MEJORA OPERACIONAL PROCESO DE ARRANQUE SISTEMA HP PLANTA COMPRESORA BP - BOQUERÓN Frank F. Franco V. Roger R. Castillo R.

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1 MEJORA OPERACIONAL PROCESO DE ARRANQUE SISTEMA HP PLANTA COMPRESORA BP - BOQUERÓN Frank F. Franco V. Roger R. Castillo R. 1.- INTRODUCCIÓN La planta de compresión del Campo BP-Boquerón está compuesta por 8 trenes con capacidad instalada para comprimir 15 MMscfd desde 35 psig hasta 1 psig. El arreglo y la capacidad de los trenes se muestran en la figura N o psig Trenes HP psig Trenes IP psig Figura N o 1.- Arreglo de los trenes de compresión en BP-Boquerón El arreglo de compresión de la planta esta dividido en dos fases. La primera fase (IP) está constituida por cinco (5) compresores reciprocantes con una capacidad de procesamiento de 3 MMscfd por unidad, los cuales comprimen el gas de 35 psig hasta 31 psig. La segunda fase (HP) consiste en tres (3) compresores reciprocantes de 5 MMscfd cada uno, que elevan la presión del gas de 31 psig hasta 1 psig. Ésta última se desarrolla en dos etapas de compresión denominadas 4 ta y 5 ta etapas del sistema HP. XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 1

2 A mediados del año 23, el sistema de compresión HP presentó una serie de problemas que estaban relacionados con la presencia de líquidos en los cilindros compresores, lo cual provocó daños considerables a nivel de las válvulas de admisión de gas, barra de compresión, packings y camisas de los cilindros de los compresores, entre otros; generando desembolsos considerable por la reparación y/o sustitución de las partes afectadas. Esta situación derivó en la ejecución de un estudio integral del sistema de compresión, con el firme propósito de determinar los eventos operacionales que estaban favoreciendo la formación de líquido, entender el fenómeno y brindar una solución practica al problema. En tal sentido, se plantearon los posibles escenarios que por su naturaleza propiciaban la condensación del gas; entre los cuales se destacó la operación de purga y presurización de las unidades durante su arranque. 2.- FASES DEL ESTUDIO El estudio se dividió en dos fases: Fase I: Evaluación termodinámica de la operación de arranque de las unidades compresoras: Purga, presurización, ecualización y recirculación. Fase II: Ajustes de las variables de procesos y procedimientos operacionales. 3.- OPERACIÓN DE ARRANQUE Purga y Ecualización El sistema HP de la planta compresora BP-Boquerón, cuenta con una secuencia de arranque que involucra tres procesos fundamentales: XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 2

3 Purga: Este proceso consiste en desplazar el oxigeno que pudiese estar presente dentro de la unidad. El mismo se inicia con la apertura de la válvula de purga, la cual deja pasar el gas de la 3 era etapa (P = 31 psig y T = 11 o F aproximadamente) hacia la 4 ta etapa, a través de un orificio de.63 de diámetro, provocando su expansión hasta obtener valores de presión aguas abajo de la válvula, cercanos a los 5 psig. Ecualización: Este proceso se inicia una vez cumplido con la purga del sistema, donde la unidad ha quedado presurizada a 5 psig; se da apertura a la válvula de purga hasta alcanzar un nivel de presión de 28 psig, para obtener el diferencial de presión requerido para la apertura de la válvula principal de admisión de gas de la 4 ta etapa. Presurización: Esta es la etapa previa al arranque de la unidad, la cual consiste en el incremento paulatino de presión hasta los niveles de descarga preestablecido para cada una de las etapas que conforman el sistema HP. El proceso de purga y ecualización se observa en la figura N o 2, junto al diagrama de fases del gas empleado para la operación de arranque. Debido a la expansión que sufre el gas durante el proceso de purga, éste se enfría a tal punto qué provoca la condensación de las fracciones más pesadas que lo componen. En este proceso se forma líquido en el rango de presión comprendido entre y 1 psig. La operación de ecualización, implica mantener la unidad presurizada a 5 psig, aproximadamente, lo cual implica mantener condiciones de operación dentro de la envolvente de fases (ver figura Nº 2), con su eminente consecuente (formación de líquidos). En este proceso se forma líquido en el rango de presión comprendido entre 5 y 15 psig, aproximadamente. XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 3

4 3 25 Proceso Purga Ecualización Bls-Min Temperatura (F) Bubble Pt Dew Pt Temp 11 Hidratos Figura N o 2.- Proceso de purga y ecualización 4 ta etapa HP La máxima cantidad de líquido en estos procesos se presenta cuando presurizamos hasta 5 Psig (.57 Bls/min), descendiendo paulatinamente la generación de líquido a medida que se incrementa la presión (ver figura N o 3).,7,6,5 Purga / Ecualización Bls/Min,4,3,2,1 Purga / Recirculación, Figura N o 3.- Formación de líquido en proceso purga sistema HP XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 4

5 3.2.- Purga y Recirculación Esta operación se inicia un (1) minuto después de realizar la purga a través del compresor, durando solo 3 segundos. En esta etapa de la secuencia de arranque del compresor también tendremos formación de líquidos en el sistema, producto de la expansión del gas, pero en menor cantidad que el obtenido cuando se purga a través del compresor, ya que el gas que proviene de la 3 era etapa se mezcla con el gas recirculado, empobreciendo la corriente de alimentación de la 4 ta etapa de compresión. Al igual que el proceso anterior, este volumen de líquido alcanza un máximo de.3 Bls/min cuando presurizamos hasta 5 psig, decreciendo en forma gradual a medida que incrementa la presión en el sistema (ver figura N o 3 y N o 4) Temperatura (F) Bubble Pt Dew Pt Temp 11 Hidratos Figura N o 4.- Formación de líquido proceso purga con recirculación 4 ta HP XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 5

6 Cabe destacar que la formación de líquidos se origina solo en la 4 ta etapa, los cuales, serán desplazados eventualmente hacia los puntos bajos de la 5 ta etapa de compresión (el proceso de recirculación de la 5 ta etapa no genera líquidos en el arranque de la unidad). 4.- AJUSTES VARIABLES DE PROCESOS Y PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES En el procedimiento de arranque originalmente establecido para el sistema HP, se observa que es inevitable la formación de líquidos durante la operación de purga, más no para la operación de ecualización y presurización. Esto se logra introduciendo en la secuencia de arranque el comando que establezca qué una vez purgada la unidad, la misma quede presurizada a 17 psig antes de iniciar la ecualización y presurización de la etapa; con lo cual se garantiza un punto de operación fuera de la envolvente de fases (ver figura Nº 5). 25 Presión [psig] psig 5 Zona de Formación de Líquidos Temperatura [ºF] Figura N o 5.- Diagrama de fases del gas sistema HP La figura Nº 6, muestra el proceso de arranque de una unidad en particular, donde la operación de purga se realiza hasta una presión de 17 psig, dejando la unidad XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 6

7 presurizada a este nivel de presión para luego dar arranque e iniciar el proceso de ecualización Presurización y Arranque Purga Ecualización Tiempo (Seg) Figura Nº 6.- Arranque a 17 psig, unidad 43 HP Durante este escenario de operación el proceso de purga se realiza de forma continua alcanzando niveles de presión que, bajo el esquema actual de operación, estaría en la fase de ecualización la cual normalmente se inicia alrededor de 5 psig (una vez dado arranque a la unidad). El esquema de operación ensayado permite desplazarse a través de la envolvente de fases hasta salir de la zona de formación de líquidos, dejando presurizado el sistema a 17 psig, sin descender nuevamente a niveles de presión que propicien la formación de líquidos cuando se inicie el proceso de ecualización (ver figura Nº 7). XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 7

8 psig Bls-Min Temperatura (F) Bubble Pt Dew Pt Temp 11 Hidratos Figura Nº 7.- Proceso de purga y ecualización 4 ta etapa HP La figura Nº 8, muestra la comparación entre el proceso de arranque normalmente desarrollado y la propuesta de mejora; de la cual podemos concluir, que el procedimiento de arranque propuesto disminuye la formación de líquidos en un 23 % (2.3 Bls vs 1.7 Bls). La figura Nº 9, muestra una serie de arranques practicados en el año 23 siguiendo el procedimiento originalmente establecido para tal fin, el cual, en comparación con el procedimiento propuesto, se obtiene en promedio un descenso en la formación de líquido de aproximadamente 3 %. XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 8

9 6 2, Mejora Actual 2,1 1,8 1,5 1,2,9,6,3 Bls Tiempo (Seg) /4/23 Líq Líq Figura Nº 8.- Comparación procesos de arranque actual vs arranque a 17 psig Bls 3.1 Bls 2.3 Bls 2.2 Bls 2. Bls Mejora Operacional Arranque Normal Tiempo (Seg) Figura Nº 8.- Comparación procesos de arranque actual vs arranque a 17 Psig Figura Nº 9.- Comparación procesos de arranque actual vs arranque a 17 psig XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 9

10 5.- CONCLUSIONES o Las fases que involucra la operación de arranque de las unidades compresoras del sistema HP, propician la generación de líquidos en el sistema. o Para minimizar la formación de líquidos durante la operación de arranque de las unidades, es necesario realizar la operación de purga hasta 17 psig en vez de 5 psig, garantizando mantener la unidad presurizada por encima del punto de rocío del gas. o Las pruebas de campo realizadas bajo el esquema de operación propuesto para el arranque de las unidades, indican que se disminuye significativamente la generación de líquidos (23 %) durante los procesos de purga, presurización y ecualización de presión. o Las principales fallas mecánicas de ruptura de barras y anillos de pistones eran reportadas durante los procesos de arranque, desde la implementación del nuevo procedimiento de arranque no se han reportados mas fallas bajo estas condiciones. o Se han ahorrado importantes cantidades de dinero en repuestos y equipos, producción diferida, y se ha evitado incidentes que podrían tener dimensiones catastróficas en daños tanto a las personas, equipos y al medio ambiente. o En las paradas normales de las unidades donde no se requiere la despresurización de las mismas, estas permanecen presurizadas a niveles de 17 psig, lo que garantizan que no se estarán generando líquidos dentro de la unidad sin importar los cambios de temperatura ambientales. XVII Convención de Gas, AVPG, Caracas, Venezuela, de Mayo, 26 Página 1