Actualización de bombas antiguas API 610 de quinta edición para cumplir con los criterios especificados en la duodécima edición

La bomba Pacific JTC. (Fuente de la imagen: Sulzer Ltd.)

Si bien los diseñadores de bombas tienen cierta libertad a la hora de diseñar bombas, algunas características de diseño para el mercado petroquímico deben cumplir los requisitos de API 610. En los últimos 30 años, API 610 ha evolucionado desde la quinta edición hasta la duodécima edición. Sulzer tiene la experiencia y las instalaciones de ingeniería para llevar esas bombas antiguas a su centro de servicio diseñado hace muchos años según API 610 5ª edición y devolverlas al cliente como API 610 12ª edición.

Manuel Monroy, ingeniero de campo de Sulzer, explica una serie de mejoras que se pueden implementar, tomando como ejemplo la bomba centrífuga multietapa Pacific JTC.

Los desafíos dinámicos en la industria del petróleo y el gas crean una demanda constante de soluciones innovadoras que permitan intervalos operativos más prolongados y sin problemas. Es posible que las bombas diseñadas para un servicio específico hace muchos años no funcionen ahora en las condiciones para las que fueron diseñadas. En Sulzer, la mentalidad es ofrecer soluciones de reparación de equipos de los clientes con las últimas actualizaciones disponibles en la industria que mejoran la confiabilidad y la eficiencia.

De 1958 a 1989, la bomba difusora multietapa Pacific JTC se introdujo en la industria petrolera, así como en la industria energética, tanto fósil como nuclear.

La JTC es una bomba de estilo difusor de caja dividida horizontal con una configuración de impulsor espalda con espalda. La mayoría de las bombas de carcasa dividida son del estilo voluta con conductos hidráulicos moldeados a lo largo de las mitades de la carcasa. La carcasa del JTC tiene un diseño mucho más simple, como se muestra en la imagen 1 a continuación. La carcasa tiene un diámetro mayor que ubica radialmente todas las intercubiertas. Las cubiertas intermedias, que están selladas en su diámetro exterior con la carcasa, para evitar fugas entre etapas, contienen el difusor y las paletas guía de retorno y transfieren el fluido desde la descarga de un impulsor a la entrada del siguiente impulsor. El patrón de pernos utilizado para atornillar las dos mitades no tiene que entrelazarse alrededor de los pasajes de voluta, lo que facilita lograr una carga uniforme en la línea dividida requerida para fines de sellado.

Otras bombas con diseños similares son la IR CNTA, IR HMTA y la Worthington WT. Las bombas JTC y CNTA están diseñadas con una configuración de impulsor opuesta en comparación con las IR HMTA y Worthington WT, que están diseñadas con impulsores en tándem. La configuración opuesta del impulsor en JTC y CNTA equilibra el empuje axial creado por los impulsores. Las configuraciones de impulsor en tándem crean un empuje interno muy alto; equilibrar este empuje requiere un diseño más profundo en comparación con el diseño de impulsor opuesto.

La mayoría de las bombas enviadas hace muchos años se enviaban con sellos de empaque. El JTC tiene un diámetro de eje pequeño y la empaquetadura del prensaestopas es crucial. No solo para sellar el producto contra fugas a la atmósfera, sino que también actúa como cojinete, lo que en consecuencia ayuda a que tanto los casquillos centrales como los del acelerador mantengan la estabilidad del rotor durante la operación. El uso de empaquetaduras para sellar el prensaestopas de la bomba a menudo requiere ajustes en el campo, lo cual es un dolor de cabeza de mantenimiento continuo para muchos operadores.

La introducción del sello mecánico y su tecnología de sellado superior aumentó la demanda de actualizaciones del mercado de accesorios que allanaron el camino para bombas modernizadas y nuevos estándares de la industria.

Las bombas JTC modernizadas ahora comúnmente están equipadas con sellos mecánicos que eliminan las emisiones fugitivas; una de las principales fuerzas impulsoras detrás de esto fue el lanzamiento de la séptima edición de API-610, que estandarizó los sellos mecánicos y los requisitos del prensaestopas. Sin embargo, la modificación de las bombas existentes con prensaestopas empaquetadas por cierres mecánicos no estuvo exenta de problemas. Con la adición de sellos mecánicos, montados sobre un eje delgado, el comportamiento dinámico del rotor de la bomba cambió. Este cambio provocó un desgaste acelerado de las holguras de funcionamiento estrechas, un aumento de la vibración, una mayor apertura de las holguras y el círculo vicioso continuó hasta que la bomba ya no pudo realizar su función tanto mecánicamente debido a la alta vibración como hidráulicamente debido a fugas internas. . El cambio en el comportamiento dinámico del rotor resultó en la creación de soluciones innovadoras para mantener y aumentar el tiempo medio entre reparaciones (MTBR) de la bomba JTC.

Recientemente, durante una revisión de rutina, una planta química ubicada en Pasadena, Texas, aprovechó la oportunidad para revisar sus bombas JTC con miras a mejorar la vida útil de los rodamientos y los sellos. El Centro de Servicio de Sulzer en Houston brindó soporte de ingeniería y soluciones de reparación para aumentar el MTBR. La bomba tenía un diseño típico de eje pequeño de JTC con sellos mecánicos, originalmente diseñada para empaquetadura.

Las bombas JTC suministradas por el cliente llegaron al centro de servicio con daños importantes. El cliente notó que las bombas experimentaban fallas constantes en sellos y cojinetes. Se encontró un lavado excesivo en el diámetro interior de la carcasa, donde una junta tórica proporcionaba un sellado entre etapas entre las cubiertas intermedias y el diámetro de la carcasa. El equipo de calidad (QA) de Sulzer también encontró que la planitud de la línea dividida de la caja estaba fuera de tolerancia. Se encontró desgaste típico en todos los componentes de desgaste del rotor debido a años de servicio.

Para cumplir con las expectativas del cliente, el equipo de ingeniería del Centro de Servicio de Sulzer en Houston asumió la tarea de proporcionar una solución para aumentar el MTBR de su bomba existente. Equipado con escáneres láser tridimensionales de última generación e ingenieros experimentados en API, el centro de servicio comenzó realizando ingeniería inversa completa de la bomba JTC original. Después de una revisión del diseño, se creó y presentó al cliente una propuesta para reparar y modernizar la bomba.

Sulzer tenía dos objetivos principales: reparar el daño de la carcasa según los estándares de diseño originales y proporcionar una solución para eliminar el desgaste acelerado de los espacios internos estrechos.

Reparación de carcasa Para restaurar los ajustes internos de la caja de una bomba y devolverlos a las tolerancias del fabricante de equipos originales (OEM), en la industria se practica la perforación de dichos ajustes. Al perforar una caja de bomba, la alineación de la caja de la bomba con su línea central es el paso más importante en el proceso de mecanizado y de toda la reparación. Era importante diseñar estrategias, diseñar y ejecutar adecuadamente el proceso de reparación adecuado que permitiera restaurar los ajustes críticos de la bomba.

El diseño del difusor apilado en el JTC requirió una inspección multipunto en todas las caras de acoplamiento internas para garantizar que el paralelismo y la concentricidad cumplieran con los estándares de Sulzer. Para corregir el descentramiento fuera de tolerancia, Sulzer diseñó y fabricó herramientas especiales para corregir adecuadamente el descentramiento excesivo en superficies de contacto críticas.

Para eliminar el lavado y el descentramiento que se encuentran en la caja de la bomba, se sometió a múltiples fases de mecanizado. La línea de corte de cajas se cepilló en una de las cepilladoras de Sulzer. Los ajustes del orificio de la caja también se mecanizaron según las dimensiones requeridas, manteniendo estrechas tolerancias y concentricidad con respecto a la línea de división de la caja. Finalmente, se mecanizaron las paredes interiores de la caja, con las mitades de la caja apretadas, para asegurar el paralelismo entre ambas paredes interiores que ubican axialmente el elemento interior ubicado a 40 pulgadas de distancia.

Actualización del rotorCuando se aborda el desgaste acelerado en las holguras de funcionamiento estrechas de la bomba JTC, existen dos opciones de mejora típicas.

En esta ocasión, Sulzer implementó materiales no metálicos para todos los componentes de desgaste estacionarios, como los anillos de ojo y de cubo, el casquillo del acelerador y el casquillo central. La distribución de presión distintiva que se observa en los casquillos del acelerador y en el casquillo central requirió cálculos de diseño adicionales y, en última instancia, resultó en la implementación del diseño del inserto perforado (Perf-Seal) que se muestra en la imagen 2. Un inserto Perf-Seal tiene orificios perforados radialmente en todo el cuerpo no metálico. inserto y estos evitan que la presión diferencial extruya el inserto del soporte de metal.

Los materiales compuestos no metálicos son capaces de soportar temperaturas de hasta 500 °F (260 °C). Se utilizan ampliamente en la industria de las bombas para componentes de anillos de desgaste, casquillos e insertos. El principal beneficio de estos compuestos es la capacidad de resistir el funcionamiento ocasional en seco. Si hay una falla en la bomba, los anillos no metálicos se convierten en piezas de sacrificio, todos los demás componentes se pueden reparar y reutilizar. Los compuestos también permiten espacios libres de funcionamiento reducidos, lo que proporciona una rigidez y amortiguación mejoradas a lo largo del rotor, mejorando la estabilidad del rotor y un aumento en la eficiencia de la bomba. Cabe señalar que la confiabilidad es la razón principal para cambiar a anillos no metálicos, la eficiencia es secundaria.

Con la caja completamente restaurada y con nuevas piezas de desgaste mecanizadas en el centro de servicio, la bomba estaba lista para su montaje. Los impulsores se equilibraron individualmente y el rotor ensamblado se equilibró por control. El ajuste flojo del diseño entre los impulsores y el eje requirió una inspección crítica del descentramiento durante el montaje. Finalmente, durante el apilamiento del rotor, todos los impulsores y difusores se colocaron en su posición de funcionamiento correspondiente para garantizar que los conductos hidráulicos de los impulsores y difusores estuvieran correctamente alineados.

Más actualizaciones disponibles Debido a limitaciones de tiempo, no se pudo realizar la actualización del rotor del diseño de manguito al de anillo partido. Se sabe que el diseño de manguito espaciador existente con dos contratuercas en cada extremo diseñadas para bloquear el rotor entre sí crea problemas de descentramiento tanto durante el montaje como durante el funcionamiento. El rotor se puede actualizar aún más a un rotor diseñado con anillos divididos. Esto elimina los manguitos espaciadores entre los impulsores y permite que el empuje del impulsor en cada etapa individual se transfiera al eje de la bomba a través del anillo partido. Con la eliminación de los casquillos espaciadores, el diámetro del eje se puede aumentar en algunos casos entre 0,5 y 0,75 pulgadas (12 - 19 mm) a través de la sección del impulsor del eje de la bomba. Esto también permite un ajuste de interferencia entre el eje y el impulsor, lo que reduce el descentramiento en las superficies de desgaste del impulsor y brinda la capacidad de equilibrar con criterios de equilibrio mucho más estrictos. La bomba, cuando se actualiza de esta manera, puede cumplir con los requisitos de vibración de los últimos estándares API 610.

Si los impulsores son soldables, entonces se pueden soldar los cubos traseros a los impulsores existentes, lo que permite reutilizar los impulsores existentes. Si los impulsores originales son de hierro fundido deberán ser reemplazados.

Para componentes con geometría compleja, como impulsores y difusores de carcasa, Sulzer utilizó escáneres Crea Form para permitir un modelado 3D rápido del equipo suministrado por el cliente. El escáner 3D es una potente herramienta muy utilizada en la industria para posibilitar adecuadamente la fabricación de componentes de fundición. Esto permite a Sulzer proporcionar impulsores de repuesto que cumplan con los requisitos hidráulicos y envolventes existentes. Para cambios en el rendimiento de la bomba, la ingeniería de Sulzer puede analizar los datos de rendimiento existentes y ajustar los componentes hidráulicos en consecuencia para cumplir con las nuevas condiciones del proceso. Durante los plazos de entrega limitados en los que no es factible solicitar un nuevo rotor, el equipo de ingeniería de Sulzer puede realizar una revisión mecánica del rotor existente y asesorar sobre los cambios necesarios en el rotor para mejorar la vida útil de los rodamientos y mejorar la estabilidad del rotor.

cuña de centrado El diseño original del rotor del JTC incluye una cuña de centrado, que garantiza que el rotor encaje perfectamente en la carcasa de la bomba al calzar las carcasas del escenario central en consecuencia. La desventaja de tener una cuña de centrado en el medio del rotor es tener que desmontar la mitad del rotor para ajustar adecuadamente la cuña en caso de que el rotor no encaje en la carcasa con la holgura axial adecuada; consulte un ejemplo de montaje del rotor detallado en Imagen 3. Hay una actualización disponible que elimina las cuñas centrales y las mueve al frente del difusor de la primera etapa. Al proporcionar una cuña laminada, se pueden realizar ajustes rápidos a la longitud axial del rotor para el ensamblaje final. Esta actualización es ideal para cambios rápidos de paquetes y tiene el potencial de reducir el tiempo de reparación.

Modificaciones de rodamientos y sellos. Para aumentar la vida útil de los rodamientos, también se pueden lograr mejoras en los soportes de rodamientos adaptando los soportes de hierro fundido existentes con soportes de rodamientos con disposición de bolas o manguitos de bolas de acero al carbono de Sulzer. Están diseñados con aletas integrales que disipan el calor y pueden equiparse con una amplia variedad de conexiones de instrumentación, como detectores de temperatura de resistencia (RTD), refrigeradores de rodamientos y sondas de vibración.

En algunos casos, los nuevos alojamientos de cojinetes enfriados por aire pueden permitir la eliminación de los alojamientos existentes enfriados por agua y las tuberías asociadas.

Los conjuntos de alojamiento de rodamientos de Sulzer pueden aumentar los tamaños de rodamientos para disposiciones de bolas o implementar rodamientos de muñón con relación longitud/diámetro (L/D) más cortos para disposiciones de bolas de manguito. Las carcasas también están equipadas con aisladores Inpro para proteger el interior de la carcasa de los contaminantes. Los ingenieros pueden diseñar a medida las bridas de acoplamiento de la carcasa del cojinete para adaptarse al patrón actual de pernos de la caja de la bomba y minimizar cualquier repetición de trabajo en la caja.

Cumpliendo nuevos estándares La industria petroquímica tiene una amplia gama de bombas difusoras de caja dividida similares a las JTC, como IR CNTA, IR HMTA y Worthington WT. Aunque las configuraciones de rotor entre ellos varían, muchos de los desafíos de confiabilidad siguen siendo los mismos entre estas líneas de productos. En lugar de desechar una bomba difusora de caja dividida obsoleta, algunas de las actualizaciones de JTC detalladas anteriormente pueden ser la solución práctica para restaurar y mejorar el rendimiento de la bomba mientras se actualiza a la 12.ª edición de API 610 y, en última instancia, aumentar el MTBR.

En Sulzer, el objetivo es proporcionar soluciones de confiabilidad de bombas a través de ingeniería y fabricación interna. Sulzer se enorgullece de ofrecer reparaciones y modernizaciones de bombas en todo tipo de bombas (Sulzer y no Sulzer), asumiendo el desafío de actualizar los equipos de los clientes para que cumplan con los nuevos estándares de la industria.

Fuente: Sulzer Ltd.