Editorial: Más allá de la reconversión de la carcasa del rodamiento

Jul 17, 2023

Figura 1: Bomba estilo voladizo de diseño actual (Fuente de la imagen: Sulzer Ltd.)

Lo que comúnmente se pasa por alto es un medio para actualizar el extremo líquido completo de la bomba para lograr aún más mejoras en la confiabilidad, sin la necesidad de modificar las tuberías y los cimientos existentes. Este artículo discutirá tanto los beneficios de reacondicionar la caja de cojinetes como las actualizaciones adicionales que se pueden aplicar para lograr la mejor confiabilidad posible de las bombas horizontales en voladizo API-610.

Las bombas en voladizo de una sola etapa son un recurso global extremadamente importante para la transferencia de fluidos de un lugar a otro. Este estilo específico de bomba es el más popular de todos los tipos de bombas que se encuentran en todo el mundo, ya que brindan una selección relativamente amplia de rangos de flujo y presión y, en general, son fáciles de mantener (Figura 1). Los procesos servidos pueden variar desde líquidos pesados ​​a ligeros de gravedad específica y criogénicos a temperaturas superiores a 800 °F (427 °C), en algunos casos. Esta versatilidad a menudo pone a estas bombas en el punto de mira del mantenimiento para aumentar la confiabilidad y el tiempo de ejecución para mantener las unidades de producción en funcionamiento.

Las bombas en voladizo de una etapa han seguido evolucionando desde su creación. A medida que se ganó experiencia y tecnología, los avances en la fabricación, los materiales y el diseño continuaron mejorando la confiabilidad general de estos estilos de bombas. Los criterios de diseño básicos para las bombas horizontales estilo OH se han mantenido relativamente constantes; que consta de una caja de cojinetes con un cojinete radial y de empuje, y el impulsor en voladizo sobre un eje fuera de la caja de cojinetes. Los estándares de la industria, como API-610, las recomendaciones de compra y las consideraciones de diseño se han presentado y revisado constantemente para ayudar a aumentar la confiabilidad general de este estilo de bomba.

La modificación común de la carcasa del cojinete de la edición actual de API-610 sirve para proporcionar varias actualizaciones a las bombas de estilo heredado que pueden estar sujetas a cronogramas de tiempo medio entre reparaciones (MTBR) cortos o requisitos de reducción de emisiones fugitivas. Estos reacondicionamientos, en la mayoría de los casos, proporcionarán una sola fila, ranura profunda, cojinete radial y cojinetes de empuje de contacto angular emparejados espalda con espalda. La lubricación se mejora con anillos deflectores de aceite y canales de lubricación. Se han agregado sumideros de aceite, ventiladores y aletas fundidas más grandes para reducir o eliminar la necesidad de requisitos de agua de refrigeración externa. Finalmente, la cámara del sello y el eje están diseñados para cumplir con los límites de deflexión API-610 actuales y las dimensiones de la Tabla 7. Esto permite el uso de un sello API-682 para mejorar la tecnología del sello, mejorar la vida útil y el rendimiento del sellado.

Lo que comúnmente no se considera son las actualizaciones de los componentes existentes del extremo líquido de la bomba. Muchas bombas heredadas se diseñaron antes de muchos estándares de la industria y no contienen varias características que faciliten el mantenimiento y la confiabilidad del límite de presión. Las siguientes oportunidades de actualización son elementos que Sulzer ha implementado con varios usuarios finales, lo que da como resultado equipos de bombeo más robustos e intervalos de operación extendidos entre reparaciones.

Mejoras en la carga de boquillas Es posible que el equipo que se compró e instaló antes de la implementación de las especificaciones de la industria moderna no tenga la capacidad de manejar las fuerzas y los momentos externos de la boquilla impuestos por la tubería conectada. Estas fuerzas, cuando se aplican en exceso, pueden hacer que la carcasa y/o la base de la bomba se deformen, lo que se atribuye a la desalineación, la vibración excesiva y el posible contacto con las piezas desgastadas. A menudo, estas bombas se diseñaron con patas de montaje delgadas, un mínimo de arriostramiento de correas y bridas de cara plana y clasificadas para 150 o 300 psi (10 o 20 bar). Estas configuraciones se pueden actualizar con las modificaciones adecuadas a los patrones existentes mientras se mantiene la capacidad de encajar en las instalaciones de tubería y placa base existentes.

Los pies de montaje heredados y las correas pueden tener un grosor de una pulgada o incluso menos, según el diseño original. Las bombas compatibles con API-610 de estilo más nuevo se suministran con patas y correas mucho más gruesas para cumplir con los requisitos de carga de la boquilla API-610. La figura n.º 2 muestra las alteraciones del patrón que se han realizado en un diseño heredado para mejorar la rigidez general de la bomba.

Como se puede ver en la Figura n.º 2, el grosor de la base de montaje se ha más que duplicado, lo que proporciona una mayor resistencia a la fundición. El arriostramiento del alma desde el pie hasta las paredes exteriores de la voluta también ha aumentado de espesor. Además de estos cambios, las bridas para este caso se cambiaron del diseño original de cara elevada 300# del American National Standards Institute (ANSI) a un espesor ANSI 600# con las mismas dimensiones de perforación y mecanizado de las bridas 300# originales. Todas estas modificaciones han ayudado a mejorar la resistencia general de la carcasa a desviarse en presencia de tensión en la tubería o aumentar la tolerancia total de tensión en la tubería en relación con la alineación de la bomba.

La actualización final implementada para este caso para mejorar la rigidez general de la bomba y las conexiones del caso fue la instalación de refuerzos en las bridas de ventilación y drenaje. Agregar los refuerzos reduce la posibilidad de fallas en las soldaduras de tuberías de diámetro pequeño debido a la fatiga por vibración.

Arreglo de sellado de caja Las bombas ANSI/Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) B73.1 y las bombas estilo pre-API hasta API-610 4.ª edición no requerían el uso de una junta enrollada en espiral de compresión controlada y confinada entre la caja y la tapa de la caja. . En muchos casos, la junta utilizada era una lámina no metálica que se intercalaba entre la brida de la tapa y la caja. Estas juntas pueden ser algo poco fiables ya que la compresión en la superficie de sellado puede variar según el par aplicado a los pernos de la carcasa. Además, los materiales podrían tener límites para la temperatura y la composición química del fluido bombeado. API-610 5.ª edición introdujo el requisito de una junta enrollada en espiral de compresión controlada y confinada para mejorar las capacidades de sellado de la bomba y ampliar los límites operativos para la temperatura y el producto.

Muchos fabricantes de reconversiones de carcasas de rodamientos incorporan el uso de una junta enrollada en espiral en el diseño de una nueva cubierta de caja. Sin embargo, el caso también debe estar preparado para esta conversión en la mayoría de los casos. Muchas bombas de estilo heredado pueden tener un hueco para una junta de estilo no metálico, pero esa dimensión de la máquina rara vez era una profundidad controlada con precisión. Es posible que otros estilos de caja no tengan ningún hueco para la junta. La oportunidad de mejorar el diseño de sellado general se puede incorporar al aplicar modificaciones a los patrones de caja existentes, como se describe en la sección anterior. Si las dimensiones existentes de la carcasa en la interfaz de la cubierta de la carcasa no permiten la incorporación de una ranura de junta enrollada en espiral, se puede aplicar un revestimiento adicional al diámetro exterior. Luego se aumenta el círculo de pernos de cierre de la carcasa para crear el espacio necesario para la incorporación de una cámara de sello API-610 Tabla 7 moderna.

Retarificaciones hidráulicas y mejoras metalúrgicas En las aplicaciones de refinación modernas, es muy probable que el punto de trabajo del diseño original de la bomba cambie en el transcurso de la vida útil esperada de la bomba, debido a demandas de producción alternativas, en comparación con los requisitos de trabajo originales. Se podría aplicar una nueva tasa hidráulica durante la fase de rediseño de la caja recién suministrada para optimizar el rendimiento de la bomba para satisfacer las demandas operativas actuales. Las extensiones de labios en voluta o los recortes del diseño original pueden ser suficientes. Si es necesario, se podría crear una caja de núcleo de voluta alternativa para proporcionar perfiles hidráulicos más parecidos. Se puede instalar un impulsor revisado de alta o baja capacidad para optimizar aún más el punto de mejor eficiencia al caudal operativo deseado y la presión diferencial.

Las Figuras 4a y 4b muestran una reclasificación realizada en una bomba en voladizo. El punto de trabajo original solicitado para esta bomba se había reducido y un nuevo proceso por lotes requería una reducción aún mayor del caudal. Una combinación de las modificaciones de voluta anteriores y el reemplazo de un impulsor dieron como resultado una curva operativa satisfactoria que cumplió con los requisitos del cliente.

Mejoras a la corrosión/erosión Para ayudar a combatir los efectos de la corrosión o la erosión en las carcasas de las bombas, puede ser prudente actualizar la metalurgia de la carcasa para que se adapte mejor al fluido del proceso. Estos cambios pueden incluir mejoras de acero al carbono a acero inoxidable martensítico, austenítico o dúplex. Alternativamente, muchas de estas bombas heredadas pueden ser de hierro fundido. Reemplazar el hierro fundido con acero al carbono u otra aleación soldable puede agregar décadas a la vida útil del equipo. Para condiciones altamente erosivas, también se pueden considerar pasos adicionales que impliquen la aplicación de revestimientos en los pasajes de flujo. Estos pueden incluir tecnologías como aerosoles de combustible de oxígeno de alta velocidad (HVOF), superposiciones de soldadura y recubrimientos de difusión.

Conclusión Las reconversiones de la carcasa del cojinete en voladizo han sido durante mucho tiempo una actualización comprobada para ayudar a extender el MTBR de las bombas de estilo API y pre-API. Sin embargo, es importante darse cuenta de que se pueden lograr más ganancias con la aplicación adecuada de la nueva tecnología de bombas a los equipos heredados sin necesidad de realizar modificaciones adicionales en el campo de la instalación existente. Estas modificaciones, si bien pueden parecer un tiempo de entrega largo y costosas al principio, es probable que se vean eclipsadas por el costo de las modificaciones de campo a las placas base y las instalaciones de tuberías. Además de esos gastos, a menudo se pueden incorporar mejoras de eficiencia para prolongar aún más la vida útil de la unidad y reducir los costos operativos, todo mientras se satisfacen las demandas de producción revisadas de la instalación.

Fuente: Sulzer Ltd.