METODO Y DISPOSITIVO PARA CONTROLAR UN COMPRESOR REFRIGERANTE, Y EL USO DEL MISMO EN UN METODO DE ENFRIAMIENTO DE UNA CORRIENTE DE HIDROCARBUROS.

Método y dispositivo para controlar un compresor refrigerante,

y el uso del mismo en un método de enfriamiento de una corriente de hidrocarburos.Un método para controlar uno o más compresores refrigerantes (12) para una o más corrientes gaseosas (10) a temperaturas de operación normales. Al menos un compresor refrigerante (12) con una línea de recirculación de vapor (30). En el método, se agrega una corriente de fuente compresora (10 a) a partir de una combinación de corriente de recirculación de vapor (30) a partir de la línea de recirculación de vapor (30) y una corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada (8). La corriente de fuente compresora (10 a) se pasa por el tambor de succión (11) para proporcionar una corriente gaseosa compresora (10) que se pasa por el compresor refrigerante (12). Se determina la temperatura T1 de la corriente gaseosa compresora (10) en la entrada de al menos un compresor refrigerante (12), y se enfría uno o más del grupo de: la corriente de recirculación de vapor (30), la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada (8), la corriente de fuente compresora (10 a) y la corriente gaseosa compresora (10); dicho enfriamiento se controla en respuesta a la temperatura T1 para buscar proporcionar la corriente gaseosa compresora (10) a temperatura de operación normal de al menos un compresor refrigerante (12)

Método y dispositivo para controlar un compresor refrigerante, y el uso del mismo en un método de enfriamiento de una corriente de hidrocarburos.

La presente invención describe un método y un dispositivo para controlar un compresor refrigerante, y su uso en un método para enfriar una corriente de hidrocarburos.

En otros aspectos, la invención describe el uso de dicho método y dispositivo para evitar el oleaje en dicho compresor refrigerante.

El compresor refrigerante puede utilizarse en uno o más circuitos refrigerantes para enfriar, opcionalmente se incluye convertir a líquido, una corriente de hidrocarburo como ser una corriente de gas natural. Por lo tanto, en otro aspecto, la invención describe un método para enfriar, opcionalmente se incluye convertir a líquido, una corriente de hidrocarburos.

Se conocen diversos métodos de enfriamiento, que generalmente incluyen conversión a líquido, de una corriente de gas natural que permite obtener gas natural líquido (LNG). Es deseable convertir a líquido una corriente de gas natural por diversas razones. Como ejemplo, puede almacenarse gas natural y puede transportarse grandes distancias con mayor rapidez en forma de líquido que en forma de gas porque el mismo ocupa un volumen menor y no necesita almacenarse a presiones elevadas.

Como ejemplo de conversión de gas natural a líquido, el gas natural, que incluye principalmente metano, ingresa a la planta LNG a presiones elevadas y se somete a un tratamiento previo para obtener un vapor de fuente purificado que es adecuado para convertirse a líquido a temperaturas criogénicas. El gas purificado se procesa por una pluralidad de etapas de enfriamiento utilizando intercambiadores de calor que incluyen uno o más circuitos de refrigeración para reducir progresivamente su temperatura hasta lograr la conversión a líquido.

En las corrientes gaseosas los compresores se utilizan para diversas situaciones, sistemas y disposiciones. Generalmente hay un reciclaje de vapor o línea de recirculación en torno al compresor para evitar el oleaje. Se dice que un compresor se encuentra en "oleaje profundo" cuando el flujo principal por el compresor revierte su dirección. Generalmente, esto se relaciona con una presión de descarga menor que la presión corriente debajo de la salida del compresor. Esto puede crear pulsaciones rápidas en el flujo, que se denominan generalmente "oleaje".

El oleaje generalmente se detecta por la vibración y el ruido en exceso. Esta inversión del flujo se asocia con un cambio muy violento en la energía, lo cual provoca una inversión de la fuerza de penetración. El proceso de oleaje puede ser de naturaleza cíclica, y si no se evita su continuidad en el tiempo, puede provocar daños irreparables al compresor.

Si el compresor contiene gases a temperatura ambiente u otras situaciones no criticas, el reciclaje del gas de descarga por la línea de reciclaje de vapor para evitar el oleaje es una operación simple y común sin complicaciones asociadas. Cualquier cambio en la temperatura del flujo de compresor no es crítico.

Los compresores utilizados en los circuitos refrigerantes incluyen problemas asociados, especialmente cuando se impulsan por propulsores de velocidad de rotación fijos, como por ejemplo una turbina de gas. Se utilizan los circuitos refrigerantes en los sistemas, instalaciones y plantas de conversión a líquido, como ser para la producción de una corriente de hidrocarburo liquida como ser el gas natural líquido (LNG). En un circuito refrigerante, se evapora el refrigerante en una o más etapas para enfriar la corriente de hidrocarburos, y se utilizan uno o más compresores refrigerantes para la recompresión del refrigerante evaporado en una o más etapas. Los compresores refrigerantes que funcionan a una velocidad efectivamente constante requieren una entrada de flujo relativamente constante de una corriente gaseosa a su lado de succión. Cuando la entrada de flujo de una corriente gaseosa disminuye por alguna razón debajo de cierto valor mínimo, puede ocurrir el fenómeno de oleaje.

Al ser fría el flujo de entrada al compresor refrigerante en comparación con la temperatura del vapor reciclado o recirculado, pueden surgir problemas con el uso de un método normal para operar el compresor refrigerante en el modo de reciclaje. En un sistema refrigerante, cuando se abre la válvula de reciclaje, tiene lugar un aumento de flujo inicial rápido, pero posteriormente el flujo de compresor refrigerante cae rápidamente a un nivel debajo del valor inicial, para posteriormente elevarse lentamente a un valor de estado estacionario nuevo mayor en el tiempo. Sin embargo, el tiempo requerido para esto es mucho más extenso que la escala de tiempo típica en la cual puede tener lugar el fenómeno de oleaje.

La Figura 5 adyacente explica este fenómeno que se observa: A saber, la relación entre el flujo en el compresor refrigerante y la presión en el compresor refrigerante es diferente para diversas temperaturas de entrada de gas.

En la Figura 4, el punto de operación inicial de un sistema refrigerante se marca con el triángulo alfa. Una vez que se abre la válvula de reciclaje, el sistema responde con un aumento del flujo inicial. Este aumento de flujo es consecuencia de un aumento rápido de la presión de succión que se produce por la apertura de la válvula de reciclaje. Sin embargo, la apertura de la válvula de reciclaje también provoca la mezcla de un vapor de reciclaje más caliente con el vapor frío que inicialmente se encontraba circulando por el compresor refrigerante. Esto provoca un aumento en la temperatura del flujo combinado en el compresor refrigerante, lo cual provoca la operación del compresor refrigerante a un flujo volumétrico menor a una proporción de presión dada, para que el aumento en la temperatura de succión provoque la caída del flujo.

Una vez que la presión de succión y de descarga se adaptan al nuevo equilibrio, se obtiene una tasa de flujo mayor a una presión menor en el compresor refrigerante, y finalmente se cumple con la acción de control buscada: Aumentar el flujo de compresor refrigerante al abrir la válvula de reciclaje. Sin embargo, la acción de la válvula de control de reciclaje también se asocia con el efecto indeseado de reducir temporalmente el flujo de volumen a través del compresor refrigerante.

La vía del flujo por la entrada de la válvula de reciclaje se representa en la Figura 4 con la línea A, culminando en el circulo beta en una curva de desempeño de temperatura diferente (y mayor a -16,5ºC). Los cambios que han tenido lugar en la vía de la línea A puede causar oleaje en lugar de evitarlo.

Este problema tendrá lugar tanto en sistemas de refrigeración de componentes mezcla y puros. En particular, para sistemas de refrigeración de componentes puros, la presión es parcialmente establecida por la temperatura del líquido de inventario del intercambiador de calor en el lado de la succión, y del acumulador en el lado de la descarga del compresor refrigerante. Para este tipo de sistema la presión del sistema compresión es incluso menor para adaptarse a los cambios en los ajustes o en el flujo de la válvula, y por lo tanto se trata de un problema particularmente serio para sistemas refrigerantes de componente puro.

La patente de EUA 4.464.720 describe un sistema de control de oleaje que utiliza un algoritmo para calcular la presión diferencial del orificio deseada, y el cual compara el resultado calculado con la presión diferencial real. Las medidas de presión y temperatura se toman tanto en el lado de succión como en el de descarga del compresor centrifugo, y por lo tanto ingresan a un sistema de control de manera tal que la presión diferencial real es sustancialmente igual a la presión diferencial deseada. Se mide y se aplica la temperatura de succión del gas que ingresa al compresor centrifugo. Sin embargo, el algoritmo y los valores complejos necesarios para los cálculos en la patente de EUA 4.464.720 no tratan ninguno de los problemas antemencionados.

La patente de EUA 3.527.059 describe un método para equilibrar la operación de una pluralidad de compresores refrigerantes operando en paralelo. El método incluye el reciclaje de una porción de un refrigerante gaseoso comprimido desde la última etapa de compresión hasta la primera y segunda etapa de la zona de compresión de cada compresor en el sistema. La concentración de reciclado desde la etapa final de la compresión hasta la primera zona de compresión se controla manteniendo al menos una diferencia...

1. Un método para controlar uno o más compresores refrigerantes para una o más corrientes gaseosas a temperaturas de operación normales, al menos un compresor refrigerante posee una línea de recirculación de vapor, caracterizado porque el método incluye al menos las etapas de:

(a) Proporcionar una corriente de fuente compresora a partir de una combinación de corriente de recirculación de vapor a partir de la línea de recirculación de vapor y una corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada;

(b) Pasar la corriente de fuente compresora por un tambor de succión para proporcionar una corriente gaseosa compresora;

(c) Pasar la corriente gaseosa compresora por el compresor refrigerante;

(d) determinar la temperatura T1 de la corriente gaseosa compresora en la entrada de al menos un compresor refrigerante; y

(e) Enfriar al menos uno o más del grupo de: La corriente de recirculación de vapor, la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente compresora y la corriente gaseosa compresora; dicho enfriamiento se controla en respuesta a la temperatura T1 para buscar proporcionar la corriente gaseosa compresora a temperatura de operación normal de al menos un compresor refrigerante.

2. El método de la reivindicación 1, que incluye dos o más, preferiblemente dos o cuatro, compresores refrigerantes, y dos, tres, cuatro o cinco corrientes gaseosas de compresor.

3. El método tal como se reivindica en la reivindicación 2, en el que dos o más de las corrientes gaseosas de compresor poseen presiones mutuamente diferentes.

4. El método tal como se reivindica en la reivindicación 3, en el que cuatro corrientes gaseosas compresoras en cuatro presiones diferentes pasan por dos o cuatro compresores refrigerantes.

5. El método tal como se reivindica en una o más de las reivindicaciones que anteceden, en el que la corriente refrigerante se encuentra al menos esencialmente compuesta de propano.

6. El método de una o más de las reivindicaciones que anteceden, en el que al menos uno de los compresores refrigerantes posee secciones de múltiple presión.

7. El método tal como se reivindica en una o más de las reivindicaciones que anteceden, en el que dicho control incluye mantener la temperatura T1 de la corriente de gas compresora a \pm10ºC, preferiblemente \pm5ºC, de la temperatura de operación normal del compresor refrigerante.

8. El método reivindicado en una o más de las reivindicaciones que anteceden, en el que dicho enfriamiento que se controla como respuesta a la temperatura T1 incluye controlar la operación de una o más válvulas que influyen en el enfriamiento de una o más de las corrientes definidas en la etapa (e).

9. El método tal como se reivindica en la reivindicación 8, en el que una o más válvulas de control de flujo y/o expansión de una corriente fría o corriente de enfriamiento utilizada para enfriar una o más de las corrientes se define en la etapa (e).

10. El método tal como se reivindica en una o más de las reivindicaciones que anteceden, en el que dicho enfriamiento en la etapa (e) incluye enfriar con una corriente de enfriamiento o fría en un intercambiador de calor.

11. El método tal como se reivindica en una o más de las etapas que anteceden, en el que el enfriamiento en la etapa (e) incluye adicionar una o más corrientes frías o corrientes de enfriamiento a una o más de las corrientes del grupo.

12. El método tal como se reivindica en la reivindicación 9 u 11, que además incluye las siguientes etapas:

(f) Dividir la corriente refrigerante comprimida en al menos una primera corriente continua y una corriente de recirculación de vapor;

(g) Enfriar la primera corriente continua para proporcionar una primera corriente continua al menos parcialmente condensada;

(h) Dividir la primera corriente continua al menos parcialmente condensada en una segunda corriente continua y una segunda corriente de recirculación;

(i) Permitir que al menos parte de la segunda corriente continua se evapore para formar la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada de la etapa (a);

(j) utilizar la segunda corriente de recirculación como una o más de las corrientes frías o corrientes de enfriamiento.

13. El método como se reivindica en la reivindicación 12, en el que la segunda corriente de recirculación se adiciona a la corriente de recirculación de vapor.

14. El método tal como se reivindica en una o más de las reivindicaciones que anteceden, en el que la etapa (e) incluye enfriar la corriente de recirculación de vapor.

15. El método tal como se reivindica en una o más de las reivindicaciones que anteceden, en el que enfriar una corriente de hidrocarburos, como una corriente de gas natural, que además incluye las siguientes etapas:

- se proporciona una corriente de fuente de hidrocarburo;

- se enfría la corriente de fuente de hidrocarburo con intercambio de calor con una corriente refrigerante que pasa por uno o más compresores refrigerantes para proporcionar una corriente de hidrocarburos enfriada y al menos parte de la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada de la etapa (a).

16. El método que se reivindica en la reivindicación 15, que además incluye la etapa de conversión a líquido de la corriente de fuente de hidrocarburo, lo que proporciona corriente de hidrocarburo líquido, como ser LNG.

17. Un dispositivo para controlar uno o más compresores refrigerantes para una o más corrientes gaseosas a temperaturas de operación normales, caracterizado porque el dispositivo incluye al menos:

Un tambor de succión para recibir la corriente de fuente compresora a partir de una combinación de corriente de recirculación de vapor y una corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada, y para proporcionar una corriente gaseosa compresora;

Al menos un compresor refrigerante con una entrada para la corriente gaseosa compresora y una salida para proporcionar una corriente refrigerante compresora;

Una o más vías para la recirculación de parte o la totalidad de la corriente refrigerante comprimida como corriente de recirculación de vapor por el compresor refrigerante; y

Un controlador de temperatura para determinar la temperatura T1 de la corriente de gas compresora en la entrada del compresor refrigerante, y para controlar:

(i) uno o más enfriadores para enfriar uno o más del grupo de corriente de recirculación de vapor, la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente compresora y la corriente gaseosa compresor, para intentar proporcionar la corriente gaseosa compresora en la temperatura de operación normal; o

(ii) una o más corrientes más frías que la corriente de recirculación de vapor a ser combinadas con uno o más de los grupos de: La corriente de recirculación de vapor, la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente compresora y la corriente gaseosa compresora, para intentar proporcionar la corriente gaseosa compresora a temperaturas de operación normal; o

(iii) una o más corrientes al menos parcialmente líquidas a ser combinadas con uno o más de los grupos de: La corriente de recirculación de vapor, la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente compresora y la corriente gaseosa compresora, para intentar proporcionar la corriente gaseosa compresora a temperaturas de operación normal; o

(iv) una combinación de dos o más de (i)-(iii); en respuesta a la temperatura T1.

18. El uso del dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 17, caracterizado porque se use para enfriar una corriente de hidrocarburos, como ser una corriente de gas natural, en el que

- se proporciona una corriente de fuente de hidrocarburo;

- se enfría la corriente de fuente de hidrocarburo con intercambio de calor con una corriente refrigerante que pasa por uno o más compresores refrigerantes para proporcionar una corriente de hidrocarburos enfriada y al menos parte de la corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada.

19. El uso que se reivindica en la reivindicación 18, que además incluye la etapa de conversión a líquido de la corriente de fuente de hidrocarburo, lo que proporciona corriente de hidrocarburo líquido, como ser LNG.