Eliminando a necessidade de boosters de gás de vedação

30 de maio de 2023

Um olhar mais atento sobre a confiabilidade das vedações laterais do processo estanques

Os usuários finais de compressores centrífugos nas 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 em 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 de reforço 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 booster de gás de vedação, protegendo o DGS da contaminação do gás de processo em baixas velocidades ou quando o compressor é parado em uma condição de espera pressurizada. Este artigo fornece uma visão geral do design e funcionalidade do selo e discute as aplicações do compressor onde ele pode ser benéfico.

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 mais amplamente utilizado de DGS para aplicações de compressor 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, o selo primário 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. Isso cria uma folga de trabalho de alguns micrômetros entre as faces do selo. O projeto permite taxas de vazamento muito baixas, mas, como consequência, o DGS precisa de um suprimento de gás limpo e seco para operar de forma confiável.

Normalmente, esse gás é retirado da descarga do compressor. O gás é filtrado e acondicionado para retirada de impurezas, sendo então injetado entre o DGS e o labirinto lateral do processo (PSL). O fluxo atua como um tampão (ou seja, filme) e protege o DGS da entrada de gás de processo.

Quando o compressor está girando em alta velocidade, a descarga fornece pressão suficiente para conduzir o fluxo de 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 inicialização e/ou desligamento), não há pressão suficiente para direcionar o fluxo de gás de vedação através do painel de vedação de gás e o gás de processo não tratado pode migrar para a lacuna de vedação. Isso pode levar a vários problemas dispendiosos, incluindo a degradação das vedações, resultando em um tempo médio entre falhas (MTBF) mais curto, maior tempo de inatividade e custo potencialmente maior se o DGS precisar ser substituído.

Para proteger o DGS durante a partida ou no caso de um desarme/interrupção 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 intensificador 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 a 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 modo de espera em caso de falha do booster primário. 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 mudar de unidades recíprocas em favor de boosters de gás de vedação acionados por motor elétrico (rotativo), que oferecem confiabilidade muito maior. No entanto, eles têm a desvantagem de 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 operadores de unidades antigas, que podem ter apenas um número limitado de anos de serviço restantes. Além disso, eles podem não ser viáveis ​​em locais remotos que não possuem um fornecimento confiável de energia.