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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Instituto Universitario de Tecnología de Administración Industrial (IUTA)- Extensión Puerto La Cruz

Plantas compresoras de gas Profesora:

Bachilleres:

Janett Garcia

Fabiana Fabién Marisabel Ramos Damaris Rojas

Puerto La Cruz, Noviembre de 2017

Introducción

En este trabajo se plantea y analiza los componentes de las plantas compresoras las cuales son los separadores de líquidos, distribuidores a Manifoild , los filtros y los equipos; todos estos hacen que pueda ocurrir el proceso de compresión de este hidrocarburo ligero como es el gas que está compuesto en su mayoría de metano, etano, propano y butano, pero en ocasiones posee impurezas las cuales son llamadas en el proceso “gas rico” cuando estas están fusionadas en el gas.

Los compresores tienen como objetivo agregarle presión a un fluido debido a que como su nombre lo dice es un aparato que sirve para reducir a menor volumen un líquido o un gas por medio de la presión, esto con el fin de ser almacenado, utilizado como combustibles o transporte en el área industrial. Pero estos poseen si no son bien manejado problemas debido a la operación que se le es dada los cuales pueden ser caída de presión y averías mecánicas, los cuales pueden ocurrir gracias a la no calibración o no tener el conocimiento del manejo de este equipo.

Componentes de las plantas compresoras:



Separador de líquidos: El papel del separador de líquido radica en la protección del compresor contra una migración accidental, por la tubería de aspiración, del refrigerante no vaporizado, que puede provocar un “golpe de líquido”, cuyos efectos perjudiciales pueden ir hasta la rotura mecánica del compresor. Los mismos efectos perjudiciales pueden venir también de un aflujo brutal a la aspiración del compresor, por causa de tapones de aceite colocados en el evaporador o en las tuberías.



Distribuidores a Manifoild: Los Distribuidores / Manifolds son responsables de centralizar los mandos de apertura y cierre de agua caliente y fría, en los ambientes con válvulas de esfera individuales. Son producidos en estándares y medidas personalizadas para atender a los más variados proyectos. • Opción con o sin registros individuales; • Interruptor de 3/4 ", 1" y 1.1 / 4 "; • 2 o 3 salidas de 16mm o 20mm.

Con las válvulas de apertura y cierre o para distribución, los Manifolds son utilizados en obras que optan por el sistema de tubería PEX, para distribución de agua caliente y fría, punto a punto en cada unidad de predial. El cuadro de distribución pex permite el ahorro de materiales como acabados y registros de cajón en los ambientes. El sistema parte de un cuadro hidráulico (donde están instalados los Manifolds) y camina por tuberías PEX embutidas en la losa o en el forro, hasta los puntos definidos en proyecto. Esto evita variaciones de presión y temperatura. En el cuadro hidráulico, se instalan dos distribuidores, uno para agua caliente y otro para agua fría (de colores distintos), siendo posible eliminar los registros de cajón y los acabados de los ambientes donde hay alimentación hidráulica, centralizando todos los registros en un mismo lugar, debidamente identificados.



Filtro: Un filtro de aire es un dispositivo que elimina partículas sólidas como por ejemplo polvo, polen y bacterias del aire. Los filtros de aire encuentran una utilidad allí donde la calidad del aire es de relevancia, especialmente en

sistemas de ventilación de edificios y en motores tales como los de combustión interna, compresores de gas, compresores para bombonas de aire, turbinas de gas y demás.



Equipos de compresión: Equipo que permite la realización de ensayos convencionales de compresión y que también permite calcular el módulo de rigidez en probetas cilíndricas y en testimonios de construcción, de dimensiones comprendidas entre 100 i 150 mm de diámetro.

Características de funcionamiento: Caudal de aspiración: hasta 10.000 m³/h Presión de compresión: hasta 11 bar g El elemento central de cada equipo de compresión es un: - Compresor de anillo líquido. Para maximizar el rendimiento de cada equipo de compresión, todos los equipos se construyen en diseño paquete incluyendo: - Condensadores - Intercambiadores de calor - Sistemas de lavado - Separadores Aplicaciones típicas: - Cloruro de vinilo monómero - Gases de purga de polipropileno - Ozono - Ácido clorhídrico - Neutralización de gas de chimenea - Condensación de gas de escape - Suministro de aire comprimido - Compresión de ácido carbónico - Absorción - Filtrado en seco - Compresión de gas cloro

Sistema de funcionamiento de una planta compresora:

Una planta de gas está diseñada para eliminar los componentes más pesados y valiosos del metano en el flujo del gas. Durante este proceso se requiere una caída de presión, la cual debe ser recuperada antes de ser introducido al gasoducto. En plantas pequeñas, generalmente se utilizan compresores con motor a gas. Instalación que consta de varios compresores, equipo de tratamiento auxiliar e instalaciones de tuberías para bombear gas natural bajo presión a grandes distancias. Una planta compresora también se denomina estación compresora. Se pueden utilizar varias estaciones compresoras para represurizar el gas en líneas de conducción de gas interestatal grande o para unir campos de gas marinos a sus terminales finales. 

Descripción del Proceso:

El gas proveniente de la línea madre del sistema de captación ingresa a un separador de entrada con un rango de presión de 12,7 a 14,7 psia cuya función específica es retener las partículas de agua en estado líquido, residuos de petróleo e impurezas que pueden ser arrastrados conjuntamente con el fluido. Luego de pasar por el separador de entrada el gas ingresa al de la planta compresora, que inicia con un scrubber de succión donde se extraerá las gotas de líquidos, luego el gas pasa por un filtro de succión para retener las impurezas antes de ingresar al compresor. La compresión del gas se realiza por medio de un compresor de tornillo en baño de aceite accionado por un motor a gas. El gas entra a la succión del compresor y es arrastrado por el giro del tornillo, el cual eleva su presión en la línea. El aceite cumple con dos propósitos: lubricar todas las piezas móviles del compresor y sellar el ingreso del gas al tornillo. Tanto el gas como el aceite salen por el puerto de descarga del compresor y se dirigen a un separador de aceite y gas en donde se separan estos fluidos. El aceite y el gas se dirigen por separado a un enfriador por aire, para rebajar su temperatura y continuar el proceso. El aceite requiere enfriarse para no perder sus cualidades lubricantes y de sello en el compresor, en tanto que el gas requiere entrar a una temperatura inferior a los 140 °F al sistema de deshidratación. Cada una de las fases, aceite y gas, por separado se enfría en un aero-enfriador con lo cual logramos recuperar la viscosidad del aceite para que continúe lubricando al compresor y a su vez, enfriando la corriente de gas, separamos una parte del agua contenida en el gas y una pequeña porción de gasolinas. La eliminación de parte de la humedad del gas condesada se logra con un scrubber, que nos permite aliviar la carga a los tamices moleculares, ya que, como veremos más adelante, el gas utilizado para regenerar los tamices, se vuelve a incorporar a la corriente de succión, para no desperdiciar el gas. Sin embargo, debido a su alto

contenido de agua, este gas de regeneración puede ocasionar arrastre de humedad al proceso. El gas comprimido, se filtra a través de filtros coalescentes para eliminar cualquier partícula liquida, sea aceite del compresor o condesados de la corriente de gas. Luego de pasar por los filtros el gas comprimido ingresa a los deshidratadores de tamices moleculares donde se lo deshidrata para ser enviado a la planta de gasolina a una presión de 150 psia y un punto de rocío de -40°C. En el proceso de compresión del gas natural, se producen condensados en los diferentes scrubbers o separadores de la planta compresora. La recolección de estos líquidos condensados, que es una mezcla de agua e hidrocarburos que componen una gasolina natural pesada se realiza en el separador de condesados. El agua separada en este equipo se drena a una cisterna, o sistema cerrado de drenaje, mientras que la gasolina natural se transporta por una tubería hasta la planta de extracción de gasolina natural.

Selección de compresores:

¿Cómo elegimos el tipo de compresor?: 

•¿ Cuál es la presión(es) de operación?



•¿ Qué caudal de aire requerimos?

    

•¿ Qué calidad de aire necesitamos? Costos Intervalo de uso Tratamiento del aire Secado y separador de líquidos

Problemas operacionales en plantas compresoras:

El compresor es uno de los elementos básicos de todo sistema de refrigeración y su función es igual de importante que la de todos los demás componentes. Si el compresor falla, el sistema completo se desbalancea y deja de funcionar, lo cual provoca una disminución en su vida útil. Siempre resulta muy importante trabajar en la familiarización del técnico con su equipo de trabajo. Llevar a cabo esta práctica permitirá alcanzar un perfeccionamiento en la técnica de diagnóstico, así como en la identificación y corrección de los problemas que se presenten. Por supuesto que no será posible lograr eliminar en un ciento por ciento aquellos factores que inciden en el daño a los compresores, sobre todo tratándose de contaminantes. 

Mantenimiento preventivo: En esta etapa es necesario llevar un registro diario de las condiciones del funcionamiento del sistema; el cual contemplará las presiones, las temperaturas, el súper calentamiento y el su enfriamiento del equipo. Los datos resultantes permitirán detectar aquellas condiciones de funcionamiento que quedan fuera de los límites aceptables.

Alteraciones en la presión de succión y la presión de descarga implican variaciones en la temperatura y resultan claros síntomas de una posible falla en el compresor. Por otro lado, el ruido excesivo del compresor, el alto consumo de corriente eléctrica o cuando el voltaje no es el indicado también es parte de los indicadores comunes que presenta un compresor dañado. Identificación del estado del equipo Además de identificar el posible daño de las piezas que son removidas, no estará de más hacer una evaluación del estado general de todas las demás. Para el análisis final en esta etapa es recomendable preguntarse:

¿Qué tan limpias están las piezas? ¿Qué tipo de contaminación existe? Habrá que identificar si existe hollín, barniz, carbonización; revestimiento de cobre y oxidación o partículas de hierro, cobre o aluminio ¿Las válvulas están averiadas? ¿Dónde y de qué manera? Respecto de las fallas por problemas eléctricos, en el caso de los compresores monofásicos es recurrente que los daños se presenten debido a una mala aplicación de los componentes de arranque. En los motores trifásicos es más común que se originen fallas por protecciones o contactores defectuosos, por lo que contar con refacciones y componentes debidamente certificados y que cumplan los estándares de calidad adopta un papel fundamental en el buen funcionamiento y mantenimiento de los compresores. Algunas de las causas más comunes de fallas en los compresores están relacionadas con ingreso de refrigerante líquido al compresor, lo que puede ocasionar arranque inundado, golpe de líquido, desgaste de las partes móviles por la dilución del aceite, entre otros daños. El calentamiento excesivo del compresor representa otra falla recurrente en el sistema y se presenta debido a la lubricación deficiente y a las altas temperaturas en la descarga, ya sea por falta de aceite, o porque el aceite pierde sus propiedades lubricantes. La correcta selección de los componentes del sistema, el diseño de la tubería y el personal certificado son elementos fundamentales para prevenir las fallas en los compresores. “En primer término, es importante, desde un inicio, hacer una buena selección de los componentes para que el sistema opere de una manera balanceada. Igualmente lo es el diseño de la tubería para evitar caídas de presión bruscas y asegurar un adecuado retorno del aceite al compresor. Por supuesto, también instalar protección al compresor (filtros, presostatos, acumulador de succión, calefactor de cárter, enfriamiento adecuado, etcétera). Para todo lo anterior, se requieren técnicos calificados con amplio conocimiento del sistema”.

Conclusión

El proceso de compresión en una planta de gas es de gran cuidado debido a que para ser el gas comercializado no puede poseer impurezas de ningún tipo además debe tener buena calidad, y de esto se encargan ingenieros especializados en el área industrial y de producción.

Los problemas operacionales como se vieron en el trabajo evidenciado son una fractura en el proceso debido a que perjudica todo el funcionamiento de la planta con normalidad debido a que si hay arrates de líquidos, solidos o algún producto toxico que no debía haber estado en el proceso se tendrá que detener el proceso de compresión de dicho gas. Una de las impurezas que puede tener este gas seria dióxido de carbono, monóxido de carbono y sulfuro de hidrogeno estos pudiendo ser mortales .

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE ADMINISTRACIÓN INDUSTRIAL

EXTENSIÓN PUERTO LA CRUZ

PLANTAS COMPRESORAS DE GAS PROBLEMAS OPERACIONALES EN PLANTA

PROFESORA

INTEGRANTES:

Janett Garcia

Sevilla Alexandra Alcala Alba Ramos Maricarmen Barrera Brigitte Angel Betancourt V semestreTecnología en Gas,

Puerto la Cruz, 08 de noviembre del 2017

INTRODUCCIÓN

La compresión se refiere al aumento de energía que se logra en un fluido gaseoso por medio de un trabajo que se efectúa sobre él, los fluidos que más comúnmente se comprimen son: el aire, gas natural, componentes separados del gas natural y gases comerciales con propósitos industriales.

Este proceso se realiza en las plantas compresoras, las cuales son instalaciones que constan de varios compresores, equipos de tratamiento auxiliar e instalaciones de tuberías para bombear gas natural bajo presión a grandes distancias En toda planta de compresión se tienen separadores de baja presión donde se retiran los líquidos recolectados como producto del enfriamiento ínteretapa.

Una planta compresora también se denomina estación compresora, se pueden utilizar varias estaciones compresoras para represurizar el gas en líneas de conducción de gas interestatal grande o para unir campos de gas marinos a sus terminales finales.

PLANTAS COMPRESORAS DE GAS

Son instalaciones, que en el caso de la industria petrolera reciben gas de las estaciones de producción, para elevar su presión por medio de compresores hasta un nivel mayor, para su posterior utilización; entre ellas cuentan, la transmisión hasta las estaciones de entrega o de medición y regulación, disposición en yacimiento o inyección en proyectos de recuperación o en proyectos de recuperación secundaria. Las plantas compresoras elevan la presión del gas de 40 y 500 psig provenientes de las estaciones de producción hasta un nivel de 5800 a 6500 psig para luego ser 34 inyectado a diferentes pozos asociados al complejo con fines de recuperación secundaria.

COMPONENTES DE LAS PLANTAS COMPRESORAS

 Separador de líquidos: Son separadores igualmente cilíndricos que tienen la función de separar los líquidos condensados o en condiciones de condensación, para garantizar que el gas de succión no arrastre líquidos al compresor.

 Enfriadores: Como consecuencia de la compresión, el gas aumenta su temperatura y se enfría en intercambiadores para acondicionarlo para la succión al

compresor de la siguiente etapa. Los enfriadores también se utilizan para enfriar a los compresores y motores, para garantizar su buen funcionamiento y larga vida.

 Compresores: Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar una energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presión.

 Filtros: es un equipo que se utiliza para el tratamiento del aire comprimido. Su principal misión es limpiar el aire comprimido de impurezas de todo tipo, incluso bacterianas

FUNCIONAMIENTO DE UNA PLANTA COMPRESORA

El gas proveniente de la línea madre del sistema de captación ingresa a un separador de entrada con un rango de presión de 12.7 a 14.7 PSIA cuya función específica es retener las partículas de agua en estado liquido, residuos de petróleo e impurezas que puedan ser arrastrados conjuntamente con el fluido.

Luego de pasar por el separador de entrada el gas ingresa al sistema de la planta compresora, que inicia con un scrubber de succión donde se extraen las gotas de líquido, luego el gas pasa por un filtro de succión para retener las impurezas antes de ingresar al compresor,

La compresión del gas se realiza por medio de un compresor de tornillo en baño de aceite accionado por un motor de gas. El gas entra en la succión del compresor y es arrastrado por el giro del tornillo el cual eleva su presión en la línea. El aceite cumple con dos propósitos: lubricar todas las piezas móviles del compresor y sellar el ingreso del gas al tornillo.

Tanto el gas como el aceite salen por el puerto de descarga del compresor y se dirigen a un separador de aceite y gas en donde se separan estos fluidos. El aceite y el gas se dirigen por separado a un enfriador por aire, para rebajar su temperatura y continuar con su proceso. El aceite requiere enfriarse para no perder cualidades lubricantes y de sello en el compresor, en tanto que el gas requiere entrar a una temperatura inferior a los 140°F al sistema de deshidratación.

Cada una de las fases, aceite y gas, por separado se enfrían en un aeroenfriador con lo cual logramos recuperar la viscosidad del aceite para que continúe lubricando el compresor a su vez, enfriando la corriente de gas, separamos una parte del agua contenida en el gas y una pequeña porción de gasolinas.

La eliminación de parte de la humedad del gas condesada se logra con un scrubber, que nos permite aliviar la carga a los tamices moleculares, ya que como veremos más adelante, el gas utilizado para regenerar los tamices, se vuelve a incorporar la corriente de succión para no desperdiciar el gas, sin embargo, debido a su alto contenido de agua, este gas de regeneración puede ocasionar arrastre de humedad al proceso.

El gas comprimido se filtra a través de filtros coalescentes para eliminar cualquier partícula liquida, sea aceite del compresor o condesados de la corriente de gas. Luego de pasar por los filtros el gas comprimido ingresa a los deshidratadores de tamices moleculares donde se lo deshidrata para ser enviado a la planta de gasolina a una presión de 150PSIA y a un punto de roció de -40°C.

En el proceso de comprensión del gas natural, se producen condensados en los diferentes scrubbers o separadores de la planta compresora. La recolección de estos líquidos condensados, que es un mezcla de agua e hidrocarburos que componen una gasolina natural pesada se realiza en el separador de condensados. El agua separada en este equipo se drena a una cisterna, o sistema cerrado de drenaje, mientras que la gasolina natural se transporta por una tubería hasta la planta de extracción de gasolina natural.

SELECCIÓN DE COMPRESORES

Variables que afectan la selección 

Caudal



Presión de succión/descarga



Composición



Temperatura ambiente



Altura sobre el nivel del mar



Disponibilidad de agua de enfriamiento



Disponibilidad de energía eléctrica



Disponibilidad de gas combustible



Relación de compresión



Temperatura de descarga

A continuación se mencionan, algunas ideas para la correcta selección de un compresor, también se describirá algo sobre su utilización e instalación:

a. El uso que se va a destinar y aquellos otros requerimientos relativos a presión, aire exento de aceite, etc. b. Máxima y mínima demanda de aire, variaciones estaciónales, desarrollo futuro previsto, etc. c. Condiciones ambientales; los factores que hay que considerar aquí son: temperaturas extremas, grado de contaminación del aire, altitud, etc. d. Clase de edificación en la que se va a instalar el compresor; los factores a considerar son limitaciones al espacio, cargo que puede soportar el sólido, limitaciones en la vibración, etc. e. Cuál es el costo de la energía. f. Qué cantidad de calor puede recuperarse. g. Que limite de disponibilidad de potencia existe. h. Que limitaciones de ruido hay. i.

Continuidad o intermitencia en la necesidad de aire.

j.

Considerar si el costo de una parada es aceptable.

k. Que experiencia tiene tanto el usuario como el personal de mantenimiento ETAPAS DE TRANSMICION DEL GAS (RELACIÓN PRESIÓN -DISTANCIA) En sistema de transmisión de gas natural comprende tuberías de alta presión que transportan gas entre puntos de abastecimiento y puntos de distribución a las áreas de consumo (de mercado). El gas distribuido en las áreas de mercado ingresa al sistema de distribución a presión más baja para ser distribuida a los consumidores finales. El gas también puede ser transportado para su almacenaje o bien para su conexión a otros sistemas de transmisión. Los sistemas de transmisión consisten de secciones de tubería interconectados y frecuentemente incluyen estaciones compresoras ubicadas a intervalos conforme a las necesidades de variación de presión del flujo de gas a través de las tuberías. La distancia entre estaciones compresoras consecutivas puede ser desde 48 km a más de 241 km, dependiendo de las condiciones del flujo como así también de los requerimientos económicos y las condiciones del terreno por donde se desarrolla el sistema.

Las presiones de operación máximas de los sistemas de transmisión son generalmente mayores a 3.450 kPa y pueden llegar a los 10.340 kPa. Relación Presión-Distancia en ductos. Supongamos una sección de gasoducto típico con una capacidad de transporte de 20 * 106 m3/diarios. Comenzando a 6.895 kPa, el gas disminuye aproximadamente 1.800 kPa de presión en los primeros 100 km, y 3600 kPa en los 100 km siguientes. A los 220 km, la presión debería descender a cero. Esta relación no lineal entre la presión y la distancia es causada por la expansión del gas.

Para una tubería horizontal, el gradiente de presión en algún punto es proporcional al cuadrado de la velocidad del gas en ese punto. Como su presión baja, el gas se expande ocupando mayor volumen y extensión de la tubería, y también la velocidad se incrementa. El incremento de velocidad, a su turno, hace que el gradiente de presión sea mayor. Esto ilustra por qué la compresión es localizada a intervalos relativamente cortos en sistemas de ductos. Si una estación compresora de poder suficiente es ubicada a los 100 km., por ejemplo, ésta puede volver la presión a 7.000 kPa y con lo cual se retorna a la relación presión-distancia relativamente monótona. En cambio, si la próxima estación compresora es ubicada al doble del intervalo aquel (a los 200 km), más de tres veces de caballos de fuerza (HP) serán requeridos para retornar a la presión de 7.000 kPa. Este ejemplo también muestra los beneficios de presiones de operación más altas y el mantenimiento de estas presiones en un sistema de transmisión. Para un

ducto de diámetro y flujo dados, a la más alta de las presiones, la pendiente de la curva de presión es la más monótona (no presenta casi variación). La presión de operación más alta, sin embargo, requiere de más compresión para el gas abastecido al sistema, junto con un mayor grosor de la lámina de acero o bien la utilización de acero más resistente en la construcción del ducto.

PROBLEMAS OPERACIONALES DE PLANTAS COMPRESORAS

Averías y problemas en la entrada de aire (sistemas de admisión y filtración de aire): La entrada de aire comburente requiere de un complejo sistema para acondicionarlo a las necesidades de la turbina de gas y obtener un buen rendimiento. El sistema de aire de admisión tiene principalmente dos funciones: 

Filtrar el aire, de manera que el polvo ambiental o cualquier otro residuo nocivo no entre a la turbina de gas y no cause diversos problemas.



Aumentar la densidad del aire enfriándolo y/o humedeciéndolo.

Los sistemas de admisión de aire se deterioran con el paso del tiempo y con la exposición a los elementos atmosféricos . Esto provoca ensuciamientos bruscos y averías en el compresor de la turbina, generalmente por erosión y/o por impacto de partículas, siendo las causas más comunes los desprendimientos de parte de la pintura interior de los conductos, partículas de metal oxidado, material procedente de los atenuadores de ruido, parte de sellos y juntas de los conductos y la ingestión de aire contaminado, procedente de las infiltraciones y/o de los filtros excesivamente sucios.

Las averías que se detectan en el sistema de aire de admisión son las siguientes: 

Corrosión en la estructura que soporta los filtros (casa de filtros).



Incendios en filtros, ya que son un material altamente inflamable. Los trabajos de soldadura o corte, o negligencias diversas (como fumar en este espacio) suelen estar detrás de este grave problema.



Pérdida de estanqueidad, de forma que parte del aire que ingresa a la turbina lo hace sin atravesar los filtros.



Rotura de filtros.



Bloqueo de los filtros, por obstrucción total de sus poros. Una falta de caudal de aire de entrada puede provocar a su vez otros problemas, como la entrada en bombeo del comprensor o el colapso de la casa de filtros por excesivo vacío.

Averías y problemas en el sistema de alimentación de combustible: En las turbinas de gas se utiliza normalmente gas natural como combustible, aunque es posible utilizar también gasóleo y GLP en general.

El gas natural, suele proceder de gasoductos dotados con estaciones de comprensión, en los cuales pueden producirse fugas de aceite en los cierres mecánicos de los compresores de gas de la línea.

También ocurre el mismo evento cuando se requiere la instalación de un compresor de gas, aguas arriba de la turbina, si la presión de la red de gas natural es insuficiente. Puede ocurrir también que se precise la instalación de reguladores de presión, cuando la presión de la red de distribución de gas es demasiado elevada, y se produzcan condensaciones al reducir bruscamente la misma. En estas condiciones puede existir la presencia de hidrocarburos líquidos, que provocan daños y erosión térmica en la cámara de combustión y en la zona de las toberas de la primera etapa.

El depósito de carbón en los inyectores de combustible, provoca una mayor presión en los inyectores no taponados y en consecuencia un desplazamiento de

la llama en la dirección del primer estadio de turbina, acortando la vida útil de la misma.

Una buena prevención es la instalación de filtros en la línea de alimentación de combustible y cuando se requiera una disminución brusca de presión, la instalación de precalentadores de gas, posteriores a los reguladores.

También es preciso realizar periódicamente boroscopias de la cámara de combustión y las etapas de potencia, para poder detectar con prontitud posibles anomalías y evitar así paros o roturas previsibles de la máquina.

Averías y problemas en el sistema de lubricación: El aceite lubricante tiene dos funciones básicas en una turbina de gas, lubrificar los cojinetes y refrigerarlos. Dada la gran velocidad de giro de estos equipos, de unas 10.000 rpm a unas 15.000 rpm (aproximadamente), un fallo o anomalía en el sistema de lubricación provoca daños rápidamente.

El método más utilizado para el control del aceite lubricante es el de utilizar el aceite especificado por el fabricante, mantener el nivel de lubricante adecuado, verificar el sistema de refrigeración, efectuar el control periódico de los diversos componentes para detectar posibles fugas y/o infiltraciones, así como la realización de análisis periódicos del aceite lubricante que cubran la viscosidad, la presencia de agua, el número total de acidez, la concentración de metales, etc.

Averías típicas en el comprensor: Los problemas más usuales en los comprensores de las turbinas de gas son los siguientes: 

Entrada en bombeo (compressor surge).



Suciedad (fouling). Las partículas que atraviesan el sistema de filtrado se pueden depositar en los álabes y provocar dos efectos: cambian la aerodinámica del álabe, y por tanto, afectan negativamente al rendimiento del compresor, y desequilibran la turbina de gas.



El ensuciamiento se refiere a la acumulación de materiales indeseables en las superficies sólidas causando asperezas.



En el compresor de una turbina de gas, esto se traduce en el deterioro de la forma aerodinámica de los álabes, resultando en la reducción del flujo de aire, menor tasa de presión y menor eficiencia.



La pérdida de rendimiento es indicada por la menor producción de energía y la mayor de tasa de calor, causando pérdidas económicas y provocando un mayor daño al medio ambiente. Por ello, las turbinas de gas deben ir dotadas de sistemas de limpieza automáticos, que periódicamente introduzcan una mezcla de agua y detergente en el compresor y retiren esta suciedad. Este es el denominado lavado del compresor en línea, y fuera de línea.



Fracturas en álabes (cracking).



Daños provocados por la entrada de un objeto extraño (FOD) o rotura de elemento interno (DOD).



Congelación de agua en las primeras filas de álabes fijos.



Roces entre álabes móviles y estator (rubbing).

Averías típicas en la cámara de combustión: Los fallos que suceden de manera más usual en la cámara de combustión son los siguientes:



Temperatura excesiva (Over– firing), por un deficiente control de la temperatura en cámaras o de la longitud de la llama.



Pulsación de llama (Flame pulsation). La vibración puede provocar daños estructurales, además de producir una disminución evidente del rendimiento y un aumento de las emisiones de CO.



Apagado de llama (flameout).



Fallos en ignitores.



Fallos en los sensores de detección de llama.



Averías típicas en la turbina de expansión: Rotura de álabes. Por problemas estructurales, de materiales, de refrigeración, de fabricación, etc., los álabes pueden sufrir grietas que terminan evolucionando a roturas. El caso más grave se presenta cuando la rotura termina afectando a todos los álabes, como una reacción en cadena. Los técnicos suelen denominar a esta gravísima avería. El impacto por objetos propios o extraños afecta a los álabes de la misma forma ya indicada para los álabes del comprensor. Temperatura excesiva (Overfiring). Afecta por igual a los álabes de la primera etapa de la turbina de expansión y a los diversos elementos de la cámara de combustión (quemado- res, recubrimientos). Tiene su origen en una alta temperatura a la salida de los quemadores y entrada a turbina de expansión. Pérdida de material cerámico (TBC spallation).

Vibraciones en las turbinas de gas: Además de los problemas anteriormente mencionados, en este tipo de equipos, debido a su elevada velocidad de rotación, cualquier desalineamiento o anomalía mecánica se traduce en un aumento del nivel de vibración.

Éste es el motivo por el que se utilizan sistemas de control de vibraciones en continuo, para la turbina de gas, y en los casos en que ésta funcione como turbogenerador de electricidad a gas; también se deben controlar el reductor y el generador.

La vibración es uno de los problemas más habituales en turbinas de gas, puesto que la mayoría de los problemas de la turbina se refleja en el espectro de vibración de la turbina.

Las grandes turbinas suelen ir equipadas con un complejo sistema tanto de medición de amplitud como de medición de espectro, para poder determinar con rapidez y claridad la causa que origina la vibración.

Sin embargo, se debe explicar que por sí sola la vibración en una turbina de gas no es una avería, sino un síntoma de un problema que existe en la turbina y que puede derivar en graves consecuencias.

Vibraciones en el reductor: El reductor no es más que un conjunto de engranajes de diferentes diámetros y número de dientes cuya función es reducir y/o adaptar el número de revoluciones por minuto de la turbina de gas (ya sea del generador de gases o de una turbina libre o de potencia) y el alternador, u otros elementos como por ejemplo una hélice en un turbohélice). Esto es así porque la velocidad de rotación del eje de potencia suele ser muy superior a la necesaria para el accionamiento de un alternador o de un compresor y suele necesitarse una caja reductora para reducir el número de revoluciones. Por tanto, cualquiera de las causas que provocan vibración en una máquina rotativa puede provocar la vibración del reductor, que puede transmitirse a la turbina y provocar la parada de ésta.

Vibraciones en el alternador: El alternador o generador es el elemento que consume la energía mecánica aportada por la turbina y el que genera la corriente eléctrica. El alternador es una máquina muy sencilla, y por tanto, el número de problemas que suele dar es también pequeño. Sin embargo suele producirse un nivel considerable de vibraciones debido a diversos motivos.

MEDIDAS PARA MINIMIZAR PROBLEMAS OPERACIONALES

El mantenimiento y la operación de las plantas compresoras no pueden estar aislados, La vida útil de ésta y sus componentes dependen principalmente de su modo de operación, arranques, paradas y los mantenimientos realizados.

Requiere una serie de labores mantenimientos: 

Limpieza de filtros de entrada de aire En parada; se para el compresor para realizar dichos mantenimientos: se realiza con agua, detergente y presión de aire.



Reposición o cambio de aceite de lubricación. Para esto Se hacen análisis periódicos para comprobar que mantiene características adecuadas. Normalmente no es necesario cambiar el aceite, sino que para mantener sus características es suficiente con rellenar lo que va perdiendo.



Igualmente, hay una serie de labores que normalmente realiza el propio fabricante de la turbina, y que requieren sustitución de algunas partes de la misma. La frecuencia depende del tipo de compresor.



Overhaul (mantenimiento mayor): Normalmente se realiza cada 24.000 horas de operación. Incluye una revisión completa del compresor y/o instrumento, con reparación o sustitución de las partes afectadas.

Instituto Universitario De Tecnología De Administración Industrial Extensión Puerto La Cruz Cátedra: Compresión y Transmisión del Gas

PLANTAS COMPRESORAS DE GAS PROBLEMAS OPERACIONALES EN LAS PLANTAS

PROFESORA: INTEGRANTES: Yaneth García

Belkis

Coa Yorman Aguilera Ricardo Rivero Fernando Mata Stalin Rondón V semestre

Puerto la Cruz, 06 de Noviembre de 2017

INTRODUCCIÓN

El Hidrocarburo extraído contiene agua y gas asociados, elementos que son reutilizados tanto en las operaciones petroleras como en diferentes actividades productivas. En el caso del gas, éste debe ser comprimido para ser enviado a las plantas de extracción de Líquidos del gas natural (LGN), así como al mercado interno y abastecer a la industria siderúrgica, petroquímica, eléctrica, entre otras. Cuando se habla de compresión nos referimos a la capacidad que tendrán los fluidos compresibles a reducir su volumen y aumentar su presión cuando pasan por un proceso de compresión.

Este proceso de compresión del gas se realiza en las plantas compresoras, las cuales son instalaciones industriales donde el gas, provenientes de las Estaciones de Flujo que son alimentadas por los pozos petrolíferos, es comprimido para diversos usos, tales como la extracción de sus derivados, (propano, metano, etc.), y para enviar nuevamente a los pozos, entre otros.

Es importante el análisis de este proceso para indagar sobre los posibles problemas operacionales presentes en estas plantas y las alternativas para minimizar los mismos.

DESARROLLO

1. PLANTAS COMPRESORAS DE GAS Son aquellas instalaciones industriales donde el gas, de las Estaciones de Flujo que son alimentadas por los pozos petrolíferos, es comprimido para diversos usos, tales como la extracción de sus derivados, (propano, metano, etc.), y para enviar nuevamente a los pozos, entre otros. Las plantas compresoras elevan la presión del gas de 40 y 500 psig provenientes de las estaciones de producción hasta un nivel de 5800 a 6500 psig para luego ser 34 inyectado a diferentes pozos asociados al complejo con fines de recuperación secundaria.

la Planta Compresora Musipán, ubicada en el municipio Ezequiel Zamora, del estado Monagas, donde se interconectan los gasoductos de la Estación de Flujo Musipán hacia Muscar, para el manejo de un total de 120 millones de pies cúbicos de gas, los cuales son comprimidos en dos máquinas y llevados a un nivel de presión a 1.200 libras.

Fig.1 Planta compresora.

2. COMPONENTES DE LAS PLANTAS COMPRESORAS

 Separador de líquidos: Son separadores igualmente cilíndricos que tienen la función de separar los líquidos condensados o en condiciones de condensación, para garantizar que el gas de succión no arrastre líquidos al compresor.  Enfriadores: Como consecuencia de la compresión, el gas aumenta su temperatura y se enfría en intercambiadores para acondicionarlo para la succión al compresor de la siguiente etapa. Los enfriadores también se utilizan para enfriar a los compresores y motores, para garantizar su buen funcionamiento y larga vida.  Compresores: Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar una energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presión.  Filtros: es un equipo que se utiliza para el tratamiento del aire comprimido. Su principal misión es limpiar el aire comprimido de impurezas de todo tipo, incluso bacterianas.

3. SISTEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA PLANTA COMPRESORA

El gas proveniente de la línea madre del sistema de captación ingresa a un separador de entrada con un rango de presión de 12.7 a 14.7 PSIA cuya función específica es retener las partículas de agua en estado líquido, residuos de petróleo e impurezas que puedan ser arrastrados conjuntamente con el fluido.

Luego de pasar por el separador de entrada el gas ingresa al sistema de la planta compresora, que inicia con un scrubber de succión donde se extraen las gotas de líquido, luego el gas pasa por un filtro de succión para retener las impurezas antes de ingresar al compresor.

La compresión del gas se realiza por medio de un compresor de tornillo en baño de aceite accionado por un motor de gas. El gas entra en la succión del compresor y es arrastrado por el giro del tornillo el cual eleva su presión en la línea. El aceite cumple con dos propósitos: lubricar todas las piezas móviles del compresor y sellar el ingreso del gas al tornillo.

Tanto el gas como el aceite salen por el puerto de descarga del compresor y se dirigen a un separador de aceite y gas en donde se separan estos fluidos. El aceite y el gas se dirigen por separado a un enfriador por aire, para rebajar su temperatura y continuar con su proceso. El aceite requiere enfriarse para no perder cualidades lubricantes y de sello en el compresor, en tanto que el gas requiere entrar a una temperatura inferior a los 140°F al sistema de deshidratación.

Cada una de las fases, aceite y gas, por separado se enfrían en un aero-enfriador con lo cual logramos recuperar la viscosidad del aceite para que continúe lubricando el compresor a su vez, enfriando la corriente de gas, separamos una parte del agua contenida en el gas y una pequeña porción de gasolinas.

La eliminación de parte de la humedad del gas condesada se logra con un scrubber, que nos permite aliviar la carga a los tamices moleculares, ya que el gas utilizado para regenerar los tamices, se vuelve a incorporar la corriente de succión

para no desperdiciar el gas, sin embargo, debido a su alto contenido de agua, este gas de regeneración puede ocasionar arrastre de humedad al proceso.

El gas comprimido se filtra a través de filtros coalescentes para eliminar cualquier partícula liquida, sea aceite del compresor o condesados de la corriente de gas. Luego de pasar por los filtros el gas comprimido ingresa a los deshidratadores de tamices moleculares donde se lo deshidrata para ser enviado a la planta de gasolina a una presión de 150PSIA y a un punto de roció de -40°C.

4. ETAPAS DE TRANSMICION DEL GAS (RELACIÓN PRESIÓN -DISTANCIA) En sistema de transmisión de gas natural comprende tuberías de alta presión que transportan gas entre puntos de abastecimiento y puntos de distribución a las áreas de consumo (de mercado).

El gas distribuido en las áreas de mercado ingresa al sistema de distribución a presión más baja para ser distribuida a los consumidores finales. El gas también puede ser transportado para su almacenaje o bien para su conexión a otros sistemas de transmisión.

Los sistemas de transmisión consisten de secciones de tubería interconectados y frecuentemente incluyen estaciones compresoras ubicadas a intervalos conforme a las necesidades de variación de presión del flujo de gas a través de las tuberías. La distancia entre estaciones compresoras consecutivas puede ser desde 48 km a más de 241 km, dependiendo de las condiciones del flujo como así también de los requerimientos económicos y las condiciones del terreno por donde se desarrolla el sistema.

Las presiones de operación máximas de los sistemas de transmisión son generalmente mayores a 3.450 kPa y pueden llegar a los 10.340 kPa.

Relación Presión-Distancia en ductos. Supongamos una sección de gasoducto típico con una capacidad de transporte de 20 * 106 m3/diarios.

Comenzando a 6.895 kPa, el gas disminuye aproximadamente 1.800 kPa de presión en los primeros 100 km, y 3600 kPa en los 100 km siguientes. A los 220 km, la presión debería descender a cero. Esta relación no lineal entre la presión y la distancia es causada por la expansión del gas.

Para una tubería horizontal, el gradiente de presión en algún punto es proporcional al cuadrado de la velocidad del gas en ese punto. Como su presión baja, el gas se expande ocupando mayor volumen y extensión de la tubería, y también la velocidad se incrementa. El incremento de velocidad, a su turno, hace que el gradiente de presión sea mayor.

Si una estación compresora de poder suficiente es ubicada a los 100 km., por ejemplo, ésta puede volver la presión a 7.000 kPa y con lo cual se retorna a la relación presión-distancia relativamente monótona. En cambio, si la próxima estación compresora es ubicada al doble del intervalo aquel (a los 200 km), más de tres veces de caballos de fuerza (HP) serán requeridos para retornar a la presión de 7.000 kPa.

Este ejemplo también muestra los beneficios de presiones de operación más altas y el mantenimiento de estas presiones en un sistema de transmisión. Para un ducto de diámetro y flujo dados, a la más alta de las presiones, la pendiente de la curva de presión es la más monótona (no presenta casi variación).

La presión de operación más alta, sin embargo, requiere de más compresión para el gas abastecido al sistema, junto con un mayor grosor de la lámina de acero o bien la utilización de acero más resistente en la construcción del ducto.

5. SELECCIÓN DE COMPRESORES Variables que afectan la selección 

Caudal



Presión de succión/descarga



Composición



Temperatura ambiente



Altura sobre el nivel del mar



Disponibilidad de agua de enfriamiento



Disponibilidad de energía eléctrica



Disponibilidad de gas combustible



Relación de compresión



Temperatura de descarga

A continuación se mencionan, algunas ideas para la correcta selección de un compresor, también se describirá algo sobre su utilización e instalación:

a) El uso que se va a destinar y aquellos otros requerimientos relativos a presión, aire exento de aceite, etc. b) Máxima y mínima demanda de aire, variaciones estaciónales, desarrollo futuro previsto, etc. c) Condiciones ambientales; los factores que hay que considerar aquí son: temperaturas extremas, grado de contaminación del aire, altitud, etc. d) Clase de edificación en la que se va a instalar el compresor; los factores a considerar son limitaciones al espacio, cargo que puede soportar el sólido, limitaciones en la vibración, etc. e) Cuál es el costo de la energía. f) Qué cantidad de calor puede recuperarse. g) Que limite de disponibilidad de potencia existe. h) Que limitaciones de ruido hay. i) Continuidad o intermitencia en la necesidad de aire. j) Considerar si el costo de una parada es aceptable.

k) Que experiencia tiene tanto el usuario como el personal de mantenimiento

6. PROBLEMAS OPERACIONALES DE PLANTAS COMPRESORAS Averías y problemas en la entrada de aire (sistemas de admisión y filtración de aire): La entrada de aire comburente requiere de un complejo sistema para acondicionarlo a las necesidades de la turbina de gas y obtener un buen rendimiento. El sistema de aire de admisión tiene principalmente dos funciones: 

Filtrar el aire, de manera que el polvo ambiental o cualquier otro residuo nocivo no entre a la turbina de gas y no cause diversos problemas.



Aumentar la densidad del aire enfriándolo y/o humedeciéndolo.

Los sistemas de admisión de aire se deterioran con el paso del tiempo y con la exposición a los elementos atmosféricos. Esto provoca ensuciamientos bruscos y averías en el compresor de la turbina, generalmente por erosión y/o por impacto de partículas, siendo las causas más comunes los desprendimientos de parte de la pintura interior de los conductos, partículas de metal oxidado, material procedente de los atenuadores de ruido, parte de sellos y juntas de los conductos y la ingestión de aire contaminado, procedente de las infiltraciones y/o de los filtros excesivamente sucios.

Las averías que se detectan en el sistema de aire de admisión son las siguientes: 

Corrosión en la estructura que soporta los filtros (casa de filtros).



Incendios en filtros, ya que son un material altamente inflamable. Los trabajos de soldadura o corte, o negligencias diversas (como fumar en este espacio) suelen estar detrás de este grave problema.



Rotura de filtros.

Averías y problemas en el sistema de alimentación de combustible: En las turbinas de gas se utiliza normalmente gas natural como combustible, aunque es posible utilizar también gasóleo y GLP en general.

El gas natural, suele proceder de gasoductos dotados con estaciones de comprensión, en los cuales pueden producirse fugas de aceite en los cierres mecánicos de los compresores de gas de la línea.

También ocurre el mismo evento cuando se requiere la instalación de un compresor de gas, aguas arriba de la turbina, si la presión de la red de gas natural es insuficiente.

Puede ocurrir también que se precise la instalación de reguladores de presión, cuando la presión de la red de distribución de gas es demasiado elevada, y se produzcan condensaciones al reducir bruscamente la misma.

En estas condiciones puede existir la presencia de hidrocarburos líquidos, que provocan daños y erosión térmica en la cámara de combustión y en la zona de las toberas de la primera etapa.

El depósito de carbón en los inyectores de combustible, provoca una mayor presión en los inyectores no taponados y en consecuencia un desplazamiento de la llama en la dirección del primer estadio de turbina, acortando la vida útil de la misma.

Una buena prevención es la instalación de filtros en la línea de alimentación de combustible y cuando se requiera una disminución brusca de presión, la instalación de precalentadores de gas, posteriores a los reguladores.

Averías y problemas en el sistema de lubricación: El aceite lubricante tiene dos funciones básicas en una turbina de gas, lubrificar los cojinetes y refrigerarlos. Dada la gran velocidad de giro de estos equipos, de unas 10.000 rpm a unas 15.000 rpm

(aproximadamente), un fallo o anomalía en el sistema de lubricación provoca daños rápidamente.

El método más utilizado para el control del aceite lubricante es el de utilizar el aceite especificado por el fabricante, mantener el nivel de lubricante adecuado, verificar el sistema de refrigeración, efectuar el control periódico de los diversos componentes para detectar posibles fugas y/o infiltraciones, así como la realización de análisis periódicos del aceite lubricante que cubran la viscosidad, la presencia de agua, el número total de acidez, la concentración de metales, etc.

Averías típicas en el comprensor: Los problemas más usuales en los comprensores de las turbinas de gas son los siguientes: 

Entrada en bombeo (compressor surge).



Suciedad (fouling). Las partículas que atraviesan el sistema de filtrado se pueden depositar en los álabes y provocar dos efectos: cambian la aerodinámica del álabe, y por tanto, afectan negativamente al rendimiento del compresor, y desequilibran la turbina de gas.



El ensuciamiento se refiere a la acumulación de materiales indeseables en las superficies sólidas causando asperezas.



Fracturas en álabes (cracking).

Averías típicas en la cámara de combustión: Los fallos que suceden de manera más usual en la cámara de combustión son los siguientes: 

Temperatura excesiva (Over– firing), por un deficiente control de la temperatura en cámaras o de la longitud de la llama.



Pulsación de llama (Flame pulsation). La vibración puede provocar daños estructurales, además de producir una disminución evidente del rendimiento y un aumento de las emisiones de CO.



Apagado de llama (flameout).

Averías típicas en la turbina de expansión: Rotura de álabes. Por problemas estructurales, de materiales, de refrigeración, de fabricación, etc., los álabes pueden sufrir grietas que terminan evolucionando a roturas. El caso más grave se presenta cuando la rotura termina afectando a todos los álabes, como una reacción en cadena. Los técnicos suelen denominar a esta gravísima avería. El impacto por objetos propios o extraños afecta a los álabes de la misma forma ya indicada para los álabes del comprensor. Temperatura excesiva (Overfiring). Afecta por igual a los álabes de la primera etapa de la turbina de expansión y a los diversos elementos de la cámara de combustión (quemado- res, recubrimientos). Tiene su origen en una alta temperatura a la salida de los quemadores y entrada a turbina de expansión. Pérdida de material cerámico (TBC spallation).

Vibraciones en las turbinas de gas: Además de los problemas anteriormente mencionados, en este tipo de equipos, debido a su elevada velocidad de rotación, cualquier desalineamiento o anomalía mecánica se traduce en un aumento del nivel de vibración.

Éste es el motivo por el que se utilizan sistemas de control de vibraciones en continuo, para la turbina de gas, y en los casos en que ésta funcione como turbogenerador de electricidad a gas; también se deben controlar el reductor y el generador. La vibración es uno de los problemas más habituales en turbinas de gas, puesto que la mayoría de los problemas de la turbina se refleja en el espectro de vibración de la turbina.

Vibraciones en el reductor: El reductor no es más que un conjunto de engranajes de diferentes diámetros y número de dientes cuya función es reducir y/o adaptar el número de revoluciones por minuto de la turbina de gas (ya sea del generador de gases o de una turbina libre o de potencia) y el alternador, u otros elementos como por ejemplo una hélice en un turbohélice).

Esto es así porque la velocidad de rotación del eje de potencia suele ser muy superior a la necesaria para el accionamiento de un alternador o de un compresor y suele necesitarse una caja reductora para reducir el número de revoluciones.

Vibraciones en el alternador: El alternador o generador es el elemento que consume la energía mecánica aportada por la turbina y el que genera la corriente eléctrica. El alternador es una máquina muy sencilla, y por tanto, el número de problemas que suele dar es también pequeño. Sin embargo suele producirse un nivel considerable de vibraciones debido a diversos motivos.

MEDIDAS PARA MINIMIZAR PROBLEMAS OPERACIONALES 

Reposición o cambio de aceite de lubricación. Para esto Se hacen análisis periódicos para comprobar que mantiene características adecuadas. Normalmente no es necesario cambiar el aceite, sino que para mantener sus características es suficiente con rellenar lo que va perdiendo.



Igualmente, hay una serie de labores que normalmente realiza el propio fabricante de la turbina, y que requieren sustitución de algunas partes de la misma. La frecuencia depende del tipo de compresor.



Overhaul (mantenimiento mayor): Normalmente se realiza cada 24.000 horas de operación. Incluye una revisión completa del compresor y/o instrumento, con reparación o sustitución de las partes afectadas.

CONCLUSIONES

 Una planta compresora de gas está diseñada para eliminar los componentes más pesados y valiosos del metano en el flujo de gas. Durante este proceso se requiere una caída de presión, las cual debe ser recuperada antes de ser introducido al gasoducto.  Las plantas compresoras están compuestas por diferentes componentes como separados, enfriadores, filtros, entre otros, los cuales se encargan del enfriamiento y el aumento de la presión en la distribución del gas.  La construcción de nuevas instalaciones de compresión del gas forma parte de un proyecto de recolección de gas de venteo y quema que se ejecuta en todo el territorio venezolano, apuntando hacia la optimización de recursos como los hidrocarburos.  En las estaciones compresoras se pueden presentar diferentes problemas operacionales, mayormente averías mecánicas a cualquiera de los componentes de la planta, las cuales se pueden minimizar e incluso prevenir si se le es aplicada las medidas cautelares prudentes.  Se puede minimizar los problemas operacionales si hay una serie de labores que normalmente realiza el propio fabricante de la turbina, y que requieren sustitución de algunas partes de la misma.