Marcelo Tello/Héctor Olivares Cd Del Carmen, Campeche, México

Presentación del tema: "Marcelo Tello/Héctor Olivares Cd Del Carmen, Campeche, México"— Transcripción de la presentación:

1 Marcelo Tello/Héctor Olivares Cd Del Carmen, Campeche, México
4/11/2017 Reconfiguración de Compresores Centrífugos para maximizar el flujo de gas Marcelo Tello/Héctor Olivares Cd Del Carmen, Campeche, México 21 Marzo 2014 Gracias por su interés y sean bienvenidos a esta presentación de Restage 1

2 Agenda Definición de Compresor Centrífugo
Componentes y Diseño de Compresores Variables a considerar en la selección de los Compresores Centrífugos Características del Compresor y del Gas Compresión de Gas Vs Alto Contenido de Nitrógeno Limitaciones del Compresor Efectos del Nitrógeno en el Gas de Proceso Beneficios del Restage (Reconfiguración de etapas del compresor)

3 Definición Compresor Centrífugo
Un compresor centrífugo aumenta la presión de un fluido a base de adición de energía a través de los impulsores en el rotor. Esta energía cinética se transforma en un incremento de presión cuando el fluido pasa por un difusor.

4 Familia de compresores de Gas Solar
4/11/2017 Producción C61 C51 C50 C41 C16 C40M C33 Solar manufactures 18 different models of centrifugal natural gas compressors which match the speed and power of our gas turbines and handle a wide variety of conditions and power requirements in the oil and natural gas industries. Solar gas compressors serve the oil and gas and the transmission industries in a wide area of applications and power ranges and the ultimate goal of our development initiative is to have a complete suite of gas compressor products for all oil and gas applications in our power range, including gas gathering and boosting, gas processing, storage, gas lift and gas re-injection. The current offering for gas compressors ranges from the C16 to the C61 for the compressors that serves the production market, and from the C40 to the C85 for those who specifically serve the pipeline market. The compressors for the Production application generally have many impellers. We sometimes call them multistage machine. The smallest one we build is the C16 [click] with impeller diameters of 190 mm. The largest one is the C61 [click] with impeller diameter around 610 mm (24”). The Pipeline compressors on the other hand, typically have one or two impellers ranging from 380 mm (15”) in a C40 [click] to close to a meter in a C85 [click]. (0.74m-0.91m / 29-36”) Solar currently produces more than 150 new gas compressors and performs over 200 compressor overhauls and restages per year. We see significant future growth in the upstream and midstream sectors of the oil and gas industry. Our compressors are optimized for this market segment. C85 C75 C65 Transporte C45 C40P A DRIVING FORCE FOR POWER Caterpillar: Non-Confidential 4

5 Componentes de un Compresor Centrífugo
CAVIDAD DE DESCARGA CARCASA SALIDA DE ÁLABE GUIA PISTÓN DE BALANCE CAVIDAD DE SUCCIÓN BRIDA DE DESCARGA IMPULSOR LABERINTO DIFUSOR ESTATOR CHUMACERA RADIAL CHUMACERA DE EMPUJE CARA DE SELLO SECO GUÍA ÁLABE DE ENTRADA ÁLABE GUÍA INTERMEDIA BRIDA DE SUCCIÓN ACOPLAMIENTO

6 Componentes de un Compresor Centrífugo
VANELESS DIFFUSER INLET CAVITY DIFFUSER ASSEMBLY (Stator) GUIDE VANE DISCHARGE CAVITY LABYRINTH SEAL COUPLING HUB END CAP CASING Rotating Static TRIM BALANCE SLEEVE THRUST BEARINGS STUB SHAFT IMPELLER ROTOR SPACER BALANCE PISTON SHAFT SEALS JOURNAL BEARING TIE BOLT C Stage

7 Variables consideradas en el diseño del Compresor Centrífugo
P1 y T1 (presión y temperatura de succión) P2 y T2 (presión y temperatura de descarga) Q (Flujo) S.G (gravedad específica) Ratio de Presión (P2/P1) Veamos cómo se comporta un compresor cuando variamos el contenido de N2. Utilicemos ésta curva de desempeño ó Cabezal Isentrópico - Gasto Volumétrico. A simple vista se aprecia que los puntos de operación se encuentran en una zona eficiente y que aún se cuenta con un margen de velocidad y surge saludable. Esta corresponde un compresor intermediario C336i localizado en la estación de compresión Jujo. Se trata de un paquete Taurus 60 con tres compresores en serie. La gráfica nos muestra un pequeño desplazamiento hacia la izquierda con respecto al punto de diseño, indicado por el número 1. El orden cronológico (ascendiente) corresponde a la alza en contenido de N2, desde 3.263% a 57.62%. Con esto concluimos que al aumentar el contenido de N2 mientras se mantienen las mismas condiciones de operación, se dará un decremento de gas volumétrico. En este caso de aproximadamente 10%. Con esto también concluimos que si la sustitución de N2 por hidrocarburos, se da de manera uniforme, el cabezal isentrópico también será uniforme. Aquí la excepción es el punto número 2, ya que en este caso, cambió la distribución del contenido de otros gases, lo cual dio lugar a una composición muy diferente al resto.

8 Compresión de Gas con N2 Contenido de N2 Punto 1 = 3.263%
Punto de Diseño Contenido de N2 Punto 1 = 3.263% Punto 2 = 17.77% Punto 3 = 46.86% Punto 4 = 57.62% Veamos cómo se comporta un compresor cuando variamos el contenido de N2. Utilicemos ésta curva de desempeño ó Cabezal Isentrópico - Gasto Volumétrico. A simple vista se aprecia que los puntos de operación se encuentran en una zona eficiente y que aún se cuenta con un margen de velocidad y surge saludable. Esta corresponde un compresor intermediario C336i localizado en la estación de compresión Jujo. Se trata de un paquete Taurus 60 con tres compresores en serie. La gráfica nos muestra un pequeño desplazamiento hacia la izquierda con respecto al punto de diseño, indicado por el número 1. El orden cronológico (ascendiente) corresponde a la alza en contenido de N2, desde 3.263% a 57.62%. Con esto concluimos que al aumentar el contenido de N2 mientras se mantienen las mismas condiciones de operación, se dará un decremento de gas volumétrico. En este caso de aproximadamente 10%. Con esto también concluimos que si la sustitución de N2 por hidrocarburos, se da de manera uniforme, el cabezal isentrópico también será uniforme. Aquí la excepción es el punto número 2, ya que en este caso, cambió la distribución del contenido de otros gases, lo cual dio lugar a una composición muy diferente al resto.

9 Efecto Temperatura de Descarga
Límite de Sellos Internos de Compresor - 375 °F Punto de Diseño Pero la temperatura de descarga no puede visualizarse en la curva anterior. Veamos cómo se comporta la temperatura con el aumento de Nitrógeno. Aquí se concluye que a pesar que con el alza de N2 también aumenta la temperatura de descarga y en este caso se ha excedido el límite de los sellos internos, lo cual es concerniente.

10 Propiedades del Gas Qué propiedad del Nitrógeno influye el alza en temperatura? Uno de los parámetros más importantes en la compresión de un gas es el Peso Molecular, mismo que se utiliza para calcular la Gravedad Específica; esto es, la relación entre el peso molecular del gas de proceso sobre el peso molecular del Aire; Entre más alta sea la Gravedad Específica, menor será la energía requerida para comprimir un gas. En ésta gráfica se muestra la gravedad específica del Nitrógeno, Aire y Metano, entre otros. Estos 3 tienen una gravedad específica muy similar, sin embargo sólo el Etano favorece a la compresión sin aumentar la temperatura de descarga. Por lo tanto en un proceso isentrópico, la Gravedad Específica no es tan impactante. Pero la Relación de Calores Específicos (representada por K) juega un papel muy importante en la temperatura de descarga.

11 Efecto sobre Temperatura
K = Cp Cv Cp = Calor Específico a presión constante Cv = Calor Específico a volumen constante K = Relación de Calores Específicos (T1 + C2) P2 (K – 1)/K T2 = T1 + - 1 - 1 Eta P1 isen La relación del calor específico a presión constante y el calor específico a volumen constante (ambos de un gas determinado) se le conoce como Relación de Calores Específicos. Y basándonos en la segunda expresión Matemática, demostramos que K es directamente proporcional a la temperatura de descarga. T1 = Temperatura de Succión (°F ó °C) T2 = Temperatura Descarga (°F ó °C) P1 = Presión de Succión (absoluta) P2 = Presión de Descarga (absoluta) Eta = Eficiencia Isentrópica K = Relación de Calores Específicos P2 (K – 1)/K T = T 2 1 P1 isen

12 Efecto sobre proceso Isentrópico
Head = C1 isen (T1 + C2) Zave P2 SG (k – 1)/k P1 (K – 1)/K - 1 - 1 T1 = Temperatura de Succión Zave = Compresibilidad Promedio K = Relación de Calores Específicos SG = Gravedad Específica P1 = Presión de Succión (absoluta) P2 = Presión de Descarga (absoluta) Entonces cuál es el impacto de la relación de calores específicos con respecto a la cabeza isentrópica? Recordemos ahora la curva con lo s 4 puntos de operación donde los puntos de operación con mayor contenido de Nitrógeno se desplazaron hacia la izquierda sin afectar la cabeza isentrópica. Aclaremos pues que mientras la relación de calores específicos si influye sobre la cabeza isentrópica. Pero la Gravedad Específica es inversamente proporcional a la cabeza isentrópica, y esto causa una pseudo-compensación.

13 Respuesta al Incremento de Temperatura
4/11/2017 Como respuesta al incremento de temperatura se opta por poner más compresores en serie y/o también se puede cambiar los sellos de Babitt por sellos de porcelana de alta temperatura. Cuando se tiene un equipo que consta de tres compresores, el enfriamiento del segundo y tercer compresor es más difícil porque se tiene una limitante en los enfriadores de gas- aire. En los enfriadores de gas-aire la limitante es la temperatura ambiental porque la temperatura de salida de los enfriadores será 20 grados F por arriba de la temperatura ambiente. También se puede optar por tener una temperatura de descarga del enfriador de 15 grados F por arriba de la temperatura ambiente pero esto requiere de muchas más área de contacto en el intercambiador de calor haciéndolo mucho mas grande.

14 Efectos N2 Efectos alto contenido de N2: Alta temperatura de descarga
Baja eficiencia del compresor centrífugo Menor Flujo Mayor demanda de Potencia Mayor o menor demanda de velocidad Bajo desempeño equipo motríz Pero la temperatura de descarga no puede visualizarse en la curva anterior. Veamos cómo se comporta la temperatura con el aumento de Nitrógeno. Aquí se concluye que a pesar que con el alza de N2 también aumenta la temperatura de descarga y en este caso se ha excedido el límite de los sellos internos, lo cual es concerniente.

15 Soporte e información requerida
Que es un Restage? Cambio de componentes internos (etapas) de un compresor para satisfacer los nuevos requerimientos o cambios del proceso. Otros sistemas relacionados: Enfriadores de Gas, Sistemas de Sellos y Caja Reductoras Soporte e información requerida Análsis de rendimiento del compresor Base de datos del comportamiento del compresor

16 Que típicamente se cambia en el Restage?
El número de etapas del compresor El tipo de impulsor y estator de cada etapa Rango de Potencia de la Turbina (Según aplique) Sistema de Sellos Secos (Según sea requerido) Sistema de enfriamiento de gas (Según se requiera)

17 Tipo de Impulsores A B C D E

18 Características del Diseño de Compresores Centrígugos
VPC401(98): Solar C401/C402 Gas Compressors 4/11/2017 2:27 PM LOW LOSS RADIAL INLET ADVANCED IMPELLER AERO/MECH DESIGN EFFICIENT PRESSURE RECOVERY AT DISCHARGE DRY COUPLING TILT PAD THRUST BEARING HIGH-PRESSURE DRY GAS SEALS A DRIVING FORCE FOR POWER Caterpillar: Non-Confidential

19 VPC401(98): Solar C401/C402 Gas Compressors
BENEFICIOS VPC401(98): Solar C401/C402 Gas Compressors 4/11/2017 2:27 PM Cubrir los nuevos parámetros del proceso. Recuperación del flujo manejado El aumento de la eficiencia del compresor Eliminación del flujo de recirculación Ahorro en energía o consumo de combustible El aumento de velocidad de la turbina de potencia Augmented by their modular rotor assembly, Solar Gas Compressors can be easily restaged on-site or at Solar overhaul facilities. Restaging can improve operating economics when field conditions change. For example: (CLICK) Increasing the compressor efficiency by eight percentage points would result in an increase in flow of 20%. (CLICK) Elimination of a 20% recycle flow by restaging would result in a 20% savings in power or fuel consumption. (CLICK) Increasing the power turbine speed from 72 to 96% would result in an increase of 8% in flow or an 8% reduction in power at the original flow. (CLICK) Tools, available from Solar’s customer service such as Softmap, can assist in evaluating restage economics. A DRIVING FORCE FOR POWER Caterpillar: Non-Confidential