Compresores de aire industriales para petróleo y gas: guía práctica de selección

Primero, distinga el aire comprimido de la compresión de gases de proceso

El aire comprimido es un servicio de planta. Puede utilizarse de forma continua para accionar herramientas neumáticas, instrumentos y sistemas de arranque. Un compresor de gases de proceso puede manejar gas natural, hidrógeno, nitrógeno, gas de antorcha y otros gases de proceso. Del mismo modo, el usuario final debe definir las especificaciones del aire de proceso y establecer claramente los límites del servicio.

En este contexto, el término «compresor de petróleo y gas» puede interpretarse de muchas maneras. Una solicitud de aire de planta no debe incluir una solicitud de compresión de gases de hidrocarburos. Nunca debe usarse un equipo diseñado para aire atmosférico en una corriente de proceso solo porque los requisitos de caudal y presión sean similares.

Para la compresión de gases de proceso, las etapas, la separación y el control de recirculación, consulte la guía de compresores elevadores de presión para gases de proceso y el resumen de unidades de compresión de gas diseñadas a medida. El recurso de la EPA sobre aire de instrumentación también muestra la importancia de distinguir el suministro de aire de instrumentación del servicio neumático accionado por gas. Esta guía abarca los servicios de aire.

¿Qué usuarios de aire deben incluirse en el mapa de servicios del compresor?

Enumere cada usuario del servicio y asígnele un responsable; el recurso de la EPA sobre aire de instrumentación muestra por qué los límites del servicio deben definirse explícitamente. El aire de instrumentación puede utilizarse para accionar válvulas de control y dispositivos neumáticos relacionados con la seguridad. El aire de planta o de servicios puede utilizarse para herramientas, mantenimiento y conexiones de servicio. El aire para servicios de pozo puede suministrarse mediante equipos móviles y de uso intermitente, expuestos a condiciones exteriores. Los sistemas de generación de nitrógeno, de aire de arranque y de aire respirable pueden estar sujetos a tratamientos o requisitos de seguridad especiales.

No combine servicios solo porque se alimenten desde el mismo colector de presión. No se debe esperar que un colector de aire de instrumentación absorba un aumento repentino de demanda en una conexión para herramientas. El aire respirable es una cuestión de salud y seguridad, y la etiqueta de un compresor común no basta para certificar que el aire sea respirable.

Para cada usuario, determine la presión requerida, la demanda simultánea, el programa de operación, el tiempo de interrupción admisible y el tiempo de recuperación previsto. Este mapa ayudará a determinar la capacidad de almacenamiento necesaria y el nivel de redundancia. Sin esta información, expresiones como «100% de reserva» o «siempre encendido» carecen de sentido.

Convierta la demanda en un rango de diseño

El caudal total por sí solo no constituye una base de diseño. Considere registrar la demanda mínima, normal, máxima, temporal y futura prevista. Indique si los caudales son reales o están referidos a condiciones estándar, incluidas la temperatura, la presión y la humedad. Especifique la presión requerida en el usuario más alejado o más sensible, en lugar de la presión de descarga del compresor.

Incluya también en las bases de diseño las pérdidas de presión en el tratamiento y la distribución, el comportamiento del tanque receptor, la elevación, las condiciones de temperatura ambiente y el margen por ensuciamiento. Un margen de conservación sin justificación en un diseño energéticamente eficiente puede hacer que el compresor funcione de manera ineficiente, sin carga o en ciclos frecuentes.

Para la demanda continua, en lugar de seleccionar arbitrariamente un compresor según la demanda nominal total, consulte el manual de referencia sobre aire comprimido del Departamento de Energía de Estados Unidos, que considera el almacenamiento y el control del aire comprimido como un sistema integrado. Si las condiciones de las instalaciones existentes lo permiten, supervise la demanda real de aire; en instalaciones nuevas, evalúe las premisas de las estimaciones de demanda.

¿Qué arquitectura de compresor se adapta al servicio?

En general, los compresores de tornillo rotativo son más adecuados para el servicio continuo, mientras que los compresores centrífugos se utilizan para demandas mayores y estables. Para demandas intermitentes, caudales menores y presiones de descarga más altas, considere un compresor alternativo, prestando atención a las pulsaciones, las vibraciones y el número de etapas. Para caudales y demandas mayores, los compresores centrífugos pueden ser más adecuados, siempre que el rango previsto sea compatible con los controles.

Compare las propuestas de compresores, incluidas las configuraciones de varias etapas, con las mismas condiciones de entrada, condiciones de descarga requeridas, referencia de caudal, alcance del tratamiento, bases del accionamiento y perfil de servicio. Use como referencia sistémica el manual de referencia del Departamento de Energía de Estados Unidos. Para conocer las familias de productos y sus configuraciones, consulte las familias de compresores de aire industriales de PanGeng.

¿Qué calidad de aire se requiere en el punto de uso?

La norma ISO 8573-1 establece un marco para clasificar la pureza del aire comprimido según las partículas, el agua y el aceite. Los tres atributos deben definirse e indicar el punto de medición. «Aire limpio» no es un requisito verificable, y una especificación de pureza en la salida del compresor quizá no describa las condiciones después de un colector de distribución largo.

La compresión libre de aceite elimina el aceite de la cámara de compresión. Sin embargo, no aborda otras posibles fuentes de contaminación por aceite en el aire aguas abajo ni elimina los contaminantes que pueda haber en el aire de entrada. La calidad del aire suministrado depende del estado de las tuberías, las prácticas de mantenimiento y muestreo, y las condiciones de temperatura ambiente. La clase 0 es una especificación del proyecto o del proveedor dentro del marco de la norma ISO; no significa que pueda suponerse que «no hay aceite» sin medirlo.

El punto de rocío a presión debe basarse en la exposición más fría de las tuberías y los equipos, incluso durante las paradas, en lugar de adoptar un valor predeterminado de una etiqueta climática. Distinga el aire de servicios común del aire respirable y otros usos regulados. Estos servicios requieren especificaciones y evaluaciones específicas.

Diseñe para instalaciones en tierra, costa afuera y ubicaciones clasificadas

La disposición más segura y sencilla puede consistir en instalar el compresor en una sala adecuada dentro de un área segura y llevar el aire por tuberías hasta los usuarios en áreas clasificadas. No siempre es posible. El equipo del proyecto debe definir la clasificación de las áreas peligrosas, la jurisdicción aplicable, los métodos de protección de los equipos, el rango de temperatura ambiente, la ventilación, las interfaces de detección de gas, la filosofía de parada y los límites del alcance del proveedor y del sitio.

En instalaciones de petróleo y gas costa afuera también deben considerarse la salinidad, la humedad, el espacio limitado, las restricciones de izaje, el ruido, el drenaje de agua y el acceso para mantenimiento. La ubicación de la entrada puede afectar el rendimiento. El aire de enfriamiento caliente recirculado, los gases de escape del motor, los vapores, el rocío marino y el polvo pueden reducir la capacidad y afectar el rendimiento.

En Estados Unidos, las normas de OSHA para ubicaciones peligrosas rigen los equipos y el cableado en áreas clasificadas. Otras jurisdicciones aplican distintos marcos legales y normativos. La solicitud de cotización debe indicar el marco aplicable, en lugar de exigir que el proveedor lo deduzca del término «petróleo y gas».

¿Qué accionamiento y estrategia de control se adaptan al servicio?

A menudo se prefiere el accionamiento eléctrico, especialmente cuando el suministro eléctrico es confiable y adecuado para el arranque. Un accionamiento diésel puede utilizarse en equipos móviles, temporales y remotos, así como en equipos de construcción, pero requiere logística de combustible, gestión de emisiones, protección contra el clima y mantenimiento del motor. Una unidad accionada por motor de gas puede utilizarse en instalaciones remotas si hay suficiente suministro de gas combustible; entonces, la especificación del gas, el arranque, la ventilación y el escape de la unidad pasan a ser datos de diseño.

Para motores en instalaciones remotas, consulte las unidades de compresores de aire de PanGeng.

La selección del control depende de la demanda; los detalles de instalación también deben cumplir los requisitos de OSHA para ubicaciones peligrosas que correspondan. Para el control con carga y sin carga, puede funcionar un accionamiento de velocidad fija cuando se conocen la carga y los incrementos de almacenamiento. El control con variador de velocidad puede reducir el funcionamiento sin carga, pero depende del enfriamiento, la eficiencia del motor, los armónicos, la secuenciación y el tiempo a plena carga.

Cuando varios compresores comparten un colector, se debe utilizar una secuencia maestra para asignar las funciones de carga base y ajuste, y definir las unidades de reserva. Sin una secuencia maestra, varios compresores pueden funcionar a la vez y dejar que una unidad de reserva atienda la demanda.

¿Qué determina la confiabilidad más allá del compresor?

Cada compresor de un sistema dúplex debe poder soportar la carga principal después de aplicar la reducción de capacidad nominal por las condiciones de temperatura ambiente y las pérdidas del tratamiento. Del mismo modo, deben considerarse las posibles fallas del secador, el filtro, el tanque receptor, el panel de control, el alimentador eléctrico, el sistema de enfriamiento y el colector de descarga compartidos para prever las paradas no planificadas.

Para las instalaciones comprendidas en Estados Unidos, la norma OSHA 29 CFR 1910.169 aborda el acceso al tanque receptor de aire, el drenaje, la indicación visible de presión y las válvulas de seguridad accionadas por resorte. Considérela un requisito de una jurisdicción específica, no un código de diseño universal. El proyecto también debe identificar las normas aplicables a recipientes a presión, las obligaciones de inspección, las bases de diseño de las válvulas de seguridad y los requisitos de las autoridades locales.

La capacidad de almacenamiento tiene un costo. El tanque receptor puede amortiguar o suavizar eventos breves. También puede moderar los cambios de presión, pero si la demanda supera el caudal disponible del compresor, el déficit resultante reducirá la presión del colector. Antes de calcular el almacenamiento, defina el evento, la presión mínima aceptable, el rango de presión disponible y el tiempo de respuesta requerido.

¿Qué pruebas de aceptación son importantes más allá de las etiquetas del catálogo?

Convierta cada afirmación importante en un criterio de aceptación observable que pueda comprobarse bajo condiciones de prueba especificadas. Para el caudal nominal, se deben especificar como mínimo las condiciones de entrada y de referencia, mientras que la aceptación de la calidad del aire puede basarse en la norma ISO 8573-1. La presión suministrada requiere indicar el punto de medición. Para el punto de rocío, especifique el punto de muestreo, el estado de operación y el instrumento y método que se utilizarán.

Las pruebas de aceptación en fábrica y en sitio verifican, respectivamente, las funciones del equipo en las instalaciones del proveedor y en las condiciones de instalación en el sitio. La prueba de aceptación en fábrica verifica las funciones de la unidad en las instalaciones del proveedor, mientras que la prueba de aceptación en sitio verifica el funcionamiento del equipo instalado bajo las condiciones del sitio. Registre el consumo de energía o combustible en la condición de operación definida. Si no es posible reproducir en el sitio la condición nominal, acuerde desde el inicio cómo se gestionarán las correcciones, las pruebas aplazadas y los pendientes.

Envíe una solicitud de cotización completa

Una solicitud de cotización útil proporciona a los proveedores unas bases de diseño comunes e incluye los requisitos jurisdiccionales, como los requisitos de OSHA para tanques receptores de aire, cuando corresponda. Incluya:

• lista de servicios y mapa de servicios de aire;
• condiciones de caudal normal, máximo, temporal y futuro, con sus condiciones de referencia;
• presión en el punto de uso y margen para pérdidas de distribución;
• requisitos de partículas, agua y aceite en puntos de medición identificados;
• datos de temperatura ambiente, elevación, aire de entrada, corrosión, envolvente, ruido y clasificación de áreas;
• datos de energía o combustible, restricciones de arranque, controles, comunicaciones e interfaces de parada.
• filosofía de servicio y reserva, eventos del tanque receptor, disposición del secador y los filtros, necesidades de derivación y aislamiento.
• códigos y normas aplicables, idioma de los documentos, inspección, pruebas de aceptación en fábrica y en sitio, certificados, repuestos y capacitación.
• lista de desviaciones requeridas, para que las excepciones queden visibles en lugar de ocultas en las cotizaciones.

Un formato común para los datos de los licitantes que enumere todas las premisas permite al equipo de Ingeniería de PanGeng revisar las propuestas y elegir una unidad según las condiciones indicadas del sitio.

Preguntas frecuentes

¿Para qué se utilizan los compresores de aire industriales en petróleo y gas?

Suministran aire de instrumentación, aire de planta y mantenimiento, aire para perforación o servicios, y aire de arranque y de alimentación para distintas unidades, incluidos los generadores de nitrógeno. El uso del aire varía según la instalación. Mantenga separados los servicios de aire comprimido atmosférico y la compresión de gases de hidrocarburos de proceso, porque difieren la definición del fluido, la contención, las bases de seguridad y la selección del equipo.

¿Cuál es la diferencia entre el aire de instrumentación y el aire de planta?

El aire de instrumentación se utiliza en controles y dispositivos neumáticos cuya confiabilidad y limpieza pueden afectar la operación de la planta o la seguridad. El aire de planta abastece herramientas y otros servicios con una demanda más variable. Una instalación puede compartir los equipos de generación entre muchos usuarios, pero debe proteger las necesidades críticas de aire de instrumentación mediante tratamiento, almacenamiento, prioridad, aislamiento o un colector independiente, según corresponda.

¿Qué tipo de compresor es el más adecuado para una instalación de petróleo y gas?

Los servicios continuos de aire pueden cubrirse con distintos diseños de compresores alternativos, rotativos o centrífugos. Los compresores alternativos pueden utilizarse en servicios intermitentes o de mayor presión. La selección debe basarse en el rango de demanda, la configuración de calidad del aire, las condiciones de temperatura ambiente, el comportamiento del control, el mantenimiento, la redundancia requerida y los datos del proveedor evaluados en las mismas condiciones.

¿Que sea libre de aceite significa que el aire suministrado cumple la clase de pureza requerida?

No. «Libre de aceite» describe la arquitectura de compresión y reduce una posible vía de contaminación, pero la calidad del aire suministrado también depende de las condiciones de entrada, las tuberías aguas abajo, el tratamiento, la gestión del condensado, el mantenimiento y el muestreo. Especifique por separado las clases de partículas, agua y aceite según la norma ISO 8573-1, indique el punto de medición y verifique el resultado durante la aceptación.

¿Cuándo conviene utilizar un compresor de aire diésel portátil?

La conexión temporal a un colector de instrumentación solo debe realizarse cuando exista un plan de interfaz aprobado. La conexión debe efectuarse en presencia del usuario y tras considerar la presión, el caudal, la logística de combustible, las emisiones, la protección contra el clima, el tratamiento y el ruido. Debe confirmarse si el usuario puede aceptar el suministro de aire. Los compresores de aire portátiles con accionamiento diésel pueden utilizarse en construcción, mantenimiento, apoyo temporal a la perforación, tendido de tuberías y otras actividades de servicio en lugares sin suministro eléctrico.

¿Qué requisitos del sistema determinan cuál es el equipo adecuado?

Para el aire comprimido, especifique la calidad en el punto de uso y proporcione a los usuarios bases de selección que les permitan comparar la arquitectura y el accionamiento, y evaluar la confiabilidad y las pruebas de los requisitos críticos. El manual de referencia sobre aire comprimido del Departamento de Energía de Estados Unidos ofrece más orientación a nivel de sistema.

Referencias y fuentes

• ISO 8573-1: contaminantes del aire comprimido y clases de pureza
• OSHA 29 CFR 1910.169: tanques receptores de aire
• OSHA 29 CFR 1910.307: ubicaciones peligrosas
• Manual de referencia sobre aire comprimido del Departamento de Energía de Estados Unidos
• Guía del Instituto de Aire y Gas Comprimidos