Pronóstico Compresión de Gas

Aprovechamiento de gases de combustión,
aspectos técnicos a considerar
Proceso de compresión actual (CS)
Gases de combustión al
recuperador de calor
Gas
combustible
Aire Compresor
Turbina
de gas
Eficiencia térmica posible: 45 – 50%
Gas de alta presión
Recuperador
de calor
(HRSG)
Vapor vivo @ 17 barg y
430 oC o mayor
Compresor
de gas
Gas
de baja presión
Generador
eléctrico
1 x STG
Turbina de
vapor
S
de aire
Proceso propuesto para Cogeneración (CC)
Agua de
alimentación
Sistema de
condensación
Eficiencia térmica: 28 - 32 %
Agua de
reposición
Planta
tratamiento
Agua cruda
Energía
eléctrica
Candidatos a generar energía eléctrica aprovechando gases de combustión:
• Estaciones de compresión de gas húmedo amargo, para plantas
de proceso (principalmente en el sureste)
Gas amargo • Plataformas de compresión
Gas dulce
• Estaciones de compresión de gas dulce de campos a plantas
(principalmente en el norte)
• Nuevos campos a ser desarrollados
Gas seco
• Estaciones de compresión de CENAGAS
• Plantas de proceso de gas, Unidades Recuperadoras de Nitrógeno
(URN)
Principales aspectos a considerar:
Disponibilidad:
Cantidad de equipos en operación, carga promedio, vida útil
remanente
Escenario de operación de largo plazo, plazo mínimo a comprometer
para el proyecto
Gases de escape:
Las turbinas operan con exceso de aíre, para asegurar combustión
completa, esto implica composiciones variables, pero altas en
nitrógeno
Temperatura de los gases y temperatura de salida del recuperador
Ubicación de los recuperadores:
Experiencias previas y los estudios específicos
Espacio físico y convenios de operación
Conclusiones
• Los proyectos de instalación de Cogeneración en estaciones de compresión, ya sean
de Pemex o no, son viables técnica y económicamente.
• En Pemex existen otras instalaciones susceptibles a este proceso, destaca la
estación de compresión de Atasta, con el mayor potencial identificado, falta el
estudio detallado.
• En Samaria la energía eléctrica se utilizaría principalmente para la sustitución de
equipos de generación en sitio, para los pozos con Bombeo Eléctro-centrífugo (BEC).
• En este sentido, también se realizó el estudio topogrpafico para electrificar una
seccióndel campo Samaria, actualmente sin suministro eléctrico, resultando viable y
con alto VPN ya sea que se tome energía de la red o de la planta de Cogeneración.
• Es necesaria la inversión privada con esquemas diferentes a los habituales y
compartiendo riesgos con Pemex, para que este tipo de proyectos se desarrollen.
Agradecimientos
CFE, Coordinación de Proyectos Técnicos
CFE, Coordinación de Proyectos de Transmisión y Transformación
Activo de Producción Samaria - Luna
Orbit Consultores
HEAT RECOVERY SOLUTIONS LTD
Gracias por su atención
Disponibilidad de equipo
Factor de Utilización
Máquinas de la Planta Compresora Samaria II - 2013
120.00%
100.00%
80.00%
60.00%
40.00%
20.00%
0.00%
• Se eligió como viables los
equipos con mayor factor
de utilización histórico.
• Lo anterior denota mayor
disponibilidad y
confiabilidad.
• Para casos de
mantenimiento, se analizó
la viabilidad de habilitar un
recuperador en el
siguiente en orden
descendente de factor de
utilización y de vida útil.
• El resultado puede o no
ser viable, depende en
gran medida del escenario
futuro de manejo de gas.
Disponibilidad de gas
Pronóstico Compresión de Gas
350
300
250
200
150
100
50
0
2013
2015
2017
2019
2021
2023
2025
2027
Gas de Formacion Manejado en PC SAM II
Gas BN Manejado en PC SAM II
Período
Gas al Inicio
Gas al Final
Promedio
2016 al 2022
294 mmpcd
198 mmpcd
248 mmpcd
2023 al 2028
198 mmpcd
153 mmpcd
169 mmpcd
2016 al 2028
294 mmpcd
153 mmpcd
211 mmpcd
• Considerando el escenario
declinante, se analizó si se
diseñaba para la media de
todo el periodo o si se
pagaba el exceso de
capacidad de invertir para
los flujos esperados en el
primer periodo
• Se definió diseñar sobre la
base de un promedio de
manejo de gas del orden
de 210 MMpcd, que no es
ni el escenario superior ni
el bajo sino la media.
• Con esto se estimó el
potencial de Cogeneración
para 12 años.
Gases de Escape
• La cantidad de aire de entrada a la turbina no es estequiométrica, sino en exceso,
conforme a las recomendaciones de los fabricantes los excesos son altos.
• De tal manera que la composición de los gases de combustión es similar a la del
aire, con alrededor de un 2% de CO2
Fracción Molar (Seco)
Carbon Dioxide (CO2)
Nitrogen (N2)
Oxygen (O2)
Carbon Monoxide (CO)
Caso 1
0.0231
0.8079
0.1690
0.0001
Caso 2
0.0181
0.8040
0.1779
0.0000
Q = M * cp * ∆T
• Considerando que la energía a intercambiar proviene del calor sensible de los gases
exhaustos los valores relevantes son el cp de la mezcla y la temperatura de los gases
• Dada la poca variabilidad en la composición de los gases, el cp puede ser estimado
fácilmente
Gases de Escape
• Las estaciones de compresión de PEP analizadas en Samaria y Cunduacán tienen
diferentes capacidades de equipos y son de diversas marcas.
• Por lo tanto la cantidad de masa no es igual entre equipos y se tiene que tomar
como referencia el gas combustible y el aire de entrada .
• De igual forma la temperatura de los gases calientes es variable por equipo y
ubicación, pero oscila alrededor de los 500°C.
4
3
2
1
0
420-440
441-460
461-480
481-500
501-520
521-540
541-560
561-580
Ubicación de los recuperadores
• Basados en estudios previos de consultores externos en búsqueda de proyectos
que pudieran calificar para Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL), se analizaron
tras esquemas con el apoyo de CFE:
• Cabezal de vapor
• Cabezal de gases exhaustos
• Recuperadores individuales
Concepto
Línea de vapor
Línea de gases
Tecnología circular
Capacidad
0.80 X
1.0
0.96 X
Costo
0.81 X
1.0
0.71 X
1.0
1.0
0.72 X
Costo unitario
• El escenario de instalar una línea de gases de escape resulta poco viable
técnicamente
• En estos casos la mejor opción fue instalar equipos por unidad, circulares montables
Ubicación física
• Con los resultados del estudio de la CFE y de los fabricantes se pudo estimar que
los proyectos de instalación de cogeneración en las estaciones de compresión
Samaria y Cunduacán son viables económicamente.
• Con la Reforma Energética son factibles diversas formas de asociación y la
operación en espacio físico de Pemex es también factible