Daniel Cano Covarrubias Emerson Automation Solutions

Transcripción

1 Válvulas de Control Antisurge Daniel Cano Covarrubias Emerson Automation Solutions

2 Agenda Desarrollando una Válvula Antisurge Surge en un Compresor Ciclo de Surge en la Curva del Compresor Protección Antisurge Típica Sistema de Control Antisurge Típico Selección de Válvulas de Control Anti Surge Solución ODV Control de Ruido Experiencia en campo

3 Desarrollando una Válvula Antisurge

4 Transporte de Gas

5 Desarrollo de Una Válvula Anti Surge Los compresores representan una inversión considerable y son frecuentemente el corazón de operaciones de plantas de proceso y líneas de gas. Los avances recientes en el controlador digital y las tecnologías de válvulas de control han llevado a mejoras significativas en el funcionamiento del compresor. Estos avances se han utilizado para automatizar el arranque y mejorar la eficiencia de funcionamiento al tiempo de reducir el riesgo de surge.

6 Desarrollo de Una Válvula Anti Surge La tecnología de válvulas de control previas eran seleccionadas con solo una cosa en mente: STROKING SPEED Stroking speed de la válvula antisurge evita que el compresor experimente un evento de surge. Sin embargo, este no es el único modo de operación requerido. Hoy en día, con la nueva tecnología de control antisurge, las válvula Antisurge necesitan más para cumplir todos los objetivos de control y no solo limitarse a un movimiento rápido.

7 Surge en Compresores

8 Surge en Compresores Detalle de la Aplicación Todos los compresores dinámicos (axiales / centrífugos) tienen un punto de surge. El surge se caracteriza por reversiones rápidas de flujo a través de un compresor. Surge sucede a bajos flujos. Cuando el flujo disminuye debajo de cierto punto, se genera una inestabilidad en el patrón del mismo dentro del compresor provocando que el fluido retroceda a través del compresor desde el lado de alta presión a baja presión: (la presión de descarga del compresor es menor que la presión aguas abajo del sistema). Los flujos reversibles son temporales y el flujo en la dirección correcta es rápidamente re-establecida. P d = Presión de Descarga del Compresor P d R losses P v P v = Presión del Recipiente R losses = Pérdidas de Resistencia por Tubería

9 Surge en Compresores Fallas Ocasionadas por Surge Mecánicamente, el surge genera reversiones de empuje del impulsor que pueden causar vibración y ruido inestable de forma axial y radial. Debido a que el surge es un fenómeno rápido y de alta energía, puede crear cargas dinámicas excesivas en los componentes internos del compresor, como cojinetes de empuje, sellos y cuchillas, así como problemas de tuberías causados por vibraciones no deseadas. Estator Rotor

10 Ciclo de Surge Y - El compresor pierde su habilidad de crear presión. F - El flujo se invierte G - La inversión de flujo da como resultado que la presión aguas abajo comience a caer. X El flujo hacía adelante se reestablece

11 Desarrollando el Ciclo de Surge en la Curva del Compresor P d B A D C De A a B ms.. Drop into surge De C a D ms Jump out of surge A-B-C-D-A Segundos Surge cycle Q s, vol

12 Protección Antisurge Típica La protección contra este evento suele ser en forma de detectar el inminente surge y tomar medidas rápidas para evitar la condición que genera la inversión del flujo y la oscilación de la presión resultante. SLL= Línea Límite de Surge RTL= Línea de Recicle de Disparo SCL= Línea de Control de Surge: Este es el punto en el que un evento de surge aparece eminente. SCL= Línea de Control de Surge OP RTL= Línea de Recicle de Disparo: Este es el punto en el que cualquier acción de control tomada en el SCL se considera insuficiente o ineficaz para prevenir el evento de surge. SLL= Línea Límite de Surge: Este es el punto en el que la física y la mecánica de fluidos se hacen cargo y ocurre el surge. Una vez que se alcanza el SLL, ocurrirá un evento de surge. Esta es la línea de la que queremos mantenernos lejos

13 Sistema de Control Antisurge Típico Proporciona una respuesta más rápida que el ajuste de la velocidad de la turbina para controlar el inicio del surge. Controlador antisurge está buscando múltiples variables para prevenir el comienzo de un surge. El sistema requiere una respuesta rápida y precisa para evitar condiciones de surge. El sistema básico de control Anti Surge incluye: Controlador, Sensores de flujo, presión y temperatura y Válvula de Control de Recirculación (Anti Surge)

14 Surge de Compresores Características del Surge Inversión Rápida del flujo (medida en milisegundos) Vibración excesiva del compresor. Aumento de la temperatura del medio que fluye. Ruido. Puede hacer que el compresor se dispare. Consecuencias del Surge Acorta la vida del compresor Ruido y Vibración Pérdida del Rendimiento Reduce la Salida del Compresor Daños Mecánicos a Las Juntas, Cojinetes, Impulsores, etc.

15 Criterios de Selección de las Válvulas Anti Surge Hay Dos Requisitos Típicos Para Esta Válvula Control de Velocidad Se necesita que las válvulas Anti Surge actúen muy rápidamente (normalmente solo en la dirección de apertura.) La válvula debe ser muy rápida. Esto requiere un dimensionamiento e instrumentación especial del actuador, para velocidades de carrera requerida típica completamente abierta en 750 mseg a 2 o 3 segundos Control de Ruido Niveles de Ruido adecuado de acuerdo a requerimientos del cliente. La válvula debe proporcionar el reciclo de flujo en el mismo marco de tiempo que el flujo transitorio. ANSI CL V

16 Solución ODV Válvula Digital Optimizada Solución para Anti Surge Característica de flujo especial con alto TURNDOWN (100:1) Trim de atenuación multi trayectoria Sistema de actuación de alto rendimiento. La vibración potencial de la tubería se reduce con tapones de válvula de área de equilibrio elevado y actuadores amortiguados en instalaciones de carrera larga. El número de accesorios es reducido en comparación con sistemas tradicionales. FIELDVUE ODV diseñado con algoritmos especiales de ajuste para aplicaciones antisurge Partial Stroke Test Prueba Parcial

17 Control de Velocidad Configuración Tradicional Solo Para Stroking Speed La Válvula de Control Anti Surge típicamente requiere más que una válvula, un actuador y un posicionador El tamaño y carrera de la válvula, el requerimiento de fuerza del actuador y la velocidad desplazamiento necesaria a menudo exigen una colección bastante compleja de componentes neumáticos-mecánicos. Típicamente, el requisito de velocidad de carrera podría ser bastante fácil de lograr, pero la estabilidad es más difícil de lograr. La respuesta y la capacidad de sintonía agregadas por el controlador de válvula digital (DCV 6200) permiten una respuesta adecuada. Lo suficientemente rápido para proteger el compresor mientras se asegura la estabilidad.

18 Control de Velocidad Configuración Tradicional Solo Para Stroking Speed El Sobre Impulso (Overshoot) que se Indica Puede Generar una Respuesta Inestable en un Evento de Surge del Compresor. Overshoot Respuesta Lenta Patrón Requerido Comportamiento Actual

19 Control de Velocidad Solución ODV Válvula Digital Optimizada Solución para Anti Surge Paquete ODV + Válvula de Control Optimizada Control de Ruido Tecnología Whisper FAT & SAT ODV incluye todo lo necesario para mover la válvula. Actuador de pistón de alto rendimiento. Amplificador de Volumen DVC6200 ODV Sistemas de disparo neumáticos y solenoide Filtro y regulador de alta capacidad Tubing y conectores totalmente calculados para minimizar daños por vibración y mejorar confiabilidad.

20 Control de Velocidad Solución ODV Válvula Digital Optimizada ODV Mejora Significativa en la Estabilidad, Mientras se Mantiene la Velocidad Requerida No Overshoot Patrón Requerido Comportamiento Actual Respuesta Rápida

21 Control de Velocidad Solución ODV Actuador Los amortiguadores de aire mecánicos dentro del cilindro del actuador de alta velocidad evitan el impacto de la vibración a lo largo del desempeño en cada parada de la carrera y proporcionan una desaceleración controlada para ayudar a proteger el actuador y los componentes de la válvula. Cushioned

22 Control de Velocidad Solución ODV Controlador Digital de Válvula Sin Partes Deslizantes para Usar La tecnología de retroalimentación sin contacto en el controlador de válvula digital FIELDVUE elimina el potenciómetro y no tiene piezas deslizantes para usar. Un conjunto de imanes y un sensor de efecto Hall se utilizan para detectar la posición de la válvula. El montaje resistente está diseñado para los entornos más duros

23 Criterios de Selección de las Válvulas Anti Surge Control de Ruido Durante la aparición del surge, la caída de presión y caudal experimentados por la válvula puede ser alta, por lo que se producen niveles de ruido excesivos. Esto debe considerarse a la hora de seleccionar la válvula, aunque el control del ruido a través del recorrido entero de la válvula puede que no sea necesario. La alta capacidad requiere un trim con atenuador de ruido para evitar vibraciones dañinas. Mantener por debajo de 0.3 Mach a la salida de la IEC

24 Resumen El surge del compresor es cambio de condición rápido de flujo y presión que puede ser prevenido. Surge en el compresor puede reducir el tiempo de vida útil del compresor. La operación adecuada Anti Surge puede prevenir daños y permitir más eficiencia en la operación del compresor. Solución ODV ofrece rápida respuesta, estabilidad, control adecuado y fácil instalación. Tecnología de reducción de ruido Fisher dependiendo el tipo de fluido.