teoria basica de sistemas de lubricación y enfriamiento - pluspetrol.pdf
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(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
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
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
Plan API 1Plan API 1
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
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.
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
•• LimitantesLimitantes
Plan API 11Plan API 11
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
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
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
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
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
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
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
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
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
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".
11 Fluidos LimpiosFluidos Limpios
• 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.
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
Q/DCI/CO
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
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.
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
VF Q/D
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
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.
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
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
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
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.
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
Q/DFIFO
TI
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
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
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
•• InstalaciInstalacióónnPlan API 23Plan API 23
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
+ 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
22 Fluidos a TemperaturaFluidos a Temperatura
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
Q/DFV
33 Fluidos AbrasivosFluidos Abrasivos
• 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.
Plan API 31Plan API 31
33 Fluidos AbrasivosFluidos Abrasivos
• 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.
Plan API 32Plan API 32
De fuente Externa
V F Q/D
Por el suplidor
TI
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.
Plan API 41Plan API 41
44 Fluidos Abrasivos a TemperaturaFluidos Abrasivos a Temperatura
De descarga de Bomba
Q/DFV
A Succión de Bomba
TI
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
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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.
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Plan API 52Plan API 52
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Dual No-presurizado
Pres
ión
Proceso
BarreraAtmosf.
Fuga Fuga Mínima
Según la Norma API 682 (2da Edición), se subdivide en:
PLAN API 53APLAN API 53BPLAN API 53C
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Plan API 53Plan API 53• Circulación forzada de líquido de barrera presurizado para arreglos
de sellos duales.
Pres
ión
ProcesoBarrera
Atmosf.
Fuga Fuga Mínima
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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.
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
• 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).
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
EstEstáá bien instalado???bien instalado???
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
EstEstáá bien instalado???bien instalado???
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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.
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Plan API 53BPlan API 53B
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Plan API 53BPlan API 53B
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Tipos de acumuladorTipos de acumulador
Plan API 53CPlan API 53C
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
• 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
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Plan API 54Plan API 54• Inyección de fluido de barrera, de fuente externa de líquido de barrera
presurizado.
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
BI
BO
BIBOF
Plan API 54Plan API 54
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Lubricador de PresiLubricador de Presióón n
Tanque de 45 Litros Acero Inox.
Motor Eléctrico Manómetro
Indicador de Nivel
Filtro
Conexión para Drenaje
Plan API 54Plan API 54
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Sistema de soporte del sello Sistema de soporte del sello
Plan API 54Plan API 54
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
Diagrama Diagrama
Al sello
Del sello
Alarma de Nivel
Válvula de bloqueo 3
Válvula de bloqueo 4
Válvula de bloqueo 2
PSV1
Motor
Bomba
Filtro Reservorio
Manómetro
Válvula de bloqueo 1
Alarma de baja presión
PSV2
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
55 Fluidos PeligrososFluidos Peligrosos
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.
66 Fluidos en GeneralFluidos en General
• Conexiones de venteo y drenaje taponadas para ser utilizadas cuando el cliente lo requiera.
Plan API 61Plan API 61
F V/D
66 Fluidos en GeneralFluidos en General
• Conexiones de lavado y drenaje, para efectuar lavado con un fluido externo (vapor, agua, etc).
Plan API 62Plan API 62
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
66 Fluidos en GeneralFluidos en General
Plan API 62Plan API 62
• 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).
66 Fluidos en GeneralFluidos en General
Plan API 62Plan API 62Precauciones a considerarPrecauciones a considerar
66 Fluidos en GeneralFluidos en General
• Plan recolector de fugas en sellos sencillos, utilizado en aplicaciones donde la fuga del sello se encuentra en estado líquido.
Plan API 65Plan API 65
VF Q/D
Q
D
LSH
66 Fluidos en GeneralFluidos en General
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
Plan API 75Plan API 75
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.
Plan API 75Plan API 75
77 GasesGases
Plan API 75Plan API 75
77 GasesGases
Plan API 76Plan API 76
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.
Plan API 76Plan API 76
77 GasesGases