Dando uma segunda vida a um compressor centrífugo recondicionado

Por Andrea Fusi, Andrea Betti e Emanuele Burberi07 de março de 2022

Durante a vida útil dos compressores centrífugos, os usuários finais e as empresas de serviços geralmente experimentam redução de desempenho, bem como deterioração/mau funcionamento de componentes ou até mesmo precisam enfrentar a necessidade de reclassificar a máquina em novas condições operacionais solicitadas. Obviamente, sempre que possível, é fundamental evitar uma substituição inútil, cara e demorada da máquina. Portanto, é crucial explorar as oportunidades cada vez maiores disponíveis na reforma/reclassificação de compressores centrífugos antigos para dar a eles uma segunda vida útil eficiente.

Várias tecnologias inovadoras desenvolvidas nas últimas décadas permitem realizar atividades de reabilitação que há tempos não eram viáveis. Novas tecnologias de fabricação, juntamente com o desenvolvimento de materiais inovadores com propriedades mecânicas aprimoradas, permitem hoje em dia continuar ultrapassando os limites técnicos anteriores para aplicação industrial. Além disso, as recentes ferramentas avançadas para aquisição de geometria (por exemplo, digitalização 3D) permitem investigar possíveis danos, defeitos e outros detalhes geométricos que não seriam detectados de outra forma. Eventualmente, a crescente precisão e confiabilidade das modernas ferramentas de simulação, como CFD, FEA e análises dinâmicas do rotor (lateral e torcional), permitem realizar investigações mais precisas dos fenômenos físicos que causam os problemas que podem ser experimentados.

O principal objetivo deste artigo é divulgar essas inovações e permitir que usuários finais, empresas de serviços e todas as pessoas envolvidas em plantas de processos industriais conheçam algumas das inúmeras oportunidades que as novas tecnologias criaram no campo do serviço de compressores centrífugos e atualizações. Dentre as várias atividades de recondicionamento/reclassificação realizadas pela Compression Service Technology – CST nos últimos anos em turbomáquinas, dois casos são descritos neste artigo, mostrando como problemas de diferentes naturezas podem ser resolvidos com sucesso para melhorar a eficácia mesmo de máquinas muito antigas .

Um soprador de ar de combustão de uma planta de produção de ácido sulfúrico, acionado por motor elétrico e controlado por Inlet Guide Vane (IGV), aspira ar em condições atmosféricas e o entrega a uma pressão de descarga de 1,4 bara; a vazão de massa de ar solicitada é de cerca de 200.000 kg/h, enquanto a potência do eixo é de cerca de 2,6 MW. Conforme mostrado na Figura 1, o compressor é um impulsor em balanço de estágio único, composto por um impulsor semi-aberto 3D tipo soldado (diâmetro externo de 1600 mm) com um anel de conexão na ponta das pás na seção de entrada, um difusor curto sem palhetas e um -tipo voluta com seção transversal retangular.

Durante sua vida útil, o usuário final experimentou uma diminuição progressiva do desempenho do compressor, tanto em termos de vazão quanto de eficiência, até que decidiu recondicioná-lo para recuperar seu desempenho original. A CST foi envolvida em tal atividade pelo Prestador de Serviço responsável pela manutenção do soprador de ar de combustão.

Uma varredura a laser 3D foi realizada para obter o modelo 3D do compressor para investigação. Conforme mostrado na Figura 2, alta folga foi detectada pela varredura do impulsor. Observou-se um alto gap, acentuado pela erosão, entre a ponta das pás do impulsor e a cobertura do estator: sua magnitude foi encontrada variável ao longo do comprimento da pá de 3,5‰ a 8‰ do diâmetro do impulsor, em vez da faixa usual esperada de 1-2‰. Além disso, a folga entre o anel das pás do impulsor e a ranhura estática relevante foi considerada bastante grande.

Uma análise CFD foi realizada para verificar o comportamento fluidodinâmico do compressor danificado, com foco em quanto o desempenho do compressor pode ser afetado pela alta folga do bico mencionada acima. Conforme mostrado na Figura 3, a presença de folga excessiva leva a um campo de fluxo não ideal. Dois principais fenômenos fluidodinâmicos, afetando negativamente o fluxo ótimo, foram identificados:

Essas anomalias foram consideradas como as principais causas da redução da eficiência do estágio e da vazão de entrega.

A possível presença de um selo labiríntico na configuração original do compressor foi inferida, dada a grande folga encontrada entre o anel das pás do impulsor e a ranhura estatórica. Essa vedação pode se soltar por erosão ou outras ocorrências durante a operação do compressor. Infelizmente, nenhuma informação confirmando tal suposição foi encontrada nos documentos e desenhos disponíveis.