A cura di: Nicola De Leo, Vincenzo Cientanni - GE OIL & GAS NUOVO PIGNONE
La sfida
Realizzare rapidamente un software per la progettazione dei componenti ausiliari del sistema di tenute gas dei compressori centrifughi Nuovo Pignone GE Oil & Gas, capace di semplificare il lavoro del design engineer, riducendo di molte ore il tempo dedicato alla progettazione ed eliminando possibili errori.
La soluzione
Utilizzo dell'ambiente di programmazione grafica di NI LabVIEW per lo sviluppo del software, creando un'interfaccia di semplice utilizzo e capace di effettuare i calcoli desiderati in maniera istantanea.
Articolo
La progettazione e il dimensionamento dei sistemi di tenute gas per compressori di alta o bassa pressione hanno sempre rappresentato un incarico molto oneroso per il design engineer a livello di calcoli termodinamici. Sono molto frequenti gli errori e i costi elevati derivanti dalla scelta errata dei componenti sulla linea. Il sistema di tenute gas è un sistema fondamentale per il funzionamento e la sicurezza dei compressori centrifughi. Il principio di funzionamento è l'utilizzo del gas di mandata ad alta pressione, opportunamente filtrato e se necessario riscaldato tramite un gas heater, e iniettato nelle tenute. Su questa linea vi è un sistema di regolazione della pressione, che varia a seconda del sistema considerato: alta pressione, bassa pressione o misto. Nei casi comuni di alta pressione, ad esempio, sono presenti sulla linea i filtri, i gas heater, la valvola (con un orifizio in parallelo) regolata tramite un differenziale di pressione monitorato dall'inizio alla fine da un diaframma installato prima dell'iniezione del gas in tenuta.
Il dimensionamento corretto di tutti questi componenti sulla linea è un lavoro che richiede molta attenzione nel calcolo, perchè è necessario prendere in considerazione le proprietà termodinamiche del gas, il peso molecolare, la comprimibilità, il volume specifico l'entalpia. Devono inoltre essere considerate le trasformazioni termodinamiche alle quali il gas è soggetto: le laminazioni attraverso i filtri, la valvola regolatrice e gli orifizi, e il riscaldamento attraverso il gas heater (se presente). Tali calcoli devono essere ripetuti per molte condizioni operative e off, design del compressore (choke e surge), che può trovarsi a lavorare con diversi gas di processo. È inoltre necessario considerare i casi di filtri puliti o sporchi il cui differente delta P modifica la pressione del gas e la temperatura a valle delle laminazioni.
Dovendo gestire calcoli onerosi per decine di casi operativi, la creazione di un tool di calcolo efficace è sempre stato un obiettivo ambito da parte dell'ingegneria del Nuovo Pignone, Ge Oil & Gas. L'idea che ha centrato questo obiettivo è stata quella di utilizzare l'ambiente NI LabVIEW per sviluppare rapidamente il software, svincolandosi dall'idea di utilizzarlo solo per il sistema di controllo per PLC, come adoperato da tempo nelle officine dedicate ai test rig.
Grazie alle numerose funzioni già implementate a livello di interfaccia utente e alla possibilità di utilizzare calcoli matematici anche complessi e iterativi, questo software è stato sviluppato rapidamente.
Il software quindi permette di configurare il sistema gas da caso a caso e ne dimensiona tutti i componenti. Inoltre, grazie alle DLL precedentemente create, è possibile gestire le librerie termodinamiche per il calcolo delle proprietà termodinamiche del gas.
Con pochi dati di input e con le corrette configurazioni, il software permette una grande mole di calcoli, proiettando un quadro completo del funzionamento del sistema di tenute gas e fornendo, in un istante, dati che richiedono molte ore di ingegneria. Permette inoltre di salvare dati e, grazie alla funzione di report generation, produce un report in formato Word che può essere archiviato a sistema.
Con la possibilità di leggere/scrivere su file remoti, il software ha la capacità di controllare se vi sono aggiornamenti disponibili. Oltre al risparmio di ore di ingegneria stimato in 2.000 ore all'anno, il software evita errori nella selezione dei componenti, e i costi elevati derivati dall'acquisto di componenti errati. L'utilizzo di NI LabVIEW per lo sviluppo del tool apre la strada verso nuove possibilità e crea una strada parallela per la creazione degli strumenti per l'ingegneria.
La possibilità è dunque quella di svincolarsi dall'utilizzo dei soli fogli di calcolo per lo sviluppo rapido di strumenti, direttamente all'interno degli uffici di ingegneria. Il progetto è stato sviluppato all'interno dell'ufficio ASE/EMST e costituisce un valido supporto per tutti gli altri uffici di ingegneria di GE Oil & Gas.
