17 enero 2012

Optimización de las configuraciones del compresor para aplicaciones con hidrocarburos



Una de las decisiones más importantes de una planta es la decisión del tren de compresores centrífugos. Como parte de un programa de optimización de trenes de compresores, cada componente del tren de compresores debe ser examinado para encontrar la forma de conseguir la eficiencia más alta, disminuir los costes, simplificar el mantenimiento y mejorar la fiabilidad.

Configuración de la unidad de compresión

En las unidades de compresor muy grandes se usan controladores de la turbina de gas, especialmente en áreas remotas y donde el combustible es barato. Las turbinas de gas son muy populares en estaciones de tuberías remotas, unidades offshore, grandes trenes de gas natural licuado y grandes unidades de compresión para varias plantas de gas o petroquímicas. Las turbinas de gas permiten capacidades de arranque intermedias si es necesario. Esta es una característica única y ofrece grandes ventajas en aplicaciones tales como las tuberías de gas donde se esperan variaciones en la demanda y se requieren respuestas temporales. Las turbinas de gas son relativamente caras y en algunos casos han demostrado costes de mantenimiento relativamente más altos.

Los motores eléctricos son menos caros que otros impulsores, tales como las turbinas de gas o vapor.  Son eficientes y también requieren un mantenimiento reducido comparado con otros impulsores. Todo esto contribuye a la disminución de los costes operacionales e incrementan la fiabilidad y disponibilidad del compresor. Desde el punto de vista de las emisiones, producen muy bajas emisiones de ruido y sin emisiones contaminantes. Los motores eléctricos se han usado cada vez más en los últimos años por la disponibilidad de los variadores de frecuencia variable de alta potencia. Los variadores de frecuencia variable permiten un control de potencia muy dinámico.

Las turbinas de vapor pueden fácilmente acelerarse para acoplarse al compresor. Las turbinas de vapor tienen la capacidad de operar en un amplio rango de velocidad, que es ideal para el compresor centrífugo. Buenos ejemplos incluyen algunas unidades petroquímicas tales como las plantas de urea y metanol o algunas unidades de refinería en las que el vapor generado en una gran escala se usa como parte de un proceso o para un uso específico. Para una turbina de vapor impulsando un tren de compresores centrífugos, la configuración de tipo mezzanine es común. Los condensadores de vapor, así como inter- y aftercooler y otros auxiliares, se localizan debajo del suelo de operación del tren.

Consideraciones de impulsión del motor

Los motores eléctricos paso a paso y los variadores de frecuencia están incrementando su uso pero en motores con potencias de 80 MW la industria es aún reacia a probar estas tecnologías.

Motores de inducción

Los variadores de frecuencia para motores de inducción son generalmente unidades versátiles que pueden también usarse para motores síncronos. Los variadores para motores de inducción usualmente se basan en pulse width modulation (PWM) y usan la última generación de la tecnología de alta potencia insulated-gate bipolar-transistor (IGBT) press packs. En combinación con los motores de inducción, estos convertidores realzan el rendimiento del compresor en términos de eficiencia, facilidad de mantenimiento, bajos niveles de ruido y vibración. No hay necesidad de filtros de armónicos porque estos convertidores se han diseñado específicamente para eliminar las corrientes de armónicos más poderosas. Estudios sobre armónicos en estas unidades han demostrado que la distorsión de armónicos total es inferior al 2 % en cada punto de operación.

Los variadores de frecuencia diseñados para motores de inducción son usualmente convertidores de frecuencia de voltaje medio del tipo inversor de fuente de voltaje (VSI) conectado al cuadro de control de alto voltaje a través de transformadores. El motor de inducción es alimentado por uno o más convertidores de acuerdo a la potencia en una configuración redundante.

Motores síncronos

Los variadores para motores síncronos se basan usualmente en la tecnología de inversor de carga conmutada (LCI) y la tecnología de tiristores. El sistema se hace a medida para impulsar motores síncronos con potencias por encima de 10 MW y prácticamente sin límite. Los límites pueden estar en torno a los 100 MW.

La load commutated inverter (LCI) technology de los variadores de frecuencia de los motores síncronos permite encender y apagar el transistor a alta velocidad y proporcionar una protección muy rápida, incluso con altos niveles de sobrecarga de corriente. Con la tecnología de tiristores, el control puede solamente encender el tiristor, y la corriente en el tiristor tiene que caer a cero para apagar el tiristor. Otra diferencia importante entre los dos sistemas es que el variador de frecuencia en el motor de inducción permite controlar el sistema hasta 300 Hz, correspondiendo a una velocidad nominal de los motores eléctricos de dos polos de alrededor de 18.000 rpm.

Los motores de inducción de velocidad variable están disponibles para impulsar compresores de alta velocidad. La posibilidad de operar estas máquinas eléctricas a alta velocidad permite acoplamiento a los compresores centrífugos sin la necesidad de una caja de engranajes.

Bibliografía: Optimize compressor configurations for hydrocarbon applications. Hidrocarbon processing. September 2011.
Palabras clave: voltage source inverter (VSI), load commutated inverter (LCI) technology
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