Reconfiguración de Compresores Centrífugos para maximizar el flujo de

gasMarcelo Tello/Héctor Olivares

Cd Del Carmen, Campeche, México

21 Marzo 2014

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)

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.

VPCOMP(0313) - 4A DRIVING FORCE FOR POWER

Caterpillar: Non-Confidential

C16

C40M

Producción

TransporteC40P C45

C65

C41

C61

C75

Familia de compresores de Gas Solar

C85C33

C51

C50

CAVIDAD DE DESCARGA

CARCASA

SALIDA DE ÁLABE GUIAPISTÓN 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

Componentes de un Compresor Centrífugo

Rotating

Static

TIEBOLT

TRIMBALANCESLEEVE

THRUSTBEARINGS

STUBSHAFT

IMPELLER ROTORSPACER

BALANCEPISTON

SHAFTSEALS

JOURNALBEARING

C334 - 2 Stage

Componentes de un Compresor Centrífugo

VANELESSDIFFUSER

INLETCAVITY

DIFFUSERASSEMBLY(Stator)

GUIDEVANE

DISCHARGECAVITY

LABYRINTHSEAL

COUPLINGHUB

ENDCAP

CASING

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)

Compresión de Gas con N2

Punto de Diseño

Contenido de N2Punto 1 = 3.263%Punto 2 = 17.77%Punto 3 = 46.86%Punto 4 = 57.62%

Efecto Temperatura de Descarga

Punto de Diseño

- 375 °F

Límite de SellosInternos de Compresor

Propiedades del Gas

Eta P1

Efecto sobre Temperatura

T = T2

P2P1

(K – 1)/K

1

T2 = T1 +isen

(T1 + C2) P2 (K – 1)/K

- 1- 1

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 IsentrópicaK = Relación de Calores Específicos

isen

K = CpCv

Cp = Calor Específico a presión constanteCv = Calor Específico a volumen constanteK = Relación de Calores Específicos

Efecto sobre proceso Isentrópico

Head = C1isen

(T1 + C2) Zave P2SG (k – 1)/k P1

(K – 1)/K

- 1- 1

T1 = Temperatura de SucciónZave = Compresibilidad PromedioK = Relación de Calores EspecíficosSG = Gravedad EspecíficaP1 = Presión de Succión (absoluta)P2 = Presión de Descarga (absoluta)

Respuesta al Incremento de Temperatura

Efectos N2

Efectos alto contenido de N2:

1. Alta temperatura de descarga2. Baja eficiencia del compresor centrífugo

o Menor Flujoo Mayor demanda de Potenciao Mayor o menor demanda de velocidad

3. Bajo desempeño equipo motríz

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

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)

Tipo de Impulsores

AB

CD

E

VPCOMP(0313) - 18A DRIVING FORCE FOR POWER

Caterpillar: Non-Confidential

Características del Diseño de Compresores Centrígugos

LOW LOSS RADIAL INLET

DRY COUPLING

ADVANCED IMPELLER AERO/MECH DESIGN

EFFICIENT PRESSURERECOVERY AT DISCHARGE

TILT PAD THRUST BEARING

HIGH-PRESSURE

DRY GAS SEALS

VPCOMP(0613) - 19A DRIVING FORCE FOR POWER

Caterpillar: Non-Confidential

BENEFICIOS

• 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