El sistema de sellado robusto es clave para la vida útil de 10 años del cilindro tensor

Los cilindros tensores que se usan para sostener los elevadores de producción y perforación submarinos conectados a la plataforma son del tamaño de un camión de 18 ruedas. Operan las 24 horas del día, los 7 días de la semana y tienen que adaptarse a una brazada de 50 pies durante las tormentas. Con el costo de traer uno a tierra para modificarlo y devolverlo a la plataforma hasta $ 100,000 (excluyendo los costos de producción perdidos), no es de extrañar que los operadores de la plataforma insistan en que cada cilindro que instalen durará al menos 10 años.

Esta es una tarea difícil para los sellos incluidos en el sistema, no solo por los requisitos de desgaste, sino también por los fluidos de agua y glicol que se usan en los sistemas marinos. Estos fluidos son más amigables con el medio ambiente que los fluidos a base de aceite mineral, pero tienen poca lubricidad (especialmente baja resistencia de la película de aceite y baja viscosidad), lo que es perjudicial para muchos materiales de sellado, incluido el caucho.

Material resistente al desgaste redundante

La creación exitosa de un sistema de sellado que cumpla con los requisitos de los cilindros tensores en alta mar requiere una amplia experiencia con este tipo de sistemas;Materiales de sello y anillo de desgaste flexibles (pero fuertes) y resistentes al desgaste compatibles con fluidos de glicol de agua;E incluye un sello secundario y un limpiador.

Las consideraciones principales para los sellos primarios incluyen la vida útil, la fricción y la compatibilidad con fluidos. Los materiales de sellado altamente resistentes al desgaste son esenciales para garantizar que el sistema de sellado esté libre de fugas durante tantos años como sea posible. Sin embargo, el sello también debe poder moverse continuamente con la menor fricción posible en sistemas de fluidos a base de agua y resistir los productos químicos agresivos que se usan para inhibir la corrosión.

Los sellos compuestos de materiales a base de caucho tienden a no funcionar de manera efectiva en este tipo de sistemas. Son propensos a la deformación por compresión y al ataque químico, y tienen un coeficiente de fricción más alto que los sellos a base de politetrafluoroetileno (PTFE) y polietileno (PE). El sello primario en un sistema tensor, que generalmente consiste en una variante de PTFE o PE, es la primera línea de defensa contra fugas.

Los sellos secundarios deben usarse en ambientes secos durante muchos años y, por lo general, son sellos a base de PTFE debido a su bajo coeficiente de fricción inherente y resistencia al desgaste a altas temperaturas. Incluso cuando el cilindro funciona a temperatura ambiente, la fricción del sello durante el funcionamiento en seco genera calor, y el material del sello debe poder resistirlo. En un entorno real, los sellos de PTFE funcionan muy bien como sellos secundarios y pueden funcionar en situaciones en las que el sello primario tiene fugas.

Consideraciones más allá del propio sello

Además del sistema de sellado, son igualmente importantes el anillo de desgaste y el sistema rascador. Los cilindros tensores están sujetos a altas cargas laterales, por lo que es esencial mantener la varilla y el pistón concéntricos con el sello. Los anillos de desgaste utilizados deben ser lo suficientemente fuertes para resistir la deformación bajo cargas dinámicas y resistir la expansión debido a la absorción de agua, evitando que las partes de metal con metal entren en contacto con las partes metálicas del cilindro.

El material de elección para los anillos de desgaste del tensor es un compuesto de resina y tela, que produce mejor una matriz fuerte y resistente al desgaste para una vida útil prolongada, alta capacidad de carga y compatibilidad con fluidos HFC. Este anillo de desgaste se ha utilizado con éxito en tensores que utilizan fluidos HFC durante más de 30 años, y las muestras revisadas en campo muestran muy poco desgaste y ningún cambio dimensional debido a la expansión del fluido HFC. De hecho, estas resinas se diseñaron originalmente como materiales para bujes y cojinetes marinos debido a su excelente resistencia al agua y al desgaste.

Mantener la acumulación de desechos en la varilla durante la retracción ayuda a evitar que la contaminación ingrese al área del sello y, en última instancia, al sistema hidráulico. Los desechos, como las partículas abrasivas, pueden desgastar o cortar el sello. Se han desarrollado limpiadores de varillas, generalmente fabricados con compuestos de PTFE o PE, para raspar residuos corrosivos, como hielo y sal, de la varilla durante la retracción.

Por lo general, los desechos tienden a acumularse en la parte superior de los cilindros tensores montados verticalmente en el prensaestopas de la barra y la interfaz de la barra. Por lo tanto, diseñamos estos raspadores para desviar los escombros de estas áreas.

Potente sistema de filtrado y alerta temprana

Además de los sellos primarios y secundarios, los anillos de desgaste y los raspadores, los sistemas de cilindros hidráulicos en alta mar exitosos deben incluir sistemas robustos de filtración y alerta temprana para alertar a los operadores sobre cualquier fuga.

Si bien cada cilindro tensor incluye sellos ambientales con elementos raspadores, la limpieza del fluido es fundamental para prolongar la vida útil del sistema. Las partículas y la arena pueden estar presentes en el sistema hidráulico durante la fabricación y deben filtrarse para evitar dañar los sellos primarios. Los medios residuales del arenado, las rebabas de mecanizado y los desechos de soldadura son las fuentes más comunes de contaminación. Cualquier posibilidad de estos problemas debe abordarse para evitar daños en el sello.

Casi todas las plataformas están equipadas con un sistema de alerta temprana para evitar eventos catastróficos. En el caso del cilindro tensor, esto incluye un puerto de escape con un sensor, entre los sellos primario y secundario o aguas abajo del sello secundario. Si el sistema de sellado falla, el fluido ingresa primero al puerto, lo que alerta al operador sobre la fuga y apaga el sistema.

generalizar

La selección de sellos, rascadores y anillos de desgaste para el cilindro tensor gira en torno a cuatro criterios principales. Primero, el sello primario debe tener alta resistencia al desgaste;Puede funcionar bien en fluidos de glicol de agua de baja lubricidad;Y compatible con los productos químicos utilizados en el fluido, el sello secundario debe poder funcionar en seco hasta 10 años sin degradación para proporcionar redundancia en caso de falla del sistema primario.

En segundo lugar, el limpiador debe evitar que se acumulen residuos en el vástago durante la carrera y evitar que entren en el área del sello. En tercer lugar, los anillos de desgaste utilizados deben ser lo suficientemente fuertes para resistir la deformación bajo cargas dinámicas y la expansión del agua, evitando el contacto de metal con metal de los componentes del cilindro de metal con metal.

Finalmente, se debe demostrar que todos los componentes funcionarán según lo especificado en condiciones reales para garantizar que el operador de la plataforma no incurra en el alto costo de traer el cilindro a tierra para modificar el sistema de sellado.

La cuestión clave

Los operadores marinos deben hacer cuatro preguntas sobre el sello potencial del cilindro tensor y el sistema de limpiaparabrisas:

  1. ¿Qué material se utiliza para las escobillas limpiaparabrisas y los sellos primarios y secundarios?Algunos sistemas más antiguos usan sellos apilados para proporcionar redundancia, pero los sellos a menudo tienen una base de caucho y, por lo tanto, son propensos a la deformación por compresión, el ataque químico y la alta fricción.
  2. ¿Se han probado los materiales utilizados para garantizar que sean compatibles con los productos químicos utilizados en el fluido hidráulico?Trelleborg ha llevado a cabo un completo programa de pruebas de materiales de sellado para fluidos HFC y los informes están disponibles a pedido.
  3. ¿Cuánto tiempo ha durado el sistema de sellado sin fugas en condiciones reales?El sistema de Trelleborg regresó de la plataforma después de 15 años con una tasa de desgaste de menos del 50 % y una vida útil estimada de 30 años.
  4. ¿Qué nivel de filtración se requiere para asegurar que los sellos dentro del sistema hidráulico no se dañen?

Eric Bucci, Gerente de la División de Petróleo y Gas, Beth Figliulo Gerente de la División de Energía Fluida, Soluciones de sellado de Trelleborg .para saber más información, haga clic aquí .

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