Válvulas de Control AntisurgeVálvulas de Control Antisurge

Daniel Cano Covarrubias

Emerson Automation Solutions

Desarrollando una Válvula Antisurge

Surge en un Compresor

Ciclo de Surge en la Curva del Compresor

Protección Antisurge Típica

Sistema de Control Antisurge Típico

Selección de Válvulas de Control Anti Surge

Solución ODV – Control de Ruido

Experiencia en campo

Agenda

Desarrollando una

Válvula Antisurge

Transporte de Gas

Desarrollo de Una Válvula Anti Surge

Los compresores representan una inversión considerable y son frecuentemente el corazón de operaciones de plantas de proceso y líneas de gas.

Los avances recientes en el controlador digital y las tecnologías de válvulas de control han llevado a mejoras significativas en el funcionamiento del compresor.

Estos avances se han utilizado para automatizar el arranque y mejorar la eficiencia de funcionamiento al tiempo de reducir el riesgo de surge.

Desarrollo de Una Válvula Anti Surge

La tecnología de válvulas de control previas eran seleccionadas con solo una cosa en mente: STROKING SPEED

Stroking speed de la válvula antisurge evita que el compresor experimente un evento de surge. Sin embargo, este no es el único modo de operación requerido.

Hoy en día, con la nueva tecnología de control antisurge, las válvula Antisurge necesitan más para cumplir todos los objetivos de control y no solo limitarse a un movimiento rápido.

Surge en Compresores

Surge en Compresores

Detalle de la Aplicación• Todos los compresores dinámicos (axiales /

centrífugos) tienen un punto de surge.

• El surge se caracteriza por reversiones rápidas de

flujo a través de un compresor.

• Surge sucede a bajos flujos. Cuando el flujo

disminuye debajo de cierto punto, se genera una

inestabilidad en el patrón del mismo dentro del

compresor provocando que el fluido retroceda a través

del compresor desde el lado de alta presión a baja

presión: (la presión de descarga del compresor es

menor que la presión aguas abajo del sistema).

• Los flujos reversibles son temporales y el flujo en la

dirección correcta es rápidamente re-establecida. Pd = Presión de Descarga del CompresorPv = Presión del RecipienteRlosses = Pérdidas de Resistencia por Tubería

Pd

Pv

Rlosses

Surge en Compresores

Fallas Ocasionadas por Surge• Mecánicamente, el surge genera

reversiones de empuje del impulsor que pueden causar vibración y ruido inestable de forma axial y radial.

• Debido a que el surge es un fenómeno rápido y de alta energía, puede crear cargas dinámicas excesivas en los componentes internos del compresor, como cojinetes de empuje, sellos y cuchillas, así como problemas de tuberías causados por vibraciones no deseadas.

Estator

Rotor

Ciclo de Surge• “Y” - El

compresor pierde su habilidad de crear presión.

• “F” - El flujo se invierte

• “G” - La inversión de flujo da como resultado que la presión aguas abajo comience a caer.

• “X” – El flujo hacía adelante se reestablece

• “Y” - El compresor pierde su habilidad de crear presión.

• “F” - El flujo se invierte

• “G” - La inversión de flujo da como resultado que la presión aguas abajo comience a caer.

• “X” – El flujo hacía adelante se reestablece

Qs, vol

Pd

B A

Desarrollando el Ciclo de Surge en la Curva del Compresor

C

D

• De A a B…….20 - 50 ms…………….. Drop into surge

• De C a D…….20 - 120 ms…………… Jump out of surge

• A-B-C-D-A……….0.3 - 3 Segundos……… Surge cycle

• De A a B…….20 - 50 ms…………….. Drop into surge

• De C a D…….20 - 120 ms…………… Jump out of surge

• A-B-C-D-A……….0.3 - 3 Segundos……… Surge cycle

Protección Antisurge Típica

La protección contra este evento suele ser en forma de detectar el inminente surge y tomar medidas rápidas para evitar la condición que genera la inversión del flujo y la oscilación de la

presión resultante.

SCL= Línea de Control de Surge

SLL= Línea Límite de Surge

RTL= Línea de Recicle de Disparo

• SCL= Línea de Control de Surge: Este es el punto en el que un evento de surge aparece eminente.

OP

• RTL= Línea de Recicle de Disparo: Este es el punto en el que cualquier acción de control tomada en el SCL se considera insuficiente o ineficaz para prevenir el evento de surge.

• SLL= Línea Límite de Surge: Este es el punto en el que la física y la mecánica de fluidos se hacen cargo y ocurre el surge. Una vez que se alcanza el SLL, ocurrirá un evento de surge. Esta es la línea de la que queremos mantenernos lejos

Sistema de Control Antisurge Típico

• Proporciona una respuesta más rápida que el ajuste de la velocidad de la turbina para controlar el inicio del surge.

• Controlador antisurge está buscando múltiples variables para prevenir el comienzo de un surge.

• El sistema requiere una respuesta rápida y precisa para evitar condiciones de surge.

El sistema básico de control Anti Surge incluye:• Controlador, Sensores de flujo, presión y

temperatura y Válvula de Control de Recirculación (Anti Surge)

Surge de Compresores

Características del Surge• Inversión Rápida del flujo (medida en

milisegundos)• Vibración excesiva del compresor.• Aumento de la temperatura del medio que fluye.• Ruido.• Puede hacer que el compresor se dispare.

Consecuencias del Surge• Acorta la vida del compresor• Ruido y Vibración• Pérdida del Rendimiento• Reduce la Salida del Compresor• Daños Mecánicos a Las Juntas, Cojinetes, Impulsores,

etc.

Criterios de Selección de las Válvulas Anti Surge

Control de Ruido• Niveles de Ruido adecuado de acuerdo a requerimientos del

cliente.• La válvula debe proporcionar el reciclo de flujo en el mismo marco

de tiempo que el flujo transitorio. • ANSI CL V

Control de Velocidad• Se necesita que las válvulas Anti Surge actúen muy

rápidamente (normalmente solo en la dirección de apertura.) • La válvula debe ser muy rápida. Esto requiere un

dimensionamiento e instrumentación especial del actuador, para velocidades de carrera requerida típica completamente abierta en 750 mseg a 2 o 3 segundos

Hay Dos Requisitos Típicos Para Esta VálvulaHay Dos Requisitos Típicos Para Esta Válvula

Solución ODV – Válvula Digital Optimizada

Solución para Anti Surge Característica de flujo especial con alto

“TURNDOWN” (100:1) Trim de atenuación multi trayectoria Sistema de actuación de alto rendimiento. La vibración potencial de la tubería se reduce con

tapones de válvula de área de equilibrio elevado y actuadores amortiguados en instalaciones de carrera larga.

El número de accesorios es reducido en comparación con sistemas tradicionales.

FIELDVUE ODV diseñado con algoritmos especiales de ajuste para aplicaciones antisurge

Partial Stroke Test – Prueba Parcial

Control de VelocidadConfiguración Tradicional Solo Para Stroking Speed

• La Válvula de Control Anti Surge típicamente requiere más que una válvula, un actuador y un posicionador

• El tamaño y carrera de la válvula, el requerimiento de fuerza del actuador y la velocidad desplazamiento necesaria a menudo exigen una colección bastante compleja de componentes neumáticos-mecánicos.

• Típicamente, el requisito de velocidad de carrera podría ser bastante fácil de lograr, pero la estabilidad es más difícil de lograr.

• La respuesta y la capacidad de sintonía agregadas por el controlador de válvula digital (DCV 6200) permiten una respuesta adecuada. Lo suficientemente rápido para proteger el compresor mientras se asegura la estabilidad.

Control de VelocidadConfiguración Tradicional Solo Para Stroking Speed

El Sobre Impulso (Overshoot) que se Indica Puede Generar una Respuesta Inestable en un Evento de Surge del Compresor.

El Sobre Impulso (Overshoot) que se Indica Puede Generar una Respuesta Inestable en un Evento de Surge del Compresor.

Overshoot

Respuesta Lenta

Patrón Requerido

Comportamiento Actual

Control de VelocidadSolución ODV – Válvula Digital Optimizada

Solución para Anti Surge• Paquete ODV + Válvula de Control

Optimizada• Control de Ruido – Tecnología Whisper• FAT & SAT

ODV incluye todo lo necesario para mover la válvula.

• Actuador de pistón de alto rendimiento.• Amplificador de Volumen• DVC6200 ODV• Sistemas de disparo neumáticos y

solenoide• Filtro y regulador de alta capacidad• Tubing y conectores totalmente

calculados para minimizar daños por vibración y mejorar confiabilidad.

Control de VelocidadSolución ODV – Válvula Digital Optimizada

ODV Mejora Significativa en la Estabilidad, Mientras se Mantiene la Velocidad RequeridaODV Mejora Significativa en la Estabilidad, Mientras se Mantiene la Velocidad Requerida

No Overshoot

Respuesta RápidaPatrón Requerido

Comportamiento Actual

Control de VelocidadSolución ODV – Actuador

• Los amortiguadores de aire mecánicos dentro del cilindro del actuador de alta velocidad evitan el impacto de la vibración a lo largo del desempeño en cada parada de la carrera y proporcionan una desaceleración controlada para ayudar a proteger el actuador y los componentes de la válvula.

Cushioned

Control de VelocidadSolución ODV – Controlador Digital de Válvula

• La tecnología de retroalimentación sin contacto en el controlador de válvula digital FIELDVUE elimina el potenciómetro y no tiene piezas deslizantes para usar.

• Un conjunto de imanes y un sensor de efecto Hall se utilizan para detectar la posición de la válvula. El montaje resistente está diseñado para los entornos más duros

Sin Partes Deslizantes para Usar

Criterios de Selección de las Válvulas Anti Surge

Control de Ruido• Durante la aparición del surge, la caída

de presión y caudal experimentados por la válvula puede ser alta, por lo que se producen niveles de ruido excesivos.

• Esto debe considerarse a la hora de seleccionar la válvula, aunque el control del ruido a través del recorrido entero de la válvula puede que no sea necesario.

• La alta capacidad requiere un trim con atenuador de ruido para evitar vibraciones dañinas.

• Mantener por debajo de 0.3 Mach a la salida de la válvula @ IEC 60534-8-3.

Resumen

• El surge del compresor es cambio de condición

rápido de flujo y presión que puede ser prevenido.

• Surge en el compresor puede reducir el tiempo de

vida útil del compresor.

• La operación adecuada Anti Surge puede prevenir

daños y permitir más eficiencia en la operación del

compresor.

• Solución ODV ofrece rápida respuesta, estabilidad,

control adecuado y fácil instalación.

• Tecnología de reducción de ruido Fisher

dependiendo el tipo de fluido.