En el campo de procesamiento de gases industriales, existen diferencias técnicas fundamentales entre comprimir aire ordinario y comprimir gases especiales. Según los estándares internacionales ISO 7396-1:2016 (Sistemas de tuberías para gases médicos) y API 618 (Compresores reciprocantes para servicios de petróleo, química e industria del gas), las propiedades físico-químicas únicas de diferentes gases requieren diseños de ingeniería especializados y adaptaciones técnicas para los compresores. La selección correcta del compresor no solo es crucial para la eficiencia operativa, sino también un requisito previo para garantizar la seguridad, particularmente cuando se manipulan gases industriales con características peligrosas. Deben seguirse estrictos estándares de seguridad y requisitos regulatorios.
Requisitos especiales y soluciones técnicas para compresión de oxígeno
El principal desafío en la compresión de oxígeno es el riesgo de seguridad asociado con sus fuertes propiedades oxidantes. Según el estándar G-4.1 de la Compressed Gas Association (CGA) de EE. UU., la inflamabilidad del material aumenta significativamente cuando la presión parcial de oxígeno excede 0.21 bar. Cuando la concentración de oxígeno supera el 23%, puede ocurrir combustión espontánea o explosión al contacto con aceites. Por lo tanto, los compresores de oxígeno deben diseñarse para ser absolutamente libres de aceite, y todos los materiales en contacto con el oxígeno requieren una selección especial. Las pruebas de compatibilidad de materiales deben cumplir con los estándares ASTM G94 para garantizar la seguridad en entornos de oxígeno a alta presión.
Las soluciones técnicas preferidas son los compresores de tornillo libres de aceite y los compresores de pistón laberínticos. Los compresores de tornillo libres de aceite emplean diseños de perfil especial, con claridades de rotor controladas entre 0.05-0.15 mm, asegurando que los rotores macho y hembra completen el proceso de compresión sin contacto. Combinado con tratamiento de recubrimiento de Teflón, esto evita completamente la generación de chispas por fricción metálica. Los compresores de pistón laberínticos, por otro lado, utilizan estructuras de sellado laberíntico especiales, formando caminos de fuga tortuosos a través de una serie de ranuras anulares mecanizadas con precisión para lograr sellado sin contacto. Son particularmente adecuados para compresión de oxígeno a alta presión a 20-50 MPa. Para aplicaciones de oxígeno de ultra alta pureza, todas las superficies de la ruta de flujo deben someterse a tratamiento de electropulido (EP) para garantizar una rugosidad superficial de Ra ≤ 0.4 μm, reduciendo el riesgo de acumulación de impurezas e ignición.
Desafíos técnicos y soluciones para compresión de hidrógeno
Los principales desafíos en la compresión de hidrógeno provienen de su pequeño diámetro molecular (0.289 nm) y baja densidad, lo que lo hace muy propenso a fugas y permeación. Según los estándares técnicos del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), el coeficiente de difusión del hidrógeno es tres veces mayor que el del metano, aumentando significativamente los riesgos de fuga. Además, el rango explosivo de las mezclas hidrógeno-aire es extremadamente amplio (4%-75%), lo que exige un rendimiento de sellado extremadamente alto del equipo. La fragilización por hidrógeno es otra preocupación crítica, ya que los átomos de hidrógeno pueden penetrar en las redes metálicas bajo alta presión y temperatura, reduciendo la tenacidad del material.
Para abordar las características del hidrógeno, normalmente se emplean compresores de líquido iónico y compresores de pistón especialmente diseñados. Los compresores de líquido iónico utilizan líquidos iónicos incompresibles como medio de pistón, logrando un proceso de compresión casi isotérmico y controlando el aumento de temperatura dentro de los 10°C, reduciendo efectivamente los riesgos de fuga. Los compresores de pistón especialmente diseñados adoptan un diseño de compresión multietapa, con enfriamiento interetapa que asegura temperaturas de descarga por debajo de los 100°C. Están equipados con sistemas de doble sello de gas seco, donde la presión del gas de sello siempre se mantiene 0.2-0.3 MPa más alta que la presión del gas de proceso. Para sistemas de compresión de hidrógeno a gran escala, se recomiendan compresores de diafragma. Estos utilizan diafragmas metálicos para aislar completamente el gas de proceso del aceite hidráulico, logrando una compresión 100% libre de fugas.
Consideraciones de seguridad y selección de equipos para compresión de cloro
El cloro, al ser altamente tóxico y fuertemente corrosivo, requiere especial atención a la protección de seguridad y la resistencia a la corrosión del material durante la compresión. Según el estándar Pamphlet 6 del Chlorine Institute de EE. UU., la fuga de cloro no solo puede causar corrosión del equipo, sino también conducir a importantes incidentes de seguridad. Cuando el contenido de agua en el cloro excede 50 ppm, forma ácido clorhídrico, causando corrosión severa al acero al carbono. Por lo tanto, el punto de rocío del gas debe controlarse estrictamente por debajo de -40°C.
Los compresores de anillo líquido son la solución preferida para la compresión de cloro. Utilizan ácido sulfúrico concentrado como fluido de trabajo para formar una película de pasivación protectora, previniendo la corrosión por cloro. La carcasa del compresor está hecha de Hastelloy C-276 (UNS N10276) o titanio (Grado 2), mientras que el impulsor se fabrica de acero inoxidable ultra bajo en carbono 316L (UNS S31603) o acero inoxidable dúplex 2205 (UNS S32205). El diseño del sistema debe incorporar sellos mecánicos dobles: el sello primario está hecho de PTFE resistente a la corrosión, y el sello secundario está hecho de aleación especial. La cámara de sellado se purga continuamente con nitrógeno para mantener una ligera presión positiva (0.1-0.2 bar), asegurando que no haya fugas de cloro. Todos los tubos y válvulas en contacto con el cloro requieren tratamiento especial, con superficies internas pulidas a Ra ≤ 0.4 μm para reducir la adhesión y corrosión del cloro.
Requisitos técnicos y estándares de seguridad
El diseño y fabricación de compresores para gases especiales deben adherirse a especificaciones técnicas y estándares estrictos. Para sistemas de oxígeno, es obligatorio el cumplimiento de ISO 21789 (Turbinas de gas - Seguridad para aplicaciones de turbinas de gas) e EIGA IGC 33/18 (Sistemas de tuberías de oxígeno). Todos los componentes deben someterse a una desengrasación rigurosa antes del montaje, utilizando solventes especializados como tricloroetano o acetona para garantizar que el contenido de aceite y grasa permanezca por debajo de 25 mg/m². Los sistemas de hidrógeno deben cumplir con los requisitos de ASME B31.12 (Tuberías y conductos de hidrógeno), con inspección radiográfica al 100% y pruebas de dureza para todas las uniones soldadas para prevenir agrietamiento inducido por hidrógeno. Los sistemas de cloro deben cumplir con API 681 (Industrias de petróleo, petroquímica y gas natural - Compresores de anillo líquido), equipados con sistemas de alivio de seguridad duales. Los gases de alivio deben dirigirse a unidades de tratamiento de neutralización con álcali.
La instalación de equipos y los entornos operativos también tienen requisitos especiales: las salas de compresores de oxígeno deben estar estrictamente libres de aceite y equipadas con sistemas de supresión de incendios dedicados que utilicen dióxido de carbono o gases inertes. Se prohíben los extintores de agua o espuma. Las salas de compresores de hidrógeno requieren ventilación forzada con un mínimo de 12 cambios de aire por hora y deben estar equipadas con sistemas de detección de concentración de hidrógeno y alarma, con sondas de detección espaciadas no más de 5 metros. Las salas de compresores de cloro deben tener sistemas de escape de presión negativa y unidades de absorción de emergencia para garantizar el manejo oportuno de fugas. La capacidad de tratamiento de las unidades de absorción debe ser al menos del 150% de la fuga potencial máxima.
Al comprimir gases especiales, la seguridad no tiene precio. Poseemos amplia experiencia en el diseño y fabricación de compresores para varios medios especiales. Desde la selección de materiales y la tecnología de sellado hasta los sistemas de protección de seguridad, garantizamos absoluta seguridad y confiabilidad para sus procesos. Nuestro equipo de ingeniería puede proporcionar soluciones personalizadas completas basadas en ASTM, ASME, ISO y otros estándares relevantes, adaptadas a sus necesidades operativas específicas. Contáctenos ahora para asesoramiento técnico profesional y soluciones de selección de equipos.
Nota: Las soluciones técnicas descritas aquí se basan en estándares de ingeniería internacionales. La selección específica de equipos requiere cálculo profesional y evaluación basados en parámetros operativos reales. El diseño, instalación y operación de sistemas de compresión de gases especiales deben ser realizados por profesionales calificados y cumplir estrictamente con las especificaciones técnicas de seguridad nacional para equipos especiales, como TSG 21-2016 (Reglamento de supervisión de seguridad técnica para recipientes de presión estacionarios) y TSG R0001-2019 (Reglamento de supervisión de seguridad técnica para tuberías de presión). Todos los compresores de gases especiales deben someterse a estudios de peligro y operabilidad (HAZOP) antes de la puesta en marcha, y se deben desarrollar planes de emergencia integrales.
