SISTEMA DE CALEFACCIÓN DE GAS DE SELLO SECO

Las juntas de gas seco han ganado realmente en popularidad en los últimos 20 años. Al ser el sistema de selladode elección para los compresores centrífugos de gas de proceso, sustituyendo así cada vez más los tradicionalmente complejos sellos de llenado de aceite. Se estima que casi el 80 % de los compresores centrífugos de gas de proceso que se fabrican hoy en día están equipados con juntas de gas seco, lo que implica la aceptación por parte de los usuarios de esta tecnología comparativamente nueva. 

Un factor que influye en la creciente popularidad del sello de gas seco es el sistema de calefacción y acondicionamiento de gas del sello. El sistema garantiza que el gas de sellado se caliente a una temperatura que elimina la humedad y se acondicione a una especificación libre de contaminantes. Así, se mejoran la longevidad y confiabilidad del sello. La contaminación es un problema importante en el fallo del sello de gas seco. Por ello, es una prioridad a la hora de diseñar el sistema de sellado del compresor. 

 ¿Qué es una junta de gas seco?

Los compresores centrífugos que comprimen gas de proceso como el metano o el gas natural en una función de refuerzo, o para cualquier compresión de gas de proceso, necesitan un sistema de sellado para evitar que el gas se escape a lo largo del eje hacia la atmósfera. El sellado a lo largo del eje es fundamental porque algunos de estos gases de proceso son inflamables, corrosivos y venenosos, y su escape a la atmósfera contribuye al calentamiento global. 

En un compresor multietapa con una configuración de tipo viga se necesitan dos juntas, una en cada extremo. En una configuración «en voladizo» solo es necesaria una junta de tipo cartucho.

Los sellos de gas secos son esencialmente como los mecánicos húmedos, pero con una diferencia fundamental. Tienen ranuras de gas poco profundas que generan una fuerza de despegue aerodinámica. Esto crea una «película» de gas entre la cara giratoria y la cara fija. 

Otro elemento importante de la junta es el elemento de sellado secundario. Puede ser una junta tórica o una junta de estanqueidad rellena de PTFE. Cuando el compresor está girando, o cuando se aplica presión, la fuerza mantiene unidas las caras de la junta. Los sellos de gas seco, sin embargo, utilizan un diseño con ranuras en la cara. Esto genera la fuerza de despegue. Por lo tanto, no hay contacto entre la junta giratoria y la cara estacionaria y hay un espacio de 3 µm a 5 µm entre las dos caras. Las ranuras de la cara de la junta pueden ser en forma de espiral. Pero, por lo general, el patrón y la ubicación dependen del proveedor del sello y varían entre los diseños. 

Ventajas de las juntas de gas seco

La mayor ventaja del gas seco es la eliminación del aceite de sellado que se necesita en la aplicación de sellado de gas húmedo. Este sistema es un conjunto complejo en configuración autónoma y se complica cuando forma parte del sistema de sellado y lubricación del compresor centrífugo de gas de proceso. 

Con los sellos de gas húmedos, el aceite de los sellos, que también se utilizaba para lubricar los cojinetes del compresor, llegaba a la corriente de gas, lo que suponía un costoso proceso de eliminación del aceite y un sistema de separación de aceite que debía instalarse aguas abajo del compresor centrífugo. Aunque la pérdida neta de aceite es menor, el sello pierde gas tanto en forma de gas en el aceite (dilución de líquido) como de fugas al medio ambiente. 

 Limitaciones del sistema de juntas de gas seco

Una de las limitaciones de un sistema de sellado con gas seco es su dependencia del gas tampón, normalmente nitrógeno. El gas garantiza el buen funcionamiento de las juntas, por lo que es importante un suministro fiable de gas tampón. Una pérdida de suministro, incluso de corta duración, puede provocar daños en la junta. Técnicamente, una junta puede funcionar con una presión diferencial cero, pero los fabricantes prefieren una presión diferencial pequeña. 

Otra limitación es el suministro de gas tampón limpio y libre de humedad y contaminantes. Los sellos de gas seco típicos tienen una configuración en tándem en la que el primer sello es el primario y un segundo es secundario o de respaldo. Un requisito para el funcionamiento fiable de estos sellos es que se proporcione gas de alta pureza. El gas tampón debe acondicionarse para eliminar las impurezas y calentarse para evitar que la humedad entre en la junta, así como para evitar la condensación cuando el gas tampón entre en la junta. Si el gas se condensa, se pierde la presión en la junta y el gas de proceso puede escapar.

 Calentamiento del gas de juntas

El calentamiento del gas de sello seca es importante para mantener la fiabilidad de la junta. Esto se consigue normalmente mediante un aparato de inmersión con calentamiento directo por circulación o indirecto mediante un calentador de inmersión sumergido en el baño de aceite o en la fundición de aluminio con la bobina de proceso. 

Estos calentadores de inmersión pueden funcionar con tensiones de hasta 690 V y potencias <50 KW. Para la seguridad operativa y el funcionamiento en entornos explosivos, cuentan con las certificaciones CSA C/US, ATEX, IECEX, UL y EAC. Todas las partes húmedas del flujo se fabrican comúnmente de acero inoxidable SS 304 para los calentadores indirectos. Sin embargo, existen otras metalurgias diferentes (Inconel, SS 316) para su aplicación directa. 

Debido a la capacidad de los calentadores eléctricos de inmersión para controlar la temperatura con precisión, hay un elemento sensor de temperatura integral en la salida para controlar la temperatura a través de un bucle de retroalimentación.

Es necesario un análisis del punto de rocío del gas de sellado si este es una mezcla de gases. Es importante mantener el margen del punto de rocío en los rangos de funcionamiento, especialmente antes del arranque cuando el compresor está frío. El gas de sellado pasa por el calentador eléctrico de inmersión. Allí se calienta hasta la temperatura manteniendo el margen del punto de rocío.

Una vez calentada, la tubería de gas de sellado también se calienta y se aísla para que la pérdida de calor a través de la tubería sea mínima. 

Conclusión

Las ventajas de los sellos de gas seco superan sus limitaciones y, en presencia de un sistema fiable de acondicionamiento y calentamiento con calentadores eléctricos de inmersión, se pueden superar la mayoría de las limitaciones. Hoy en día, los sellos de gas seco se favorecen más para la nueva instalación y para la readaptación de los compresores centrífugos de gas de proceso más antiguos debido al mayor consumo de aceite en los sellos de gas húmedo, que también puede causar la intrusión de aceite en la corriente de gas de proceso que producen costosos programas de mantenimiento preventivo. Tales sellos tienen la capacidad de simplemente eliminar los complicados circuitos de aceite de lubricación y de sellado.