Il compressore 560hs di NEA punta a migliorare l'efficienza del trasporto e della distribuzione.

Neuman & Esser USA afferma che il suo compressore alternativo ad alta velocità 560hs, introdotto per la prima volta nel 2017 come piattaforma ottimizzata per il settore midstream, sta riscuotendo successo nelle applicazioni di stoccaggio e raccolta, dove gli operatori cercano una maggiore capacità di carico, un ingombro ridotto e costi del ciclo di vita inferiori.

Sin dalla sua introduzione, NEA ha impiegato il telaio 560hs in una vasta gamma di applicazioni per il gas naturale. Un recente progetto con un produttore di gas statunitense illustra come la piattaforma venga utilizzata per lo stoccaggio, dove ampi intervalli operativi, flessibilità del sistema di azionamento e capacità di carico elevato sono fondamentali.

Configurazione del progetto e requisiti applicativi

Questa particolare installazione ha richiesto una configurazione con driver misti, a rispecchiare le esigenze operative dei sistemi di storage, che devono bilanciare flessibilità e prestazioni.

"L'applicazione richiedeva due gruppi elettrogeni con motore elettrico e quattro gruppi elettrogeni a gas naturale equipaggiati con motori Waukesha 16V275GL+", ha affermato Zach Heine, Key Account Manager di NEA USA, che ha guidato l'attività di vendita.

Dopo aver valutato i carichi sulle aste, i carichi del gas, la potenza disponibile del motore, le velocità operative e i vincoli di ingombro, NEA ha scelto il suo telaio a quattro corse VL560hs.

"La sua ampia gamma di velocità operative, da 600 a 1.200 giri al minuto, lo rende ideale sia per i motori elettrici che per i motori a gas naturale", ha affermato Heine.

Il sistema è stato progettato per affrontare un intervallo operativo impegnativo, combinando elevati requisiti di portata con pressioni di scarico elevate. Secondo NEA, la struttura è in grado di gestire pressioni di scarico fino a 10.000 psig, con una potenza per erogazione che raggiunge i 1.800 CV, posizionandosi come soluzione ideale per cicli di lavoro impegnativi nel settore del trasporto e dello stoccaggio.

Approccio progettuale: meno lanci, carichi maggiori

Uno dei principi cardine alla base della progettazione del modello 560hs è la riduzione del numero di corse e cilindri necessari per raggiungere gli obiettivi di prestazione.

"La maggiore capacità di carico di aste e gas del telaio 560hs ha generato significativi risparmi in termini di CAPEX e OPEX a lungo termine per il cliente", ha affermato Heine. "Un aspetto fondamentale è stata l'eliminazione di 12 cilindri del compressore dal ciclo di manutenzione rispetto alla concorrenza."

Il telaio è omologato per un carico combinato delle aste di 125.000 libbre secondo la definizione API 618. Questa capacità è resa possibile dall'utilizzo di materiali in acciaio ad alta resistenza nel meccanismo di azionamento e nell'asta del pistone, insieme a bulloni idraulici per i giunti critici.

Aumentando la capacità per singolo lancio, NEA riduce il numero totale di elementi di compressione necessari.

"Considerata la comprovata esperienza di NEA nella produzione di compressori API 618 robusti e a bassa velocità per il settore del trasporto a valle, il nostro obiettivo è sempre quello di utilizzare il minor numero possibile di manovre, riducendo al minimo i componenti soggetti a usura, semplificando la manutenzione e migliorando l'affidabilità", ha affermato Heine.

Dal punto di vista del ciclo di vita, un minor numero di cilindri si traduce direttamente in un minor numero di valvole, elementi di tenuta e relative attività di manutenzione. Pur rimanendo comparabile la durata delle singole valvole, il numero totale di valvole in servizio si riduce, diminuendo le scorte di pezzi di ricambio e il fabbisogno di manodopera durante le revisioni.

Progettazione e simulazione di cilindri personalizzati

Anziché affidarsi a un catalogo di cilindri predefinito, NEA adotta un approccio completamente personalizzato alla progettazione di cilindri e pistoni.

"NEA non dispone di una gamma standard di cilindri, ma progetta cilindri su misura per ogni applicazione attingendo a un'ampia libreria interna di modelli", ha affermato Heine. "Cerchiamo di ottenere la massima efficienza possibile da ogni cilindro."

L'azienda utilizza il proprio software di progettazione interno KO3 per modellare le prestazioni dei compressori e valutare diverse configurazioni. Questi progetti vengono poi convalidati mediante analisi agli elementi finiti (FEA) interna, particolarmente importante per le applicazioni che prevedono contemporaneamente alta pressione e portata elevata.

"Una delle sfide più particolari di questo progetto è stata la necessità di gestire contemporaneamente alta pressione e alta portata", ha affermato Heine. "Questo è un ambito in cui NEA eccelle grazie alla nostra capacità di personalizzare le configurazioni di cilindri e pistoni utilizzando strumenti proprietari."

Gestione delle dinamiche torsionali a guida mista

Uno degli aspetti più complessi di questa installazione è stato l'utilizzo di un unico telaio per il compressore sia per i motori elettrici che per quelli a gas, ognuno con caratteristiche torsionali distinte.

I motori elettrici presentano in genere sistemi più rigidi con minore inerzia, mentre i motori a gas introducono pulsazioni di coppia di ampiezza maggiore. Queste differenze richiedono un'attenta analisi torsionale e una selezione accurata dei giunti.

"NEA esegue internamente studi torsionali", ha affermato Heine. "I sistemi azionati da motori elettrici richiedono giunti che limitino l'amplificazione della risonanza, mentre i motori a combustione interna necessitano di giunti in grado di assorbire impulsi di coppia più elevati."

Per soddisfare tali requisiti, NEA ha scelto i giunti elastomerici, una tecnologia che l'azienda applica fin dagli anni '90 per smorzare le vibrazioni torsionali in diverse condizioni di guida.

Inoltre, la piattaforma 560hs consente di personalizzare la corsa dello stelo del pistone per adattarla alla velocità di rotazione del motore, contribuendo a mantenere velocità del pistone conservative nell'intervallo operativo compreso tra 600 e 1.200 giri/min.

Ingombro ridotto e vantaggi in termini di imballaggio

Joseph Lesak, direttore delle vendite del mercato primario, che ha partecipato allo sviluppo iniziale del telaio 560hs, ha affermato che il passaggio a una configurazione a quattro leve è stato fondamentale per ridurre sia l'ingombro che la complessità logistica.

"Il design compatto e l'utilizzo di una configurazione a quattro vie anziché a sei vie hanno contribuito a ridurre al minimo lo spazio e i costi necessari per l'imballaggio e il trasporto", ha affermato Lesak. "L'utilizzo di un sistema di scorrimento API 618 ha permesso di ottenere la maggiore capacità di carico delle aste che ha reso possibile tutto ciò."

L'ingombro ridotto è particolarmente rilevante per gli impianti di stoccaggio e di trasporto, dove i vincoli del sito e i requisiti di modularità dell'imballaggio possono influenzare la redditività del progetto.

"Grazie alla sua robustezza, la struttura del compressore è in grado di gestire le esigenze sia di stoccaggio che di prelievo del gas", ha affermato Lesak.

Prestazioni sul campo e considerazioni sull'installazione

Sebbene queste unità non siano ancora state installate, la NEA segnala la presenza di unità simili da 560 hs operative nel nord-est degli Stati Uniti, che forniscono i primi indicatori di prestazione.

Secondo l'azienda, i livelli di vibrazione in tali impianti rimangono ben entro le tolleranze richieste, grazie in parte alla robusta progettazione dell'imballaggio e all'ingegneria delle fondamenta.

Le nuove unità saranno installate su fondazioni in calcestruzzo appositamente progettate, con massa aggiuntiva nei punti chiave di scorrimento, seguendo le migliori pratiche consolidate per la mitigazione delle vibrazioni.

Sulla base dell'esperienza maturata finora sul campo, non si sono rese necessarie modifiche sostanziali alla progettazione meccanica, sebbene siano stati implementati aggiornamenti al sistema di controllo lato motore.

Estensione della filosofia a valle ai mercati intermedi

Il modello 560hs rappresenta l'impegno profuso per applicare i principi di progettazione tradizionalmente associati ai compressori API 618 per il settore downstream anche alle applicazioni midstream.

"I miglioramenti consentono al telaio di erogare maggiore potenza e capacità per ogni ciclo di lavoro, migliorando l'autonomia e riducendo il consumo di pezzi di ricambio", ha affermato Lesak. "Questo è fondamentale in molte applicazioni a valle, quindi volevamo estendere questa filosofia al mercato intermedio per ridurre il costo totale di proprietà."

Poiché i sistemi midstream continuano a evolversi, spinti dalla flessibilità di stoccaggio, dalla domanda di GNL e dalle applicazioni emergenti, NEA intravede continue opportunità per la piattaforma anche al di là del gas naturale.

"Continuiamo a posizionare questo telaio non solo nel mercato del gas naturale, ma anche nelle applicazioni relative alla CO2, alla raccolta di gas e all'idrogeno", ha affermato Lesak.

Costruire una piattaforma più ampia

Grazie alla combinazione di elevata capacità di carico dello stelo, ampio intervallo di velocità operativa e possibilità di personalizzazione in base all'applicazione, il modello 560hs si configura come una piattaforma flessibile per soddisfare le esigenze di compressione in continua evoluzione.

L'azienda ha dichiarato che il progetto riflette una strategia più ampia volta ad anticipare le future condizioni operative, riducendo al contempo la complessità a livello delle apparecchiature.

Concentrandosi su un minor numero di corse, una maggiore capacità per unità e una progettazione dei cilindri su misura, NEA mira ad affrontare una sfida fondamentale nella compressione nel settore del trasporto e stoccaggio di idrocarburi: offrire prestazioni superiori senza aumentare gli oneri di manutenzione.

Immagine: NEA 560

Sin dalla sua introduzione, NEA ha impiegato il telaio 560hs in una vasta gamma di applicazioni per il gas naturale. (Immagine: NEA)