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Plan 53B de API para suministro de fluido a sellos mecánicos ¿Cómo pueden ayudar los operadores?

Plan 53B de API para suministro de fluido a sellos mecánicos ¿Cómo pueden ayudar los operadores de planta?

por Umeet Bhachu

Los sellos mecánicos son un gran motivo de preocupación y fallas en muchas plantas operativas. Esto es particularmente cierto en el caso de los sistemas que bombean o condensan fluidos sucios. Algunos ejemplos incluyen bombas inferiores, bombas de azufre o maquinarias que manipulan líquidos abrasivos o desafiantes. A menudo, los sellos mecánicos son rediseñados, reemplazados y reparados debido a las condiciones desafiantes que enfrentan durante su funcionamiento. Esto ha ocasionado continuamente costos excesivos por reparación o rediseño, sin mencionar la pérdida de producción y los costos asociados a un activo crítico sin repuesto.

Si bien los sellos tienen que seleccionarse y diseñarse de manera apropiada para la aplicación durante las etapas de ingeniería del proyecto, es igualmente importante seleccionar el plan para sellos correcto y más económico que favorezca aún más el entorno operativo del sello. El plan para suministrar fluidos para sellos es igualmente, y hasta quizás más, importante para que el sello mecánico tenga un funcionamiento confiable. La norma API 682 del Instituto Americano de Petróleo ofrece diversas configuraciones de planes para sellos, sus ventajas y desventajas y una buena descripción de cada uno de los planes. Para conocer a fondo los diversos tipos de aplicaciones y planes disponibles para seleccionar, consulte la norma API 682. Además, muchos proveedores de sellos publican prácticos folletos que contienen referencias buenas, breves y rápidas y explicaciones de los diferentes planes para sellos de API.

Este artículo en particular examina el Plan 53B de la norma API y cómo prestar especial atención a ciertos aspectos de este plan puede asegurar que los sellos funcionen de manera apropiada y confiable en muchas aplicaciones. Por supuesto, el sello mecánico debería estar diseñado correctamente y de la manera más óptima para dicha aplicación en particular.

La figura 1 muestra una descripción básica de cómo luce el Plan 53B para sellos. Se trata de un plan de suministro de fluido presurizado que se emplea con una configuración de sello doble (es decir, dos sellos). El acumulador contiene una vejiga precargada con cierto valor de presión de precarga calculada a través de la conexión de carga de la vejiga que aparece en la figura 1. Luego, el fluido barrera, que puede ser Royal Purple u otro líquido compatible con el proceso, se inyecta en el sistema a cierta presión calculada de carga hidráulica a través del puerto de llenado o uno similar provisto en la configuración de las tuberías. Ya que las fugas son más que previstas debido a que todos los sellos presentan fugas hasta cierto grado; la idea es que cuando el sello falla entonces el fluido barrera, que está a una presión más alta, empujará la fuga de vuelta al proceso en vez de dejar que el líquido se escape hacia el ambiente. Esto ayuda a prevenir la liberación al medioambiente y evitar el desecho de líquidos costosos a la atmósfera. Con base en esto, queda bastante claro que dichos planes son más aptos para aplicaciones tóxicas y peligrosas, y donde se permite que fugas insignificantes ingresen en la atmósfera. Considere leer la gran cantidad de bibliografía disponible de diferentes fuentes para conocer a mayor detalle este plan en particular.

Figura 1: Plan 53B de API para suministro de fluido a sellos (cortesía de John Crane)

Una de las ventajas clave de este plan específico es el costo asociado a su instauración en una planta dada en comparación con otras opciones similares (es decir, el Plan 54 u otros). Sin embargo, resulta indispensable darse cuenta de que la confiabilidad de un Plan 53B y el sello mecánico con el que es compatible depende significativamente del operador de la planta que está a cargo del mantenimiento y revisa el sistema regularmente. Si bien numerosas fallas en los sellos pueden atribuirse a diseños incorrectos u otros problemas, las mismas causas, si no más, pueden atribuirse a cómo se opera y mantiene el Plan 53B en un activo en funcionamiento.

Estos son algunos puntos importantes que deberían considerarse al trabajar con cualquier Plan 53B en una organización de mantenimiento y operaciones.

  • Es importante que un Plan 53B se ventile a través de los puntos de ventilación apropiados para asegurar que no haya vapor atrapado antes de que el sello se ponga en funcionamiento. Se recomienda prestar atención a los intercambiadores de calor horizontales en comparación con los verticales que tiene el sistema. Con base en la experiencia, es más fácil ventilar las configuraciones verticales de los intercambiadores de calor que los sistemas horizontales. No obstante, los sistemas horizontales vienen o deberían venir con válvulas de bloqueo para garantizar una ventilación apropiada.
  • En climas más fríos, donde el Plan 53B se instala en el exterior, el sistema debería calentarse con un cable calefactor y ser acondicionado para el invierno de manera apropiada. Esto incluye las tuberías de suministro de fluido para sellos, el acumulador y los intercambiadores. El acumulador contiene una vejiga de nitrógeno con una presión de precarga, tal como se indicó previamente. Las fluctuaciones en la temperatura ambiente pueden tener un efecto drástico en la presión del sistema y ocasionar fallas en los sellos y pérdida de confiabilidad del sistema de sellado.
  • Las operaciones deberían confirmar y verificar con ingeniería que se suministren los valores calculados correctos para la presión de precarga de la vejiga, además de las presiones de carga del sistema hidráulico. Estas son esenciales para asegurar la confiabilidad del sistema y los sellos. Cualquier discrepancia en estos valores calculados puede poner en riesgo de presurización inversa (es decir, sello inverso) y la falla subsiguiente del sistema de sellado. Cabe destacar que algunas plantas consideran jugar con los valores de precarga y carga hidráulica, con el fin de ganar tiempo entre la falla del sistema y la alarma de bajo nivel del fluido barrera, para que el operador tenga tiempo suficiente como para llenar y compensar la pérdida de dicho fluido en el sistema. No obstante, la experiencia ha demostrado que la mejor forma de encarar este problema consiste en adquirir acumuladores de mayor volumen en vez de modificar las presiones para ganar más volumen en el sistema. Esto último parece tener efectos mucho menores en comparación con tener el acumulador del tamaño correcto en primer lugar. Además, si se consideran las presiones cambiantes de precarga y del sistema hidráulico, esto debería discutirse con el proveedor de sellos del fabricante de equipo original (OEM) ya que las presiones excesivas en un sello dado pueden comprometer y afectar los índices de fuga de los sellos, reduciendo así el tiempo y el volumen del sistema.
  • Es igualmente importante que el operador solo cargue (es decir, reponga la carga con una bomba manual) el sistema al iniciarse la presión de alarma de bajo nivel. No se justifica cargar el sistema en cada ocasión en la que bajen la presión y el nivel del fluido barrera de forma mínima. Esto, por el contrario, desfavorecerá el sistema de sellado y la confiabilidad de los sellos a causa de múltiples cargas de presión en intervalos cortos.
  • El sector de operaciones debería llevar un registro de las frecuencias de carga según la alarma de bajo nivel. Esto, junto con inspecciones visuales, puede dar una idea de cuáles son las fallas de los sellos y los índices de fuga aceptables. La pregunta más frecuente que hace un operador es: ¿Qué se considera una fuga aceptable? Si bien ingeniería, junto con el OEM del sello, pueden suministrar los índices de fuga aceptables, para obtener una muy buena medición de la confiabilidad del sello, el operador puede vigilar la frecuencia de llenado y también, si se hace correctamente, el volumen cargado durante el ciclo de llenado inicial.
  • Ya que el buje con reborde de la bomba controla el entorno de la caja del prensaestopas, sería beneficioso incorporar el buje con reborde en el propio cartucho del sello para colaborar con el mantenimiento, en vez de colocarlo dentro de la bomba. Esto no solo se aplica al Plan 53B para sellos, sino también a otros.
  • Tener un indicador de temperatura tanto en la entrada como en la salida del sello ayuda a establecer un gradiente de temperatura entre el flujo entrante y saliente del sello. Una diferencia de aproximadamente entre 20 a 30 grados centígrados (°C) es aceptable; cualquier cambio de Delta T superior puede indicar posibles problemas con el sello, el agua de refrigeración u otras variables. Esto puede permitir que el operador tome decisiones en el sitio para encargarse del asunto o elevarlo a ingeniería en caso de un problema potencial.

Aunque hay muchas experiencias individuales conectadas con la ejecución de un Plan 53B de suministro de fluido para sellos, lo más seguro es que estos puntos importantes puedan ayudar al operador a tomar una decisión informada que contribuya a la confiabilidad del sello y el promedio de tiempo entre fallas (MTBF) en una planta en funcionamiento. El departamento de ingeniería debería realizar un análisis detallado de causa raíz sobre problemas complejos relacionados con los sellos y brindar las soluciones apropiadas para abordar las fallas reiteradas. Esto favorecerá el resultado final de la planta: costos e ingresos.

Umeet Bhachu

Umeet Bhachu, P. Eng., PMP, CMRP is a registered professional in the province of Alberta, working as a Staff Engineer with Pembina Pipelines Corporation. In his 18-year career, he has been extensively involved with turbo-machinery design, rotor-dynamics, reliability and maintenance engineering, machine learning and neural networks. He is a published author and enjoys dabbling in technology and coming up with new ways and ideas to distil and resolve complex engineering challenges.

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