Selección de Potencia del Motor Eléctrico En Compresores Reciprocantes De Múltiples Etapas

Autor: MSC. Ing Pedro Nava Correo: pnava4@hotmail.com

Para  la  selección  de  potencia   del motor  eléctrico de un compresor reciprocante de multietapas y de gran potencia,  es muy importante analizar cuidadosamente las recomedaciones dadas en el API 618, 5th Edición y las enmiendas (amendments) que  hacen  los usuarios   (clientes)    a    las    especi caciones asociadas  al diseño  del compresor. Son varias cláusulas   relacionadas   con   la  selección   del motor, empezando con una de las más importante  como  la  7.1.2.2  que  dice textualmente “ For motor driven units, the motor rating, inclusive of service factor, shall be not less than  105% of the  power  required  (including power transmission looses) for the relieving operation specified in 7.1.1.3, y esta última a su vez hace el siguiente enunciado “ The driver shall be  capable  of driving the  compressor  with all stages  at full  ow, and  for discharging   at the relevant     relief    set    pressure”.    Estos    dos enunciados  no  indican  que   la  potencia   del motor   debe   estar  por  encima (105%) de  la potencia  absorbida  por el compresor  teniendo encuenta que las PSVs (Pressure safety valves) de cada  cilindro  deben   estan  descargando  a  la presión  de ajuste  (diseño) simultaneamente,  y no  sólo con  la PSV de  la última  etapa  como algunos fabricantes de compresores lo hacen. Las PSVs deben   ser  ajustadas   de  acuerdo  al punto  7.6.5, tabla  4 del  API 618, 5th  edición como se muestra a continuación

Tabla 1. Relief Valve Settings en Compresores Reciprocantes.
Fuente: API 618, 5th Edición, pag. 46.

No considerar los estándares anteriores  del API, no sólo afectarían la selección de potencia  del motor  (una  potencia  menor  o muy  ajustada para futuras mejoras en los cilindros del compresor),  si no  también   las  cargas  de  la barra del pistón.

Otra cláusula no menos importante en la selección de potencia  del motor eléctrico es la 7.1.1.4, en  la que  indica “The driver shall be sized to accept any specified process variations such as changes  in the pressure, temperature or properties  of the   uids  handled, and plant start – up conditions”, sobre esta hay que tener en cuenta cualquier condición de operación irregular  (Upset  condition)  que  algunos clientes la colocan en las enmiendas (amendments)  del  API 618  o  en la hoja  de datos   del  compresor   que   debe   cumplir  el motor seleccionado.

Para mostrar  todo  lo indicado  anteriormente, veamos  el ejemplo siguiente  en  la selección del motor  eléctrico de un compresor  para un servicio de Hydrogeno  (H2 Make-Up compressor),   3  etapas   y  3 cilindros,  doble acción  (DA), opuesto  horizontal  balanceado con las siguientes condiciones de operación.

Tabla 2. Condiciones de Operación Compresor Reciprocante API 618, 5th Edicion.
Fuente: Hoja de Dato del Compresor Refineria Total Antwerpen.

Adicional a las condiciones  de operación indicadas (hoja de datos API 618, 5ta Edición), el cliente  especificó  otra  condición  que  puede ocurrir en la instalación, una condición irregular (Upset Condition) es a máxima presión de succión  28 bar  y una  temperaura mínima  de succión 10ºC.

Bajo las  condiciones  mencionadas anteriormente, se evaluaron  diferentes  ofertas haciendo hincapié en el cumplimiento de de los estándares del API y especificaciones técnicas del proyecto, seleccionada  a de mayor margen de seguridad  y más conservativa con los siguientes resultados.

Tabla 3. Condiciones del Motor Eléctricoa Casos de Operación del Compresor.
Fuente: Burckhardt Compression AG.

De este  primer  corrido  de  los cálculos de  las condiciones de potencia del motor dados por el fabricante  del  compresor  se  tienes las siguientes observaciones:

  • El   margen   de   potencia    del   eje   a condiciones normales de operación (118,1%) cumplen  con lo indicado en el punto  7.1.2.2 del API (110%).
  • La presión  de  ajuste  de  las SRV  (set pressure) cumplen con lo indicado en la Tabla 1 (Relief setting valve set pressure marging).
  • El margen de las SRV a las condiciones de  full   ow  para  el  caso  alternativo   (H2 Recycle)   está   por   debajo    (103,9)  de   lo indicado en el punto 7.1.2.2 del API (105%).

Debido a la desviación presentada en el margen de la SRV full  flow en el caso alternativo, se le indicó al fabricante efectuar nuevos ajustes para cumplir con el estándar  del API. De acuerdo a lo solicitado se obtuvo los siguientes resultados.

Tabla 4. Condiciones del Motor Eléctrico a Casos de Operación del Compresor.
Fuente: Burckhardt Compression AG.

De acuerdo a estos resultados, se observa que tuvo que aumentarse en 100 kW la potencia  nominal  del motor  para satisfacer los estándar del API 618, inclusive con la condición irregular (Upset condicion, 28 ba / 10ºC), la cual aunque    no   es   una   condición   normal   de operación, ya que puede  ocurrir con poca probabilidad (de acuerdo a las condiciones ambientales de la zona donde  opera el compresor), tal como se muestra a continuación.

Tabla 5. Condiciones del Motor Eléctrico a Casos de Operación Upset Condition del Compresor.
Fuente: Burckhardt Compression AG.
CONCLUSIONES
  • En   las  evaluaciones   técnica   de   los compresores reciprocantes de múltiple etapas,   es   recomendable   colocar   como punto  crítico de atención  lo relacionado  al diseño  y selección  de  potencia  del  motor eléctrico de acuerdo a los estándares establecidos en el API 618 y las consideraciones en las especificaciones del cliente  al proyecto desarrollado, cualquier desviación en las mismas transmitirlo al fabricante del compresor para su corrección.
  • La selección  de la potencia  del motor debe  ser siempre  con todas  las SRV (safety relief Valve) descargando a flujo completo (Full flow) simultáneamente y no solo con la última etapa como algunos fabricantes pretenden efectuar, para de esa forma evitar efectos negativos en la carga de la barra del pistón  y en la selección  de la potencia  del motor.
  • El motor  eléctrico debería  ser siempre seleccionado con un mayor margen de seguridad de tal forma de garantizar que cualquier  cambio  o mejora  en los cilindros del compresor  en el futuro, evitarían las probabilidades de ocurrencias de fallas, además  de evitar impactos en los costos de inversión y mantenimiento.
Bibliografía
  • API 618 Reciprocating Compressor for Petroleum, Chemical and Gas Industry Services, 5ta Edición, Diciembre 2007.
  • HP Reliability. Interpreting API Standard 618 for Reciprocating Compressor, January 2016

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