ITMI20091235A1 - Unita' di compressione ad alta pressione per fluidi di processo di impianti industriali e relativo metodo di funzionamento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo tecnico

La presente invenzione si riferisce ad un’unità di compressione ad alta pressione, utilizzabile di preferenza ma non esclusivamente negli impiant i di reiniezione di gas acidi o meno, ed un relat ivo metodo di compressione per un fluido di processo.

Stato della tecnica

Come à ̈ noto, un compressore à ̈ una macchina in grado di innalzare la pressione di un fluido comprimibile (gas) mediante l’impiego di energia meccanica. Tra i vari t ipi di compressori utilizzat i negli impiant i di processo in campo industriale si annoverano i compressori cosiddetti centrifughi, nei quali l’energia al gas viene fornita sotto forma di accelerazione centrifuga dovuta alla rotazione, generalmente comandata da un driver (motore elettrico o turbina a vapore), di un organo denominato rotore o girante.

I compressori centrifughi possono essere provvist i di un solo rotore, nella configurazione cosiddetta a singolo stadio, oppure di più girant i disposte in serie, prendendo in tal caso il nome di compressori mult istadio. Più precisamente, ciascuno degli stadi di un compressore centrifugo à ̈ di norma composto da un condotto di aspirazione per il gas da comprimere, da una girante, che à ̈ in grado di fornire energia cinet ica al gas, e da un diffusore, il cui compito à ̈ quello di convertire l’energia cinet ica del gas in uscita dalla girante in energia di pressione.

Per reiniezione di gas si intende normalmente la reintroduzione di gas naturale o inerte all’interno di giacimenti sotterranei di idrocarburi, t ipicamente contenenti sia tale gas che petrolio liquido, al fine di aumentare la pressione all’interno del giacimento stesso migliorando le capacità di estrazione del greggio e quindi il rendimento del pozzo. In aggiunta, la reiniezione del gas, specie se acido, all’interno del giacimento può contribuire alla riduzione dell’impatto ambientale, che altrimenti si verificherebbe in presenza della necessità di smalt ire i residui del trattamento del gas.

Per “idrocarburi†si intende tutti quei composti organici che contengono atomi di carbonio e di idrogeno.

In breve, negli idrocarburi gli atomi di carbonio (C) sono legat i tra loro a formare lo scheletro della molecola, mentre gli idrogeni (H) sporgono da questo scheletro. Ad oggi sono stati classificat i oltre 130mila tipi di idrocarburi. L'idrocarburo più semplice à ̈ il metano di formula CH4. Aumentando il numero di atomi di carbonio si ottiene l'etano, di formula C2H6, l'etene (o etilene), C2H4 e l'et ino, C2H2. In particolare, il petrolio à ̈ composto da una miscela di var i idrocarburi, in prevalenza alcani, ma con variazioni nell'aspetto, nella composizione e nelle proprietà fisico chimiche. Gli idrocarburi si presentano in natura sotto varie forme ed in miscele con altri gas di scarso interesse e di difficile smalt imento.

Negli impiant i di compressione che effettuano la reiniezione di gas, sempre più diffusi nel settore petrolifero e degli idrocarburi, à ̈ necessario poter disporre di unità di compressione capaci di operare ad elevate pressioni, ad oggi quantificabili oltre i 100 bar fino a circa 300 bar. Inoltre, si prevede che le future applicazioni richiedano unità di compressione con prestazioni superiori, in grado di comprimere il gas a pressioni anche superiori a 500 bar.

Per portare il fluido in pressione senza condensati à ̈ possibile comprimerlo limitando o eliminando l’interrefrigerazione con conseguente riduzione dell’efficienza della stessa compressione. E’ altresì possibile, raggiunta la condizione crit ica del fluido mediante compressione, condensarlo tramite raffreddamento e continuare la compressione tramite una pompa disposta esternamente rispetto alla stessa unità di compressione.

Uno svantaggio delle tradizionali unità di compressione ad alta pressione à ̈ dato dal fatto che risultano tecnicamente difficili da progettare a causa di varie problematiche di natura meccanica e fluidodinamica che si verificano all’aumentare della massima pressione di mandata. Esempio di tali difficoltà tecniche sono: la complicazione del sistema di tenute verso l’esterno ed il rendimento fluidodinamico o altro.

Un altro svantaggio à ̈ che alle unità di compressione viene richiesto sempre più di operare a pressioni ben superiori alla pressione crit ica per il fluido di processo, comportando l’aggravio dei suddetti problemi tecnici. Inoltre, la compressione di un fluido supercrit ico ad alta temperatura, comporta la riduzione dell’efficienza del compressore.

Un ulteriore svantaggio à ̈ che, nel caso in cui si ut ilizzi una comune pompa disposta esternamente rispetto all’unità di compressione, sebbene tale ut ilizzo non contribuisca ad aumentare in maniera significat iva il costo dell’impianto, risulta elevato il rischio che si verifichino perdite di gas nell’atmosfera, particolarmente crit iche in presenza di gas acidi.

Infatti, l’utilizzo di una pompa collegata meccanicamente all’unità di compressione per mezzo di un asse passante all’esterno, pur riducendo in alcuni casi la complessità meccanica della macchina (à ̈ possibile ut ilizzare un solo motore per attivare il compressore e la pompa), comporta il rischio notevole di perdite di gas dalle tenute dinamiche esterne che devono essere previste sull’albero di collegamento tra l’unità e la pompa.

Queste tenute dinamiche esterne risultano pertanto particolarmente crit iche in presenza di fluidi acidi, aumentando i costi di progettazione e di manutenzione dell’unità per garantire la necessaria sicurezza.

Ancora un ulteriore svantaggio à ̈ dato dal fatto che le macchine tradizionali risultano imgombrant i e pesant i e pertanto risultano relativamente costose nel trasporto, nell’installazione ed in particolare per applicazioni marine o sottomarine dove il peso à ̈ importante, come per esempio in piattaforme, in “Float ing Storage and Offloading unit†(unità operanti su ancoraggio in mare aperto per lo stoccaggio del petrolio dopo l'estrazione da un campo marino), in pozzi sottomarini o altro ancora.

Attualmente quindi, nonostante gli sviluppi della tecnologia, risulta problemat ico ed à ̈ sent ita la necessità di realizzare una unità di compressione ad alta pressione per fluidi, in specie gas acidi o pericolosi ma non solo, più performante ed economicamente sostenibile sia nella realizzazione sia nella manutenzione e che allo stesso tempo garantisca una diminuzione del rischio di perdite verso l’ambiente esterno.

Scopi e sommario dell’invenzione

Uno scopo generale della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un’unità di compressione ad alta pressione utilizzabile in impiant i industriali che sia in grado di superare almeno in parte i sopraccitati problemi della tecnica nota.

In particolare, à ̈ uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un’unità di compressione ad alta pressione in grado di operare in maniera efficiente anche a pressioni ben superiori ai 100 bar.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un’unità di compressione ad alta pressione in grado di eliminare, o quantomeno di ridurre, la possibilità che si verifichino fuoriuscite di gas nell’atmosfera, particolarmente dannose per l’ambiente in presenza di gas acidi.

Questi scopi secondo la presente invenzione vengono raggiunt i realizzando un’unità di compressione ad alta pressione per impianti industriali come esposto nella rivendicazione 1 e con un metodo di compressione come da rivendicazione 15.

Aspetti vantaggiosi della presente invenzione sono esposti nelle rivendicazioni dipendenti.

Forma oggetto dell’invenzione una unità di compressione integrata ad alta pressione per un fluido di processo comprendente almeno i seguent i disposit ivi: un primo dispositivo di compressione atto a comprimere il fluido di processo da uno stato termodinamico sostanzialmente gassoso in ingresso fino ad uno stato termodinamico intermedio; un secondo dispositivo di compressione collegato meccanicamente al primo disposit ivo di compressione ed atto a comprimere il fluido di processo da detto stato termodinamico intermedio fino ad uno stato termodinamico finale ed una unica cassa o involucro in pressione (chiamato anche “pressure casing†o “pressure boundary†) in cui sono alloggiat i almeno il primo e secondo dispositivo di compressione meccanicamente accoppiat i tra loro.

In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa dell’invenzione, nella cassa à ̈ alloggiato anche il dispositivo motore, direttamente accoppiato al primo e al secondo disposit ivo di compressione, in modo da realizzare una unità di compressione particolarmente compatta.

Per “primo disposit ivo di compressione†si intende vantaggiosamente e preferibilmente un qualsiasi disposit ivo atto a comprimere il gas in ingresso fino allo stato termodinamico intermedio, come ad esempio con un compressore centrifugo mult istadio od altro ancora.

Per “secondo dispositivo di compressione†si intende altresì vantaggiosamente e preferibilmente un qualsiasi disposit ivo atto a comprimere il fluido in ingresso dallo stato termodinamico intermedio fino allo stato termodinamico finale.

In particolare, il fluido nello stato termodinamico intermedio può essere allo stato di liquido oppure allo stato supercrit ico; nel primo caso (allo stato liquido) il secondo dispositivo può essere realizzato con una pompa centrifuga mult istadio, nel secondo caso (allo stato supercrit ico) il secondo disposit ivo può essere realizzato con un compressore o pompa centrifuga mult istadio o altro ancora, vedi descrizione più sotto.

Vantaggiosamente, il fluido di processo in ingresso può essere una miscela di gas different i, eventualmente presentante impurità liquide o solide, come per esempio miscele di gas acidi (in impiant i di reiniezione per pozzi petroliferi), di idrocarburi (in impianti petrolchimici), di gas naturali (in impiant i di gassificazione) oppure miscele contenent i biossido di carbonio (CO2) o altro ancora.

Nella forma di realizzazione preferita dell’invenzione, l’unità di compressione à ̈ realizzata in modo tale che la suddetta cassa in pressione comprenda tenute meccaniche solo di t ipo statico sul suo lato esterno; in altre parole, la suddetta cassa comprende “tenute statiche esterne†o “guarnizioni verso l’estero†senza “tenute dinamiche esterne†, cioà ̈ evitando di prevedere rotori che si protendono dall’interno della cassa verso l’esterno.

In questo caso pertanto la cassa in pressione viene preferibilmente realizzata per mezzo di uno o più gusci connessi a tenuta tra loro per mezzo delle suddette “tenute statiche esterne†ed eventualmente racchiusa da una o più ulteriori casse esterne, in funzione di particolari esigenze costruttive o di installazione.

Per “tenute dinamiche†si intende un qualsiasi tipo di tenuta meccanica che serve ad isolare due ambient i tra i quali vi sia un organo ruotante, agendo sull’organo stesso in modo da prevenire almeno in parte trafilamenti di liquidi o gas.

La “tenuta dinamica esterna†à ̈ quella tenuta che si affaccia verso l’esterno di una macchina (lato ambiente) atta a prevenire trafilamenti di fluido di processo verso l’esterno dagli organi ruotanti che si protendono verso l’ambiente.

La “tenuta dinamica interna†à ̈ quella tenuta posizionata all’interno di una macchina (lato processo) che serve per prevenire trafilament i all’interno di compartimenti della stessa macchina.

Per “tenuta statica†si intende un qualsiasi tipo di tenuta meccanica tra due superfici fisse atta ad isolare due ambient i per evitare trafilamenti di gas o fluido.

Anche la tenuta statica può essere classificata in “tenuta statica esterna†cioà ̈ che si affaccia verso l’esterno (lato ambiente) oppure in “tenuta statica interna†, cioà ̈ posizionata all’interno di una macchina (lato processo).

Tali tenute, sia statiche sia dinamiche, possono in ogni caso essere formate da una serie di componenti e da innumerevoli t ipologie di materiali - come noto ai tecnici del settore - per esempio con elastomeri, metalli o altro ancora.

Questa cassa in pressione (formata da uno o più gusci connessi a tenuta tra loro) presenta almeno una apertura di ingresso, una apertura di uscita ed eventuali aperture di servizio laterali in collegamento di fluido con un percorso interno per il fluido di processo; ulteriori aperture nella cassa sono previste per i sistemi elettronici/elettrici di gest ione e controllo.

E’ da notare che la cassa in pressione può essere realizzata con un solo guscio, in questo caso può essere prevista una sezione di ingresso radiale o assiale (chiusa da un portello presentante una tenuta statica esterna) necessaria per inserire i dispositivi all’interno del guscio.

Il secondo dispositivo di compressione secondo l’invenzione à ̈ preferibilmente atto a lavorare alla stessa velocità di rotazione del primo disposit ivo senza riduttori di velocità, in modo da evitare la necessità di circuit i di lubrificazione per i riduttori semplificando ulteriormente la costruzione e la manutenzione dell’unità.

Non à ̈ comunque da escludere che possa essere previsto un riduttore o variatore di velocità tra il primo ed il secondo disposit ivo di compressione in modo da regolare indipendentemente la velocità di rotazione del secondo rispetto al primo disposit ivo.

Vantaggiose forme di realizzazione dell’invenzione prevedono che il primo ed il secondo disposit ivo di compressione siano azionat i da un asse di azionamento per mezzo di uno stesso rotore, ottenendo un ulteriore compattamento della macchina, oppure per mezzo di più rotori accoppiat i assialmente per mezzo di rispettivi giunt i meccanici.

In quest’ult imo caso, questi giunti meccanici possono essere di tipo flessibile o rigido, come per esempio un giunto ad accoppiamento diretto oppure a dentatura frontale oppure magnet ico o altro ancora. Lungo il percorso di processo tra il primo ed il secondo disposit ivo di compressione può essere previsto almeno un disposit ivo di raffreddamento esterno per il fluido in modo da aumentare il rendimento della macchina nel suo complesso. Inoltre, à ̈ possibile prevedere ulteriori disposit ivi di raffreddamento esterni tra almeno alcuni degli stadi intermedi del primo e/o del secondo disposit ivo di compressione, per aumentare ulteriormente il rendimento della macchina.

In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, à ̈ prevista almeno una apertura di passaggio per l’asse di azionamento disposta tra il secondo disposit ivo di compressione ed uno degli altri disposit ivi dell’unità.

Questa apertura di passaggio può avere una forma ed una dimensione qualsiasi in funzione della particolare applicazione, come per esempio può essere a sezione costante oppure variabile, può essere di forma sostanzialmente cilindrica e circa coassiale rispetto al rotore o altro ancora.

In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, questa apertura di passaggio à ̈ disposta tra il secondo disposit ivo di compressione ed il lato di alta pressione del primo disposit ivo di compressione in modo da minimizzare l'onere dei sistemi di tenuta tra i due dispositivi ed allo stesso tempo ridurre la complessità meccanica dell’unità.

In un’altra forma di attuazione vantaggiosa, almeno una prima tenuta dinamica interna agente sul rotore dell’asse di azionamento à ̈ installata entro tale apertura, in modo da impendire almeno in parte il passaggio di fluido di processo da un disposit ivo all’altro.

Forme di attuazione preferibili dell’invenzione, prevedono che tale prima tenuta interna non fornisca un elevato grado di isolamento fluidodinamico tra i disposit ivi che si affacciano sull’apertura di passaggio.

Secondo ulteriori forme di realizzazione dell’invenzione, à ̈ altresì possibile prevedere una perdita o trafilamento calibrato della prima tenuta dinamica interna utile al funzionamento della stessa unità oppure, in alternativa, la sua eliminazione, vedi descrizione più sotto.

La prima tenuta dinamica interna risulta pertanto - quando prevista -particolarmente semplice ed economica nella progettazione, installazione e manutenzione poiché non deve garant ire un elevato isolamento.

Secondo un’altra forma di attuazione vantaggiosa dell’invenzione, almeno uno degli eventuali giunti meccanici per il rotore dell’asse di azionamento viene previsto nell’apertura di passaggio in modo da minimizzare le perdite per laminazione.

Secondo un’altra forma di attuazione vantaggiosa dell’invenzione, almeno un primo cuscinetto meccanico di supporto per il rotore dell’asse di azionamento à ̈ previsto entro tale apertura di passaggio in modo da ottimizzare la rotordinamica, la distribuzione del carico statico e dinamico, la forza trasmessa ai supporti della macchina, in particolare in funzione della lunghezza dell’asse di azionamento, del peso e delle dimensioni del rotore.

Questo primo cuscinetto può essere di un t ipo tradizionale, per esempio di tipo magnet ico oppure a sostentamento idrostatico od altro ancora.

Non à ̈ da escludere di poter evitare l’installazione di questo primo cuscinetto all’interno dell’apertura, qualora non fosse necessario per il supporto del rotore ed il bilanciamento meccanico o rotordinamico dell’unità, ad esempio nelle configurazioni in cui la lunghezza assiale del rotore à ̈ sufficientemente ridotta, vedi descrizione più sotto.

In definit iva, nell’apertura di passaggio possono essere previsti uno o più dei suddetti component i (la prima tenuta, il primo cuscinetto, il giunto) anche in combinazione tra loro.

Ulteriori cuscinetti meccanici di supporto sono previsti in numero e posizioni different i sul rotore dell’asse di azionamento a seconda delle particolari esigenze costruttive.

Tutti i suddetti cuscinetti meccanici possono essere di un tipo sostanzialmente tradizionale, preferibilmente di un tipo che non richiede lubridificazione, come per esempio cuscinetti di t ipo magnetico oppure a sostentamento idrostatico od altro ancora.

In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, viene previsto almeno un sistema di raffreddamento atto a raffreddare i suddetti cuscinetti meccanici per mezzo del fluido di processo, in modo da semplificare la complessità meccanica dell’impianto e diminuire sensibilmente i costi di installazione e manutenzione, a fronte di una piccola perdita di rendimento dovuta alla quant ità di fluido utilizzata per questo reffreddamento.

In particolare, l’unità secondo la presente invenzione può comprendere un sistema di protezione delle parti meccaniche crit iche (ad esempio le parti elettriche come gli avvolgiment i del motore e degli eventuali cuscinetti magnet ici) realizzato per mezzo di note barriere protettive, nel caso in cui il fluido di processo contenga agent i corrosivi o erosivi capaci di degradarle in un tempo molto rapido.

Non à ̈ chiaramente da escludere di poter utilizzare un fluido di raffreddamento diverso dal fluido di processo; in questo caso deve essere previsto un circuito di raffreddamento apposito, aumentando sensibilmente la complessità ed i costi dell’unità.

Il suddetto sistema di raffreddamento può essere realizzato con almeno un circuito fluidodinamico di raffreddamento di t ipo chiuso, atto cioe’ a rimettere in circolo nella unita’ il fluido di processo dopo il raffreddamento di detti uno o piu’ cuscinetti meccanici di supporto.

In particolare, l’eventuale posizionamento del primo cuscinetto nell’apertura di passaggio, pur presentando i suddetti vantaggi, può presentare difficoltà per il suo raffreddamento in funzione della particolare configurazione dell’unità, in specie qualora questo cuscinetto sia invest ito almeno parzialmente dal fluido di processo ad elevata temperatura, superiore alla temperatura di raffreddamento. Per cercare di superare tali difficoltà ed allo stesso tempo ottimizzare il raffreddamento nonchà ̈ diminuire la complessità meccanica dell’unità, à ̈ stato studiato un primo circuito fluidodinamico di raffreddamento per questo primo cuscinetto in funzione di different i configurazioni ed esigenze di utilizzo, come ad esempio delle condizioni del flusso di fluido di processo nell’apertura di passaggio in funzione dell’eventuale tenuta ivi presente o altro ancora.

Nella forma di attuazione preferibile dell’invenzione, il primo disposit ivo di compressione à ̈ un compressore centrifugo ad uno o più stadi, formati ciascuno da una girante centrifuga e da una relativa canalizzazione statorica, il dispositivo motore à ̈ un motore elettrico ed il secondo disposit ivo di compressione à ̈ una pompa o compressore centrifugo per liquidi o superfluidi ad uno o più stadi, anch’essi format i ciascuno da una girante centrifuga e da una relativa canalizzazione statorica.

In particolare, le giranti centrifughe del primo e del secondo disposit ivo di compressione sono preferibilmente associate sullo stesso rotore dell’asse di azionamento in modo da realizzare una unità di compressione particolarmente compatta.

Per “fluido supercrit ico†si intende un fluido che si trova in condizioni di temperatura superiore alla “temperatura crit ica†e pressione superiore alla “pressione critica†. In queste condizioni le proprietà del fluido sono in parte analoghe a quelle di un liquido (ad esempio la densità) ed in parte simili e quelle di un gas (ad esempio la viscosità), vedi descrizione più sotto in riferimento alla Fig.1B. Secondo un’altro aspetto, la presente invenzione riguarda un metodo per la compressione di un fluido di processo comprendente almeno le seguent i fasi:

- prevedere una unica cassa o involucro in pressione chiuso per mezzo di “tenute statiche esterne†, cioà ̈ senza “tenute dinamiche esterne†;

- disporre all’interno di detta unica cassa o recipiente in pressione almeno un primo disposit ivo di compressione atto a comprimere un fluido in ingresso da uno stato termodinamico sostanzialmente gassoso fino ad uno stato termodinamico intermedio; almeno un secondo disposit ivo di compressione collegato meccanicamente al primo dispositivo di compressione ed atto a comprimere il fluido di processo dallo stato termodinamico intermedio fino ad uno stato termodinamico finale ed almeno un dispositivo motore atto ad azionare i suddetti primo e secondo dispositivo per mezzo di uno stesso asse di azionamento;

- attivare il disposit ivo motore in modo da comprimere il fluido di processo fino allo stato termodinamico finale o di mandata. In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, la fase di attivazione prevede di attivare il primo disposit ivo di compressione per comprimere il fluido di processo fino allo stato termodinamico intermedio di tipo supercrit ico, e di attivare il secondo disposit ivo di compressione per comprimere ulteriormente questo fluido supercrit ico dallo stato termodinamico supercrit ico fino allo stato termodinamico di mandata finale.

Non à ̈ chiaramente da escludere che il fluido allo stato termodinamico intermedio possa essere allo stato liquido in funzione della particolare applicazione.

Ulteriori fasi intermedie posso essere previste per raffreddare il fluido di processo durante la compressione effettuata per mezzo del primo e/o secondo disposit ivo di compressione.

La suddetta fase di attivazione può altresì prevedere almeno una delle seguent i sottofasi iniziali:

- attivare un circuito di alimentazione esterno per riempire almeno parzialmente il secondo disposit ivo di comrpessione di un fluido di processo in condizioni termodinamiche simili a quello che vi verrà alimentato dal primo disposit ivo di compressione; successivamente attivare il primo dispositivo di compressione ed allo stesso tempo il secondo disposit ivo di compressione attraverso lo stesso asse di azionamento; oppure - attivare il secondo disposit ivo di compressione con un ritardo rispetto al primo disposit ivo di compressione in modo tale da riempire, almeno parzialmente, il secondo disposit ivo prima della sua attivazione; oppure

- attivare il primo ed il secondo dispositivo di compressione contemporaneamente tramite lo stesso asse di azionamento; in questo caso il secondo dispositivo gira a vuoto fino a che il fluido non arriva a riempirlo.

Un vantaggio di una unità di compressione secondo la presente invenzione à ̈ dato dal fatto che à ̈ in grado di operare in maniera efficiente ed efficace ad elevate pressioni, superando almeno in parte i problemi delle unità di compressione note.

In particolare, secondo una forma di attuazione preferibile, tale unità à ̈ in grado di comprimere il fluido di processo fino a pressioni ben superiori alla sua pressione crit ica con un elevato rendimento, poichà ̈ la compressione del fluido allo stato supercrit ico viene effettuata in gran parte per mezzo di una pompa centrifuga, che subisce una diminuzione di efficienza minore di quella che subisce il compressore centrifugo.

Un altro vantaggio à ̈ dato dal fatto che risulta diminuito enormemente il rischio che si verifichino perdite di gas nell’atmosfera (particolarmente critiche in presenza di gas acidi) poiché i sistemi di tenuta verso l’ambiente esterno risultano particolarmente efficaci ed efficient i; allo stesso tempo risulta altresì diminuita la necessità di manutenzione e ispezione periodica degli stessi sistemi di tenuta verso l’esterno, diminuiscono pertanto i costi sia di progettazione sia di manutenzione.

Un ulteriore vantaggio à ̈ che tale unità risulta estremamente versat ile, poiché à ̈ possibile prevedere innumerevoli configurazioni in funzione di different i impiant i, condizioni ambientali o tipo di fluido da lavorare, come ad esempio impianti nel deserto, sottomarini, di reiniezione di gas per pozzi petroliferi o altro ancora. In particolare, le configurazioni possibili possono essere realizzate tramite un differente posizionamento tra loro dei dispositivi di compressione e/o del motore, tramite un differente numero o posizionamento dei cuscinetti meccanici (ad esempio prevedendo o meno un primo cuscinetto di supporto nell’apertura di passaggio) od altro ancora.

Un altro vantaggio à ̈ che risulta comunque possibile l’equilibratura rotordinamica dell’unità secondo l’invenzione, che per questo tipo di macchine à ̈ un aspetto particolarmente crit ico, in funzione delle particolari esigenze di utilizzo, come ad esempio in funzione della massima potenza, delle condizioni del fluido all’aspirazione e/o alla mandata, del numero di giri od altro ancora.

Un ulteriore vantaggio à ̈ che à ̈ possibile comprimere una miscela di fluidi different i, quale ad esempio una miscela di gas acidi e/o sporchi, ottenendo un elevato rendimento di compressione e minimizzando i possibili inconvenient i.

Un vantaggio di una forma di attuazione particolare, nel caso in cui l’unità di compressione secondo l’invenzione sia utilizzata in un impianto per la reiniezione di gas acido in un pozzo di idrocarburi, risiede nel fatto che à ̈ possibile aumentare il rendimento del pozzo (cioà ̈ aumentare la quant ità di idrocarburi estratti) rispetto alla reiniezione con unità di compressione tradizionali, poichà ̈ à ̈ possibile re-iniettare il gas allo stato supercritico a pressioni molto elevate ed in maniera estremamente sicura.

In definit iva, l’unità di compressione secondo la presente invenzione risulta particolarmente performante e versatile ed allo stesso tempo più sicura per l’ambiente e gli ut ilizzatori.

Ulteriori vantaggiose caratterist iche e forme di realizzazione del metodo e del dispositivo secondo l’invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni dipendent i e verranno ulteriormente descritte nel seguito con riferimento ad alcuni esempi di attuazione non limitat ivi.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione può essere meglio compresa ed i suoi numerosi scopi e vantaggi risulteranno evident i agli esperti del ramo con riferimento ai disegni schematici allegati, che mostrano pratiche esemplificazioni non limitative del trovato stesso. Nei disegni:

Figura 1 à ̈ una vista schematica, in sezione longitudinale, di un esempio di realizzazione di un’unità di compressione ad alta pressione realizzata secondo la presente invenzione;

Figura 1B Ã ̈ un grafico schematico che mostra il diagramma di stato del biossido di carbonio CO2;

Figura 2 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di un componente dell’unità di compressione ad alta pressione secondo una forma di attuazione dell’invenzione;

Figura 3 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di un componente dell’unità di compressione ad alta pressione secondo un’altra forma di attuazione dell’invenzione;

Figura 4 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di un componente dell’unità di compressione ad alta pressione secondo una ulteriore forma di attuazione dell’invenzione; e Figure 5A a 5C mostrano in modo schematico configurazioni differenti per una unità di compressione secondo l’invenzione.

Descrizione dettagliata di alcune forme di attuazione preferite dell’invenzione

Nei disegni, nei quali ad uguali numeri corrispondono uguali parti in tutte le diverse figure, una unità di compressione ad alta pressione secondo una forma di attuazione dell’invenzione à ̈ indicata con 1 e comprende una unica cassa o involucro in pressione 3 al cui interno sono alloggiati almeno i seguenti:

- un primo dispositivo di compressione C atto a comprimere un fluido di processo F da uno stato termodinamico di ingresso o iniziale sostanzialmente gassoso (ad una pressione di ingresso Pi ed ad una temperatura di ingresso Ti, in funzione del t ipo di fluido e dell’applicazione particolare) fino ad uno stato termodinamico intermedio (ad una pressione intermedia P1 e ad una temperatura intermedia T1);

- un secondo disposit ivo di compressione P atto a comprimere il fluido F dallo stato termodinamico intermedio (a meno di eventuali perdite) fino ad uno stadio termodinamico finale (ad una pressione di uscita Pf e ad una temperatura di uscita Tf) e collegato meccanicamente al primo disposit ivo C lungo uno stesso asse di azionamento X1; e

- un disposit ivo motore M elettrico collegato meccanicamente lungo l’asse di azionamento X1 per azionare i disposit ivi di compressione C e P.

In particolare, la pressione di ingresso Pi può essere sostanzialmente bassa (circa 1 bar) che sostanzialmente alta (oltre 100 bar); corrispondentemente la pressione di uscita Pf può essere superiore ai 100 bar, o meglio fino a circa 500 bar od oltre. Le temperature Ti e Tf possono variare corrispondentemente in accordo con le equazioni di stato dello specifico fluido utilizzato, in funzione della relat iva applicazione o processo.

Nella forma di realizzazione ivi mostrata, il primo dispositivo di compressione C Ã ̈ un compressore centrifugo con sei stadi C1 a C6 (comprendenti ciascuno una girante centrifuga e una canalizzazione statorica) ed il dispositivo motore M Ã ̈ un motore elettrico del tipo sigillato ed interposto tra il secondo stadio C2 e il terzo stadio C3 del compressore C.

Configurazioni simili di una unità di compressione sono ad esempio descritte nelle domande di brevetto US-2007-196215 della stessa titolare e US-2008-275865 a nome General Electric.

E’ chiaro che il numero di stadi ed il loro posizionamento rispetto al motore M può variare in funzione di particolari esigenze di costruzione od utilizzo, vedi più sotto.

La cassa in pressione 3 à ̈ realizzata tramite una pluralità di gusci 3A, 3B, 3C, 3E e 3F chiusi a tenuta tra loro tramite tenute statiche esterne 2A a 2D e una pluralità di bulloni 4A a 4D, mostrati parzialmente in Fig.1.

E’ chiaro che il sistema di chiusura tramite i bulloni 4A-4D à ̈ ivi indicato a titolo esemplificat ivo, potendo essere di un qualsiasi altro tipo noto; inoltre, il numero e la disposizione dei bulloni 4A-4D e delle tenute 2A-2D dipende dal numero di gusci 3A-3F e dalla loro forma che possono variare in funzione di particolari esigenze costruttive.

E’ possibile inoltre prevedere un ulteriore cassa esterna di contenimento, non mostrata in figura per semplicità.

La cassa 3 presenta una apertura di ingresso 6A e una di uscita 6B per il fluido F nel guscio 3A e rispettivamente 3C ed aperture di servizio laterali 6C, 6F, 6G, 6H e 6M per il fluido F, vedi descrizione più sotto. Una ulteriore apertura 6L à ̈ prevista per i collegamenti elettrici/elettronici – non mostrati in Figura 1 per semplicità -necessari al funzionamento e al controllo della stessa unità 1.

Il secondo disposit ivo di compressione P ivi rappresentato à ̈ una pompa centrifuga a 6 stadi, vedi anche descrizione in riferimento alle Fig.2, Fig.3 e Fig.4, disposto a valle sul lato di alta pressione del compressore C.

Vantaggiosamente, il lato di aspirazione della pompa P à ̈ affiancato al lato di mandata (stadio di alta pressione) del compressore C all’interno della cassa 3 in modo da minimizzare l'onere dei sistemi di tenuta tra i due dispositivi ed allo stesso tempo ridurre la complessità meccanica dell’unità.

L’asse di azionamento X1 à ̈ realizzato - nella configurazione descritta - per mezzo di un primo rotore 7A associato al compressione C ed al motore M, e da un secondo rotore 7B associato alla pompa P; quest i rotori 7A e 7B sono accoppiati assialmente per mezzo di un giunto meccanico 9, vedi anche Fig.2; il motore M aziona direttamente pertanto sia il compressore C sia la pompa P. E’ chiaro che l’asse di azionamento X1 può essere realizzato con un numero differente di rotori, ad esempio un solo rotore oppure più di due, in funzione in funzione principalmente della loro lunghezza. In Fig.1 si nota inoltre una apertura di passaggio 10 – vedi anche descrizioni in riferimento alle Fig.2, Fig.3 e Fig.4 – tra il compressore C e la pompa P in cui à ̈ previsto il giunto 9 ed un primo cuscinetto di supporto 11A.

Questa apertura 10 presenta una forma circa cilindrica e coassiale con il rotore 7B, anche se non à ̈ chiaramente da escludere che l’apertura 10 possa essere realizzata con una differente forma e dimensione in funzione della particolare applicazione.

Sono inoltre previst i un secondo cuscinetto di supporto 11B per supportare l’estremità dell’asse di azionamento X1 dal lato della pompa P, un terzo ed un quarto cuscinetto di supporto 11C e rispettivamente 11D montati contrapposti rispetto al compressore C ed un quinto e sesto cuscinetto di supporto 11E e rispettivamente 11F montati contrapposti rispetto al motore M.

Vantaggiosamente, il quarto cuscinetto 11D à ̈ del t ipo reggispinta atto a contrastare almeno in parte le sollecitazioni assiali grazie ad un sistema di bilanciamento - non mostrato in figura per semplicità -che prevede di pressurizzare il lato opposto del cuscinetto rispetto al compressore C, come ad esempio descritto nelle domande di brevetto richiamate più sopra.

E’ da notare che nella configurazione dell’unita 1 ivi descritta, i cuscinetti di supporto 11A-11F sono previst i in modo tale da agevolare l’equilibratura ed il bilanciamento della macchina; à ̈ pertanto possibile prevedere different i configurazioni dell’unità in cui i cuscinetti sono in numero e/o in posizioni differenti in funzione della particolare applicazione.

Viene inoltre previsto un sistema di raffreddamento 21 di tipo chiuso per raffreddare quest i cuscinetti meccanici 11A-11F per mezzo del fluido di processo.

In particolare, il sistema 9 può comprendere almeno un circuito fluidodinamico di raffreddamento – non mostrato in Fig.1 per semplicità – atto a collegare fluidamente uno degli ult imi stadi C5 o C6 del compressore C con i cuscinetti 11B a 11D in modo da raffreddarli grazie allo stesso fluido di processo.

Viene altresì previsto un primo disposit ivo di raffreddamento 13 esterno per il fluido F collegato fluidamente in ingresso all’apertura di mandata 6G del compressore C ed in uscita all’apertura di aspirazione 6H della pompa P, in modo da raffreddare il fluido di processo in uscita dal compressore C prima del suo ingresso nella pompa P.

Possono inoltre essere previsti ulteriori disposit ivi di raffreddamento, indicat i schematicamente con 13A e 13B, collegat i fluidamente tra alcuni degli stadi C1-C2 e C4-C5 del compressore C per mezzo delle aperture di servizio laterali in ingresso e uscita 6C, 6E e rispettivamente 6D, 6F per effettuare raffreddament i successivi in modo da aumentare il grado di compressione del fluido.

E’ da notare che ciascuna apertura di servizio laterale 6A-6F, quando prevista, prevede una flangia di accoppiamento con tenute statiche esterne, non mostrate in Figura per semplicità.

In una forma di attuazione vantaggiosa dell’invenzione, viene inoltre previsto un circuito di alimentazione 16 esterno, indicato con linee tratteggiate in Fig.1, comprendente un serbatoio 16A collegato fluidamente tra la pompa P e l’eventuale primo raffreddatore 13 per mezzo di un condotto di collegamento 16B ed una valvola 16C a tre vie in modo da riempire almeno in parte la pompa P di un fluido alle stesse condizioni di quello che verrà alimentato dal compressione C durante l’avvio della macchina 1, vedi anche descrizione più sopra. In Fig.1B à ̈ mostrato il diagramma di stato per il biossido di carbonio (CO2) in cui in ascissa à ̈ riportata la temperatura in gradi Celsius ed in ordinata la pressione in bar.

In questo grafico si notano le quattro condizioni termodinamiche in cui il CO2 può trovarsi in funzione della temperatura-pressione: fluido gassoso (a condizioni ambiente), fluido liquido, solido oppure supercrit ico (ad elevata pressione e temperatura). Si notano altresì un primo punto triplo T1 in cui coesistono lo stato termodinamico gassoso FG, lo stato solido FS e quello liquido FL ed un punto crit ico T2 in cui coesistono lo stato termodinamico gassoso FG, lo stato liquido FL e quello di superfluido FSF. Il punto triplo à ̈ ad una temperatura di circa 210°C e pressione di circa 8 bar ed il punto crit ico T2 à ̈ ad una temperatura di circa 90°C ed una pressione di circa 300 bar.

E’ chiaro che questo diagramma per il CO2 à ̈ ivi riportato solo a titolo esemplificativo, questa unità potendo lavorare vantaggiosamente fluidi più aggressivi o pericolosi del CO2, come ad esempio H2S, N2 o altri ancora.

E’ da notare che si definisce, in generale, “compressore centrifugo†una macchina che lavora un fluido allo stato gassoso, “pompa centrifuga†una macchina che lavora un fluido liquido, mentre un fluido allo stato supercritico può essere lavorato sia da un compressore che da una pompa centrifuga. In specie, si può trovare la definizione di “pompa centrifuga per fluido supercrit ico†come una macchina che lavora un fluido supercritico presentante una bassa densità, mentre “compressore centrifugo per fluido supercritico†una macchina che lavora un fluido supercritico presentante una elevata densità.

In questa descrizione e nelle allegate rivendicazioni per “secondo disposit ivo di compressione†si intende altresì una macchina in grado di comprimere un fluido allo stato liquido oppure allo stato supercrit ico (come accennato più sopra), sia a bassa sia ad elevata densità, e che possiamo chiamare per semplicità con il termine generico di “pompa centrifuga†.Il funzionamento dell’unità 1 prevede di aspirare – vedi freccia F1, che indica il verso di scorrimento del fluido - dall’apertura di ingresso 6A il fluido di processo per effettuare una prima compressione nel primo stadio C1 del compressore C, quindi il fluido esce dall’apertura laterale 6B per scorrere all’interno del raffreddatore 13A per poi essere compresso nel secondo stadio C2 attraverso l’apertura 6C. Dal secondo stadio C2 il fluido scorre nell’apertura di uscita 6D e quindi nell’apertura di ingresso 6M, attraversa il motore M (raffreddando lo stesso motore M ed il cuscinetto 11F) ed arriva al terzo stadio C3; successivamente al quarto stadio C4 e quindi fuoriesce dall’apertura laterale 6E per scorrere all’interno del raffreddatore 13B e poi passare al quinto stadio C5 e successivamente al sesto stadio C6. Dal sesto stadio C6 il fluido esce attraverso l’apertura di mandata 6G per passare attraverso il raffreddatore 13, quindi viene alimentato alla pompa P attraverso l’apertura di aspirazione 6H. All’interno della pompa P il fluido viene elaborato secondo quando descritto in riferimento alle Figg.2 a 4, per uscire dall’apertura di uscita 6B.

La Fig.2 mostra una sezione ingrandita della pompa P di Fig.1 in cui si nota in particolare il guscio 3C ed il guscio laterale 3F della cassa 3 ed il secondo rotore 7B supportato dal primo cuscinetto 11A e dal secondo cuscinetto 11B (composti ciascuno da un cuscinetto magnetico e da un ulteriore cuscinetto di servizio). Questa pompa P à ̈ del tipo a sei stadi P1 a P6 (comprendent i ciascuno una girante centrifuga ed una canalizzazione statorica 15) in una configurazione che prevede i primi tre stadi formanti una parte di bassa pressione ed i successivi tre stadi una parte di alta pressione, per elevare la pressione P1 del fluido F fino alla pressione di uscita o mandata Pf. E’ chiaro che queta pompa P à ̈ descritta a solo a titolo esplicat ivo, potendo essere di un qualsiasi altro tipo o configurazione, come ad esempio una pompa alternat iva o altro ancora.

In questa Figura si nota inoltre l’apertura di passaggio 10 tra la pompa P ed il compressore C la quale prevede al suo interno, nella configuraziona ivi descritta, il giunto 9 ed il primo cuscinetto 11A. E’ chiaro che tale apertura di passaggio 10 può essere realizzata con forme e dimensioni differenti in funzione della particolare applicazione, vedi descrizione più sopra.

In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, vedi sempre Figura 2, viene prevista una prima tenuta 19 dinamica interna per il rotore 7A associata all’apertura 10 in prossimità del lato di mandata del compressore C atta ad impedire, almeno parzialmente, che il fluido passi dalla mandata del compressore C all’interno della stessa apertura 10.

Tale prima tenuta 19 può essere del t ipo a labirinto (chiamata anche “labirinth seal†), a nido d’ape (“honeycomb seal†), a tasche smorzate (“damper seal†) oppure a gas secco (“dry gas seal†) od altro ancora. E’ da notare che può essere previsto un trafilamento calibrato in tale tenuta 19; à ̈ altresì possibile eliminare questa tenuta 19, vedi descrizione più sotto.

Come accennato più sopra, il posizionamento del primo cuscinetto 11A nell’apertura di passaggio 10, pur presentando i suddetti vantaggi di equilibratura e bilanciamento rotordinamici, presenta difficoltà per il suo raffreddamento, poiché questo cuscinetto 11A può essere investito almeno parzialmente dal fluido di processo ad elevata temperatura proveniente dal lato di alta pressione del compressore C a causa del trafilamento della prima tenuta 19, la temperatura di questo fluido essendo superiore alla temperatura di raffreddamento necessaria al cuscinetto 11A.

In una prima forma di realizzazione, il sistema di raffreddamento 21 comprende almeno un primo circuito fluidodinamico 22 realizzato con condotti 22A, 22B o 22C – vedi sempre Fig.2 - atti a spillare, vedi freccia F2a, una parte del fluido di processo dal primo stadio P1, da uno stadio intermedio P2-P6 o rispettivamente dall’apertura di uscita 6B della pompa P.

La pressione degli spillament i di fluido à ̈ pertanto superiore e la temperatura à ̈ inferiore rispetto a quella di mandata del compressore C; in questo modo il fluido può raffreddare il cuscinetto 11A e immettersi nell’apertura 10 dalla quale può uscire attraverso la prima tenuta 19 sottoforma di trafilamento o perdita della stessa tenuta reimmettendosi nel flusso di mandata del compressore C. In una seconda forma di realizzazione, il sistema di raffreddamento 21 comprende almeno un secondo circuito fluidodinamico 23 –vedi Fig.3 – realizzato con primi condotti 23A atti a a spillare, vedi freccia F2b, una parte del fluido di processo dall’aspirazione 6G della pompa P e realizzat i sul supporto 15B del cuscinetto 11A e/o attraverso secondi condotti 23B realizzati tra il supporto 15B ed il rotore 7B.

Una prima o seconda canalizzazione di scarico 23D, 23E viene vantaggiosamente prevista per collegare fluidamente, vedi sempre freccia F2b, il cuscinetto 11A ed uno degli stadi C1 a C6 del compressore C o rispettivamente per collegare fluidamente l’apertura 9 ad uno degli stadi C1 a C6 del compressore C, in modo da direzionare il fluido di raffreddamento verso il compressore C.

In questo caso, l’eventuale tenuta 19 comporta una perdita o trafilamento dal compressore C verso la pompa P, il cui fluido può miscelarsi con il fluido di raffreddamento per essere aspirato dal compressore C attraverso la canalizzazione 23A o 23B.

In una terza forma di realizzazione, il sistema di raffreddamento 21 comprende almeno un terzo circuito fluidodinamico 24 – vedi Fig.4 – atto a raffreddare il cuscinetto 11A grazie ad una parte del fluido di processo proveniente, vedi freccia F2c, dalla mandata del compressore C tramite uno spillamento calibrato sulla prima tenuta 19 oppure, in alternativa, da un foro sull’apertura di passaggio 10, cioà ̈ eliminando la tenuta 19.

Vengono previst i inoltre opportuni condotti 24A sul supporto 15B del cuscinetto 11A e/o un spazio 24B realizzato attorno al rotore 7B per porre in collegamento fluido, vedi sempre freccia F2c, il cuscinetto 11A con il primo stadio P1 della pompa P, in questo modo il fluido di raffreddamento possa miscelarsi al fluido di processo a monte della pompa P.

In combinazione con questo terzo circuito fluidodinamico 24 possono essere previst i dispositivi di raffreddamento (non mostrati in figura per semplicità) tra il compressore C e la pompa P, o meglio nella apertura di passaggio 10, in modo da consentire di raffreddare almeno quella parte di fluido utilizzata per il raffreddamento fino ad una temperatura utile a raffreddare più efficacemente il cuscinetto 11A.

Per uno qualsiasi dei suddetti circuit i di raffreddamento à ̈ altresì possibile prevedere ulteriori sistemi di spinta – non mostrati in Figura per semplicità - per aumentare la pressione del fluido nella stessa apertura 10 in direzione opportuna, come ad esempio una superficie ad elica calettata sull’albero 7B oppure una forma sagomata ad ugello dell’apertura 10 o altro ancora.

Resta comunque inteso che i suddetti circuit i fluidodinamici di raffreddamento 22, 23 e 24 per il cuscinetto 11A non sono in nessun modo limitanti per l’invenzione, rappresentando solo forme di realizzazione esemplificat ive della stessa invenzione.

Ad esempio, à ̈ possibile prevedere un condotto – non mostrato in figura per semplicità – per spillare una parte di fluido di processo a monte della pompa P ed a valle del primo disposit ivo di raffreddamento 13 oppure un altro condotto atto a spillare il fluido di processo da uno stadio del compressore C, immetterlo in un raffreddatore, poi nel cuscinetto 11A e quindi reinviarlo al compressore C o altro ancora.

Per raffreddare il quarto cuscinetto 11D, il sistema di raffreddamento 21 può comprendere un quarto circuito fluidodinamico – non mostrato nelle Figure per semplicità - atto a spillare una parte del fluido da uno stadio P1-P6 della pompa P, inviarlo a questo cuscinetto 11D e poi ad uno stadio P2-P6 successivo della stessa pompa P.

per raffreddare gli altri cuscinetti 11B a 11F installati sull’unità 1, il sistema di raffreddamento 21 può altresì prevedere almeno un ulteriore circuito fluidodinamico – anch’esso non mostrato nelle Figure per semplicità - atto a spillare parte del fluido da uno stadio della pompa P e/o del compressore C, per alimentarlo a ciascun cuscinetto 11B-11F e poi re-immetterlo nel flusso di processo più vicino.

E’ chiaro che il sistema di raffreddamento 21 à ̈ ivi descritto a titolo esemplificat ivo, non essendo in alcun modo limitante per l’invenzione.

La Fig.5A mostra in modo schematico la configurazione dell’unità di compressione 1 delle precedenti Figure, in cui si nota in particolare il posizionamento dei cuscinetti 11A-11F.

Questa configurazione risulta particolarmente compatta ed al tempo stesso agevole per l’equilibratura rotordinamica, poiché garant isce un bilanciamento ottimale delle varie macchine (compressore C, pompa P e motore M).

La Fig.5B mostra un’altra configurazione della macchina simile a quelle precedent i ma in cui sono stati eliminat i gli stadi C3 a C6 del compressore C.

In questo caso, l’apertura 10, i cuscinetti 11A, 11B, 11C, 11D e 11F ed i sistemi di raffreddamento possono essere realizzati con una delle configurazioni descritte più sopra.

In questo modo si ottiene una unità di compressione ancora più compatta e robusta nella dinamica.

La Fig.5C mostra una unità di compressione secondo un’altra configurazione dell’invenzione simile a quelle precedent i ma in cui sono stati eliminati i primi due stadi C1, C2 del compressore C ottenendo, anche in questo caso, una unità particolarmente compatta e robusta.

L’apertura 10, i cuscinetti 11A, 11B, 11D, 11E e 11F ed i sistemi di raffreddamento possono essere realizzati con una delle configurazioni descritte più sopra; in particolare, il motore M ed il cuscinetto 11F possono essere raffreddati prevedendo opportuni spillamenti a valle.

E’ chiaro che le suddette configurazioni non sono limitative per l’invenzione, potendo essere previste innumerevoli configurazioni in funzione delle condizioni operative (pressione e temperatura del fluido o altro) e/o della velocità di rotazione necessari per una particolare applicazione.

Ad esempio, Ã ̈ possibile prevedere di eliminare almeno uno dei due cuscinetti 11A o 11D oppure entrambi, eventualmente sostituendoli con un giunto meccanico di t ipo rigido oppure con un unico rotore rigido o altro.

E’ possibile altresì prevedere di eliminare almeno uno dei cuscinetti 11E o 11F oppure entrambi, ad esempio diminuendo il numero di stadi del compressore C od ottimizzandone la progettazione altro ancora.

Ancora, Ã ̈ possibile prevedere configurazioni different i per il compressore C e/o per la pompa P o per i disposit ivi di raffreddamento 13, 13A e 13B in funzione della particolare applicazione.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione vantaggiosa, la cassa 3 può essere realizzata (con un solo guscio oppure con più gusci) in modo da consentire l’inserimento e l’estrazione assiale del compressore C, della pompa P e del motore M, per agevolare enormemente la fase di montaggio e la manutenzione della stessa unità. E’ da notare che, in quest’ult ima configurazione, l’apertura di passaggio 10 presenta una luce di passaggio adeguata a tale inserimento ed estrazione con una eventuale parete sagomata e riportata al suo interno.

Il riferimento a “una realizzazione dell’invenzione†oppure “ad una forma di attuazione dell’invenzione†significa che una part icolare caratterist ica, struttura o sistema ivi descrit ta à ̈ compresa in almeno una realizzazione dell’invenzione. Quindi, tali riferiment i fanno capo non necessariamente alla stessa realizzazione potendo essere combinati in un qualsiasi modo in una o più unità di compressione secondo l’invenzione.

E’ inteso che quanto illustrato rappresenta solo possibili forme di attuazione non limitative dell’invenzione, la quale può variare nelle forme e disposizioni senza uscire dall’ambito del concetto alla base dell’invenzione. L’eventuale presenza di numeri di riferimento nelle rivendicazioni allegate ha unicamente lo scopo di facilitarne la lettura alla luce della descrizione che precede e degli allegati disegni e non ne limita in alcun modo l’ambito di protezione.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una unità di compressione integrata ad alta pressione per un fluido di processo caratterizzato dal fatto di comprendere almeno i seguent i: - un primo disposit ivo di compressione (C) atto a comprimere il fluido di processo da uno stato termodinamico iniziale (Pi, Ti) sostanzialmente gassoso fino ad uno stato termodinamico intermedio (P1; T1); - un secondo dispositivo di compressione (P) collegato meccanicamente a detto primo dispositivo di compressione (C) ed atto a comprimere il fluido di processo da detto stato termodinamico intermedio (P1; T1) fino ad uno stato termodinamico finale (Pf; Tf); - un disposit ivo motore (M) atto ad azionare detto primo disposit ivo di compressione (C) e detto secondo disposit ivo di compressione (P); e - una cassa o involucro in pressione (3) in cui sono alloggiat i almeno detti primo e secondo disposit ivo di compressione (C; P) meccanicamente accoppiat i tra loro.
2. 2. L’unità di compressione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che in detta cassa (3) à ̈ alloggiato anche detto disposit ivo motore (M).
3. 3. L’unità di compressione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto disposit ivo motore (M) à ̈ direttamente accoppiato a detti primo e secondo disposit ivo di compressione (C; P).
4. 4. L’unità di compressione secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detti primo e secondo dispositivo di compressione (C; P) e detto dispositivo motore (M) sono meccanicamente accoppiati tra loro lungo uno stesso asse di azionamento (X1).
5. 5. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta cassa (3) comprende tenute meccaniche solo di tipo statico sul suo lato esterno.
6. 6. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, caratterizzata dal fatto che il fluido di processo in detto stato termodinamico intermedio (P1; T1) e/o in detto stato termodinamico finale (Pf; Tf) e’ sostanzialmente allo stato liquido oppure supercrit ico.
7. 7. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, caratterizzata dal fatto che il fluido di processo in detto stato termodinamico intermedio e/o finale (P1, T1; Pf, Tf) presenta una pressione maggiore di 80bar, preferibilmente maggiore di 100bar.
8. 8. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto secondo disposit ivo di compressione (P) à ̈ atto a lavorare alla stessa velocità di rotazione di detto primo disposit ivo di compressione (C).
9. 9. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo disposit ivo di compressione (C) e detto secondo disposit ivo di compressione (P) sono del tipo centrifugo comprendent i rispettive girant i centrifughe (C1-C6; P1-P6) associate a canalizzazioni statoriche, dette girant i centrifughe (C1-C6; P1-P6) essendo disposte lungo detto asse di azionamento (X1) ed azionate da almeno un rotore (7A; 7B) coassiale con esso.
10. 10. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una apertura di passaggio (10) per almeno un rotore (7A; 7B) disposta lungo detto asse di azionamento (X1) tra detto secondo disposit ivo di compressione (P) ed uno di detti disposit ivi (P; M) dell’unità.
11. 11. L’unità di compressione secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detta apertura di passaggio (10) à ̈ disposta tra detto secondo disposit ivo di compressione (P) ed il lato di alta pressione di detto primo disposit ivo di compressione (C).
12. 12. L’unità di compressione secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzata dal fatto che detta apertura di passaggio (10) comprende almeno uno dei seguenti component i: - almeno una prima tenuta (19) dinamica interna agente su detto almeno un rotore (7A; 7B) per fornire una piccola perdita o trafilamento calibrato utile al funzionamento della stessa unità; - almeno un giunto meccanico (9) atto ad accoppiare meccanicamente due parti (7A; 7B) di detto almeno un rotore; e - almeno un primo cuscinetto meccanico di supporto (11A) per detto almeno un rotore (7A; 7B).
13. 13. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un sistema di raffreddamento (21; 23; 25) di tipo chiuso atto a raffreddare, per mezzo dello stesso fluido di processo, uno o piu’ cuscinetti meccanici di supporto (11A - 11F) per detto almeno un rotore (7A; 7B).
14. 14. L’unità di compressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un raffreddatore (13; 13A; 13B) per il fluido di processo disposto in collegamento tra stadi successivi di detto primo o secondo dispositivo di compressione (C; P).
15. 15. Un metodo per la compressione di un fluido di processo comprendente almeno le seguent i fasi: - prevedere una cassa in pressione (3) chiusa per mezzo di tenute meccaniche di tipo statico sul suo lato esterno; - disporre all’interno di detta cassa in pressione (3) almeno un primo disposit ivo di compressione (C) atto a comprimere il fluido di processo da uno stato termodinamico iniziale (Pi; Ti) sostanzialmente gassoso fino ad uno stato termodinamico intermedio (P1; T1); almeno un secondo dispositivo di compressione (P) collegato meccanicamente a detto primo disposit ivo di compressione (C) ed atto a comprimere il fluido di processo da detto stato termodinamico intermedio (P1; T1) fino ad uno stato termodinamico finale (Pf; Tf); ed un disposit ivo motore (M) atto ad azionare detto primo e secondo disposit ivo di compressione (C, P); e - attivare detti disposit ivi (C, P, M) in modo da comprimere il fluido di processo.
16. 16. Il metodo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che la fase di attivazione prevede di attivare detto primo disposit ivo di compressione (C) per comprimere il fluido di processo fino allo stato termodinamico intermedio (P1; T1) in condizioni di fluido supercritico e di attivare detto secondo disposit ivo di compressione (P) per comprimere ulteriormente il fluido di processo da detto stato termodinamico intermedio (P1; T1) fino allo stato termodinamico finale (Pf; Tf); dopo aver eventualmente raffreddato il fluido di processo almeno una volta.
17. 17. Il metodo secondo la rivendicazione 15 o 16, caratterizzato dal fatto che la fase di attivazione comprende almeno una delle seguenti sottofasi iniziali: - attivare un circuito di alimentazione (16) esterno per riempire detto secondo dispositivo di compressione (P) di fluido sostanzialmente alle stesse condizioni termodinamiche di quello che vi verrà alimentato da detto primo disposit ivo di compressione (C); successivamente attivare detto primo disposit ivo di compressione (C) ed allo stesso tempo detto secondo dispositivo di compressione (P); oppure - attivare detto secondo disposit ivo di compressione (P) con un ritardo rispetto detto primo disposit ivo di compressione (C) in modo tale da permettere al fluido di processo di riempire, almeno parzialmente, detto secondo dispositivo di compressione (P) prima della sua attivazione; oppure - attivare detto primo e secondo disposit ivo di compressione (C, P) contemporaneamente.