Eliminazione della necessità di booster di gas di tenuta

30 maggio 2023

Uno sguardo più da vicino all'affidabilità delle tenute laterali di processo a tenuta stagna

Gli utenti finali dei compressori centrifughi nel settore petrolifero e del gas e in altri settori di processo si trovano ad affrontare la crescente necessità di ridurre le emissioni fuggitive, i costi e i tempi di fermo inutili. L'avvento dei sistemi di tenuta a gas secco (DGS) ha svolto un ruolo significativo negli sforzi per raggiungere questi obiettivi risolvendo molti dei problemi frequentemente riscontrati con le tenute a umido, tra cui tassi di perdita elevati, affidabilità ridotta e OPEX elevato. Tuttavia, esistono opportunità per migliorare ulteriormente il funzionamento dei compressori, in particolare delle unità che utilizzano compressori booster con gas di tenuta, che possono rappresentare una fonte significativa di manutenzione e OPEX.

Siemens Energy ha sviluppato un meccanismo di tenuta che consente agli operatori di eliminare la necessità di un booster di gas di tenuta proteggendo il DGS dalla contaminazione del gas di processo a basse velocità o quando il compressore viene arrestato in una condizione di standby pressurizzato. Questo articolo fornisce una panoramica del design e della funzionalità della tenuta e illustra le applicazioni del compressore in cui può essere utile.

La maggior parte dei moderni compressori centrifughi sono dotati di DGS per la tenuta dell'estremità dell'albero. Negli ultimi anni, anche molti compressori esistenti con guarnizioni a tenuta stagna sono stati adattati con sistemi DGS. Il tipo di DGS più utilizzato per le applicazioni con compressori per gas naturale è il design "tandem", in cui due tenute frontali (primaria e secondaria) sono installate alle estremità dell'albero del compressore. Durante il funzionamento del compressore, la tenuta primaria assorbe la differenza di pressione. La tenuta secondaria funge da riserva in caso di guasto della tenuta primaria.

Un DGS è costituito da due anelli di accoppiamento (uno rotante e uno stazionario). Quando il compressore non è in funzione, gli anelli sono tenuti in stretto contatto da molle e dalla distribuzione della pressione statica. Quando il compressore è in funzione, le forze idrodinamiche mantengono l'anello fisso contro la molla. Ciò crea uno spazio di lavoro di pochi micrometri tra le facce della tenuta. Il design consente tassi di perdita molto bassi ma, di conseguenza, il DGS necessita di una fornitura di gas pulito e secco per funzionare in modo affidabile.

Tipicamente questo gas viene prelevato dallo scarico del compressore. Il gas viene filtrato e condizionato per rimuovere le impurità, quindi iniettato tra il DGS e il labirinto lato processo (PSL). Il flusso agisce come un buffer (ovvero, una pellicola) e protegge il DGS dall'ingresso del gas di processo.

Quando il compressore ruota ad alta velocità, lo scarico fornisce una pressione sufficiente per guidare il flusso del gas di tenuta attraverso il sistema di condizionamento e filtraggio sul pannello di tenuta del gas secco, fornendo una fonte pulita di gas di tenuta al DGS. Tuttavia, quando la velocità di rotazione è lenta (in genere durante l'avvio e/o l'arresto), non c'è pressione sufficiente per guidare il flusso del gas di tenuta attraverso il pannello di tenuta del gas e il gas di processo non trattato è in grado di migrare nell'interstizio della tenuta. Ciò può portare a numerosi problemi costosi, tra cui il degrado delle guarnizioni, con conseguente riduzione del tempo medio tra guasti (MTBF), aumento dei tempi di inattività e potenzialmente aumento dei costi se è necessario sostituire il DGS.

Per proteggere il DGS durante l'avvio o in caso di guasto o guasto del compressore, la maggior parte degli operatori installa booster del gas di tenuta azionati ad aria (e potenzialmente riscaldatori) sullo skid di condizionamento del gas o sul pannello del gas di tenuta. Il booster del gas di tenuta è programmato per avviarsi automaticamente se la pressione differenziale del gas di tenuta scende al di sotto di un determinato livello, garantendo così un funzionamento affidabile del DGS.

Nel caso dei booster alternativi, che costituiscono la maggior parte del mercato, gli operatori a volte scelgono di installare un secondo compressore che rimane in standby in caso di guasto del booster primario. I booster alternativi sono intrinsecamente ad alta intensità di OPEX e sono spesso citati dagli utenti finali come uno dei componenti più problematici del pacchetto compressore.

Negli ultimi anni, un numero crescente di operatori ha iniziato ad abbandonare le unità alternative a favore di booster di gas di tenuta azionati da motore elettrico (rotanti), che offrono un'affidabilità molto più elevata. Tuttavia, presentano lo svantaggio di un CAPEX elevato e potrebbero non essere applicabili in tutti gli scenari a causa della bassa capacità di carico a bassa pressione. Anche il costo iniziale dei booster può essere difficile da giustificare in molti casi, in particolare per gli operatori di unità preesistenti, che potrebbero avere solo un numero limitato di anni di servizio rimanenti. Inoltre, potrebbero non essere realizzabili in località remote che non dispongono di una fornitura di energia affidabile.