Sellos de Carbón en Turbinas a Vapor. Guia Practica de Mantenimiento

Una de las actividades mas criticas en el mantenimiento de turbinas de vapor de una sola etapa es la relacionada con la selección, inspección, instalación y en general el mantenimiento de los sellos de carbón (Ver Figura1) . Cuando no se tienen todos los cuidados con estos componentes se pueden presentar escapes de vapor que luego se condensan en la caja de cojinetes contaminando el aceite de lubricación. El siguiente artículo da una guia práctica de los principales aspectos a tener en cuenta en el mantenimiento de estos componentes y aplica a turbina de fabricantes como Coppus (Dresser Rand), Elliott, Terry y Turbodyne

Figura 1. Sellos de carbon en turbinas de vapor



TOLERANCIA DE CARBONES

Este es el tema con mas controversia e incertidumbre por parte de las personas ejecutan mantenimiento. En los manuales aparecen claramente establecidas los valores máximos y mínimos en la tolerancia que se debe asegurar en las medida del diámetro externo del eje y el diámetro interno de los carbones. La figura 1 muestra los valores de diseño para una turbina Turbidyne UE-20046

Figura 2. Tolerancias de de sellos de carbon.

El correcto funcionamiento de la caja de sello con anillos de carbon depende de las tolerancias que se especifican y las condiciones de operación para los cuales son diseñados, esto es Presión de Exhosto (para turbinas de contrapresión) y la temperatura del vapor de entrada. El éxito en la contención del vapor se asegura si se da la dilatación del eje por el efecto térmico para cerrar la tolerancia que se deja en frio y asegurar que en operación se tenga aproximadamente de 0.002" a 0.003" de tolerancia.

AJUSTE O ASENTAMIENTO DE LOS CARBONES

El área del rotor donde trabaja los carbones esta recubierta de fabrica por una capa de metalizado duro y resistente a la corrosión, lo que hace que se puedan obtener tolerancias en operación muy finas entre los sellos de carbón y el eje. Cuando los sellos de carbón se instalan nuevos, a estos se les debe realizar una corrida de arranque o asentamiento ("RUN IN") lentamente para asegurar la pulida y la brillada del carbón y de esta forma asegurar la máxima vida de operación. El procedimiento es el descrito en la figura 3

Figura 3. Diagrama de corrida de arranque (Run in) de nuevos anillos de carbon

El procedimiento de asentamiento o "run In" de nuevos carbones es propio de cada equipo, el descrito en la figura 3 es para una turbina Elliott BYRHT que gira 4472 RPM para mover una bomba Goulds 3420 (800HP) de una torre enfriante. Es extremadamente importante realizar en forma correcta este procedimiento, ya que si se omite, los carbones no operaran correctamente y el tiempo de vida de estos se reducirá consideramblemente

ESTADO DEL EJE DE ROTOR

Cuando se tienen turbinas que han operado varios años, se presentan desgaste mínimos en área del eje donde trabajan los sellos de carbón. Por lo general los fabricantes de turbinas despachan los rotores con un recubrimiento duro en esta área, lo que asegura varios periodos de mantenimiento hasta que se presentan estos desgastes. Es importante asegurar las tolerancias de diseño en estas áreas, cualquier variación en el diámetro externo repercute en un aumento de la tolerancia de operación entre el eje y los carbones.

Figura 3. desgastes en rotor (area de sello)

Una practica que me ha dado amplio resultado es la reconstrucción de los rotores con las tolerancia de diseños encontradas en el manual de operación y mantenimiento con el recubrimiento del fabricante Praxair TAFA MXC95 el cual ofrece una capa de material duro resistente al desgaste y a la corrosión.

INSPECCION DE LA CAJA DE SELLO (GLAND SEAL)

Uno de los aspectos importante para entender el funcionamiento de los sellos es que el área lateral del anillo de carbón contraria a la presión de vapor es el área de trabajo de este y la tolerancia de 0.002" a 0.003" radial es la mediada que asegura la caída de presión a lo largo de la caja de sellos.

Es por eso que la superficie de contacto del carbón en la caja de cojinete debe estar completamente limpia, sin desgaste y adecuada para que se de un correcto funcionamiento del sellado. Las reparaciones de estos equipo debe asegurar la inspección ,cambio y reparación de las cajas de sellos

Figura 4. Area de trabajo de caja de sello

EDUCTORES / EYECTORES

Algunos fabricantes incluyen en sus modelos sistemas de eductores (agua) y eyectores (vapor) conectados a la caja de carbón, por lo general en una cámara contigua al ultimo anillo de carbón. Este sistema realiza un pequeño vacío y direcciona las fugas de vapor de la zona de mas alta presión (caja de carbones) a la presión de vacío producida por el eyector. Por lo general estos sistemas incluyen Vacuómetros para medir el vacío en la línea de fuga (Leak-off pipe) ver diagrama esquemático en figura 5.

Figura 5. Diagrama esquematico de un sistema eductor en turbina de vapor contrapresión

Es muy común encontrar en turbinas que trabajan con eductores perdida del vacío debido a ensuciamiento y formaciones duras o costras que se forman en las boquillas. Esta situación produce escapes de vapor que se condensan en la caja de cojinetes.

Figura 6. Eductor con depositos de suciedad en succión

ENSAMBLE DE ANILLO DE CARBON

Se debe asegurar que en el montaje los anillos de carbon conserven las marcas de fabricas, para asegurar que se forme un circulo perfecto al momento de instalarlo. Se debe asegurar que los resoretes encargados de cerrar el anillo sea el especificado por el fabricante y asegurar que el freno antitotación funcione y se aloje correctamente en la caja de sello .

José García Atencia

Ing. Confiabilidad

jose.garcia.atencia@gmail.com