BRPI0913097B1 - sistema de monitoração de vedação e sistema de suprimento para fornecimento de um fluxo de gás tratado - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE MONITORAÇÃO DE VEDAÇÃO E SISTEMA DE SUPRIMENTO PARA FORNECIMENTO DE UM FLUXO DE GÁS TRATADO. A vedação invenção refere-se a um sistema de monitoração e controle de vedação para uma vedação sem contato lubrificada a gás que inclui vários sensores que proporcionam sinais para um sistema de controle de lógica programável (166). O sistema de controle é disposto para determinar uma presença de uma condição de operação anômala de vedação, por exemplo, baseado em fase, posição relativa de rotor para estator ou outros sinais em combinação proporcionados pelos vários sensores a fim de proporcionar um sinal de saída, que, em uma modalidade, realiza pelo menos um processo de multigação para corrigir a condição de operação anômala pelo ajuste de pelo menos um parâmetro operacional de vedação.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido de patente reivindica o benefício de Pedido de Patente Provisório US N° 61/055.056, depositado em 21 de maio de 2008, que é aqui incorporado através em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] A descrição se refere a vedações de não contato, lubrificadas a gás, para componentes giratórios, incluindo, mas não limitados aos mesmos, sistemas de condicionamento e controle para essas vedações;

[0003] Em aplicações típicas, vedações de não contato, lubrificadas a gás, são dispostas para vedar uma interface giratória entre um eixo e um alojamento de um compressor operando para comprimir um gás. Durante operação, uma porção do fluxo do gás que está sendo processado pode ser desviado do fluxo de operação e filtrado para remover névoa de partículas e líquido que pode estar presente no fluxo de operação. Esse fluxo de gás desviado pode ainda ser processado, por exemplo, superaquecido até uma temperatura acima de seu ponto de orvalho, e proporcionado para vedações de não contato, lubrificadas a gás, como um fluido de operação.

[0004] Transtornos no processo de compressão, tais como condicio namento de gás inadequado, ou uma mudança na composição do fluxo de gás de operação, podem causar condensados líquidos e/ou sólidos no fluxo de gás desviado. Essa intrusão de líquidos e/ou sólidos em uma interface de vedação das vedações de não contato, lubrificadas a gás pode levar à redução de vida operacional da vedação ou, sob condições extremas, falha da vedação.

[0005] Vedações de não contato de gás seco, comumente aplicadas aos compressores de gás incluem uma disposição de vedação (simples, tandem ou dupla), equipamento de condicionamento de gás, que é disposto, frequentemente, em forma modular, e controles de abastecimento de gás, que são dispostos, tipicamente, em um painel de controle. Essas combinações são empregadas para compressores em balanço e de feixe. A monitoração da integridade de vedação e da operação é realizada, tipicamente, através de monitoração de vazamento na vedação. Pode-se apreciar que uma alta taxa de vazamento é usada como uma indicação de que a vedação falhou, o que, na maioria dos casos, é determinado após a desintegração das faces de vedação requerendo uma paralisação urgente do compressor.

[0006] Além disso, uma exigência para instalação de vedações de gás seco é a capacidade de acomodar movimento axial do eixo do compressor em relação ao alojamento do compressor durante operação. Uma especificação de tolerância de deslocamento de operação é embutida na vedação durante o estágio de desenho. Tipicamente, as placas de instalação posicionam a vedação na posição nominal ou ótima dentro do alojamento do compressor. A posição nominal de uma vedação instalada pode ser definida por uma dimensão localizando a relação entre os componentes giratórios e os estacionários, que transportam os componentes de vedação, o que é algumas vezes referido como "referência de instalação" de uma vedação.

[0007] A dimensão de referência de instalação é medida, tipicamente, entre uma superfície que, axialmente, determina e fixa a posição axial do rotor de vedação e do estator de vedação durante operação, por exemplo, anéis de empuxo associados com o alojamento e o eixo. Tolerância de movimento axial da vedação durante operação é necessária para acomodar mudanças no posicionamento relativo entre os componentes giratórios e os fixos do compressor, que os componentes de vedação seguem. Diversos fatores podem causar mudanças na posição relativa de uma vedação, tal como a condição de "as-built" (como construído) do equipamento de transientes térmicos.

[0008] A condição de "as-built" de uma vedação é um empilhamento específico de tolerâncias para uma dada disposição de vedação. Para direcionar a condição de "as-built", um fornecedor de vedações pode proporcionar uma tolerância instalada inicial para a vedação conforme instalada. Levando-se em conta essa condição, uma vedação pode ser instalada em uma posição "0", que ainda deixa a faixa de folha da tolerância de deslocamento resultante para acomodar movimento dentro do compressor durante operação, o mais significativo de tudo sendo os transientes térmicos. Como é conhecido, os transientes térmicos podem mudar a posição relativa de uma vedação porque o rotor do compressor pode se expandir ou se contrair em uma taxa diferente daquela do estator ou revestimento do compressor devido às mudanças na temperatura do fluido do processo, o que pode resultar em uma mudança de relação dimensional entre os componentes de vedação do rotor e do estator.

BREVE SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

[0009] A descrição descreve, em um aspecto, um sistema de monitoração de vedação para uma vedação de não contato lubrificada a gás disposta em relação de vedação entre um eixo girável e um alojamento de um compressor. O sistema de monitoração de vedação inclui um sensor de fase disposto para proporcionar um sinal de fase indicativo de matéria não gasosa estando presente adjacente à vedação de não contato lubrificada a gás. Um sistema de controle de lógica programável é disposto para receber o sinal de fase e determinar uma condição de operação da vedação de não contato lubrificada a gás com base no sinal de fase. O controlador de lógica programável é ainda disposto para proporcionar um sinal de saída em resposta à condição de operação.

[0010] Em outro aspecto, a descrição descreve um sistema de abastecimento para proporcionar um fluxo de gás tratado para uma vedação de não contato lubrificada a gás disposta dentro de um compressor. O sistema de abastecimento inclui um sistema de controle e três pluralidades de sensores. Uma primeira pluralidade de sensores mede parâmetros operacionais de vedação e proporciona uma primeira pluralidade de sinais indicativos dos parâmetros operacionais de vedação para o sistema de controle. Uma segunda pluralidade de sensores mede parâmetros operacionais do sistema de abastecimento relativos ao fluxo de gás tratado e proporciona uma segunda pluralidade de sinais para o sistema de controle. Uma terceira pluralidade de sensores mede parâmetros operacionais do compressor e proporciona uma terceira pluralidade de sinais indicativos dos parâmetros operacionais do compressor para o sistema de controle. O sistema de controle determina uma condição de operação da vedação de não contato lubrificada a gás com base nas primeira, segunda e terceira pluralidades de sinais e proporciona uma saída em resposta à condição de operação.

[0011] Ainda em outro aspecto, a descrição descreve um método de monitoração e controle de operação de uma vedação associada com um sistema de abastecimento, fornecendo um fluxo de gás de processo para a vedação. O método inclui a aquisição de uma pluralidade de sinais de sensores proporcionados por uma pluralidade de sensores associados com a vedação e o sistema de abastecimento. A pluralidade de sinais de sensores é processada para determinar a presença de uma condição anômala de operação da referida vedação. Um procedimento de mitigação que ajusta pelo menos um parâmetro operacional da referida vedação é iniciado e conduzido enquanto a condição de operação anômala está presente e enquanto cada sinal de sensor está abaixo de um limite correspondente.

[0012] Ainda em outro aspecto, a descrição descreve um sistema de monitoração de vedação para uma vedação de não contato lubrificada a gás disposta em relação de vedação entre um eixo girável e um alojamento de um compressor. O sistema de monitoração de vedação inclui um sensor de posição proporcionando um sinal de posição indicativo da posição axial relativa de componentes giráveis e componentes estacionários da vedação de não contato lubrificada a gás. Um sistema de controle de lógica programável recebe o sinal de posição e determina uma condição de operação da vedação de não contato lubrificada a gás com base no sinal de posição, O controlador de lógica programável ainda proporciona um sinal de saída em resposta à condição de operação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS

[0013] A figura 1 é um corte transversal de uma disposição de vedação em tandem tendo vários sensores embutidos de acordo com a descrição.

[0014] A figura 2 é um diagrama em blocos de um sistema de abastecimento associado com um compressor de acordo com a descrição.

[0015] A figura 3 é um diagrama em blocos de uma modalidade de um controlador de lógica programável tendo interconexões com vários componentes e sistemas de uma disposição de vedação associada com um compressor de feixe de acordo com a descrição.

[0016] A figura 4 é um diagrama em blocos para um algoritmo de monitoração e controle de acordo com a descrição.

[0017] A figura 5 é um fluxograma para um método de detecção de uma condição anômala estática de uma vedação de acordo com a descrição.

[0018] A figura 6 é um fluxograma para um método de determinação da presença e mitigação dos efeitos de uma condição anômala de operação de acordo com a descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] Vedações de não contato de gás seco, tais como aquelas comumente aplicadas aos compressores de gás, incluem disposições de vedações simples, em tandem ou duplas. Em uma instalação típica, equipamento de condicionamento de gás , frequentemente, é dispostos em forma modular e controles de abastecimento de gás são dispostos, tipicamente, em um painel de controle de gás. Essas combinações são empregadas tanto para compressores em balanço, quanto de feixe. Embora uma combinação que inclui uma vedação de não contato de gás seco para um compressor que é parte de uma instalação tendo equipamento de condicionamento de gás e controle de abastecimento de gás dispostos em um painel de controle seja usada na descrição das modalidades que seguem, pode-se apreciar que princípios e métodos aqui descritos são aplicáveis a outras combinações estruturais e/ou configurações de vedações. Como é bem conhecido, o painel de controle de gás associado é disposto e canalizado no sistema para controlar gás de vedação tratado, fornecido da fonte de processo. Também recebe gás dos orifícios de vazamento Medidores de medição de fluxo apropriados são incorporados no sistema no painel de controle.

[0020] A figura 1 é um corte transversal parcial de uma disposição de vedação de não contato de gás seco em tandem 100, disposta entre um eixo de compressor giratório 102 e um alojamento de compressor 104. Na vista ilustrada, o eixo de compressor giratório 102 é conectado a um impulsor de compressor (não mostrado), disposto em uma cavidade de processo 106 do compressor e é suportado pelo alojamento 104 através de um mancal (não mostrado), disposto em uma cavidade de mancal 108 do alojamento 104. Um furo 120, formado no alojamento de compressor 104, se estende entre a cavidade de processo 106 e a cavidade de mancal 108 e define uma câmara de vedação anular 109. Uma vedação de cobertura ou labirinto 128 impede o fluxo livre de gás da cavidade de processo 106 no furo 120. A vedação de labirinto 128 se estende sobre uma abertura que se estende radialmente, formada entre o eixo de compressor giratório 102 e o alojamento de compressor 104, ao qual a vedação de labirinto 128 é vedada por meio de uma vedação de compressão radial 130 , disposta em um canal 132, formado na vedação de labirinto 128. Em sua extremidade radialmente interna, a vedação de labirinto 128 forma uma pluralidade de cristas 134 em proximidade com uma superfície externa 136 do eixo de compressor giratório 102. A pluralidade de cristas 134 e as cavidades intermediárias correspondentes, formadas entre quaisquer duas cristas consecutivas 134 impede o ingresso de gás da cavidade de processo 106 na câmara de vedação 109.

[0021] Durante a operação, o gás presente na cavidade de processo 106, que pode alcançar pressões de 6.500 PSI-G (450 BARG), é vedado da cavidade de mancal 108 e do ambiente por meio de duas vedações de face, uma vedação de primeiro estágio 110 e uma vedação de segundo estágio 111, dispostas em tandem. Tipicamente, os componentes das vedações 110 e 111 são pré-montados em um cartucho 118 que reside na câmara de vedação 109. O cartucho 118 inclui um estator 117 associado com o alojamento de compressor 104 e uma luva 115 associada com o eixo 102. O movimento axial da luva 115 em relação ao eixo 102 é limitado por um anel de empuxo de eixo 125 recebido em uma ranhura no eixo 102. O movimento axial do estator 117 é limitado pelo anel de empuxo de estator 121, recebido em uma ranhura no alojamento 104. Supondo que o gás de processo na cavidade de processo 106 está sob pressão, todos os componentes da disposição de vedação 100 são impelidos na direção dos anéis de empuxo 121 e 125.

[0022] A vedação de primeiro estágio 110 forma uma interface de vedação de primeiro estágio 112 definida entre um anel de acoplamento de primeiro estágio 114 conectado à luva 115 disposta em torno do eixo de compressor giratório 102 e um anel primário de primeiro estágio 116 conectado ao alojamento de compressor 104 pelo estator 117. A vedação de segundo estágio 111 forma uma interface de vedação de segundo estágio 122 definida entre um anel de acoplamento de segundo estágio 124 conectado ao eixo de compressor giratório 102 pela luva 115 e um anel primário de segundo estágio 126 conectado ao alojamento 104 pelo estator 117.

[0023] Cada um dos anéis primários de primeiro e segundo estágios 116 e 126 é móvel axialmente ao longo de uma dimensão maior do furo 120, de modo que uma distância controlada pode ser mantida ao longo de cada uma das vedações e primeiro e segundo estágio 110 e 111. Na modalidade ilustrada, uma força de mola é aplicada a cada anel primário 116 e 126.

[0024] Conforme ilustrado na figura 1, cursos de vazamento secundários para gases através das vedações de primeiro e segundo estágios 110 e 111 são bloqueados por vedações de compressão radial 142. A disposição e os materiais usados para essas vedações podem ser otimizados com base na aplicação, por exemplo, a pressão de operação do gás, bem como a composição química do gás e/ou ambiente de operação do compressor. As vedações radiais podem incluir anéis-O, outras disposições de vedações compostas, tais como vedações poliméricas avançadas circundando elementos condutores de vedações ou qualquer outro tipo apropriado de vedação.

[0025] Óleo de lubrificação presente na cavidade de mancal 108 é impedido de entrar na câmara de vedação 109 do furo 120 por uma vedação de óleo, por exemplo, uma vedação de separação 144. Na modalidade ilustrada, a vedação de barreira 144 é uma vedação de anel de carbono duplo-segmentado destinada a impedir a migração de óleo do mancal para o cartucho de vedação de gás seco no equipamento turbo-compressor, tal como uma vedação do "Tipo 82" ou do "Tipo 83", fabricado por John Crane, Inc. de Morton Grove, Illinois.

[0026] Conforme discutido acima, durante a operação, um fluxo de gás de processo tratado referido como "gás de vedação" é proporcionado à vedação de primeiro estágio 110. Um fluxo de gás de barreira, tipicamente, um gás inerte, tal como nitrogênio (N2), é proporcionado à vedação de segundo estágio 111. Na modalidade ilustrada, que inclui vedação de separação 144, um fluxo de gás de separação é fornecido à vedação de separação 144. Fluxo adequadamente controlado de gás de vedação, gás de barreira e gás de separação através dos elementos de vedação é essencial para desempenho e durabilidade efetivas da vedação.

[0027] Conforme ilustrado na figura 1, a vedação de labirinto 128 , as vedações de primeiro e segundo estágios 110 e 111 e vedação de separação 144 dividem o cartucho de vedação 118 em uma série de câmaras 146, 150, 151, 160 e 164. O alojamento de compressor 104, similarmente, define uma série de passagens anulares 148, 154, 156, 158 e 162, em comunicação com as câmaras e passagens no estator 117 do cartucho 118. As passagens 148, 154, 156, 158 e 162, por sua vez, são conectadas através dos orifícios 119 à tubulação, externamente ao alojamento de compressor 104, às várias fontes de condutos de gás ou descarga, conforme descrito abaixo. Tipicamente, essa tubulação se conecta através do painel de controle de gás associado com a disposição de vedação de compressor 100. O painel de controle de gás aloja válvulas de controle e indicadores de monitoração, tudo como é bem conhecido um disponível comercialmente.

[0028] A câmara e a passagem 146 e 148 definem uma entrada de gás de vedação e recebem "gás de vedação" , que é gás de processo tratado usualmente em uma pressão em ou acima do gás de processo na cavidade de processo 106. Esse abastecimento é tratado e controlado para assegurar que umidade é removida e que está na pressão e temperatura desejadas.O gás de vedação na câmara 146 bloqueia o ingresso de gás de processo não tratado da cavidade de processo 106 através da vedação de labirinto 108.

[0029] A câmara e a passagem 151 e 156 definem uma entrada de gás de barreira e recebem uma entrada de gás de barreira, usualmente, nitrogênio. O gás de barreira está em uma pressão ligeiramente maior do que a pressão dos gases na câmara e na passagem 150 e 154. Essas últimas passagens definem a saída do gás de vedação e do gás de barreira, algumas vezes referida como vazamento primário, usualmente dirigido para uma chama, para consumo do gás de vedação que passa através da vedação de labirinto 152 da câmara e da passagem 151 e 156.

[0030] O gás de barreira na câmara e na passagem 151 e 156 também passa através da interface de vedação de segundo estágio 122 na câmara e na passagem 160 e 158. Aquele gás, na maior parte nitrogênio, sai na disposição de vedação 100 como "vazamento secundário" através da saída de vazamento secundário definida pela câmara e pela passagem 160 e 158.

[0031] Um fornecimento de gás de separação é distribuído para a câmara e a passagem 164 e 162 de uma fonte externa. Usualmente, é nitrogênio mantido em uma pressão para isolar a câmara de vedação 109 do óleo dentro da cavidade de mancal 108. Algum desse gás passa na saída de vazamento secundário na câmara e na passagem 160 e 158 através da vedação de separação 144.

[0032] Durante operação da disposição de vedação de não contato de gás seco 100, gás de processo tratado e filtrado, desviado da cavidade de processo 106 é proporcionado à passagem de entrada de gás de vedação 148 em uma pressão que é pelo menos igual ou, de preferência, ligeiramente maior do que a pressão de gás de processo na cavidade de processo 106. O gás de processo desviado pode ser filtrado e tratado em equipamento de condicionamento (não mostrado) que pré-condiciona o gás de processo distribuído para a passagem de entrada de gás de vedação 148. Esse gás pode ser aquecido e/ou seco para remover partículas de vapor e líquidos, e, em certos casos, sua pressão pode ser acentuada.

[0033] Um fluxo de gás de processo tratado e filtrado (gás de vedação) da passagem de entrada de gás de vedação 148 entra na primeira câmara 146, de onde é proporcionado à vedação de labirinto 128 e para vedação de primeiro estágio 110. Devido aos diferenciais de pressão presentes, uma porção do fluxo de gás de processo tratado e filtrado pode vazar na cavidade de processo 106 além da vedação de labirinto 128, assim, criando fluxo de gás em uma direção que impede gás de processo não tratado e não filtrado de entrar na primeira câmara 146. Uma porção restante do fluxo de gás de processo tratado e filtrado (gás de vedação) vaza além da vedação de primeiro estágio 110, através de uma folga que pode estar presente ao longo da interface de vedação de primeiro estágio 112 e entra na segunda câmara 150 e na passagem 154, definindo a saída de gás de vedação e gás de barreira.

[0034] Durante a operação, o fluxo de gás de barreira é proporcionado para a passagem de entrada de gás de barreira 156 e para câmara 151 em uma pressão que é suficientemente alta para assegurar que fluxo de gás de barreira da passagem de entrada de gás de barreira 156 e da câmara 151 através da vedação de labirinto secundária 152 na câmara 150, onde se mistura com a porção de gás de vedação que vaza através da vedação de primeiro estágio 110. A mistura resultante é removida do cartucho de vedação 118 através da passagem de saída de gás de vedação e gás de barreira 154.

[0035] Uma porção do fluxo de gás de barreira vaza além da vedação de segundo estágio 111, através de uma folga ao longo da interface de vedação de segundo estágio 122 e entra na câmara de saída de vazamento secundário 160 e na passagem 158.

[0036] O gás de barreira presente na câmara 160 pode se misturar com gás de separação fornecido para a passagem de abastecimento de gás de separação 162 que vaza na câmara de saída de vazamento secundário 160 além da vedação de separação 144. A mistura resultante de gás de barreira e gás de separação na passagem 160 é removida do cartucho de vedação 118 através da passagem de saída de gás de separação e vazamento de segundo estágio 158. Como pode ser apreciado, uma porção do fluxo de gás de separação da quarta passagem 164 pode vazar na cavidade de mancal 108, assim, estabelecendo uma direção de fluxo que impede óleo da cavidade de mancal 108 de entrar no cartucho de vedação 118.

[0037] De acordo com a modalidade da figura 1, uma variedade de sensores é associada com várias porções da disposição de vedação de não contato de gás seco em tandem 100 e os sensores são dispostos para medir vários parâmetros de operação da vedação de primeiro estágio 110, vedação de segundo estágio 111 e vedação de separação 144. Essas medições são usadas para monitorar e diagnosticar a integridade e a operação da vedação, bem como proporcionar advertência antecipada para indicações de condições anômalas de operação de vedação que podem levar à falha ou danos de componentes de vedação. Mais especificamente, os vários sensores empregados são sensores que proporcionam sinais para um controlador lógico 166 que é parte de um sistema de monitoração e controle de vedação . Esses sinais podem ser indicativos de parâmetros físicos dos gases que passam através do cartucho de vedação 118, tal como a fase desses gases e também podem ser indicativos de parâmetros físicos dos gases que passam através do cartucho de vedação 118, tal como a fase desses gases e também podem ser indicativos de parâmetros físicos referentes aos vários componentes das vedações, tais como a temperatura ou a posição de componentes de vedação dentro do cartucho de vedação 118. Uma modalidade de um conjunto de sensores associados com o cartucho de vedação 118 na modalidade ilustrada é descrita em mais detalhes abaixo.

[0038] Conforme mostrado na figura 1, um sensor de fase de primeiro estágio 168 é disposto para proporcionar um primeiro sinal de fase 170 para o controlador lógico 166. O primeiro sinal de fase 170 é indicativo da presença de líquidos ou sólidos no fluxo de gás de processo tratado e filtrado proporcionado para o cartucho de vedação 118 através da passagem de entrada de gás de vedação 148. Conforme mostrado esquematicamente na figura 1, o primeiro sinal de fase 170 é proporcionado para o controlador lógico 166 através de uma linha de comunicação, que é mostrada em linha tracejada. Em uma modalidade, o sensor de fase de primeiro estágio 168 pode ser um sensor de condutividade, sensor indutivo, ou dispositivo similar, e pode proporcionar informação na forma de dados distintos ou contínuos, o que indica a presença ou a ausência de qualquer outra fase de matéria que não uma fase gasosa. Na modalidade mostrada, o sensor de fase de primeiro estágio 168 é um sensor óptico, por exemplo, que pode detectar a presença de soluções de aerossol sólidas ou líquidas em uma corrente de gás com base em propriedades de um feixe de luz emitido e recebido pelo sensor.

[0039] Em um modo similar, um sensor de fase de segundo estágio 172 é disposto para proporcionar um segundo sinal de fase 174 baseado no estado da matéria na passagem de saída de gás de barreira de primeiro estágio ou vazamento de gás de vedação 154 e um sensor de fase de estágio de separação 176 é disposto para proporcionar um terceiro sinal de fase 178, que é indicativo da presença de um líquido, tipicamente óleo da cavidade de mancal 108, na passagem de saída de gás de separação e vazamento de segundo estágio 158. Como com o primeiro sinal de fase 170, cada um dos segundo e terceiro sinais de fase 174 e 178 é proporcionado para o controlador lógico 166 via linhas de comunicação apropriadas na forma de um valor distinto (por exemplo, um valor de 0 indicando uma fase gasosa e um valor de 1 indicando a presença de uma fase líquido ou sólido) ou outro tipo de valor.

[0040] Embora ilustrados com incorporados nas passagens definidas pelo estator de conjunto de vedação 117 ou no alojamento de compressor 104, é considerado que os sensores 168, 172 e 176 poderiam estar localizados em qualquer localização adequada, onde reconhecimento de fase seria realizado. Esses sensores poderiam, por exemplo, estar localizados na tubulação para o painel de controle associado ou dentro de condutos do próprio painel de controle.

[0041] Além dos sensores que proporcionam informação sobre a fase dos fluidos de trabalho dentro do cartucho de vedação 118, outros sensores estão ilustrados na modalidade da figura 1, que proporcionam informação a cerca das condições de operação de vários componentes de vedação. Mais especificamente, um sensor de temperatura de anel primário de primeiro estágio 180 é disposto no cartucho de vedação 118 e disposto para sentir uma temperatura do anel primário de primeiro estágio 116. O sensor de temperatura de anel primário de primeiro estágio 180 é disposto para proporcionar um sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182 para o controlador lógico 166 através de uma linha de comunicação apropriada. Em uma modalidade, o sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182 é um sinal analógico que proporciona leituras instantâneas de temperatura para o controlador lógico 166 em uma corrente de dados contínua. O sensor de temperatura de anel primário de primeiro estágio 180 pode ser qualquer tipo apropriado de sensor, incluindo um dispositivo de temperatura resistiva (RTD), termopar ou outros.

[0042] De modo similar, um sensor de temperatura de anel primário de segundo estágio 184 é disposto no cartucho de vedação 118 e disposto para sentir a temperatura do anel primário de segundo estágio 126 e proporcionar um sinal de temperatura de segundo estágio 186 para o controlador lógico 166. Como com o sensor de temperatura de anel primário de primeiro estágio 180, o sensor de temperatura de anel primário de segundo estágio 184 é um sinal analógico que proporciona leituras instantâneas de temperatura para o controlador lógico 166 em uma corrente de dados contínua e pode incluir um RTD ou termopar.

[0043] Ainda que os dois sensores 180 e 184 sejam mostrados associados com os anéis primários 116 e 126, respectivamente, da vedação de primeiro estágio 110 e da vedação de segundo estágio 111, esses sensores podem estar associados com anéis de acoplamento correspondente 114 e 124 das vedações de primeiro e segundo estágios 110 e 111 ou, alternativamente, qualquer outro componente associado com cada vedação e tendo uma temperatura que ser correlacionada com a temperatura dos anéis de primeiro estágio e/ou secundários das vedações de primeiro e segundo estágios 110 e 111.

[0044] A distância ou folga ao longo das interfaces de vedação de primeiro e segundo estágios 112 e 122 não é importante apenas durante o serviço, mas também é importante como uma indicação de uma falha estrutural em uma vedação mesmo quando o componente associado não é operativo. Por exemplo, na ausência de pressão de gás nas vedações, a presença de uma folga ao longo das interfaces de vedação de primeiro e segundo estágios 112 e 122 pode ser uma indicação de que o anel primário não está alinhado com o anel de acoplamento correspondente da vedação. Em consequência, informação sobre a posição de cada anel primário em uma disposição de vedação em tandem, conforme ilustrado na figura 1 ou, em geral, informação a cerca da folga ao longo das interfaces de vedação de primeiro e segundo estágios 112 e 122, se torna relevante para uma diagnose antecipada de uma falha de vedação.

[0045] Na modalidade ilustrada, uma posição de anel primário de primeiro estágio ou um sensor de folga de vedação de primeiro estágio 188 é montado no anel primário de primeiro estágio 116 e disposto para medir a folga ao longo da interface de vedação de primeiro estágio 112 ou, de modo alternativo, medir uma posição do anel primário de vedação de primeiro estágio 116 em relação ao anel de acoplamento de primeiro estágio 114 como uma indicação da folga ao longo da interface de vedação de primeiro estágio 112. O sensor de folga 188 pode proporcionar um sinal de folga de vedação de primeiro estágio 190 para o controlador lógico 166. O sinal de folga de vedação de primeiro estágio 190 é indicativo da distância ou da folga presente ao longo da interface de vedação de primeiro estágio 112 em tempo real e durante operação do compressor, bem como durante tempos em que o compressor não está operando e não gás de trabalho proporcionado para a vedação de primeiro estágio 110.

[0046] Uma posição de anel primário de primeiro estágio ou sensor de folga de vedação de segundo estágio 192 é disposto para medir a folga ao longo da interface de vedação de segundo estágio 122.

[0047] Uma posição de anel primário de segundo estágio ou sensor de folga de vedação de segundo estágio 192 é disposto para medir a folga ao longo da interface de vedação de segundo estágio 122. O sensor de folga de vedação de segundo estágio 192 é disposto para proporcionar um sinal de folga de vedação de segundo estágio 194 para o controlador lógico 166, que é indicativo da distância instantânea ou folga separando o anel primário de segundo estágio 126 do anel de acoplamento de segundo estágio 124. Cada um dentre o sensor de folga de vedação de primeiro estágio 188 e o sensor de folga de vedação de segundo estágio 192 pode ser qualquer tipo apropriado de sensor de proximidade, por exemplo, um sensor de condutividade, um sensor de relutância indutivo ou variável, ou outros.

[0048] Na modalidade da figura 1, o sensor de posição 196 é instalado no cartucho de vedação 118 e disposto para medir uma distância indicativa da posição de componentes giratórios do compressor em relação à posição dos componentes do estator. Aquela diretiva é denotada como "A" na figura 1. Como pode ser apreciado , componentes estacionários do compressor compreendem o alojamento de compressor 104, o estator 117 do cartucho de vedação 118, os anel primário de primeiro e segundo estágios 116 e 126, o anel de empuxo de vedação 121 e elementos não giratórios associados. Os componentes giratórios compreendem o eixo de compressor 102, a luva 115, o anel de empuxo de eixo 125, os anéis de acoplamento de primeiro e segundo estágios 114 e 124 e elementos giratórios associados.

[0049] O sensor de posição 196 é disposto para proporcionar um sinal de posição 198 para o controlador lógico 166. O sinal de posição 198 indica a distância axial, ou a mudança na distância axial, durante a operação, dos componentes giráveis do compressor e da vedação em relação com componente de estator. Em outras palavras, o sinal de posição 198 pode ser usado para acompanhar o movimento axial dos componentes giráveis da vedação e do compressor em relação aos componentes estacionários. Além disso, o sensor de posição 196 pode ser usado durante a instalação da vedação, a fim de conformar as posições relevantes de "as-built" e/ ou "as installed" (como instalado) do cartucho de vedação 118, bem como mudanças do monitor em sua posição durante operação do compressor. Quando da monitoração desses parâmetros, o sinal de posição pode ser usado para proporcionar uma saída, por exemplo, para disparar um alerta, quando o deslocamento inicial de "as-built" e/ou "as installed" exceder uma tolerância máxima permissível de instalação ou quando o deslocamento total se aproxima de uma tolerância operacional máxima total permissível.

[0050] Um esquema simplificado de um sistema de abastecimento e de tratamento 200 para fornecer gás de vedação tratado e filtrado para vedação de não contato de gás seco é mostrado na figura 2. Na modalidade ilustrada, o sistema de abastecimento e tratamento 200 está associado com um compressor 202 tendo pelo menos um conjunto compreendendo duas vedações de não contato de gás seco dispostas em tandem, por exemplo, a vedação de primeiro estágio 110 e a vedação de segundo estágio 111 (conforme mostrado na figura 1) bem como uma vedação de separação, por exemplo, a vedação de separação 144 (figura 1). O compressor 202 opera para comprimir um fluxo de gás de processo que é proporcionado para o compressor 202 através de uma passagem de entrada de gás de processo 204. Gás comprimido sai do compressor 202 em um conduto de descarga de gás de processo comprimido 206.

[0051] O alojamento de compressor 202 inclui vários orifícios de entrada e de saída, associados com um conjunto de vedação de gás seco operando dentro do compressor 202, conforme descrito previamente em relação à figura 1. Mais especificamente, e em referência à figura 1 e à figura 2, o compressor 202 inclui um conduto de entrada de gás de vedação ou de gás de processo 208 conectado à passagem de entrada de gás de vedação 148 e um conduto de saída de gás de vedação e de gás de barreira 210, conectado fluidicamente à passagem de saída de gás de vedação e gás de barreira 154. O compressor ainda inclui um conduto de entrada de gás de barreira 212 conectado fluidicamente à passagem de entrada de gás de barreira 156 e um conduto de saída de gás de barreira e gás de separação 214 conectado fluidicamente à passagem de saída de gás de barreira e gás de separação ou vazamento secundário 158. O compressor 202 também inclui um conduto de entrada de gás de separação 216, conectado fluidicamente à passagem de abastecimento de gás de separação 162 e pode incluir um conduto de saída de gás de separação opcional 218, conectado fluidicamente à cavidade de mancal 108 do compressor 202 e disposto para ventilar vazamento de gás de separação para além da vedação de barreira 144 na cavidade de mancal 108.

[0052] Conforme descrito, os vários condutos de entrada e saída conectados ao alojamento do compressor 202 definem circuitos de fluxo para gás essencial para a operação das vedações de gás seco no compressor 202. Como pode ser apreciado, a modalidade ilustrada é proporcionada consistente com a modalidade de uma disposição de vedação em tandem de gás seco, conforme mostrado na figura 1, o que significa que outras disposições de vedações podem ter mais ou menos condutos de entrada e de saída formados no compressor, conforme apropriado para abastecimento de gás para as vedações de gás seco que nele operam. Deve ser notado também que a representação da localização dos vários sensores descritos com referência às figuras 1 e 3 é para fins ilustrativos. Os sensores descritos podem ser dispostos em localizações alternativas dentro do circuito de fluido, proporcionando fluxo de gases de vedação e de uma disposição de vedação sem afastamento da invenção. Além disso, é considerado que qualquer dada instalação de vedação de gás seco pode incluir todos, ou menos do que todos, os componentes de monitoração de sensores e parâmetros específicos aqui ilustrados. Essas descrições são apenas ilustrativas de opções disponíveis.

[0053] Em referência agora à figura 2, o gás de processo fornecido para o conduto de entrada de gás de vedação ou gás de processo 208 e, em uma modalidade gás de processo desviado do conduto de gás de processo comprimido 206. Conforme mostrado na figura 2, uma derivação de abastecimento de gás de processo 220 se estende do conduto de gás de processo comprimido 206 e inclui uma válvula de controle de gás de processo 222 que mede o fluxo de processo comprimento que entra em um módulo de tratamento de gás de processo 224 em resposta a um sinal de controle de válvula 223. O módulo de tratamento de gás de processo 224, que é mostrado circundado por linhas tracejadas, é disposto para filtrar e ajustar as propriedades físicas do gás de processo fornecido para operar a vedação de primeiro estágio do compressor 202, bem como ajustar a pressão do gás de vedação. Mais especificamente, o módulo de tratamento de gás de processo 224 inclui um intensificador 225, operando para ajustar a pressão de gás de processo em resposta a um sinal de ajuste de pressão de gás de processo 227 e um reservatório de abastecimento de gás de processo auxiliar 226 que pode armazenar gás de processo sob gás de pressão do reservatório de abastecimento de gás de processo auxiliar pode ser usado para aumentar o fluxo de gás de processo proporcionado para o conduto de entrada de gás de vedação 208 pela ativação seletiva de uma válvula de controle de gás de processo auxiliar 228 em resposta a um sinal de controle de válvula auxiliar 229.

[0054] As propriedades físicas do gás de processo que entra no módulo de tratamento de gás de processo 224 são medidas por um sensor de pressão 230, que é disposto para proporcionar um sinal de pressão 231 de pressão de gás de processo que entra no modulo de tratamento 224 e um sensor de temperatura 232, que é disposto para proporcionar um sinal de temperatura 233 indicativo da temperatura do gás de processo que entra no modulo de tratamento 224.

[0055] Em um primeiro processo, constituintes líquidos ou sólidos do fluxo de processo que entra no modulo de tratamento são removidos, por exemplo, pela passagem do fluxo através de um ou mais filtros coalescentes 234. Um exemplo de uma instalação usando filtros coalescentes é mostrado e descrito na patente US N° 6.715.985, intitulada "Gas Conditioning System," que foi concedida em 6 de abril de 2004, é cedida para John Crane Inc. de Morton Grove, Illinois (daqui em diante, a patente '985) e que é aqui incorporada através de referência em sua totalidade. Um sensor delta-P 236 é disposto para medir uma diferença de pressão através dos filtros coalescentes 234 e proporcionar um sinal de diferença de pressão 237, indicativo da extensão de saturação de filtro.

[0056] Um sensor de fase 238 é disposto para sentir a presenças de sólidos e/ou líquidos no fluxo de gás de processo que sai dos filtros coalescentes 234 e proporcionar um sinal de fase de gás de processo 239, indicando a presença de uma fase de matéria no fluxo de gás de processo que não é gasosa. Em uma modalidade, o sensor de fase 238 pode ser um sensor de condutividade, um sensor indutivo ou dispositivo similar e pode proporcionar o sinal de fase 239 na forma de dados distintos, por exemplo, um valor de 0 quando gás e sentido e um valor de 1, quando uma fase de matéria sólida ou líquida é detectada.

[0057] O módulo de tratamento 224 ainda inclui um aquecedor/ resfriador de gás de processo 240 disposto para mudar, seletivamente, a temperatura do fluxo de gás de processo que passa através do módulo de tratamento 224 em resposta a um sinal de comando de mudança de temperatura 241. Durante operação, o aquecedor/ resfriador de gás de processo 240 pode ajustar as temperatura do gás de processo sob várias condições, por exemplo, para resfriar o gás em temperatura de vedação elevada dentro do compressor ou aquecer o gás em momentos em que os líquidos que requerem evaporação são sentidos no gás de processo.

[0058] Um dispositivo de controle de fluxo 242 é disposto para controlar a taxa de fluxo do gás de processo fornecido para as vedações de gás seco de um compressor. O dispositivo de controle de fluxo 242 pode ser uma válvula simples ou, alternativamente, pode ser um dispositivo que proporciona um controle fino de fluxo de gás que passa através dele, tal como um dispositivo que regula o volume de gás distribuído através dele por meio de manutenção de um diferencial de pressão constante através de um orifício de medição. Independente de sua configuração, o dispositivo de controle de fluxo 242 pode ser qualquer dispositivo capaz de proporcionar um fluxo controlado de gás de processo em resposta a um sinal de controle de fluxo 243.

[0059] Na modalidade ilustrada, um sensor de temperatura adicional 244, proporcionando uma temperatura de gás de vedação 245 e um sensor de fluxo 246 proporcionando uma taxa de fluxo de gás de vedação 247, são dispostos a jusante do dispositivo de controle de fluxo 242 dentro do módulo de tratamento 224. A temperatura do gás de vedação 245 e a taxa de fluxo do gás de vedação 247 são indicativas da temperatura e da taxa de fluxo de gás de processo que entra na disposição de vedação do compressor 202 durante a operação.

[0060] Os vários sinais de sensor e de comando associados com o módulo de tratamento 224 são trocados entre os vários sensores e atuadores do módulo de tratamento e um via uma linha de comunicação 250 do módulo de tratamento, que é mostrado com uma linha simples tracejada, mas que é destinada a incluir qualquer número apropriado de linhas de comunicação ou canais de comunicação que permitam a troca de sinais de informação e de comando entre um controlador incluído dentro do sistema de monitoração e controle de vedação 248, por exemplo, o controlador lógico 166, mostrado na figura 1 e os vários sensores e dispositivos de controle incluídos dentro do módulo de tratamento 224.

[0061] Na modalidade ilustrada, uma linha de comunicação de compressor 252 é disposta para proporcionar um canal de comunicação entre vários sensores associados com os componentes de compressor, tais como os sensores mostrados e descritos em relação à figura 1. A linha de comunicação de compressor 252 é capaz de proporcionar vários canais ou linhas de comunicação que proporcionam informação de cada um dos sensores associados com o compressor 202 para o sistema de monitoração e controle de vedação 248. Em uma modalidade, a linha de comunicação 252 do compressor pode ser ainda associada com uma pluralidade de sensores associados com o compressor e dispostos para medir seus parâmetros operacionais, tais como velocidade do compressor, pressão de sucção, pressão de descarga, vibração e assim por diante. Esses parâmetros adicionais podem ser proporcionados para o sistema de monitoração e controle de vedação 248 através da linha de comunicação 252 do compressor.

[0062] O sistema de abastecimento e tratamento de gás 200 ainda inclui um sistema de abastecimento de gás de barreira e gás de separação 254, que é mostrado circundado por linhas tracejadas na figura 2. Em uma modalidade, um único tipo de gás pode ser proporcionado como um gás de separação para uma vedação de gás seco de segundo estágio e para uma vedação de separação, por exemplo, nitrogênio, mas gases diferentes também podem ser usados. Na modalidade ilustrada, gás é proporcionado ao sistema de abastecimento de gás de barreira e gás de separação 254 de um tanque de armazenamento 256. O gás do tanque de armazenamento 256 pode ser tratado por um filtro 258. A operação do filtro 258 pode ser monitorada pela medição de uma diferença de pressão através do filtro 258 por um sensor delta-P 260, proporcionando um sinal de diferença de pressão 262. A pressão do gás no tanque de armazenamento 256 pode ser medida por um sensor de pressão 264, proporcionando um sinal de pressão de armazenamento 266.

[0063] Um fluxo de gás filtrado que sai do filtro 258 passa através de um conduto 268, antes de ser distribuído, seletivamente no conduto de entrada de gás de separação 212 e no conduto de entrada de gás de barreira 216. Em uma modalidade, uma válvula de controle de gás de separação 270 desvia uma porção do gás do conduto 268 para o conduto de entrada de gás de separação 212 em resposta a um sinal de controle de válvula de gás de separação 271, proporcionado pelo sistema de monitoração e controle de vedação 248. Similarmente, uma válvula de controle de gás de barreira 272 desvia uma porção restante do gás do conduto 268 para o conduto de entrada de gás de barreira 216 em resposta a um sinal de controle de válvula de gás de barreira 273.

[0064] Vários sensores são dispostos para proporcionar sinais de medição indicativos da pressão, taxa de fluxo e fase de gás em cada um dos condutos de entrada de gás de separação e gás de barreira 212 e 216. Mais especificamente, um sensor de fluxo de gás de separação 274 proporciona um sinal de fluxo de entrada de gás de separação 275, um sensor de fase de gás de separação, 277 em um sensor de pressão de entrada de gás de separação 278 proporciona um sinal de pressão de entrada de gás de separação 279. Similarmente, um sensor de fluxo de gás de barreira 280 proporciona um sinal de fluxo de entrada de gás de barreira 281, um sensor de fase de gás de barreira 292 proporciona um sinal de fase de gás de barreira 283 e um sinal de fase de gás de barreira 283 e um sensor de pressão de entrada de gás de barreira 284 proporciona um sinal de pressão de entrada de gás de barreira 285.

[0065] Os vários sinais de sensor e de comando associados com o sistema de abastecimento de gás de barreira e gás de separação 254 são trocados entre os vários sensores e atuadores e o sistema de monitoração e controle de vedação 248 através de uma linha de comunicação 286, que é mostrada como uma linha tracejada simples, mas que é destinada a incluir qualquer número apropriado de linhas de comunicação ou canais de comunicação, permitindo a troca de informação e sinais de comando entre um controlador incluído dentro do sistema de monitoração e controle de vedação 248, por exemplo, o controlador lógico 166, mostrado na figura 1 e os vários sensores e dispositivos de controle incluídos dentro do sistema de abastecimento de gás de barreira e gás de separação 254.

[0066] O sistema de abastecimento e tratamento 200 ainda inclui sensores de fluxo medindo a taxa de fluxo de gases de vedação que saem da disposição de vedação, tal como a disposição de vedação 100 da figura 1 do compressor 202 durante operação. Mais especificamente, um sensor de fluxo de vazamento de gás de processo e de barreira 288 é disposto ao longo do conduto de saída de gás de processo e de barreira 210 e mede, por exemplo, em referência à disposição mostrada na figura 1, a taxa de fluxo da mistura de vazamento de gás de processo além da vedação de primeiro estágio 110 e de vazamento de gás de barreira além da vedação de labirinto secundária 152. O sensor de fluxo de vazamento de gás de processo e de barreira 288 proporciona um sinal de vazamento de vedação de primeiro estágio 289 para o sistema de monitoração e controle de vedação 248.

[0067] De maneira similar, um sensor de fluxo de vazamento de gás de separação e de barreira 290 é disposto ao longo do conduto de saída de gás de separação e de barreira 214. O sensor de fluxo de vazamento de gás de separação e de barreira 290 proporciona um sinal de vazamento de vedação de segundo estágio 291 indicativo da taxa de fluxo de vazamento de gás além da vedação de segundo estágio 111 e da vedação de vazamento 144 ao sistema de monitoração e controle de vedação 248. Finalmente, um sensor de fluxo de vazamento de cavidade de mancal 292 opcional proporciona um sinal de vazamento de gás de cavidade de mancal 293, indicativo da taxa de fluxo de vazamento de gás de barreira na cavidade de mancal 108 (figura 1) além da vedação de separação 144 (figura 1), que sai do compressor 202 através do conduto de saída de gás de separação opcional 218. Como com os outros sinais de vazamento, o sinal de vazamento de gás de cavidade de mancal 293 é proporcionado para o sistema de monitoração e controle de vedação 248.

[0068] Um diagrama em blocos de um esquema de sistema para uma instalação ilustrada de um sistema 300 de um compressor em balanço é mostrado na figura 3. Na discussão relativa à figura 3, componentes ou sistemas que são os mesmos ou similares aos componentes e sistemas previamente descritos são denotados pelos mesmos numerais de referência como previamente usados para simplicidade. Embora sensores específicos estejam ilustrados e descritos em conexão com as figura 3, é compreendido que combinações alternativas de monitoração de parâmetros poderiam ser empregadas. Por exemplo, conforme ilustrado na figura 1, a disposição de vedação poderia incluir sensores de folga, tais como os sensores de folga 188 e 192, que proporcionam sensor de folga de vedação de primeiro estágio 190 e sensor de folga de vedação de segundo estágio 194.

[0069] Conforme mostrado na figura 3, um motor principal 302 proporciona energia para operar um compressor em balanço 304 através do eixo de acionamento 306. O eixo de acionamento 306 inclui uma vedação de primeiro estágio 308 e uma vedação secundária 310 em uma configuração em tandem. Cada uma das vedações de primeiro estágio e secundária 308 e 310 é uma vedação de gás seco e está associada, essencialmente, com sensores que proporcionam sinais indicativos da temperatura , a presença de líquido na corrente de gás proporcionada a cada vedação e da posição entre elementos de vedação e o rotor e o estator. Mais especificamente, a vedação de primeiro estágio 308 inclui um sensor de temperatura 312, que proporciona um sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 313 e um, sensor de fase de vedação de primeiro estágio 314, proporcionando um sinal de fase de vedação de primeiro estágio 315. A vedação secundária 310 inclui um sensor de temperatura 318 que proporciona um sinal de temperatura de vedação secundária 319, um sensor de folga de vedação secundária 320 proporcionando um sinal de fase de vedação secundária 321 e um sensor de posição de vedação secundária 322, proporcionando um sinal de posição de vedação secundária 323.

[0070] Os vários sinais de sensores das vedações secundárias e de primeiro estágio 308 e 310 são proporcionados para um controlador de lógica programável 324 via linhas de comunicação de sinais apropriadas. Essas linhas de comunicação de sinais podem ser linhas que comunicam sinais analógicos e/ou digitais e podem incluir um ou mais condutos elétricos que transmitem informação em um único ou em múltiplos canais. Em uma modalidade, as linhas de comunicação de sinais podem ser canais pertencentes a uma disposição de rede de área local (LAN) disposta para proporcionar comunicação de sinais e comandos entre o controlador de lógica programável 324 e os outros componentes, atuadores e/ou sistemas.

[0071] Na modalidade ilustrada, o controlador de lógica programável 324 é mostrado como um componente único, mas em modalidades alternativas as funções lógicas proporcionadas por esse dispositivo podem incluir mais de um controlador disposto para controlar várias funções e/ou características de um sistema. Por exemplo, um controlador mestre, usado para controlar a operação global e a função do sistema, pode ser implementado cooperativamente com controladores secundários dedicados a monitorar e a controlar subsistemas separados. Nesta modalidade, o termo "controlador" significa incluir um, dois ou mais controladores que podem estar associados com o sistema 300 e que podem cooperar no controle de várias funções e operações do sistema 300. A funcionalidade do controlador, embora mostrado conceitualmente na figura 3 para incluir várias funções distintas para fins ilustrativos apenas, pode ser implementada em hardware e/ou software sem considerar a funcionalidade distinta mostrada. Em consequência, várias interfaces do controlador são descritas em relação aos componentes do sistema 300, mostrados no diagrama em blocos da figura 3. Essas interfaces não são destinadas a limitar o tipo e o número de componentes que são conectados, nem o número de controladores descritos.

[0072] Na modalidade ilustrada na figura 3, o controlador de lógica programável 324 coopera com um dispositivo de memória 326 e com um acionador de circuito de saída 328. O dispositivo de memória 326 pode incluir áreas de memória de leitura somente (ROM) , memória só de leitura programável (PROM), memória de acesso aleatório (RAM) e outras, que podem armazenar programas operacionais, constantes, logs de serviço e outros parametros relevntes para a operaçao do controlador de lógica programável 324 do sistema 300. O acionador de circuito de saída 328 é um dispositivo que proporciona sinais de comando apropriados a vários atuadores no sistema 300, tal como válvulas de controle de gás, válvulas de desvio, aquecedores, intensificadores de pressão e assim por diante . O acionador de circuito de saída 328 pode incluir circuitos que recebem, transformam e/ou interpretam comandos do controlador de lógica programável 324 em sinais de comando que são utilizáveis para efetuar uma mudança na condição de operação de um componente. Em consequência, o acionador de circuito de saída 328 pode incluir um suprimento de energia (não mostrado), circuitos retificadores, circuitos inversores, circuitos conversores de digital para analógico e/ou qualquer outro circuito que possa ser útil no controle de um componente de sistema baseado em um comando do controlador de lógica programável 324.

[0073] O sistema 300 inclui dois centros funcionais principais para serviços relacionados com a operação do compressor 304. O primeiro centro funcional é um módulo de tratamento de gás 330, que é similar em certos aspectos do módulo de tratamento de gás de processo 224 mostrado na figura 2. O módulo de tratamento 300 inclui vários dispositivos que condicionam e tratam um fluxo de gás 332 que é proporcionado para a vedação de primeiro estágio 308. O módulo de tratamento 330 da modalidade ilustrada inclui um coalescor 334 operando em resposta a um sinal de coalescor 335 proporcionado pelo controlador de lógica programável 324 via o acionador de circuito de saída 328. O coalescor 334 pode ser qualquer tipo apropriado de dispositivo que remove inclusões sólidas ou líquidas de uma corrente gás, por exemplo, um filtro, membrana, separador centrífugo e assim por diante.

[0074] O módulo de tratamento de gás 330 ainda inclui um filtro extrator ou desembaçador 336, que opera em resposta a um sinal de desembaçador 337. O desembaçador 336 pode ser qualquer dispositivo apropriado capaz de remover soluções de aerossol ou outros tipos de umidade e/ou vapores de uma corrente de gás. Um aquecedor 338 operando para aumentar e/ou diminuir a temperatura do fluxo de gás 332 opera em resposta a um sinal de aquecedor 339. O aquecedor 338 pode ser qualquer tipo apropriado de trocador de calor operando para transmitir ou remover calor do fluxo de gás 332 que está sendo tratado. Finalmente, um intensificador 340, operando em resposta a um sinal de intensificação 341 opera para ajustar a pressão do fluxo de gás 332. Pode-se apreciar que outros dispositivos adicionais ou menos dispositivos podem ser usados dentro do módulo de tratamento 330 do que aqueles descritos em relação à modalidade ilustrada.

[0075] Um fluxo de gás de vedação de primeiro estágio tratado 342 que sai do módulo de tratamento 330 é proporcionado a um painel de controle de gás 344. Um fluxo de gás de vedação secundário 346 pode proporcionar, opcionalmente, gás de vedação para a vedação secundária 310. O painel de controle de gás 344 pode incluir vários componentes e subsistemas operando para regular ou de outro modo controlar o fluxo de gás para as vedações secas operando dentro do compressor 304 com base em um ou mais parâmetros operacionais do sistema 300. Na modalidade ilustrada, o painel de controle de gás 344 inclui um controlador de gás de vedação de primeiro estágio 348, que regula o fluxo de gás de suprimento de vedação de primeiro estágio e um controlador de gás de vedação secundária 352 regulando o fluxo de gás de suprimento de vedação secundária. Os controladores de gás de vedação secundária e de primeiro estágio 348 e 352 regulam seus fluxos de gás correspondentes em resposta, respectivamente, a um sinal de gás de suprimento de vedação de primeiro estágio 349 e um sinal de gás de suprimento de vedação secundária 353 proporcionados pelo controlador de lógica programável 324 via o acionador de circuito de saída 328. Em uma modalidade, cada um dos controladores de gás de vedação de primeiro estágio e de segundo estágio 348 e 352 inclui um dispositivo de controle de fluxo, tal como o dispositivo de controle de fluxo 242 mostrado na figura 2.

[0076] Um fluxo resultante do gás de suprimento de vedação de primeiro estágio 350 e um gás de suprimento de vedação secundária 354 sai do painel de controle de gás 344 e são proporcionados às vedações secundárias e de primeiro estágio 308 e 310. Os sinais de gás de vedação secundária e/ ou de primeiro estágio 349 e 353 para ajuste dos fluxos resultantes de gás de suprimento de primeiro estágio e de vedação secundária 350 e 354 são determinados no controlador de lógica programável 324 com base em programas operacionais nele processados. A execução desses programas operacionais envolve o cálculo da taxa de fluxo e parâmetros físicos do gás de vedação de primeiro estágio que produzirá condições operacionais ótimas da vedação de primeiro estágio 308, ambos em termos de eficácia de vedação bem como para longevidade da vedação.

[0077] Em uma modalidade, o painel de controle de gás ainda inclui controladores operando para fornecer fluxos de gás para outras vedações no compressor 304 e/ ou monitorar a operação das várias vedações. Especificamente, quando o compressor 304 inclui uma vedação de barreira, por exemplo, a vedação de barreira 144 mostrada na figura 1, o painel de controle de gás 344 inclui um controlador de suprimento de gás de vedação de barreira 356, operando para proporcionar um fluxo de gás para a vedação de barreira, nesse caso, uma porção do fluxo do gás de vedação secundária 346 entrando no painel de controle de gás 344, mas outras fontes ou tipo de gás podem ser usados.

[0078] Na modalidade ilustrada, o painel de controle de gás ainda inclui dois monitores de vedação, um monitor de vedação de primeiro estágio 358 e um monitor de vedação secundária 360, Cada um dos monitores de primeiro estágio e de vedação secundária 358 e 360 é disposto para proporcionar uma ou mais saídas, por exemplo, alarmes, em níveis crescentes., quando várias falhas ou mau funcionamentos são detectados com base nos vários sinais de sensores proporcionados para o controlador de lógica programável 324. Em adição aos sensores já descritos, sensores adicionais podem proporcionar informação para o controlador de lógica programável indicativo do estado operacional do compressor 304 via uma linha de comunicação de multicanais 362.Na modalidade ilustrada, essa pluralidade adicional de sensores pode incluir velocidade de compressor, sucção e pressão de descarga, temperatura do gás do processo, vibração axial do compressor, vibração radial de flange de compressor de sucção e descarga em cada uma de duas direções ortogonais e, potencialmente, outros sensores.

[0079] Em geral, vários algoritmos de controle operando dentro do controlador de lógica programável 324 são dispostos para proporcionar funcionalidade útil que pode advertir um operador de condições operacionais anômalas potenciais, alertar o operador de condições de falhas detectadas, bem como mitigar ou endereçar condições anômalas de operação que ocorrem durante a operação do compressor 304, de modo que os efeitos de uma falha podem ser minimizados ou uma falha pode ser evitada sem intervenção pelo operador. Vários exemplos desses algoritmos de controle são apresentados e vários métodos de operação e monitoração de vedações de gás seco em um compressor são descritos abaixo.

[0080] Um diagrama em blocos para um algoritmo de controle 400 operando dentro do controlador de lógica programável 324 mostrado na figura 3 é apresentado na figura 4. O algoritmo de controle 400 é disposto para monitorar e ajustar os parâmetros operacionais das vedações de primeiro estágio e/ ou secundárias 308 e 310 para assegurar operação e vida em serviço ótimas. Pode-se apreciar que o algoritmo de controle 400 pode ser aplicado com igual eficácia à disposição de vedação em tandem mostrada na figura 1, através sua integração apropriada no controlador lógico 166. Na descrição que segue, o algoritmo de controle 400 é descrito especificamente para funcionalidade em relação à vedação de primeiro estágio 110 (mostrada como 308 na figura 3), mas o mesmo algoritmo ou similar será aplicável à monitoração e ao controle da vedação de segundo estágio 111 (mostrada como 3120 na figura 3) ou qualquer vedação usada sozinha ou em combinação com outras vedações.

[0081] Conforme mostrado na figura 4, o algoritmo de controle 400 é disposto para receber vários sinais indicativos de vários parâmetros operacionais. Com referência à figura 1, à figura 2 e à figura 3, os vários sinais gerados pelos sensores na disposição de vedação de gás seco de não contato em tandem 100 são proporcionados para o algoritmo de controle 400. Especificamente, o sinal de fase de primeiro estágio 170, o sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182 e o sinal de folga de vedação de primeiro estágio 190 são proporcionados como entradas para o algoritmo de controle 400. Outros sinais sai ainda proporcionados para o algoritmo de controle 400, que são indicativos de parâmetros operacionais do sistema. Na modalidade ilustrada, a temperatura de gás de vedação 245, a taxa de fluxo de gás de vedação 247 e o sinal de vazamento de vedação de primeiro estágio 289 são proporcionados como entradas. Entradas diferentes, adicionais ou menos do que aquelas descritas até agora podem ser proporcionadas para um algoritmo de controle que é o mesmo ou similar ao algoritmo de controle 400. Durante operação, o algoritmo de controle 400 opera para proporcionar uma ou mais saídas, por exemplo, gerar alertas para um operador em resposta a uma determinação de presença de uma condição anômala com base nos sinais proporcionados. Além disso, o algoritmo de controle 400 inclui funcionalidade para mitigar, automaticamente, os efeitos de um mau funcionamento através do ajuste de vários parâmetros operacionais do sistema.

[0082] Mais especificamente, o sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182 é proporcionado para um comparador de limite de temperatura 402, que é uma função ou outro algoritmo operando para comparar a temperatura da vedação de primeiro estágio com uma faixa de temperatura aceitável predeterminada 404 proporcional pelo dispositivo de memória 326 (também mostrado na figura 3). Quando o sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182 é determinado estar fora da faixa 404, uma saída apropriada é proporcionada em resposta a essa determinação, nesse caso, um alerta de temperatura de vedação inesperado 406 é ativado O alerta de temperatura de vedação inesperado 406, quando ativo, pode incluir uma mudança em uma variável de software indicando que uma falha ocorreu e/ ou pode, alternativamente, disparar uma indicação visual e/ ou audível para um operador por meio de luzes cintilantes, sirenas e/ ou outros sinais perceptíveis destinados a chamar a atenção do operador. Casos dando origem à ativação do alerta de temperatura de vedação inesperado 406 incluem condições de operação quando a temperatura da vedação de primeiro estágio 110 está acima de um valor inesperado, indicando que a vedação está sendo submetida ao aquecimento devido ao atrito ou uma outra causa e também incluem condições quando a temperatura da vedação de primeiro estágio 110 está abaixo de um valor esperado, que pode ser uma indicação de vazamento excessivo de gás de vedação ou qualquer outra causa. Em uma modalidade, um limite adicional de temperatura superior é usado para gerar um sinal de paralisação quando a temperatura da vedação de primeiro estágio 110 é determinada estar acima do limite superior de temperatura, por exemplo 500 graus F (260 graus C).

[0083] Na modalidade ilustrada, o sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182 é ainda comparada com a temperatura de gás de vedação 245 em um comparador de temperaturas 408. O comparador de temperaturas 408 monitora a temperatura da vedação de primeiro estágio 110 em relação à temperatura do gás de vedação que está sendo proporcionado ao mesmo para assegurar que os dois estão dentro de uma faixa aceitável um do outro após a operação de estado constante ter sido estabelecida.Um aviso de temperatura 410 é ativado para indicar que uma mudança inesperada foi detectada quando a temperatura da vedação de primeiro estágio 110 é determinada divergir da temperatura do gás de vedação além de um certo ponto. O aviso de temperatura 410 é, em geral, um sinal de saída proporcionado em resposta à detecção de uma condição anormal.

[0084] O dispositivo de memória 326 também proporciona faixas de limite esperadas ou aceitáveis para comparadores que monitoram o sinal de folga de vedação de primeiro estágio 190 e o sinal de vazamento de vedação de primeiro estágio 289. Especificamente, o sinal de vazamento de vedação de primeiro estágio 289 é comparado com uma faixa de limite de vazamento 412 em um comparador de vazamento 414. Quando o vazamento é determinado estar fora da faixa de limite de vazamento 412, indicando que o fluxo de gás no conduto de saída de gás de vedação e de barreira 210 (figura 2) está abaixo ou acima da faixa esperada, um aviso ou alerta de vazamento 416 é ativado para informar ao operador da condição anômala de operação. De maneira similar, o sinal de folga de vedação de primeiro estágio 190 é comparado com a faixa de limite de folga 418 em um comparador de limites de folga 420, que ativa um alerta de folga de vedação 422 para indicar que a vedação está operando fora de condições de operação esperadas.

[0085] Pode-se apreciar que várias faixas de limite proporcionadas pelo dispositivo de memória são parâmetros que podem ser predeterminados e pré-programados no dispositivo de memória 326. Em uma modalidade, as várias faixas de limite não são constantes, mas são valores variáveis que são determinados com base em outros parâmetros de um sistema, tais como velocidade de compressor, composição de gás do processo, taxa de fluxo e assim por diante. Em consequência, a faixa de limite de folga 418 pode ser ajustada para zero, quando a velocidade rotacional do compressor (não mostrada) é baixa ou zero e pode ser ajustada, em consequência, com base na velocidade do compressor, a densidade do gás de processo, a temperatura do gás de processo e/ ou outros parâmetros durante a operação.

[0086] O algoritmo de controle 400 é ainda disposto para ativar um aviso ou alarme 424, quando a presença de sólidos ou líquidos é indicada por meio do primeiro sinal de fase 170. Conforme discutido acima, o primeiro sinal de fase 170 é um sinal indicativo da presença de matéria em uma fase não gasosa dentro da corrente de gás de vedação em ou em torno da vedação de primeiro estágio 110. Ainda que vários filtros e outros dispositivos sejam dispostos para remover líquidos e/ ou sólidos do fluxo de gás de vedação, por exemplo, o filtro de coalescência 234 mostrado na figura 2, ou o coalescor 334 e o desembaçador 336 mostrados na figura 3, existem condições de operação que podem produzir condensados líquidos e/ ou sólidos dentro do fluxo de gás de vedação. Em consequência, um determinador de fase 426 é disposto para monitorar o primeiro sinal de fase 170 e ativar o alarme 424, quando uma fase não gasosa é detectada.

[0087] O algoritmo de controle 400 ainda inclui funcionalidade para mitigar os efeitos de condições anômalas de operação. Um exemplo dessa funcionalidade de mitigação é proporcionado para condições quando condensados líquidos ou sólidos são detectados em um fluxo de gás de vedação. A mitigação é um processo de etapas seguidas automaticamente pelo algoritmo de controle 400 que são conhecidas para retificar a condição anômala através da remoção dos condensados. Em uma modalidade, a ativação do alarme 424 causa uma mudança em um módulo de controle de aquecedor/ resfriador 428, que ajusta o sinal de aquecedor 339 proporcionado para o aquecedor 338, conforme mostrado na figura 3. No caso em que líquidos são detectados, por exemplo, esse ajuste pode ser disposto para fazer o aquecedor 338 aumentar a temperatura do gás de vedação de primeiro estágio tratado 342 de modo que quaisquer condensados líquidos podem evaporar ou quaisquer condensados sólidos podem sublimar na fase gasosa. Esse aumento da temperatura do gás pode continuar incrementalmente até um aumento máximo de temperatura permitido ter sido instruído ou até que o primeiro sinal de fase 170 indica que os líquidos ou sólidos tenham sido removidos. Em casos específicos, por exemplo, no caso em que o algoritmo de controle 400 é aplicado à vedação de segundo estágio 111 e etapa adicional de mitigação pode ser realizada. Essa etapa adicional de mitigação inclui instrução de um módulo de controle de fluxo 430, proporcionando o sinal de controle de fluxo 243 ao dispositivo de controle de fluxo 242, conforme mostrado na figura 2, para aumentar a taxa de fluxo de gás de vedação para a vedação de primeiro estágio 110. Esse ajuste pode ocorrer em adição ao aumento de temperatura do gás de vedação proporcionado para a vedação de primeiro estágio.

[0088] O algoritmo de controle 400 é um exemplo dos vários algoritmos que podem ser executados dentro do controlador de lógica programável 324. O algoritmo de controle 400 e outros algoritmos são capazes de armazenar e recuperar informação, calcular vários parâmetros, estimar a taxa de mudança de parâmetros e realizar cálculos matemáticos quando da determinação de ajustes apropriados para controlar sinais proporcionados para os vários componentes do sistema. Nos fluxogramas que seguem, várias funcionalidades do controlador de lógica programável 324 e componentes associados são descritos. As metodologias para controlar um compressor descrito abaixo são destinadas a serem implementadas via algoritmos de controle apropriados operando dentro de controladores lógicos.

[0089] Um fluxograma para determinar se impedir a iniciação de operação de um compressor baseado em parâmetros proporcionados de vários sensores associados com um sistema conectado ao compressor, especialmente considerando o estado das várias vedações de compressor associadas com o compressor, é mostrado na figura 5. De acordo com o método um sistema de controle realiza várias verificações antes de permitir a operação de um compressor ou do sistema. Em consequência, uma determinação em 502 é realizada para determinar se líquido está presente na vedação de primeiro estágio, por exemplo, interrogando o primeiro sinal de fase 170 (figura 1). Quando líquido está presente, uma segunda interrogação ocorre em 504 de se o líquido está presente no sistema de abastecimento para fluxo de gás de processo para a vedação primária, por exemplo, conforme indicado pelo sinal de fase de gás de processo para a vedação primária, por exemplo, conforme indicado pelo sinal de fase de gás de processo 239. O sistema de controle pode aquecer incrementalmente a temperatura de abastecimento de gás de processo e aumentar incrementalmente a taxa de fluxo em 506, quando nenhum líquido está presente na vedação, mas nenhum líquido é detectado no sistema de abastecimento até que uma temperatura máxima seja alcançada em 508, em cujo ponto uma saída é proporcionada, por exemplo, um alarme é soado em 510 ou até que o líquido não mais esteja presente. Quando líquido também está presente no sistema de abastecimento em 504, uma intervenção similar de aumento de fluxo e de temperatura do gás de processo ocorre em 512, que continua até que líquido não esteja mais presente no sistema de abastecimento, sob a presunção de que líquido na vedação de primeiro estágio era líquido conduzido para a vedação de primeiro estágio do sistema de abastecimento ou até que a temperatura máxima do gás de processo seja alcançada em 513. Sob essas circunstâncias, o alarme ou outro sinal de saída é ativado em 510 e a inicialização do sistema é bloqueada.

[0090] O método ainda inclui uma determinação de se o líquido está presente nas vedação de segundo estágio, por exemplo, através da interrogação do segundo sinal de fase 174 (figura 1) e o sinal de fase de gás de barreira 277 (figura 2) em 514. Quando for determinado que líquido está presente, um alerta é ativado em 516 e a inicialização do sistema é bloqueada em 518. De maneira similar, o método assegura que nenhum óleo foi introduzido além da vedação de separação 144 (figura 1) e entrou na terceira passagem 160 (figura 1). Em consequência, o terceiro sinal de fase 178 (figura 1) é interrogado em 520 e o fluxo de gás de separação é aumentado no conduto de entrada de gás de separação 216 (figura 2), por exemplo, através do comando de uma abertura adicional da válvula de controle de gás de separação 272 (figura 2), em 522, quando é determinado que líquido está presente. Esse aumento de fluxo de gás de separação continua a aumentar incrementalmente o fluxo desde que líquido ainda está presente na passagem de saída de gás de separação 158 (figura 1) ou até que a pressão do gás de separação tenha alcançado um valor máximo , em 526, conforme indicado, por exemplo, pelo sinal de pressão de entrada de gás de separação 285 (figura 2). Se a presença de líquido persistir quando a pressão máxima tiver sido alcançada em 526, a inicialização do sistema é bloqueada em 518.

[0091] O método ainda inclui uma determinação da condição mecânica das vedações de primeiro e segundo estágio 110 e 111 (figura 1), antes da inicialização. Conforme discutido acima, os anéis primário e de acoplamento de ambas as vedações são esperados estarem em contato quando nenhum fluxo de gás de vedação é proporcionado e quando o compressor não está operando. Uma indicação de operação de compressor é considerada em 528, por exemplo, através da determinação se a velocidade de eixo do compressor é zero e/ ou através de comparação das pressões de entrada e de saída do compressor e esperando que sejam iguais. Quando o compressor não está operando, a folga ou distância entre cada vedação é interrogada em 530 e um alarme é ativado em 532, se for verificado que pelo menos uma folga é não zero. Em uma modalidade, os sinais de folga indicativos de contato entre os anéis primário e de acoplamento nas vedações de primeiro e de segundo estágios 110 e 111 (figura 1) são proporcionados, respectivamente, por meio do sinal de folga de vedação de primeiro estágio 190 e do sinal de folga de vedação de segundo estágio 194. Em uma modalidade, a ativação de alarme em 532, indicando que um mau funcionamento mecânico pode estar presente nas vedações faz com que a inicialização do sistema seja bloqueada em 518.

[0092] Além de realizar várias verificações antes que um compressor seja colocado em sérvio, o controlador de lógica programável 324 (figura 3) ainda é capaz de monitorar para condições anômalas de operação da vedação, mitigando ou corrigindo condições anômalas de operação à medida que elas ocorrem e enquanto o compressor está em serviço, ativando alertas e/ ou avisos e/ ou outros sinais de saída, quando condições de falha estão presentes que não podem ser mitigadas e mesmo causando a paralisação do sistema, quando as condições garantem essa ação. Um fluxograma para um método de monitoração e controle da função de vedações de gás seco em um compressor durante uma condição dinâmica de operação é mostrado na figura 6. Conforme mostrado no fluxograma, o método inclui a monitoração de vários parâmetros operacionais das vedações e do sistema de abastecimento de gás de vedação em 602. Em uma modalidade, essa monitoração inclui a interrogação de vários sinais de sensores proporcionados ao controlador de lógica programável 324 (figura 3) e a comparação subsequente de cada sinal com uma faixa aceitável correspondente e/ ou valor máximo permitido.

[0093] Mais especificamente, o controlador de lógica programável 324 é disposto para receber vários parâmetros indicativos das condições de operação da vedação de primeiro estágio 110 e da vedação de segundo estágio 111 (figura 1) que inclui sinais tais como sinal de fase de primeiro estágio 170, o sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182, o sinal de fase de segundo estágio 174, o sinal de temperatura de segundo estágio 186, o terceiro sinal de fase 178 e outros. Cada um desses sinais pode ser comparado com uma faixa correspondente e predeterminada de valores aceitáveis e pode ser ainda comparado com um valor máximo permissível correspondente. De modo adicional, o controlador de lógica programável 324 é disposto para receber sinais indicativos de vários parâmetros operacionais de um sistema de abastecimento de gás para as vedações de gás seco que operam dentro de um compressor. Esses sinais podem incluir, conforme mostrado na figura 2, o sinal de pressão 231, o sinal de temperatura 233, o sinal de diferença de pressão 237, o sinal de fase de gás de processo 239, a temperatura do gás de vedação 245, a taxa de fluxo de gás de vedação 247, o sinal de fluxo de entrada de gás de barreira 275, o sinal de fase de gás de barreira 277, o sinal de pressão de entrada de gás de barreira 279, o sinal de fluxo de entrada de gás de separação 281, o sinal de fase de gás de separação 283, o sinal de pressão de entrada de gás de separação 285 e outros.

[0094] Esses e outros sinais são monitorados em 602, continuamente, durante operação do compressor. Os vários sinais de sensores são processados em 604 para determinar se existem indicações para uma condição anômala de operação. Esse processamento de sinais de sensores pode incluir comparações de cada sinal de sensor com uma faixa de operação aceitável ou esperada correspondente e pode ainda incluir uma comparação de cada sinal de sensor com um valor máximo permissível. Por exemplo, um dos sinais de sensores monitorados pode ser uma temperatura de vedação, tal como o sinal de temperatura de vedação de primeiro estágio 182 (figura 1) e comparado com uma faixa de temperatura aceitável para determinar se a temperatura da vedação de primeiro estágio 110 (figura 1) cai dentro da faixa aceitável e se excede uma faixa máxima permissível.

[0095] Uma determinação em 606 é feita se uma ou mais indicações de um mau funcionamento ou de uma condição anômala de operação estão presentes. Essa determinação faz com que uma notificação da condição para o operador ou outro sinal de saída seja proporcionado em 608, por exemplo, através da ativação de um alarme ou aviso e em uma modalidade ainda faz com que a iniciação de um procedimento de mitigação com alvo na correção da anomalia em 610, quando uma condição está presente. Por exemplo, um tipo de condição anômala de operação , que pode ser determinada existir, é uma inundação no processo, que faz com que fluidos sejam conduzidos nas vedações de primeiro estágio e de segundo estágio.

[0096] A determinação de quando essa condição está presente, especialmente no caso em que as vedações estão operando abaixo da temperatura de evaporação desse líquido, pode ser feita através da avaliação de vários sinais de sensores. Nesse caso, por exemplo, a temperatura de vedação primária pode estar abaixo de seu nível nominal de operação , o sensor de fase de primeiro estágio pode indicar a presença de líquido, a temperatura de vedação de segundo estágio pode indicar a presença de líquido. Para mitigar essa condição, o sistema de controle pode aumentar o fluxo de gás através das primeira e segunda vedações para expulsar o líquido e aumentar a temperatura do gás de processo tratado proporcionado para a primeira vedação , para auxiliar na evaporação de qualquer líquido restante.

[0097] Vários métodos de realização de ações de mitigação de falha podem ser empregados. Em uma modalidade exemplificativa, o sistema de controle pode realizar ajustes nas taxas de fluxo e temperatura dos vários gases proporcionados às vedações através do comando de uma série de mudanças incrementais nessas parâmetros para vários componentes responsáveis pelo ajuste desses parâmetros,. Por exemplo, no exemplo descrito acima, um aumento na temperatura do gás de processo tratado pode ser realizado de acordo com o seguinte algoritmo: P009(i + V = P009(i) + dT

[0098] onde "P009" é uma variável indicativa de uma temperatura comandada do gás de processo, tal como o sinal de comando de mudança de temperatura 241 (figura 2) , P009(i) é um comando de temperatura em um dado momento, P009(i+1) é o comando de temperatura após um tempo de processo ou intervalo de tempo de ciclo, que depende de uma taxa de execução sistema de controle e "dT" é um valor de incremento de temperatura. Pode-se apreciar que a equação acima causará aumentos de etapa para a temperatura do gás de processo com cada ciclo de execução, Esse aumento pode continuar desde que temperatura do gás permaneça abaixo da temperatura máxima permissível.

[0099] Para melhor ilustrado do exemplo mencionado acima, a taxa de fluxo dos gases fornecidos às vedações de primeiro e de segundo estágio pode ser governada pelo seguinte algoritmo: P113/115(i + l) = P113/115(i)+dQ

[0100] onde "P113/115" é a relação da taxa de fluxo de gás proporcionado à vedação de primeiro estágio para a taxa de fluxo de gás proporcionado à vedação de segundo estágio, tal como a relação do sinal de controle de fluxo 243 (figura 2) para o sinal de controle de válvula de gás de barreira 271, a relação sendo ajustada para proporcionar uma diferença de pressão uniforme através das vedações , (i+1) e (i) indicando dois comandos de fluxo consecutivos e "dQ" é um valor de incremento de relação de fluxo.

[0101] Se a mitigação em 610 não for realizada antes que um ou mais parâmetros alcancem um valor máximo permitido é alcançado em 612, o sistema de controle ativa um alarme adicional em 614 e paralisar o sistema em 616, a fim de evitar danos ao equipamento. Como previamente descrito, essa monitoração e controle da operação das vedações de gás seco em um compressor podem ser efetivos na correção, automaticamente, de condições anômalas que podem levar ao mau funcionamento e à redução na vida em serviço das várias vedações, pelo ajuste dos valores operacionais no sistema. Consistente com o procedimento de mitigação exemplificativo discutido acima, o sistema de controle é capaz de determinar a presença de muitas outras condições que requerem mitigação e ajuste de outros parâmetros operacionais.

[0102] Uma coleção de várias condições anômalas de operação, requerendo ação pelo sistema de controle é apresentada na Tabela 1 abaixo, junto com as ações correspondentes que podem ser empreendidas pelo sistema de controle para retificar essas condições. Na tabela, as condições anômalas aparecem em linhas numeradas 1 - 18 como combinações de seis entradas de sensores que aparecem sob o cabeçalho "Sensor Signal Information" - "Informação de Sinal de Sensor". A ação de mitigação para cada condição aparece como uma combinação de ações sob o cabeçalho "Control System Action" - "Ação do Sistema de Controle". Na coleção exemplificativa de dados na tabela, "F.S. Hot" - "Calor de Primeiro Estágio" - é indicativo da temperatura da vedação de primeiro estágio que excede uma temperatura nominal de operação; "F.S. LIQ" - "Líquido de Primeiro Estágio" - igual a 1 indica a presença de líquido na vedação de primeiro estágio; "S.S. HOT" - "Calor de Segundo Estágio" indica uma condição aquecida da vedação de segundo estágio e "S.S. LIQ" - "Líquido de Segundo Estágio" - indica a presença de líquido na segunda vedação . Similarmente, "SYS LIQ" - "Líquido do Sistema" - indica a presença de líquido no sistema de tratamento para o gás de processo em uma localização a jusante dos filtros knockout e "VENT OIL" - "VENTILAR ÒLEO" - indica a presença de óleo da cavidade de mancal invadindo as vedações.

[0103] Uma coleção exemplificativa de atos de mitigação também é apresentada na tabela, onde "F.S. GAS INCR." - "Aumento de Gás de Primeiro Estágio - indica um aumento na taxa de fluxo de gás proporcionado à vedação de primeiro estagio; "S.S.GAS INCR" - "Aumento de Gás de Segundo Estágio" - indica um aumento na taxa de fluxo de gás proporcionado à vedação de segundo estágio, "GAS RATIO INCR" - "Aumento na Relação de Gás" - indica um aumento na relação de taxas de fluxo de gases para as vedações de primeiro e de segundo estágio; "SEPARATION GAS INCR" - "Aumento do Gás de Separação" - indica um aumento na taxa de fluxo de gás proporcionado à vedação de separação (por exemplo, a vedação de separação 144 mostrada na figura 1) e "TEMP. INCR" - "Aumento de Temperatura" - indica um aumento de temperatura de gás de processo proporcionado à vedação de primeiro estágio. Esses aumentos de taxa de fluxo ou de temperatura pode ser realizado por meio de aumentos graduais ou incrementais, conforme descrito no exemplo acima ou podem ser realizados por qualquer outro meio adequado, por exemplo, mudanças em rampa ou lineares, mudanças seguindo uma relação funcional e assim por diante. A Tabela 1 é apresentada abaixo:

[0104] Como pode ser visto da tabela acima, várias medições de mitigação podem ser tomadas. O exemplo envolvendo a presença de líquido nas primeira e segunda vedações discutidas acima corresponde à linha #1 da tabela.

[0105] As medidas mostradas e descritas em relação à tabela 1 podem ser implementadas para cada uma das múltiplas vedações ou conjuntos de vedações usadas em um sistema de compressor. Em uma modalidade, cada uma das primeira e segunda vedações dispostas no lado de descarga de um compressor pode ser monitorada e controlada de acordo com a tabela acima e um segundo conjunto de uma primeira e segunda vedação dispostas na extremidade de sucção de um compressor pode ser controlado por uma tabela similar, correspondente dentro do sistema de controle.

[0106] Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patente e patentes aqui citadas são incorporadas através de referência da mesma forma como se cada referência fosse individual e especificamente indicada para ser incorporada através de referência e foram apresentadas aqui em sua totalidade.

[0107] O uso dos termos "a" e "an" e "the" e referentes similares no contexto de descrição da invenção (especialmente no contexto das reivindicações a seguir) deve ser construído para cobrir o singular e o plural, a menos que de outro modo indicado aqui ou claramente contradito pelo contexto. Os termos "compreendendo", "tendo", "incluindo" e "contendo" devem ser construídos como termos abertos (isto é, significando "incluindo, mas não limitado a"), a menos que de outro modo observado. A citação de faixas de valores aqui é destinada apenas a servir como um método rápido de referência individualmente a cada valor separado que esteja dentro da faixa, a menos que de outro modo aqui indicado e cada valor separado é incorporado no relatório descritivo como se fosse citado individualmente. Todos os métodos aqui descritos podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que de outro modo aqui indicado ou de outro modo contradito claramente pelo contexto. O uso de qualquer e de todos os exemplo, ou linguagem exemplificativa (por exemplo, "tais como"), aqui proporcionados pretende apenas esclarecer melhor a invenção e não possui uma limitação no escopo da invenção, a menos que de outro modo reivindicado. Nenhuma linguagem na especificação deve ser construída como indicando qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática da invenção.

[0108] Modalidades preferidas da presente invenção são aqui descritas, incluindo o melhor modo conhecido para os inventores para realização da invenção. Variações daquelas modalidades preferidas podem se tornar evidentes para aqueles versados na técnica mediante leitura da descrição precedente. Os inventores esperam que artesãos versados na técnica empreguem tais variações conforme apropriado, e os inventores pretendem que a invenção seja posta em prática de outro modo que não conforme aqui especificamente descrito. Em consequência, a presente invenção inclui todas as modificações e equivalentes da matéria em questão citada nas reivindicaçoes anexas, conforme permitido pela lei aplicável. Além disso, qualquer combinação dos elementos descritos acima em todas as suas variações possíveis é envolvida pela invenção, a menos que de outro modo aqui indicado ou de outro modo claramente contradito pelo contexto.

Claims (12)

1. Sistema de monitoração de vedação para um compressor de gás que compreende uma câmara de vedação, o sistema compreendendo: um sistema de controle; um módulo de tratamento de gás e de alimentação configurado para fornecer um fluxo de gás de processo para uma vedação sem contato lubrificada a gás disposta na câmara de vedação; uma primeira pluralidade de sensores dispostos no dito módulo de tratamento de gás e de alimentação para medir os parâmetros operacionais e proporcionar uma segunda pluralidade de sinais indicativos dos referidos parâmetros do módulo de tratamento de gás e de alimentação relativas ao fluxo de gás de processo para o referido sistema de controle; caracterizado pelo fato de que uma segunda pluralidade de sensores estão dispostos na dita câmara de vedação para medir os parâmetros operacionais da vedação e proporcionar uma primeira pluralidade de sinais indicativos dos referidos parâmetros de operação da vedação para o referido sistema de controle; uma terceira pluralidade de sensores estão dispostos no dito compressor para medir os parâmetros operacionais do compressor e proporcionar uma terceira pluralidade de sinais indicativos dos referidos parâmetros operacionais de compressor para o referido sistema de controle, em que o referido sistema de controle é disposto para: determinar uma condição de operação da referida vedação de não contato lubrificada a gás com base nas referidas primeira, segunda e terceira pluralidades de sinais; e proporcionar uma saída em resposta à referida condição de operação.

2. Sistema de monitoração de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido sistema de controle é ainda disposto para determinar a referida condição de operação como sendo uma condição de operação anômala e para realizar pelo menos um processo de mitigação para corrigir a referida condição de operação anômala através do ajuste de pelo menos um parâmetro de propriedade física do referido fluxo de gás tratado.

3. Sistema de suprimento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a referida condição de operação anômala inclui pelo menos uma de superaquecimento da referida vedação de não contato lubrificada a gás e uma presença de um estado líquido de matéria no referido fluxo de gás tratado.

4. Sistema de monitoração de vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um processo de mitigação inclui o aumento, seletivamente, de uma taxa do referido fluxo de gás tratado incrementalmente enquanto a referida condição de operação anômala está presente e até que um limite de fluxo seja alcançado.

5. Sistema de monitoração de vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um processo de mitigação inclui o aumento, seletivamente, de uma temperatura do referido fluxo de gás tratado incrementalmente enquanto a referida condição de operação anômala está presente e até que um limite de temperatura seja alcançado.

6. Sistema de monitoração de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida segunda pluralidade de sensores inclui pelo menos um dentre um sensor de fase, disposto para proporcionar um sinal de fase indicativo de uma presença de matéria não gasosa adjacente à referida vedação de não contato lubrificada a gás, um sensor de temperatura disposto para proporcionar um sinal indicativo de uma temperatura de um componente da referida vedação de não contato lubrificada a gás, um sensor de folga disposto para proporciona um sinal de folga indicativo de uma distância entre um anel primário e um anel de encaixe da referida vedação de não contato lubrificada a gás e um sensor de posição disposto para proporcionar um sinal de distância axial, indicativo de uma distância axial entre os componentes giráveis e estacionários do referido compressor.

7. Sistema de suprimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida primeira pluralidade de sensores inclui pelo menos um dentre um sensor de pressão disposto para proporcionar um sinal de pressão indicativo de uma pressão do referido fluxo de gás tratado, proporcionado, um sensor de temperatura disposto para proporcionar um sinal de temperatura indicativo de uma temperatura do referido fluxo de gás tratado, um sensor de pressão diferencial, disposto para proporcionar um sinal de pressão diferencial indicativo de um estado de um filtro disposto para filtrar o referido fluxo de gás tratado, um sensor de fase disposto para proporcionar um sinal indicativo de uma presença de matéria não gasosa no referido fluxo de gás tratado e um sensor de fluxo disposto para proporcionar um sinal indicativo de uma taxa de fluxo do referido fluxo de gás tratado.

8. Sistema de suprimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida terceira pluralidade de sensores inclui pelo menos um dentre um sensor de velocidade disposto para proporcionar uma taxa de sinal de rotação indicativo de uma velocidade do compressor, um sensor de pressão de sucção disposto para medir uma pressão de gás de processo em um lado de sucção do compressor, um sensor de pressão de descarga disposto para proporcionar uma pressão de gás de processo em um lado de descarga do compressor, um sensor de vibração de lado de sucção disposto para medir uma vibração em um flange de sucção do compressor e um sensor de vibração de lado de descarga disposto para medir uma vibração em um flange de descarga do compressor.

9. Sistema de suprimento, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle é ainda disposto para: determinar uma condição estática da referida vedação de não contato lubrificada a gás, com base nas referidas primeira e segunda pluralidades de sinais antes da operação do referido compressor; bloquear a partida do referido compressor, quando a referida condição estática é uma condição anômala; e proporcionar um sinal de saída em resposta à referida condição estática.

10. Sistema de suprimento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a determinação da referida condição estática é baseada em uma comparação de uma distância axial medida entre os componentes giráveis e estacionários do referido compressor com um valor limite.

11. Sistema de suprimento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a determinação da referida condição estática é baseada em um sinal de folga proporcionado por um sensor de folga disposto para medir uma distância entre um anel primário e um anel de encaixe de uma vedação de não contato lubrificada a gás.

12. Sistema de suprimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido sistema de controle é disposto ainda para proporcionar uma representação visual da referida condição de operação.

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