Estacion de Compresion

 

Indice 1. INTRODUCCIÓN............. INTRODUCCIÓN...................... .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. .........................1 ................1 2. OBJETIVOS............... OBJETIVOS........................ .................. .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. ......................2 .............2 2.1. Objetivo General......... General.................. ................. ................. .................. .................. .................. ................. ................................2 ........................2 2.2. Objetivo Especifico........ Especifico................. .................. ................. ................. .................. .................. .................. ................. ................. .............3 ....3 3. ALCANCE................. ALCANCE.......................... ................. ................. .................. .................. .................. ................. ................. .................. ........................3 ...............3 3.1. Alcance Geográfico......... Geográfico.................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. .................. ...................3 ..........3 3.2. Alcance Temático. emático.......... .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. ..............................4 .....................4 4. INGENIERÍA DEL PROYECTO............. PROYECTO...................... ................. ................. .................. .................. ..............................4 .....................4 4.1.. Des 4.1 Descrip cripció ción n de las car caract acterí erísti sticas cas del g gas as nat natura urall transpor transportad tado o por el gasoducto al altiplano....... altiplano................ .................. .................. .................. .................. ................. ................. ....................................4 ...........................4 4.1.1. Identi 4.1.1. Identific ficaci ación ón d de e las pro propie piedad dades es ffisi isicoq coquím uímica icass del gas n natu atural ral transportado por el gaso gasoducto ducto al altiplano (GAA) (GAA)......... .................. ................. ................. .................. ...................4 ..........4 4.2. Dimen Dimensionar sionar la estaci estación ón de compresión.. compresión...... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ........ ...........1 ......10 0 4.2.1.

Selec Selección ción del compres compresor or de según los tipos de compres compresores...... ores........... ............1 .......11 1

4.3. EQUI EQUIPOS POS REQUE REQUERIDOS RIDOS PA PARA RA LA ESTAC ESTACIÓN IÓN DE CO COMPRES MPRESIÓN..........18 IÓN..........18 4.4. ELABO ELABORAR RAR EL LAYOUT LAYOUT DE L LA A ESTACI ESTACIÓN ÓN D DE E COMP COMPRESIÓ RESIÓN.... N........ ........ ........ ....19 19 4.5. ESTI ESTIMACIO MACIONES NES ECONÓM ECONÓMICAS ICAS DE LA PLANT PLANTA.. A...... ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ........20 ..20

1

 

DEDICATORIA El presente proyecto Final de la mat ate eria le dedico a mis estimados y distinguidos compañeros al ingeniero que  

2

 

1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN El proceso de Compresión del Gas: Por lo general previo a la utilización de un gas es necesario someterlo a un proceso de compresión, con lo cual se incrementa el nivel energético del gas. El aumento de energía se logra mediante el trabajo que se ejerce sobre el fluido en el compresor. El aumento de energía se manifiesta por  incr increm emen ento toss de pr pres esió ión n y en la ma mayo yorí ría a de los los caso casoss po porr au aume ment ntos os de la temperatura. Un ejemplo del proceso de compresión del gas, es cuando se quiere transportar gas a través de los gasoductos, en este caso se requiere aplicar una presión necesaria para venc vencer er la res resist istenci encia a de fro frotam tamien iento. to. Cuando Cuando los com compres presores ores comu comunic nican an presión en el gas, que es un fluido compresibl compresible e reducen el volumen del gas Descripción del Proceso de Compresión del Gas Natural:  La compresión se refiere al aumento aument o de energí energía a que se logra en un fluido gaseoso por medio de un trabaj trabajo o que se efectúa sobre él, los fluidos que más comúnmente se comprimen son: el aire, gas natural, componentes separados del gas natural y gases comerciales con propósitos industriales. El gas natural se somete a un proceso de compresión para elevar su nivel energético, los compresores tienen como función principal aumentar la presión del gas, por lo cual el compresor somete el gas a un trabajo de tal manera que se incremente increm ente la energí energía a total del mismo, este incremento incremento se manif manifiesta iesta por aumentos de presión y temperatura. El proceso de compresión del gas natural se puede representar a través de un proceso termodinámico; en donde el gas con una presión P1, se comprime y posteriormente se descarga a los niveles de presión P 2 superiores requeridos. Este proceso puede darse en una o varias etapas. En la figura 1 se presenta un diagrama simplificado de un sistema de compresión.  

Figura 1 Diagrama Simplifcado de un Sistema de Compresión

 

P2 T2 P1 T1

P1 T2

INTERCAMBIADOR DE CALOR 

P3 T3 P3 T4 COMPRESOR  INTERCAMBIADOR DE CALOR 

SEPARADOR 

SEPARADOR 

1

 

En la figura 1 se puede observar que el gas proveniente de la fuente entra a un intercambiador de calor donde se reduce la temperatura desde T 1 hasta T2. Producto de este descenso en la temperatura, se puede o no producir la condensación de cier ci erto toss co comp mpon onent entes, es, po porr lo ta tant nto o en aq aque uellllos os ca casos sos dond donde e est este e pro proce ceso so se produ pr oduzca zca,, es neces necesari ario o in inst stal alar ar un se sepa parad rador or,, del del cu cual al sa sale len n tí típic picam amen ente te do doss corrientes, una de gas por el tope y una de líquido por el fondo; la corriente de gas es enviada hacia el compresor en donde se eleva la presión desde P 2 hasta P3, lo que un aumento temperatura desde T 2 hasta T3; la de corriente gas que sale origina del compresor a T3de entra a un intercambiador de calor donde de sale a una temperatura menor T4; esta corriente de gas, con cierto contenido de líquido, es enviada a un separador de donde salen dos corrientes, una de gas por el tope y una de líquido por el fondo; así se cuenta con el volumen de gas a las condiciones de presión y temperatura requeridas por el proceso. Proceso de Compresión del Gas Natural: En el proceso de compresión del gas natural, los compresores tienen como función principal, aumentar la presión del fluido gaseoso, con el aumento de la presión son comprimidos y por ende pueden ser almacenado o confinados en recipientes de determinados volúmenes. El proceso de compresión es una parte integral de los ciclos para refrigeración y las turbinas de gas. Los compresores son máquinas que disminuyen el volumen de una determinada cantidad cantid ad de gas y aument aumenta a su presión presión,, todo esto ocurre a través de procedi procedimient mientos os mecánicos. Luego el gas comprimido posee una gran energía potencial. El aumento en la energía potencial se debe a que en el proceso de compresión se elimina la presi pr esión ón a la cu cual al est está á so somet metid ido o el ga gas, s, y du dura rant nte e la co comp mpres resió ión n se expa expand nde e rápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas máquinas y herramientas. El proceso de compresión, como proceso es termodinámi termod inámico, co, el cual se lleva a cabo a través de una serie de etapas etapas.. La princi principal pal función de los compresores es someter el gas a un trabajo, para así aumentar la energía total.

2. OBJE OBJETI TIVO VOS S 2.1 2.1.

Objetivo General

Diseñarr una esta Diseña estació ción n de compr compresi esión ón ubica ubicada da en la local localida idad d de Sic SicaSi aSica ca en el departamento de La paz con una temperatura de 40ºf , 900 psig de presión de entrada y de salida 1500 psig con tubería x52 y tramo anterior 50 millas

2

 

2.2. 2.2. •

•

•

Ob Objjetiv etivo o Es Espe peci ciffic ico o Describir las características del gas natural transportado por el gasoducto al altiplano (GAA) Dimensionar la estación de compresión para determinar las variables de operación Determinar la ubicación de la estación de compresión En la tabla se muestra las acciones que se realizaran para cada objetivo OBJETIVOS Describir características del gas natural transportado por el gasoducto al altiplano Dimensionar la estación de compresión

ACCIONES Identificar las propiedades fisicoquímicas del gas natural transportado por el gasoducto Identificación de las características del gasoducto al altiplano Seleccionar el compresor según los tipos de compresores Realizar los cálculos de la dimensionamiento de los equipos de

la estación de compresión Determinar la potencia requerida de la estación de compresión Determinar la ubicación de la estación Elaborar el layout de la estación de de compresión compresión

3. ALCA LCANCE NCE 3.1 3.1. Alca can nce Ge Geo ográfico El presente proyecto se realiza en el departamento de La Paz en la Provincia Aroma en el Municipio Sica Sica.

3

 

3.2. Temático

Alcance Transporte de hidrocarburos

•

• •

Tecnología del Gas I Instrumentación y automatización

4. INGENI INGENIERÍA ERÍA DEL PROY PROYEC ECTO TO 4.1. Des 4.1. Descri cripci pción ón de las las cara caracte cterís rísti ticas cas del del gas natura naturall tra transp nsport ortado ado po porr el gasoducto al altiplano Para la determinación de las características del gas natural se toma en cuenta la prim pr imera era acc acció ión n el cual ind indic ica a que que se debe real realiz izar ar la dete determ rmin inaci ación ón de las propiedades fisicoquímicas del gas natural por el gasoducto al altiplano.

4. 4.1. 1.1. 1. Id Iden enti tifi fica cació ción n de la lass pr prop opie ieda dade dess fi fisi sico coqu quím ímic icas as de dell ga gass na natu tura rall transportado por el gasoducto al altiplano (GAA) El fluido que se va muestran a ser transportado por3.6. el GAA es gas natural y su composición y propiedades en la tabla Tabla Ta bla 3.6: Composición del Gas Natural COMPOSICIÓN DEL GAS NATURAL COMPONENTE

RÍO GRANDE

SIRARI

VIVORA

CARRASCO

SAN ROQUE

VUELTA GRANDE

COMPOSICIÓN PROMEDIO

PORCENTAJE MOLAR N2

1.85

0.583

2.546

0.31

1.54

1.79

1.45

CO2

0.941

0.079

0.623

5.79

0.01

0.06

0.997

C1

92.316

87.047

85.38

86.11

86.15

88.01

87.219

4

 

C2

4.502

7.134

6.343

7.23

7.33

9.14

6.937

C3

0.349

3.088

3.103

0.51

3.2

0.93

2.237

i-C4

0.002

0.431

0.372

0.02

0.4

0.03

0.322

n-C4

0.01

0.842

0.919

0.1

0.83

0.03

0.47

i-C5

0.005

0.222

0.215

0.1

0.19

0.01

0.131

n-C5 C6

0.007 0.003

0.233 0.184

0.225 0.141

0.1 0

0.18 0.1

0 0

0.125 0.071

C7+

0.015

0.117

0.106

0

0.07

0

0.042

TOTAL

100

100

100

100

100

100

100

Peso Molecular 

17.283

19.042

19.276

18.880

19.010

17.849

18.658

Gravedad Espec.

0.597

0.6575

0.665

0.652

0.656

0.616

0.644

Propano

0.856

1.564

1.540

0.157

1.479

0.279

1.009

Valor C. Bruto

1,022.68

1,159.61

1,125.98

1,012.26

1,143.8

1,076.4

1,101.69

H2S

NO EXISTE H2S EN NINGUNO DE LOS CAMPOS

GPM

Fuente: Elaboración Propia a partir de información de la ANH La composición de Río Grande nos indica que estamos en presencia de Gas seco, con una gravedad específica de 0.597 se tiene como peso molecular 17.28 lb/lb-mol, estos datos recopilados se utilizarán para encontrar ciertas propiedades del Gas, como ser densidad, factor de compresibilidad y viscosidad.

4.1.1.1. Factor d dee cco ompresibilidad El factor de compre compresibil sibilidad, idad, representado representado habit habitualme ualmente nte como Z, es un parámet parámetro ro que mide la desviación de un gas real respecto del comportamiento que tendría como co mo gas gas id idea eal.l. Pa Para ra el cá cálc lcul ulo o de dell fa fact ctor or de co comp mpres resib ibililid idad ad usare usaremo moss la lass ecuaciones corregidas para propiedades pseudo-criticas para gas natural.

5

 

2

T  pc =168+ 325 γ g−12.5 γ g

2

 P pc =677 + 15.0 γ g −37.5 γ g

Sustituyendo el valor de la gravedad especifica de 0.597 2

T pc =168+325(0.597)-12.5(0.597)

357.4 8

Tpc=

R

2

Ppc =677+15 =677+15.0(0.597) .0(0.597)-37.5 -37.5 (0.597)

Ppc=

672.59

Psia

Para sustituir estos valores de Presión y Temperatura de flujo, se tiene que encontr encon trar ar un pro prome medi dio o de am amba bas, s, pa para ra su sust stititui uirr en la lass ecuac ecuacio iones nes pseu pseudodore reduc ducid idas as.. Pa Para ra es este te caso caso se cu cuent enta a co con n dos tr tram amos os,, po pode demo moss ob obse serva rvarr la variación de estas propiedades en la tabla 3.7 para el tramo Huayñacota – Sica Sica

Tabla Ta bla 3.7: Presión y Temperatur Temperaturaa de flujo, Huayñacota – Sica Sica Temperatura T1= T2= Presión P1= P2=

ºC 29 29

ºF 84.2 84.2

ºR 544.2 544.2

Psia Psig 1,014.7 1,000 794.7 780 Fuente: Elaboración Propia Como se tiene un interv intervalo alo de datos se procede a sacar promedio de temperatura y presión para ambos tramos con indican las siguientes ecuaciones 2.6 y 2.7 (pág.20): ´= T 

´=  P

  (T 1−T 2) ln ( T 1−T 2 ) 2 ∗( P13− P23 ) 3

( P12− P22 )

6

 

Tabla 3.9: Temperatura y Presión Promedio Promedio

 

Tramo Huay ayña ñaccota Sica Sica

´ T 

–

 

 (R)

544.2

´ ( Psia)  P 909.16

Fuente: Elaboración Propia Sustituyendo deos. la. tabla se tiene temperaturas prom promed edio io de los los los valores do doss tr tram amos Co Con n 3.9 esto estos s da dato toss las se presiones pr proc oced ede e ay en enco cont ntra rarr las las propiedades pseudo-reducidas.  P pr=

 P  P pc

T  pr =

  T  T  pc

Sustituyendo los valores obtenemos la tabla 3.10.

Tabla 3.10: Te Temperatura mperatura y Presión Pseudo-reducida Propiedades pr Ppr Tramo Huay ayña ñaccota – 1.35 Sica Sica Fuente: Elaboración Propia

Tpr   1.52

Para poder sustituir los datos de la tabla 3.10 se verifican que Ppr y Tpr mostrada en la tabla 2.3 Z = P Pr ( 0.0984 T   Pr Pr −0.2053 ) + 0.0621 T   Pr Pr + 0.8580 Sustituyendo estos valores obtenemos el factor de compresibilidad del gas para ambos tramos como se puede ver en la tabla 3.11.

Tabla Ta bla 3.11: Factor de Compresibilidad Tramo Tramo Huayñacota – Sica Sica Fuente: Elaboración Propia

Z 0.877

7

 

Concluyendo con la obtención del factor de compresibilidad para ambos tramo Huayñacota – Sica Sica se obtiene 0.877 que es importante para el desarrollo de la estación de compresión

4.1.1.2. Densidad del gas Para la densidad se todos los datos necesarios se obtendrán de las tablas 3.6, 3.9 y 3.11 para que su cálculo sea mas fácil, se resumirán todos los datos en la tabla 3.12.  ρg = p M   RT   ❑ a

Tabla Ta bla 3.12: Densidad Del Gas  ρg

Tramo

´ ( Psia)  P

 

 

(Lb/Lb-

Z

 

´ T 

 (R)

mol)

(lb/ft3) Tramo Huayñac Huay ñacota ota – 2.6919 Sica Sica

M a

909.158

17.283

0.877

544.2

Fuente: Elaboración Propia Con estos valores se obtendrá la viscosidad del fluido en el Tramo Huayñacota – Sica Sica

4.1.1.3. Viscosidad de del Gas En el caso de la viscosidad del gas se emplea el método de Lee-González-Eakin que hace referencia en la ecuación 2.12 (pág. 23) −4

[

 μg =10  Kexp   X  X  ( ( ρ  ρ g )

Y 

]

Para encontrar K, X y Y usaremos las ecuaciones 2.13, 2.14, y 2.15 (pág. 24) respectivamente.

( 9.4 +0.02 M a ) T 

1.5

 K =

209 + 19 M a+ T 

 X =3.5 +

986   + 0.01 M a T 

8

 

Y =2.4 −0.2 X 

Sustituyendo valores obtenemos la tabla 3.13. Tabla 3.13: Viscosidad del gas  ρg

 M a

Tramo

  (Lb/Lb-mol)

Tramo Huayñacota  – Sica Sica

17.283

T  ´

 (R)   K

544.2

114.39

X

Y 

  (lb/ft )

 μg ( cp )

5.485

1.303

2.6919

0.00127

3

Fuente: Elaboración Propia La viscosidad del gas esta en unción de la temperatura, por lo tanto no se debe exceder los 120 F, para evitar el aumento a la resistencia del ujo.

4.1.1.4. Número d dee R Reeynolds Mediante la siguiente siguiente ecuación se obtendrá el régimen de fflujo. lujo. ℜ=71 711 1

Qγ Psc T sc sc dμ

=

71 711 1∗100,000∗0.596 * 14.7   =110,554.209 520∗12∗0.00127

Donde: d= Diámetro interno de la cañería, pulgadas. Ɣ= Gravedad especifica del Gas, adimensional Tsc= Temperatura base, °R. Psc= Presión base, psia. Q = Caudal del Gas, Mpcd µ = Viscosidad del Gas, Cp Este resultado nos indica que el flujo que se transportara es turbulento ya que es mayor a 3,100 según el número de Reynolds. Tabla 4 Caracterización de gas natural

CARACTERISTICAS Peso Molecular Densidad del gas

ABREVIATURA Ma  ρg    

Viscosidad del gas Factor de

 μg

 

z

compresibilidad 9

RESULTADO 17.283 Lb/Lb-mol 2.6919lb/ft3  

0.00127 cp 0.877

 

Identificación de las características del gasoducto al altiplano En la figura se observa de donde a donde se desplaza el gasoducto al altiplano.

4.1.2.

Cabe recalcar que se tiene estaciones de compresión como se muestra en la figura

CARACTERISTICAS

VALOR

Diámetro Grado

10 inch X52 10

 

Longitud del tramo Capacidad actual de transporte Capacidad de transporte del GAA

50 millas = 80,4672 km 31,5 MMmcd 76,3 MMmcd

 T  Tabla abla Soldaduras

Soldadura semi automática en la planta de doble junta Soldadura semi automática de campo Soldadura manual de campo-electrodo revestido  T  Tabla: abla: Elevación de gasoducto al altiplano

ELEVACIÓN INICIAL 2766 msnm

ELEVACIÓN FINAL 3919 msnm

4. 4.2. 2. Di Dime mens nsio iona narr llaa esta estaci ción ón de de ccom ompr pres esió ión n Parámetros Para El Dimensionamiento Parámetros Presión de succión Presión de descarga

Valor  900 psig 1500 psig

Teem P sopemraotlu ercaular Volumen estándar del gas Densidad Caudal

4 10 7.2ºF83 Lb/Lb-mol 379.73 ft3/lb 0.048lb/ft3 1200 MMSCFD

Se tiene ese caudal visionando a un futuro futuro con la ampliación del GAA 4. 4.2. 2.1. 1. Se Sele lecc cció ión n de dell co comp mpre reso sorr de segú según n los los tipo tiposs de co comp mpre reso sore ress Para la selección selección del compresor se toma en cuenta la fundame fundamentaci ntación ón teórica los distintos compresores como ser comparaciones básicas y las ventajas y desventajas entre ent re el com compres presor or axial, axial, el com compres presor or rotato rotatorio, rio, le com compres presor or reci reciproc procart arte e y el compresor centrifugo. Tabla: Ta bla: selección de compresor 

Característica s

  AXIAL

Eficiencia Costos de Instalación Sensibilidad a los solidos Generación de

Buena Económic o  Alta Muy alto

COMPRESORES ROTATORIO RECIPROCART E Regular Buena Costoso Considerable

Excelente Económico

Media

Muy alta

Media

Muy alto

Bajo

Alto

11

CENTRIFUGO

 

ruido Capacidad

Muy alta

Media

Baja

Alto

4.2.2. Dimen Dimensionam sionamient iento o del separador  separador  El procedimiento a tomar en cuenta en los conceptos básicos de separación y los diferentes deducidos a partir de las bases teóricas plasmados de Petróleos de Venezuela Sociedad A Anónima nónima (PDVSA) Y procesadores de gas (GPSA). PASO PA SO 1  Flujo del gas natural Wg ρaire∗Qmásico ∗g Wg= 379,73∗86400  

Wg= 632,361 (lb / seg)

PASO PA SO 2 Flujo volumétrico del gas, Q gas Qgas =

632,361 2.6919

Qgas =234 , 9125 ft 3 / seg

PASO PA SO 3 FLUJO MASICO LÍQUIDO GPM A (FT3/Dia) 0.856 (60 min /1min)*(24h/1dia)*(0.13368 ft3/1 gal) = 164,779 (ft3 /día) γ  

liq   ¿

  141.5  API + 131.5

 = 0,779

ºAPI = 50

 ρ l 

=0,799*62,4 = 42,647 Lb/ Ft3 ¿ Wl  

5,61∗234∗0,779 86400

 

Wl  

¿ 0,0161 Lb / seg

PASO PA SO 4 FLUJO VOLUMETRICO Ql

12

 

Ql =

0,0161 42,647 Ql =0,000377 ft 3 / seg

PASO PA SO 5 Densidad de la mezcla del gas natural

 ρg =

 ρg =

Wl∗Wg Ql∗Qg

Tipo de separador

K(ft /seg)

Horizontal( con malla vertical) Esférico

0.40-0.50 0.20-0.35

Vertical/horizontal (con malla horizontal) Vertical horizontal

0.35

Vapor de Agua

0.25

Vapor al vacio

0.20

  0,0161∗632,361 0,000377∗632,361

0.18-0.35

= 1.000024 (lb/ft3)

PASO6 VELOCIDAD VERTICAL TERMINAL O DE ASENTAMIENTO Vg 2 Vg= k  √    ρ ρliq∗ ρ / ρ g

g

( )∗

 p 0.001 100 k =0,35 ¿

K= 0.35- 0.08147 (ft/ seg) K= 0,26853 (ft/seg)

13

 

Según la constante k = 0,26853 (ft/seg) como se ve en la tabla anterior recomendado por GPSA es el separador bifásico vertical con extractor de niebla tipo malla Vg=1.7327

  ft  seg

PASO 7 AREA TRANSVERSAL DEL SEPARADOR Ag Qg  Ag Vg  = 354,93 ft2

PASO PA SO 8 DIAMETRO INTERNO DEL RECIPIENTE  Di=

√

4∗ Ag π 

 Di=

√

4∗354,93   =21,258 ft  π 

PASO 9 Tiempo de retención Tr  ºAPI DEL CRUDO ºAPI ≥ 40 25