BRPI0709145A2 - método para a operação de uma unidade compressora, e uma unidade compressora associada - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA A OPERAçãO DE UMA UNIDADE COMPRESSORA, E UMA UNIDADE COMPRESSORA ASSOCIADA. A presente invenção refere-se a um método para a operação de uma unidade compressora (1), em particular para operação debaixo de água. O objetivo da invenção é minimizar o risco de formação de hidrato gasoso durante o processo de compressão. Para reduzir o referido risco, de acordo com o método, os componentes da unidade compressora (1) são fornecidos com anticoagulante (73) e/ou anticoagulante (73) é injetado no trajeto de escoamento do meio transportado a ser comprimido (gás natural (n6)). A invenção também refere-se a uma unidade compressora, que opera de acordo com o referido método.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA A OPERAÇÃO DE UMA UNIDADE COMPRESSORA, E UMA UNI-DADE COMPRESSORA ASSOCIADA".

Descrição

A presente invenção refere-se a um método para a operação deuma unidade compressora, em particular para operação debaixo de água. Ainvenção também refere-se a uma unidade compressora, em particular paraoperação debaixo de água, que compreende um compressor e um motorelétrico, cuja unidade compressora tem uma carcaça com uma entrada euma saída para o meio de bombeamento, com um eixo de rotação ao redordo qual um rotor da unidade compressora pode girar.

Desenvolvimentos recentes no campo de projeto de compressortambém se concentram em arranjos submarinos de grandes compressoresque são projetados para serem utilizados para o bombeamento de gasesnaturais.

Devido às condições operacionais específicas, em particular de-vido à acessibilidade enormemente restringida ao mesmo tempo para finali-dades de manutenção e por meio de linhas de suprimento, os versados natécnica são confrontados com requisitos importantes. Os regulamentos am-bientais relevantes proíbem qualquer troca de substâncias entre o equipa-mento a ser instalado e a água do mar circundante. Além disto, a água domar é um meio agressivo e condições extremas de pressão e temperaturapodem ser encontradas nas diversas profundidades no mar. Um outro requi-sito é que o equipamento por um lado deveria ter uma vida extremamentelonga e, por outro lado, deveria ser projetado para ser virtualmente livre demanutenção. Um fator agravante adicional é a contaminação que não podedeixar de ser considerada do meio a ser bombeado que, em alguns casos équimicamente agressivo.

Uma unidade compressora do tipo acima mencionado já foi des-crita no Pedido de Patente Internacional WO 02/099286 A1. Com a intençãode simplificação, sem quaisquer compromissos, para reduzir o esforço demanutenção e para conseguir ao mesmo tempo uma vida longa, este docu-mento propõe que o rotor do compressor seja formado de maneira integradacom o rotor do motor e sejam montados em cada uma das extremidades pormeio de apenas dois mancais radiais.

Em adição, é conhecido do Pedido de Patente Europeu EP 1074 746 B1 para um turbocompressor a ser equipado com três mancais ra-diais, com o rotor do motor sendo conectado ao rotor do compressor pormeio de um acoplamento.

A compressão de fluidos próximos ao ponto de congelamentopode ser problemática. Quando gás natural está sendo bombeado, o desen-volvimento relacionado à formação de hidratos gasosos resulta em proble-mas consideráveis. Hidratos gasosos são compostos de inclusão que sãosimilares a gelo nos quais pequenas moléculas de gás, por exemplo gasesnobres e diversos componentes de gás natural são circundados em umagaiola de moléculas de água. Formação de hidratos deve ser esperadamesmo com pequenas quantidades de água líquida, e em temperaturas de,por exemplo 10°C. A maior catástrofe com gás no ano de 1988 na platafor-ma de perfuração Piper Alpha no Mar do Norte na Noruega foi supostamentedevida a tal formação de hidrato. Custos de operação adicionais considerá-veis são também incorridos em bombeamento de gás natural como resultadode depósitos de hidrato gasoso, uma vez que eles são depositados em tubu-lações, bloqueando-as.

A invenção está baseada no objetivo de fornecer um métodopara a operação de um compressor, e uma unidade compressora que mini-miza de forma muito ampla o risco de formação de hidrato gasoso, por e-xemplo ao bombear gás natural sob o mar.

A invenção soluciona o problema propondo um método para aoperação de uma unidade compressora como reivindicado na reivindicação1, e uma unidade compressora como reivindicado na reivindicação 11. Asreivindicações dependentes que respectivamente referem-se novamente aelas contêm desenvolvimentos vantajosos da invenção.

Uma vantagem particular da invenção é a proteção confiávelcontra formação de hidrato, como resultado da injeção do anticongelante.Isto não apenas permite proteção de componentes suscetíveis da unidadede compressão, mas também de todo o trajeto de bombeamento começandono ponto no qual o meio de bombeamento é injetado até o ponto de separa-ção subseqüente. O método é também particularmente vantajoso devido àseparação de aditivos não desejados ser realizada, em qualquer caso, du-rante o curso do tratamento químico de gases naturais em uma estação ba-se que é adjacente a uma unidade compressora depois de uma tubulação. Aconfiabilidade operacional resultante é expressa ao mesmo tempo na dispo-nibilidade mais elevada do compressor e em um grau elevado de segurançacontra bloqueio de formação de hidrato na tubulação que está conectada àunidade compressora.

O anticongelante pode ser injetado na cabeça de conexão daadmissão, ou diretamente no compressor. A aplicação de anticongelante acomponentes da unidade compressora é particularmente vantajosa para osmancais, o motor elétrico e outras partes de móveis. Se existe um risco es-pecífico de formação de hidrato na área de transbordamento de estágiosindividuais do compressor, anticongelante pode, também de maneira vanta-josa, ser injetado aqui. O campo primário de aplicação da invenção é o bom-beamento de gás natural, uma vez que o risco de formação de hidratos ga-sosos é aqui relativamente elevado.

Em particular, diversos alcoóis tornam possível assegurar prote-ção contra congelamento dos gases. A injeção de metiletilenoglicol é vanta-josa ao mesmo tempo por razões financeiras e técnicas.

Uma variante algo mais econômica de obter segurança contraformação de hidrato é injetar anticongelante nos pontos críticos da unidadecompressora antes que se dê partida à unidade compressora, em particularnos pontos mencionados acima. Um desenvolvimento vantajoso da invençãoproporciona que uma quantidade de anticongelante seja injetada nos pontossensíveis na unidade compressora antes de cada parada planejada da máquina.

É particularmente vantajoso utilizar o anticongelante ao mesmotempo antes de cada partida e antes de cada parada da máquina. No casode parada de emergência ou deslocamento da unidade compressora, o fatorprimário de interesse é parar a máquina tão rapidamente quanto possível, demodo que genericamente não possa ser possível injetar anteriormente o an-ticongelante. Uma outra possibilidade é fazer com que o anticongelante sejainjetado ao mesmo tempo em que a parada da máquina é iniciada.

A invenção será descrita em mais detalhes no texto que segueutilizando uma modalidade específica tomada como exemplo e com referên-cia aos desenhos. A modalidade ilustrada deveria ser analisada apenas co-mo uma ilustração, como um exemplo da invenção. Na figura:

A figura 1 mostra uma ilustração esquemática de uma seçãolongitudinal através de uma unidade compressora de acordo com a invençãoe os módulos adjacentes principais que são operados utilizando o método deacordo com a invenção.

A figura 1 mostra, de maneira esquemática, uma seção ao longode uma unidade compressora 1 de acordo com a invenção, que tem comocomponentes principais um motor 2 e um compressor 3 em uma carcaça 4estanque a gás. A carcaça 4 acomoda o motor 2 e o compressor 3. A carca-ça 4 é dotada de uma entrada 6 e uma saída 7 na área da junção entre omotor 2 e o compressor 3, com o fluido a ser comprimido sendo aspiradoatravés da entrada 6 por meio de uma cabeça de conexão de aspiração 8 ecom o fluido comprimido escoando para fora através da saída 7.

A unidade compressora 1 é arranjada de forma vertical durante aoperação, com um rotor do motor 15 do motor 2 acima de um rotor do com-pressor 9 do compressor 3 sendo combinados para formar um eixo comum19 que gira ao redor de um eixo de rotação vertical comum 60.

O rotor do motor 15 é suportado em um primeiro mancai radialna extremidade superior do rotor do motor 15.

O rotor do compressor 9 é suportado por meio de um segundomancai radial 22 na posição inferior.

Um mancai axial 25 é fornecido na extremidade superior do eixocomum 19, o que quer dizer na extremidade superior do rotor do motor 15.Os mancais radiais e o mancai axial operam de maneira eletromagnética esão, cada um, encapsulados. Neste caso os mancais radiais se estendem aoredor do respectivo ponto de apoio do eixo 19 na direção circunferencial e,neste caso, são circunferenciais através de 360° e não são divididos.

O compressor 3 é na forma de um compressor centrífugo e tem três estágiosde compressor 11 que são, cada um, conectados por meio de um extrava-samento 33. As diferenças de pressão que resultam através dos estágios docompressor 11 asseguram que existe um empuxo sobre o rotor do compres-sor 9 que é transmitido para o rotor do motor 15 e direcionado contra a forçade gravidade a partir de todo o rotor resultante que compreende o rotor docompressor 9 e o rotor do motor 15, resultando assim em um grau muito ele-vado de empuxo correspondente durante a operação considerada. Isto per-mite que o mancai axial 25 seja projetado para ser comparativamente menordo que se o eixo de rotação 60 fosse arranjado horizontalmente.

Os mancais eletromagnéticos 21, 22, 25 são resfriados para atemperatura de operação por meio da um sistema de resfriamento (não ilus-trado em detalhes), com o sistema de resfriamento fornecendo uma tomadaem um extravasamento 33 do compressor 3. Uma porção do meio de bom-beamento, que é preferivelmente gás natural, é passada desde a tomada pormeio de tubulações através de um filtro e é então passada através de duastubulações separadas para os respectivos pontos de apoio externos (primei-ro mancai radial 21 e segundo mancai radial 22 bem como o mancai axial25). Este resfriamento por meio do meio de bombeamento 80 economizalinhas de suprimento adicionais.

O rotor do motor 15 é circundado por um estator 16 que tem en-capsulamento, de tal modo que o meio de bombeamento agressivo 80 nãodanifica os enrolamentos do estator 16. O encapsulamento é neste caso pre-ferivelmente projetado de tal modo que ele pode contribuir para a pressão deoperação total. Isto é também devido a um arranjo de resfriamento separadoser fornecido para o estator, em cujo arranjo de resfriamento circula um meiode resfriamento dedicado.

O rotor do compressor 9 de maneira vantajosa tem um eixo decompressor 10 sobre o qual os estágios individuais do compressor 11 sãomontados. Isto pode ser feito preferivelmente por meio de um ajuste de en-colhimento térmico. Um intertravamento, por exemplo, por meio de polígo-nos, é da mesma maneira possível. Uma outra modalidade proporciona quediferentes estágios de compressor 11 sejam soldados um ao outro, resultan-do assim em um rotor de compressor integrado 9.

O meio de bombeamento 80 ou gás natural NG é passado des-de o reservatório natural em primeiro lugar para o interior de um separadorde condensado 81 que separa condensados 82, inclusive água, da fase ga-sosa. Os condensados 82 são passados para uma linha de condensado 84para o interior da qual uma linha de drenagem a jusante 95 também abre,que introduz condensados que foram depositados na unidade compressorapara a linha de condensado 84. Os condensados 84 são passados de umabomba de condensado 85 para uma unidade de mistura 86 na qual eles sãomisturados com o gás natural comprimido NG ou meio de bombeamento 80.

A mistura resultante é bombeada para uma tubulação 87 na direção de umaestação base 89.

A unidade compressora 1 tem um sistema para distribuição deanticongelante 73 que compreende linhas de distribuição 94 e módulos deinjeção 72. O anticongelante 73 é bombeado a partir de um tanque reserva-tório 92 por meio de uma bomba dosadora 93 para os diversos módulos deinjeção 72 na unidade compressora 1. Os módulos de injeção 72 aplicamlocalmente anticongelante ao primeiro mancai radial 21, ao mancai axial 25,ao segundo mancai radial 22 e aos extravasamentos 33. Um outro módulode injeção 72 é localizado na cabeça de conexão de admissão 8, por meiode cujo módulo o anticongelante 73 é injetado diretamente para o meio debombeamento 80 que é aspirado.

Parte do anticongelante injetado 73 é depositada na unidadecompressora 1, para ser preciso de tal modo que ele seja emitido através deum dreno 96 (no "ponto de drenagem único") da unidade compressora 1 pa-ra o interior da linha de drenagem 95. O restante é bombeado juntamentecom o gás natural comprimido NG através da saída 7 para a unidade de mis-tura 86. O anticongelante 73, o gás natural NG e o condensado 82 são bom-beados para a estação base 99 na superfície da terra através da tubulação87. A formação de hidrato na tubulação 87 é impedida devido ao anticonge-Iante 73 ser carregado com ele. Antes de alcançar a estação base 89 umoutro separador de condensado 88 assegura que o gás natural NG está se-co, com o condensado incluindo o anticongelante 73 sendo passado paraum condicionador 90 no qual o anticongelante 73 é separado do restante docondensado 82. O anticongelante condicionado 73 é passado de volta pormeio de uma linha de retorno 91 ao longo da tubulação 87 para o tanquereservatório 92. O circuito fechado do anti- congelante 73 assegura proteçãocontra formação de hidrato por um lado e, por outro lado, conformação comos padrões ambientais relevantes.

Claims (12)

1. Método para a operação de uma unidade compressora (1),em particular para uma operação debaixo de água, caracterizado pelo fatode componentes da unidade compressora (1) terem anticongelante (73) apli-cado a eles, e/ou um anticongelante (73) ser injetado para o trajeto de esco-amento do meio de bombeamento (gás natural NG) a ser comprimido.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de o anticongelante (73) ser injetado diretamente para o compressor (3)da unidade compressora (1).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de o anticongelante (73) ser injetado diretamente em uma cabeça deconexão de admissão (8) para o meio de bombeamento (gás natural NG).

4. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,sedentas caracterizado pelo fato de o anticongelante (73) ser aplicado amancais (mancais radiais 21, 22 e mancai axial 25) ou a um motor (2).

5. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de o anticongelante (73) ser injetado em um extrava-samento (33) entre dois estágios de compressor (11) do compressor (3) daunidade compressora (1).

6. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de o meio de bombeamento ser gás natural (NG).

7. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de o anticongelante (73) ser metil etileno glicol(MEG).

8. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de o anticongelante (73) ser injetado antes que sejadada partida à unidade compressora (1).

9. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de o anticongelante (73) ser adicionado somente an-tes que seja dada partida à unidade compressora (1).

10. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de o anticongelante (73) ser adicionado antes que aunidade compressora (1) seja parada.

11. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de o anticongelante (73) ser adicionado somente an-tes que seja dada partida à unidade compressora (1) e antes que ela sejaparada.

12. Unidade compressora para a operação de acordo com o mé-todo como definido em uma das reivindicações precedentes, caracterizadapelo fato deno mínimo um módulo de injeção (72) ser arranjado na cabeçade conexão de admissão (8) e/ou no mínimo um mancai (mancais radiais 21,-22, mancai axial 25) e/ou no motor (2) e/ou em no mínimo um extravasa-mento (33) entre dois estágios do compressor (11) por meio de cujo módulode injeção (72) anti- congelante (73) pode ser injetado no trajeto de escoa-mento do meio de bombeamento a ser comprimido, ou anticongelante (73)pode ser aplicado ao componente apropriado.