Cómo conducir un sistema moderno de corte de coque

El Dr. Wolfgang Paul y Jay Jones describen las características de los accionamientos de sistemas de corte modernos para polipastos y accionamientos de vástagos de perforación (juntas rotativas) implementados desde el año 2000.

Desde el año 2000, la tecnología en las unidades de coquización retardada ha cambiado drásticamente. Se habían llevado a cabo varios desarrollos en los años anteriores, pero solo se habían logrado pequeños avances en relación con la seguridad, el rendimiento y la confiabilidad.

Recientemente, en combinación con el desarrollo de válvulas superiores e inferiores automáticas, herramientas de corte/perforación automáticas e impulsores de izaje, los sistemas de corte de alto rendimiento lograron grandes mejoras en seguridad, rendimiento y confiabilidad.

Básicamente, los parámetros del proceso determinan la naturaleza de la unidad de coque y el sistema de descarbonización. Esto no se investigará, solo se abordarán los aspectos mecánicos del sistema.

Hasta el año 2000, los proyectos y pedidos se basaban en tambores de coque con diámetros de hasta 29 pies (8,8 m) y alturas - brida a brida (FF) de hasta 130 pies (39,0 m).

Actualmente, hay unidades de decoquización en construcción con un diámetro de 32 pies (9,80 m) y alturas FF de 150 pies (46,0 m). Esto refleja un aumento del 15 por ciento en longitud y del 10 por ciento en diámetro. A medida que el volumen aumenta con el cuadrado del diámetro y es lineal con la altura, se logrará un mayor rendimiento (rendimiento) al aumentar el diámetro en lugar de la altura FF.

Otros factores además de los parámetros del proceso, como la altura total de la estructura, las condiciones específicas del sitio de resistencia del tambor de coque, pueden desempeñar un papel importante, pero estos problemas no se considerarán aquí.

Alrededor del año 2000, el caudal y la presión de la bomba de chorro era de 1200 gpm a 4400 psi (272 m3/h a 300 bar). A medida que aumentaba el tamaño del tambor de coque, hubo un aumento en la hidráulica de la bomba de chorro a 1400 gpm a 5000 psi (320 m3/h a 350 bar).

Solo los impulsores en el polipasto y los impulsores de la columna de perforación permanecieron constantes durante un tiempo.

Consulte el diagrama del desarrollo de los tambores de coque y el caudal y la presión de las bombas de chorro desde 1980 hasta 2008. Los datos se muestran como un porcentaje para reflejar el crecimiento a lo largo del tiempo. En cada momento se han construido diferentes tamaños de bombas y tambores, el diagrama muestra la tendencia. Los datos básicos para el cálculo se indican a continuación.

Durante décadas, los polipastos y las juntas rotativas han sido accionados por aire comprimido con motores neumáticos. El rendimiento fue de aproximadamente 30 HP (22 kW) para el polipasto y 13 HP (10 kW) para la junta rotativa (también llamada Drill Stem Drive, DSD).

Hay varias instalaciones en las que se instalaron componentes accionados hidráulicamente en la década de 1990, pero la mayoría de las unidades instaladas permanecieron accionadas por aire.

Paralelamente a los requisitos para un mayor rendimiento, era necesario abordar otros problemas, como la reducción de los niveles de ruido y la contaminación ambiental. Como los motores neumáticos tienen un alto nivel de ruido y pulverización de aceite debido al aire lubricado.

Con el mayor aumento en el tamaño de los tambores y las bombas de chorro, fue necesario un cambio general en los accionamientos de elevación y de perforación.

Componentes accionados hidráulicamente

Los polipastos y las transmisiones de la columna de perforación debían operarse con niveles de potencia mucho más altos sin aumentar el tamaño de los componentes.

En el año 2000, Ruhrpumpen desarrolló un sistema hidráulico modernizado de polipastos y accionamientos de vástagos de perforación, alimentados por una unidad de potencia hidráulica, especialmente diseñada para el funcionamiento de estos componentes en un coquizador. Las ventajas incluyen:

- Fuerza de tracción del polipasto de hasta 9900 lbf (45 kN).

- Torque de DSD hasta 5500 lbft (7500Nm).

- Se instalan motobombas redundantes en caseta cerrada.

- La operación y control se realiza desde un panel de operador vía PLC. Este es uno de los requisitos básicos para el corte remoto o automático.

No obstante, fue necesario instalar más tuberías e instalar componentes hidráulicos en la plataforma de corte y la torre de perforación.

Componentes accionados eléctricamente

En 2004, Ruhrpumpen desarrolló un sistema accionado eléctricamente para los polipastos y los accionamientos de la columna de perforación. Los motores del polipasto y DSD son accionados por variadores de frecuencia (VFD), con VFD redundantes instalados. Las unidades se pueden ubicar en áreas seguras o peligrosas.

Además de una mayor fuerza de tracción y velocidad de tracción, se lograron las siguientes ventajas adicionales: tiempo y costos de instalación reducidos; eliminación de aceite hidráulico de la plataforma de corte; total conformidad con la clasificación de áreas (ATEX, UL, CSA, GOST); temperatura de diseño en un rango de -49 °F a 113 °F (-45 °C a 45 °C).

El tamaño de los componentes está relacionado con las siguientes consideraciones:

- El requisito de potencia del polipasto está relacionado con el volumen de los tambores.

- El peso del equipo de corte aumenta con la altura del tambor.

- El peso del equipo de corte aumenta con el diámetro del tambor debido a la mayor presión.

- El requisito de potencia del polipasto es congruente con la potencia de la bomba de surtidores.

- El peso aumenta con el caudal y la presión.

Con los nuevos sistemas de accionamiento, está disponible el siguiente rendimiento:

- Polipasto: velocidad de tracción.

- 1ra capa: 197ft/min (60m/min)@fuerza de tracción 10000lbs (44kN) hidráulica/11 500lbs eléctrica

- 4.ª capa: 229 pies/min (70 m/min) con fuerza de tracción 9400 lb (42 kN) hidráulica/9980 lb eléctrica

- DSD: RPM máx. 15@7500Nm.

Era necesario aumentar el tamaño del tambor de coque y el aumento resultante de la bomba de chorro en el sistema hidráulico, los requisitos de potencia de elevación y un mayor rendimiento de la velocidad de tracción y la fuerza de tracción.

Los polipastos y las transmisiones hidráulicas de la columna de perforación ya funcionaban con éxito para cumplir con las condiciones anteriores durante varios años. El nuevo paso fue el desarrollo de la versión eléctrica que cumple y supera todos los requisitos.

Conclusión

Con el aumento de tamaño de los tambores de coque siguió un aumento de la potencia de la bomba de chorro. Hasta hace poco tiempo (2000) no se había aumentado la potencia de los equipos de corte. Ruhrpumpen desarrolló sistemas de accionamiento para elevadores de descarbonización y accionamientos de barras de perforación, accionados hidráulica o eléctricamente.

La potencia de estos componentes siguió la tendencia del volumen del tambor de coque y la potencia de la bomba de chorro para cumplir con los requisitos reales de los sistemas modernos de corte de coque.

Las nuevas características del sistema de corte dan como resultado un servicio más seguro y confiable, así como un tiempo de operación reducido.

Ingrese 38 o XX en www.engineerlive.com/iog

El Dr. Wolfgang Paul es presidente de BU - Decoking, Ruhrpumpen, Witten, Alemania, y Jay Jones es vicepresidente de América del Norte, BU - Decoking, Ruhrpumpen, Tulsa, OK, EE. UU. www.ruhrpumpen.com