Mantenimiento Compresores Centrifugos.pdf

EQUIPO DE SERVICIOS PETROLEROS LTDA. MANTENIMIENTO DE COMPRESORES CENTRIFUGOS NUOVO PIGNONE & DEMAG DELAVAL

JHONY VERGEL INGENIERO DE MAQUINAS ROTATIVAS Ing. Jhony Vergel

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INDICE • MANTENIMIENTO. DIN 31051

– MANTENIMIENTO DE UN EQUIPO – TIPOS DE MANTENIMIENTO – INSPECCION Y MANTENIMIENTO

• PRINCIPALES PARTES DE UN COMPRESOR – – – – – – – –

CARCAZA ROTOR TAMBOR DE BALANCE SISTEMA DE CONEXIONES DIAFRAGMAS PARTES AUXILIARES - COMPRESORES NUOVO PIGNONE COJINETES RADIALES COJINETES AXIALES O DE EMPUJE

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• SELLOS LABERINTOS vs HONEYCOMB • ACOPLES FLEXIBLES

• •

– PRESTRETCH GAP – TIPOS DE ACOPLES – MANTEMINIENTO ALINEAMIENTO COMPRESOR & GEAR BOX DEMAG DELAVAL – Arreglo compresor Demag Delaval – Cupiagua – Datos de Placa – Tipos de rotores • 3CD31 • 8BK31 – MANTENIMIENTO MAYOR – SISTEMAS DE SELLOS • SELLOS SECOS • SELLOS DE NITROGENO • SELLOS DE GAS • SELLOS INTER ETAPAS – COMPRESOR CARCAZA PARTIDA – LP – SISTEMA DE LUBRICACIÓN Ing. Jhony Vergel

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• COMPRESORES NUOVO PIGNONE – – – – – – – – – – –

TEMPERATRAS Y PRESONES DE OPERACION SELLOS DE ACEITE TIPOS DE COMPRESORES SELLOS DE GAS – LABERINTOS SELLOS INTERETAPAS ROTOR & DIAFRAGMAS OVERHEAD TANK CONEXIONES DE GAS EN EL COMPRESOR LÍNEA DE EQUALIAZCION TIPOS DE BALANCEO FLENDER-GRAFFENSTADEN GEAR BOX • Patrón de Contacto

• LIMITES PARAMETROS CRITICOS

– REQUERIMIENTO ESTANDAR – API 617 • VELOCIDADES CRITICAS • SURGE Ing. Jhony Vergel

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MANTENIMIENTO: DIN 31051

• Mantenimiento incluye todas las medidas

requeridas para mantener o reestablecer las condiciones de diseño, como el continuo monitoreo de la condición actual del equipo de un sistema

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MANTENIMIENTO DE UN EQUIPO

• Mantener el valor de la inversión de

capital. • Evitar paradas no planeadas y perdidas de producción. • Garantizar máxima eficiencia del equipo o sistema. • Garantizar calidad, seguridad y protección al medio ambiente. Ing. Jhony Vergel

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TIPOS DE MANTENIMIENTO

• Mantenimiento Preventivo: Se define como mantenimiento programado, para prevenir paradas no programadas, tanto como sea posible.

• Mantenimiento Predictivo:

– Monitoreo basado en la condición de la máquina (tendencia). – Mantenimiento planeado, basado en la condición. Ing. Jhony Vergel

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INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO • Partes rotatorias. – – – –

Erosión Corrosión Fatiga (Grietas) Daños mecánicos.

– – – –

Contacto entre dientes. Alineamiento. Desgaste Fatiga.

• Partes Estacionarias. • Engranajes.

• Acoples. • Auxiliares.

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PRINCIPALES PARTES DE UN COMPRESOR CENTRIFUGO

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COMPRESOR TIPO BARRIL

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CARCAZA: • LA carcaza de un compresor es de forma de barril y cerrada en los • • •

extremos por dos bridas verticales. También existen compresores de carcaza partida. Como los compresores de baja presión Demag Delaval. Las bridas de succión y descarga están soldadas a la carcaza. En la brida frontal de la carcaza, están las cámaras para instalar los sellos y cojinetes.

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CARCAZA

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TAPA FRONTAL COMPRESOR

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Rotor: • Consiste de un eje en el cual impulsores y espaciadores son • • • • •

ensamblados. El impulsor es la parte del compresor centrifugo que le da velocidad al gas. Antes de que los impulsores sean ensamblados en el eje, cada impulsor es dinámicamente balanceado y probado a una velocidad de 15% mas alta que la velocidad máxima continua. Durante la operación el rotor esta sujeto a empuje axial en la dirección de la succión, generada por la diferencia de presión que actúa en cada impulsor. La mayoría del empuje axial, es balanceada por el tambor de balance. El empuje axial remanente es absorbido por el cojinete de empuje.

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ROTOR

1 & 2: Sellos laberintos inter etapas 3: Sello Tambor de balance U16: Sellos de Gas (Laberintos) Ing. Jhony Vergel

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IMPULSORES

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Tambor de Balance: • El rotor de un compresor centrífugo esta sujeto a un empuje axial • • •

•

hacia el extremo de la succión debido a la presión diferencial generada en el disco y la cubierta de cada impulsor. La mayoría de empuje es balanceado por el tambor de balance fijado en el extremo de el eje adyacente al impeler de la última etapa. El tambor de balance y un sello de Laberinto o de panal de abejas (Honeycomb), estos dos tambor y sello proveen en el final del eje, lo que llamamos la cámara de balance. Esto se logra sujetando el área en el lado externo del tambor de balance a una baja presión (aproximadamente presión de succión), de tal modo que se crea un diferencial de presión opuesta en la dirección a ése impulsor. Esta baja presión se consigue conectando el área detrás del tambor del balance con la succión del compresor por la línea de gas del balance. El tamaño del tambor de balance es tal que el empuje axial, aunque no enteramente balanceado, es considerablemente reducido, el empuje axial remanente es absorbido por el cojinete de empuje, el cual asegura que el rotor no pueda moverse en dirección axial. Ing. Jhony Vergel

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SISTEMA DE CONEXIONES

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DIAFRAGMAS: • El ensamble de los diafragmas, se construyen alrededor del • • •

ensamble del rotor, y son las partes estacionarias de las etapas del compresor. los pasos anulares a través de los diafragmas constituyen los difusores, donde la energía cinética del gas a la salida del impulsor se convierte en presión. estos pasos constituyen también los canales de retorno, que transportan el gas eficientemente a el ojo del impulsor. Sellos laberintos, son instalados en los diafragmas para cerrar todas las tolerancias internas y minimizar las fugas de gas desde la descarga a las áreas de presión de succión de los impulsores.

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PARTES AUXILIARES COMPRESOR NUOVO PIGNONE

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COJINETES RADIALES: • Cojinetes radiales son de tipo zapatas (tilting Pad) con lubricación • • • •

forzada. Las zapatas del cojinete son de acero, internamente con metal blanco (babbitt) Las zapatas son ensambladas radialmente al eje. Los cojinetes radiales también sirven como soporte del eje. Los cojinetes tipo zapatas, absorben las vibraciones radiales del eje.

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COJINETE RADIAL

1 & 2: Retenedores de aceite 4: Zapatas radiales 3: Zapata radial con RTD 5. O´ring

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COJINETE RADIAL

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COJINETE DE EMPUJE O AXIAL • El cojinete de empuje, es de doble acción, lado activo y lado • • •

inactivo es instalado a ambas partes del collar de empuje. El lado activo es el encargado de absorber el empuje axial residual. Esta diseñado para absorber las fuerzas axiales residuales, con el rotor en operación, que no son completamente balanceadas por el tambor de balance. La especifica tolerancia entre las zapatas del cojinete y el collar de empuje, es conocido como desplazamiento axial.

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COJINETE DE EMPUJE O AXAL

1: Zapatas axiales 2: Zapata axial lado activo con RTD 3: Zapata axial lado inactivo con RTD 4: O´ring

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COJINETE DE EMPUJE O RADIAL

LADO INACTIVO

LADO ACTIVO Ing. Jhony Vergel

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COJINETE DE EMPUJE

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SELLOS LABERINTOS vs HONEYCOMB • Criterio de Estabilidad: SFR x FR < 1 • SFR: Relación de frecuencia de remolino. – El cociente de la frecuencia del remolino es el cociente de la velocidad circunferencial del gas y a la velocidad que rota del eje

• FR: Relación flexible

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LABERINTO vs HONEYCOMB Sin freno de remolino Entrada de remolino ~ 70% 100 1

FSR´s para Tambores de Balance Tipo

SFR [%]

80

Freno Remolino

1. Liso, Rotor 2

60 40

3

20

4 0

5 10 15 Posición del sello Con freno de remolino Entrada de remolino = 0%

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Con Sin

SFR 90% 60%

2. Liso, Estator

Con Sin

60% 45%

3. Peine, ranura

Con Sin

45% 30%

4. Panal de abeja Con Sin

20% 10%

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ALINEAMIENTO COMPRESOR & GEAR BOX

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REGISTRO DE ALINEAMIENTOS

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ALINEAMIENTO TURBINA & GEAR BOX

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ACOPLES FLEXIBLES “LUCAS” COMPRESORES DEMAG DELAVAL

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ACOPLES • Prestretch Gap. • Tipos de acoples • Mantenimiento.

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PRESTRETCH GAP • Permite el adecuado crecimiento térmico de la •

máquina, calculado por diseño. En los acoples de los compresores Demag Delaval, viene dado en el plano mecánico, el cual debe ser calibrado en campo.

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TIPOS DE ACOPLES • Flexibles: Este tipo de acoples es seco, la

flexibilidad lateral y axial, es obtenida por la deformación del disco, o diafragma.

• Tipo Engranaje: Es un acople lubricado, acople utilizado, en las turbinas de Generación John Brown de Cusiana & Cupiagua. Ing. Jhony Vergel

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ACOPLE COMPRESOR - LUCAS

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COMPRESOR DE PROCESO DEMAG DELAVAL CUPIAGUA C.P.F

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ARREGLO COMPRESOR DEMAG DELAVAL

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DATOS DE PLACA COMPRESOR LP: Tipo: 3CD31 Suction Pressure: 1 psig Suction Temperature: 128 °F Discharge Temperature: 236 °F Inlet Flow: 11,895 ICFM Molecular Weight: 50.77 Discharge Pressure: 50 psig Rated Power: 1660 BHP Rated Speed: 9,450 RPM First critical Speed: 3,700 RPM. Second Critical Speed: 11,800 RPM

DATOS DE PLACA COMPRESOR MP/HP: Tipo: 8BK31 Suction Pressure: 40 psig Suction Temperature: 120 °F Inlet Flow: 5482 ICFM Molecular Weight: 1.114 Discharge Pressure: 985 psig Rated Power: 10,281 BHP Rated Speed: 9,450 RPM First Critical Speed: 4,150 RPM. Second Critical Speed: 11,600 RPM

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DATOS DE PLACA GEAR BOX: Model No: NF3006C Type of Gear: Increaser, Double Helical Manufacturer: LUFKIN Actual K factor: 172,76 Gear Ratio: 5.791 : 1 Rated Input: 1,766 RPM Rated Output: 9,433 RPM Gear Rated: 15,000 HP AGMA. Service Factor: 1,66 DATOS DE PLACA MOTOR ELECTRICO: Manufacturer: WESTINGHOUSE Rating: 15,000 HP Type: Induction HZ: 60 Speed: 1,800 RPM S/N: 2251AA-01 Service factor: 1 Frame 66 Volts: 13,200Ing. Jhony Vergel

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TIPOS DE ROTOR LP: 3CD31 MP/HP: 8BK31

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ROTOR TIPO 3CD31 COMPRESOR DE BAJA PRESIÓN

Ps

Pd Pd

E1 Ing. Jhony Vergel

Ps E2

E1 = E2

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ROTOR TIPO 8BK31 COMPRESOR DE MEDIA/ALTA PRESIÓN

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COMPRESOR MP/HP: 8BK31

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MANTENIMIENTO MAYOR

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CUPIAGUA DEMAG DELAVAL MAJOR OVERHAUL

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Alineamiento MP/HP & LP

HP/MP Compressor

Alineamiento LP & Gear Box

LP Compressor

Gear Box

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Alineamiento Motor & Gear Box

Electrical Motor 48

LP COMPRESSOR CARCAZA PARTIDA Cambio de Rotor

Cambio sellos Interetapas

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LP COMPRESSOR CARCAZA PARTIDA Cambio Rotor Cambio de Cojinetes Cambio sellos Interetapas

Cambio sellos Secos & N2

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Calibración Sensores desplazamiento Axial & radial 50

HP/MP COMPRESSOR BUNDLE Calibración Sensores desplazamiento Axial & radial

Cambio de Cojinetes

Cambio de Cojinetes Cambio de bundle Cambio sellos Secos & N2

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Revisión Cojinetes Inspección back Lash

Calibración Juego Axial Revisión Cojinetes

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Limpieza, revisión debanado

Revisión Centro Mágnetico Revisión Cojinetes Ing. Jhony Vergel

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SISTEMA DE SELLOS – Sellos Secos – Sellos de Nitrógeno – Sellos de Gas

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Demag Delaval Gas Compressor, Cupiagua C.P.F Type: 8BK31 - Seal System

Seal Fuel Gas Line

Buffer Seal

Balance line

DGS S3ra

D3ra

S2da D2da

3rd Stage

2sd Stage Balance Drum

Balance line Pressure = 50 psi Seal Fuel Gas Line Pressure = Balance Line + 10 psi Ing. Jhony Vergel

Jhony Vergel Rotating Equipment Engineer 55

SISTEMA DE SELLOS COMPRESOR DEMAG DELAVAL

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SELLOS TIPO 28 AT: NO CONTACTO SELLOS SECOS

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PERFIL DE PRESION DE SELLOS TIPO NO CONTACTO FC S

P

Fuerza de Cierre

FO

FC = FO

Fuerzas de abertura Espiral

Sello Primario Mating Ring S = Carga del resorte P = Presión Hidráulica

P3

Compresión Expansión

Distribución de la película De gas Área de sellado Ing. Jhony Vergel

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Descripción del Sello Seco • Los sellos secos del gas para compresores del tipo 28

•

han sido introducidos en la industria desde principios de 1970, para el manejo de gas en turbo maquinaría. Estos sellos durante la operación no están en contacto. Durante la operación dinámica, el Mating ring y el sello primario, tienen un gap de 0,0002 pulgadas / 5 micrones, esto para eliminar el desgaste entre caras.

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CARACTERISTICAS DE DISEÑO • • • •

Temperatura: -140 °C a 315 °C / 220 °F a 600 °F Presión: arriba de 450 bars / 6,500 psig Velocidad: arriba de 200 m/s / 600 fps Eje: arriba de 300 mm / 13 pulgadas

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Ventajas & Desventajas de Sellos Secos • Extiende la vida del sello. • Caras en no contacto, elimina el desgaste de las caras. • Elimina la fricción y calor. • Diseño para trabajar en seco. • Reduce el consumo de energía. • No fugas hacia la atmósfera o proceso • Cero emisiones a la atmósfera. • Bajo costo que los sello húmedos • Costo inicial que los sellos con sistemas de lubricación. • Larga vida y costos más bajos de operación.

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SELLOS INTERETAPAS

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COMPRESOR LP “ CARCAZA PARTIDA”

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SISTEMA DE SELLOS COMPRESOR LP

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SISTEMA DE SELLOS COMPRESOR MP/HP

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COMPRESOR DE CARCAZA PARTIDA - LP

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SISTEMA DE LUBRICACION

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COMPRESORES NUOVO PIGNONE

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TEMPERATURAS Y PRESIONES DE OPERACION PRESION DE ACEITE

ESPECIFICACION Bars

Psig

1.75

25

Cojinetes Radiales

0.9 a 1.3

13 a 18

Cojinete de Empuje

0.3 a 1.3

5 a 18

0.60

8.7

Cabezal de aceite de lubricación

Aceite de sello/ presión diferencia de gas de referencia – aguas arriba de los sellos de aceite

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ESPECIFICACION TEMPERATURA DE ACEITE

MINIMO

MAXIMO

°C

°F

Entrada de aceite Cojinetes

35

95

Entrada aceite de sellos

35

95

Entrada de aceite Cojinetes

55

130

Entrada aceite de sellos

55

130

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ARREGLO COMPRESOR NUOVO PIGNONE

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TIPOS DE COMPRESORES • Compresor de Media presión:

– Tipo BCL 504A • BCL = Tipo Barril. • 50= 500 mm diámetro impulsor. • 4 = 4 etapas de compresión • A = Presión de diseño de la carcaza, A, B, C, D. – Presión de Succión = 875 psia – Presión de Descarga = 2,462 psia – Temperatura de succión = 117.4 °F – Temperatura de descarga = 276 °F – Potencia = 27,280 BHP – Flujo = 406,8 MMSCFD – Peso Molecular de gas = 22.84 – Compresor manejado por una turbina MS5002 ó D.

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COMPRESOR MP: TIPO BCL 504A

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COMPRESOR HP: TIPO BCL- 405C

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SISTEMA DE SELLOS COMPRESORES NUOVO PIGNONE

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SISTEMA DE ACEITE DE SELLO

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SELLO DE ACEITE COMPRESORES NUOVO PIGNONE

5: Anillo alta presión 6: Anillos baja presión 7: Resorte 12, 13 & 14: O´Rings Ing. Jhony Vergel

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SELLO DE ACEITE

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SELLOS DE ACEITE • Sellos para prevenir gas desde Los sellos para evitar que el gas • • •

• •

fluya de la cubierta del compresor están instalados en el eje, interior del cojinete. Cada sello se combina un sistema los sellos de laberinto y sello de aceite. Los sellos de aceite consisten en tres o mas anillos, un amillo interno y dos o mas externos (estos son ensamblados juntos), los anillos son de acero, cubiertos con metal blanco (babbit), son instalados en el eje, con tolerancias muy ajustadas. Los anillos flotan en su carcaza libremente, para seguir movimientos radiales de el eje, mientras permanece concéntrico. El anillo exterior y el anillo interno son colocados cara a cara y separados por un set de resortes. Aceite, bajo presión muy alta que el gas en el compartimiento apenas contracorriente desde el anillo interno entre si está forzado a través del espacio anular la unidad externa de los anillos y el anillo interno. La película de aceite entre el anillo interno y el eje evita que el gas se escape a lo largo del eje. Fugas de aceite desde los anillos exteriores (anillos de baja presión), están a presión atmosférica y retornan a el tanque principal. Fuga de aceite desde el anillo interno (anillo de alta presión) prevee escapes de gas y esIng. colectado Jhony Vergelen las trampas automáticas.79

SELLOS DE GAS - LABERINTOS • Sellos laberintos son diseñados con el fin de prevenir que la descarga de aceite desde el anillo de alta presión (Anillo interno), fugué hacia el compresor.

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SELLO LABERINTO O DE GAS

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SELLOS INTERETAPAS

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ROTOR Y DIAFRAGMAS

Ing. Jhony Vergel

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OVERHEAD TANK

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• El suministro de aceite a los sellos es regulado para mantener una

• • •

• •

cabeza constante de alrededor 8,7 psig, sobre la presión de gas de referencia, para superar la presión de gas y prevenir que el gas escape a lo largo del eje más allá de los sellos. La parte superior del overhead tank, esta conectado con la línea de gas de referencia a su respectivo compresor. El control de nivel automático en el overhead tank se proporciona por medio de un transmisor de nivel, un controlador de nivel y una válvula de control de nivel colocada en la línea de aceite de sellos. para cualquier variación en la presión de gas de la referencia ( debido a una variación en la succión) hay una variación en la cantidad de aceite que fluye de los anillos externos y del nivel de aceite del overhead tank. El overhead tank tiene una capacidad para asegurar el suministro de aceite a los sellos por unos 24 minutos, después de paradas ambas bombas de sellos. Este periodo podrá variar, dependiendo de la presión de gas de referencia y la tolerancia de los anillos del sello de aceite. Ing. Jhony Vergel

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SISTEMA DE SELLADO COMPRESORES NUOVO PIGNONE

Ing. Jhony Vergel

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CONEXIONES DE GAS EN EL COMPRESOR

• Dado que los dos extremos del rotor tienen diferentes

•

•

•

niveles de presión (succión y descarga), ha sido necesario instalar un sistema de conexiones, para igualar las presiones y por lo tanto instalar dos similares e intercambiables grupos de anillos de sellado, usando una sola fuente de suministro de aceite. el gas de la descarga del compresor, que existe entre el laberinto “A” y el tambor del balance, entra en el compartimiento “B” y regresa a la succión del compresor por medio de una conexión externa llamada "línea de gas del balance" . en esta manera ambos extremos del rotor tienen una presión cerca de la presión de la succión con la presión en el compartimiento B generalmente más arriba que la presión de la succión, a excepción de cuando hay pérdidas de la carga a través de la línea de gas del balance. para alcanzar la misma intensidad de la presión en cada extremo del rotor, y por lo tanto establecer el parámetro del gas de la referencia que debe ser sellado, un sello de laberinto doble L-l1 está montado en cada extremo, entre del balance del gas sistema y el del compartimiento del gas de la referencia. Ing. Jhony Vergel 87

• El gas que sale a través de la sección externa L de cada sello

•

• • •

de laberinto doble entra en el compartimiento anular adyacente R, y en esta manera proporciona el nivel de la presión del gas que determina el parámetro del gas de la referencia. El compartimiento R está conectado el uno al otro para asegurar la misma presión del gas de la referencia para cada extremo del rotor El nivel de presión del gas de la referencia se envía al sistema de regulación de la presión del aceite el cual mantiene la presión del aceite en la entrada de los anillos de sellado 0.6 bars (8,7 psig) más arriba que la presión del gas de la referencia. el gas y el aceite que salen del compresor desde la cámara de gas de referencia “R” se recogen en trampas automáticas. El gas que sale de las trampas automáticas se envía al sistema del gas de combustible a través de un sistema de tuberías provista de una orificio calibrado y de una válvula de cheque. El aceite de las trampas es colectado en el tanque degasificador. Ing. Jhony Vergel

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LÍNEA DE EQUALIZACION • Para prevenir que el gas de la descarga, que

• •

esta a una temperatura muy alta, puede dañar los sellos de los extremos es necesario presurizar el compartimiento de ecualización “E”, con el gas fresco. Esto es posible conectando la descarga del primer impulsor de el compresor y la línea de gas de balance. La válvula “V” debe estar abierta para asegurar que el gas fluya havia los sellos de laberintos. Ing. Jhony Vergel

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BALANCEO A BAJA VELOCIDAD ROTOR NUOVO PIGNONE

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FLENDER-GRAFFENSTADEN GEAR BOX

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Especificación de Patrón de Contacto

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LIMITES PARAMETROS CRITICOS

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Amplitud de Vibración

REQUERIMIENTOS ESTÁNDAR SEGÚN API 617 SM1 Rango Posible SMu De operación

Ac1 0,71xAc1

n11 nc1

n12 Nmin

nc1: Primera velocidad crítica del rotor n11: velocidad baja a media potencia n12: velocidad alta a media potencia. nc2: segunda velocidad crítica del rotor. Nmin: Mínima velocidad requerida (~90%). Nmc: Velocidad máxima continua (105%). Nm: velocidad nominal (100%). SM1,u: Margen de separación. Ac1: pico de amplitud vibracional a nc1.

Nmc nc2 Nn

VELOCIDAD DE OPERACIÓN [RPM] Ing. Jhony Vergel

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Surge • El Surge es caracterizado por cambios violentos en el flujo de masa, de la máquina con alto incremento de ruido y vibraciones.

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