Marzo de 2020
- Contaminantes en partículas en una corriente de LGN (líquidos de gas natural) de alta presión que atraviesan las mallas de succión y provocan el reemplazo constante de los sellos mecánicos debido a la contaminación del fluido de descarga (flush) del sello de LGN (~US$30 000, incluidos materiales y mano de obra);
- Filtro de cono del lado de succión obstruido por la acumulación de partículas en servicio de bomba de queroseno, lo que provoca cavitación, daño del impulsor y agarrotamiento de la bomba, y requiere la reparación y el reemplazo de la bomba cada ~2 meses;
- Malla de succión obstruida por una corriente de propano cargada de partículas, lo que provoca el cierre de la carga de buques y la limpieza de mallas y filtros, con una sobreestadía (demurrage) asociada de US$50 000 en promedio; y
- Flujo continuo de partículas de sulfuro de hierro en condensado estabilizado que se acumulan en el rotor de una bomba de accionamiento magnético y desgastan tanto el rotor como la carcasa de contención, lo que requiere el reemplazo de piezas y reacondicionamientos cada ~3 meses.
Este informe técnico resume (1) los problemas de control de partículas en aplicaciones de bombas, (2) los problemas clave de los métodos convencionales de control de partículas y (3) cómo la separación magnética puede ser una alternativa eficaz a los métodos convencionales de control de contaminación del lado de succión.
Control de partículas en aplicaciones de bombas
Sorprendentemente, existen pocos métodos para controlar partículas como el Black Powder (es decir, la contaminación ferrosa y no ferrosa) en corrientes de hidrocarburos en aplicaciones de succión de bombas, y ninguno de ellos es totalmente eficaz. El enfoque común consiste en detener la contaminación visible superior a 100 micrones mediante mallas de distintos tamaños, utilizando dispositivos como mallas de succión, filtros de canasta, filtros de cono, filtros en Y (wye-strainers) y, en algunos casos, filtros de un solo uso. La eliminación de esta contaminación y su impacto positivo en el rendimiento de la bomba deben equilibrarse con los efectos de la acumulación progresiva de partículas en estos dispositivos de filtración y la correspondiente disminución de la altura neta positiva de succión (NPSH) en la entrada de la bomba. No gestionar la reducción del NPSH debido al aumento del diferencial de presión a través del dispositivo de filtración puede provocar cavitación y daños mecánicos en la bomba.
Control de partículas en aplicaciones de bombas
Durante la puesta en marcha de oleoductos e instalaciones, así como durante las actividades de mantenimiento y de paradas programadas (turnaround), diversas formas de mallas y filtros de succión pueden ser muy eficaces para controlar la contaminación grande que queda en un oleoducto o en un equipo de proceso; esto incluye escoria de soldadura, recortes, herramientas y otros residuos grandes visibles. Una vez completada la puesta en marcha y comenzadas las operaciones regulares, las mallas y los filtros a menudo se dejan instalados como solución permanente (y última línea de defensa) para el control de la contaminación. Sin embargo, la contaminación en estas instalaciones cambia: pasa de estar compuesta mayoritariamente por partículas grandes y visibles a estar compuesta mayoritariamente por partículas inferiores a 100 micrones, en particular partículas inferiores a 40 micrones no visibles a simple vista.
Las mallas de tamiz y filtro se ofrecen en una gran variedad de tamaños, desde 20 mesh (830 micrones) hasta 300 mesh (50 micrones), y los operadores suelen utilizar mallas en el rango de 80 a 150 mesh (180 micrones a 100 micrones) en mallas y filtros. Sin embargo, dado que la gran mayoría de la contaminación por Black Powder suele estar en el rango inferior a 100 micrones, las mallas y los filtros de succión hacen muy poco para impedir que esta contaminación ingrese a las bombas.
Impactos de las partículas en las bombas
En el movimiento de fluidos de hidrocarburos en aplicaciones de oleoductos e instalaciones de petróleo y gas se emplean muchos tipos de bombas, y cada una tiene tolerancias variables al tamaño y la cantidad de contaminación por partículas. Existen argumentos tanto a favor como en contra del uso de mallas y filtros. El lado a favor del argumento se alinea generalmente con impedir que la contaminación superior a 100 micrones ingrese a las bombas y a los equipos aguas abajo, mientras que el lado en contra se alinea generalmente con los problemas que genera la propia malla o filtro, como los siguientes:
- Reducción del NPSH, que da lugar a una menor eficiencia de la bomba.
- Mallas o filtros obstruidos que introducen condiciones de flujo turbulento.
- Imposibilidad de dimensionar la malla lo suficientemente pequeña como para impedir que los contaminantes ingresen al fluido de descarga (flush) del sello.
- La obstrucción de la malla o el filtro provoca un gran diferencial de presión a través de la malla/filtro, una caída de la presión de succión por debajo del NPSHmín y la consiguiente cavitación de la bomba (y los daños relacionados).
- Posibilidad de formación de vapor en la corriente de líquido a medida que disminuye la presión de vapor, en particular en aplicaciones de mayor temperatura (flujo bifásico y bloqueo por vapor).
- Imposibilidad de controlar el ingreso de partículas inferiores a 100 micrones —y en particular inferiores a 10 micrones— a los rodamientos de la bomba.
- Ciertas configuraciones de filtros que requieren un reemplazo frecuente porque son propensas a aplastarse y romperse bajo condiciones variables de presión y flujo.
- La rotura del material de la malla o el filtro provoca daños catastróficos en la bomba.
- Imposibilidad de utilizar ciertos tipos de bombas (es decir, de accionamiento magnético) debido a la incapacidad de las mallas y los filtros para filtrar eficazmente materiales ferrosos que a menudo son propensos al cizallamiento y la rotura.
- Sobredimensionamiento de las bombas (es decir, mayor capex) en aplicaciones de líquidos abrasivos para poder operar a velocidades y diferenciales de presión más bajos y así evitar costos de mantenimiento y reemplazo.
Debido a la importante carga de contaminación derivada de los altos umbrales de BS&W (sedimentos básicos y agua), la mayoría de los líquidos de hidrocarburos no pueden filtrarse eficazmente con filtros convencionales de un solo uso (es decir, elementos, cartuchos, etc.). Muchos de los problemas mencionados anteriormente se acentúan aún más si se emplean filtros convencionales de medios de profundidad en el servicio del lado de succión de las bombas.
Separación magnética
en el servicio del lado de succión de las bombas
Como alternativa a las mallas de succión y otras configuraciones de filtros, los separadores magnéticos ofrecen una opción que aborda la mayoría de los problemas relacionados con la instalación en el lado de succión de las bombas. Pueden configurarse para todas las aplicaciones de líquidos como un sistema permanente de eliminación de contaminación y se han empleado durante más de 15 años en numerosas aplicaciones de líquidos de hidrocarburos.
- Utilizan campos magnéticos permanentes de alta intensidad para eliminar la contaminación por Black Powder, y no requieren el uso de mallas ni membranas (existen versiones magnéticas de filtros de cono, de canasta y en Y).
- Los separadores magnéticos limpios presentan diferenciales de presión en el rango inferior a 0,5 psi y están en 0 psi en la mayoría de las aplicaciones de líquidos.
- Los separadores magnéticos cargados de contaminación en servicio de líquidos presentan diferenciales de presión en el rango inferior a 5 psi.
- Cuando están completamente cargados de contaminación, los separadores magnéticos siguen permitiendo que el producto fluya a través de la unidad: no se obstruyen.
- Son altamente eficientes en la eliminación de la contaminación sin importar su tamaño, desde más de 100 micrones hasta menos de 0,1 micrones.
- Captan la contaminación en el lado de succión de las bombas, contaminación que normalmente se recoge en filtros de un solo uso en el lado de descarga de las bombas, lo que genera ahorros en costos operativos relacionados con la reducción de filtros de un solo uso.
- No colapsan bajo condiciones variables de presión y temperatura.
- Son más fáciles de acceder para su limpieza que los filtros de cono, que requieren la separación de las bridas del oleoducto para acceder a ellos.
- Limpieza poco frecuente. Capacidad de retención significativa, generalmente medida en decenas a cientos de libras, según el tamaño de la unidad.
- Sin elementos filtrantes desechables, sin requisitos de energía o combustible y con una vida útil de más de 20 años.
Los separadores magnéticos son una alternativa probada a las configuraciones convencionales de mallas y filtros, y abordan la mayoría de las deficiencias de esos sistemas. Se implementan fácilmente en aplicaciones de líquidos de hidrocarburos, incluidos crudo, productos refinados, LGN/GLP, condensado (C5), agua producida y fluidos de proceso como aminas y glicol. Por lo tanto, deben considerarse tanto para aplicaciones de bombas existentes como nuevas, como una alternativa mejorada a las mallas y los filtros de succión.
