan53B
Function of the system
• To provide seal lubrication .
• Removes heat from the barrier liquid. This is achieved by a water cooler installed in
the pipework connecting the inlet and outlet of the seals.
• Maintains the set barrier pressure through the energy retained in the gas bladder in
the accumulator.
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Components
Accumulator
Accumulator Charging Kit
Water Cooler
Vent Valve
Drain Valve
Refilling Valve
Strainer
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Instruments
Pressure Gauge
Pressure Transmitters
Temperature Gauge (Loose)
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Plan 53B + Consola de reposición
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Plan 54 FUENTE EXTERNA PRESURIZADA
DE FLUIDO BARRERA LIMPIO
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Plan 54
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API Plan 54
John Crane Lubrication Systems
Typical components
• Pump and electric motor
• Filter
• Pressure gauge
• Gauge valve (block/bleed)
• Vent and drain valves
• Breathing cap
• Cooling loop
• Accumulator
• Tank with level gauge
• Pressure control valve
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Where are Plan 54 used ?
Plan 54 are used for flushing seals when pumping ring is
not available or is not sufficient to provide the necessary
flow.
When applied to a single seal, it is normally not a cost
effective solution
Flushing more seals in parallel is a more cost effective
solution, even though the system is becoming more
complex.
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Specific Equipment & Component Selection
Instrumentation Requirements
• Pressure Switches/Transmitters
• Press. Gauges
• Temperature Switches/Transmitter
• Area Classification
Equipment Requirements • Water/Air Cooled Heat Exchangers
• Tank
• Pump and electric motor.
• Pressure control valve
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Design Input
Heat dissipation required
Temperatures--- in, out, ambient
Flow Required - generated by the seal assy.
Fluid characteristics -- specific gravity, specific heat, viscosity
System operating pressure
Process pressure
What specifications apply
Power supply and area electrical classification
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LPG ductos Salamanca
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