Eliminando a necessidade de boosters de gás de vedação

Sep 23, 2023

30 de maio de 2023

Uma análise mais detalhada da confiabilidade das vedações laterais do processo à prova de vazamentos

Os usuários finais de compressores centrífugos em indústrias de petróleo e gás e outras indústrias de processo enfrentam uma necessidade crescente de reduzir emissões fugitivas, custos e tempo de inatividade desnecessário. O advento dos sistemas de vedação a gás seco (DGS) desempenhou um papel significativo nos esforços para atingir esses objetivos, abordando muitos dos problemas frequentemente encontrados com vedações úmidas, incluindo altas taxas de vazamento, confiabilidade reduzida e alto OPEX. No entanto, existem oportunidades para melhorar ainda mais a operação dos compressores, especialmente unidades que utilizam compressores auxiliares de gás de vedação, que podem ser uma fonte significativa de manutenção e OPEX.

A Siemens Energy desenvolveu um mecanismo de vedação que permite aos operadores eliminar a necessidade de um reforço de gás de vedação, protegendo o DGS da contaminação do gás de processo em velocidades lentas ou quando o compressor é parado em uma condição de espera pressurizada. Este artigo fornece uma visão geral do design e funcionalidade da vedação e discute aplicações de compressores onde ela pode ser benéfica.

A maioria dos compressores centrífugos modernos são equipados com DGS para vedação da extremidade do eixo. Nos últimos anos, muitos compressores legados com vedações úmidas também foram adaptados com sistemas DGS. O tipo de DGS mais amplamente utilizado para aplicações de compressores de gás natural é um projeto “tandem”, no qual duas vedações faciais (primária e secundária) são instaladas nas extremidades do eixo do compressor. Durante a operação do compressor, a vedação primária absorve o diferencial de pressão. O selo secundário serve como reserva em caso de falha do selo primário.

Um DGS consiste em dois anéis de acoplamento (um rotativo e um estacionário). Quando o compressor não está funcionando, os anéis são mantidos em contato próximo por molas e distribuição de pressão estática. Quando o compressor está funcionando, as forças hidrodinâmicas mantêm o anel estacionário contra a mola. Isto cria uma folga de trabalho de alguns micrômetros entre as faces da vedação. O design permite taxas de fuga muito baixas mas, como consequência, o DGS necessita de um fornecimento de gás limpo e seco para funcionar de forma fiável.

Normalmente, esse gás é retirado da descarga do compressor. O gás é filtrado e condicionado para remoção de impurezas e depois injetado entre o DGS e o labirinto lateral do processo (PSL). O fluxo atua como um tampão (isto é, filme) e protege o DGS da entrada de gases do processo.

Quando o compressor está girando em alta velocidade, a descarga fornece pressão suficiente para conduzir o fluxo do gás de vedação através do sistema de condicionamento e filtragem no painel de vedação de gás seco, fornecendo uma fonte limpa de gás de vedação para o DGS. No entanto, quando a velocidade de rotação é lenta (normalmente durante a partida e/ou desligamento), não há pressão suficiente para conduzir o fluxo de gás de vedação através do painel de vedação de gás e o gás de processo não tratado é capaz de migrar para a lacuna de vedação. Isto pode levar a vários problemas dispendiosos, incluindo a degradação das vedações, resultando num tempo médio entre falhas (MTBF) mais curto, num aumento do tempo de inatividade e num aumento potencial dos custos se o DGS precisar de ser substituído.

Para proteger o DGS durante a partida ou no caso de desarme/falha do compressor, a maioria dos operadores instala reforços de gás de vedação acionados a ar (e potencialmente aquecedores) no skid de condicionamento de gás ou no painel de gás de vedação. O amplificador de gás de vedação é programado para iniciar automaticamente se a pressão diferencial do gás de vedação cair abaixo de um determinado nível, garantindo assim uma operação confiável do DGS.

No caso de boosters alternativos, que constituem a maior parte do mercado, os operadores às vezes optam por instalar um segundo compressor que fica em espera no caso de falha do booster primário. Os boosters alternativos são inerentemente intensivos em OPEX e são frequentemente citados pelos usuários finais como um dos componentes mais problemáticos do pacote do compressor.

Nos últimos anos, um número crescente de operadores começou a abandonar as unidades alternativas em favor de impulsionadores de gás de vedação acionados por motor elétrico (rotativos), que oferecem confiabilidade muito maior. No entanto, eles têm a desvantagem de um alto CAPEX e podem não ser aplicáveis ​​em todos os cenários devido à baixa capacidade manométrica em baixa pressão. O custo inicial dos boosters também pode ser difícil de justificar em muitos casos, especialmente para os operadores de unidades antigas, que podem ter apenas um número limitado de anos de serviço restantes. Além disso, podem não ser viáveis ​​em locais remotos que não tenham um fornecimento confiável de energia.