Vedar reforços e aquecedores de gás em sistemas de suporte de vedação de gás seco

Por Sourav Majumdar e Neetin Ghaisas27 de janeiro de 2023

As vedações a gás seco fornecem uma solução de vedação padrão eficaz, confiável e robusta para compressores em todos os tipos de processos usados ​​nas indústrias petroquímica, de gás natural e de petróleo. Eles exigem um fornecimento contínuo ou ininterrupto de gás de vedação limpo e seco no espectro de fluxo e pressão do projeto para garantir que as faces da vedação sejam levantadas em níveis ideais para o melhor desempenho possível. As vedações a gás seco pressurizadas e não pressurizadas utilizam “gás de vedação” limpo a montante da vedação a gás seco para estabelecer uma barreira contra o fluxo de processo potencialmente contaminado.

Este artigo apresenta uma visão geral qualitativa do gerenciamento do ponto de orvalho e dos sistemas de aumento de pressão do gás de vedação que são essenciais para a confiabilidade dos selos secos a gás. O foco da discussão está nas vedações secas a gás em compressores centrífugos e com engrenagem integral; no entanto, os princípios descritos também são aplicáveis ​​a compressores rotativos do tipo deslocamento positivo.

Sob condições normais de operação, os compressores podem fornecer um fornecimento contínuo de gás de vedação a partir de um nível de pressão mais alto no compressor, normalmente a partir do bocal de descarga final do compressor. Os sistemas de condicionamento de gás seco recebem esse gás, filtram-no, condicionam-no e fornecem-no aos selos de gás seco.

Entretanto, durante os períodos de partida, pressurização, reciclagem, parada e desligamento, a pressão diferencial no compressor cai, interrompendo o fluxo do gás de vedação. Quando isso ocorre, pode levar à migração de gases de processo impuros com a contaminação resultante e à degradação do desempenho da vedação, o que coletivamente causa condições operacionais inseguras, tempo de inatividade da máquina e possíveis custos de manutenção mais elevados.

A Figura 1 mostra uma vista em corte transversal de uma vedação de gás seca tandem típica com labirinto intermediário e a Figura 2 representa perfis de fluxo típicos com e sem aumento de pressão de gás de vedação durante a partida de um compressor centrífugo.

Quando um compressor centrífugo está em operação em estado estacionário e desenvolve o diferencial de pressão, o gás de vedação limpo e seco é normalmente fornecido a partir de seu bocal de descarga final para o sistema de gás de vedação e posteriormente para as vedações de gás seco da extremidade do eixo. A Figura 3 representa um desempenho estimado de um booster de gás de vedação a uma pressão de entrada de 725 psig de um compressor centrífugo de tubulação.

A pressão diferencial no compressor centrífugo é muito baixa para fornecer a vazão de gás de vedação necessária em condições de reciclagem, pressurização, partida e paralisação pressurizada (desligamento). Nessas situações, o fluxo do gás de vedação para as vedações a gás secas é perdido e ocorre a migração do gás de processo para a cavidade da vedação a gás seca através do labirinto do processo. As Figuras 4 e 5 mostram a contaminação do ambiente seco do selo a gás no modo de reciclagem e desligamento pressurizado, causada pelo fluxo reverso do gás de processo na cavidade do selo.

No exemplo mostrado na Figura 6 para um compressor com pressão de entrada de 1.450 psig, o fluxo de gás de vedação estimado de 3,5 pés cúbicos por minuto (cfm) a uma pressão diferencial de 56 psid é alcançável na velocidade operacional de 3.500 rpm para evitar contaminação na cavidade do gás de vedação. .

Os modernos boosters de gás de vedação estão disponíveis em dois tipos, pneumáticos e motores elétricos de frequência ajustável, acionados com classificações usuais entre 7,5 cavalos e 25 cavalos. Eles fornecem gás de vedação durante períodos de baixa pressão diferencial disponível e ajudam a obter proteção pressurizada dos selos de gás secos em toda a faixa de operação do compressor em seu mapa de desempenho. O diferencial entre a pressão de fornecimento do gás de vedação e a pressão de vedação deve ser de pelo menos 50 psi para evitar a contaminação da vedação primária. A taxa de aumento de pressão dos boosters pneumáticos varia de 1,2 a 2 com base na faixa de pressões de trabalho máximas permitidas de 3.000 psi a 6.000 psi. As taxas de ciclo máximas correspondentes dos boosters pneumáticos vão de 100 ciclos por minuto até 60 ciclos por minuto. Esses valores são típicos e podem variar entre diferentes modelos e fabricantes.