Estudio de caso: falla de la bomba de circulación cáustica sin sello
IMAGEN 1: Casing roce severo y cristalización cáustica (Imágenes cortesía de Saudi Aramco)
El circuito de regeneración de sosa cáustica que garantiza la eliminación del azufre total de los líquidos de gas natural (GNL) en una planta de gas tiene dos bombas sin sello de circulación de sosa cáustica pobre. Estas bombas son responsables de entregar la sosa cáustica pobre regenerada con gas natural (nafta) desde el separador de disulfuros hasta el sedimentador de lavado de gas natural.
Revisión del diseño de la bomba
Estas bombas son bombas de accionamiento magnético sin sello de 178 caballos de fuerza (hp) con un flujo nominal de 294 galones por minuto (gpm) y una altura diferencial total de 638 pies (pies). El fluido del proceso está totalmente contenido dentro de la carcasa de contención de la bomba y depende de él para eliminar el calor generado a través de rutas de lubricación internas.
Por lo tanto, cualquier restricción leve en las rutas del flujo de lubricación pondrá en peligro la condición de las piezas internas de la bomba y provocará una falla catastrófica. Además, el fluido corre entre el imán interior, la carcasa de contención y a través de los orificios del eje hacia la parte trasera del eje de la bomba, donde regresa a la succión de la bomba a través del orificio de equilibrio de empuje en el impulsor (Imagen 3). El eje de la bomba que está conectado al imán interior gira por la acción del circuito de flujo magnético entre el imán interior y exterior. El imán exterior está acoplado al motor impulsor a través de otro eje para transmitir la rotación al imán interior.
Información de contexto
En condiciones normales de funcionamiento, la bomba se disparó debido a la señal de falla de sobrecarga térmica del motor. Todas las condiciones del proceso fueron revisadas y encontradas dentro de los parámetros normales. Más tarde, la bomba se puso en marcha de nuevo e inmediatamente se disparó con la señal de falla del motor atascado.
IMAGEN 2: Conjunto de caja de casquillo trasero (portador de casquillo) con almohadilla de empuje dañada e impacto de corrosión/erosión
La decisión fue retirar la bomba para su desmantelamiento e inspección interna. Los principales hallazgos incluyen:
Hubo un roce excesivo entre la cubierta frontal del impulsor y la carcasa de la bomba. Además, había adelgazamiento en las cubiertas del impulsor. Esta es una indicación de un movimiento de alto empuje como se muestra en las Imágenes 1 y 4.
La almohadilla de empuje trasera, la arandela de empuje y el casquillo del manguito no se encontraron en su lugar. Los cojinetes de carburo de silicio habían fallado y sus huellas se encontraron dentro de la carcasa de la bomba (Imágenes 2, 5 y 6).
Investigación y Hallazgos
Se llegó a una conclusión basada en los hallazgos de la inspección anterior, las tendencias operativas, el análisis de muestras de laboratorio cáustico y el análisis metalúrgico. El análisis del material mostró que los granos del casquillo del manguito de titanio eran de color azul, en consonancia con el catalizador de proceso recién introducido en 2019. Esto se consideró un signo de una reacción de corrosión.
Se sospecha que el catalizador ha llenado la bomba de reserva y cuando no está en funcionamiento, la bomba no habría podido dispersar el líquido. Entonces, el producto habría atacado el casquillo del manguito delantero, ya que está montado en la voluta de la carcasa, mientras que el casquillo del manguito trasero está en una zona menos accesible de la bomba.
Ocasionalmente, el proceso se somete a una alta concentración cáustica. El análisis del material muestra que debe haber una tasa acelerada de corrosión del soporte del buje del manguito de titanio en los casos en que la bomba esté expuesta a concentraciones cáusticas más altas del 40% al 50%.
IMAGEN 3: Señales de ataque químico (corrosión) en el ensamble de alojamiento de casquillo de titanio de evaluación no destructiva (NDE) frontal
Como se muestra en la Imagen 6, se sospecha que la corrosión y la pérdida de la circunferencia del buje del manguito de titanio fueron suficientes para permitir que los pernos perdieran el agarre entre el portador del buje y el soporte. Por lo tanto, todos los portacasquillos quedaron libres para moverse radial y axialmente, lo que provocó que la almohadilla de empuje y la arandela de empuje de carburo de silicio se rompieran. La falla de la almohadilla de empuje trasera y la arandela de empuje (cojinete activo) aumentó el empuje negativo y el movimiento axial de todo el rotor hacia la carcasa de la bomba. Esto resultó en un gran desgaste de la carcasa, el impulsor y la falla del buje radial.
Recomendación
El impacto de la concentración cáustica intermitente del 50 % y el nuevo tipo de catalizador corroyó la pieza de titanio, lo que provocó la falla del cojinete de empuje.
El usuario confirmó que el uso de titanio no es una opción común, pero fue solicitado por el usuario durante el diseño del proyecto. Además, los demás componentes de la bomba están hechos de acero inoxidable dúplex y no sufrieron ningún ataque de corrosión. De acuerdo con los hallazgos, la experiencia del usuario y la tabla de corrosión, se recomendó actualizar el material de la carcasa del buje a un material de acero inoxidable dúplex.
IMAGEN 4: Impacto de fricción del impulsor (adelgazamiento)
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