EagleBurgmannnow Logo

Sellos dobles lubricados con líquido para una mayor estabilidad en bombas de alta velocidad en instalaciones de PTA

Sellos dobles lubricados con líquido para una mayor estabilidad en bombas de alta velocidad en instalaciones de PTA

El Ácido tereftálico purificado (PTA) es la materia prima predominante para la producción de resina de poliéster de alta pureza ampliamente utilizada en la producción de fibra de poliéster, tereftalato de polietileno (PET) resina de botella, película de poliéster y plásticos de ingeniería.


Bomba Sundyne en operación

Las bombas centrífugas series HMP  de Sundyne han sido la opción preferida para las bombas de alimentación del reactor de HP en las plantas de purificación de PTA en todo el mundo durante muchos años. Estas bombas centrífugas engranadas de alta velocidad, se utilizan durante la etapa de purificación de ácido tereftálico en bruto (TA). Las bombas Sundyne entregan una suspensión de TA, que contiene TA en polvo suspendido en agua desmineralizada a una temperatura elevada en un reactor de hidrogenación, en donde los contaminantes se eliminan de la solución a través de la reacción con hidrógeno.

La confiabilidad de funcionamiento de la bomba de alimentación del reactor HP es fundamental para mantener la operación estable de la instalación de depuración de la PTA, y los sellos mecánicos son algunos de los componentes más críticos de la bomba debido a la alta velocidad y los requisitos de servicio de alta presión.

Para esta aplicación fue seleccionada una bomba centrífuga, configurada como una bomba con montaje horizontal, de dos etapas engranadas que tiene un solo eje de doble extremo de salida a una velocidad de rotación de 6,200 rpm con impulsores conectados en cada extremo. Las dos fases se conectan en serie con una tubería, para alcanzar la carga total requerida, la primera fase de descarga alimenta la segunda etapa de succión de la bomba aumentando la presión de la cámara de sellado en la etapa 2 hasta 1,160 PSI (80 bar).

Los sellos para la aplicación fueron diseñados como cartucho de sello doble en arreglo cara-contra-cara para la etapa 1 y como un sello dual en arreglo cara-contra-espalda (o tándem) para la etapa 2 lo que permite una división de la diferencial de presión total entre los dos sellos y mantiene el parámetro de presión-velocidad (PV) en niveles adecuados. El sistema de lubricación del sello utiliza alimentación de fluido flush para ambas etapas,  evitando que los sellos lado producto se obstruyan  con suspensión de TA.

Desafíos técnicos

Uno de los principales desafíos técnicos relacionados con el fluido barrera / fluido amortiguador,  fue presentado por el usuario final, uno de los productores de PTA más grandes del mundo que sigue siendo proactivo en la maximización de la eficiencia de su tecnología de proceso de PTA. En lugar de utilizar el agua desmineralizada a temperatura ambiente más común como fluido barrera / fluido buffer, que se suministra normalmente desde un sistema de lubricación de sellos centralizado de la planta de PTA, se solicitó utilizar el agua de retorno de planta a temperatura normal de 158 °F (70 ° C), con una temperatura máxima de 176 °F (80 ° C). El problema con el uso de agua de retorno de  planta en estas condiciones como fluido barrera / fluido amortiguador es potencialmente un entorno adverso para el sello, por una disipación insuficiente del calor y una mala lubricación de las caras del sello debido a una pérdida de película líquida, causada por vaporización.

Un reto técnico adicional fue la presurización inversa del sello lado proceso de la etapa 2 durante la puesta en marcha y el apagado de la bomba. Durante la secuencia de arranque, este sello es presurizado a la inversa por el fluido buffer contenido en el sistema de lubricación del sello antes de que el motor principal de la bomba sea encendido. Bajo condiciones transitorias, mientras que a toda velocidad la bomba alcanza la presión de descarga completa, la presión aplicada al sello se invierte haciendo que el sello se abra. Lo mismo ocurre en orden opuesto durante el apagado de la bomba. El diseño original del sello fue modificado para incorporar nuevas características para superar la abertura del sello  asociado con el sello secundario.

Fin a fin - Conocimientos técnicos necesarios

"En vista de la exigencia de esta especificación, pudimos ver claramente en una etapa temprana que se necesitaba un conocimiento profundo - y que tendríamos que diseñar una solución especial para aplicaciones específicas," dijo Eric Vanhie, jefe de proyecto de EagleBurgmann en Houston, Texas.

Una vez que la especificación de desempeño se había elaborado en una reunión inicial entre Sundyne y EagleBurgmann, la etapa de diseño y desarrollo comenzó en la sede de EagleBurgmann en Wolfratshausen, Alemania. Los puntos de trabajo se analizaron en detalle con el departamento de R&D(Investigación y Desarrollo). Esto proporcionó cálculos precisos de desempeño y un diseño asistido por computadora de los elementos deslizantes.

Los nuevos sellos dobles se basaron en un sello de alta presión especial probado de la gama de productos existente. Específicamente, el equipo optó por el sello altamente eficiente para alta presión SH(V), que se ha utilizado en aplicaciones de alta presión por años. En contraste con sellos mecánicos convencionales de la gama estándar, los sellos de alta presión tienen una característica especial importante: en estos sellos, el asiento gira sobre el eje, mientras que la cara del sello -y sus resortes- es estacionaria en la carcasa. Este concepto del sello proporciona estabilidad adicional a altas velocidades. A velocidades de deslizamiento de 66 ft/s (20 m/s) o más, los resortes deben ser estacionarios para que no absorban las vibraciones y por lo tanto se deformen.

Diseño optimizado

El diseño del sello probado SH(V) también fue optimizado para esta aplicación. Se hicieron mejoras específicas en el diseño para garantizar el funcionamiento estable durante todo el rango de operación. Estas incluyen el uso de materiales de ultra-alto rendimiento. Mientras que el sello regular SH(V) utiliza el material cerámico de carburo de silicio probado tanto para cara como para el asiento, la cara estacionaria del sello para la solución Sundyne se basó en la variante de carburo de silicio BuKa 30. Este material de ultra-alto rendimiento de EagleBurgmann tiene un alto contenido de carbono, por lo que es la solución perfecta para los fluidos con malas propiedades lubricantes, como el agua. Las propiedades de funcionamiento de emergencia eficaces del Buka 30 y la tolerancia a la marcha en seco también hacen que sea una opción óptima en este caso.

Sello doble SH EagleBurgmann en arreglo tándem Las partes en amarilla son rotativas, en azul son estacionarias, las partes grises corresponden al eje y bridas o alojamiento de la bomba.

 

El sello fue optimizado aún más para garantizar la confiabilidad de funcionamiento, incluso en los rangos marginales. Un ensamble sin apriete en la cara, proporciona una seguridad adicional contra la inflexión y la desalineación. Una de las características técnicas especiales del sello de alta presión desarrollada para la aplicación de la PTA es la incorporación de ranuras de alta precisión en las caras calculadas por el R&D. La profundidad y la geometría se especifican con precisión increíble.

Las ranuras que EagleBurgmann ha estado utilizando durante años en el campo de sellos de gas seco también apoya el funcionamiento seguro de  sellos dobles húmedos en momentos críticos. A baja presión, las ranuras promueven el despegue de las caras del sello mediante la creación de un colchón de presión positiva, y por lo tanto establecen muy rápidamente un estado de funcionamiento estable. A alta presión, las ranuras tienen un efecto estabilizador ya que impiden la separación de una mayor apertura.

Probado en el campo de prueba y en la práctica

La combinación de todas estas medidas dio lugar a sofisticados sistemas de sellado, tanto en versiones tándem y espalda-contra-espalda. Estos cubren la gama de aplicaciones de hasta 1,450 PSI (100 bar) y 9,000 rpm y garantiza la confiabilidad funcional que requiere Sundyne.

Los sellos dobles lubricados con líquido fácilmente hacen frente a todos los parámetros de funcionamiento y su rendimiento de sellado constante es impresionante, incluso cuando están expuestos a fluctuaciones considerables de presión, temperatura y velocidad. Esto fue confirmado con pruebas de funcionamiento dinámicas en el área de prueba en Wolfratshausen, donde los sellos diseñados como cartuchos para una instalación sencilla, fueron ampliamente probados y luego aceptados por el equipo de ingeniería de Sundyne.


Banco de pruebas en el centro de Investigación y Desarrollo en Wolfratshausen/Alemania.

Los nuevos sellos dobles han demostrado su valor en muchas bombas modelo HMP de Sundyne, las cuales fueron puestas en servicio en China en el año 2014 en una de las plantas de PTA más grandes del mundo.

Para mayor información sobre los sellos SH(V), favor de contactarnos en info@us.eagleburgmann.com.