¿Qué presión de gas necesita un generador CHP de gas natural de 200 kW?

Un generador de cogeneración (CHP) de gas natural de 200 kW no tiene un único requisito universal de presión de gas. La presión de entrada correcta es el rango indicado por el fabricante del motor para el tren de combustible específico y la composición del gas. En la práctica, muchos motores de gas integrados funcionan con un suministro regulado de baja presión en la entrada de gas del generador, pero la presión de la red aguas arriba puede necesitar ser considerablemente mayor para superar las pérdidas a través de filtros, medidores, válvulas, tuberías y equipos de control de presión.

Por lo tanto, la respuesta práctica es la siguiente:no dimensione ni ponga en marcha un generador CHP de gas natural de 200 kW basándose únicamente en la presión de la línea de suministro. Confirme la presión requerida en la entrada de gas del lado del motor y, a continuación, verifique que dicha presión siga disponible mientras la unidad produce la carga eléctrica y térmica prevista.

La presión en la entrada del motor es el valor importante

La presión de gas suele registrarse en la conexión del edificio, en una estación de reducción de presión o en un colector de tuberías. Ninguna de estas lecturas por sí sola demuestra que el motor CHP esté recibiendo condiciones de combustible adecuadas. Lo importante es la presión medida en el punto especificado por el fabricante del generador, normalmente aguas abajo del equipo de acondicionamiento de gas de la instalación y cerca del tren de gas del motor.

Un suministro de gas puede parecer adecuado cuando el generador está parado, pero descender fuera del rango permitido cuando el motor acelera y aumenta la demanda de combustible. Por ello, una lectura de presión estática no es suficiente para las pruebas de aceptación. La presión debe comprobarse durante el arranque, la aplicación escalonada de carga, el funcionamiento estable y la reducción de carga.

Para una unidad de 200 kW, la condición de entrada requerida depende del sistema de control de aire-combustible del motor, de la configuración del mezclador o de inyección, del diseño de la válvula de gas y del tren de seguridad instalado. Un motor de combustión pobre, un motor estequiométrico con un sistema de emisiones diferente y un motor configurado para una calidad de gas variable pueden no utilizar el mismo rango de presión de entrada, incluso cuando sus potencias eléctricas son similares.

Por qué la presión de gas afecta al rendimiento y la seguridad de la CHP

La presión del gas natural no es simplemente un detalle de suministro de combustible. Afecta a la capacidad del motor para mantener la relación aire-combustible requerida. Si la presión es demasiado baja, el sistema de control de gas puede alcanzar su límite al intentar suministrar combustible. El resultado puede ser combustión inestable, fallos de encendido, respuesta lenta de carga, menor potencia disponible, alarmas o una parada automática.

La presión excesiva también es un problema. Puede sobrecargar componentes seleccionados para una condición de entrada inferior, interferir con la respuesta de control prevista o crear un riesgo de fuga cuando las uniones, reguladores y válvulas no están diseñados para la presión real. Un regulador debe controlar la presión, pero no puede compensar un tren de gas seleccionado incorrectamente ni unas tuberías aguas arriba inadecuadas.

Para el funcionamiento CHP, la inestabilidad de la combustión tiene consecuencias más allá de la generación de electricidad. Una mezcla mal controlada puede reducir la calidad y consistencia del calor recuperado, aumentar la variación de la temperatura de escape y dificultar el mantenimiento del rendimiento de emisiones. Por lo tanto, los aspectos eléctricos y térmicos de un paquete CHP deben evaluarse conjuntamente durante la puesta en marcha.

La presión es solo una parte de la especificación del combustible

Una lectura de presión estable no confirma que el combustible sea adecuado. El motor necesita combustible dentro de sus límites aceptados de calidad de gas, incluidos el poder calorífico, el contenido de metano, los contaminantes, las condiciones de humedad y la temperatura. Estos factores afectan a la energía contenida en cada unidad de gas y a la forma en que el sistema de control del motor lo dosifica.

Por ejemplo, un suministro de gas con menor poder calorífico puede requerir un mayor caudal volumétrico para producir la misma potencia del motor. Si las tuberías y el sistema de regulación se seleccionaron únicamente en función de una lectura nominal de presión, la caída de presión puede llegar a ser inaceptable a alta carga. Del mismo modo, el gas que transporta condensado líquido o contaminantes puede restringir los filtros y alterar el funcionamiento del regulador, incluso cuando la presión de diseño es correcta.

Por lo tanto, la presión de gas debe revisarse junto con la capacidad de caudal, no de forma aislada. Una pregunta útil durante la puesta en marcha es:¿Puede el suministro mantener la presión de entrada especificada por el fabricante al caudal máximo de gas previsto, bajo la condición de suministro aguas arriba más baja probable?

Dónde suelen pasarse por alto las pérdidas de presión

El error de diseño más frecuente es considerar la demanda de combustible del motor, pero pasar por alto la resistencia creada por toda la trayectoria del gas. La pérdida de presión puede producirse en tramos de tubería largos o subdimensionados, codos, válvulas de aislamiento, filtros, medidores de gas, conexiones flexibles, válvulas solenoides, reguladores, componentes antirretorno de llama cuando se instalan y colectores compartidos que alimentan otros equipos.

Los filtros merecen especial atención. Un filtro limpio puede producir una presión diferencial aceptable durante la puesta en marcha inicial, pero la restricción aumenta a medida que se acumulan residuos. La supervisión de la presión diferencial o una rutina de inspección definida ayuda a evitar posteriormente una parada por baja presión de gas aparentemente inexplicable durante el servicio.

Las líneas de suministro compartidas también modifican el cálculo. Un generador CHP de 200 kW puede funcionar satisfactoriamente por sí solo, pero experimentar una caída de presión cuando se ponen en marcha calderas, hornos, secadores u otro generador. La prueba relevante es la condición creíble de demanda máxima, no una prueba realizada durante un funcionamiento tranquilo de la instalación.

Una secuencia práctica de verificación antes de la puesta en marcha

1. Obtenga la especificación de combustible del generador. Registre el rango permitido de presión de entrada, el caudal requerido, los límites de calidad del gas, la temperatura admisible y cualquier requisito especial para el tren de gas.
2. Trace toda la trayectoria del gas. Incluya la conexión de la red o fuente, los dispositivos de cierre, el medidor, la filtración, las etapas de regulación, las válvulas de seguridad, el tamaño de las tuberías, los cambios de elevación y la conexión final al motor.
3. Confirme las clasificaciones y la orientación de los componentes. Cada dispositivo debe ser adecuado para sus condiciones reales aguas arriba y aguas abajo. Deben comprobarse la dirección de instalación del regulador, la disposición de ventilación y el acceso para mantenimiento antes de introducir gas.
4. Pruebe bajo carga operativa. Registre la tendencia de la presión de entrada durante el arranque del motor, el funcionamiento sin carga, los escalones de carga, el funcionamiento a carga nominal y el funcionamiento simultáneo de otros consumidores importantes de gas.
5. Registre la presión en puntos definidos. Comparar la presión aguas arriba, la presión de salida del regulador y la presión de entrada del motor facilita la localización de una caída de presión excesiva.
6. Verifique las acciones de protección. Los interruptores de baja y alta presión de gas, las funciones de cierre automático, las disposiciones de prueba de fugas y la lógica de alarmas deben funcionar según lo previsto antes de que la planta CHP se ponga en servicio normal.

No utilice un regulador para ocultar un suministro subdimensionado

Resulta tentador considerar un regulador de presión como la solución cuando la presión de entrada es inestable. Un regulador puede reducir y controlar la presión, pero no puede crear capacidad de caudal. Si las tuberías aguas arriba, el medidor o la fuente no pueden suministrar suficiente gas en la demanda máxima, la presión de salida del regulador seguirá cayendo a medida que el motor recibe carga.

Del mismo modo, aumentar la presión de ajuste del regulador sin verificar la especificación del motor no es una acción correctiva. La secuencia correcta consiste en identificar si el problema es una presión de fuente insuficiente, una pérdida de presión excesiva, componentes restringidos, una selección incorrecta del regulador, una mala calidad del gas o un problema de control del motor.

Aplicación de la misma disciplina a proyectos de motores de gas más grandes

El método de verificación de presión sigue siendo pertinente cuando una instalación se amplía más allá de un paquete CHP de 200 kW. Los motores más grandes requieren mayor caudal de combustible, por lo que las pérdidas en las tuberías, la capacidad del regulador y la demanda simultánea adquieren mayor importancia. Por ejemplo, elmotor a gas de 810 kW, modelo AMC810DF-3PN, tiene una potencia nominal de 810 kW a 1300 rpm y un rango de velocidad ajustable de 800 rpm a 1300 rpm. El diseño de su sistema de gas debe evaluarse conforme a sus propios requisitos documentados de combustible, en lugar de extrapolarse a partir de un generador más pequeño.

Amico Gas Power desarrolla tecnologías de control de energía a gas y equipos de generación a gas para aplicaciones de energía distribuida y energía. Para cualquier instalación CHP, el enfoque disciplinado es el mismo: tratar la especificación de combustible del motor, las condiciones de gas de la instalación, el sistema de control de presión y los registros de puesta en marcha como un único paquete de aceptación conectado.

Qué conservar en el expediente de calidad

Un registro de entrega completo debe incluir la especificación de combustible del motor, el plano de tuberías de gas, los datos de los componentes del tren de gas, los registros de pruebas de presión y de fugas, los ajustes del regulador, las evidencias de calibración de instrumentos y las lecturas de presión de funcionamiento tomadas a lo largo del perfil de carga de puesta en marcha. Estos registros hacen que la investigación de futuras averías sea mucho más eficaz que basarse en la lectura de un único manómetro.

Para una instalación CHP de gas natural de 200 kW, la presión correcta no es la presión más alta disponible ni un valor genérico tomado de otro generador. Es la presión de entrada del motor especificada que se mantiene estable, limpia y con suministro adecuado ante la demanda operativa real.