Há muitos anos que as bombas centrífugas da série HPM da Sundyne têm sido as preferidas a nível mundial como bombas de alimentação de reator de alta pressão em instalações de PTA. Estas bombas especiais com engrenagens integradas são utilizadas durante o processo de limpeza ou preparação de ácido tereftálico bruto (TA). As bombas abastecem lama de TA e um pó de TA dissolvido em água destilada a alta temperatura para dentro de um reator de hidrogenação. Aí, todas as sujeiras são removidas da suspensão, por meio da reação química com o hidrogênio.

PTA é uma das matérias-primas essenciais para a produção de resina de poliéster de elevada pureza, que, entre outros, é necessária para a produção de tereftalato de polietileno (PET), a matéria-prima para as garrafas PET, filme de poliéster, fibras têxteis e produtos técnicos de plástico.

As bombas de abastecimento de reator de alta pressão com engrenagens integradas são utilizadas durante o processo de limpeza ou preparação de ácido tereftálico bruto (TA). A confiabilidade das bombas de alimentação de reator de alta pressão é decisiva para processos de produção nas instalações de tratamento de PTA. Os selos mecanicos pertencem aos componentes de bomba mais críticos, pelo menos devido às condições de alta pressão e elevada velocidade.

Relativamente à bomba centrífuga definida para esta aplicação de PTA, esta se trata de uma máquina montada na horizontal com uma engrenagem integrada de duas fases, na qual rodam, em ambos os lados do eixo de acionamento, impulsores a uma velocidade de rotação de 6.200 min-1. As etaps colocadas trabalham em série, de modo a gerar a pressão necessária. Assim, a pressão de saída da primeira etapa da bomba é alimentada na entrada da segunda etapa e é aqui novamente aumentada de forma clara. Na área de empanque do eixo da segunda fase da bomba, é criada uma pressão de até 80 bar (1,160 PSI).

Os selospara esta aplicação foram concebidos para a primeira etapa da bomba um selo mecânico duplo, em uma configuração frente-a-frente, a chamada Face-to-Face. Na segunda etapa da bomba foi projetada uma disposição tandem (Face-to-Back), para aqui dividir a pressão diferencial em ambos os empanques e assegurar assim relações de velocidade de pressão adequadas. O flushing em ambas as etapas da bomba é realizado por meio do plano de selagem, de modo a impedir um entupimento d selo do lado do fluído com lama de TA.

Desafios técnicos especiais

Um dos desafios técnicos mais exigentes diz respeito à substância de selagem, que normalmente é fornecida através de um sistema de alimentação de selagem em instalações PTA. Para a aplicação especial, o usuário final – um dos maiores produtores de PTA – solicitou a utilização de água quente em uma faixa de temperatura de 65 °C ... 85 °C (149 °F ... 185 °F) como substância de selagem na instalação. Nos desafios deste processo se incluem as condições de selagem adversas, tais como a dissipação térmica insuficiente e a lubrificação deficiente das superfícies deslizantes devido à vaporização da substância de selagem.

Um outro desafio técnico foi a pressurização inversa do selo do lado do fluído na segunda etapa de bombeio, durante a partida e a parada da bomba. No processo de partida, antes do acionamento principal da bomba ser ligado, este selo é pressurizado do lado de trás pelo fluído barreira vindo do plano de selagem. Durante a fase de transição, na qual a bomba acelera para a velocidade de rotação mais rápida para alcançar a pressão de saída completa, é realizada uma inversão da pressurização no selo e uma separação das superfícies de vedação. O mesmo ocorre em sequência inversa ao anterior para a bomba na fase do desligamento da instalação. Para contrariar esta situação e alcançar um desempenho estável ao longo de toda a área de aplicação, o design construtivo do selo original teve de ser modificado e otimizado em pontos específicos.

Know-how abrangente necessário

A base construtiva para os novos selos duplos foi formada por um selo de alta pressão especial, comprovado, originário do portfólio de produtos já existente. Especificamente, foi decidida a utilização do poderoso selo de alta pressão SH(V), que já é utilizado há muitos anos em todo o mundo em aplicações de alta pressão. Ao contrário dos selos mecânicos clássicos da faixa padrão, os selos de alta pressão apresentam uma característica importante: Nestes selos, contra anel é montado de forma rotativa no eixo, enquanto o conjunto de compensação, com as molas de sustentação, é disposto de forma fixa na caixa. Este conceito de vedação assegura estabilidade adicional em caso de velocidades de rotação elevadas. Com velocidades de deslize de 20 m/s (66 ft/s) ou superiores, as molas da sustentação devem ficas fixas, para que não absorvam vibrações e deformem.

Construtivamente otimizado

O empanque SH(V) comprovado foi também otimizado construtivamente para o caso de aplicação em questão. De modo a assegurar uma operação segura ao longo de toda a faixa de aplicação, foram realizados melhoramentos de construção técnica específicos. Além disso, foram utilizados materiais de alto desempenho: para o anel de deslize fixo para esta solução foi utilizado carbeto de silício na variante BuKa 30. Este material de alto desempenho da EagleBurgmann apresenta um elevado teor de carbono, o que faz dele um solucionador de problemas em fluídos com más características de lubrificação, como a água. A BuKa 30 impressiona pelas suas fortes propriedades de funcionamento de emergência ou tolerância a funcionamento a seco.

O selo mecanicofoi ainda otimizado de forma a que o seu funcionamento seja também assegurado nas áreas limite. Um anel deslizante colocado de forma livre assegura a segurança adicional contra inclinação e basculação. Às características técnicas do selo de alta pressão desenvolvido para a aplicação de PTA pertence a incorporação precisa de ranhuras calculadas nas superfícies de vedação. A profundidade e a geometria são aqui especificadas com a maior precisão. As ranhuras, que a EagleBurgmann já utiliza há anos na área de Dry Gas Seal, apoiam a operação segura dos empanques duplos lubrificados por fluído, mesmo em fases críticas. Com baixa pressão, as ranhuras promovem o levantamento das superfícies de deslize, por meio da formação de um bloco de pressão positiva, estabelecendo assim muito rapidamente um estado de operação estável. A alta pressão, as ranhuras têm um efeito estabilizador, impedindo a abertura da folga.

Comprovado em testes e na prática

Como resultado, surgiram da combinação das medidas sistemas de vedação exigentes em execução tandem e Back-to-Back, com uma gama de aplicação de até 100 bar (1.450 PSI) e 9.000 min-1 e que garantem a segurança de funcionamento exigida pelo fabricante de bombas. Os empanques lubrificados com fluído cumprem com facilidade todos os parâmetros operacional e impressionam pelo desempenho de vedação constante, mesmo em caso de variações claras de pressão, temperatura e rotação. Isso foi testado e comprovado em testes dinâmicos no campo de testes em Wolfratshausen, nos quais os selos mecanicos concebidos com sistemas de cartucho de fácil montagem foram testados de forma extensiva e, em seguida, aprovados pelos representantes da Sundyne.

Na prática, os novos selos duplos comprovaram o seu desempenho em uma multiplicidade de bombas de alta pressão Sundyne com engrenagem integrada, que foram colocadas em funcionamento em 2014, em uma das maiores instalações de PTA do mundo, na China.

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