Directrices prácticas para bombas centrífugas en plantas de petróleo, gas, petróleo y petroquímicas

Jul 31, 2023

La selección, configuración, embalaje, instalación, puesta en servicio y operación de las bombas requiere mucho más cuidado del que normalmente se ejerce. Aquí hay pautas prácticas y recomendaciones útiles para bombas centrífugas en diferentes servicios de petróleo, gas, petróleo y petroquímicos.

El tipo de bomba más común utilizado en todas las industrias es la bomba centrífuga. Esto se debe a su flexibilidad, confiabilidad, relaciones favorecidas de índice de caudal, precios razonables y tecnologías bien desarrolladas. Suelen ser accionadas por motores eléctricos, aunque en determinadas aplicaciones se han utilizado bombas centrífugas accionadas por turbinas de vapor. Las bombas horizontales pueden verse como más deseables, pero en algunas aplicaciones, las condiciones y los requisitos específicos pueden requerir la selección de bombas verticales.

En muchas instalaciones, ha habido una política de "veamos cómo se desenreda" para todas las etapas de los proyectos, desde el diseño, la selección de la bomba, la ubicación de la bomba, la tubería de la bomba hasta la operación y el mantenimiento. Esta política no es adecuada ni productiva. Tal política no se aplica a las plantas de petróleo, gas, petróleo y petroquímicas. Todas las etapas y pasos (dimensionamiento de la bomba, selección de la bomba, pedido/compra de la bomba, inspección, instalación, operación y mantenimiento) deben basarse en evaluaciones técnicas precisas, conocimiento/experiencia de expertos y referencias operativas exitosas recientes.

Muchas bombas en servicios clave de petróleo y gas se han instalado en una configuración 1+1 (una en funcionamiento y una en espera), ya que el apagado de una bomba no debería detener la producción. Cerrar la planta o instalación debido a un disparo de la bomba simplemente no es una opción debido a los daños financieros y otras preocupaciones. Sin embargo, también debería prestarse más atención a las áreas clave relacionadas con el aumento de la fiabilidad y la disponibilidad. Los sellos y los rodamientos son un enfoque clave en este sentido.

La temperatura de funcionamiento es un parámetro clave para las bombas y sus sistemas. Las bombas para servicios de alta o baja temperatura necesitan un gran cuidado. Como indicación, para temperaturas de funcionamiento inferiores a 5 F (-15 C) y superiores a 266 F (130 C), se deben utilizar directrices de diseño y fabricación sólidas para las bombas. Esto generalmente se traduce en el uso de bombas 610 del American Petroleum Institute (API) o un equivalente. Ha habido diferentes características y disposiciones para temperaturas de funcionamiento altas o bajas.

Por ejemplo, las carcasas de las bombas deben tener soporte en la línea central para reducir los efectos de las diferencias de temperatura. Por lo general, se deben emplear materiales y sistemas de sellado especiales, compatibles con las temperaturas de funcionamiento. La configuración de la bomba con soporte en la línea central y descarga superior proporciona estabilidad cuando se somete a temperaturas extremas y cargas de tubería asociadas (producidas) en las boquillas de la bomba.

La velocidad de la bomba generalmente debe elegirse en una etapa temprana del proceso de selección/dimensionamiento. La selección de la velocidad práctica más alta a menudo es deseable porque produce el tamaño más pequeño y, por lo general, el costo más bajo y la contención más fácil de la presión del sistema. La eficiencia suele mejorar con una mayor velocidad. Sin embargo, las velocidades más altas pueden reducir la vida útil de los componentes, como sellos o cojinetes, y la confiabilidad general. Por lo tanto, la optimización es necesaria para encontrar la velocidad óptima para cada bomba. También se deben verificar las pautas del código (como API 610) y las referencias exitosas anteriores.

Hoy en día, los sellos mecánicos se especifican para casi cualquier bomba. Por supuesto, existen bombas sin sellos, como las bombas de accionamiento magnético, que no necesitan sellos. Los sellos mecánicos tipo cartucho son los más preferidos. Casi todos los sellos utilizan una pequeña cantidad del líquido bombeado o un líquido alternativo para enjuagar las caras del sello.

Los sellos mecánicos necesitan una atención especial para su selección, montaje, instalación y puesta en marcha. Los sellos deben revisarse para detectar fugas, especialmente durante las primeras horas de funcionamiento. Una fuga menor a través del sello generalmente se reduce a insignificante después de un corto tiempo, pero si continúa, podría haber un problema. Si hay algún problema con la instalación del sello, el sello podría fallar en las primeras horas (o el primer día) de funcionamiento. De lo contrario, se podría concluir que la instalación del sello se ha realizado correctamente.

El sello mecánico ha sido responsable de muchas paradas no programadas de bombas principales/de proceso. El costo total de reemplazo y mantenimiento del sello a lo largo del ciclo de vida de una bomba es uno de los costos más altos asociados con la operación y el mantenimiento de la bomba. Como estimación aproximada, se pueden gastar aproximadamente de $3000 a $20 000 (en promedio) para reemplazar el sello mecánico de la bomba. Algunas bombas pueden requerir el reemplazo del sello mecánico de la bomba cada uno o tres años. Aunque en el caso de un error en la selección del sello o problemas operativos persistentes, se podría experimentar una falla del sello cada pocos meses. Esto no es aceptable ni rentable, y se debe encontrar y eliminar la causa raíz del problema.

Una prueba de rendimiento en el taller es una prueba importante para casi cualquier bomba. Las curvas de la bomba para cabeza versus caudal, cabeza de succión positiva neta (NPSH), eficiencia, potencia, etc. fueron predicciones teóricas o se basaron en datos de bombas similares. Estas curvas deben verificarse preferiblemente para cada bomba en el taller del fabricante antes de que la bomba se entregue en el lugar de trabajo. Idealmente, un fabricante de bombas debería operar cada bomba en el taller durante un período suficiente y medir todos los parámetros requeridos en diferentes puntos de operación para verificar el rendimiento y la operación sin problemas.

Ha habido muchos procedimientos para las pruebas de rendimiento de la bomba. La cantidad de puntos y las definiciones generalmente están sujetas a negociación entre las diferentes partes, pero las siguientes son pautas generales. Idealmente, se deben considerar más de ocho puntos de operación y se deben medir y registrar los datos de prueba completos, incluidos la cabeza, la capacidad, la eficiencia y la potencia, para estos puntos. Estos puntos suelen ser:

Este último punto cerca del final de la curva podría ser el 125% o el 130% del caudal nominal o incluso más si la curva teórica se extiende más allá.

El establecimiento del NPSH requerido (NPSHr) generalmente presenta una dificultad mucho mayor para un fabricante de bombas que otros parámetros de rendimiento. En consecuencia, se debe tener más cuidado cuando el NPSH disponible (NPSHa) está demasiado cerca del NPSHr (margen de NPSH bajo).

Para bombas críticas, márgenes bajos de NPSH y otros, se debe especificar una prueba de NPSHr. Como otra indicación aproximada, el margen de NPSH que es inferior a 1,5 metros (o, a veces, 2 metros) puede conducir a la prueba de NPSHr.

Amin Almasi es un consultor principal de maquinaria/mecánica en Australia. Es ingeniero profesional colegiado de Engineers Australia (MIEAust CPEng–Mechanical) e IMechE (CEng MIMechE). Tiene una Licenciatura en Ciencias y una Maestría en Ciencias en ingeniería mecánica y es un RPEQ (Ingeniero Profesional Registrado en Queensland). Es autor de más de 200 documentos y artículos relacionados con bombas, equipos rotativos, equipos mecánicos, monitoreo de condiciones y confiabilidad.