Guia de seleção de bomba de óleo quente: classificações, vedação e pontos de falha comuns

O que conta como uma bomba de óleo quente?

Para fins práticos, uma bomba de óleo quente é uma bomba centrífuga projetada para circular óleo térmico, fluido de transferência de calor ou hidrocarbonetos semelhantes em temperaturas além dos limites das vedações elastoméricas padrão e gaxetas macias, normalmente acima de 150 °C. Na maioria dos circuitos de transferência de calor, a temperatura de trabalho fica entre 200 °C e 350 °C, e o fluido é pressurizado para suprimir a vaporização ou para alimentar a camisa do reator.

Nessas temperaturas, vários recursos de projeto separam uma verdadeira bomba de óleo quente de uma bomba química de uso geral:

• A vedação do eixo deve tolerar altas temperaturas contínuas e a baixa lubrificação do óleo quente.
• A carcaça do rolamento precisa de ventilador ou resfriamento a água para manter os rolamentos e o lubrificante abaixo de seus limites.
• Invólucros, juntas e parafusos devem acomodar a expansão térmica sem vazamento nas juntas.
• As folgas internas devem permitir o crescimento térmico sem o emperramento do impulsor.

Este é exatamente o dever pelo qual nossos AY óleo quente de alta temperatura bomba centrífuga é construída: uma máquina de óleo quente projetada especificamente, não uma bomba padrão modificada. Projetos mais simples podem funcionar em circuitos de aquecimento leves, mas a regra de seleção permanece a mesma: escolha a bomba para o envelope operacional, não apenas para o fluxo do catálogo.

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Combine a bomba com o envelope operacional

A primeira decisão é o envelope operacional: temperatura, viscosidade, pressão do sistema e vazão. Esses quatro valores determinam quais materiais, tipos de vedação e projetos hidráulicos são aceitáveis.

A temperatura é a mais óbvia. Uma temperatura de 220 °C já exclui a maioria das bombas padrão, embora seja confortável para bombas de óleo quente adequadamente projetadas. A 300 °C e acima, o número de elastômeros, juntas e faces de vedação aceitáveis ​​diminui rapidamente. Acima de 350 °C, torna-se necessária uma metalurgia especial e um controle cuidadoso do crescimento térmico.

A viscosidade é importante na partida a frio. A maioria dos óleos térmicos são espessos à temperatura ambiente, portanto a bomba precisa de margem NPSH e de um motor dimensionado para partida com alto torque. A pressão é importante na vedação do eixo: a bomba deve conter a pressão do sistema mais a pressão de vapor do óleo térmico na câmara de vedação. Se o fluido passar pela face da vedação, as faces secam e falham rapidamente.

As mesmas forças que desafiam as bombas de alta pressão também exercem pressão sobre as bombas de óleo quente; nossa revisão de desempenho da bomba de alta pressão e alta temperatura explica os mecanismos de falha que aparecem em ambos os aplicativos.

Vedação e resfriamento de rolamentos: os dois subsistemas que decidem a vida

Dois subsistemas decidem a vida útil da bomba de óleo quente mais do que qualquer outro: a vedação do eixo e a caixa do mancal. Ambos falham por superaquecimento e ambas as falhas são evitáveis.

Estratégia de Selo Mecânico

Uma bomba de óleo quente é tão segura quanto a sua vedação. O óleo quente que vaza em um tubo ou flange quente pode auto-inflamar, portanto o arranjo da vedação é um componente de segurança e não uma peça sobressalente. Para a maioria das tarefas de óleo térmico, uma única vedação mecânica com faces de carbono e carboneto de silício e uma vedação secundária de alta temperatura (PTFE ou equivalente) é a base prática. Se a pressão da câmara de vedação for alta, o fluido estiver vazando ou o local não puder aceitar qualquer vazamento, uma vedação dupla com fluido de barreira ou um projeto sem vedação deverá ser avaliado.

Um plano de descarga correto é mais importante do que a vedação em si. O objetivo é manter a câmara de vedação fresca, limpa e líquida. Essa mesma filosofia está subjacente à nossa orientação sobre desempenho sem vazamentos em serviços químicos exigentes , e se aplica diretamente ao óleo quente.

Resfriamento da carcaça do rolamento

Em temperaturas da carcaça acima de 200 °C, o calor é conduzido através do eixo e da carcaça para os rolamentos e seu lubrificante. Quando a temperatura do rolamento sobe acima de aproximadamente 90 °C, a vida útil da graxa diminui drasticamente e a lubrificação com óleo padrão torna-se marginal.

As bombas de óleo quente, portanto, usam caixas de mancais resfriadas por ventilador ou por água. O resfriamento por ventilador é simples e não precisa de utilidades, mas tem um limite. As carcaças resfriadas a água removem mais calor e são adequadas para serviços contínuos em altas temperaturas, ao custo de uma conexão de água de resfriamento e limpeza rotineira da camisa de água.

Serviço de baixo fluxo e alta temperatura

Um dos pedidos mais frequentes que recebemos é o de uma pequena bomba que possa movimentar fluxo baixo a cerca de 220 °C. Bombas pequenas são difíceis de operar em altas temperaturas porque sua área de superfície é pequena, sua câmara de vedação é estanque e há pouco espaço para recursos de resfriamento.

A física a observar é o aumento da temperatura. Com vazão baixa, a maior parte da energia hidráulica é convertida em calor e, com vazões baixas, esse calor não é transportado. Uma bomba forçada a recircular a 10% do seu fluxo de melhor eficiência pode aumentar a temperatura do óleo em dezenas de graus, acelerando a coqueificação e destruindo a vedação.

As soluções práticas são diretas:

1. Confirme o fluxo seguro mínimo contínuo da bomba e adicione uma linha de recirculação de fluxo mínimo se o serviço cair abaixo dele.
2. Mantenha o impulsor próximo ao ponto de funcionamento especificado; um impulsor superdimensionado funcionando à esquerda do ponto de melhor eficiência é uma causa comum de falha.
3. Verifique o NPSH na temperatura operacional real, porque a maior pressão de vapor do óleo quente reduz o NPSH disponível.

Quando um circuito precisa de altura manométrica elevada com vazão modesta, um layout de vários estágios distribui o aumento de pressão e reduz a carga por estágio. Nosso Bomba multiestágio de alta temperatura com autoequilíbrio ZD aborda exatamente esta situação, onde uma bomba de estágio único funcionaria muito longe de seu ponto ideal hidráulico.

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Materiais, juntas e crescimento térmico

A seleção de materiais para bombas de óleo quente nunca envolve apenas corrosão; trata-se de estabilidade dimensional e confiabilidade das juntas à temperatura operacional.

As carcaças para serviço de óleo quente são geralmente de aço fundido ou ferro dúctil, em vez de ferro fundido simples, porque o circuito alterna entre as temperaturas de espera e de operação. As folgas do impulsor e do anel de desgaste devem levar em conta o crescimento térmico para que o conjunto rotativo não friccione quando estiver quente. Os parafusos devem resistir à fluência em altas temperaturas e devem ser reapertados após os primeiros ciclos térmicos.

As juntas são um ponto de falha comum. As juntas de fibra e elastômero rastejam, endurecem ou explodem durante o ciclo térmico, portanto, juntas enroladas em espiral com projeto de junta adequado são a norma em linhas de óleo quente.

As cargas da tubulação merecem igual atenção. À medida que o sistema aquece, a tubulação anexada se move e as cargas do bico devido à expansão térmica podem desalinhar a bomba e sobrecarregar a vedação. Deixe a tubulação flexionar, apoie-a corretamente e verifique novamente o alinhamento do eixo na temperatura operacional após o comissionamento.

A mesma disciplina se aplica a toda a linha de bombas; nosso guia para seleção de materiais para bombas em serviços corrosivos e abrasivos mostra como uma pequena mudança na metalurgia pode prolongar consideravelmente a vida útil da bomba.

Instalação, comissionamento e operação

A melhor bomba de óleo quente não sobreviverá a um comissionamento deficiente. A maioria das falhas prematuras são causadas por choque térmico, funcionamento a seco durante a partida ou operação abaixo da vazão mínima.

Aquecimento e Interrupção Térmica

Durante a partida, o revestimento e a tubulação aquecem mais rapidamente do que o conjunto rotativo. Uma rápida rampa de temperatura pode bloquear as folgas e distorcer o alojamento da vedação. Use uma linha de aquecimento ou rotação lenta para aumentar a bomba gradualmente. Para bombas de reserva, gire o eixo periodicamente para evitar arqueamento térmico e, em plantas críticas, mantenha a bomba de reserva quente e pronta.

Nunca deixe uma bomba de óleo quente parada por mais de alguns segundos. A operação de descarga fechada aquece rapidamente o fluido retido e o óleo térmico pode coquear contra a parede da carcaça, danificando permanentemente o sistema hidráulico.

Monitoramento e Manutenção

Monitore a temperatura da carcaça do rolamento, a velocidade de vibração e o fluxo de descarga da vedação. Um aumento na temperatura do rolamento ou tendência de vibração fornece semanas de aviso antes da falha. Troque o lubrificante do rolamento de acordo com a temperatura real da carcaça e não com um intervalo de calendário genérico.

Inspecione regularmente a pressão e o fluxo de descarga da vedação; uma linha de descarga bloqueada é a causa mais comum de falha repentina de vedação em serviços de óleo quente. A detecção precoce de vazamento de óleo ao redor da glândula é barata, enquanto um vazamento de óleo quente totalmente desenvolvido é um evento sério de segurança.

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