Pdvsa

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PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

COMPRESORES

MDP–02–K–01

INTRODUCCION

APROBADA

MAY.96

0 2 F.R.

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INTRODUCCION 0 MAY.96

Página 1

.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

1 OBJETIVO

El objetivo de la introducción es presentar la forma como está estructurado el volumen “Compresores” para facilitar las labores del ingeniero de proceso en la localización de la información requerida en el área de compresores.

2 ALCANCE

Cubre los capítulos involucrados con “Compresores”, los cuales son Principios Básicos, Selección del Tipo de Compresor, Cálculos en Sistemas de Compresión y Ventiladores.

Se excluye aspectos teóricos relacionados con durabilidad de máquinas compresoras y uso de auxiliares, compresores centrífugos, compresores axiales, compresores reciprocantes, compresores rotatorios, eyectores, selección de elementos motrices, motores eléctricos, turbinas a vapor y expansores de gas, motores reciprocantes y turbinas a gas, sistemas de tuberías de la unidad del compresor y equipos del tren de proceso y sistemas auxiliares del compresor e instalaciones requeridas, los cuales pueden ser revisados en las subsecciones C, E, F, H, I, K, L, M, N, O y P de las “Prácticas de Diseño”, versión 1986.

2.1 Principios Básicos

Este capítulo está identificado como PDVSA–MDP–02–K–02 y describe los conceptos involucrados en el áreas de compresores, las consideraciones básicas para el diseño de los mismos y una guía para la elaboración de las hojas de especificaciones de proceso de compresores.

2.2 Selección del Tipo de Compresores

Este capítulo está identificado como PDVSA–MDP–02–K–03 y presenta información sobre los diferentes tipos de Compresores disponibles comercialmente y las bases para la selección del tipo de compresor.

Para detalles adicionales de un tipo de compresores en específico, se recomienda su consulta en las respectivas subsecciones de las Prácticas de Diseño, versión 1986.

2.3 Cálculos en Sistemas de Compresión

Este capítulo está identificado como PDVSA–MDP–02–K–04 y presenta los procedimientos de cálculos típicos en los sistemas de compresión.

2.4 Ventiladores

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INTRODUCCION 0 MAY.96

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PDVSA

3 REFERENCIAS

Las referencias se indican en cada uno de los capítulos tratados.

4 DEFINICIONES

Las definiciones se presentan en el capítulo PDVSA–MDP–02–K–02

“PRINCIPIOS BASICOS”.

5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Las consideraciones de diseño serán tratadas en cada uno de los capítulos que forman parte del volumen de Compresores.

6 NOMENCLATURA

No aplica en esta sección.

7 APENDICE

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PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

COMPRESORES

MDP–02–K–02

PRINCIPIOS BASICOS

APROBADA

MAY.96

0 58 F.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

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PRINCIPIOS BASICOS 0 MAY.96

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PDVSA

Indice

1 OBJETIVO

. . .

2 2 ALCANCE

. . .

2 3 REFERENCIAS

. . .

2 4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO

. . .

3

4.1 Definiciones Generales . . . 3 4.2 Generalidades . . . 6

4.3 Factores Sensitivos en Costos de Inversión . . . 6

4.4 Velocidad de Flujo . . . 4.5 Propiedades de los Fluidos . . . 7

4.6 Efecto del Reciclo . . . 12

4.7 Determinación del Tamaño de Tuberías . . . 13

4.8 Presión de Entrada . . . 13

4.9 Presión de Descarga . . . 14

4.10 Presión de Ajuste . . . 15

4.11 Temperatura de Entrada . . . 15

4.12 Temperatura de Descarga . . . 15

4.13 Etapas del Proceso . . . 16

4.14 Control. . . 18

4.15 Cabezal . . . 18

4.16 Condiciones Extremas de Operación . . . 20

4.17 Consideraciones para el Arranque. . . 21

4.18 Flexibilidad para Expansión . . . 24

4.19 Requerimientos de Potencia . . . 25

4.20 Condiciones Ambientales . . . 26

4.21 Líquido en Corrientes Gaseosas . . . 26

4.22 Materiales para Maquinarias . . . 28

4.23 Características de los Servicios de Compresió que Afectan los Sellos del Eje. . . 29

4.24 Diseño para Mínimo Mantenimiento . . . 30

4.25 Exactitud de la Información de Ingeniería Suministrada por el Suplidor . . . 30

4.26 Presión y Temperatura de Diseño . . . 31

4.27 Especificaciones del Compresor . . . 35

4.28 Requerimientos de Servicios del Compresor . . . 35

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PDVSA

1 OBJETIVO

El objetivo de este capítulo es presentar los fundamentos teóricos que permitan una óptima comprensión de la terminología usada en el área de compresores.

2 ALCANCE

En este capítulo se muestran las definiciones básicas y consideraciones relevantes para lograr el diseño óptimo de servicios de compresión. La nomenclatura y definiciones aquí presentados son aquellas usadas convencionalmente en el campo de la ingeniería de servicios de compresión. Además, se especifica la información que debe ser suministrada por el diseñador y la suministrada por el suplidor del compresor.

3 REFERENCIAS

Prácticas de Diseño (Versión 1986).

Vol. VI, Sección 11 Compresores Vol. VII, Sección 12 Instrumentación

Vol. VII, Sección 15 Seguridad en Diseño de Planta

Manual de Ingeniería de Diseño

Vol.9 “Intrumentación”, Especificación de Ingeniería PDVSA–K–339.

Instrumentación de equipos Rotatorios”.

Vol.14 “Equipos Rotativos”, Especificación de Ingeniería

PDVSA–GB–201–R. “Compresores Centrífugos”. (1993)

PDVSA–GB–203. “Compresores de Desplazamiento Positivo para Aire de Servicios e Instrumentos”. (1993)

PDVSA–GB–202–PR. “Compresores Reciprocantes”. (1993) Vol.14 “Equipos Rotativos”, Especificación de Ingeniería

PDVSA–GB–204–R. “Compresores Rotatorios”. (1993)

Vol.22 “Seguridad en el Diseño”, Guía de Ingeniería PDVSA–90622.1.001. “Guías de Seguridad en Diseño”.

Manual de Calidad de Servicios Técnologicos Vol. VII Normas Nacionales e Internacionales

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PDVSA

API Standard 618, Reciprocanting Compresors for General Refinery Services. (Feb.1995)

Otras Referencias

Baumeister, T., ed. “Marks’ Mechanical Engineers’s Handbook”, 9th ed, McGraw–Hill Book Company, 1987.

Gibbs, C. W., “Compressed Air and Gas Data”, Ingersoll–Rand Co., 1971.

Ludwig, E. E., “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants”, Volume III, Gulf Publishing Co., 1983.

Perry, Robert H., et al., “Chemical Engineers’ Handbook”, 5th ed, McGrawHill Book Company, 1986.

Edmister, W. C., “Applied Hydrocarbon Thermodynamics”, Gulf Publishing Co., Vol. I 1984.

Engineering Data Book, Natural Gas Processors Suppliers Association, Tulsa, Oklahoma, 1966. 9th ed. 1972, with 1974 and 1976 Revisions.

4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO

4.1 Definiciones Generales

Capacidad de un Compresor – Es la cantidad de gas liberado cuando opera a

presiones de entrada y salida especificadas. La capacidad es medida en volumen a las condiciones de presión, temperatura, composición del gas y contenido de humedad a la entrada del compresor.

Temperatura Crítica – Es la mayor temperatura a la cual un gas puede ser licuado. Presión Crítica – Es la presión de saturación a la temperatura crítica.

Proceso Adiabático – Proceso durante el cual no hay calor adicionado o

removido del sistema.

Proceso Isentrópico – Proceso donde la entropía se mantiene constante. Proceso Isotérmico – Proceso en el cual no hay cambio en la tempertura. Proceso Politrópico – Proceso en el cual hay cambios en las características del

gas durante la compresión.

Mol – es el peso de un gas numéricamente igual al peso molecular o al pseudo

peso molecular de una mezcla de gas. Un kilogramo mol (lb mol) es el peso en kilogramos (lb) igual al peso molecular del gas. A las mismas condiciones de presión y temperatura, el volumen de un mol es el mismo para todos los gases perfectos.

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PDVSA

Espacio Muerto – (tolerancia) en un cilindro reciprocante es el volumen

remanente al final del cilindro el cual no es recorrido por movimientos del pistón. Incluye el espacio entre el pistón y la cabeza al final de la carrera de compresión; espacio bajo las válvulas, etc. y es expresado como un porcentaje del desplazamiento del pistón en un recorrido. El espacio muerto puede ser diferente, para los dos extremos de un cilindro de doble actuación, en el cual se usa un valor promedio para describir el compartimiento total del cilindro.

Factor de Compresibilidad – es la relación del volumen actual de un gas al

volumen de un gas perfecto a las mismas condiciones.

Eficiencia de Compresión – es la relación del requerimiento de trabajo teórico

(usando un proceso establecido) y el trabajo actual requerido a ser hecho sobre el gas a comprimir. Tomando en cuenta pérdidas por fugas internas y fricción del fluido así como variaciones del proceso termodinámico teórico.

Relación de Compresión – se refiere a la relación de los volúmenes dentro de

un cilindro de motor reciprocante al comienzo y al final del recorrido de compresión. El valor nominal es igual al desplazamiento más el volumen de espacio muerto dividido entre el volumen de espacio muerto, pero el valor efectivo es algo menor, debido a la regulación de válvulas o de lumbrera.

Punto de Rocío – de un gas es la temperatura a la cual el vapor, a una presión

dada, comenzará a condensarse. El punto de rocío de una mezcla gaseosa es la temperatura a la cual el constituyente con el punto de ebullición más alto comenzará a condensarse.

Potencia de Gas – es el requerimiento actual de potencia para compresión a

condiciones particulares, incluyendo todas las pérdidas termodinámicas, por fugas y por fricción del fluido, pero excluyendo las pérdidas por fricción mecánica.

Relación de Presión – es la relación de la presión de descarga absoluta sobre

la presión de entrada absoluta en cualquier ciclo de compresión.

Eficiencia Volumétrica – es la relación, en porcentaje, del volumen (medido a las

condiciones de entrada) entregado, sobre el desplazamiento del pistón de un compresor reciprocante.

Compresores Centrífugos

Oleaje – Se refiere a la cíclica e inestable operación de un compresor dinámico

a bajo flujo.

Punto Normal de Operación – Este es el punto de operación usual y en el cual

se obtiene la óptima eficiencia deseada. El funcionamiento del compresor deberá garantizar el punto normal de operación, a menos que no sea especificado. Ver

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PDVSA

Punto Nominal de Compresor – es determinado como se indica:

1. La velocidad más alta necesaria para cumplir cualquier requerimiento de operación especificada.

2. La capacidad nominal requerida por el diseño del compresor para alcanzar todos los puntos de operación. Este punto será seleccionado por el suplidor para abarcar mejor las condiciones de operación especificadas dentro del alcance de la curva de funcionamiento esperada (API Standard 617). Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

Velocidad Normal – es la velocidad correspondiente a los requerimientos del

punto normal de operación (API Standard 617). Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

100% de Velocidad – es la velocidad correspondiente a los requerimientos del

punto nominal del compresor. Esta puede ser mayor o igual que la velocidad normal. El 100% de la velocidad del motor o equipo motriz del compresor deberá ser igual a la relación de engranajes (si hay alguna) a la velocidad de plena carga del motor suministrado. Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

Velocidad Máxima – Continua es el límite superior de la velocidad de operación

del compresor. Para compresores de velocidad variable, esta deberá ser 105% de la velocidad del punto nominal del compresor, a menos que otra cosa sea especificada. Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

Estabilidad y Relación de Reducción de Capacidad (Turndown) – Este

término significa la reducción del flujo másico con respecto al flujo normal, el cual se encuentra entre éste y el flujo de oleaje. La relación de reducción de capacidad con respecto al flujo normal está definida como el porcentaje de cambio de capacidad entre el punto normal y el punto de oleaje a determinada altura, operando a la temperatura de diseño y composición de gas. Esto equivale a 100% menos de la relación de porcentaje del punto de oleaje de flujo de masa normal. API Standard 617 define la relación de reducción de capacidad en términos de capacidad especifica y altura, en lugar de capacidad normal. Para mayor información consultar Prácticas de Diseño (versión 1986), Vol.VII Sec. 11E “Compresores Contrífugos”. Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

Compresores Reciprocantes

Presión de Descarga Nominal – Es la máxima presión requerida de acuerdo con

las condiciones especificadas por el comprador para un uso determinado (API Standard 618).

Temperatura de Descarga Nominal – es la temperatura más alta de operación

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PDVSA

Máxima Velocidad Permisible y Máxima Velocidad Continua – ambos se

refieren a la velocidad de rotación más alta a la cual el diseño del fabricante permitirá la operación continua. (API Standard 618). Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

Velocidad Nominal – es la velocidad más alta de operación necesaria para

cumplir con las condiciones específicas de servicio. (API Standard 618). Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

Potencia Nominal – de un compresor, es la potencia máxima garantizada

requerida por el compresor para cualquiera de las condiciones de operación especificadas. Las pérdidas del motor deben establecerse por separado. (API Standard 618). Normalmente especificado por el diseñador del servicio.

4.2 Generalidades

La ingeniería juega un papel muy importante en el diseño de servicios de compresión, sobre todo cuando se utilizan nuevas unidades compresoras; de ello depende el éxito en la operabilidad, ejecución y confiabilidad de las mismas, de manera de garantizar una operación rentable y económica.

Los costos de inversión de los equipos de proceso y equipos auxiliares son elevados y representan una porción significativa del costo total de la planta. Los costos de instalación y servicios auxiliares son por lo general más elevados que los mismos precios del equipo.

4.3 Factores Sensitivos en Costos de Inversión

Los siguientes factores en el diseño de los servicios de compresión tienen la mayor influencia sobre el costo del compresor, su accionador e instalación, y por lo tanto requieren de una atención especial durante el diseño del servicio:

• Número de unidades compresoras instaladas en paralelo.

• Tipo de Compresor.

• Diseño de etapas (Número de etapas de proceso de compresión).

• Tipo de accionador.

• Velocidad de Flujo.

• Requerimientos de cabezal.

• Requerimientos de Potencia.

• Número requeridos de sistemas separados auxiliares de aceite.

• Tipo de Control.

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PDVSA

• Libras por hora,

• Moles Totales por hora y

• Caudal actual, m3/s (Pie3/min), calculado a las condiciones de entrada.

Las velocidades de flujo y sus condiciones de presión asociadas deberán ser reportadas para todos los puntos operacionales de interés: normal, alterno, arranque, futuro, inicial de operación, final de operación, y operación de la planta a baja capacidad. Luego el suplidor del compresor, seleccionará un punto “normal” para el diseño de su mecanismo, de tal forma que abarque todos los puntos de operación especificados.

Los suplidores normalmente acordarán garantizar sólo una condición de operación. A menos que se especifique lo contrario, el punto normal de operación es diseñado como el punto de garantía estipulado por la norma API 617.

Si el desempeño en cualquier otro punto especificado es especialmente crítico, esto debe ser indicado en las especificación del diseño, para una revisión detallada con el suplidor seleccionado.

Cuando se emplea reciclo continuo en el control de pequeños compresores, debe añadirse un incremento de flujo de un 10% aproximadamente al requerimiento neto de flujo, a fin de permitir que el sistema de control esté controlando bajo cualquier circunstancia de operación.

Cuando se especifican compresores múltiples, la especificación de diseño deberá establecer la relación de capacidad de cada compresor a la velocidad de flujo total del servicio.

4.5 Propiedades de los Fluidos

Las Propiedades de los fluidos se muestran en el Capítulo “Cálculos en Sistemas de Compresión” PDVSA–MDP–02–K–04.

Propiedades de los Fluidos que Influyen en el Diseño de Servicio de Compresores

Composición de la Mezcla de Gas – La especificación del diseño tiene que

incluir una análisis completo del gas a ser comprimido para cada condición de operación especificada, identificando cada constituyente por su nombre y su velocidad de flujo individual, en moles por hora. Esta forma es la más conveniente para cálculos posteriores. Si la mezcla gaseosa contiene algunos constituyentes poco usuales, para los cuales no existe disponibilidad de datos acerca de algunas de sus propiedades, la Especificación del Diseño deberá incluir datos sobre peso molecular, relación de calor específico y la compresibilidad a las condiciones de

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PDVSA

Humedad del Aire Atmosférico – Servicios de aire con entrada atmosférica

deberán ser especificados para 100% de humedad. El contenido de agua debe ser adicionado al requerimiento de aire seco neto del proceso. Observe que el aire saturado a 32°C (90°F) contiene cerca de 3% de vapor de agua en peso, lo cual es demasiado para ser despreciado.

Temperatura Crítica, Presión Crítica – La temperatura y la presión crítica de los

constituyentes en una mezcla gaseosa son significativos cuando se realizan cálculos manuales, ya que la mayoría de los datos de las propiedades de los gases son graficados o tabulados en términos de temperatura y presión reducida:

Tr + T

Tc Ec. (1)

Pr + P

Pc _{Ec. (2)}

Estos datos no necesitan ser dados en las Especificaciones de Diseño, ya que ellos están ampliamente disponibles en la literatura de referencia en la Industria. Para cálculos de servicios de compresión, al usar los valores críticos actuales de los “Fluidos Cuánticos”, Hidrógeno y Helio, para calcular las propiedades de las mezclas da lugar a errores, los cuales son minimizados al sustituirlo por valores “efectivos” o valores pseudo–críticos. Estos valores son:

Tc Actual Pc Actual Tc Efectiva Pc Efectiva Hidrógeno 33°K (60°R) 1317KPa (191Psia) 46°k (83°R) 2255 KPa (327Psia) Helio 5.5°K (10°R) 228KPa (33Psia) 13°K (24°R) 1040 KPa (151Psia)

Proximidad al Punto Crítico – Debe tenerse especial cuidado, para prevenir una

trayectoria de compresión que se aproxime mucho a los valores de presión y temperatura crítica del gas. A medida que las condiciones se acercan al punto crítico, la exactitud del valor del factor de compresibilidad y la relación de calor específico se vuelven desconfiables. Por otra parte, un leve enfriamiento puede originar condensación dentro del compresor, lo cual a su vez ocasiona erosión, corrosión y un rápido desgaste. La trayectoria de compresión puede mantenerse separada del punto crítico, seleccionando cuidadosamente los niveles de presión de inter–etapas y controlando la temperatura del agua de enfriamiento del compresor. El ejemplo más común de este problema en los servicios a plantas de proceso es el de la comprensión del Dióxido de Carbono a presiones por encima de la presión crítica, para la alimentación de plantas de urea.

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PDVSA

flujo volumétrico, y en consecuencia, son de gran importancia en el diseño de servicios de compresión. El peso molecular está relacionado con la “constante del gas”, R, por la constante universal de los gases, R:

R + R M Ec. (3) En unidades métricas En unidades inglesas

R = Constante universal de los gases 8314.34 N m/°K kmol 1545.3 Pie lb/°R lbmol 8314.34 J/°K Kmol 1.9875 BTU/lbmol°R

La especificación del diseño deberá establecer el peso molecular promedio para cada mezcla gaseosa diferente a ser manejada por el compresor. Si el peso molecular promedio de una mezcla gaseosa (diferente al aire) se espera que varíe con respecto a las composiciones especificadas, ya sea debido a cambio en la alimentación o en el mismo proceso, entonces debe especificarse el máximo rango de variación en el peso molecular. El peso molecular promedio se obtiene al dividir el total de libras por hora entre el total de moles por hora.

Calor Específico, Relación de Calor Específico – Los términos de calor

específico utilizados para computar exponentes de compresión y temperatura son como sigue:

1. La relación de calor específico Cp/Cv = K se usa, cuando se aplica la teoría de compresión isentrópica (adiabática) . Por ejemplo:

T₂+ T₁

ƪ

P2 P₁

ƫ

k–1 k (enfriado) Ec. (4)

2. La capacidad calórica del gas ideal a presión constante, Cp°, y el efecto isotérmico de presión sobre la capacidad calórica a presión constante, DCp, son usadas por el método Edmister para evaluar el exponente de aumento de temperatura, m. Estos términos están relacionados como sigue:

DCp+Cp – Cp° _{Ec. (5)}

Para gases ideales a baja presión y altas temperaturas (absolutas), Cp se aproxima a cero y la diferencia de capacidad calórica Cp – Cv se aproxima a R. La especificación de diseño deberá dar el valor de la relación de calor específico promedio, K, para la mezcla a las condiciones de entrada y descarga (usando una temperatura de descarga estimada).

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PDVSA

Z +PV RT +

MPV

RT Ec. (6)

Por lo tanto, el volumen específico, V, de un gas real, no ideal, es calculado por: V+Z R T MP Ec. (7) donde: En unidades métricas En unidades inglesas

V = Volumen específico m3/kg pie3/lb R = Constante universal de

los gases

8314.34J/°KKmol 1545.3 pie lb/lbmol °R

T = Temperatura °K °R

P = Presión, abs kPa lb/pie2

M = Peso molecular kg/kmol lb/lbmol Entonces el flujo volumétrico actual, Q, es calculado por:

Q = F1.W.V Ec. (8) donde: En unidades métricas En unidades inglesas

Q = Flujo volumétrico, real _m3_/s _pie3_/min

W = Flujo másico kg/s lb/h

V = Volumen específico m3/kg pie3/lb

F1 = Factor cuyo valor

depende de las unidades usadas

1 1/60

Fo = Factor cuyo valor

depende de las unidades usadas

9.806 1

La compresibilidad también afecta los requerimientos de cabezal para un aumento dado de presión, ya que:

H +

ƪ

gc

ƫ

ƪ

Z R T1

ƫ

ƪ

n

ƫ

ȧ

ȱ

ƪ

P2

ƫ

n–1

n

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PDVSA

El desarrollo de la ecuación anterior muestra que el cabezal es teoricamente dependiente del valor de compresibilidad, Z, a las condiciones de entrada, independientemente de la magnitud de la relación de presión o de las propiedades del gas a las condiciones de descarga. Aún siendo esto teoricamente correcto, en la práctica se ha conseguido que el uso de un promedio del factor de compresibilidad a la entrada y a la descarga es más confiable para propósitos de diseño de ingeniería, que usar sólo el valor de la entrada. La especificación del diseño deberá incluir el factor de compresiblidad, Z, para la mezcla a las condiciones tanto de la entrada como de la descarga (a una temperatura de descarga estimada).

Contenido de Líquido – La presencia de liquidos en la corriente gaseosa,

usualmente es dañina a los compresores y deberá evitarse diseñando un sistema de entrada apropiado. Cuando el gas llega al compresor a condiciones de saturación, la especificación deberá indicarlo así, ya que esto algunas veces influye en la selección de los materiales, diseño del cilindro de enfriamiento y selección del cilindro de lubricación.

Contenido de Sólidos – Partículas sólidas grandes en la corriente gaseosa

pueden causar daños mayores en compresores de cualquier tipo. Partículas sólidas pequeñas, tales como desecho de soldadura, productos de corrosión, arena, etc, pueden dañar las válvulas y partes del revestimiento de los compresores reciprocantes, mientras que normalmente pasarán a través de compresores centrífugos y rotativos sin causar daños mayores, a menos que estén presentes grandes cantidades o en forma continua. Cuando se prevea que algunos sólidos lleguen a un compresor bajo ciertas condiciones de operación (tales como polvo de catalizador, partículas de hierro, etc), éstas tienen que ser completamente descritas en la especificación del diseño. Algunos tipos de compresores rotativos tienen mayor tolerancia que otros tipos de compresores, pero ellos también pueden ser dañados fácilmente por excesivos sólidos.

Corrosión – Los constituyentes corrosivos en el gas deben ser identificados

incluso para condiciones de operación transitorias. La sustancia corrosiva más común e importante en corrientes de refinería es el sulfuro de hidrógeno, aunque el cloruro de amonio, dióxido de sulfuro, amoniaco, cloruro de hidrógeno, dióxido de carbono y agua pueden llegar a ser significativos tanto en corrientes gaseosas como en servicios de aire. El sulfuro de hidrógeno húmedo es un problema serio, especificamente en compresores centrífugos, ya que éste puede causar agrietamiento corrosivo por tensión de componentes de acero altamente templado y endurecido. Inclusive trazas de sustancias corrosivas deberan ser especificadas en mg/kg (ppm), considerando tanto condiciones de proceso normales, así como las excepcionales.

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PDVSA

de monómeros insaturados. La predicción de la tendencia al ensuciamiento está basada principalmente en resultados de plantas pilotos y a la experiencia en procesos comerciales anteriores. Las partículas sólidas encontradas con mayor frecuencia en operación normal, después de remover el polvo inicial y escombros son, carbón, partículas de catalizador, partículas de desecantes, y productos de corrosión tales como óxido de hierro, cloruro de hierro, cloruro de amonio y sulfuro de hierro. Otros caso son los de partículas de carbón en procesos de conversión de carbón y partículas de hierro en las plantas reductoras del hierro. Los hidrocarburos más susceptibles a polimerización son acetileno, diolefinas tales como butadieno, y olefinas mayores tales como propileno y más pesadas. Los servicios comunes sujetos a mayor ensuciamiento son: vapores de gas de los procesos de reformación, gas de tope de la unidad de coquificación, y gas de tope del fraccionador de la planta de reformación y craqueo catalítico.

La temperatura a la cual comienza el ensuciamiento por polimerización gaseosa normalmente está considerada en el rango entre, 100° a 120°C (210° a 250°F), incrementandose al doble para cada incremento de 11°C (20°F) por encima de los 120°C (250°F). Las etapas y los inter–enfriamientos son diseñadas convencionalmente para mantener todas las temperaturas de descarga por debajo de 120°C (250°F) en servicios donde potencialmente el ensuciamiento por polimeros tenga lugar.

La especificación de diseño deberá describir la tendencia de ensuciamiento del gas e indicar si deben ser incluidas y especificadas instalaciones para lavado.

4.6 Efecto del Reciclo

Si se elimina el condensado (luego de un enfriamiento ) de la corriente de reciclo alrededor de un compresor que maneje una mezcla gaseosa, el peso molecular y otras propiedades del gas de reciclo cambian con respecto a las de la “alimentación fresca”. Por lo tanto, la mezcla del gas de reciclo y gas fresco que maneja el compresor mientras esté en operación de reciclo es diferente a la de la corriente principal del proceso, y esta diferencia puede afectar significativamente la actuación de compresores centrífugos y axiales, debido a su limitada capacidad de cabezal. Esto es especialmente crítico en el caso del reciclo rico en hidrógeno en reformación, servicios de compresión de gases en plantas de productos livianos, ya que el peso molecular de la mezcla puede ser reducido significativamente por el efecto de remover el condensado.

El cambio de peso molecular bajo condiciones de reciclo es especialmente significativo cuando estan involucradas dos o más etapas del proceso de compresión ya que involucra etapas de enfriamiento y separación de condensado. Se ha convenido para diseñar sistemas de reciclo, devolver la corriente de

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PDVSA

las propiedades de la mezcla gaseosa. Si se usa algún otro diseño de circuito de reciclo, deberá tomarse la previsión de recircular tanto el condesado como el vapor de la descargas al tambor separador de la entrada, para así minimizar el cambio de las propiedades del gas. La alternativa de diseñar el compresor y el elemento motriz o conductor para un punto de operación alterno con peso molecular reducido es costoso y es recomendado solamente si otras alternativas resultan imprácticas.

El sistema de reciclo normalmente deberá diseñarse para minimizar el efecto de cambio en las propiedades del gas para una velocidad de reciclo correspondiente a una perdida de alimentación a la planta, la cual requiere una velocidad de flujo de reciclo cerca del 70% del flujo del diseño normal del compresor.

En el caso de compresión de etapas múltiples, se deberá considerar el hacer uso de reciclo intermedios alrededor de cada etapa, para reducir el impacto del cambio del peso molecular. Los compresores de desplazamiento positivo son mucho menos sensibles a cambios de propiedades del gas que los compresores dinámicos, y en consecuencia no requieren de diseño de sistemas especiales para la operación de reciclo.

Nota:

Para todos los sistemas de reciclo, el controlador de la válvula de reciclo tiene que ser diseñado para operar con cambios en las propiedades de la mezcla gaseosa.

4.7 Determinación del Tamaño de Tuberías

El diseño básico de sistemas de tubería asociados con los compresores y sus sistemas impulsores se muestran en las especificaciones de ingeniería PDVSA–MID–GB–203 “Compresores de desplazamiento positivo para aire de servicio e instrumentos”, GB–202–PR “Compresores reciprocantes”. Para mayor información consultar las Prácticas de Diseño (versión 1986), Vol.VII Sec. 11 “O”, Sitemas de tuberías de la unidad del compresor y equipo de tren de proceso.

4.8 Presión de Entrada

La presión de entrada debe especificarse como el valor más bajo para el cual se espera que el compresor trabaje de acuerdo al diseño. Cualquier variación en la presión de entrada que pueda ocurrir durante la operación normal tiene que ser especificada.

Los compresores de aire deberán tener una tolerancia de 2 kPa (0.3 psi) para la caida de presión a través de la cubierta de entrada, cedazo, filtros y tuberías. La presión de entrada en los sistemas de procesos se controlan frecuentemente modulando el flujo del compresor. El método de control deberá ser identificado en

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PDVSA

La presión de entrada especificada es la presión inmediatamente aguas arriba de la brida, a la entrada del compresor. Cuando se emplea estrangulamiento a la entrada (para el control de una velocidad constante) la presión que debe ser reportada para el diseño del compresor es aquella del lado del compresor en la válvula de estrangulamiento, con la válvula en su posición controladora de velocidad de flujo normal (en consecuencia, con alguna caída de presión a través de la válvula).

El termino “entrada” es preferido sobre su sinónimo “Succión” para el uso general de diseño de servicios de compresores.

4.9 Presión de Descarga

Normal – La presión de descarga especificada es aquella requerida en la brida de

descarga del compresor ó a la salida del eliminador de pulsaciones a la descarga; o sea, aquella requerida a la presión del recipiente aguas abajo más las caídas de presión permisibles por tuberías, intercambiadores, enfriadores, separadores de aceite, etc. El suplidor del compresor establece las pérdidas permisibles a través de la entrada y descarga del eliminador de pulsaciones de compresores reciprocantes (cerca del 1% del nivel de presión absoluta en cada lado). El método para controlar la presión de descarga deberá establecerse en la Especificación de Diseño de la sección de diseño del servicio de compresión.

Máxima – La presión de descarga máxima que un compresor de desplazamiento

positivo es capaz de producir está limitada normalmente por la graduación de la válvula de seguridad a la descarga. La presión de descarga máxima que un compresor dinámico puede producir está limitada por su capacidad de cabezal máximo, con una presión de entrada máxima. El cabezal máximo es estimado de la siguiente manera:

1. Calcule el requerimiento de cabezal al punto de operación normal.

2. Añada el aumento en cabezal, estimado para entrar en “oleaje”, por el aumento en la relación de presión seleccionada para la Especificación de Diseño.

3. Para máquinas de velocidad variable, multiplique el cabezal por 110%, cuando el compresor entre en “oleaje”, debido a la flexibilidad para operar a velocidad máxima, o sea, 105% de la velocidad normal.

La presión máxima se cálcula resolviendo la ecuación de cabezal para P2:

H_Poli +

ǒ

gc_g

Ǔ

Z R T1 M

ǒ

n n–1

Ǔ

ȧȱȲ

ǒ

P2 P1

Ǔ

n–1 n –1

ȧȳȴ

1 Fo Ec. (9)

(19)

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PDVSA

4.10 Presión de Ajuste

La presión de ajuste es el máximo nivel de presión que puede ser alcanzado dentro del compresor, después de que éste se dispare y antes de que la presión sea venteada manualmente. Esto es sumamente importante para el diseño del compresor, por representar la máxima presión a la cual son expuestos los sellos del eje y el área de entrada del compresor. Esta presión normalmente es algo más alta que cualquier presión de operación de entrada y más baja que la presión de descarga, estando limitada, ya sea por una válvula de seguridad en el área de entrada del compresor, o por la presión de equilibrio para el gas cuando éste alcanza temperatura atmosférica (durante una parada). Cuando se esté determinando la presión de ajuste de diseño deberá asumirse que la válvula de bloqueo a la descarga o la válvula de retención a la descarga del compresor estará cerrada, de tal manera que la presión en este punto no estará presente dentro del compresor. Estableciendo una presión de ajuste alta, se minimiza la pérdida de gas, debido al disparo de la válvula de seguridad durante una parada; pero esto requiere de una presión de diseño alta para equipos y tuberías, incrementando así el costo.

Por lo tanto, la selección de esta presión establece un compromiso entre la pérdida de gas y el costo inicial del equipo.

4.11 Temperatura de Entrada

Debido a que la temperatura de entrada afecta tanto la velocidad de flujo volumétrico como el requerimiento de cabezal para un determinado servicio de compresión, el rango completo tiene que ser especificado. Cuando se colocan intercambiadores en la línea de entrada, el rendimiento del compresor dependerá del rendimiento de los intercambiadores; en consecuencia, se justifica poner especial atención a la interacción intercambiador/compresor. Cuando la seguridad y operabilidad del compresor dependen en alto grado de la actuación o rendimiento de un intercambiador a la entrada, deberían especificarse alarmas para la temperatura del gas de entrada (Por ejemplo, enfriamiento de gas craqueado para prevenir el ensuciamiento del compresor, calentando gas refrigerante, a fín de determinar su influencia en la selección de los materiales y los requerimientos de resistencia al impacto, etc.).

4.12 Temperatura de Descarga

La temperatura de descarga del compresor está influenciada por la temperatura (absoluta) de entrada, la relación de presión, el valor del calor específico del gas, y la eficiencia de compresor. Esta efecta el diseño mecánico del compresor, la tendencia al ensuciamiento del gas, la selección de etapas y el diseño del enfriador de descarga, más el diseño mecánico de la tubería y el requerimiento de

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PDVSA

de diseño del servicio, debido a que la eficiencia del compresor actual no es conocida aún.

Se presentan métodos para estimar temperaturas de descarga en el Capítulo “Cálculos de Sistemas de Compresión” PDVSA–MDP–02–K–04.

Durante la fase de ingeniería de detalle, luego de haber seleccionado el suplidor del compresor y el modelo, todos los aspectos del diseño del sistema que dependan de la temperatura de descarga (por ej. temperatura de entrada al post–enfriador) tienen que ser chequeadas contra la predicción de la temperatura de descarga suministrada por el suplidor del compresor.

La limitación en la temperatura de descarga para los diferentes tipos de compresores son cubiertas en las Prácticas de Diseño (versión 1986), vol. VII Subsecciónes E, F, G, H e I.

4.13 Etapas del Proceso

Razones para Diseñar el Proceso de Compresión por Etapas – Los servicios

de compresión de alta relación de presión comúnmente se separan en etapas de compresión múltiples y casi siempre incluye enfriadores entre etapas a fin de remover el calor generado en la compresión. La compresión se lleva a cabo por etapas, por las siguientes razones:

1. Para limitar la temperatura de descarga de cada etapa a niveles que sean seguros desde el punto de vista de limitaciones mecánicas o tendencia de ensuciamiento del gas.

2. Para tener disponibles corrientes laterales, en la secuencia de compresión a niveles de presión intermedia, tales como en los sistemas de los procesos de refrigeración.

3. Para aumentar la eficiencia total de compresión (a fin de obtener una reducción en potencia) manteniendo la compresión tan isotérmica como sea posible, optimizando la inversión adicional en enfriadores interetapas y los costos de operación del agua de enfriamiento contra el ahorro de potencia. Esto es un factor significativo en compresores de aire en plantas y en compresores de aire para procesos de gran capacidad.

4. Para enfriar las entradas a las etapas y de ésta manera reducir los requerimietos de cabezal de compresión total, suficientemente a fin de reducir el número de etapas de compresión requeridas. Esto da como resultado compresores más compactos y de costos de construcción más bajos.

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en los compresores reciprocantes, deflexión del rotor y empuje en los rotativos.

Definiciones de etapas de Compresión – El término “etapa de compresión del

proceso” describe el paso de compresión entre dos niveles de presión adyacentes en un sistema de proceso. La “etapa de compresión del proceso” puede ser ejecutada por una o más “etapas del compresor”. Ejemplos de “Etapas de compresión del proceso” son:

1. Servicios de compresión de gas craqueado en el proceso de Pirólisis con Vapor “Steam Cracker” con enfriamiento intermedio para limitar la temperatura de descarga de la etapa, de tal forma que el ensuciamiento sea minimizado.

2. En procesos de niveles múltiples de sistemas de refrigeración, vapor refrigerante del tambor de vaporización instantánea y de los enfriadores de nivel superior, es admitido al compresor a los niveles óptimos de presión intermedia, dividiendo asi el aumento de presión total en varias porciones discretas o “Etapas de Compresión del Proceso”

3. Los compresores centrifugos de aire son frecuentemente enfriados entre las etapas del compresor a fin de minimizar el consumo de potencia. Esta práctica común se debe principalmente a que el costo de potencia representa una gran porción del costo de operación de muchos procesos que utilizan aire comprimido.

4. Los servicios de compresores reciprocantes con una alta relación deben dividirse en etapas de compresión múltiple a fin de mantener las temperaturas de descarga del cilindro dentro de los límites impuestos por las consideraciones de lubricación del cilindro.

5. En las plantas de caucho sintético “Butyl Rubber” el servicio de compresión de cloruro de metilo es dividido en etapas de baja y alta presión a fin de permitir la remoción del agua y del hexano entre etapas, y además permitir la admisión de una corriente lateral de cloruro de metilo en un nivel de presión intermedia.

El término “etapa compresora” describe un montaje de elementos de trayectoria de flujo, diseñados para realizar toda o una parte de la etapa de compresión del proceso.

Ejemplos de “etapas compresoras” en varios tipos de mecanismos son:

1. Para compresores centrifugos, cada álabe guía en la entrada, el impulsor, el difusor y el conjunto de canal de retorno.

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3. Para compresores reciprocantes, cada cilindro o conjunto de cilindros ordenados en flujo paralelo.

4. Para compresores rotativos, la mayoría de las carcazas (con el conjunto de rotor) son de una etapa sencilla. Algunos diseños especiales tienen dos etapas compresoras (con enfriamiento intermedio) dentro de un bloque sencillo.

Equipo Interetapa – El equipo interetapa normalmente está diseñado

conjuntamente con el servicio de compresión, y las especificaciones incluidas en las Especificaciones de Diseño. Excepciones de esta regla lo constituyen las plantas en forma de paquetes y compresores de aire de proceso, para los cuales el suplidor diseña y suministra todo el equipo interetapa. Los compresores reciprocantes complejos de etapas múltiples (y servicios múltiples) son manejados comúnmente de ambas maneras, dependiendo principalmente de las preferencias de la organización de la ingeniería de detalle. Ver Prácticas de Diseño (versión 1986) vol.VII Sec. 11H “Montaje de Equipo Interetapa, Accesibilidad y Multiplicidad”.

Los elementos de equipos interetapas incluyen enfriadores, tambores, separadores, válvulas de seguridad y tuberías. El uso de válvula interetapas únicamente se requiere cuando volúmenes grandes de líquido almacenado en separadores requieren aislamiento, a fin de mantener una seguridad contra incendios. Las lineas de recirculación manual para cada etapa, frecuentemente se proveen para ayudar en las operaciones de arranque y para ayudar a mantener los niveles de presión interetapa cerca de los niveles normales, bajo condiciones de carga parcial.

4.14 Control

Para decidir sobre el sistema de control de una unidad de proceso es importante conocer las variables de proceso que son importantes y las herramientas de control y medición requeridas para efectiva operación de la unidad. En el campo de compresión, la experiencia operacional facilita el análisis del sistema de control requerido, el cual varia con el tipo de compresión. En la especificaciones de ingeniería PDVSA–MID–GB–201–R “Compresores centrifugos”, GB–202–PR

“Compresores reciprocantes” GB–203 “Compresores de desplazamiento positivo para aire de servicio e instrumentos”, GB–204–R “Compresores rotatorios”, se muestran las normas de instrumentación y contro de cada uno.

4.15 Cabezal

Requerimiento de Servicio – “Cabezal” es un término usado en la determinación

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1 g x

Joules de energía

Kilogramos de gas+metros de cabezal Pie – lb de energía

lb de gas + Pie del cabezal

El término “cabezal” ha sido tomado del campo de la hidráulica, donde la altura de una columna de liquido en metros (pie) es equivalente a la energía teoricamente requerida para producir la presión estática existente en la base de la columna. El concepto puede ser aplicado al campo de fluidos compresibles si la de presión se sustituye por “presión en la base de la columna” y el peso molecular se sustituye por la gravedad específica del líquido.

El requerimiento de cabezal para compresiones de vapor se calcula por:

H_Poli+

ǒ

g_gc

Ǔ

Z R T1 M

ǒ

n n–1

Ǔ

ƪ

ǒ

P₂ P₁

Ǔ

n–1 n –1

ƫ

1 Fo Ec. (9) Detalle de esta ecuación son presentados en el Capítulo “Cálculos de Sistemas de Compresión” PDVSA–MDP–02–K–04.

El cabezal requerido, es un concepto útil para el diseñador del servicio de compresión, ya que: PGa W x H Eficiencia Ec. (10) donde: En unidades En unidades métricas inglesas PG = Potencia del Gas Kw Hp

Capacidad del Compresor – Los compresores dinámicos, debido a que tienen

limitaciones finitas de velocidad periférica, tienen limitaciones en la cantidad de energía que una etapa dada pueda convertir en presión; es decir tienen limitación en la capacidad de cabezal. Esta limitación está definida por una curva característica de cabezal–capacidad la cual difiere para cada diseño de mecanismo centrifugo y axial. Cuando a un compresor dinámico se le imprime una condición de requerimiento de cabezal en exceso de su capacidad, el “oleaje” (flujo en reverso) ocurrirá. El “oleaje” puede causar daños o fallas al compresor. Los mecanismos de desplazamiento positivo no tienen limitaciones de cabezal como tales, pero en cambio poseen limitaciones impuestas por aumento de presión a través de una etapa del compresor, aumento de temperatura, o por la

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PDVSA

4.16 Condiciones Extremas de Operación

Además de la selección de las condiciones normales de operación, el diseñador del servicio tiene que especificar el rango de los puntos de operación alterna que debe ser capaz de aguantar el compresor. Estos puntos de operación alterna son seleccionados, de tal manera que incluyen las condiciones de operación más difíciles o severas para el tipo de compresor seleccionado en particular. En las Prácticas de Diseño (versión 1986), vol. VII secciones 11 E, F, G, H, e I, detallan las limitaciones particulares de cada tipo de mecanismo, pero la tabla siguiente, resume el significado de los parámetros, en sus valores extremos, en general:

Factores Afectados

Parámetro Al valor mínimo del

Parámetro

Al valor máximo del Parámetro

Flujo volumétrico Bajo valor para el extremo Diseño básico del tamaño de final del rango de diseño

para el mecanismo y los

la carcaza y todos los

elementos de la trayectoria del controles del flujo de

proceso.

flujo.

Flujo másico Poca significación. Requerimiento de Potencia. Temperatura de Selección de materiales Requerimiento de Cabezal; entrada para resistencia de temperatura de descarga.

impacto; selección de aceite lubricante y/o aceite aceite lubricante y/o aceite de sello.

Temperatura de Poca significación. Diseño de etapa, Diseño del Temperatura de

descarga

Poca significación. Diseño de etapa, Diseño del mecanismo para el control de expansión térmica y espacios muertos críticos; potencial formación de coque e inflamación del lubricante y inflamación del lubricante y aceite de sello; selección de aceite de sello; selección de materiales.

Presión de Requerimiento de Cabezal; Capacidad de máxima entrada aumento potencial de velocidad de flujo másico del

temperatura; máxima velocidad de flujo compresor, y porsupuesto el requerimiento de potencia; velocidad de flujo volumétrico; máxima requerimiento de potencia; potencial de presión de presión diferencial que los descarga del mecanismo; elementos mecánicos

deben soportar; potencial

diseño del sistema de sello del eje.

deben soportar; potencial de ingreso de aire

eje.

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Factores Afectados

Parámetro Al valor máximo del

Parámetro Al valor mínimo del

Parámetro

Presión de Potencial de máxima Requerimientos de cabezal; descarga velocidad de flujo diseño de carcaza y de los

volumétrico (compresores dinámicos).

pernos; presión diferencial máxima que deben soportar dinámicos). máxima que deben soportar

los elementos.

Peso molecular Máxima capacidad de Velocidades permisibles del cabezal de la máquina. gas dentro de la máquina

debido al nivel de velocidad sónica (compresores dinámi cos); máximo requerimiento cos); máximo requerimiento de potencia.

El diseñador del compresor debe reajustar las condiciones extremas de operación y además optimizar el diseño de la máquina para las condiciones de operación más frecuentes. Por esta razón el diseño del servicio de compresión deberá incluir alguna indicación acerca del intervalo de tiempo anticipado para cada condición de operación especificada.

4.17 Consideraciones para el Arranque

Objetivos de la Prueba Inicial con Aire – Las unidades compresoras para

servicios de gas y aire, usualmente son probadas con aire, por un período corto, después de su instalación inicial, después de trabajos mayores de mantenimiento, o antes de comenzar largos períodos de funcionamiento. El principal propósito de esta corrida de prueba es exponer y corregir deficiencias mecánicas que de otra manera podrían parar el proceso. Los objetivos específicos pueden resumirse como sigue:

1. Verificar la limpieza y operabilidad del aceite lubricante y los sistemas de sello del eje.

2. Probar todas las señales permisibles de arranque, señales de alarmas y paradas asociadas con la unidad compresora.

3. Revisión de las partes de desgaste (sellos de contacto, anillo de pistones, empaque del vástago del pistón, acoplamientos, dientes de engranaje, artículaciones del gobernador, etc.) a baja velocidad y carga liviana, con altas velocidades de lubricación, y con paradas frecuentes para enfriamiento e inspección.

4. Probar el encendido y apagado del accionador y sistemas del control modular y cualquier control integrado de la máquina.

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6. Verificación de alineamientos de acoplamientos y niveles de vibración con el compresor y conductor a temperaturas tan cercanas a la temperatura de operación, como sea posible.

7. Dar oportunidad de entrenamiento al operador.

8. Soplado y/o secado de las lineas de proceso y equipos.

Facilidades Requeridas para la Prueba Inicial con Aire – Usualmente se

requieren facilidades especiales en el sistema de tuberías de los compresores de tal forma que la prueba inicial con aire pueda realizarse conjuntamente con otros acondicionamientos del equipo del tren de procesos. Estas facilidades son:

1. Una línea auxiliar corta con bridas en la línea de entrada, dentro de la válvula de bloqueo de entrada, para servir como una toma de aire temporal; una portezuela de acceso para inspección, y un filtro temporal y portezuela removible. Esta línea corta normalmente es parte del diseño del filtro temporal.

2. Filtros temporales, según las especificaciones de ingeniería PDVSA–MID–GB–201–R y GB–203 son usados durante la prueba inicial con aire y al inicio de la operación del proceso, para proteger al compresor del polvo, objetos y escombros que podrían quedar a la entrada del sistema, ya sea por accidente o por descuido en la inspección.

3. Una línea auxiliar corta, de aproximadamente la mitad del diámetro de la línea, a la descarga, dentro de la válvula de bloqueo a la descarga, que sirva como una portezuela de descarga.

4. Facilidades para disminución de ruidos, algunas veces se requerirán a la entrada del aire y en las portezuelas de descarga temporal.

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Circuito Cerrado para la Prueba Inicial

1. Recirculación de una Mezcla de Gas Inerte – Mientras que casi todos los

compresores centrífugos diseñados para servicio de gas, pueden operarse en forma segura y continuamente con aire, otros no pueden hacerlo, debido a que la temperatura de descarga (o la temperatura en alguna etapa intermedia del compresor) excederá la máxima temperatura de trabajo permisible de la máquina. Esto tiende a ocurrir con mayor frecuencia, cuando la temperatura normal de entrada al proceso de servicio está muy por debajo de la temperatura del ambiente, cuando la relación de presión de servicio es muy alta, cuando el cabezal está por encima de 15000 m (50000 pie), cuando la relación de calor específico del gas está muy por de bajo a la del aire, y con accionadores de velocidad constante. Tanto los servicios de gases de alto peso molecular, como los de bajo peso molecular, pueden presentar problemas de temperatura de descarga operando con aire. El accionamiento con velocidad variable, lo cual permite operar a baja velocidad, da alguna flexibilidad para limitar la temperatura de descarga, pero el operar a velocidad parcial no es tan útil como operar a la velocidad de diseño, debido a que en el primer caso se expone a muchos problemas mecánicos potenciales. El ejemplo más común de dificultad de operación es el servicio de refrigeración con etileno. Otro ejemplo es el de gas de alimentación rico en hidrógeno, en el proceso de Hidrotratamiento.

En los casos donde la temperatura de descarga en aire pueda predecirse que estará cerca, o ligeramente por encima de la temperatura máxima permisible por la carcaza, pueden hacerse una serie de corridas de prueba muy cortas e intermitentes bajo estricto control para probar la seguridad de una corrida prolongada y para detectar problemas que puedan surgir a velocidad máxima.

Cuando haya riesgo de daños al compresor, aún haciendo corridas cortas, se pueden hacer circuitos cerrados temporales a bajo costo y llenados con una mezcla de helio–nitrógeno para recircular. Mezcla de gas y detalles del circuito deberan ser determinados por los ingenieros encargados, con el asesoramiento del suplidor del compresor.

2. Riesgos al Circular Aire – Los compresores centrífugos con sellos de aceite

no deberán operarse en ningún momento en un circuito cerrado usando aire u oxígeno, a menos que se incluyan aspectos especiales de seguridad tales como los descritos más adelante. De otra manera, podría aumentar la fuga de aceite de sello en la corriente circulante de aire, hasta formar una concentración explosiva. Ver también las Prácticas de Diseño (versión 1986), vol. VIII. Sec. 15–B. “Minimizando los riesgos de fuego, explosiones o accidentes”.

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para el secado del sistema de tuberías o para regenerar el catalizador. Para evitar el paso de aceite desde los sellos del eje hacia la corriente de aire circulante, el compresor deberá ser especificado, para inyectar nitrógeno en el laberinto interno del sello del eje. El nitrógeno actúa como una barrera de gas inerte entre el aire caliente a la descarga del compresor y el aceite de sello en las cámaras internas del drenaje de aceite, y provee una atmósfera inerte en el sello interior. El gas amortiguador también sirve como una barrera, que impide la entrada de aceite a las tuberías del sistema. Los sistemas de gas amortiguador deben dotarse de instrumentos de alarmas de baja presión diferencial, para señalar una falla del sistema de protección. Aplicaciones de este tipo deberán ser revisadas con un especialista en máquinas rotativas.

Los compresores reciprocantes con cilindros lubricados no debe ser operados nunca en un circuito cerrado usando aire u oxígeno, ya que se podría generar una mezcla explosiva en el circuito.

Condiciones de Proceso – El diseño del control y sistemas de reciclo de los

compresores deberán considerar dos situaciones anormales de operación que frecuentemente ocurren cuando maquinarias nuevas o reparadas son puestas en servicio de proceso. Primero es deseable, probar el compresor y el accionador bajo flujo total, y condiciones de carga total, incluso cuando el flujo de alimentación a la planta esté muy por debajo de lo normal. Esto requiere que el sistema de reciclo sea diseñado para permitir flujo nominal al compresor. Para esta operación de prueba, no se necesita alta eficiencia del sistema. Luego, pueden ocurrir períodos prolongados de bajo flujo de alimentación a la planta, debido a consideraciones operacionales o de mercado, haciendo deseable la operación eficiente de compresión a carga parcial. Diseñar para ésta condición puede influir en los pasos de control a la descarga, para compresores reciprocantes, y posiblemente el número de unidades paralelas provistas. Con compresores dinámicos, la eficiencia de operación a carga parcial puede ser maximizada especificando y seleccionando el diseño del compresor con estabilidad máxima (flujo mínimo de oleaje) y aplicando y optimizando el sistema de control “anti–oleaje” que considera las características actuales de la máquina asi como también la velocidad de flujo.

4.18 Flexibilidad para Expansión

Una estrategia de inversión en medios de manufactura y planificación a largo plazo ocasionalmente justifica una preinversión en el equipo inicial de planta, a fin de permitir una futura expansión de capacidad a bajo costo. Los servicios de compresión, junto con otras operaciones unitarias de planta, pueden ser especificadas inicialmente para el grado deseado de flexibilidad de expansión.

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grande, para el equipo del tren de proceso asociado, resulta muchas veces poco económico desde el punto de vista de disposición de equipo.

La mejor manera de prepararse para una expansión de servicios de compresión, en la mayoría de los casos, es especificar las condiciones de operación futuras que puedan ser definidas junto con las condiciones iniciales. Luego, especificar que el compresor, el elemento motriz y los equipos auxiliares principales (tales como tambores separadores, tuberías, sistema auxiliares de aceite, etc.) sean diseñados con un criterio de ingeniería para un costo bajo de aumento de capacidad, cuando se requiere por una expansión prevista de la unidad.

4.19 Requerimientos de Potencia

Generalidades – Los requerimientos de potencia de los servicios de compresión

tienen que ser estimados en la etapa de diseño del servicio, de tal forma que los requerimientos de diseño de los sistemas de servicios puedan ser especificados y los costos de operación estimados. Los cálculos son realizados por métodos y datos presentados en el Capítulo “Cálculos de Sistemas de Compresión” PDVSA–MDP–02–K–04. Después de la selección de los modelos de equipos, los diseños del sistema de servicio deben ser comparados con la garantía de consumo de servicios por parte del suplidor.

Reclasificación de la Capacidad del Compresor Operado a Máxima Carga

Las turbinas a gas, motores y accionadores de motores eléctricos, son frecuentemente prediseñados para una capacidad normal fija, ocasionando esto que los accionadores seleccionados sean algo más grande, que el tamaño mínimo requerido por las especificaciones de ingeniería PDVSA–MID–GB–201–R,

GB–202–PR, GB–203 y GB–204–R. El margen de potencia disponible de esta manera en los accionadores puede ser aprovechado aumentando la capacidad del compresor al nivel de requerimientos de potencia que se ajuste al criterio de selección de tamaño del accionador según las especificaciones arriba mencionadas. Si este incremento en capacidad tuviese un valor económico, y si un leve incremento en la velocidad del flujo de oleaje es aceptable, la Especificación del Diseño estipulará:

“Si existe un margen entre el requerimiento de potencia nominal del compresor y aquel permitido según la clasificación del elemento motriz seleccionado, entonces la calibración de la capacidad del compresor debe incrementarse hasta que el accionador quede a carga máxima (según especificaciones de ingeniería PDVSA–MID–GB–201–R, GB–202–PR, GB–203 y GB–204–R)” . El diseño del equipo del tren de proceso debe ser revisado entonces para determinar

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4.20 Condiciones Ambientales

Las siguientes condiciones ambientales afectan el diseño y las instalaciones de los servicios auxiliares para las unidades compresoras, y tienen que ser cubiertas en las Especificaciones de Diseño:

Factores que Afectan a todas las Unidades Compresoras:

1. Altura – La presión barométrica afecta la conversión de un indicador de

presión manométrica a valores de presión absoluta.

2. Rango de Temperatura Ambiente – Esto determina la clasificación

climática de la zona (según especificaciones de ingeniería PDVSA–MID–GB–201–R, GB–202–PR, GB–203) e influye en el diseño del rendimiento de compresores, turbinas a gas y motores de combustión interna.

3. Polvo y Arena – Cantidades excepcionales de polvillo (como partículas de

catalizador) y arena, tienen un efecto adverso en aquellas piezas descubiertas, tales como el vástago de las válvulas, laberintos de sellos de eje, articulaciones mecánicas de la turbina, y mecanismos posicionadores de los álabes directores del estator de compresores axiales.

Factores que Afectan a los Compresores de Aire, Turbina a Gas y Motores

1. Altura –La presión barométrica afecta el volúmen específico del aire y en

consecuencia, afecta el diseño del rendimiento de todas la las máquinas que operan con aire.

2. Sustancias Corrosivas y Sólidas en el Aire – La calidad del aire en los

alrededores de la entrada afecta los requerimientos de filtrado y puede afectar la selección de máquinas y materiales del sistema. La presencia de rocío de mar, vapores salados y gases químicos deben ser especificados.

3. Dirección Predominante del Viento – Esto afecta la ubicación que se

seleccionará para las tomas de aire, con respecto a válvulas que descargan a la atmósfera, fuentes de gases aceitosos, fuentes de vapores químicos, rocio de mar, etc.

Factores que Afectan a los Compresores de Gas

1. Restricciones de Emisión Atmosférica – El diseño del sistema de sello del

eje es afectado por la cantidad permitida de emisión continua de gas.

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1. Porciones de líquido pueden causar graves daños a casi todos los tipos de compresores.

2. El agua en cantidades muy pequeñas se puede combinar con H2S del gas, y producir fractura por corrosión debido a esfuerzos en las partes de acero de gran resistencia.

3. Cantidades pequeñas de agua pueden combinarse con H2S y CO2 para formar ácidos, los cuales aceleran la fátiga por corrosión y erosión, además de la corrosión de las partes incluidas en la trayectoria del gas.

4. Hidrocarburos líquidos y agua en la corriente gaseosa, diluyen y lavan la películas lubricantes de los cilindros de los compresores reciprocantes, acelerando grandemente la velocidad de desgaste de las piezas de contacto: anillos de pistones, forros del cilindro, empaque de vástagos, vástagos y válvulas.

Los compresores reciprocantes son muy sensitivos al arraste de líquido, ya sea en forma intermitente o en forma continua. Los compresores centrífugos son muy sensitivos a la corrosión por líquidos. Los compresores rotatorios del tipo anillo y tornillos helicoidales tienen la mayor tolerencia a todas las formas de líquido. Si bajo alguna circunstancia predecible, se puede esperar que algún líquido alcance el compresor, esta situación debe ser completamente descrita en la especificación de diseño.

Medios para Proteger los Compresores – Para evitar estos riesgos al

compresor el sistema de proceso podría proveerse de los siguientes tipos o medios de remoción de líquido.

1. Proveerse de un tambor separador en la línea de entrada al compresor para remover las porciones de líquido arrastradas en el gas. Además se especificarán alarmas de alto nivel de líquido y disparo automático del compresor.

2. Se especificarán trazas de calor y aislamiento de la tuberia de entrada cuando el enfriamiento de la misma, debido a la temperatura ambiental sea tal, que pueda condensar parte de líquido de la corriente gaseosa.

3. Especificar celdas colectoras de líquido, con cristales de nivel y drenaje con válvulas, colocados cerca de la brida de entrada al compresor, y así permitir un arranque seguro y facilitar el control normal de contenido de líquido. Estas instalaciones no son adecuadas para una separación y remoción continua de líquido.

4. Todos los tramos largos horizontales de la línea de entrada y las celdas bajas deberán estar provistos de drenajes en los puntos bajos.