Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor.

Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor (1) con dos o más etapas de compresión,

con cada etapa realizada por un elemento compresor (2,3), en donde en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor (4,5) con una primera y una segunda parte, con la primera parte a través de la cual es guiado el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor en cuestión y la segunda parte a través de la cual se guía un refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido, en donde el refrigerante es guiado sucesivamente en serie a través de la segunda parte de al menos dos intercambiadores de calor (4,5), en donde la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los intercambiadores de calor (4,5) es elegida de manera que la temperatura en la entrada de la primera parte de al menos un intercambiador de calor subsiguiente es mayor o igual a la temperatura en la entrada de la primera parte de un intercambiador de calor precedente, como se ve en la dirección del flujo del refrigerante, caracterizado porque al menos un intercambiador de calor (4 y/o 17) está provisto de una tercera parte para un refrigerante.

Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor.

La presente invención se refiere a un procedimiento de recuperación de energía.

Más en concreto, la invención se refiere a un procedimiento de recuperación de energía cuando el gas es comprimido por un compresor con dos o más etapas de compresión, con cada etapa realizada por un elemento compresor, y en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor con una primera y una segunda parte, más específicamente una primera parte a través de la cual se guía el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor, y una segunda parte a través de la cual se guía el refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido. Tal procedimiento se extrae, p. ej. del documento de patente EP 1 591 644 A1.

Es conocido que la temperatura del gas en la entrada de una etapa de compresión tiene importantes efectos en el consumo de energía del compresor.

Por tanto es deseable enfriar el gas entre las sucesivas etapas.

Tradicionalmente se enfría el gas entre dos etapas sucesivas conduciendo el gas a través de la primera parte de un intercambiador de calor, mientras que un refrigerante fluye a través de la segunda parte, generalmente agua.

Por tanto se divide el flujo total de refrigerante suministrado y se distribuye entre el número de intercambiadores de calor usados. En otras palabras, el refrigerante es guiado en paralelo a través de las segundas partes de los intercambiadores de calor.

Lo anterior implica que el refrigerante entra en los diferentes intercambiadores de calor a la misma temperatura.

Al fluir a través de los intercambiadores de calor el refrigerante se calienta. Al abandonar los intercambiadores de calor, se recolecta el refrigerante calentado. En condiciones normales de diseño, este calor es bastante limitado a fin de refrigerar eficientemente con un área limitada de enfriamiento.

No obstante, si ha de hacerse uso del calor almacenado de forma útil, es conveniente que el calentamiento del refrigerante sea mayor, lo cual implica que haya que estrangular el flujo de refrigerante.

Una desventaja de este estrangulamiento es que se reduce enormemente la velocidad del refrigerante que fluye a través de los intercambiadores de calor, por lo que pueden producirse calcificaciones en los diferentes intercambiadores de calor.

Otra desventaja es que la velocidad limitada del refrigerante en los diferentes intercambiadores de calor va en contra de la transferencia de calor óptima en los intercambiadores de calor antes mencionados.

Es objeto de la presente invención proporcionar una solución a una o varias de las desventajas antes mencionadas y/o a otras desventajas proporcionando un procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor con dos o más etapas de compresión, con cada etapa realizada por un elemento compresor, en el cual en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor con una primera y una segunda parte, más específicamente una primera parte a través de la cual se guía el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor en cuestión y una segunda parte a través de la cual se guía el refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido, en donde el refrigerante es guiado en series sucesivas a través de la segunda parte de al menos dos intercambiadores de calor, donde la secuencia en la que se guía el refrigerante a través de los intercambiadores de calor es elegida de manera que la temperatura en la entrada de la primera parte de un intercambiador de calor precedente, visto en la dirección del flujo de refrigerante, y donde al menos un intercambiador de calor está provisto de una tercera parte para un refrigerante.

Una ventaja es que se puede mantener mejor la velocidad del refrigerante suministrado por medio del envío en serie del refrigerante a través de los intercambiadores de calor y no, como es conocido, dividido entre los diferentes intercambiadores de calor.

Una ventaja de esto es que como resultado de la mayor velocidad del refrigerante en los diferentes intercambiadores de calor, se reduce considerablemente el riesgo de calcificación.

Otra ventaja es que la mayor tasa de flujo de refrigerante en los intercambiadores de calor hace posible una mejor transferencia de calor entre el gas comprimido por un lado y el refrigerante por el otro.

Al enviar el refrigerante a través de diferentes intercambiadores de calor según la secuencia antes mencionada, el refrigerante tiene una temperatura más alta después de haber circulado a través de los intercambiadores de calor en comparación con los procedimientos de recuperación de energía existentes.

De esta manera se puede recuperar más energía en comparación con los procedimientos de recuperación de energía existentes.

Según otra característica preferida de la invención, se guía el refrigerante secuencialmente a través de todos los intercambiadores de calor del compresor.

Gracias a que el refrigerante es enviado a través de todos los intercambiadores de calor se puede recuperar un máximo de energía.

Otra característica preferida de la invención consiste en la velocidad de uno o varios elementos compresores regulados según un criterio impuesto.

Los parámetros operativos preferiblemente se programan de manera que cada elemento compresor del compresor consiga la mayor eficiencia posible. Esto no es fácil ya que los diferentes elementos compresores están conectados en serie. De hecho, si un solo elemento compresor opera en condiciones que no son óptimas o incluso perjudiciales para la eficiencia del elemento compresor antes mencionado, entonces esto tiene un impacto en todos los elementos compresores subsiguientes del compresor.

Es importante que los sucesivos elementos compresores armonicen entre sí de manera que el compresor como conjunto pueda conseguir la máxima eficiencia.

Para un compresor con velocidades relativas de las etapas de compresión controlables (por ejemplo un compresor multietapa accionado directamente) , esta armonización de los elementos compresores entre sí se puede realizar, en un procedimiento de acuerdo con la invención, reaccionando a la secuencia según la cual el refrigerante es guiado a través de diferentes intercambiadores de calor y la diferencia de velocidad relativa de las velocidades rotatorias de los sucesivos elementos compresores.

La velocidad rotatoria de uno o más elementos compresores se controla según un criterio impuesto. Más en concreto, la velocidad rotatoria de uno o más elementos compresores preferiblemente se ajusta de manera que los diferentes elementos compresores estén armonizados entre sí de forma óptima, de manera que el compresor como conjunto consiga la mayor eficiencia posible.

Según un aspecto concreto de la invención, las velocidades rotatorias de las etapas de compresión se controlan de manera que se neutralice al menos parcialmente el cambio de cada región de funcionamiento de la fase del compresor como resultado de la recuperación de energía antes mencionada.

Esto se puede hacer por ejemplo controlando las velocidades relativas de manera que las etapas de compresión que se vean más negativamente afectadas por el impacto de las recuperación de energía antes mencionada asuman una pequeña proporción de la carga total, mientras que las etapas de compresión que se vean menos negativamente afectadas por el impacto antes mencionado asumen una mayor proporción de la carga total.

Para un compresor turbo se determina la eficiencia entre otros por la ocurrencia del fenómeno de la “agitación” o bombeado, de manera que puede haber un retorno del flujo de gas que va a través del elemento compresor, cuando el elemento compresor entra a condiciones fuera de su región de funcionamiento de temperatura, presión y velocidad. De manera similar, para cada elemento compresor de tipo tornillo hay una región de funcionamiento concreta de temperatura, presión y velocidad, fuera de la cual el elemento compresor no se puede usar.

Así, la invención ofrece la posibilidad de usar el elemento compresor en esta región de funcionamiento óptima reaccionando a la secuencia de enfriamiento, acoplado al control de velocidad,

De esta manera el compresor puede funcionar más cerca de los límites de su región de funcionamiento sin tener que tener en cuenta una importante región de seguridad en las cercanías de este límite.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor (1) con dos o más etapas de compresión, con cada etapa realizada por un elemento compresor (2, 3) , en donde en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor (4, 5) con una primera y una segunda parte, con la primera parte a través de la cual es guiado el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor en cuestión y la segunda parte a través de la cual se guía un refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido, en donde el refrigerante es guiado sucesivamente en serie a través de la segunda parte de al menos dos intercambiadores de calor (4, 5) , en donde la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los intercambiadores de calor (4, 5) es elegida de manera que la temperatura en la entrada de la primera parte de al menos un intercambiador de calor subsiguiente es mayor o igual a la temperatura en la entrada de la primera parte de un intercambiador de calor precedente, como se ve en la dirección del flujo del refrigerante, caracterizado porque al menos un intercambiador de calor (4 y/o 17) está provisto de una tercera parte para un refrigerante.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el intercambiador de calor subsiguiente antes mencionado está formado por el último intercambiador de calor a través del cual se guía el refrigerante.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la recuperación de energía se lleva a cabo de manera que tenga un impacto mínimo en la eficiencia total del compresor (1) armonizando la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los diferentes intercambiadores de calor (4, 5) con el impacto de la secuencia en las diferentes temperaturas de las etapas y su correspondiente efecto en la eficiencia total del sistema.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los diferentes intercambiadores de calor (4, 5) es elegida de manera que, entre dos intercambiadores de calor sucesivos (4, 5) en la secuencia, el refrigerante primero fluya a través del intercambiador de calor en el cual el gas fluye a través de la primera parte del elemento compresor con el menor consumo de energía.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la última instancia el refrigerante es guiado a través del intercambiador de calor (4) en el cual fluye a través de la primera parte el gas del elemento compresor (2) con el máximo consumo de energía.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el refrigerante es guiado secuencialmente a través de todos los intercambiadores de calor (4, 5) del compresor (1) .

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas es comprimido en tres etapas, respectivamente una etapa de baja presión, una primera etapa de alta presión y una segunda etapa de alta presión, seguidas de un primer (17) , un segundo (18) y un tercer (19) intercambiador de calor respectivamente, en donde el refrigerante primero fluye a través del segundo intercambiador de calor (18) , luego a través del tercero

(19) y finalmente a través del primero (17) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el refrigerante primero fluye a través de la segunda parte del intercambiador de calor con la tercera parte, luego a través de los otros intercambiadores de calor, y finalmente fluye a través de la tercera parte del intercambiador de calor con la tercera parte.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas es comprimido en tres etapas, respectivamente una etapa de baja presión, una primera etapa de alta presión y una segunda etapa de alta presión, seguidas de un primer (17) , un segundo (18) y un tercer (19) intercambiador de calor respectivamente, en donde el refrigerante primero fluye a través del primer intercambiador de calor (17) , luego a través del segundo (18) , del tercero (19) y finalmente de vuelta al primer intercambiador de calor (17) .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque antes de enviar el refrigerante a través de los diferentes intercambiadores de calor se usa para refrigerar uno o más motores (7, 10, 21 y/o 24) de los elementos compresores y/o de sus respectivos controles del motor (8, 11, 22 y/o 25) .

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un segundo refrigerante fluye a través de la tercera parte antes mencionada.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque el segundo refrigerante también se usa para refrigerar uno o más motores (21, 24) de los elementos compresores y/o de sus respectivos controles del motor (22, 25) .

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la velocidad rotatoria de uno o más elementos compresores (2, 3, 14, 15 y/o 16) es controlada según un criterio impuesto.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque las velocidades rotatorias de las etapas de compresión son controladas a fin de neutralizar al menos parcialmente el cambio de cada región de funcionamiento de la etapa del compresor con al menos dos intercambiadores de calor antes mencionados.

15. Procedimiento según la reivindicación 13 o 14, caracterizado porque las velocidades rotatorias relativas de las etapas de compresión cambian proporcionalmente al cambio de sus respectivas temperaturas de entrada.

16. Procedimiento según la reivindicación 7 o 9, caracterizado porque los elementos compresores (15, 16) de la

primera y la segunda etapa son accionados por un motor común cuya velocidad rotatoria es controlada independientemente del motor del elemento compresor (14) de la etapa de baja presión.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se usan intercambiadores de calor de tipo tubo que tiene tubos en una carcasa con una entrada y una salida para que fluya un primer medio a través de los tubos y una entrada y una salida para un segundo medio que fluye alrededor de los tubos, y en donde en este caso el refrigerante fluye a través de los tubos y el gas fluye a lo largo de los tubos.

18. Procedimiento según la reivindicación 7 y 11, caracterizado porque el intercambiador de calor con la tercera parte está formado por el primer intercambiador de calor.