Apostila Curso OP, Módulo 4, Compressão de Gás

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Instrutor: Eduardo Rodrigues Silvestre
Engenheiro de Produção / Supervisor de Produção Offshore
COMPRESSÃO DE GÁS
Conteúdo
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• Sistema de compressão
• Conceito
• Fluxograma
• Objetivo
• Circuito de processamento de gás
COMPRESSÃO DE GÁS
INTRODUÇÃO
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Após passar pelos processos anteriores, o gás, independentemente da pressão do
poço, é naturalmente despressurizado e deve ser pressurizado novamente para que seja
transportado por gasodutos até as unidades de processamento ou reinjetado ou até
mesmo para continuar o processo de condicionamento. Em geral, esse trabalho é
realizado por um conjunto de compressores, chamado sistema de compressão.
Um sistema de compressão convencional é composto por estágios de compressão.
Em cada estágio, o gás tem sua pressão elevada e a temperatura, por consequência. A fim
de reduzir a temperatura, existem resfriadores entre os estágios de compressão. Também
compõem os inter-estágios de compressão, vasos depuradores já que a cada resfriamento
geram-se frações de condensáveis que devem ser eliminados. Dessa forma, um sistema de
compressão é um sistema em que estágios subsequentes de compressores, resfriadores e
vasos de depuração elevam a pressão do gás para o nível desejado.
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EXEMPLO DE SISTEMA DE COMPRESSÃO PRINCIPAL
COMPRESSÃO DE GÁS
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Exemplo de sistema de compressão principal
COMPRESSÃO DE GÁS
• Um sistema de compressão é composto de compressores principais e compressor
booster, também chamado de unidade de recuperação de vapor.
• Os compressores principais recebem o gás proveniente do vaso de gás separado.
• O compressor booster recebe o gás proveniente do separador de segundo estágio da
planta de processamento de óleo, elevando sua pressão até que possa entrar também no
vaso de gás separado.
• O sistema de compressão principal é composto, geralmente, de dois ou mais
compressores, sempre tendo um como reserva.
• Os compressores normalmente são do tipo centrífugo, possuindo dois ou três estágios.
• Esse tipo de compressor pode ser acionado por turbina a gás ou Diesel.
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COMPRESSÃO DE GÁS
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Especificar o gás produzido em determinadas concentrações para que possa ser:
• Utilizado como gás lift, combustível em caldeiras, fornalhas, refervedores, turbo
geradores, turbo compressores, capa de gás nos vasos de produção.
• Exportado para a terra para que possa ser especificado como gás natural, de acordo com
a especificações da ANP.
OBJETIVO
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Comprimir o gás produzido para as seguintes finalidades:
– Injeção de gás-lift;
– Gás combustível;
– Exportação para o continente.
Quando um gás é comprimido, acontece o seguinte:
– A pressão aumenta
– O volume diminui
– A temperatura aumenta
– Uma força externa é aplicada
Um compressor de gás é um dispositivo mecânico que aumenta a pressão de um
determinado gás, comprimindo o seu volume. Normalmente isto ocorre em vários
estágios.
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COMPRESSÃO DE GÁS
Os compressores são máquinas operatrizes projetadas para proporcionar a elevação da
pressão de um gás, transferindo para este energia em forma de trabalho, aplicando-se
uma força.
Um compressor, como qualquer equipamento de fluxo, tem o seu comportamento
influenciado pelas características do processo no qual esta inserido.
No caso dos compressores, toda essa influencia pode ser precisamente representada por
quatro parâmetros denominados característica do processo que são:
• Pressão de sucção
• Temperatura de sucção
• Natureza molecular do gás
• Pressão de descarga
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HP COMPRESSOR 1ST STAGE A TRAIN
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Explicação do Fluxograma de Primeiro Estágio
• O processo de compressão de primeiro estágio recebe o gás proveniente do separador
HP, separador de teste, e da Bomba Booster de compressão do segundo estágio, assim,
passando pelo sistema de resfriamento, para diminuir a temperatura do gás antes de
entrar no safety gás KO Drum, onde será removida a umidade do gás. Seguindo o fluxo
normal de compressão, o gás sai do safety KO Drum em direção ao Scrubber de primeiro
estágio, com a finalidade de mais uma vez remover o condensado.
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HP COMPRESSOR 1ST STAGE A TRAIN
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Explicação do Fluxograma de Primeiro Estágio
• O condensado proveniente do Safety KO Drum e do Scrubber segue para o separador de
baixa pressão (LP Separator), e o gás que sai do Scrubber de primeiro estágio é
direcionado para o compressor de primeiro estágio onde é comprimido.
• Com a compressão do gás, houve o aumento de pressão e temperatura. No entanto, o
gás antes de passar para o segundo estágio de compressão de maneira eficiente, se faz
necessário diminuir a temperatura através do Cooler para que se possa melhorar a
eficiência de compressão do segundo estágio.
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SAFETY K.O DRUM
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Explicação do Fluxograma de Primeiro Estágio
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• O gás proveniente do compressor de primeiro estágio entra no Scrubber de segundo
estágio, onde é removido o condensado, o qual este é direcionado para o Scrubber de
primeiro estágio, e o gás que sai do Scrubber de segundo estágio é direcionado para o
compressor de segundo estágio onde será retirado sua umidade no sistema de glicol.
• O sistema de controle anti-surge é singular, pois diferentemente de um controle em
malha fechada tradicional, em que a variável controlada tende a manter-se junto à
referência (set-point), neste, a variável controlada (vazão) é mantida acima da vazão
de referência, ou seja, acima do limite de surge. Em caso de queda da vazão abaixo da
linha de controle, o sistema atua sobre a válvula de reciclo ou de alívio, fazendo com
que a vazão se afaste da região de surge.
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O QUE É SURGE?
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Surge é um fenômeno que ocorre em compressores, caracterizado por uma oscilação da
vazão total do compressor, frequentemente incluindo uma inversão momentânea do fluxo
de gás, este fluxo reverso pode acontecer em poucos milissegundos. Os sinais da
ocorrência do surge no compressor são:
• Vibração excessiva do rotor do compressor;
• Mudanças bruscas no deslocamento axial;
• Mudanças bruscas de carga e se o surge for severo, produzirá sons audíveis.
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CONTROLE DE SURGE
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Em decorrência desta complexidade os sistemas eletrônicos e instrumentados de controle
e proteção destes compressores possuem uma elevada confiabilidade e disponibilidade
operacional, o que exige sistemas redundantes e seguros. E são dotadas de vários sistemas
de controle e proteção, tais como sobre-velocidade, vibração radial, deslocamento axial,
controle de pressão de sucção e descarga, vazão, temperatura, além das variáveis
auxiliares como, lubrificação, selagem, controle hidráulico, refrigeração etc. Porém o
controle de capacidade e de anti-surge acredito que seja um dos mais relevantes. O
controle anti-surge é, assegurar a proteção da máquina contra ocorrência de surge em
qualquer situação de carga, evitando que a vazão no compressor opere abaixo de um
limite mínimo de controle e também evitar perturbações ao processo, decorrentes das
ações desse controle, normalmente associada ao controle de capacidade da máquina, que
é conflitante com controle anti-surge.
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A ação do controle anti-surge consiste em reciclar (ou recircular) o gás da descarga para a
sucção do compressor ou aliviar para atmosfera, no caso de compressores de ar, o que
provoca a diminuição da pressão de descarga e o aumento da vazão pelo compressor, de
forma que o ponto de operação se afaste da linha de surge.
UIC = Controlador anti-surge
FT = Transmissor de vazão ou fluxo
PT = Transmissor de pressão
TT = Transmissor de temperatura
ST = Transmissor de velocidade
FY = Solenoide da válvula de controle anti-
surge.
CONTROLE DE SURGE
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Como a função do compressor é atender as demandas do processo, são utilizados também
controles de capacidade que atuam de forma a controlar a pressão de sucção, pressão de
descarga ou mesmo a vazão, sendo que, nasaplicações com velocidade variável (quando
acionado por turbinas a vapor ou a gás) este controle atua na admissão de vapor ou na
injeção de combustível (gás). Nas aplicações de velocidade constante, acionada por motor
elétrico, o controle de capacidade atua no ângulo das palhetas guias, ou Inlet Guide Vanes
(IGV), localizadas na sucção ou, por estrangulamento com válvula de controle na sucção.
CONTROLE DE SURGE
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CONTROLE DE SURGE
Compressor de rotação variável, por turbina a vapor com controle de capacidade, controlando 
a pressão na sucção, malhas de controle anti-surge e de controle de capacidade.
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O surge incontrolado pode acarretar em sérios problemas mecânicos à máquina, como
danos em mancais, eixo e principalmente aos selos do compressor, além de reduzir a vida
útil do equipamento e diminuir consideravelmente sua eficiência através de recirculações
internas ocasionadas por folgas internas. Surges progressivos podem resultar em uma
completa destruição do compressor. Tais problemas mecânicos, interferem diretamente
ao processo, acarretando danos financeiros consideráveis. A paralização de um
compressor dependendo de sua importância pode paralisar uma unidade de processo
gerando um prejuízo diário inestimável.
CONTROLE DE SURGE
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CONDIÇÕES PARA O FENÔMENO DE SURGE E STONEWALL:
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• O fluxo de gás é limitado por condições físicas impostas pelo olho do impelidor ou por
restrições na descarga, que podem causar um superaquecimento do compressor.
• Compressores centrífugos industriais são projetados para funcionar com regime de
escoamento subsônico. Se a vazão de operação é elevada, no entanto, é possível que a
velocidade de escoamento do gás atinja o valor sônico em algum ponto no interior do
compressor, usualmente na entrada das pás do impelidor, caracterizando o que se
denomina limite de stonewall. O resultado prático desse fato é a impossibilidade de
aumentar a vazão a partir desse ponto, além de uma acentuada queda na eficiência do
processo de compressão.
• O limite de stonewall não representa nenhuma ameaça à integridade do compressor,
mas pode se constituir num grave inconveniente caso venha a ocorrer dentro da faixa
de vazão necessária à operação do sistema.
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TIPOS DE COMPRESSORES
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Por princípios, existem dois tipos de Compressores de Gás
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• Compressores Volumétricos
• Compressores Dinâmicos
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COMPRESSOR DINÂMICO
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Os compressores dinâmicos também pode ser chamado de compressor cinéticos ou
turbocompressores.
Comprime o gás pela ação dinâmica de paletas ou de impulsores rotativos - os impelidores
que imprime velocidade e pressão ao gás.
Nesses compressores, a elevação de pressão é obtida pela variação de velocidade de um
fluxo contínuo de gás.
Os compressores dinâmicos são indicados para a movimentação de grandes volumes, à
baixa ou média razão de compressão (relação entre a pressão de descarga e a pressão de
sucção). Estes compressores operam em alta rotação e são geralmente, acionados por
motores elétricos ou turbinas a gás. O trabalho sobre o gás é efetuado por um rotor
provido de palhetas ou impelidores.
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COMPRESSOR CENTRÍFUGO
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Os compressores centrífugos utilizam o princípio da aceleração centrífuga para
aumentar a pressão do gás. São chamados também de compressores radiais, porque o
fluxo de gás direciona-se radialmente relação ao eixo, na saída de cada impelidor.
Esses compressores em geral possuem um ou mais impelidores montados em um eixo e
dotados de pás, normalmente encurvadas no sentido inverso ao da rotação do eixo, que
se dispõem na direção do impelidor.
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Nos compressores centrífugos, o gás é acelerado no impelidor e sua velocidade é então
convertida em pressão adicional por desaceleração gradual no difusor, ou seja :
• O impelidor transfere energia ao gás;
• Difusor converte a energia de velocidade em pressão.
COMPRESSOR CENTRÍFUGO
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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
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Sob o efeito da rotação, forma-se uma corrente de gás, aspirado pela parte central do
impelidor e projetado para a periferia, na direção do raio, pela ação da forca centrifuga,
alcançando os difusores
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COMPRESSOR CENTRÍFUGO
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Os difusores são um conjunto de condutos estacionários que envolvem o rotor,
conduzindo o gás em uma trajetória radial e espiral para a periferia. Dessa maneira, a área
de passagem e aumentada gradativamente, pois o escoamento é de dentro para fora. Isso
faz com que o gás, ao atravessá-lo, sofra uma desaceleração que resulta em um aumento
de pressão, chamado de efeito difusor.
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VISÃO GERAL DO SISTEMA DE COMPRESSÃO VISTA PELO OPERADOR DE PAINEL
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