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Utilización de sellos mecánicos con revestimiento de DiamondFace en bombas multi fase para Petroamazonas en Ecuador

Utilización de sellos mecánicos con revestimiento de DiamondFace en bombas multi fase para Petroamazonas en Ecuador

Funcionando como si 100% lubricado

Bombas multi fase para proyectos de oil en Ecuador – falta de lubricación y sólidos abrasivos no son problemas para los sellos mecánicos con DiamondFace.

Las bombas multi fase para petróleo son realmente “multi-role”. Mezclas de crudo, agua de formación y gas natural, en diversas concentraciones y composiciones son bombeadas con confiabilidad.  Entre los componentes sensibles de la bomba se encuentran los sellos mecánicos, generalmente, con complejos sistemas de lubricación y venteo para permitir un trabajo sin interrupciones, a pesar de la mezcla de multi fases. Esto soluciona problemas tales como, sobrecalentamiento provocado por funcionamiento a seco o por la erosión de las superficies de deslizamiento por fluidos abrasivos. Sellos mecánicos con DiamondFace para bombas booster también facilitan las cosas, como EagleBurgmann ya lo ha demostrado de manera impresionante con estos sellos que se encuentran funcionando bajo condiciones extremas en el yacimiento de Panacocha en la región Amazónica de Ecuador.

El cliente y socio en el desarrollo de este sello mecánico, diseñado para una alta disponibilidad, un mínimo mantenimiento y  revestido con DiamondFace (sólo disponible en EagleBurgmann), es el fabricante de bombas alemán Bornemann. Con sus bombas de tornillo, normalmente bombas de desplazamiento, Bornemann es uno de los mayores nombres en tecnologías multifásicas y submarina. Esta tradicional empresa se estableció en 1853, convirtiéndose en la más veterana de la industria alemana de bombas. Una de las primeras convocatorias en el mundo para el bombeo de óleo y procesamiento de aplicaciones.

Ecuador es el 4º mayor productor de crudo de América del Sur. En 2009, Bornemann recibió luz verde de la empresa estatal Petroamazonas EP para proveer tres  potentes bombas multi fase que fueron utilizadas en el interior de la selva Amazónica. En el proyecto Panacocha  (el cual estaba integrado al oleoducto desde Octubre 2010 y, en su etapa final, diseñado para 16 pozos y una producción diaria de 25,000 barriles de petróleo crudo), fueron necesarias bombas booster  para transportar la mezcla del bombeo multifásico a alta presión a través de los 500 km de largo del oleoducto de la refinería Esmeraldas en la costa del Pacífico.

El beneficio del concepto multifásico está en que, en el pasado, las heterogéneas mezclas de petróleo, gas, agua y diversos sólidos desde el yacimiento del petróleo se separaban y, después, se transportaban separadamente por oleoductos. Actualmente, un único oleoducto multifásico es suficiente. Esto ha demostrado ser una significativa ventaja en los proyectos sensibles al medio ambiente.

Libre de mantenimiento y robusto

Menos es más. Esto es cierto para los oleoductos y estaciones de bombeo, pero también se aplica al diseño de los sellos mecánicos en las bombas de presión booster para el proyecto Panacocha. El cliente era Bornemann, que ha colaborado estrechamente con EagleBurgmann durante décadas y que necesitaba sumamente de sellos simples y confiables para bombas multi fases instaladas en el interior del Amazonas. La especificación requería un sello mecánico con la menor manutención posible pero que, al mismo tiempo, fuera robusto y que pudiera ser utilizado en una estación operada remotamente.

Los sellos para  Panacocha no fueron intencionalmente basados en el Plan API 32, el cual implica en el suministro de fluido limpio (generalmente agua) de fuente externa superior al sello y  es estándar para varias aplicaciones multifásicas. El suministro de líquido proporciona una película de lubricación constante entre las caras rotativas y proporciona protección eficaz contra la falta de lubricación. Esto es importante si el gas (bolsones) fuera bombeado por largos períodos y el riesgo de sobrecalentamiento y funcionamiento a seco fuera particularmente grande. Otro punto a favor es la permanente purga manteniendo los sólidos contaminados con bombeo medio lejos de las caras rotativas. Esto previene el desgaste prematuro y fugas que pudieran ser ocasionadas por abrasión. La principal desventaja del Plan API 32 cuando utilizado lejos de la civilización  es el costo de logística y monitoreo – por lo que este método no fue una opción viable para el proyecto de Ecuador.

DiamondFace – es resistente, aún sin líquido de lubricación

Lo que se necesitaba era un sello que demandase poco o ningún mantenimiento y que pudiera trabajar bajo severas condiciones operacionales (inadecuada lubricación, altas temperaturas y exposición a sólidos abrasivos), incluso sin líquido de lubricación externo. Para este exigente desafío, EagleBurgmann presentó a todos los socios del proyecto, la solución DiamondFace. Esta innovadora tecnología para el revestimiento de caras rotativas fue presentada por el fabricante de sellos en 2007 y, desde entonces, ha demostrado realmente su eficacia en más de 2,000 sellos mecánicos bajo condiciones extremas de operación. El método fue desarrollado en conjunto con Fraunhofer Institute para tecnología de recubrimiento y protección de superficies en Braunschweig/Germany; las caras rotativas de carburo de silicio son recubiertas con una camada de diamante policristalino. Una capa de diamante de hasta 10mm de espesor, aplicada al vacío y a temperaturas de 1,200° C, lo caracteriza por su extrema dureza, resistencia al desgaste, excelente conducción térmica, resistencia química y baja fricción, lo que explica los motivos por los cuales los gestores del proyecto Panacocha decidieron utilizar DiamondFace.

De ojo en los costos

Varios años de experiencia y una excelente cooperación con el fabricante de la bomba significó que la solución de sellado podía ser integrada a la bomba Bornemann sin grandes costos.  Como el concepto de sellado lo ha demostrado, fueron necesarios apenas unos pocos pasos para suministrar un sello con DiamondFace que cumpliera los requisitos. El producto final, denominado DF-HSHJ4S1, se caracteriza por su diseño cartucho, balanceado, resortes protegidos contra el producto y sellados secundarios que pueden controlar diversos desafíos asociados a la presión, temperatura y composición del medio.

La especificación de las caras rotativa y estacionaria, ambas con diamante, hizo posible que las caras rotativas pudieran soportar el funcionamiento en seco durante varios minutos sin daños e, inclusive, en la caja de sellado, temperaturas de hasta 300 °C sin problemas. Y todo esto sin necesidad de utilizar los complicados métodos basados en los sistemas del Plan API 32. El sello mecánico con DiamondFace está perfectamente equipado para enfrentar las  fluctuaciones abruptas en el contenido de la mezcla del producto bombeado comunes en las aplicaciones multifásicas. El espectro va desde gas puro hasta agua u óleo conteniendo diferentes sólidos.

Optimizando cuestiones periféricas

A pesar de DiamondFace ser indiscutiblemente la solución ideal para llevar a cabo las difíciles condiciones de Panacocha, había todavía algunos detalles que necesitaban ser  considerados. Todos los componentes metálicos del cartucho pre montado fueron hechos de acero súper duplex (G4) debido al alto contenido de cloruro en el agua de formación (agua que es bombeado desde el suelo junto con mezcla de petróleo / gas). Para optimizar la vida útil del sello mecánico, EagleBurgmann optó por un quench sin presurización como solución para Panacocha. Este consistía en proporcionar un enfriamiento rápido del óleo no presurizado (ISO VG32) desde el lado de la atmósfera, conforme plan API 62. Esto se distribuye desde la parte 'posterior' de la superficie de deslizamiento a través de ranuras de petróleo hidrodinámicas o de las cavidades, lo cual proporciona un leve efecto de enfriamiento. Al final del día, son estas medidas detalladas y de alta precisión las que permiten que el sistema DiamondFace se desempeñe en su mejor condición.

Los ingenieros consultores de EagleBurgmann en Ecuador, local de su utilización, fueron capaces de constatar cómo, en la práctica, los sellos con DiamondFace de Panacocha (cuatro de los cuales están instalados en cada bomba booster) trabajan perfectamente. A pesar de operar continuamente, no existe ninguna señal de cualquier tipo de falla en los sellos. El ciclo de vida debería superar bastante el tiempo de garantía de un año. Hasta ahora los sellos están funcionando como si tuvieran una lubricación perfecta, aun cuando sin lubricación continua.

Para obtener más información sobre la tecnología DiamondFace, póngase en contacto con nosotros en info@us.eagleburgmann.com.