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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
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Introducción – sobre Sulzer
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
Introducción – sobre Servicios Rotativos
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Eq
uip
os
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tativ
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Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
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Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
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Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
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Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
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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
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
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Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
Caso de estudio #1
Repotenciación de una turbina de vapor
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
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Caso de estudio #1
Repotenciación de una turbina de vapor
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.
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
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Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
Caso de estudio #2
Reconstrucción después de daños catastróficos
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
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
Caso de estudio #2
Reconstrucción después de daños catastróficos
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
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
Caso de estudio #2
Reconstrucción después de daños catastróficos
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
Jaime Valdez © Sulzer Ltd. Nov 23, 2019
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
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