Recuperación de activos utilizando procesos de repotenciación … · 2020-01-17 · Reconstrucción después de daños catastróficos Un compresor de 3 etapas marca Delaval en servicio

Recuperación de activos utilizando procesos de repotenciación en turbo maquinaria

Jaime Valdez | VP Ventas Internacionales | Nov 23, 2019

Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019

Agenda

Motivación y Objetivos para repotenciar

turbo maquinaria

El proceso de repotenciar

Caso de estudio #1 –Turbina de vapor

Caso de estudio #2 un compresor centrifugo

2

Introducción – sobre Sulzer


Introducción – sobre Servicios Rotativos

3

Eq

uip

os

Ro

tativ

os


Aplicaciones Criticas en los Procesos de

Valoración al Petróleo y Gas

Water injection

Seawater lift

Firewater systems

Crude off-loading

Produced water

separation technology

Offshore production, FPSO, FLNG

Equipo Servicios

Servicios a

equipo

rotativo Transportación de

petroleo

Ductos

Equipo Servicios

Servicios a

oleoductos y

gasoductos

Bombas mutlietapas

Bombas unietapas

Submarina

Equipo Servicios

Servicios a

bombas

Inyección de agua

Transferencia de agua

Hidrantes

Producción Terrestre

Equipo Servicios

Servicios a

equipo

rotativo

Bombas de proceso para

fraccionamiento, coking, gas-

a-liquidos, and carbon-a-

liquidos procesos

Technologia de

Gas processing, refining, petrochemical

Equipo Servicios

Rotating

equipment

services

Turnaround and

tower field

services


Sulzer tiene experiencia en repotenciado de:

Turbinas de vapor

Compresores centrífugos (simple y multi-etapa)

Sopladores (simple etapa y de baja presión)

Compresores axiales

Expansores de gas caliente

Adicionalmente Sulzer puede realizar auditorias de pasajes de gas para identificar fuentes de perdidas y

desarrollar recomendaciones de reparación para recuperar o mejorar la eficiencia de equipos.

Motivación y Objetivos para repotenciar turbo

maquinaria

5


Motivación para repotenciar turbo maquinaria

Aumento de potencia

Mejorar la eficiencia

Cambio en condiciones de operación (presión de

vapor, temperatura, flujo)

Adición de extracción de vapor

Necesidad de eliminar etapas temporalmente

como alternativa a la reparación

La combinación de todos estos factores

Aumento de flujo o incremento de la capacidad

de la planta/proceso

Mejora de eficiencia (disminuir el consumo de

energía)

Cambio en las condiciones de operación (presión

de succión o descarga, temperaturas, etc…)

Cambios en la composición química del gas

Cambio de velocidad o potencia disponible en el

motor/turbina

Turbinas de vapor y expansores Compresores

6


El proceso de repotenciar

Parámetros de operación actuales y datos de

diseño original (curvas de operación, datos API,

información del manual)

Definición de los parámetros deseados

Estudio de viabilidad para determinar si se

pueden lograr los parámetros deseados y definir

el alcance básico de trabajo

Definir los cambios básicos del pasaje de

gases

Ingeniería reversa de las partes existentes

para realizar ingeniería de detalle

Realizar estudio de aerodinámica para

caracterizar el rendimiento del diseño original

Realizar estudio de reconfiguración para

determinar los cambios a realizar para alcanzar

los nuevos parámetros de operación

Diseño de los nuevos componentes (alabes,

impulsores)

Análisis estructural y modal para caracterizar los

componentes nuevos/re-diseñados

Definición final de las nuevas condiciones de

operación (potencia, eficiencia, flujo, etc…) y

nuevas curvas de operación

Recolección de datos y requerimientos Ingeniería de detalle

7


Ingenieria reversa

La ingeniería reversa y levantamiento de

dimensiones puede ser realizada en sito o un

taller de reparación siempre y cuando se tenga

acceso a métodos adecuados de medición

(metrología)

Para dimensiones básicas y geometrías

simples se toman fotografías y se usan

instrumentos de medición manuales

(micrómetros, calibres)

Para superficies complejas (alabes o toberas)

o grandes áreas (carcasas), se utilizan

métodos de medición óptica (laser o luz

calibrada “White light”)

Información sobre composicion química de

materiales se toma por medio de muestras o

ensayos tipo PMI (Niton XRF o espectrometría

óptica)8


Diferentes niveles de análisis aerodinámico

Estudio de viabilidad

Se puede realizar utilizando

información básica (flujo,

presiones, temperatura)

Se utilizan formulas y

ecuaciones de continuidad

básicas

Se determina si los nuevos

parámetros de operación se

pueden alcanzar

9

3D CFD

Requiere geometría 3D

detallada del pasaje de gases

a ser analizado

Se requiere software

especializado (Ansys CFX)

Se utiliza para confirmar las

predicciones 2D y definir con

mayor precisión las nuevas

geometrías y condiciones del

pasaje de gases

Streamline (2D)

Se utilizan dimensiones

básicas y software paramétrico

que permite la construcción

rápida de modelos

computacionales 2D

Por lo general proporcionan la

precisión adecuada para

evaluar los cambios

necesarios


Resultados de la ingeniería

Después de realizar los ensayos y análisis

mencionados se le proporciona al dueño de los

equipos:

Un reporte de ingeniería donde se describen

los cambios y parámetros considerados

Comparativa del “antes y después” y/o

opciones si es posible o necesario realizar mas

de un cambio (una etapa vs. varias etapas)

Descripción de los cambios o impacto en la

geometría original u otros componentes:

– Cambios de diámetro, cantidad de etapas

– Cambio en diseño de cojinetes o sellos

– Cambio de motor si se requiere mas

potencia, etc…

Las nuevas curvas de rendimiento10


Caso de estudio #1

Repotenciación de una turbina de vapor

Equipo: Turbina de vapor de 6 etapas,

originalmente operando a 11,066RPM con

capacidad de 15,000HP

Objetivo: Aumentar la potencia (~11%) o al

menos 16,700HP, ya que el compresor

que es impulsado por la turbina fue

rediseñado para operar a mayor flujo

Existe en la planta vapor adicional

necesario para lograr el aumento de

potencia

Las condiciones de vapor de entrada y

salida de la turbina y su velocidad deben

permanecer igual

11


Caso de estudio #1


El rotor y la carcasa se recibieron en los talleres y se

tomaron las medidas del pasaje de vapor (alabes y

toberas, diámetros, etc…)

Se construyo un modelo paramétrico 2D y se comparo el

“antes y después” basado en los parámetros de

operación originales y los deseados

Se implementaron los cambios en la geometría de los

alabes que proporcionarían la mayor potencia y se

calcularon nuevas curvas de rendimiento

Potencia original = 15,000 hp

Potencia de rediseño = 17,250 hp

Incremento de flujo de vapor requerido: 15%

Se determino también si el cojinete de empuje axial tenia

capacidad de operar bajo el nuevo régimen de flujo

12


Caso de estudio #1


Se desarrollo la ingeniería de detalle para determinar

las nuevas geometrías:

Se requiere una nueva tobera de entrada

un nuevo diafragma en la 2da etapa

No es necesario modificar los alabes del rotor.

Simplemente con el aumento de flujo por la tobera y

diafragma es posible alcanzar el aumento de potencia

deseado.


Existen casos donde los daños son tan grandes que no hay componentes

intactos como para realizar una ingeniería reversa completa.

Sulzer tienen la capacidad de rediseñar impulsores o alabes aun cuando los

componentes originales han sido destruidos.

Caso de estudio #2

Reconstrucción después de daños catastróficos

14


Caso de estudio #2


Un compresor de 3 etapas marca

Delaval en servicio de compresión de

cloro falla durante su operación.

Un impulsor ha sido destruido

El usuario solicita que se rediseñe el

impulsor utilizando la geometría de las

otras etapas sobrevivientes y la

información de operación disponible

Impulsor en la condición en que fue encontrado


Caso de estudio #2


Para resolver este problema se recurre a:

Levantar la información dimensional del resto de la

maquina. Existen otros impulsores y diafragmas que

no han sufrido daños

Se recopila la información original del manual de

operación (curvas de rendimiento) e información

almacenada en el SCADA o DCS

En software para analysis paramétrico 2D

(AxSTREAM) se reconstruye un modelo del

compresor y se asume la geometría básica del

impulsor dañado

Se itera hasta conseguir la geometría que produce

el rendimiento deseado

Se compara y valida el nuevo diseño con las curvas

originales

Performance map – AxSTREAM vs Plant Data

Gas path model in AxSTREAM


Caso de estudio #2


Se modela la geometría de detalle del

impulsor y se crea un modelo 3D

Se realizan estudios adicionales

utilizando el modelo 3D para

determinar los esfuerzos estructurales

y propiedades modales

Se producen planos para fabricar un

impulsor nuevo

Finalmente se fabrico e instalo un

impulsor nuevo en el rotor y se puso

nuevamente en marcha el compresor

Rotor of the Compressor after Rebuild

Impeller vane 3D model – Manufactured Impeller


Sulzer cuenta con la experiencia y herramientas necesarias para analizar y

repotenciar turbo maquinaria, particularmente turbinas a compresores

centrífugos

Por medio de proyectos de repotenciación se pueden lograr mejoras de

eficiencia, aumentos de producción o flexibilidad operativa

Se pueden reconstruir geometrías o componentes utilizando herramientas de

diseño aerodinámico y simulación avanzada

El usuario tiene la oportunidad de recuperar y darle nueva vida a sus equipos

con partes nuevas de alto rendimiento o mejoras de confiabilidad

Resumen

18


Sulzer. Porque la vida es fluida.

DUDAS ?

PREGUNTAS ?


Sulzer. Porque la vida es fluida.

GRACIAS

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