Le sfide che le industrie di processo si trovano ad affrontare sono cambiate, nonostante continuino a pompare fluidi, alcuni dei quali pericolosi o tossici. Sicurezza e affidabilità rimangono di primaria importanza. Tuttavia, gli operatori aumentano velocità, pressioni, portate e persino la severità delle caratteristiche del fluido (temperatura, concentrazione, viscosità, ecc.) durante le numerose operazioni a lotti. Per gli operatori di raffinerie petrolifere, impianti di trattamento del gas e impianti petrolchimici e chimici, sicurezza significa controllare e prevenire la perdita o l'esposizione ai fluidi pompati. Affidabilità significa pompe che funzionano in modo efficiente ed economico, con minori esigenze di manutenzione.
Una tenuta meccanica progettata correttamente garantisce all'operatore della pompa prestazioni durature, sicure e affidabili, grazie a una tecnologia collaudata. Tra le numerose parti rotanti e la miriade di componenti, le tenute meccaniche si sono dimostrate affidabili nella maggior parte delle condizioni operative.
POMPE E GUARNIZIONI: UNA COMPATIBILITÀ PERFETTA
È difficile credere che siano trascorsi quasi 30 anni dalla diffusione su larga scala della tecnologia delle pompe senza tenuta nell'industria di processo. La nuova tecnologia fu presentata come la soluzione a tutti i problemi e ai limiti percepiti delle tenute meccaniche. Alcuni ipotizzarono addirittura che questa alternativa avrebbe eliminato completamente l'uso delle tenute meccaniche.
Tuttavia, non molto tempo dopo questa promozione, gli utenti finali scoprirono che le tenute meccaniche potevano soddisfare o superare i requisiti di legge in materia di perdite e contenimento. Inoltre, i produttori di pompe supportarono la tecnologia fornendo camere di tenuta aggiornate per sostituire le vecchie "cassette di premistoppa" a compressione.
Le camere di tenuta odierne sono progettate specificamente per le tenute meccaniche, consentendo l'impiego di tecnologie più robuste in una piattaforma a cartuccia, semplificando l'installazione e creando un ambiente che permette alle tenute di funzionare al massimo delle loro potenzialità.
PROGRESSI NELLA PROGETTAZIONE
A metà degli anni '80, le nuove normative ambientali hanno costretto l'industria a concentrarsi non solo sul contenimento e sulle emissioni, ma anche sull'affidabilità delle apparecchiature. Il tempo medio tra le riparazioni (MTBR) per le tenute meccaniche in un impianto chimico era di circa 12 mesi. Oggi, l'MTBR medio è di 30 mesi. Attualmente, l'industria petrolifera, soggetta ad alcuni dei livelli di emissione più severi, ha un MTBR medio superiore a 60 mesi.
Le tenute meccaniche hanno mantenuto la loro reputazione dimostrando la capacità di soddisfare e persino superare i requisiti della migliore tecnologia di controllo disponibile (BACT). Inoltre, lo hanno fatto rimanendo una tecnologia economica ed efficiente dal punto di vista energetico, in grado di rispettare le normative in materia di emissioni e ambiente.
I programmi informatici consentono di modellare e prototipare le guarnizioni prima della produzione, per verificare come si comporteranno in specifiche condizioni operative prima dell'installazione sul campo. Le capacità di progettazione nella produzione di guarnizioni e la tecnologia dei materiali per le superfici di tenuta si sono evolute al punto da consentire lo sviluppo di guarnizioni perfettamente adatte a una specifica applicazione di processo.
I moderni programmi e le tecnologie di modellazione computerizzata consentono l'utilizzo di strumenti come la revisione del progetto in 3D, l'analisi agli elementi finiti (FEA), la fluidodinamica computazionale (CFD), l'analisi dei corpi rigidi e la diagnostica tramite termografia, che in passato non erano facilmente disponibili o risultavano troppo costosi per un utilizzo frequente con i precedenti metodi di disegno 2D. Questi progressi nelle tecniche di modellazione hanno contribuito ad aumentare l'affidabilità progettuale delle tenute meccaniche.
Questi programmi e tecnologie hanno aperto la strada alla progettazione di guarnizioni a cartuccia standard con componenti molto più robusti. Tra questi, l'eliminazione di molle e O-ring dinamici dal fluido di processo e la scelta della tecnologia a statore flessibile come soluzione progettuale preferenziale.
CAPACITÀ DI TEST DI PROGETTAZIONE PERSONALIZZATA
L'introduzione delle guarnizioni a cartuccia standard ha contribuito in modo significativo a una maggiore affidabilità dei sistemi di tenuta grazie alla loro robustezza e facilità di installazione. Questa robustezza consente un'ampia gamma di condizioni applicative con prestazioni affidabili.
Inoltre, la progettazione e la fabbricazione più rapide di sistemi di tenuta personalizzati hanno permesso una "messa a punto" per soddisfare i diversi requisiti di funzionamento delle pompe. La personalizzazione può essere introdotta modificando la tenuta stessa o, più facilmente, attraverso componenti ausiliari del sistema, come ad esempio un piano di tubazioni. La capacità di controllare l'ambiente di tenuta in diverse condizioni operative, tramite un sistema di supporto o un piano di tubazioni, è fondamentale per le prestazioni e l'affidabilità della tenuta stessa.
Si è inoltre assistito a una naturale evoluzione verso pompe progettate su misura, con relative tenute meccaniche personalizzate. Oggi, una tenuta meccanica può essere progettata e testata rapidamente per qualsiasi tipo di condizione di processo o caratteristica della pompa. Le superfici di tenuta, i parametri dimensionali della camera di tenuta e il modo in cui la tenuta si adatta alla camera possono essere progettati e realizzati su misura per un'ampia gamma di applicazioni. L'aggiornamento di standard come lo standard API 682 dell'American Petroleum Institute ha inoltre contribuito a una maggiore affidabilità delle tenute, attraverso requisiti che ne convalidano la progettazione, i materiali e la funzionalità.
UNA VESTIBILITÀ SU MISURA
L'industria delle guarnizioni si scontra quotidianamente con la standardizzazione della tecnologia di tenuta. Troppi acquirenti pensano che "una guarnizione è una guarnizione, punto e basta". Le pompe standard spesso possono utilizzare la stessa guarnizione di base. Tuttavia, quando vengono installate e applicate a specifiche condizioni di processo, è spesso necessario implementare un qualche tipo di personalizzazione nel sistema di tenuta per ottenere l'affidabilità richiesta in quelle specifiche condizioni operative e nel processo chimico in questione.
Anche con lo stesso design standard della cartuccia, esiste un'ampia gamma di possibilità di personalizzazione, dalla selezione dei materiali dei componenti al layout delle tubazioni. La consulenza del produttore delle tenute sulla scelta dei componenti del sistema di tenuta è fondamentale per raggiungere il livello di prestazioni e l'affidabilità complessiva richiesti. Questo tipo di personalizzazione può consentire alle tenute meccaniche di estendere la durata di utilizzo normale fino a 30-60 mesi di MTBR anziché 24 mesi.
Con questo approccio, gli utenti finali possono essere certi di ricevere un sistema di tenuta progettato per la loro specifica applicazione, forma e funzione. Questa funzionalità fornisce all'utente finale le conoscenze necessarie sul funzionamento della pompa prima dell'installazione. Non è necessario fare supposizioni sul funzionamento della pompa o sulla sua idoneità all'applicazione.
PROGETTAZIONE AFFIDABILE
Sebbene la maggior parte degli operatori di processo svolga le stesse funzioni, le applicazioni non sono identiche. I processi avvengono a velocità, temperature e viscosità diverse, con procedure operative e configurazioni di pompe differenti.
Nel corso degli anni, l'industria delle tenute meccaniche ha introdotto importanti innovazioni che hanno ridotto la sensibilità delle tenute alle diverse condizioni operative e ne hanno aumentato l'affidabilità. Ciò significa che, anche in assenza di strumentazione di monitoraggio in grado di segnalare vibrazioni, temperature, carichi su cuscinetti e motori, le tenute odierne, nella maggior parte dei casi, continueranno a svolgere le loro funzioni principali.
CONCLUSIONE
Grazie all'ingegneria dell'affidabilità, al miglioramento dei materiali, alla progettazione assistita da computer e alle tecniche di produzione avanzate, le tenute meccaniche continuano a dimostrare il loro valore e la loro affidabilità. Nonostante le mutevoli normative in materia di emissioni e contenimento, nonché i limiti di sicurezza e di esposizione, le tenute sono rimaste al passo con i requisiti più stringenti. Per questo motivo, le tenute meccaniche rimangono la scelta preferita nell'industria di processo.
Data di pubblicazione: 30 giugno 2022