COMPRESIN Y BOMBEO

La mayora de las tuberas requiere la presurizacin del fluido para incrementar la capacidad y contrarrestar las cadas de presin. Esto se logra mediante el uso de estaciones de bombeo para las tuberas de lquidos y estaciones de compresin en el caso de tuberas de gas.

En el caso de tuberas de lquidos, se instalan en la entrada y la salida del mismo, tanques de almacenaje, al igual que en locaciones intermedias, esto con el fin de manejar los diferentes lquidos que necesitan ser transportados por baches. Las bombas son utilizadas para compensar la friccin y las diferencias de elevacin.

Las estaciones de compresin, sirven para comprimir el gas, para contrarrestar las cadas de presin y permitir la transmisin de un mayor flujo a travs de la tubera. Por otro lado, el gas al ser compresible, no necesita tanques para las tuberas de gas, a no ser que se tengan en localidades de alto consumo, para cumplir con la demanda.

Las estaciones de compresin (Figura 1) y bombeo (Figura 2) son similares, ya que ambos cuentan con tuberas, vlvulas que separan la lnea principal. Estos elementos permiten una operacin ms flexible como por ejemplo, el arranque, apagado y aislamiento en caso de mantenimiento o emergencia. A menudo mltiples unidades son instaladas en serie, en paralelo o en configuraciones combinadas para cumplir los requerimientos de operacin.

En las estaciones de compresin existen los enfriadores de descarga, para proteger las uniones de la tubera contra las altas temperaturas, adems de mejorar la eficiencia de flujo en las tuberas.

Los scrubbers son utilizados en las estaciones de compresin, para capturar los lquidos que pueden daar el compresor y los filtros son adems utilizados en las estaciones de bombeo.

Existe una variedad de tecnologas y equipos usados para el bombeo y compresin, entre los ms usados estn:

Turbinas de gas (tanto para bombeo como para compresin).

Motores elctricos (usados principalmente para bombeo, tambin aplicados para compresin).

Mquinas reciprocantes (tanto para bombeo como para compresin).

Los equipos ms comunes consisten en:

Compresores centrfugos (slo para compresin).

Bombas centrfugas (slo para bombeo).

Compresores reciprocantes (slo para compresin).

Casi todas las combinaciones posibles de tecnologas y equipos han sido utilizadas en un punto u otro, sin embargo, las ms comunes son:

Turbina de gas y compresor centrifugo.

Motor elctrico y bomba centrfuga.

Mquina reciprocante y compresor.

Por otro lado, varios sistemas auxiliares son necesarios como soportes a los diferentes equipos, tales como:

Sistema de lubricacin.

Sistema de sellado (mecnico, sellos secos y sellos hmedos).

Sistema de control para la estacin y unidades individuales.

Sistema elctrico (entrega de alto voltaje, frecuencias variables).

Sistema de enfriamiento de maquinarias.

Sistema magntico.

Sistema de combustibles.

Sistema de toma de aire.

Figura 1 Estacin de compresin

Figura 2. Estacin de bombeo

En estas estaciones, es crucial el uso de unidades de instrumentacin y control de bombas y compresores, terminales de crudo y sistemas auxiliares.

En las estaciones modernas, casi todas las funciones han sido automatizadas, como resultado, las estaciones de bombeo y compresin pueden ser controladas de forma remota y requieren muy poca intervencin humana.

DISEO DE ESTACIONES DE COMPRESIN Y BOMBEO

Las estaciones de bombeo y compresin no son entidades independientes y deberan ser vistas siempre como una parte del sistema total de tuberas.

En el diseo de las etapas se utilizan las mejores condiciones de operacin requeridas, entre dichas condiciones se tiene la presin de succin y descarga, flujo mximo y mnimo y composicin y propiedades del fluido.

Esto cambia a menudo durante la vida de la estacin, y puede ser necesario modificar la bomba o el compresor a nuevos requerimientos del sistema o considerar mayores modificaciones como adjuntar una nueva bomba o compresor.

Una estacin de compresin o bombeo consiste de un nmero de unidades (equipos y accesorios) que son conectados por tuberas y vlvulas a la lnea principal. Las tuberas de lquidos tienen terminales en cada terminacin de la lnea, con tanques para controlar el despacho de productos a la tubera y manejar los lotes o batches que son requeridos.

El diseo en general de una estacin de compresin o bombeo es dependiente de:

Tipo, tamao, y configuracin de accesorios, bombas o compresores

Condiciones climticas, incluyendo temperatura, humedad, contaminantes

Localizacin relacionada a recursos disponibles

Regulaciones, requerimientos ambientales y de seguridad

Proximidad a reas inhabilitadas

Las estaciones de bombeo o compresin pueden estar configuradas en serie, paralelo o en una combinacin de ambos; siendo el resultado de decisiones de diseo del tipo de accesorios, bombas o compresores. Si los requerimientos de flujo incrementan, la adhesin de nuevas unidades pueden causar retos adicionales, como por ejemplo una turbina / compresor centrfugo es sumado a un compresor reciprocante.

Tabla. Cuadro de controladores y equipos segn aplicacin

APLICACINCONTROLADOREQUIPOCOMENTARIOS

Bombeo lnea principalInduccin delmotor elctricovelocidad constante o VFDBomba centrfugaTamao comn entre 1 a

3 MW

BombeoAlta / media velocidad del

motor reciprocanteBomba centrfugaRango de 500 Kw a 10

Mw

Bombeo de volmenes ms

bajosVelocidad constante de

induccindelmotor elctricoBomba centrfugaArriba de 1MW

Bombeo de impulsin en terminal.Motor elctricoBombacentrfuga verticalRango mayor a 500 Kw

Compresindelnea principalTurbina de gasCompresor centrfugoRango de 3 a 25 Mw

Compresindelnea principalSincronizacin del motor elctrico con VFDCompresor centrfugoRango de 10 a 30 Mw

Compresindelnea principalInduccindelmotor elctrico con VFDCompresor centrfugoRango de 1 a 15 Mw

Compresindelnea principalInduccindelmotor elctrico con VFDCompresor centrfugo integrado con motorRango de 5 a 22 Mw, libre de aceite

Granvolumen/baja

relacin de compresinBaja velocidad del motor

reciprocanteCompresor

reciprocanteEn la mayora de los

compresores

Bajo volumen/ alta relacin

de compresinAlta / media velocidad del

motor reciprocanteCompresor

reciprocanteRango de 500 kw a 8 Mw

Ms bajo volumen / alta

relacin de compresinVelocidad constante de

induccindelmotor elctricoCompresor

reciprocanteRango de 500 Kw a 8

Mw

En la Tabla, se muestra las diferentes combinaciones de accesorios y equipos que son utilizados en las operaciones de las tuberas.

En adhesin a las bombas y compresores, una estacin de bombeo o compresin normalmente incluye un nmero de otros componentes y sistemas, incluyendo:

Scrubber o separador de lquidos (slo en las estaciones de compresin)

Filtros para remover contaminantes (slo en estaciones de bombeo)

Gas coolers (Slo en estaciones de compresin)

Heaters and coolers (estaciones de bombeo)

Sistema de gas combustible para filtrar y calentar el gas usado como combustible (slo en estaciones de compresin)

Estaciones de medicin de flujo usando elementos como la placa de orificio, ultrasnicos, etc.

Unidad auxiliar de poder o energa de respaldo

Sistemas de aire comprimido

Sistemas elctricos de alto voltaje para motores elctricos

Sistemas de seguridad

En la actualidad existe una gran variedad de bombas y compresores de alta tecnologa que cuentan diseos especficos para cada tipo y rangos de operacin, presentando un mayor rendimiento en cuanto al sistema en general.

SELECCIN DE LA UNIDAD

La aplicacin exitosa de cualquier unidad de bombeo o compresin depende del cumplimiento de los requerimientos relacionados al desempeo, costos de operacin y vida esperada del equipo

La seleccin de una unidad de bombeo o compresin para cualquier aplicacin especfica depender de ciertos factores como:

Desempeo de rangos y ciclos esperados

Requerimientos de instalacin y medidas como ancho y tamao

Opciones de configuracin

Tipo de fuente de energa disponible

Soporte de mantenimiento disponible

Costo del ciclo de vida (capital, operacin y mantenimiento)

Requerimiento de ruido y emisiones

Para una nueva tubera, se considera un rango completo de equipos disponibles, pero para adhesin a sistemas existentes, es ms conveniente para la operacin y mantenimiento, la seleccin de equipos similares a los ya antes instalados.

El soporte de mantenimiento deber ser tomado en consideracin antes de realizar la seleccin final. Esto incluye la disponibilidad de habilidades tcnicas, partes y accesorios, y otros requerimientos generales.

Cuando se hace la seleccin de equipos, es muy importante consultar con la compaa que construye los equipos para obtener recomendaciones para la aplicacin ptima de los equipos y las diferentes configuraciones.

LAYOUTDELASTUBERASDEUNAESTACINDE COMPRESIN

El Layout bsico de una estacin de compresin consiste en:

Una vlvula block de la estacin, adems de una vlvula de bola o de compuerta, que controla el flujo hacia la estacin de compresin.

Vlvulas de succin y descarga de la estacin, junto a vlvulas de bola o compuerta, que permiten aislar la estacin de la lnea principal en caso de emergencia o mantenimiento de la estacin.

Un scrubber para prevenir la entrada de lquidos a la entrada del compresor.

Una vlvula blowdown de la estacin, normalmente una vlvula de bola, para permitir la evacuacin de las tuberas.

Una vlvula de alivio para reducir la presin del gas en caso de sobrepresiones.

Una lnea de bypass de la estacin con una vlvula check en caso de que las unidades de compresin no estn operando.

Gas coolers para reducir la temperatura de descarga e incrementar la eficiencia de la tubera.

Figura 3. Layout bsico de las tuberas de una estacin decompresin:a) Operacin normal; y b) Estacin fuera de servicio

La Figura 3, muestra la posicin de las vlvulas durante una operacin normal y cuando la estacin no est en servicio.

En la compresin del gas, se instalan mltiples unidades, siendo las ms usada en forma paralela, ya que las unidades de compresin en serie requieren un procedimiento de encendido especial.

En la Figura 4, se muestra una configuracin en paralelo estndar. Cada unidad de compresin tiene sus propias vlvulas de succin y descarga, vlvula de reciclo y vlvulacheck.

Existe tambin una vlvula de reciclo opcional, la cual es una mejor solucin en situaciones

donde se necesita un mayor reflujo desde que el gas reciclado pasa a travs del cooler.

En la Figura 5, se puede observar una configuracin en serie, pudiendo observar que es ms complicada desde que se requiere el bypass para permitir operaciones individuales o combinadas de las unidades de compresin.

Figura 4. Configuracin en paralelo de la estacin de compresin

Figura 5. Configuracin en serie de la estacin de compresin

LAYOUTDELASTUBERASDEUNAESTACINDE BOMBEO

El layout de una estacin de bombeo presenta ciertas diferencias en comparacin con una unidad de compresin; no existe una vlvula de reciclo y blowdown pero existe una vlvula de control de presin (VCP) para controlar la presin de descarga.

Por otro lado, un sistema de alivio y antorcha son requeridos para aliviar la presin para fines de mantenimiento o control de emergencias.

En una estacin de bombeo tpica, el producto es recibido de la estacin aguas arriba (upstream); se realiza el monitoreo de la presin y la temperatura, al igual que la recepcin de los pigs para posteriormente fluir a travs de la lnea de filtro en su camino a las bombas respectivas.

La Figura 6.(a), muestra el layout general cuando las bombas estn en operacin.

Cuando el mantenimiento debe ser hecho a altas presiones de tubera o componentes, o

cuando condiciones peligrosas son detectadas, la vlvula block de la estacin se abre y la vlvula de succin y descarga se cierran (Figura 6 (b)).

El sistema de conexiones incluye una vlvula check de la estacin para prevenir el regreso del flujo hacia el sistema. Existe adems una lnea de bypass que pasa alrededor de la VCP para permitir su mantenimiento y continuar con las operaciones continuas.

Una configuracin en serie es la ms comn en las estaciones de bombeo. El layout puede ser adems simple como se muestra en la Figura 3.18(a), donde se observa una situacin normal de operacin con todas las unidades funcionando. La vlvula del bypass est cerrada y las vlvulas de succin y descarga de la estacin estn abiertas. Cuando las bombas estn funcionando, las vlvulas de la unidad estn abiertas y la vlvula check permite el flujo normal; la VCP controla la presin de flujo de descarga.

Operaciones en series son aplicables cuando el objetivo principal es sobrepasar la friccin de la lnea. Normalmente, ms de 3 bombas son usadas en serie, lo que provee flexibilidad, particularmente para bombas con velocidades de motor constantes.

Existe adems menos dificultad desde el punto de encendido y apagado en comparacin con un sistema en paralelo.

Si existe un incremento sustancial en la elevacin de la descarga, el uso de sistemas en paralelo son ms apropiados, ya que la cabeza de las bombas ya est predeterminada. Cada unidad por lo tanto requiere vlvulas separadas de descarga. Si se necesita mayor flexibilidad, el mejor diseo de la estacin puede ser una combinacin entre serie y paralelo. (Figura 7)

Figura 6. Configuracin bsica de una estacin de bombeo:

a) Operacin normal; b) Estacin fuera de servicio

Figura 7. Configuracin combinada en serie / paralelo de una estacin de bombeo