Eliminando la necesidad de refuerzos de gas de sellado

Sep 23, 2023

30 mayo 2023

Una mirada más cercana a la confiabilidad de los sellos laterales de proceso herméticos

Los usuarios finales de compresores centrífugos en las industrias de petróleo y gas y otras industrias de procesos enfrentan una necesidad creciente de reducir las emisiones fugitivas, los costos y el tiempo de inactividad innecesario. La llegada de los sistemas de sellos de gas seco (DGS) ha desempeñado un papel importante en los esfuerzos por lograr estos objetivos al abordar muchos de los problemas que se encuentran frecuentemente con los sellos húmedos, incluidas altas tasas de fugas, confiabilidad reducida y altos OPEX. Sin embargo, existen oportunidades para mejorar aún más el funcionamiento de los compresores, en particular las unidades que utilizan compresores de refuerzo de gas de sellado, que pueden ser una fuente importante de mantenimiento y OPEX.

Siemens Energy ha desarrollado un mecanismo de sellado que permite a los operadores eliminar la necesidad de un refuerzo de gas de sellado al proteger el DGS de la contaminación del gas de proceso a velocidades lentas o cuando el compresor se detiene en una condición de espera presurizada. Este artículo proporciona una descripción general del diseño y la funcionalidad del sello y analiza las aplicaciones de compresores en las que puede resultar beneficioso.

La mayoría de los compresores centrífugos modernos están equipados con DGS para sellar los extremos del eje. En los últimos años, muchos compresores antiguos con sellos húmedos también se han adaptado con sistemas DGS. El tipo de DGS más utilizado para aplicaciones de compresores de gas natural es un diseño “tándem”, en el que se instalan dos sellos faciales (primario y secundario) en los extremos del eje del compresor. Durante el funcionamiento del compresor, el sello primario absorbe el diferencial de presión. El sello secundario sirve como respaldo en caso de falla del sello primario.

Un DGS consta de dos anillos coincidentes (uno giratorio y otro estacionario). Cuando el compresor no está funcionando, los anillos se mantienen en estrecho contacto mediante resortes y distribución de presión estática. Cuando el compresor está funcionando, las fuerzas hidrodinámicas mantienen el anillo estacionario contra el resorte. Esto crea un espacio de trabajo de unos pocos micrómetros entre las caras del sello. El diseño permite tasas de fuga muy bajas pero, como consecuencia, el DGS necesita un suministro de gas limpio y seco para funcionar de manera confiable.

Normalmente, este gas se extrae de la descarga del compresor. El gas se filtra y se acondiciona para eliminar impurezas y luego se inyecta entre el DGS y el laberinto del lado del proceso (PSL). El flujo actúa como un amortiguador (es decir, una película) y protege el DGS del ingreso de gas de proceso.

Cuando el compresor gira a alta velocidad, la descarga proporciona suficiente presión para impulsar el flujo de gas de sello a través del sistema de acondicionamiento y filtración en el panel de sello de gas seco, proporcionando una fuente limpia de gas de sello al DGS. Sin embargo, cuando la velocidad de rotación es lenta (normalmente durante el arranque y/o el apagado), no hay presión suficiente para impulsar el flujo de gas de sellado a través del panel de sellado de gas y el gas de proceso sin tratar puede migrar al espacio del sello. Esto puede generar varios problemas costosos, incluida la degradación de los sellos, lo que resulta en un tiempo medio entre fallas (MTBF) más corto, un mayor tiempo de inactividad y un costo potencialmente mayor si es necesario reemplazar el DGS.

Para proteger el DGS durante el arranque o en caso de un disparo/avería del compresor, la mayoría de los operadores instalan refuerzos de gas de sello accionados por aire (y potencialmente calentadores) en la plataforma de acondicionamiento de gas o en el panel de gas de sello. El refuerzo de gas de sello está programado para arrancar automáticamente si la presión diferencial del gas de sello cae por debajo de cierto nivel, lo que garantiza un funcionamiento confiable del DGS.

En el caso de los propulsores alternativos, que constituyen la mayor parte del mercado, los operadores a veces optan por instalar un segundo compresor que permanece en espera en caso de una falla del propulsor primario. Los propulsores alternativos requieren inherentemente un uso intensivo de OPEX y, a menudo, los usuarios finales los citan como uno de los componentes más problemáticos del paquete compresor.

En los últimos años, un número cada vez mayor de operadores ha comenzado a alejarse de las unidades alternativas en favor de impulsores de gas de sello impulsados ​​por motores eléctricos (rotativos), que ofrecen una confiabilidad mucho mayor. Sin embargo, tienen el inconveniente de un alto CAPEX y pueden no ser aplicables en todos los escenarios debido a la baja capacidad de carga a baja presión. El costo inicial de los propulsores también puede ser difícil de justificar en muchos casos, particularmente para los operadores de unidades heredadas, a quienes puede que solo les quede un número limitado de años de servicio. Además, es posible que no sean viables en ubicaciones remotas que no cuentan con un suministro de energía confiable.

Para abordar los problemas que se encuentran con frecuencia con los compresores de refuerzo DGS, Siemens Energy ha desarrollado un diseño de sello único hecho de politetrafluoroetileno (PTFE) que se ubica entre el DGS y el PSL. El sello hermético sirve como alternativa a los impulsores y se puede instalar como parte de la mayoría de los paquetes compresores nuevos equipados con DGS. También se puede adaptar a unidades existentes, proporcionando una opción de actualización para quienes buscan una mayor confiabilidad.

Figura 1. Sello hermético acoplado con el sistema Siemens Energy DGS

Durante el funcionamiento normal del compresor, cuando el DGS está protegido del ingreso de gas de proceso por el amortiguador de flujo de gas de sellado de la descarga, el sello hermético está abierto para que no esté sujeto a ningún desgaste debido a la rotación de alta velocidad. Esta posición se mantiene mediante fuerza centrífuga, que activa el labio a través de un anillo segmentado. Si/cuando la velocidad del compresor disminuye o la unidad se detiene (es decir, cuando el flujo de descarga es insuficiente para evitar el ingreso de gas de proceso), la fuerza centrífuga se reduce y el sello se cierra alrededor del eje para evitar la contaminación del DGS desde el lado del proceso. .

A medida que el sello hermético se cierra en el eje, fuerza el flujo que se filtrará a través del sello primario a ingresar al área del sello después de pasar a través del panel de gas de sellado; por lo tanto, el DGS solo está expuesto a gas de proceso limpio y seco.

Figura 2:

El sello hermético ofrece varias ventajas en comparación con los compresores reforzadores de gas de sellado, entre ellas:

Mayor confiabilidad en comparación con los impulsores de gas de sello alternativos: los compresores de refuerzo de gas de sello alternativos suelen ser un dolor de cabeza para los usuarios finales de compresores centrífugos. El sello hermético elimina la necesidad del compresor de refuerzo, lo que reduce el OPEX y el tiempo de inactividad y simplifica el sistema al reducir la cantidad de componentes y conexiones requeridas. Esto disminuye el riesgo de fugas y mejora la confiabilidad general del sistema. También reduce los requisitos de mantenimiento al eliminar la necesidad de monitorear y mantener el refuerzo de gas de sellado (la condición del sello hermético se monitorea durante las fases estáticas). Estas ventajas son particularmente relevantes para los operadores que tienen problemas con sus propulsores alternativos o aquellos que actualmente no tienen ningún propulsor instalado.

Costo reducido: si bien la confiabilidad del sello hermético es comparable a la de los compresores de refuerzo centrífugos, el CAPEX es mucho menor. Aunque los costos varían según los requisitos de la aplicación, un sistema de refuerzo centrífugo eléctrico típico que proporciona flujo a dos sellos de gas puede costar entre ~150 000 y 400 000 USD. En comparación, el precio de dos sellos herméticos y el monitoreo opcional, junto con el costo de las adaptaciones al panel de sello de gas seco, oscila entre 40 000 y 60 000 USD (cuando se agrega a un DGS de Siemens Energy). Los sellos pueden enviarse directamente al sitio y el operador los puede instalar de manera muy similar a como se instalaría un DGS.

Emisiones más bajas: al utilizar el sello hermético en lugar de un compresor de refuerzo accionado eléctricamente, se reduce el consumo general de energía y las emisiones asociadas del paquete compresor.

Potencial para un tamaño más pequeño del paquete: en muchos casos, el refuerzo de gas de sellado se instala como parte del patín de preacondicionamiento, que está separado del panel de sellado de gas. La instalación del sello hermético puede permitir eliminar este patín, lo que podría reducir la huella total del paquete.

Una y otra vez, los operadores citan el panel de sellado de gas, y más específicamente el compresor de refuerzo, como uno de los componentes más propensos a fallas de los paquetes compresores. El sello hermético de Siemens Energy se puede instalar como una alternativa de bajo costo a los impulsores de gas de sellado tradicionales y, al hacerlo, proporciona una vía para simplificar el diseño del sistema y mejorar la confiabilidad general. Puede ser una valiosa adición a cualquier sistema DGS en una aplicación de petróleo y gas al proporcionar una capa adicional de protección contra la contaminación, reduciendo así el riesgo de tiempo de inactividad y los gastos asociados por mantenimiento y pérdida de producción.