Compressores de ar industriais para petróleo e gás: guia prático de seleção

Primeiro, diferencie o ar comprimido da compressão de gás de processo

O ar comprimido é uma utilidade da instalação. Pode ser usado continuamente para acionar ferramentas pneumáticas, instrumentos e motores de partida. Um compressor de gás de processo pode operar com gás natural, hidrogênio, nitrogênio, gás de flare e outros gases de processo; o ar de processo também deve ser qualificado pelo usuário final, com limites de serviço claramente definidos.

Nesse contexto, o termo “compressor para petróleo e gás” pode ser interpretado de várias maneiras. Uma solicitação de ar de utilidade não deve ser confundida com uma solicitação de gás hidrocarboneto. Equipamentos projetados para ar atmosférico nunca devem ser usados em uma corrente de processo apenas porque os requisitos de vazão e pressão podem ser semelhantes.

Para pressurização de gás de processo, compressão em estágios, separação e controle de recirculação, consulte o guia de compressores booster para gás de processo e a visão geral de conjuntos de compressores de gás projetados sob medida. O material da EPA sobre ar de instrumentos também demonstra a importância de diferenciar o fornecimento de ar de instrumentos do serviço pneumático acionado por gás. Este guia aborda utilidades de ar.

Quais usuários de ar devem constar no mapa de demanda de ar do compressor?

Liste todos os usuários do serviço e atribua um responsável a cada um; o material da EPA sobre ar de instrumentos mostra por que os limites do serviço devem ser explícitos. O ar de instrumentos pode ser usado para operar válvulas de controle e dispositivos pneumáticos relacionados à segurança. O ar de utilidade ou da instalação pode ser usado em ferramentas, manutenção e conexões de serviço. O ar para serviços em poços pode ser móvel e intermitente, além de ficar exposto às condições externas. Sistemas de geração de nitrogênio, sistemas de ar de partida e sistemas de ar respirável podem estar sujeitos a tratamentos ou requisitos de segurança especiais.

Não combine serviços apenas porque são alimentados pelo mesmo coletor de pressão. Não se deve esperar que um coletor de ar de instrumentos absorva uma variação súbita de demanda em uma conexão para ferramentas. O ar respirável envolve saúde e segurança, e a identificação de um compressor comum não comprova que o ar seja respirável.

Para cada usuário, determine a pressão necessária, a demanda simultânea, o cronograma de operação, a interrupção permitida e o tempo de recuperação esperado. Esse mapa ajudará a definir o volume de armazenamento necessário e o nível de redundância do sistema. Sem essas informações, expressões como “100% de reserva” ou “sempre ligado” não têm significado.

Converta a demanda em um envelope de projeto

A vazão total, por si só, não constitui uma base de projeto. Registre as demandas mínima, normal, de pico, temporária e futura plausível. Indique se as vazões são reais ou se estão referidas a condições padrão, incluindo temperatura, pressão e umidade. Especifique a pressão exigida no usuário mais distante ou mais sensível, em vez da pressão de descarga do compressor.

Inclua também na base de projeto as perdas de pressão no tratamento e na distribuição, o comportamento do reservatório, a elevação, as condições ambientais e a margem para incrustação. Uma margem de conservação sem justificativa em um projeto de eficiência energética pode fazer o compressor operar em alívio ou em ciclos ineficientes.

Para demandas contínuas, em vez de selecionar arbitrariamente um compressor com base na soma das demandas nominais, consulte o manual de referência sobre ar comprimido do Departamento de Energia dos Estados Unidos, que trata o armazenamento e o controle do ar comprimido como um sistema integrado. Quando possível em instalações existentes, monitore a demanda real de ar; para instalações novas, avalie as premissas usadas na estimativa da demanda.

Qual arquitetura de compressor atende ao regime de operação?

Em geral, os compressores rotativos de parafuso são mais adequados à operação contínua, enquanto os compressores centrífugos atendem a demandas maiores e estáveis. Para demandas intermitentes, vazões menores e pressões de descarga mais altas, considere um compressor alternativo, levando em conta a pulsação, a vibração e o número de estágios. Para vazões e demandas maiores, os compressores centrífugos podem ser mais adequados, desde que a faixa esperada seja compatível com os controles.

Compare as propostas de compressores, incluindo configurações com vários estágios, sob as mesmas condições de entrada, condições de descarga requeridas, referência de vazão, escopo de tratamento, base do acionamento e perfil de operação, usando o manual de referência do Departamento de Energia dos Estados Unidos como referência sistêmica. Para conhecer as famílias de produtos e discutir configurações, consulte as famílias de compressores de ar industriais da PanGeng.

Qual qualidade do ar é necessária no ponto de uso?

A ISO 8573-1 oferece uma estrutura para classificar a pureza do ar comprimido quanto a partículas, água e óleo. Esses 3 atributos devem ser definidos e associados a um ponto de medição. “Ar limpo” não é um requisito verificável por ensaio, e uma declaração de pureza na saída do compressor talvez não descreva as condições após um longo coletor de distribuição.

A compressão isenta de óleo elimina o óleo da câmara de compressão. Isso não abrange outras possíveis fontes de contaminação por óleo no ar a jusante, nem remove possíveis contaminantes do ar de entrada. A qualidade do ar fornecido depende das condições da tubulação, das práticas de manutenção e amostragem e das condições ambientais. A Classe 0 é uma especificação do projeto ou do fornecedor dentro da estrutura da ISO, e não uma forma abreviada de presumir que seja possível medir “ausência de óleo”.

O ponto de orvalho sob pressão deve considerar a exposição mais fria da tubulação e dos equipamentos, inclusive durante o desligamento, em vez de adotar um valor padrão indicado em uma etiqueta climática. Diferencie o ar comum de utilidade do ar respirável e de outros usos regulamentados. Esses serviços exigem especificações e avaliações próprias.

Projete para instalações terrestres, marítimas e áreas classificadas

A solução mais segura e simples pode ser instalar o compressor em uma sala adequada, em área segura, e conduzir o ar por tubulação até os usuários em áreas classificadas. Nem sempre isso é possível. A equipe do projeto deve definir a classificação das áreas de risco, a jurisdição aplicável, os métodos de proteção dos equipamentos, o envelope ambiental, a ventilação, as interfaces de detecção de gás, a filosofia de desligamento e a demarcação entre o escopo do fornecedor e o da instalação.

Outros fatores de instalações marítimas de petróleo e gás incluem salinidade, umidade, espaço restrito, limitações de içamento, ruído e drenagem de água, além do acesso para manutenção. A localização da entrada de ar pode afetar o desempenho. Ar de resfriamento quente recirculado, gases de exaustão do motor, vapores, maresia e poeira podem reduzir a capacidade e afetar o desempenho.

Nos Estados Unidos, as normas da OSHA para áreas classificadas regem os equipamentos e a fiação em áreas classificadas. Outras jurisdições adotam diferentes estruturas legais e normativas. A solicitação de cotação deve indicar a estrutura aplicável, em vez de exigir que o fornecedor a deduza do termo “petróleo e gás”.

Qual estratégia de acionamento e controle atende ao regime de operação?

O acionamento elétrico costuma ser preferível, especialmente quando o fornecimento de energia é confiável e adequado à partida. O acionamento a diesel pode ser usado em equipamentos móveis, temporários, remotos e de construção, mas acrescenta desafios de logística de combustível, emissões, proteção contra intempéries e manutenção do motor. Um conjunto acionado por motor a gás pode ser usado em instalações remotas se houver fornecimento adequado de gás combustível; a especificação do gás, a partida, a ventilação e a exaustão do conjunto passam então a ser dados de projeto.

Para motores em instalações remotas, consulte os conjuntos de compressores de ar da PanGeng.

A seleção dos controles depende da demanda, e os detalhes da instalação também devem atender aos requisitos da OSHA para áreas classificadas aplicáveis. No controle carga-alívio, um acionamento de velocidade fixa pode funcionar para controlar cargas e etapas de armazenamento conhecidas. O controle por acionamento de velocidade variável pode reduzir a operação em alívio, mas depende do resfriamento, da eficiência do motor, dos harmônicos, do sequenciamento e do tempo em plena carga.

Quando vários compressores compartilham um coletor, deve-se usar um sequenciamento mestre para atribuir as funções de carga básica e ajuste fino e definir as unidades de reserva. Sem esse sequenciamento, vários compressores podem operar ao mesmo tempo, deixando uma unidade de reserva para atender à demanda.

O que determina a confiabilidade além do compressor?

Em um sistema duplo, cada compressor deve suportar a carga principal após a redução de capacidade nominal devido às condições ambientais e às perdas no tratamento. Da mesma forma, o tempo de parada não planejada deve ser considerado levando em conta possíveis falhas no secador compartilhado, no filtro, no reservatório, no painel de controle, no alimentador elétrico, no sistema de resfriamento e no coletor de descarga.

Para instalações abrangidas nos Estados Unidos, a OSHA 29 CFR 1910.169 aborda o acesso ao reservatório de ar, a drenagem, a indicação visível de pressão e as válvulas de segurança com mola. Considere-a um requisito de uma jurisdição específica, não um código de projeto universal. O projeto também deve identificar as normas aplicáveis a vasos de pressão, as obrigações de inspeção, a base de alívio e os requisitos das autoridades locais.

A capacidade de armazenamento tem um custo. O reservatório pode absorver ou suavizar picos breves e também moderar variações de pressão; porém, se a demanda superar a vazão disponível do compressor, a pressão do coletor cairá. Antes de calcular o armazenamento, defina o evento, a pressão mínima aceitável, a faixa de pressão disponível e a resposta necessária.

Quais evidências de aceitação importam além das informações do catálogo?

Transforme cada alegação importante em um critério de aceitação observável, verificável nas condições de ensaio especificadas. Para a vazão nominal, é necessário, no mínimo, especificar as condições de entrada e de referência; para aceitação da pureza do ar, pode-se usar a ISO 8573-1. A pressão fornecida exige a definição do ponto de medição. Para o ponto de orvalho, especifique o ponto de amostragem, o estado de operação, o instrumento e o método a utilizar.

Os testes de aceitação de fábrica e de campo verificam as funções do equipamento, respectivamente, nas instalações do fornecedor e nas condições da instalação. O teste de aceitação de fábrica verifica as funções do conjunto nas instalações do fornecedor, enquanto o teste de aceitação de campo verifica o funcionamento do equipamento instalado nas condições locais. Registre o consumo de energia ou combustível na condição operacional definida. Se não for possível reproduzir no local a condição nominal, acorde desde o início como serão tratados os ajustes, os testes adiados e os itens pendentes.

Envie uma solicitação de cotação completa

Uma solicitação de cotação útil fornece aos fornecedores uma base de projeto comum, incluindo requisitos jurisdicionais, como os requisitos da OSHA para reservatórios de ar, quando aplicáveis. Inclua:

• lista de serviços e mapa de demanda de ar;
• condições de vazão normal, de pico, temporária e futura, com as condições de referência;
• pressão no ponto de uso e margem para perdas na distribuição;
• requisitos de partículas, água e óleo nos pontos de medição identificados;
• dados de condições ambientais, elevação, ar de entrada, corrosão, invólucro, ruído e classificação de áreas;
• dados de energia ou combustível, restrições de partida, controles, comunicações e interfaces de desligamento.
• Filosofia de operação e reserva, eventos do reservatório, configuração de secadores e filtros e necessidades de desvio e isolamento.
• Códigos e normas aplicáveis, idioma dos documentos, inspeção, testes de aceitação de fábrica e de campo, certificados, peças sobressalentes e treinamento.
• Lista de desvios necessários, para deixar as exceções visíveis em vez de ocultá-las nas propostas.

Um formulário de dados comum para os proponentes, com todas as premissas listadas, permite que a equipe de engenharia da PanGeng avalie as propostas e escolha um conjunto com base nas condições da instalação informadas.

Perguntas frequentes

Para que servem os compressores de ar industriais em instalações de petróleo e gás?

Eles fornecem ar de instrumentos, ar da instalação e para manutenção, ar para perfuração ou serviços e ar de partida e de alimentação para diferentes conjuntos, inclusive geradores de nitrogênio. O uso do ar varia conforme a instalação. Mantenha as utilidades de ar comprimido atmosférico separadas da compressão de gás hidrocarboneto de processo, pois a definição do fluido, a contenção, a base de segurança e a seleção dos equipamentos são diferentes.

Qual é a diferença entre ar de instrumentos e ar da instalação?

O ar de instrumentos atende controles e dispositivos pneumáticos cuja confiabilidade e limpeza podem afetar a operação da instalação ou a segurança. O ar da instalação atende ferramentas e usuários de utilidades com demanda mais variável. Uma instalação pode compartilhar equipamentos de geração entre muitos usuários, mas deve proteger os requisitos críticos do ar de instrumentos por meio de tratamento, armazenamento, prioridade, isolamento ou um coletor separado, conforme o caso.

Qual tipo de compressor é melhor para uma instalação de petróleo e gás?

Diversos projetos com máquinas alternativas, rotativas ou centrífugas podem atender aos serviços contínuos de ar de utilidade. Máquinas alternativas podem ser usadas em serviços intermitentes ou de pressão mais alta. A seleção deve considerar a faixa de demanda, a configuração da qualidade do ar, as condições ambientais, o comportamento dos controles, a manutenção, a redundância necessária e os dados dos fornecedores avaliados nas mesmas condições.

Ar isento de óleo significa que o ar fornecido atende à classe de pureza necessária?

Não. Isento de óleo descreve a arquitetura de compressão e reduz uma das vias de contaminação, mas a qualidade do ar fornecido também depende das condições de entrada, da tubulação a jusante, do tratamento, do manejo do condensado, da manutenção e da amostragem. Especifique separadamente as classes de partículas, água e óleo segundo a ISO 8573-1, identifique o ponto de medição e verifique o resultado durante a aceitação.

Quando é adequado usar um compressor de ar portátil a diesel?

A conexão temporária a um coletor de instrumentos só deve ser feita após a aprovação de um plano de interface. A conexão temporária deve ser realizada com a presença do usuário, após considerar pressão, vazão, logística de combustível, emissões, proteção contra intempéries, tratamento e ruído. É necessário confirmar se o usuário pode aceitar o fornecimento de ar. Compressores de ar portáteis com acionamento a diesel podem ser usados em obras, manutenção, suporte temporário à perfuração, construção de tubulações e outras atividades de serviço onde não há energia disponível.

Quais requisitos do sistema determinam a máquina certa?

Para ar comprimido, especifique a qualidade no ponto de uso e forneça aos usuários uma base de seleção que permita comparar a adequação da arquitetura e do acionamento e avaliar a confiabilidade e os ensaios para requisitos críticos; o manual de referência do Departamento de Energia dos Estados Unidos oferece orientações adicionais sobre o sistema.

Referências e fontes

• ISO 8573-1: contaminantes do ar comprimido e classes de pureza
• OSHA 29 CFR 1910.169: reservatórios de ar
• OSHA 29 CFR 1910.307: áreas classificadas
• Manual de referência sobre ar comprimido do Departamento de Energia dos Estados Unidos
• Orientações do Compressed Air and Gas Institute