Booster e riscaldatori per gas di tenuta in sistemi di supporto per tenute a gas secco

Di Sourav Majumdar e Neetin Ghaisas27 gennaio 2023

Le tenute per gas secco forniscono una soluzione di tenuta standard efficace, affidabile e robusta per i compressori in tutti i tipi di processi utilizzati nelle industrie petrolchimiche, del gas naturale e del petrolio. Richiedono una fornitura continua o ininterrotta di gas di tenuta pulito e asciutto allo spettro di portata e pressione di progetto per garantire che le facce della tenuta si sollevino a livelli ottimali per le migliori prestazioni ottenibili. Sia le tenute a gas secco pressurizzate che quelle non pressurizzate utilizzano un "gas di tenuta" pulito a monte della tenuta a gas secco per stabilire una barriera contro il flusso di processo potenzialmente contaminato.

Questo documento presenta una panoramica qualitativa della gestione del punto di rugiada e dei sistemi di aumento della pressione del gas di tenuta che sono parte integrante dell'affidabilità delle tenute di gas secco. Il focus della discussione è sulle tenute per gas secco nei compressori centrifughi e ad ingranaggi integrali; tuttavia, i principi delineati sono applicabili anche ai compressori rotativi di tipo volumetrico.

In condizioni operative normali, i compressori possono fornire una fornitura continua di gas di tenuta da un livello di pressione più elevato nel compressore, in genere dall'ugello di scarico finale del compressore. I sistemi di condizionamento del gas secco ricevono questo gas, lo filtrano, lo condizionano e garantiscono la tenuta del gas secco.

Tuttavia, durante i periodi di avvio, pressurizzazione, riciclo, arresto e spegnimento, la pressione differenziale nel compressore diminuisce, interrompendo il flusso del gas di tenuta. Quando ciò si verifica, può portare alla migrazione di gas di processo impuri con conseguente contaminazione e al degrado delle prestazioni della tenuta, che nel loro insieme causano condizioni operative non sicure, tempi di fermo macchina e possibili costi di manutenzione più elevati.

La Figura 1 mostra una vista in sezione trasversale di una tipica tenuta a gas secco tandem con labirinto intermedio e la Figura 2 mostra tipici profili di flusso con e senza aumento della pressione del gas di tenuta durante l'avvio di un compressore centrifugo.

Quando un compressore centrifugo è in funzionamento stazionario e sviluppa il differenziale di pressione, il gas di tenuta pulito e asciutto viene generalmente fornito dal suo ugello di scarico finale al sistema del gas di tenuta e poi alle tenute a gas secco dell'estremità dell'albero. La Figura 3 rappresenta una prestazione stimata di un booster di gas di tenuta alla pressione di ingresso di 725 psig di un compressore centrifugo a pipeline.

La pressione differenziale nel compressore centrifugo è troppo bassa per fornire la portata del gas di tenuta richiesta in condizioni di riciclo, pressurizzazione, avvio e arresto pressurizzato (arresto). In queste situazioni, il flusso del gas di tenuta verso le tenute del gas secco viene perso e si verifica la migrazione del gas di processo nella cavità della tenuta del gas secco attraverso il labirinto di processo. Le Figure 4 e 5 mostrano la contaminazione dell'ambiente della tenuta a gas secco in modalità di riciclo e arresto pressurizzato, causata dal flusso inverso del gas di processo nella cavità della tenuta.

Nell'esempio mostrato nella Figura 6 per un compressore con pressione di ingresso di 1.450 psig, il flusso di gas di tenuta stimato di 3,5 piedi cubi al minuto (cfm) a una pressione differenziale di 56 psid è ottenibile alla velocità operativa di 3.500 giri/min per evitare contaminazione nella cavità del gas di tenuta. .

I moderni booster di gas di tenuta sono disponibili in due tipi, pneumatico e motore elettrico a frequenza regolabile con potenza nominale compresa tra 7,5 e 25 cavalli. Forniscono gas di tenuta durante i periodi di bassa pressione differenziale disponibile e aiutano a ottenere la protezione pressurizzata delle tenute del gas secco durante l'intero intervallo di funzionamento del compressore sulla sua mappa delle prestazioni. Il differenziale tra la pressione di alimentazione del gas di tenuta e la pressione della tenuta deve essere di almeno 50 psi per evitare la contaminazione della tenuta primaria. Il rapporto di aumento della pressione dei moltiplicatori pneumatici varia da 1,2 a 2 in base all'intervallo di pressioni di esercizio massime consentite da 3000 psi a 6000 psi. Le velocità di ciclo massime corrispondenti dei moltiplicatori pneumatici vanno da 100 cicli al minuto a un minimo di 60 cicli al minuto. Questi valori sono tipici e possono variare a seconda dei diversi modelli e produttori.