Efecto de válvula perforada en el proceso de compresión de gas – Evaluación de falla y correctivos

La unidad moto-compresora 2203 esta ubicada en la Planta Compresora de Gas QE-2 en la localidad de Maturín del estado Monagas, Venezuela bajo custodia de Pdvsa Gas, Filial de Petróleos de Venezuela S.A. Maneja 90 MMSCFD de Gas para transferencia hacia el complejo Muscar u Orocual, de acuerdo a las necesidades operacionales, a una Presión de Succión de 900 psi con descarga de 1300 psi, con variaciones por condiciones del campo. Constituida por un Motor marca WAUKESHA, modelo 12VAT27GL de 1000 RPM y un Compresor marca ARIEL, modelo JGD-4 que operan en una (1) etapa de compresión, con una Potencia al freno de 3130 BHP.

PDVSA Gas cuenta con el departamento de Integridad Mecánica de Equipos Dinámicos (IMED), el cual se encarga del monitoreo de condición de esta unidad, aplicando técnicas del mantenimiento predictivo (Vibración / Termografía / Análisis de aceite); utilizando equipos especializados de ultima tecnología como el analizador de equipos reciprocantes WINDROCK 6320 PA y cámara termográfica FLIR Modelo E64501.

Análisis y detección de falla

En la fecha 19/01/15 se realiza la inspecciona de esta unidad. Durante el proceso de análisis de la data recolectada en campo se detecta una serie de desviaciones cuantitativas y cualitativas, las cuales se mencionan a continuación:

Cuantitativas:

• El volumen manejado por la unidad es de 79,1 MMSCFD, cuando el promedio que ha venido manejando la unidad ronda los 90 MMSCFD.

• El reporte de rendimiento que me proporciona el software WINDROCK me indica que el C/C 3 se encuentra descargado del lado Crank (lado cigüeñal).

• La presión de succión y la presión de descarga dentro del C/C 3 son aproximadamente iguales. Por tal motivo la relación de compresión es igual a uno (1).

• El valor (en %) de la eficiencia volumétrica a la succión y a la descarga son incongruentes.

El análisis de estas condiciones indican que el cilindro compresor 3, específicamente el lado crank, no esta comprimiendo, por ende, el manejo en cuanto al volumen de gas es prácticamente cero (0).

Tabla N°1. Tabla de Rendimiento del Compresor.
Tabla N°1. Tabla de Rendimiento del Compresor.
Fuente: Sofware Windrock 6320PA

• Las temperaturas de las válvulas de descarga son superiores a la temperatura de descarga del C/C 3 lado crank, cuando el comportamiento debería ser lo inverso.

Fig. N°1. Temp. (Descarga Vs. Valvula).
Fig. N°1. Temp. (Descarga Vs. Valvula).
Fuente: Software windrock 6320 PA

Cualitativos:

• La curva que representa el ciclo de compresión en el diagrama PT en el C/C 3 lado crank, es anormal, no se cumple el ciclo eficientemente.

Fig. N°2. Diagrama P-T.
Fig. N°2. Diagrama P-T.
Fuente: Software windrock 6320 PA

• La curva que representa el ciclo de compresión en el diagrama P / V en el C/C 3 lado crank, es anormal.

Fig. N°3. Diagrama P-V.
Fig. N°3. Diagrama P-V.
Fuente: Software windrock 6320 PA

Se puede apreciar que durante el ciclo de compresión que las etapas Admisión Compresión / Descarga / Expansión, la variación de presión es mínima, es decir, el comportamiento de la presión es prácticamente constante.

Diagnóstico

Luego de analizar minuciosamente todos los datos y gráficos mencionados anteriormente se concluye que la falla que presente el C/C 3 lado crank, se debe a que las válvulas de descarga se mantienen abiertas o hay paso de flujo a través de ellas durante todo el ciclo, es decir, nunca cierran, este comportamiento se presenta cuando las válvulas están perforadas o cuando el plato se fractura y se incrustan esquirlas que evitan que la válvula cierre.

El efecto y repercusión que tiene una válvula bajo la condición mencionada es la siguiente: No existe flujo de gas a través de las válvulas de succión, esto se debe a que la presión dentro del cilindro permanece prácticamente constante.

No se alcanza el ΔP que debe existir entre el interior del CC y el laberinto de succión, es por ello que en ningún momento abren.

Recomendaciones

El funcionamiento a presión constante puede generar incremento de temperatura en los componentes, lo cual puede acelerar el proceso de., degradación y desgaste de estos.

La presión en el C/C es constante debido a que el gas de descarga del lado Head (Durante el proceso de descarga de este lado) está entrando al lado crank (Durante el proceso de succión de este lado), esto ocurre porque las válvulas de descarga del lado crank están perforadas o en ningún momento cierran. A su vez, esta condición es la que esta provocando que estas válvulas tengan una temperatura superior a la temperatura de descarga del C/C, lo cual no es normal.

Detectada e identificada la falla se emitieron las recomendaciones pertinentes, lo cual se observa el la siguiente tabla, en la cual también se observa el feed back recibido por parte del personal ejecutor.

Tabla N°2. Recomendaciones / Retroalimentación.
Tabla N°2. Recomendaciones / Retroalimentación.
Fuente: Propia

Resultados

Cumpliendo el procedimiento establecido en la filosofía del mantenimiento predictivo, el cual estable que el ciclo de inspección cierra cuando se realiza la verificación de las condiciones de un equipo luego de ejecutas las recomendaciones emitidas para corregir la(s) falla(s) detectada(s), se obtuvieron los resultados presentados a continuación.

• El volumen manejado por la unidad pasó de 79,1 MMSCFD a 90,63 MMSCFD, es decir, 11,53 MMSCFD más de lo que estaba manejando.

• La curva que representa el ciclo de compresión en el diagrama PT presenta un ciclo normal y representativo de un proceso de compresión.

Figura N°4. Diagrama P-T.
Figura N°4. Diagrama P-T.
Fuente: Sofware Windrock 6320PA
Figura N°5. Diagrama P-V.
Figura N°5. Diagrama P-V.
Fuente: Sofware Windrock 6320PA

• La curva que representa el ciclo de compresión en el diagrama PV en el C/C 3 lado crank se aprecia un ciclo de compresión con todas sus etapas perfectamente definidas.

Mejoras en el rendimiento del cilindro compresor 3, tal como se aprecia en el reporte de rendimiento presentado a continuación.

Tabla N°3. Tabla de Rendimiento del C/C 3.
Tabla N°3. Tabla de Rendimiento del C/C 3.
Fuente: Sofware Windrock 6320PA

Conclusiones y comentarios finales

• El funcionamiento eficiente de las válvulas en los cilindros compresores representa un factor determinante del rendimiento del equipo.

• Este tipo de condición genera desbalance de las fuerzas producida por la carga de gas en ambos lados del cilindro y por ende variaciones en cuanto a la carga a la cual esta sometida la cruceta y de los grados de reversión del proceso tensión / compresión.

• La relación costo vs beneficio que representa la intervención para la verificación de condición y reemplazo de válvulas en esta unidad, es incomparable, a favor de los beneficios alcanzados

• El enfoque, la interpretación y el análisis de los datos obtenidos en campo durante la inspección, son esenciales para la detección, el acierto en el diagnostico y la emisión de las recomendaciones adecuadas para la corrección de fallas.

• La Sinergia y el correcto modelo de relación entre el personal de operaciones / mantenimiento / IMED permite que se den este tipo de resultados. Detección / Corrección / Verificación en cortos lapsos de tiempo.

• Contar con una herramienta como el analizador de equipos Reciprocantes WINDROCK 6320 PA, que permite hacer una evaluación integral en cuanto a vibración y termodinámica de las unidades motocompresora, es fundamental para lograr implementar eficientemente la filosofía de mantenimiento predictivo en nuestra corporación.

• Realizar mesas de trabajo, charlas técnicas y boletines para divulgar casos como estos, es importante para informar a nuestro personal mantenedor y operador de las actividades a ejecutar en el proceso de corrección de este tipo de fallas.

Con la implementación eficiente del mantenimiento predictivo podemos lograr alcanzar los siguientes beneficios:

Figura N°6. Beneficios
Figura N°6. Beneficios

Glosario de términos de esta publicación

  • 2203: Identificación de unidad Motocompresora asignado por Pdvsa Gas.
  • MMSFCD: (Million standard cubic feet per day) Millones pies cúbicos por día, siglas en inglés para medición de gas.
  • psi: (pounds per square inch) Libra-Fuerza por pulgada cuadrada. Unidad de Presión.
  • RPM: Revoluciones por minuto. Unidad de frecuencia para la velocidad angular.
  • BHP: (Brake Horse Power). Unidad de Potencia al freno.
  • C/C: Cilindro compresor
  • PT: Presión en función del Tiempo expresado en grados
  • PV: Presión en función del Volumen
  • ΔP: Diferencial de presión
  • MTBF: Mean Time Between Failures (Tiempo Medio Entre Fallas)

Autor: Odlanier J. Mendoza M.
Ingeniero Mecánico, Ingeniero de Integridad Mecánica de Equipos Dinámicos PDVSA Compresión Gas – Oriente Maturín; Estado Monagas, Venezuela
Correos: odlaniermendoza@gmail.com / mendozaox@pdvsa.com

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