Compresor elevador de presión para pruebas de presión: guía de selección de ingeniería

La selección de un compresor elevador de presión para pruebas de presión no depende únicamente de la presión objetivo. El punto de servicio útil es una envolvente variable: la presión de entrada puede caer, la presión de descarga requerida puede aumentar durante el llenado, el caudal puede variar a lo largo de la curva y el procedimiento de prueba aprobado puede definir el medio, la rampa, el tiempo de estabilización, los criterios de aceptación y las medidas de protección.

Integración del compresor elevador en el sistema de prueba de presión

En un ciclo de gas, el compresor elevador normalmente se instala después de la fuente primaria presurizada y antes del múltiple de prueba de alta presión. La fuente puede ser aire comprimido de planta, un generador de nitrógeno, un banco de cilindros con regulación u otro compresor. Entre la fuente y el compresor elevador puede haber equipos de acondicionamiento, como un tanque receptor de entrada, filtros o secadores.

No confunda el medio de accionamiento con el gas de proceso. En un compresor elevador accionado por aire, el pistón grande de accionamiento puede usar aire comprimido, mientras que en la sección de alta presión se comprime por separado aire, nitrógeno u otro gas. Un compresor elevador alternativo accionado eléctricamente tiene límites de suministro de servicios distintos; aun así, también tiene una entrada de gas de proceso definida.

Mientras la fuente esté presurizada y el caudal sea suficiente, el compresor elevador aspirará gas. Durante la operación, un manómetro estático puede indicar una presión adecuada, pero esta puede desplomarse por una línea, un regulador o un filtro subdimensionados, o por la demanda compartida de la planta. Las indicaciones del fabricante también señalan que el rendimiento de un compresor elevador de gas depende de la presión del gas y de la curva de rendimiento para la que fue diseñado. ^[2]

Independientemente del nombre que se le dé a la unidad —compresor elevador de aire, elevador de presión, compresor elevador para compresor de aire o compresor de aire elevador—, se aplican los mismos aspectos. El compresor primario debe suministrar el caudal requerido en la entrada del compresor elevador, mientras que la etapa de compresión genera la presión de salida necesaria. Valores nominales como 100 psi o 7 bar son solo ejemplos; nunca sustituyen la envolvente real de servicio.

Elija el medio de prueba antes que el compresor elevador

El procedimiento de prueba aprobado debe especificar si se realizarán pruebas hidrostáticas o neumáticas antes de seleccionar una unidad compresora. La presión de prueba, el tiempo de mantenimiento, el método de inspección y los criterios de aceptación aplicables provienen de ese procedimiento aprobado, no del proveedor del compresor.

La Asociación Europea de Gases Industriales recomienda realizar pruebas hidrostáticas en lugar de neumáticas si es posible y presenta un ejemplo de la energía almacenada en gases comprimidos. [3] La Junta de Seguridad Química de Estados Unidos documenta el carácter invisible y repentino de los peligros de una atmósfera con deficiencia de oxígeno causada por nitrógeno. [4] Los principios de estos documentos no reemplazan el código local del proyecto ni los requisitos de la jurisdicción local.

Mantenga las preguntas de diseño relacionadas dentro de su propio alcance. Consulte la guía de selección de compresores de nitrógeno de alta presión cuando la decisión principal sea la configuración de una unidad de nitrógeno, y la guía de dimensionamiento del aire de alimentación para nitrógeno cuando la restricción esté en el suministro de aire aguas arriba. Para una introducción más amplia, compare los principales tipos de compresores elevadores de presión y revise cómo funciona la compresión con compresor elevador. Esas páginas respaldan la decisión sobre el equipo; esta guía se centra en el servicio de prueba de presión, la secuencia y las pruebas de aceptación.

Convierta los requisitos de prueba en una envolvente de servicio

Empiece con una hoja de datos, no con un número de pieza. Defina la composición y calidad del gas, el volumen total presurizado, incluidas las mangueras y los múltiples, la presión inicial, la presión objetivo, el rango de presión de entrada, las temperaturas, el tiempo de llenado permitido, los ciclos por hora, el tiempo de mantenimiento esperado, el tiempo de inactividad, la altitud del sitio y las condiciones de referencia del caudal.

El caudal estándar promedio requerido se obtiene dividiendo la cantidad estimada de gas por el tiempo de llenado. Aunque este valor es útil, no indica si el compresor elevador puede suministrar el caudal necesario a la presión final. Para evaluarlo, se elaboran curvas del compresor elevador que permiten estimar su capacidad y el tiempo de llenado del tanque receptor, considerando el efecto de las presiones de entrada y descarga sobre el rendimiento. ^[5]

¿Qué debe incluir la hoja de trabajo de la envolvente de servicio?

• Composición, pureza, humedad, aceite y límites de partículas del gas.
• Presión y temperatura mínimas, normales y máximas de entrada en el límite de la unidad.
• La presión de descarga requerida en el punto de entrega definido, no en la salida del compresor.
• Volumen total de prueba, presión inicial, tiempo de llenado permitido y fugas o consumo previstos.
• Cantidad de pruebas por hora o turno, tiempos de operación, mantenimiento de presión e inactividad, y tiempo de recuperación entre pruebas.
• Unidad de caudal y temperatura y presión de referencia; «CFM» sin unidades es ambiguo.
• Rango de temperatura y presión ambiente, clasificación para áreas peligrosas, servicios disponibles y restricciones de ruido y enfriamiento.

Solicite al proveedor perfiles de tiempo de llenado o cálculos de curvas para condiciones mínimas, normales y máximas de entrada. Un «caudal nominal» no muestra el tramo más lento de la curva.

Seleccione la arquitectura según la envolvente de operación

Los compresores elevadores accionados por aire pueden ser una opción atractiva en algunas aplicaciones, por ejemplo, para controlar la parada por presión estática, si se dispone de suficiente aire de accionamiento. Los compresores elevadores alternativos accionados eléctricamente pueden ser más adecuados para servicios repetidos o prolongados, en especial si el ciclo permite integrar por completo la potencia del motor, los controles y el enfriamiento. Es probable que se necesiten varias etapas si no se puede tolerar el aumento de presión o temperatura en una sola etapa.

No se debe aplicar un «máximo universal de relación por etapa». El diseño del compresor elevador, el gas, las condiciones de entrada y los materiales determinan la envolvente de operación. Exija que el fabricante confirme la envolvente completa de operación.

Con una fuente de presión típica de planta, hay que determinar si suministra aire continuamente a una presión de referencia o si solo indica esa presión mientras está inactiva. La presión de salida requerida y la banda de presión necesaria en el punto de uso deben considerarse junto con la presión mínima de entrada. Cuando la relación de presión total es alta, un sistema típico de dos etapas puede controlar mejor la temperatura, pero solo el fabricante puede confirmarlo para el gas que se va a comprimir.

La evaluación de la arquitectura también debe analizar la presencia de contaminantes, la calidad de aire requerida, la compatibilidad de los materiales, el enfriamiento y el acondicionamiento, y el regulador de presión seleccionado. Los compresores elevadores lubricados con aceite pueden ser inadecuados si añaden aceite a un gas de proceso que debe mantenerse limpio. Estas decisiones dependen de los gases de proceso y del nivel de limpieza aplicable, no de una lista general de aplicaciones industriales comunes.

La velocidad variable puede modificar el rango de regulación y el consumo de energía en unidades accionadas por motor; no elimina la necesidad de verificar la curva. Los equipos neumáticos alimentados por un compresor elevador de aire pueden proporcionar un aumento de presión menor que una unidad para pruebas de presión. Del mismo modo, el llenado de cilindros de alta presión y las pruebas de resistencia de tuberías son casos de operación distintos, aunque en ambos se utilicen compresores elevadores.

Las leyes de la termodinámica siguen rigiendo el calor de compresión y la densidad del gas, pero las ecuaciones preliminares no reemplazan una curva probada. La flexibilidad del sistema depende de que se definan correctamente los límites de suministro, los controles y los tanques receptores, no de elegir entre los principales tipos de compresores elevadores por su nombre. La pregunta práctica es cómo funcionan los compresores elevadores en toda la envolvente real de entrada, descarga y ciclo. [7]

Diseñe una secuencia controlada de prueba de presión

Entre las aplicaciones típicas se incluyen las pruebas de fugas, las pruebas de resistencia y otras pruebas de calificación de componentes. El procedimiento aprobado de cada proyecto establece la presión alta exacta y la secuencia de prueba. Los rangos típicos de alta presión que aparecen en la literatura comercial no indican un punto de servicio seguro. Los distintos tipos de compresores deben seleccionarse según el gas especificado, la compatibilidad con el oxígeno, las condiciones de entrada y el procedimiento.

Una presión de entrada por encima de un límite seguro puede mejorar el rendimiento del sistema, pero debe mantenerse dentro de los límites de entrada aprobados. La compresión primaria, la relación del compresor elevador y la presión final de entrega forman un solo sistema; si cambia una condición de límite, cambian las otras dos. Por eso, en un proceso inherentemente de alta presión se necesita revisar el sistema completo en lugar de evaluar una sola cifra de descarga.

El compresor elevador suministra presión; el procedimiento aprobado controla la prueba. Trate cada fase como un estado de operación distinto y defina límites, condiciones de inicio, responsabilidades del personal y registros.

1. Revisión previa a la prueba: confirme la identidad del elemento bajo prueba, la revisión del procedimiento, la zona de exclusión, la calibración de los instrumentos, las comunicaciones y la parada de emergencia.
2. Purga o llenado previo: utilice el método aprobado y confirme el medio y el destino del venteo antes de operar a alta presión.
3. Rampa controlada: aumente la presión según lo definido y haga pausas para inspecciones o estabilización.
4. Estabilización: permita que la presión y la temperatura alcancen el equilibrio antes de iniciar el mantenimiento de presión o evaluar caídas.
5. Mantenimiento de presión e inspección: respete las restricciones y los métodos aprobados para el acceso y la inspección. Nunca ajuste conexiones en un sistema presurizado, salvo que un procedimiento especial de ingeniería lo indique expresamente.
6. Revisión de la caída: interprete los cambios de presión junto con la temperatura y los cambios en el volumen de prueba.
7. Despresurización controlada: ventile hacia el lugar aprobado a una velocidad controlada, teniendo en cuenta el ruido, el enfriamiento, las fuerzas de descarga y la acumulación de nitrógeno.

Los requisitos de sistemas de presión de la NASA establecen controles de procedimiento y autorización expresa para las pruebas neumáticas. [1] Un ejemplo jurisdiccional de ABSA exige presurización por etapas, control de distancia segura y despresurización controlada; esas disposiciones son específicas de esa jurisdicción y no deben adoptarse para otro proyecto. [6]

Las pruebas repetidas crean requisitos de mantenimiento que no se resuelven con la placa de identificación. Las conexiones de prueba que se aprietan con frecuencia pueden perder el acoplamiento de la rosca, mientras que los ciclos de presión y las cargas de apriete agregan fatiga que quizá no sea visible. Por lo tanto, el procedimiento escrito debe especificar la inspección de conectores, los registros de uso, los límites de vida útil y los criterios de rechazo. La liberación rápida de gas también puede enfriar los conectores y causar contracción local, sobre todo cuando se unen materiales distintos.^[8]

No interprete una prueba de resistencia exitosa como autorización para inspeccionar fugas de cerca sin protección. Planifique el uso de manómetros remotos, cámaras o un recinto seguro, y permita el ingreso únicamente después de revisar esas medidas de protección. El límite comercial es relevante. Que un proveedor entregue un compresor elevador como equipo individual, un conjunto de presión fabricado en planta o equipos ensamblados en sitio no implica automáticamente que el proveedor deba cumplir los mismos requisitos de diseño, documentación y evaluación. Identifique ese límite en la solicitud de cotización y confírmelo con la jurisdicción aplicable. [8] [9]

Incluya pruebas de aceptación en cada fase de la prueba

Una prueba es auditable si otra persona calificada puede evaluarla y determinar cómo y por qué se aprobó. La lectura de presión final es solo una pequeña parte de las pruebas.

Antes de la prueba, acuerde la frecuencia de muestreo de datos, la precisión de los sensores, la fuente de tiempo para las marcas de tiempo, cómo y en qué formato se informarán los datos y quién será su propietario. Si se utiliza un registrador de la unidad, defina cómo se extraerán los datos sin procesar y los registros de auditoría, no solo si hay una pantalla que muestra una tendencia.

Los requisitos de sistemas de presión de la NASA ofrecen un ejemplo de referencia para documentar la autorización, la instrumentación y los controles de procedimiento; prevalecen el procedimiento del proyecto y la jurisdicción. [1]

Diagnostique el llenado lento, la inestabilidad y el exceso de calor

No resuelva una prueba lenta reduciendo el ajuste de presión de la válvula de seguridad, aumentando la presión de accionamiento por encima de la nominal, bloqueando un venteo ni ignorando una alarma de temperatura. La acción correctiva debe estar dentro del alcance de la hoja de datos de la unidad o del procedimiento aprobado.

Las indicaciones de pruebas de presión del HSE respaldan el aislamiento y la despresurización antes de inspeccionar conectores o mangueras, así como el mantenimiento de las conexiones de prueba durante ciclos repetidos. [8]

Use una lista de verificación para solicitar cotizaciones de compresores elevadores para pruebas de presión

Una buena solicitud de cotización permite que los proveedores coticen el mismo servicio y declaren sus supuestos. También separa los datos que aporta el comprador de las pruebas que debe entregar el proveedor.

Indique si el proveedor es responsable del acondicionamiento de entrada, los tanques receptores, el enfriamiento y el múltiple de alta presión. Especifique también los dispositivos de seguridad, las tuberías de venteo, la integración de instrumentos y controles, la instalación, la puesta en marcha y la capacitación. Indique cualquier otra exclusión. Por ejemplo, parte de la literatura de Maximator incluye documentación de operación, planos y documentos informativos entre los documentos de la unidad, lo que demuestra por qué conviene especificar las entregas en lugar de darlas por supuestas. ^[7]

Preguntas frecuentes

Defina la prueba antes de seleccionar el compresor elevador

Una cotización resulta útil cuando incluye el gas, el rango completo de presiones, el volumen de prueba, el tiempo de llenado, el ciclo, las condiciones del sitio, los límites de suministro y los entregables de aceptación. PanGeng puede revisar ese paquete de condiciones de servicio e identificar la información que aún se necesita para una selección basada en curvas. Los ejemplos de documentación de unidades en la información publicada sobre compresores elevadores de presión muestran por qué conviene especificar los entregables de forma explícita.

Consulte sobre las condiciones de servicio de su prueba de presión

Referencias y fuentes

1. NASA, seguridad de los sistemas de presión.
2. ProTech Pumps, selección de compresores elevadores de gas.
3. EIGA Doc 254, guía para pruebas de presión de tuberías y equipos instalados en campo.
4. U.S. Chemical Safety Board, riesgos de asfixia por nitrógeno.
5. HII Pumps, información de rendimiento de compresores elevadores de gas.
6. ABSA AB-522, requisitos del procedimiento estándar para pruebas neumáticas.
7. Maximator, compresores elevadores de gas de alta presión accionados por aire.
8. Existen requisitos de seguridad específicos para las pruebas de presión. (UK HSE, requisitos de seguridad para pruebas de presión, GS4).
9. UK HSE, fabricación o suministro de sistemas de presión.