Guia de Compresión Del Gas Natural

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NÚCLEO DELTA AMACURO

PROCESAMIENTO DE GAS Y PETRÓLEO I

COMPRESIÓN DEL GAS NATURAL Antes de utilizar el gas natural u otros gases es necesario someterlos a un proceso de compresión a fin de elevarles su nivel energético. Para realizar este proceso se utilizan compresores, los cuales son máquinas construidas que tienen como finalidad comprimir fluidos en estado gaseoso a determinadas presiones. El aumento de energía del gas se logra mediante el trabajo que se ejerce sobre el fluido en un compresor. Este incremento se manifiesta por aumento de presión y en la mayoría de los casos por aumentos de temperatura. La compresión del gas natural se puede representar por un proceso termodinámico. Inicialmente, el gas se encuentra en un nivel inferior de presión en cantidades prefijadas. Luego se comprime y posteriormente se descarga a los niveles de presión superiores requeridos. Este proceso se repite de manera continua o permanente. Las presiones creadas por los compresores que funcionan en los esquemas tecnológicos industriales son bastantes altas. Sin embargo, es muy difícil obtener una alta presión en una sola etapa de compresión; para lograrlo, necesariamente hay que enfriar el gas lo más intenso posible en el proceso de compresión, y luego, efectuar la compresión en las etapas sucesivamente unidas, realizando el descenso de la temperatura del gas en los interenfriadores conectados en el flujo entre las etapas. El esquema de principio del proceso de compresión por etapas se muestra en la figura 1.

FIGURA 1. ESQUEMA DEL PRINCIPIO DEL PROCESO DE COMPRESIÓN POR ETAPAS

FACILITADOR: ING°. JOSELYS SALAZAR

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El empleo de la compresión por etapas produce un gran ahorro de energía empleada para accionar el compresor. Esto se puede ver claramente en el diagrama presión– volumen de un compresor de tres etapas de la figura 2.

FIGURA 2. DIAGRAMA PRESIÓN – VOLUMEN DE UN COMPRESOR DE TRES ETAPAS

TIPOS DE COMPRESORES

La industria dispone de una gran variedad de compresores, los cuales se dividen de acuerdo a su principio de operación en dos grandes grupos: a) Compresores Dinámicos o de flujo continuo b) Compresores de Desplazamiento Positivo o de flujo intermitente.


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COMPRESORES

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

ROTATORIOS

DINÁMICOS

RECIPROCANTES

CENTRÍFUGOS

a) Compresores Centrífugos En un compresor centrífugo se produce la presión al aumentar la velocidad del gas que pasa por el impulsor y luego al recuperarla en forma controlada para producir el flujo y presión deseada. Estos compresores suelen ser unitarios, salvo que el flujo sea muy grande o que las necesidades del proceso exijan otra cosa. Se dividen en dos grupos: compresores Axiales y los compresores Radiales. 

Compresores Axiales

Estos compresores se caracterizan porque el flujo del gas es paralelo al eje o árbol del compresor y no cambia de sentido como en los centrífugos. Los límites de capacidad de los compresores axiales está a la derecha de los centrífugos lo que indica el empleo de estos compresores para manejar flujos más grandes que los centrífugos hasta una presión de 230 psig aproximadamente. Su aplicación está referida a las turbinas de gas y motores a reacción o en aplicaciones que requiera manejar flujos por encima de 100000 PCMS (Pies cúbicos por minuto). Se controla mediante un mecanismo de control de alabes variables del estator ubicado en las primeras etapas.


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FIGURA 3. COMPRESOR AXIAL Ventajas: 1. Capacidad muy alta de flujo por cada comprensor: de 140 a 190 m 3/s real (300000 a 400000 pie3/min. Real). Por encima de los 61 m3/s real (130000 pie3/min. Real) mas diseño de compresores axiales que centrífugos están disponibles. 2. La eficiencia puede ser hasta 10% mayor que la de los centrífugos, resultando en menor consumo energético, al igual que el motor o turbina y un sistema de suministro más pequeños. 3. Menor tamaño físico y menor peso que los centrífugos, permitiendo menor costo de instalación. 4. Si se mueve con una turbina de gas o vapor, la mayor velocidad usualmente permite acoplamiento directo (sin caja reductora) y diseños eficientes de turbina. 5. Mayor relación de compresión por carcasa debido a mayor eficiencia, según la limitación de temperatura de descarga. 6. Más fáciles de operar en paralelo con compresores de cualquier tipo que los centrífugos, debido a su empinada curva cabezal-capacidad.


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Desventajas 1. Rango más estrecho de flujo para operación estable, especialmente con impulso de velocidad constante, a menos que se use un costoso diseño de alabes de estator de ángulo variable. 2. Los sistemas de control de flujo y los controles de protección anti-oleaje son más complejos y costosos que para los centrífugos. El control anti-oleaje debe ser muy confiable, pues el oleaje puede dañar un compresor axial muy rápidamente. 3. El deterioro de su desempeño debido a ensuciamiento en la ruta de gas y a erosión es más severo que en los centrífugos. Esto requiere mayor filtración en la succión y hace a los compresores axiales no aptos para corridas continuas largas en severillos sujetos a ensuciamiento. 4. Los daños por objetos extraños succionados tienden a ser más extensos que los centrífugos. 5. Hasta el presente, los modelos desarrollados para la utilización en procesos tiene generalmente un límite de presión más bajo que los centrífugos (sin embargo, los axiales tienen el potencial para ser desarrollados a niveles de presión por lo menos tan altos como los de centrífugos). 6. La experiencia en servicios diferentes al de aire es muy limitada hasta la fecha, haciendo difícil la justificación de su utilización para un nuevo gas. b) Compresores de Desplazamiento Positivo Son de capacidad constante y tienen descarga de presiones variables. La capacidad se cambia por la velocidad o con el descargador de la válvula de succión. Además, solo hay una pequeña variación en el flujo en una amplia gama de presiones. Se dividen en dos grupos: Reciprocantes y Rotativos.


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



Compresores Reciprocantes

El compresor reciprocante,

también

denominado

recíproco, alternativo

o

de

desplazamiento positivo, es un tipo de compresor de gas que logra comprimir un volumen de gas en un cilindro cerrado, volumen que posteriormente es reducido mediante una acción de desplazamiento mecánico del pistón dentro del cilindro. En estos compresores la capacidad se ve afectada por la presión de trabajo. Esto significa que una menor presión de succión implica un menor caudal; para una mayor presión de descarga, también se tiene un menor caudal.

FIGURA

4. COMPRESOR RECIPROCANTE

Ventajas: 1. Son económicos para altos cabezales típicos de gases de servicios de bajo peso molecular. 2. Disponibles para altas presiones; casi siempre son usadas para presiones de descarga por encima de 3500 psig. 3. Son muchos menos sensitivos a la composición de los gases y a sus propiedades cambiantes que los compresores dinámicos. 4. Apropiados para cambios escalonados de flujo de 0 a 100%, a través del espacio muerto y las válvulas de descarga con un mínimo desgaste de potencia a bajo flujos.


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5. La eficiencia total es mayor que la de los compresores centrífugos para una relación de presión mayor que 2. 6. Presenta una temperatura de descarga menor que los compresores centrífugos debido a su alta eficiencia y a su sistema de encamisado de enfriamiento. Desventajas: 1. Fundaciones mucho más grande para eliminar las altas vibraciones debido a los esfuerzos reciprocantes. 2. Los costos de mantenimientos son de dos a tres veces mayores que los costos para compresores centrífugos. 3. El potencial de funcionamiento continuo es mucho más corto que el de los compresores centrífugos, la frecuencia de parada es mucho mayor, debido a fallas en las válvulas. 4. Los equipos lubricados son sensitivos al arrastre del líquido, debido a la destrucción de la película lubricante. 5. Comparados con otros tipos de compresores se requieren una inspección más continua, debido a la susceptibilidad a fallar en las válvulas y en el sistema de lubricación. 

Compresores de Tornillo

Lo que esencialmente constituye el compresor de tornillo, es un par de rotores que tienen lóbulos helicoidales de engranaje constante. Los rotores van montados en un cárter de hierro fundido provisto de una admisión para gas en un extremo y una salida en el otro. Según giran los rotores, los espacios que hay entre los lóbulos van siendo ofrecidos al orificio de admisión y el incremento de volumen experimentado provoca un descenso de presión, con lo que dichos espacios empiezan a llenarse de gas. Al mismo tiempo se inyecta aceite sometido a presión neumática en el gas entrante; no hay bomba de aceite.


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Cuando los espacios interlobulares están completamente cargados de gas, la rotación, que prosigue, cierra el orificio de admisión y comienza la compresión. El volumen de gas que hay entre los rotores en engrane continuo sufre aún mayor reducción. Cuando se alcanza la presión final a que se somete el gas, el espacio interlobular queda conectado con el orificio de salida. La mezcla descargada de aire/aceite pasa por un separador que elimina las partículas de aceite. Entonces fluye el gas limpio por la tubería neumática.

FIGURA

5. COMPRESOR DE TORNILLO

De acuerdo al tipo y aplicación, los compresores se pueden clasificar como se muestra en el cuadro Nº 2: Cuadro Nº 2: Compresores y su aplicación TIPO DE COMPRESOR

RANGO DE APLICACIÓN

Reciprocante

A casi todos los rangos de presión y caudales moderados.

Centrífugo

A presiones relativamente bajas o medianas y caudales altos.

Desplazamiento rotativo

A presiones bajas y caudales altos.

Axiales

A presiones relativamente bajas o medianas, caudales altos y diferenciales de presión bajas.


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PLANTAS COMPRESORA DE GAS Una PCGN es toda instalación localizada en tierra (baterías) o en alta mar (plataformas marinas), cuya finalidad es comprimir el gas producido por los reservorios aledaños para los siguientes fines: 

Transmisión hasta las estaciones de entrega o de medición y regulación, disposición en yacimiento o inyección en proyectos de recuperación o en proyectos de recuperación secundaria. Las plantas compresoras elevan la presión del gas de 40 y 500 psig provenientes de las estaciones de producción hasta un nivel de 5800 a 6500 psig para luego ser inyectado a diferentes pozos asociados al complejo con fines de recuperación secundaria.



Generar el ascenso de petróleo en aquellos pozos que producen gas asociado.



Inyectarlo a dichos pozos para mantener su presión.



Las plantas compresoras pueden estar diseñadas para realizar la deshidratación del gas natural



Venderlo a aquellas plantas procesadoras de gas para su posterior venta como combustible de uso doméstico, para procesos industriales o para generar energía eléctrica en centrales termoeléctricas.



Como consumo interno en las plantas compresoras

Una planta compresora, es una facilidad turbo compresora y/o motocompresora capaz de comprimir un volumen de gas proveniente de las estaciones de flujo a una presión comprendida entre 20 y 180 psig y elevarla hasta las presiones establecidas según los requerimientos operacionales para su distribución. PARÁMETROS DE CAMPO A TOMAR EN CUENTA EN LA TERMODINÁMICA DEL PROCESO DE COMPRESIÓN: a. Caudal de gas producido. b. Caudal de gas venteado. c. Presión de salida del gas en la última etapa de compresión.


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d. Caudal de gas desplazado. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO EN UNA PLANTA COMPRESORA El gas proveniente de la línea madre del sistema de captación ingresa a un separador de entrada, cuya función específica es retener las partículas de agua en estado líquido, residuos de petróleo e impurezas que pueden ser arrastrados conjuntamente con el fluido. Luego de pasar por el separador de entrada el gas ingresa al sistema de la planta compresora, que inicia con un scrubber de succión donde se extraerá las gotas de líquidos, luego el gas pasa por un filtro de succión para retener las impurezas antes de ingresar al compresor. La compresión del gas se realiza por medio de un compresor reciprocante o centrífugo accionado por un motor a gas. El gas entra a la succión del compresor donde es arrastrado para elevar la presión en la línea. Los compresores son lubricados con aceite, con los siguientes propósitos: 

Lubricar todas las piezas móviles del compresor



Sellar el ingreso del gas a las partes móviles del compresor.

Posteriormente el gas sale por el puerto de descarga del compresor y se dirige a un enfriador por aire (aeroenfriador o fan cooler), para rebajar su temperatura y continuar el proceso, ya que el gas requiere entrar a una temperatura inferior a los 140 °F al sistema de deshidratación, además logra la condensación de algunos líquidos. Para retirar los líquidos condensados el flujo de gas se dirige a un despojador (recipiente metálico que puede estar en posición horizontal o vertical) en donde se separan los fluidos gas y líquidos. Este proceso se repite de acuerdo a la presión de salida que requiera las líneas de distribución de gas, por lo tanto, se requiere de varias etapas para lograr la compresión del gas natural.


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El gas que se emplea para la venta proveniente de la Planta Compresora debe ser enviado a una unidad de deshidratación y endulzamiento, de acuerdo a las características o propiedades del gas. Para el caso del gas que es inyectado a los pozos no es necesario ser enviado a las unidades de eliminación de contaminantes.

FIGURA 6. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UNA PLANTA COMPRESORA


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FIGURA 7. PLANTA COMPRESORA DE GAS


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Causas del venteo de gas natural en una PCGN Fundamentalmente, la falta de capacidad de compresión de las unidades de compresión. También se ventea gas porque los pozos producen inesperadamente más gas de lo normalmente esperado, habiendo así un exceso que desafortunadamente debe ser desfogado. Contaminación atmosférica por el venteo de gas natural Viene a ser un fenómeno natural o provocado, intencionalmente o no, que incide en la composición normal fisicoquímica y biológica de la atmósfera, haciéndola hostil a las actividades humanas en sus múltiples facetas y a la vida misma. DEPURADORES Es un recipiente metálico en posición vertical u horizontal que mediante mallas y bandejas internas tiene la función de retener el líquido presente .En la corriente de gas. En la Etapa de Depuración pasa únicamente el gas que viene de la etapa de separación, y lo que se busca es recolectar los restos de petróleo en suspensión que no se lograron atrapar en el separador, además de eliminar las impurezas que pueda haber en el gas, como lo son H2S y CO2. El líquido recuperado en esta etapa es reinsertado a la línea de líquido que va hacia el tanque de lavado o de almacenamiento según sea el caso, el gas limpio es enviado por las tuberías de recolección a las plantas de compresión o miniplantas, y otra cantidad va para el consumo interno del campo cuando se trabaja con motores a gas.


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