Optimización de compresores recíprocos en plantas químicas de proceso

Los compresores recíprocos – los más comúnmente utilizados en la industria química de procesos – son flexibles y eficientes, y pueden generar altas presiones (desde varios bares a varios miles de bares) independientemente de la densidad del gas. En todo el mundo, la potencia de compresores es aproximadamente dos veces la de los compresores centrífugos.

Sin embargo, los costes de mantenimiento de los compresores recíprocos son aproximadamente tres veces mayores a los de los compresores centrífugos (debido a los requerimientos de válvula, descargador y mantenimiento de empaque). En este artículo proporcionamos recomendaciones prácticas para mejorar la selección, operación y mantenimiento de los compresores recíprocos en las aplicaciones de plantas químicas de procesos.

Diseño de compresores centrífugos

En el diseño básico de un compresor centrífugo debe prestarse una especial atención al empaque de la biela del pistón porque puede mejorar el rendimiento, ya que los pistones son origen frecuente de problemas de fiabilidad asociados a los compresores recíprocos, y es una trayectoria para las pérdidas de gases de proceso peligrosos. La experiencia indica que la vida del empaque puede extenderse tanto como un factor de tres añadiendo el revestimiento apropiado (carburo de tungsteno es un revestimiento ampliamente usado para los revestimientos de pistón).

Se requiere refrigeración interetapas cuando la máquina o gas tiene un límite de temperatura. En este caso, cuando el gas se enfría, cualquier líquido que pueda formarse se separa en el mismo proceso y luego el gas retorna a la siguiente etapa del compresor para una mayor compresión. Cada etapa del compresor puede consistir en uno o más cilindros. Los vendedores usualmente ofrecen un rango de presiones interetapa para varias presiones interetapa.

La presión interetapa se incrementará durante la operación de carga parcial, es decir, resultará un caudal más bajo cuando se use un dispositivo descargador, combinado con variación en la presión en la admisión de succión.

En un diseño de compresor recíproco típico, la primera etapa puede contener uno o más cilindros y holgura en el empaque. Puede añadirse una botella adicional al cilindro con una válvula aon/off. Para evitar que se incremente la presión de una forma no deseada, puede considerarse la instalación de clearance pocket(s) en el cilindro(s) de la primera etapa y usar una operación de carga parcial vía la lógica del compresor.

Seleccionando la presión de diseño interetapa correcta, los usuarios asegurarán la operación más apropiada en la operación de carga parcial y variación en la presión de succión. En general, las presiones de diseño interetapa son alrededor del 15 % más alta que los valores de diseño básico interetapa para aplicaciones que están trabajando con cargas parciales (tales como 25 %, 50 %, 75 % y 100 %). Se espera que se experimente una variación en la presión de succión de alrededor de +/- 7 % durante la operación.

Lubricación

En general, la velocidad óptima para la operación fiable de un compresor recíproco es alrededor de 350 rpm. Para compresores que operan por debajo de 400 kW, es conveniente una velocidad del orden de 450 rpm. Sin embargo, para aquellos que operan por debajo de 100 kW, son aceptables velocidades más altas.

Los cilindros y empaques lubricados son preferidos por su vida extendida. Sin embargo, no se usarán cuando la posibilidad de contaminación de aceite no pueda ser tolerada en operaciones aguas abajo (por ejemplo, cuando trazas de aceites lubricantes puedan causar problemas de catálisis en reactores aguas abajo).

Para la operación óptima de compresores recíprocos, es obligatoria suficiente inercia para regular el par recíproco variable.

Control de condiciones

El control de las condiciones de funcionamiento del compresor puede ayudar a los operadores a identificar disfuncionamientos en una primera fase. Especialmente las vibraciones del compresor y la envolvente del motor proporcionan alarmas y sirven para detectar posibles averías. Las capacidades de control son las siguientes:

• En general, se prefieren los transductores de velocidad sobre los acelerómetros (porque se acoplan mejor a los sensores de medición de velocidad). La configuración óptima para usar un transductor de velocidad es instalar uno en cada extremo de la caja del cigüeñal.
• Acelerómetro de cruceta.
• Temperatura.
• Temperatura de descarga del gas alta pra cada cilindro (con capacidades de alarma y cierre).
• Temperatura de la varilla del pistón.
• Temperatura de la válvula.
• Temperatura del aceite.
• Temperatura del agua de la envoltura de cada cilindro.

Mejoras en el mantenimiento

Para soportar el mantenimiento regular, la instalación de cualquier compresor recíproco debe asegurar acceso apropiado a todo el sistema de compresor. Deben también proporcionarse espacios adecuados y áreas de trabajo que permitan la retirada completa del pistón, el paquete refrigerador o las tuberías.

Mejoras en el rendimiento

La máxima temperatura de descarga de cualquier compresor recíproco API 618 para aplicaciones de procesos químicos no excederá los 150 ºC, y no debe exceder los 135 ºC para servicios ricos en hidrógeno. En general, las temperaturas de descarga por debajo de 118 ºC tienden a propiciar una mejora de las partes desgastadas.

Bibliografía:

Optimizing Reciprocating compressors for CPI Plants. Chemical engineering December 2010