Selección de Potencia del Motor Eléctrico en Compresores Reciprocantes de Múltiples Etapas

Para la selección de potencia del motor eléctrico de un compresor reciprocante de multietapas y de gran potencia, es muy importante analizar cuidadosamente las recomendaciones dadas en el API 618, 5th Edición y las enmiendas (amendments) que hacen los usuarios (clientes) a las especificaciones 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 en cuenta que las PSVs (Pressure safety valves) de cada cilindro deben están descargando a la presión de ajuste (diseño) simultáneamente, 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.
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), sino 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.
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 temperatura mínima de succión 10ºC.

Bajo las condiciones mencionadas anteriormente, se evaluaron diferentes ofertas haciendo hincapié en el cumplimiento 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 Eléctrico a Casos de Operación del Compresor.
Tabla 3. Condiciones del Motor Eléctrico a 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 obtuvieron los siguientes resultados.

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

De acuerdo a estos últimos resultados, se observa que tuvo que aumentarse en 100 kW la potencia nominal del motor para satisfacer los estándares del API 618, inclusive con la condición irregular (Upset condición, 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.
Tabla 5. Condiciones del Motor Eléctrico a Casos de Operación Upset Condition del Compresor.
Fuente: Burckhardt Compression AG.

Conclusiones / Recomendaciones

  • En las evaluaciones técnica de los compresores reciprocantes de múltiples 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.

Referencias

  1. API 618 Reciprocating Compressor for Petroleum, Chemical and Gas Industry Services, 5ta Edición, Diciembre 2007.
  2. HP Reliability. Interpreting API Standard 618 for Reciprocating Compressor, January 2016.

Autor: MSC. Ing Pedro Nava
Rotating & Reciprocating Equipment Engineer
Correo: pnava4@hotmail.com

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