ES2354105B2 - Metodo y dispositivo para controlar un compresor refrigerante, y el uso del mismo en un metodo de enfriamiento de una corriente de hidrocarburos. - Google Patents
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Abstract
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).
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).
Description
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
mínima predeterminada entre los flujos de gases refrigerantes que
ingresan desde el exterior hacia las zonas de compresión de la
segunda etapa y que salen de dichas zonas. La concentración de
refrigerante gaseoso comprimido reciclado desde la etapa final de
compresión hacia la zona de compresión de la segunda etapa es la
cantidad que mantiene al menos una tasa de flujo de refrigerante
mínima predeterminada desde la zona de compresión de la segunda
etapa. La eficiencia de la compresión se promueve por enfriamiento
del refrigerante reciclado, al pasar el mismo por rociadores o
distribuidores incluidos debajo del nivel de líquido del recipiente
con el refrigerante líquido. Debido a que de esta manera los vapores
de refrigerante reciclados calientes entran en profundo contacto con
el refrigerante líquido, el refrigerante reciclado sale del
recipiente como vapor saturado a su temperatura de punto de
rocío.
Una desventaja de este método conocido es que no
permite un control independiente de la temperatura de la corriente
de fuente del compresor porque la temperatura de la corriente de
reciclaje se ajusta en su punto de rocío.
Es objeto de la presente invención superar los
problemas antemencionados.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un método mejorado para controlar uno o más compresores
refrigerantes a temperaturas de operación normales, en particular
dos o más compresores refrigerantes, utilizados para la compresión
de un refrigerante de múltiples niveles de presiones.
La presente invención proporciona 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 con una línea de recirculación de vapor,
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 por una línea de recirculación de vapor y una corriente de
refrigerante al menos parcialmente evaporada;
(b) Pasar la corriente de fuente compresora por
un tambor de succión para proporcionar una corriente gaseosa de
compresor;
(c) Pasar la corriente gaseosa de compresor por
el compresor refrigerante;
(d) medir la temperatura T1 de la corriente de
gas del compresor en la entrada de al menos un compresor
refrigerante; y
(e) Enfriar uno o más de los grupos que
incluyen: La corriente de recirculación de vapor, la corriente
refrigerante al menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente
de compresor y la corriente de gas compresor; el enfriado,
controlado como respuesta a la temperatura T1 para intentar agregar
la corriente de gas de compresor a la temperatura operativa normal
de al menos un compresor.
La presente invención proporciona además el uso
del método antemencionado para enfriar una corriente de
hidrocarburos, como por ejemplo la corriente de gas natural. De
acuerdo con esto, se proporciona un método para enfriar la corriente
de hidrocarburos, como ser la corriente de gas natural, el método
incluye al menos las etapas de:
- proporcionar una corriente de fuente de
hidrocarburo;
- enfriar la corriente de fuente de hidrocarburo
por intercambio de calor con una corriente refrigerante para
proporcionar una corriente de hidrocarburo enfriada y una corriente
refrigerante al menos parcialmente evaporada;
- Proporcionar una corriente de fuente
compresora a partir de una combinación de corriente de recirculación
de vapor y una corriente de refrigerante al menos parcialmente
evaporada;
- Pasar la corriente de fuente compresora por un
tambor de succión para proporcionar una corriente gaseosa de
compresor;
- pasar la corriente de gas de compresor por uno
o más compresores refrigerantes con una línea de recirculación de
vapor, para proporcionar una corriente refrigerante de
compresor;
- determinar la temperatura T1 de la corriente
de gas del compresor en la entrada de al menos un compresor
refrigerante; y
- enfriar uno o más de los grupos que incluyen:
La corriente de recirculación de vapor, la corriente refrigerante al
menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente de compresor y
la corriente de gas compresor; el enfriado, controlado como
respuesta a la temperatura T1 para intentar agregar la corriente de
gas de compresor a la temperatura operativa normal.
La corriente de hidrocarburo puede convertirse a
líquido, parcial o totalmente, por ejemplo como resultado del
enfriamiento o subsiguientemente al enfriamiento, para proporcionar
una corriente de hidrocarburo líquido, como ser LNG.
La presente invención proporciona además un
dispositivo para controlar uno o más compresores refrigerantes para
uno o más corrientes de gas a temperaturas de operación normales, el
dispositivo incluye al menos:
Un tambor de succión para recibir una corriente
de fuente de compresor a partir de una combinación de una corriente
de recirculación de vapor y la corriente de refrigerante al menos
parcialmente evaporada, y para proporcionar una corriente de gas de
compresor;
Al menos un compresor refrigerante con una
entrada para la corriente de gas de compresor y una salida para la
corriente refrigerante de compresor;
Una o más vías para la recirculación de parte o
la totalidad de la corriente refrigerante de compresor como
corriente recirculante vapor a través del compresor refrigerante;
y
Un controlador de la temperatura para determinar
la temperatura T1 de la corriente de gas de compresor en la entrada
del compresor refrigerante (12), y para controlar:
(i) uno o más refrigerantes para enfriar uno o
más del grupo de corriente de recirculación de vapor, la corriente
refrigerante al menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente
de compresor y la corriente gaseosa de compresor, para buscar
obtener la corriente de gas compresor a la temperatura de operación
normal; o
(ii) una o más corrientes, más frías que la
corriente de recirculación de vapor que se combinan con uno o más
del grupo de: La corriente de recirculación de vapor, la corriente
refrigerante al menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente
de compresor y la corriente de gas compresor; para intentar agregar
la corriente de gas de compresor a la temperatura operativa normal;
o
(iii) una o más corrientes, al menos
parcialmente liquidas que se combinan con uno o más del grupo de: La
corriente de recirculación de vapor, la corriente refrigerante al
menos parcialmente evaporada, la corriente de fuente de compresor y
la corriente de gas compresor; para intentar agregar la corriente de
gas de compresor a la temperatura operativa normal; o
(iv) una combinación de dos o más de (i) a
(iii);
En respuesta a la temperatura T1.
Los aspectos y ejemplos de la presente invención
se describen a continuación en carácter descriptivo únicamente, y
haciendo referencia a las figuras adjuntas no limitantes en las
cuales:
La Figura 1 es un diagrama de un método para
controlar un compresor refrigerante según diversos aspectos de la
presente invención;
La Figura 2 es un diagrama de un método para
controlar un compresor refrigerante según otro aspecto de la
presente invención;
La Figura 3 es un diagrama que representa una
disposición alternativa al método que se representa en la Figura 2;
y
La Figura 4 representa los cambios en el flujo
volumétrico con respecto a la presión para compresor refrigerante de
invenciones anteriores y para el compresor refrigerante controlado
según un aspecto de la presente invención.
Con fines descriptivos, se asigna un único
número de referencia a la línea así como a la corriente transportada
por la línea. Los componentes que son similares se enumeran con el
mismo número de referencia.
En la presente se hace referencia a diversos
tipos de "válvulas" incluidas válvulas de control de flujo,
válvulas de recirculación y válvulas de expansión. Puede ser que
algunas de las válvulas requeridas en cualquier circuito o proceso
no se mencionen específicamente o de modo general en la presente. La
persona conocedora sabrá el tipo y disposición de la válvula o las
válvulas para influir sobre el procesamiento de una línea,
corriente, flujo, circuito, etc.
Los métodos y dispositivos descritos en la
presente permiten un enfriamiento controlado a un grado variable de
uno o más del grupo de: Una corriente de recirculación de vapor, una
corriente refrigerante parcialmente evaporada, una corriente de
fuente de compresor y una corriente de gas de compresor, que se
controla en respuesta a la temperatura T1 de la corriente de gas de
compresor en la entrada del compresor refrigerante, para intentar
agregar la corriente de gas de compresor a la temperatura de
operación normal. Esto permite un control mejor de la temperatura de
la corriente de entrada de compresor que es independiente de la tasa
de flujo de recirculación.
En la presente descripción, una corriente de gas
compresor, generado a partir de una corriente de fuente de
compresor, que se pasa por un compresor refrigerante con una línea
de recirculación de vapor para la corriente de recirculación de
vapor. Los aspectos de la presente aplican enfriamiento de una o más
corrientes de recirculación de vapor, una corriente refrigerante, la
corriente de fuente de compresor, y una corriente de gas compresor
para mantener la corriente de gas compresor a temperaturas de
operación normales asociadas con el compresor refrigerante.
Si se mantiene la temperatura de entrada o del
lado de succión de la corriente de gas de compresor a la temperatura
de operación normal o cercana a la misma, la corriente de
recirculación de vapor es capaz de mantener la tasa de flujo por el
compresor refrigerante dentro del rango de operación, y así se evita
el oleaje.
La temperatura de operación normal del compresor
refrigerante es la temperatura de la corriente de gas compresor
refrigerante en el lado de entrada o de succión del compresor
refrigerante cuando no tiene lugar el reciclaje del vapor o el mismo
es mínimo (por ejemplo, se cierra cualquiera de las válvulas de
reciclaje de vapor).
En el caso de un compresor de refrigerante de
componente puro, la temperatura de operación normal de la corriente
de gas compresor es el punto de rociado. Una persona experta en el
campo comprenderá que la fuente de vapor al compresor refrigerante
puede sobrecalentarse lentamente (menos de unos pocos grados
Celsius) debido a la caída de presión entre el vaporizador
refrigerante y la entrada real al compresor. En este caso, la
invención mantiene preferiblemente cualquier aumento de temperatura
del punto de rociado de la corriente de gas del compresor durante el
reciclaje o recirculación del vapor a menos de 10ºC, más
preferiblemente, menos de 5ºC.
En el caso de un compresor refrigerante
combinado, la temperatura de operación normal puede ser la
equivalente al punto de rociado, pero también puede encontrarse muy
por encima de la temperatura del punto de rociado. En dicho caso, la
invención mantiene preferiblemente cualquier variación de
temperatura de la corriente de gas compresor a 10ºC por encima o por
debajo de la temperatura de operación normal, más preferiblemente
menos de 5ºC por encima o por debajo, durante un reciclaje de vapor
o durante la operación de recirculación.
La corriente de fuente compresora se agrega a
partir de una combinación de corriente de recirculación de vapor
desde una línea de recirculación de vapor y una corriente de
refrigerante al menos parcialmente evaporada. La corriente de
refrigerante al menos parcialmente evaporada puede originarse a
partir de un intercambiador de calor en el que la corriente de
refrigerante recibe calor por un intercambiador de calor con otra
corriente (por ejemplo, una corriente de hidrocarburo a ser
enfriada) en una zona de refrigeración. La línea de recirculación de
vapor se desvía de la zona de refrigeración que incluye un
intercambiador de calor de manera tal que la corriente de
recirculación se desvía de la zona de refrigeración y/o el
intercambiador de calor.
La presente invención resulta adecuada, aunque
no limitante, para controlar compresores refrigerantes de dos o más
etapas múltiples que posean una pluralidad de entradas que acepten
refrigerante a diferentes niveles de presión.
De acuerdo con esto, la presente invención
resulta particularmente adecuada, aunque no limitativamente, ante la
presencia de dos o más compresores refrigerantes para diferentes
corrientes de gas compresor, más particularmente cuando las
corrientes de gas se encuentran a diferentes niveles de presión.
Cuando se utilizan compresores de refrigerante múltiple, o
compresores de refrigerante con múltiples secciones de presión y con
múltiples entradas para diferentes presiones de gas, y generalmente
múltiples líneas de recirculación, el mantenimiento simple y
efectivo de la temperatura del lado de succión permite evitar el
oleaje en todos los compresores refrigerantes.
La presente invención es particularmente útil
cuando se evapora la corriente refrigerante a diferentes niveles de
presión, pero requiere que cada fracción evaporada se recomprima a
una presión unificada para su re utilización como refrigerante.
Por lo tanto, en un aspecto, el método descrito
incluye dos o más, preferiblemente dos o cuatro, compresores
refrigerantes, y dos, tres, cuatro o cinco corrientes de gas
compresor.
Preferiblemente, la presente invención
proporciona un método que incluye dos o más corrientes de gas
compresor con dos o más presiones diferentes, por ejemplo, cuatro
corrientes de gas compresor a cuatro presiones diferentes que pasan
por dos o cuatro compresores refrigerantes, que son compresores
refrigerantes independientes, uno o más compresores refrigerantes
con secciones de presión múltiple en una carcasa, o una combinación
de los mismos.
Puede lograrse mantener la temperatura del lado
de succión de un compresor refrigerante durante el reciclaje de
vapor de diferentes maneras. Por ejemplo, puede modificarse la
temperatura de la corriente de recirculación en la línea de
recirculación de vapor, generalmente puede enfriarse, como para
ajustar la temperatura de la corriente de gas del lado de succión,
que incluye la corriente de recirculación.
Preferiblemente, la temperatura del lado de
succión puede mantenerse por adición de una o más corrientes
adicionales a uno o más del grupo de: Una o más corrientes
refrigerantes al menos parcialmente evaporadas, la corriente de
recirculación de vapor, la corriente de fuente de compresor, el
tambor de succión de compresor, y la corriente de gas compresor.
Esta o estas corrientes adicionales son o bien de temperaturas más
bajas que las temperaturas de las corrientes a las cuales se
adicionan, y/o son completamente o sustancialmente liquidas, para
que la temperatura del lado de succión de la corriente gaseosa pueda
variarse según las necesidades. Estas corrientes frías y/o de
enfriamiento pueden inyectarse directamente para modificar la
temperatura del lado de succión de la corriente gaseosa en la medida
en que sea necesario. La fuente de una o más corrientes adicionales
puede ser parte del ciclo de refrigeración, el circuito o el sistema
que incluye el compresor refrigerante.
El o los compresores refrigerantes utilizados en
la presente invención pueden ser cualquier compresor refrigerante,
opcionalmente con dos o más etapas de compresión o secciones de
presión. El uso del término "compresores refrigerantes" en la
presente se aplica a un solo compresor refrigerante con múltiples
secciones de presión en una carcasa, capaces de recibir dos o más
corrientes gaseosas a presiones diferentes. La planta o instalación
de enfriamiento o conversión a líquido de hidrocarburos puede
incluir además uno o más compresores refrigerantes u otros
compresores, que no están incluidos en la presente invención, o que
no se encuentran en modo de reciclaje simultáneamente con los de la
presente invención.
Cada una de las líneas de recirculación de
utilidad en la presente invención puede ser cualquier línea que
pueda transferir una corriente de recirculación, que puede ser
liquida, gaseosa o combinada, desde el lado de descarga de un
compresor refrigerante hacia el lado de succión. Cada línea de
recirculación puede dividirse o separarse del modo conocido en el
campo, para suministrar una parte o fracción de corriente
recirculada a dos o más compresores refrigerantes.
La corriente refrigerante puede incluir un solo
componente como ser propano o nitrógeno, o puede incluir una mezcla
de dos o más de las seleccionadas del grupo que incluyen: Nitrógeno,
metano, etano, propano, butanos, pentanos.
Opcionalmente, la presente invención también
incluye una o más de las siguientes etapas:
(f) Dividir la corriente refrigerante comprimida
en al menos una primera corriente de continuación y una corriente de
recirculación de vapor;
(g) Enfriar la primera corriente continua para
proporcionar al menos una primera corriente continua 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); y
(j) utilizar la segunda corriente de
recirculación como una o más de las corrientes frías.
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La segunda corriente de recirculación puede
adicionarse adecuadamente a la corriente de recirculación de
vapor.
En lo que respecta a las figuras, la Figura 1
representa un diagrama simplificado y general 2 de diversos métodos
para controlar un compresor refrigerante para una corriente
refrigerante.
El la Figura 2, también se representa un método
para enfriar una corriente de hidrocarburo como ser gas natural. La
corriente de la fuente de hidrocarburo 5 pasa por la zona de
refrigeración 21, que puede incluir uno o más intercambiadores de
calor en serie o paralelo, o ambas disposiciones, para proporcionar
una corriente de hidrocarburos enfriada 6, por ejemplo, con una
temperatura por debajo de 0ºC, por ejemplo, entre -10ºC y -70ºC;
opcionalmente parcialmente liquida.
La corriente de fuente de hidrocarburos 5 se
enfría por intercambio de calor con una corriente refrigerante 20 e,
que proporciona una corriente refrigerante 8 al menos parcialmente,
generalmente en su mayor parte, y preferiblemente completamente
evaporada. La corriente refrigerante 8 en su mayor parte evaporada
ahora requiere se recomprimida para ser reutilizada. Como tal es, en
su totalidad o parcialmente, una corriente de fuente 10 a de
compresor, que pasa por el tambor de succión 11 para remover
esencialmente cualquier líquido que se encuentre presente en la
corriente de fuente de compresor 10 a y así proporcionar una
corriente gaseosa de compresor 10 como una corriente de cabecera.
(El tambor de succión 11 también puede proporcionar una pequeña
corriente de fondo de líquido 10 b).
La corriente gaseosa de compresor 10 pasa por la
entrada 14 de un compresor refrigerante 12. En el compresor
refrigerante 12, la corriente gaseosa se comprime para proporcionar
una corriente refrigerante comprimida 20 por la salida 16.
Opcionalmente, se agrega un primer
intercambiador de calor 26, generalmente en un intercambiador de
calor de ambiente como ser uno o más enfriadores de agua y/o aire,
luego de la salida 16 para enfriar la corriente refrigerante
comprimida 20 y para proporcionar una corriente refrigerante
comprimida 20 a.
La corriente refrigerante comprimida 20 (o
corriente comprimida más fría 20 a) se divide con un divisor 18 o
con un separador de corriente en una corriente refrigerante continua
20 b y una corriente de recirculación de vapor 30 que pasa por una
línea de recirculación de vapor 30. El divisor 18 puede encontrarse
en cualquier disposición para dividir una corriente en dos o más
fracciones o partes, como ser una unidad colectora o dedicada, o
sencillamente, una pieza T. La corriente de recirculación de vapor
30 preferiblemente se encuentra esencialmente toda en la fase vapor.
La corriente refrigerante continua 20 b pasa por uno o más
enfriadores 17 y uno o más acumuladores 19 antes de la expansión por
una válvula de expansión 7 y recirculación por la zona de
refrigeración 21.
En general, la división de la corriente
refrigerante comprimida 20 puede proporcionar cualquier porcentaje
entre 0% a 100% de la corriente de recirculación de vapor 30. Es
decir, pueden existir oportunidades durante la operación del
compresor refrigerante 12 en las que no es necesaria la
recirculación (a saber, la corriente de recirculación de vapor 30 es
0%) para mantener el flujo mínimo por la entrada 14. Pueden existir
ocasiones alternativas en las que 100% de la corriente de
refrigerante comprimida 20 recircula como corriente de recirculación
de vapor 30, por ejemplo, durante la iniciación del compresor
refrigerante 12.
Para los objetivos de la presente invención, la
corriente de recirculación 30 y cualquier otra corriente de
recirculación está operativa, y por lo tanto se combina con una
corriente refrigerante al menos parcialmente evaporada 8 que surge
del intercambiador de calor 21. A modo de ejemplo, la corriente de
recirculación 30 es una fracción como ser 10% vol de la corriente
refrigerante comprimida 20.
La corriente de recirculación de vapor 30 pasa
por un dispositivo de expansión, como ser una válvula de
recirculación 22 conocida en el campo, para proporcionar una primera
corriente refrigerante 30 a, que puede combinarse con una corriente
refrigerante al menos parcialmente evaporada 8 por un dispositivo de
combinación 24 para proporcionar la corriente de fuente comprimida
10 a.
La figura 1 representa un controlador de
temperatura T1 que mide la temperatura T1 de la corriente gaseosa
compresora 10 en la entrada 14 del compresor refrigerante 12. El
controlador de temperatura T1 puede ser cualquier dispositivo
conocido en el campo para dicho objetivo. La temperatura real de la
corriente gaseosa de compresor 10 en la entrada 14 no es critica
para la presente invención, únicamente que se mantenga a la
temperatura operativa normal del compresor refrigerante 12, o
próxima a la misma, por ejemplo, dentro de los \pm10ºC. Por lo
tanto, en un aspecto el controlador de temperatura T1 puede
determinar la diferencia de temperatura entre la temperatura T1 de
la corriente de gas compresor 10 y la entrada 14 del compresor
refrigerante 12 a la temperatura operativa normal del compresor
refrigerante 12.
En otro aspecto, la temperatura de operación
normal del compresor refrigerante 12 puede ser la entrada al
controlador de temperatura T1 como un valor de referencia, o un
rango de valor de referencia, y el controlador de temperatura T1 que
intentará mantener la temperatura de entrada medida T1 dentro de su
rango.
La Figura 1 representa el controlador de
temperatura T1 sobre la línea de corriente de gas compresor 10. Sin
embargo, puede ubicarse en cualquier línea a partir de la cual puede
determinarse la temperatura T1 en la entrada de compresor.
La Figura 1 representa un número de posibles
disposiciones para permitir ajustar la corriente de gas compresora
10 para mantener su temperatura de entrada T1 en el valor
deseado.
En una de las disposiciones, el primer
intercambiador de calor 26 puede utilizarse para ajustar la
temperatura de la corriente refrigerante comprimida más fría 20 a,
que puede así afectar la temperatura de la corriente de
recirculación de vapor dividida 30. Este ajuste de la temperatura
puede utilizarse a lo largo de la línea de recirculación 30, y puede
afectar la temperatura de la combinación de la corriente de
recirculación de vapor expandida 30 a y la corriente 8 refrigerante
al menos parcialmente evaporada, como para mantener la temperatura
de entrada T1 de la corriente gaseosa de compresor 10 en el valor
deseado.
En una segunda disposición, se proporciona un
segundo intercambiador de calor 28 en una vía de la corriente de
fuente de compresor 10 a. Este segundo intercambiador de calor 28
puede ajustar la temperatura de la corriente de gas compresor 10, a
mantenerse a la temperatura operativa normal o próxima a la
misma.
Una tercera posible disposición representada en
la Figura 1 es la adición de una primera corriente 32 fría,
preferiblemente con líquido, a ser combinada con un dispositivo de
combinación 32 a con la corriente de recirculación de vapor
expandida 30 a. Se prefiere la inyección directa de la primera
corriente 32, fría, preferiblemente con líquido, en una corriente de
recirculación de vapor expandida 30 a. La corriente fría 32 se
vaporiza cuando se pone en contacto con la corriente de
recirculación de vapor 30 a para proporcionar una primera corriente
de recirculación combinada 30 b que posee una temperatura menor que
la corriente de recirculación de vapor 30 a. Al variar la proporción
de corriente fría 32 combinada con la corriente de recirculación de
vapor más cálida 30 a, puede variarse la temperatura de la última
corriente. Por lo tanto, la temperatura de la primera corriente de
recirculación combinada 30 b puede ser tal como para afectar la
combinación de esta corriente con la corriente refrigerante al menos
parcialmente evaporada 8 para proporcionar una corriente de gas
compresora 10 con una temperatura de entrada como se desea.
En la cuarta disposición posible que se
representa en la Figura 1, se proporciona una segunda corriente fría
34 a ser combinada con el dispositivo de combinación 34 a, como ser
por inyección directa de la segunda corriente fría 34, con la
corriente de fuente compresora 10 a. La temperatura y/o fase de la
segunda corriente fría 34 también puede afectar la temperatura de la
corriente de gas compresora 10 que posee una temperatura de entrada
en el punto de operación normal o próximo a normal.
El enfriado de una corriente por la combinación
de la misma con una corriente fría o de enfriamiento, como ser en
las terceras y cuartas disposiciones tal como se describen
anteriormente pueden denominarse intercambiador de calor directo.
Pasar la corriente y la corriente fría o corriente de enfriamiento
por el intercambiador de calor, como ser en la primera y segunda
disposición descrita anteriormente denominada intercambio de calor
indirecto.
Pueden utilizarse dos o más de las disposiciones
representadas en la Figura 1 para afectar o controlar la temperatura
de la corriente de gas compresora 10 antes de la entrada 14.
Una persona conocedora del campo entenderá la
naturaleza y la disposición de los primeros y segundos
intercambiadores de calor 26, 28, que pueden incluir uno o más
intercambiadores de calor en paralelo, en serie o ambos, así como la
naturaleza y disposición de las primeras y segundas corrientes frías
32, 34.
Por ejemplo, el segundo intercambiador de calor
28 puede suministrarse con una corriente de enfriamiento 28 a, que
pasa en primer lugar por una válvula de control/expansión 28 b. La
expansión de estas corrientes y su uso en los intercambiadores de
calor es conocida en el campo.
La primera y segundas corrientes frías 32, 34
pueden proporcionarse a partir de cualquier fuente adecuada, sea
esta independiente o parte integral del circuito refrigerante del
diagrama general 2 que se representa en la Figura 1. Por ejemplo,
luego de que la corriente refrigerante continua 20 b pasa por uno o
más enfriadores 17 y uno o más acumuladores 19, su corriente 20 c
puede dividirse con un dispositivo de división 19 a o separador de
corrientes en una segunda corriente continuada 20 d (que pasa por la
válvula 7 para convertirse en la corriente refrigerante 20 e) y una
segunda corriente de recirculación 40, la cual es preferiblemente al
menos una corriente de recirculación parcialmente liquida 40, en una
segunda línea de recirculación 40. La corriente de recirculación
liquida 40 incluye preferiblemente una fase liquida, o bien en forma
de un líquido mezcla y una fase vapor o una fase esencialmente en su
totalidad líquida.
La fuente de la segunda corriente fría 34 podría
ser cualquier suministro adecuado de una corriente al menos
parcialmente, o en su totalidad, líquida 34 b.
Preferiblemente, las primeras y segundas Fuentes
40, 34 b de las primeras y segundas corrientes frías 32, 34 pasan
por las primeras y segundas válvulas de control de flujo respectivas
40 a, 34 c. Opcionalmente, una o más de las fuentes de corrientes
frías 32, 34 también pueden enfriarse en un intercambiador de calor
separado.
La Figura 1 además muestra que la temperatura de
entrada T1 de la corriente gaseosa de compresor 10 puede regularse
por ejemplo, por un controlador de temperatura T1 a uno o más
dispositivos de expansión como ser válvulas, que influyen sobre la
circulación y/o el enfriamiento de una o más de las corrientes en el
diagrama general 2 que se representa en la Figura 1. Por ejemplo, la
temperatura de entrada T1 puede regularse por una o más de las
líneas punteadas 9 hacia una o más de las válvulas 28 b, 34 c y 40
a, cuya operación controla el flujo de la corriente expandida a
partir de allí, lo cual a su vez se alimenta por un grado de
enfriamiento proporcionado a una o más de las corrientes que pasan
por uno o más de los intercambiadores de calor, o a una de las
corrientes con las cuales se combinan.
Por lo tanto, la presente invención puede
proporcionar un control y retroalimentación rápida desde la
temperatura de la entrada T1 hacia una o más de las válvulas, lo que
garantiza el mantenimiento de la temperatura de la corriente gaseosa
del compresor 20 a temperatura de operación normal o cercano a dicho
valor. Además, puede regularse la señal que indica la posición de la
válvula de la válvula de recirculación 22 o una señal originada del
controlador (no se representa) que controla la válvula de
recirculación 22, hacia cualquiera de las otras válvulas de control
en la disposición que se representa en la Figura 1 para aumentar el
tiempo de respuesta del control de temperatura. Esto proporciona
avance de la fuente o control de la proporción.
Por lo tanto, el enfriado en respuesta a la
temperatura T1 puede incluir, adecuadamente, controlar la operación
de una o más de las válvulas. Esta o estas válvulas pueden controlar
el flujo y/o la expansión de la corriente fría o de la corriente de
enfriado utilizada para enfriar uno o más de los vapores definidos
en la etapa (e), adecuadamente por intercambio de calor directo o
indirecto con la misma, o influir de alguna otra manera con el
enfriado de una o más de las corrientes definidas en la etapa
(e).
Al mantener la temperatura T1 de la corriente de
gas compresora 10 en un nivel "constante", por ejemplo, dentro
de los \pm10ºC de temperatura de operación normal, el efecto es
que la corriente de recirculación de vapor es capaz de mantener la
tasa de flujo de succión requerida de la corriente de gas compresora
10 en la entrada 14 para evitar el oleaje del compresor refrigerante
12.
Si se mantiene la temperatura de la entrada T1
de la corriente gaseosa de compresor 10, se evita el oleaje del
compresor por una reducción temporaria del flujo como se representa
en la línea A de la Figura 4. Con una tasa de flujo mínima en la
línea de recirculación de vapor 30, el compresor refrigerante 12
también será más eficiente por reducción de una velocidad de
reciclaje innecesariamente elevada. Por ejemplo, la patente de EUA
4.464.720 representa un compresor centrifugo con una línea de
recirculación conectada entre los lados de succión y descarga del
compresor. Sin embargo, no se representa el control de temperatura
de la línea de recirculación o de la corriente en la misma, de
manera tal que la entrada y cierre de la válvula de escape
representada en la patente de EUA 4.464.720 varía la presión y así
la temperatura del gas que vuelve a recircular hacia el compresor
centrífugo como se describió anteriormente en relación con la línea
A de la Figura 4.
Sin controlar la temperatura de la corriente de
gas entrante durante las variaciones de presión provocadas por
cambios en la línea de recirculación (por ejemplo, su entrada o
cierre), es posible el fenómeno de oleaje en el compresor
refrigerante. Además, en el caso de la recirculación a una potencia
de salida menor, el compresor se cambia a un régimen de operación
menos eficiente. Si se mantiene la temperatura de entrada de la
corriente gaseosa de compresor 10 en un punto de operación normal,
por ejemplo, menor a 10ºC por encima del punto de rocío para los
refrigerantes de componente puro y dentro de los 10ºC de punto de
operación normal para los refrigerantes mezcla, la presente
invención evita esta variación y así mantiene al compresor
refrigerante 12 en un desempeño óptimo durante la variación de la
tasa de flujo de la corriente de gas compresor 10.
La Figura 4 representa, en la línea B, la manera
en que se puede mejorar la respuesta de la vía para el compresor
refrigerante mediante la presente invención al fijar la temperatura
de entrada del compresor refrigerante. En particular, el compresor
refrigerante no cambia su curva de desempeño. Más aún, la
temperatura del líquido inventario en el sistema no tiene por qué
seguir cambiando. Tal como se representa en la Figura 4, el sistema
se mueve desde su estado estacionario (triángulo \alpha) hasta su
nuevo estado estacionario (asterisco \gamma) a lo largo de una
sola curva de desempeño del compresor. Por lo tanto, a medida que
disminuye la tasa de presión, aumenta de forma continua el flujo por
el compresor, lo que evita la vía de la línea A anteriormente
discutida.
En la Figura 1, el compresor refrigerante 12
puede ser un solo compresor refrigerante para comprimir una sola
corriente refrigerante, o puede ser uno de numerosos compresores
refrigerantes involucrados en la compresión de una o más corrientes
refrigerantes, y/o puede ser un compresor refrigerante con dos o más
entradas para la compresión de una o más corrientes refrigerantes en
diferentes presiones, opcionalmente en una única carcasa.
La Figura 2 representa otro circuito de
refrigeración 3 que incluye una zona de refrigeración 41. La zona de
refrigeración 41 puede incluir dos o más, como por ejemplo cuatro,
intercambiadores de calor independientes, o puede incluir un solo
intercambiador de calor que incluye la salida del refrigerante a
diferentes niveles de presión. Se trata de disposiciones bien
conocidas en el campo, y los ejemplos se representan en WO 01/44734
A2 y WO 2005/057110 A1.
La zona de refrigeración 41 puede servir para
eliminar el calor de la corriente, por ejemplo, una o más corrientes
de hidrocarburo 5 como ser una corriente de gas natural a
convertirse a líquido. Algunos ejemplos de métodos para convertir en
líquido el gas natural se mencionan en US 6 389 844 y US 6.370.910
B1 que se incluyen en la presente como referencia. En estos
documentos patente, se describe una planta para convertir en líquido
el gas natural, la planta incluye un intercambiador de calor de
enfriamiento previo con una entrada para el gas natural y una salida
para el gas natural enfriado, y un circuito refrigerante enfriado
previamente para remover calor del gas natural en el intercambiador
de calor enfriado previamente.
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La zona de refrigeración 41 puede ser
equivalente al intercambiador de calor 21 que se representa en la
Figura 1 o parte del mismo. Por ejemplo, al enfriarse,
preferiblemente al convertirse en líquido, la corriente de
hidrocarburos 5 incluye dos o más etapas, como ser una primera etapa
para disminuir la temperatura de la corriente de hidrocarburos 5
debajo de 0ºC, y una segunda etapa para disminuir más la corriente
de hidrocarburos a una temperatura debajo de -90º o -100ºC, la zona
de refrigeración 41 podría actuar como enfriamiento para la primera
etapa.
El dispositivo y operación de la zona de
refrigeración 41 es bien conocido, se representa únicamente en forma
diagramático en la presente con fines clarificativos. La zona de
refrigeración posee una entrada 42 para la corriente refrigerante 60
en una presión de refrigeración. Puede haber más de una entrada.
En la disposición que se representa en la Figura
2, la zona de refrigeración 41 posee una primera, segunda, tercera y
cuarta salida 43, 44, 45, 46 respectivamente para un refrigerante
evaporado a diferentes niveles de presión, dentro de menor presión
desde la primera salida 43 hasta la cuarta salida 46. Por ejemplo,
la primera salida 43 pretende liberar el refrigerante gaseosa a un
nivel de presión elevado como primera corriente evaporada 70, la
segunda salida 44 para el refrigerante gaseoso liberado se encuentra
a presión elevada como segunda corriente evaporada 80, la tercera
salida 45 para el refrigerante gaseoso liberado a una presión del
medio como tercera corriente evaporada 90, y la cuarta salida 46
para el refrigerante gaseoso liberado a una menor presión como
cuarta corriente evaporada 100. La zona de refrigeración 41 puede
poseer otras salidas.
Cada corriente evaporada 70, 80, 90, 100 se pasa
a un tambor de succión correspondiente o a un separador de
gas/líquido como ser los tambores 48 a, 48 b, 48 c y 48 d desde los
cuales salen las respectivas corrientes gaseosas de cabecera 70 a,
80 a, 90 a, 100 a.
La cuarta corriente gaseosa compresora
knock-out 100 a pasa hacia un primer compresor
refrigerante 58 para proporcionar una corriente comprimida 100 b,
que se combina con la segunda corriente gaseosa
knock-out 80 a para ingresar al segundo compresor
refrigerante 56 para proporcionar una primera corriente comprimida
combinada 120. Los primeros y segundos compresores refrigerantes 58,
56 pueden ser compresores refrigerantes independientes, o pueden
encontrarse en una carcasa, con dos entradas y una o dos secciones
para ajustarse a los diferentes niveles de presión de la segunda y
cuarta corriente gaseosa knock-out 80 a, 100a.
Del mismo modo, la tercera corriente gaseosa
knock-out 90 a pasa hacia un tercer compresor
refrigerante 54, y esta corriente comprimida 90 b se combina con la
primera corriente gaseosa knock-out 70 a para pasar
a un cuarto compresor refrigerante 52 y proporcionar una segunda
corriente gaseosa combinada 52 y proporcionar una segunda corriente
gaseosa combinada 110. Tal como se mencionó anteriormente, los
terceros y cuartos compresores refrigerantes 54, 52 pueden ser
compresores refrigerantes independientes, o pueden encontrarse en
una carcasa con dos entradas y secciones diferentes para ajustarse a
las presiones diferentes de las primeras y terceras corrientes
gaseosas knock-out 70 a, 90 a.
Cada compresor refrigerante (12, 52, 54, 56, 58)
puede incluir una corriente de recirculación de vapor (30) o una
fracción de corriente de recirculación de vapor (150
a-d). Del mismo modo, cada uno del o los compresores
refrigerantes puede incluir una línea de recirculación de vapor y al
menos una línea de recirculación parcialmente líquida en torno a
cada compresor refrigerante.
La disposición de la zona de refrigeración 41,
las salidas y las corrientes gaseosas a partir de la misma, y los
compresores refrigerantes 52 a 58, son conocidos en el campo, y se
representan y describen en el ejemplo WO 01/44734 A2.
La primera y segunda corriente comprimida
combinada 110, 120 se combinan para formar una corriente comprimida
global 130, la cual se enfría con un primer dispositivo de
enfriamiento 62 como ser agua del ambiente y/o aire más frío que el
conocido en el campo. El primer dispositivo de enfriamiento 62 puede
incluir uno o más dispositivos de enfriamiento en paralelo, en serie
o ambos, y proporcionan una corriente comprimida enfriada 140.
Del mismo modo que se describe anteriormente
para las disposiciones que se representan en la Figura 1, la
corriente comprimida enfriada 140 puede dividirse entre una primera
corriente continua 160 y una corriente de recirculación de vapor 150
con el uso de un separador de corrientes 72. La corriente de
recirculación de vapor 150 puede dividirse en cuatro fracciones de
corriente de recirculación independientes 150 a, 150b, 150c, 150d
para pasar por válvulas de control respectivas independientes y
combinarlas con las corrientes refrigerantes evaporadas 70, 80, 90 y
100, respectivamente.
La primera corriente continua 160 se enfría y se
condensa en su totalidad, por ejemplo, con un segundo enfriador 64
con uno o más dispositivos de enfriamiento como ser agua y/o
enfriadores, que proporcionan una primera corriente continua 170. El
enfriamiento proporcionado por el segundo enfriador 64,
preferiblemente condensa totalmente la primera corriente continua
170. La primera corriente continua enfriada 170 pasa a un acumulador
66, el cual puede ser una unidad separada, o un divisor simple de la
primera corriente continua enfriada 170.
El acumulador 66 proporciona una segunda
corriente liquida continua 190 la cual puede continuar enfriándose
con un tercer enfriador 68, que es uno o más enfriadores como ser
agua y/o aire, para proporcionar una corriente liquida generalmente
reconstituida o reformada para el pasaje por la válvula 77 y el
retorno y uso como corriente 60 en la zona de refrigeración 41.
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El acumulador 66 también proporciona una fuente
adecuada de una segunda corriente de recirculación generalmente
liquida 180, que es más fría que la corriente de recirculación
primera 150. Por lo tanto, la segunda corriente de recirculación 180
puede actuar como fuente de una corriente fría 32 como se representa
en la Figura 1. Similar a la primera corriente de recirculación 150,
la segunda corriente de recirculación 180 puede dividirse en un
número de corrientes de fracción, como ser las cuatro corrientes de
fracción 180 a, 180 b, 180 c, 180 d que se representan en la Figura
2, para pasar por las respectivas válvulas de control de flujo y
pueden combinarse, respectivamente, con las cuatro fracciones de
corriente de recirculación de vapor 150 a, 150 b, 150 c, y 150 d
antes de los tambores knock-out 48
a-d. Las corrientes de fracción más frías 180
a-d (que son liquidas en la disposición que se
representa en la Figura 2, pero de dos fases o incluso gaseosas en
las otras disposiciones) se vaporizan en contacto y combinación con
las fracciones de recirculación de vapor más cálido
150a-d, por ejemplo, por inyección directa en
fracciones de recirculación de vapor más cálidas 150
a-d, reduciéndose así las temperaturas de las
corrientes combinadas antes de los compresores refrigerantes
relevantes 52-58.
El flujo y la temperatura de la segunda
corriente de recirculación 180 y las cuatro corrientes de fracción
180 a, 180 b, 180 c, 180 d pueden controlarse regulando el flujo
desde el acumulador 66 y/o regulando las válvulas a través de las
cuales las cuatro corrientes de fracción 180 a, 180 b, 180 c, 180 d,
pasan antes de combinarse con las fracciones de corriente de
recirculación 150 a, 150 b, 150 c y 150 d. Estas son acciones de
simple regulación, como para influir en la temperatura de diversas
corrientes combinadas.
De esta manera, la segunda corriente de
recirculación 180 proporciona una corriente de recirculación con
temperatura más baja que la primera corriente de recirculación 150,
de manera tal que su combinación puede utilizarse para ajustar la
temperatura de las corrientes refrigerantes combinadas 70 a, 80 a,
90 a y 100 a antes de la entrada de las corrientes combinadas en los
compresores refrigerantes 52-58.
Por lo tanto, el mantenimiento de las
temperaturas de entrada de al menos el primer y tercer compresor
refrigerante 58, 54, rotulado en la Figura 2 como temperaturas de
entrada T2, T3 respectivamente, puede mantenerse preferiblemente
dentro de \pm5ºC de la temperatura de operación normal. La
operación de la temperatura y el flujo del vapor y de la segunda
corriente de recirculación 150 y 180, así como las válvulas para
cada una de las fracciones de las corrientes antes de su combinación
con la corriente refrigerante evaporada 70-100,
puede proporcionar la sutileza necesaria para la operación óptima de
los compresores refrigerantes, 52-58 y sus
temperaturas de entrada T2 y T3.
Si se desea o si es necesario, las temperaturas
de entrada antes de los cuartos y segundos compresores refrigerantes
52, 56 pueden mantenerse al valor de temperatura de operación normal
o próximo a dicho valor, incluido el control de las corrientes 70 a,
80 a y su combinación con las corrientes comprimidas 90 b y 100
b.
La figura 3 muestra el segundo circuito de
refrigeración 4 similar al primer circuito de refrigeración 3
representado en la Figura 2. Sin embargo, en el segundo circuito de
refrigeración 4, la segunda corriente refrigerante evaporada 80 a se
combina con la segunda corriente comprimida 90 b antes del pasaje de
la corriente combinada en el cuarto compresor refrigerante 52. Entre
tanto, la primera corriente evaporada gaseosa 70 a se combina con la
primera corriente comprimida 100 b para la entrada en el tercer
compresor refrigerante 56. Esta disposición de corrientes
refrigerantes evaporadas y compresores refrigerantes desde la zona
de refrigeración se representa en la patente WO 2005/057110 A1.
En una disposición similar a la que se
representa en la Figura 2, se combinan las dos corrientes
comprimidas combinadas 110 a, 120 a como una corriente comprimida
global 130, primero se enfría, y una corriente de recirculación de
vapor 150 que se agrega y divide en cuatro corrientes de fracción
para combinar con cada una de las corrientes refrigerantes
evaporadas 70-100. La primera corriente continua 160
se enfría con un segundo enfriador 64, y se pasa al acumulador 66,
en el que se agrega una segunda corriente de recirculación 180, y
subsiguientemente se divide en cuatro fracciones 180
a-d por adición a las fracciones de corriente de
recirculación de vapor respectiva 150 a, 150 b, 150 c y 150d como se
describió anteriormente en la presente.
Nuevamente, la operación de la temperatura y el
flujo del vapor y de la segunda corriente de recirculación 150 y
180, así como las válvulas para cada una de las fracciones de las
corrientes antes de su combinación con la corriente refrigerante
evaporada 70-100, puede proporcionar la sutileza
necesaria para la operación óptima de los compresores refrigerantes,
52-58 en la disposición representada en la Figura 3
para mantener sus temperaturas de entrada T2 y T3 a su temperatura
de operación normal o próxima a la misma.
En las disposiciones representadas en las Figura
s2 y 3, existen otras corrientes de recirculación, y/o divisiones
diferentes de cada corriente de recirculación, para optimizar el
ajuste de la temperatura de las corrientes refrigerantes gaseosas
que ingresan en cada compresor refrigerante, o cada sección de los
compresores refrigerantes, de manera tal como para mantener la
temperatura de entrada de al menos uno de los compresores
refrigerantes en su temperatura de operación o próxima a la
misma.
La Tabla 1 muestra la comparación de diversos
flujos en un circuito de refrigeración, en primer lugar como
circuito de invención anterior en base a la disposición que se
representa en la Figura 2 en la presente pero únicamente con
recirculación de vapor, y en segundo lugar, un ejemplo de la
disposición del circuito de refrigeración de la presente invención
representado en la Figura 2 utilizando una segunda corriente de
recirculación 180.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La Tabla 1 representa reducciones significativas
en las temperaturas de las corrientes de cabecera de tambor de
succión 70 a, 80 a, 90 a, 100 a (que son corrientes de gas compresor
completas o posteriores para los compresores refrigerantes
52-58), cuando dichas corrientes incluyen la
combinación con la fracción 180a-d de la segunda
corriente de recirculación más fría 180. Las temperaturas reducidas
mantienen las corrientes combinadas 70 a, 80 a, 90 a, 100 a (y
también la combinación de las corrientes 90 b + 70 a y 100 b + 80
a), a las temperaturas de operación normales, o próximas a normales
de los compresores refrigerantes 52-58.
Los métodos y dispositivos descritos en la
presente pueden utilizarse para evitar el oleaje en uno o más
compresores refrigerantes.
Los conocedores del tema entenderán que la
presente invención puede modificarse de diversas maneras sin
apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (19)
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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).
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201090011A ES2354105B2 (es) | 2007-10-17 | 2008-10-15 | Metodo y dispositivo para controlar un compresor refrigerante, y el uso del mismo en un metodo de enfriamiento de una corriente de hidrocarburos. |
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| EP07118711 | 2007-10-17 | ||
| ES201090011A ES2354105B2 (es) | 2007-10-17 | 2008-10-15 | Metodo y dispositivo para controlar un compresor refrigerante, y el uso del mismo en un metodo de enfriamiento de una corriente de hidrocarburos. |
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| ES2354105B2 true ES2354105B2 (es) | 2011-10-10 |
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| US5347467A (en) * | 1992-06-22 | 1994-09-13 | Compressor Controls Corporation | Load sharing method and apparatus for controlling a main gas parameter of a compressor station with multiple dynamic compressors |
| CN100429407C (zh) * | 2002-08-06 | 2008-10-29 | 约克国际公司 | 用于并行操作的离心式压缩机的稳定性控制系统和方法 |
| US6962060B2 (en) * | 2003-12-10 | 2005-11-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Refrigeration compression system with multiple inlet streams |
| JP2010516994A (ja) * | 2007-01-25 | 2010-05-20 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ | 炭化水素流の冷却方法及び装置 |
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| ES2354105A1 (es) | 2011-03-10 |
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