Simulación y evaluación de los intercambiadores de calor de

Transcripción

SINCRUDOS DE ORIENTE SINCOR C.A.
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR DE
CARCAZA Y TUBO DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE LA
UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA DEL COMPLEJO MEJORADOR DE
CRUDO EXTRAPESADO DE SINCOR.
Pablo Alejandro Huiza Andrade
Tutor Industrial: Ing. Germán Luna
Caracas, Agosto 2004
1
DERECHO DE AUTOR
Quien suscribe, en condición de autor del trabajo de grado titulado: “Simulación y
Evaluación de los Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo del Tren de
Precalentamiento de Crudo de la Unidad de Destilación Atmosférica del Complejo
Mejorador de Crudo Extrapesado de Sincor”, declara que: Cedo a título gratuito, y en
forma pura y simple, ilimitada e irrevocable a la Universidad Metropolitana, los derechos
de autor de contenido patrimonial que me corresponden sobre el presente trabajo.
Conforme a lo anterior, esta cesión patrimonial sólo comprenderá el derecho para la
universidad de comunicar públicamente la obra, divulgarla, publicarla o reproducirla en
la oportunidad que ella así lo estime conveniente, así como la de salvaguardar mis
intereses y derechos que me corresponden como autor de la obra antes señalada. La
universidad en todo momento deberá indicar que la autoría o creación del trabajo
corresponde a mi persona, salvo los créditos que se deban hacer al tutor o a cualquier
tercero que haya colaborado o fuere hecho posible la realización de la presente obra.
2
Autor: Pablo Alejandro Huiza Andrade
C.I: 15.200.744
En la ciudad de Caracas, a los 25 días del mes de Octubre del año 2004
APROBACIÓN
Considero que el trabajo de grado titulado:
“Simulación y Evaluación de los Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo del Tren
de Precalentamiento de Crudo de la Unidad de Destilación Atmosférica del Complejo
Mejorador de Crudo Extrapesado de Sincor”
Elaborado por el ciudadano:
Pablo Alejandro Huiza Andrade
3
Para optar al título de:
Ingeniero Químico
Reúne los requisitos exigidos por la escuela de Ingeniería Química de la Universidad
Metropolitana, y tiene méritos suficientes como para ser sometido a la presentación y
evaluación exhaustiva por parte del jurado examinador que se designe.
En la ciudad de Caracas, a los 25 días del mes de octubre del año 2004
Ernesto Bordier
Ing. Germán Luna
C.I: 6.4587.890
DEDICATORIA
Cuando el sueño de una persona se convierte en una meta hecha realidad no queda más
que dedicárselo y agradecerle a las personas más importantes en su vida......
En primer lugar le doy gracias a Dios por haberme permitido cumplir este sueño, por
estar siempre conmigo, por darme fuerzas para seguir adelante, y sobretodo, darme la
salud necesaria para poder culminar este sueño.
4
A Mami, todo esto lo hice por ti y para ti. Gracias por existir y ser la persona más
importante de mi vida. Te quiero muchísimo.
A Papá, gracias por aconsejarme las mejores decisiones de mi vida y darme siempre el
apoyo para alcanzar este sueño. Todo esto es parte de ti.
A mi abuelita Elvia, donde quiera que estés, sin tu cariño y apoyo no lo hubiera hecho.
Gracias por cuidarme y protegerme siempre. Te extraño mucho.....
A mi abuelita Sole, sé que estabas esperando esto y aquí lo tienes, tu orgullo por mi
fue una de las cosas que me permitió seguir adelante para alcanzar esto. Te quiero
mucho Sole y ojalá disfrutemos juntos por mucho tiempo.
A Katy y Kris, sin duda somos los mejores, luchen siempre por sus sueños y metas, que
solo así podrán hacerse realidad. Los quiero mucho....
A toda mi familia, especialmente a mis tíos: Rubén, Miriam, Nena, More, Eglé, Mónica.
A mis primos: Jesús y Oscar Augusto. Gracias por su apoyo, son muy especiales para
mí y nunca los olvidaré.
En fin, le doy las gracias a todas y cada una de las personas que estuvieron siempre
pendiente de mí, que me ayudaron y que me dieron siempre una mano amiga cuando
más la necesité.
Todos ustedes forman parte de este sueño que también les pertenece y mucho se
merecen....
5
ÍNDICE
Índice de Tablas
Índice de Figuras
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
1
CAPÍTULO I. TEMA DE INVESTIGACIÓN
3
I.1 Planteamiento del Problema
3
I.2 Objetivos
4
I.2.1 Objetivo General
4
I.2.2 Objetivos Específicos
4
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
5
II.1 Descripción General del Complejo Mejorador de Crudo Extrapesado de
SINCOR
6
II.2 Descripción de Unidades
8
II.2.1 Unidad de Destilación Atmosférica (CDU-1100)
8
II.2.2 Unidad de Destilación al Vacío (VDU-1200)
9
II.2.3 Unidad de Coquificación Retardada (DCU-1300,1400,1500)
Unidad de Recuperación de Gases (GRU-1600)
9
II.2.4 Unidad de Hidrotratamiento de Naftas y Destilados (NDHDT-2100)
10
II.2.5 Unidad de Hidrocraqueo Moderado (MHC-2300,2400)
10
II.2.6 Unidad de Manufactura de Hidrógeno (MHU-2500,2600)
11
II.2.7 Complejo de Azufre
11
II.2.8 Servicios Industriales
12
II.3 Detalle de las Instalaciones y del Proceso de las Unidades de Destilación
Atmosférica (CDU) y de Vacío (VDU)
12
II.3.1 Unidad de Destilación al Vacío
18
II.4 Fundamentos Teóricos
20
II.4.1 Transferencia de Calor
20
II.4.2 Equipos de Transferencia de Calor
21
II.5 Intercambiadores de Calor
22
II.5.1 Definición
22
6
II.6 Clasificación y Aplicaciones de los Intercambiadores de Calor
23
II.6.1 Intercambiadores de Tubo y Carcaza
24
II.6.1.1 Tubos
27
II.6.1.2 Carcaza
27
II.6.1.3 Cabezales
28
II.6.1.4 Deflectores o Baffles
29
II.7 Balance de Energía
29
II.8 Coeficiente Global de Transferencia de Calor, U
30
II.9 Diferencia Media Logarítmica de Temperaturas
32
II.10 Ensuciamiento o Fouling
33
II.10.1 Tipos de Ensuciamiento
33
II.10.2 Factor de Ensuciamiento o Factor de Obstrucción
34
II.10.3 Limpieza y Reducción del ensuciamiento
35
CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
37
III.1 Población y Muestra
37
III.2 Actividades y Recursos Necesarios para el Logro de los Objetivos
39
III.3 Instrumentos de Evaluación
40
III.4 Modelo Termodinámico
45
III.5 Contenido del Trabajo Elaborado
47
III.5.1 Metodología para la Validación de un Intercambiador de Calor en
HEXTRAN
48
III.5.2 Procedimiento para la Validación del Modelo Desarrollado
49
III.5.3 Análisis de la Situación del Circuito de Nafta de CDU
50
III.5.4 Evaluación del Tren de Precalentamiento de Crudo bajo el Caso de los
Equipos E-1001 y E-1007 Fuera de Servicio
51
CAPÍTULO IV. RESULTADOS
52
CAPÍTULO V. Discusión de Resultados
75
CAPÍTULO VI. Conclusiones y Recomendaciones
80
VI.1 Conclusiones
80
VI.2 Recomendaciones
81
CAPÍTULO VII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
82
APÉNDICE A. El Crudo y sus Propiedades
84
7
APÉNDICE B. Base de Datos de los Intercambiadores de Calor del Tren de
Precalentamiento de Crudo de CDU
88
APÉNDICE C. Pasos a Seguir para la Validación y Evaluación de un
Intercambiador de Calor en HEXTRAN
90
APÉNDICE D. Data Operacional del Tren de Precalentamiento de Crudo de CDU
97
APÉNDICE E. Validaciones de los Intercambiadores de Calor en HEXTRAN.
100
APÉNDICE F. Fallas mas Frecuentes en los Intercambiadores de Calor
120
APÉNDICE G. Diagramas de operación del Tren de Precalentamiento de Crudo
de CDU.
122
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1. Composición de la carga de CDU
13
8
TABLA 2. Equipos de transferencia de calor de acuerdo a su función
21
TABLA 3. Tipos de cabezales anteriores. Aplicaciones
28
TABLA 4. Tipos de cabezales posteriores. Aplicaciones
28
TABLA 5. Mecanismos de ensuciamiento y tipos de depósitos
34
TABLA 6. Intercambiadores de calor que componen el tren de precalentamiento
de crudo de CDU.
37
TABLA 7. Actividades y recursos necesarios para el logro de los objetivos
39
TABLA 8. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso
diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-01A/D
52
TABLA 9. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso
diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-02A/B
52
TABLA 10. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el
caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-03A/F
53
caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-04A/B
53
caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-05A/S
54
caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-06A/B
54
caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-07A/G
55
caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-08A/D
55
TABLA 16. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los
intercambiadores 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU
56
intercambiadores 01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU
56
intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU
57
57
58
9
intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU
58
intercambiadores 01-E-10-07A/G del tren de precalentamiento de crudo de CDU
59
59
TABLA 24. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores
de calor 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de
datos operacionales utilizando el simulador HEXTRAN
60
de calor 01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de
61
de calor 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de
62
63
de calor 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de
64
65
de calor 01-E-10-07A/G del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de
66
de calor 01-E-10-08A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de
67
10
TABLA 32. Sumario de operación de temperaturas de operación de los
interc3ambiadores 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU
68
68
intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU
69
70
intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU
70
70
intercambiadores 01-E-10-07A/G del tren de precalentamiento de crudo de CDU
71
72
TABLA 40. Sumario de presiones de operación del tren de precalentamiento de
crudo de CDU
73
TABLA 41. Valores del factor de obstrucción a partir de datos operacionales
utilizando el simulador HEXTRAN
73
TABLA 42. Temperaturas obtenidas bajo el caso de los equipos E-1001 y E-1007
fuera de servicio
74
TABLA 43. Impacto en la cantidad de combustible a ser utilizado en los hornos
atmosféricos bajo el caso de los equipos E-1001 y E-1007 fuera de servicio
74
TABLA 44. Clasificación de crudos de acuerdo a la gravedad API y densidades.
85
TABLA 45. Componentes más usados de la ventana principal SIM4ME
HEXTRAN
90
TABLA 46. Datos requeridos para la validación y evaluación de un intercambiador
de calor de tubo y coraza (STE).
91
TABLA 47. Data operacional del tren de precalentamiento de crudo de CDU
97
TABLA 48. Fallas más frecuentes en los intercambiadores de calor
119
11
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. Ubicación geográfica del complejo mejorador de SINCOR
6
FIGURA 2. Pasos para la producción del Zuata Sweet, Coque y Azufre
7
FIGURA 3. Unidades del proceso que conforman el complejo mejorador
7
FIGURA 4. Diagrama simplificado del complejo mejorador de crudo extrapesado
8
12
de SINCOR
FIGURA 5. Primer tren de precalentamiento
14
FIGURA 6. Segundo tren de precalentamiento
15
FIGURA 7. Columna de destilación atmosférica y productos
16
FIGURA 8. Intercambiador de cacaza y tubos
25
FIGURA 9. Tipo de carcazas y cabezales. Nomenclatura TEMA
26
FIGURA 10. Tipos de deflectores Transversales
29
FIGURA 11. Perfil de temperaturas para flujos en contracorriente y paralelo
32
FIGURA 12. Factores de obstrucción y coeficientes de transferencia de calor
35
FIGURA 13. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-01A/D en
función del tiempo
60
FIGURA 14. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-02A/B en
función del tiempo
61
FIGURA 15. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-03A/F en
función del tiempo
62
función del tiempo
63
FIGURA 17. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-05A/S en
función del tiempo
64
función del tiempo
65
FIGURA 19. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-07A/G en
función del tiempo
66
FIGURA 20. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-08A/D en
función del tiempo
67
FIGURA 21. Curva de calibración para las temperaturas medidas en planta con
pirómetro
72
FIGURA 22. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-03A/F en
función del tiempo
74
FIGURA 23. Densidad, viscosidad y gravedad API de crudos típicos venezolanos.
86
13
RESUMEN
SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR DE
CARCAZA Y TUBO DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE LA
UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA DEL COMPLEJO MEJORADOR DE
CRUDO EXTRAPESADO DE SINCOR.
14
Autor: Pablo Alejandro Huiza Andrade
Tutor: Ing. Germán Luna
Caracas, Agosto 2004
La finalidad del siguiente trabajo fue desarrollar en el paquete de simulación
HEXTRAN una simulación integral y detallada de los intercambiadores de calor de tubo
y coraza con fluido monofásico del tren de precalentamiento de crudo de la unidad de
destilación atmosférica (CDU) de Sincor a fin de ser incorporada al banco de
simulaciones de la gerencia técnica. El trabajo realizado se llevó a cabo en varias
etapas: primero se revisó toda la teoría del proceso, se identificaron todos los equipos a
simular y su interacción con las demás unidades del complejo mejorador. Luego se
preparó un sumario de operación del tren de precalentamiento de crudo para colectar
de la manera más eficiente posible la data del sistema DCS y de campo. Utilizando
como patrón de comparación las hojas de especificaciones de diseño de los equipos y
el sumario de operación antes referido, se simularon y se validaron las condiciones de
diseño y de operación normal de los equipos.
Los resultados obtenidos reproducen satisfactoriamente las especificaciones de diseño
de los intercambiadores de calor, presentando porcentajes de desviación razonables.
Asimismo se elaboraron gráficos donde se observa la tendencia al ensuciamiento de
cada equipo para así facilitar la elaboración de programas de ciclos de limpieza.
Durante el desarrollo del trabajo se realizó un estudio especial en el que se evaluó el
tren de precalentamiento de crudo para el caso de un trío de intercambiadores E-1007 y
una pareja de E-1001 fuera de operación, lo cual permitió determinar el impacto que
esto traería al consumo de combustible en los hornos de destilación atmosférica. Se
determinó que el consumo de combustible adicional sería menor al 5% del combustible
consumido para esos momentos. Igualmente se llevó a cabo una simulación detallada
de los intercambiadores 01-E-10-03A/F, debido al estado crítico de ensuciamiento que
presentaron estos intercambiadores de calor durante el tiempo de estudio.
Finalmente, la metodología establecida y aplicada es adecuada y confiable, y permitirá
a los ingenieros de proceso, operaciones y mantenimiento de equipos del mejorador,
evaluar el desempeño de los intercambiadores de calor con el fin de mantener la vida
útil de estos equipos. Se sugiere mantener un seguimiento gráfico al factor de
obstrucción en función del tiempo para observar la tendencia al ensuciamiento de los
intercambiadores de calor, así como aplicar los criterios descritos para evaluar de una
manera coordinada y efectiva el desempeño de estos equipos.
15
INTRODUCCIÓN
SINCOR es una operadora petrolera resultante de la asociación estratégica de TOTAL,
PDVSA y Statoil; cuya finalidad es la de producir hasta 200 mil barriles de crudo
extrapesado de la faja petrolífera del Orinoco (8º API) y mediante un proceso de
conversión/mejoramiento transformarlo en un crudo sintético liviano de muy alta calidad
(32º API, muy bajo en azufre) llamado Zuata Sweet. Igualmente se producen los
subproductos coque (6 mil toneladas diarias) y azufre (900 toneladas diarias).
Para ello, se perforan casi 1500 pozos en Zuata (Edo. Anzoátegui). Este crudo se diluye
con nafta, para luego ser deshidratado y de esta manera lograr remover el exceso de
agua y despojarlo de los gases livianos que contiene. Una vez completado este
proceso, el crudo es transportado a través de un oleoducto de 210 kilómetros que se
extiende desde la estación principal, ubicada en San diego de Cabrutica, hasta las
instalaciones del Mejorador en el Complejo Industrial Petroquímico y Petrolero “General
de División José Antonio Anzoátegui” en Jose (al norte del estado Anzoátegui).
El proceso de transformación del crudo se realiza en diversas unidades de proceso, las
cuales se apoyan en otras de generación o distribución de servicios utilitarios y
exteriores, estas unidades operan bajo una serie de especificaciones, tales como
temperatura, presión y flujo, entre otras. Uno de los equipos que contribuye al
cumplimiento de estas especificaciones son los intercambiadores de calor, donde las
corrientes de los procesos intercambian calor entre sí para ser enfriadas o calentadas y
así alcanzar el grado de temperatura específico según las condiciones de operación del
equipo o la unidad a la cual se le suministrará este flujo.
El complejo mejorador de Sincor posee dentro de sus instalaciones una unidad de crudo
(CDU) de 284MBD con un tren de precalentamiento de crudo cuya función es calentar
el crudo desde 50 hasta 260°C. Este tren de precalentamiento está integrado con la
unidad de destilación al vacío (VDU) por lo que su simulación es muy importante por la
interacción calórica entre estas dos unidades.
Los servicios de los intercambiadores de calor pueden presentar sucios, formar
depósitos y obstrucción por efecto de reacciones químicas, corrosión, velocidad de los
fluidos, el tipo de material de construcción, entre otros factores; es por ello que surge la
16
necesidad de evaluar el desempeño de los intercambiadores de calor de este tren de
precalentamiento, por medio de la estimación del factor de obstrucción y la elaboración
de gráficas y tendencias en función del tiempo. El presente trabajo se enfocará en el
desarrollo de estos puntos y está conformado por siete capítulos.
En el primer capítulo se presenta el objetivo general y se detallan los objetivos
específicos del proyecto, se justifica y se señala la importancia del trabajo y la
delimitación del área de estudio del mismo. El segundo capítulo llamado marco teórico,
contiene la descripción general de cada una de las principales unidades del complejo
mejorador de crudo de SINCOR, los fundamentos teóricos y criterios de diseño de
intercambiadores de calor de carcaza y tubo, entre otros conceptos necesarios para la
comprensión y entendimiento del tema a estudiar.
El tercer capítulo plantea la metodología a desarrollar para el cumplimiento de los
objetivos, así como las herramientas e instrumentos de evaluación utilizados. Luego de
estas etapas se analizan y se comparan los resultados obtenidos y por último, se
presentan las conclusiones y las recomendaciones emitidas.
17
CAPÍTULO I. TEMA DE INVESTIGACIÓN
I.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Dentro de la unidad de destilación atmosférica del complejo mejorador de crudo de
Sincor se encuentra el tren de precalentamiento de crudo, cuya función es precalentar
el crudo desde 50 hasta 260°C. este tren de precalentamiento está integrado con la
unidad de destilación al vacío (VDU).
Dada la importancia que tiene este tren de intercambiadores de calor para lograr la
eficiencia requerida tanto de entrada como salida en CDU y para cumplir con la
especificaciones de productos de CDU Y VDU, se hace necesario desarrollar una
simulación integral de este tren, con el fin de permitir a la gerencia técnica un soporte
técnico periódico y así poder predecir el ensuciamiento de los equipos.
El ensuciamiento o factor de obstrucción es una variable que va a impactar
directamente en la eficiencia del equipo, por lo que se hace sumamente necesario
elaborar programas de ciclos de limpieza que permitan disminuir a su máxima expresión
el valor de esta variable.
Como se dijo, un facto de obstrucción influye en el rendimiento o eficiencia del equipo,
mediante la simulación a ser desarrollada se podrá determinar el impacto térmico que
este tenga en los equipos aguas abajo del tren de precalentamiento.
Se hace necesario ampliar el estudio a la unidad de destilación al vacío, ya que este
primer tren de precalentamiento utiliza como fluido a enfriar el gasóleo pesado
proveniente de esta torre, y para aumentar la eficiencia del tren se necesita determinar
las condiciones óptimas de operación del gasóleo así como también las condiciones
óptimas de operación del “Quench”.
18
I.2. OBJETIVOS
I.2.1 OBJETIVO GENERAL
Desarrollar en el paquete de simulación HEXTRAN la simulación integral y detallada del
tren de precalentamiento de crudo de CDU a fin de ser incorporada al banco de
simulaciones de la gerencia técnica.
I.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Simular en HEXTRAN el tren de intercambio de calor en CDU
Realizar sumario de operación en CDU para recolectar data para el tren de
intercambio.
Evaluar ensuciamiento de los equipos.
Evaluar el tren de precalentamiento bajo el caso de los intercambiadores E1001 y E-1007 fuera de servicio.
Análisis de la situación del circuito de nafta de CDU (Evaluación E-1003)
19
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
En esta sección se presentan las bases teóricas del tema a tratar, así como una breve
descripción del complejo mejorador de crudo extrapesado de Sincor,
descripción
general de las principales unidades de proceso y servicio de la planta. Posteriormente
se presentan los fundamentos teóricos, criterios de diseño y mantenimiento de los
intercambiadores de calor, enfocándose principalmente a los intercambiadores de calor
tipo carcasa y tubo. Por último, se expone una descripción detallada de la unidad de
destilación atmosférica y de vacío necesaria para poder conocer todas las corrientes de
los productos que conforman el tren de precalentamiento de crudo.
Cada planta de procesamiento, mejoramiento y refinación de crudo posee instalaciones
de diseño y complejidad específicas, dependiendo del volumen y calidad del crudo que
se procesa en ella y del mercado hacia el cual va dirigido sus productos. Los tipos de
procesos que encontramos en cada planta pueden ser:
o
Procesos de Separación: Son aquellos que utilizan calor o algún solvente para
obtener productos refinados.
o
Procesos de Conversión: Son aquellos que cambian la forma y/o tamaño de la
molécula en presencia de catalizadores.
o
Procesos de Tratamiento: Son aquellos que contribuyen a remover las
impurezas o mejorar la calidad del producto mediante aditivos.
A continuación se presenta una descripción del complejo mejorador de crudo
extrapesado de sincor así como también el detalle de las instalaciones y proceso de la
unidad de destilación atmosférica y de vacío, unidades donde se basa el presente
estudio.
20
II.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL COMPLEJO MEJORADOR DE CRUDO
EXTRAPESADO DE SINCOR
El complejo mejorador de Sincor produce un crudo sintético de alta calidad a partir del
crudo diluido proveniente de la estación principal ubicada en San Diego de Cabrutica.
En los pozos, al sur del estado Anzoátegui, se extrae un crudo extrapesado (8.5°API) de
la faja petrolífera del Orinoco
Este crudo una vez mezclado con nafta y diluido a 17 °API, es trasladado vía oleoducto
hacia el mejorador, ubicado en el complejo industrial de jose, con la finalidad de obtener
cerca de 180 mil barriles diarios de crudo mejorado, considerado el liviano de mayor
calidad proveniente de la faja petrolífera del Orinoco, de 32°API, con menos de 0.15%
de azufre, sin metales, listo para su comercialización en el exterior. Este crudo es el que
se conoce como Zuata Sweet.
Figura 1. Ubicación Geográfica del complejo mejorador de Sincor.
En el proceso de mejoramiento de crudo se obtienen 900 toneladas de azufre, el cual se
destina para el sector farmacéutico y de fertilizantes, y 6.000 toneladas de coque, de
valor para aplicaciones en las industrias eléctricas y del cemento.
En la siguiente figura se muestra de manera sencilla todo el proceso de transformación
del crudo extrapesado a crudo diluido hasta su comercialización.
21
Figura 2. Pasos para la producción del Zuata Sweet, Coque y Azufre.
El crudo diluido que llega al mejorador se almacena en tanques. De allí, luego de ser
desalado es sometido a una primera operación de fraccionamiento por destilación. Los
cortes obtenidos se tratan separadamente en los siguientes procesos:
Figura 3. Unidades de proceso que conforman el complejo mejorador.
La secuencia de estos procesos, que transforman el crudo diluido en crudo mejorado se
observa en el siguiente diagrama de flujo simplificado del mejorador, incluyendo las
unidades y corrientes principales.
22
DILUENTE
GASES
AL S.G.C.
NAFTA
CRUDO
DILUIDO
DESALADO
RES
GASES
DESDE NDHT
AGUA
C
D
U
HMU
GAS NATURAL
AMINA RICA
AMINA POBRE
AGUA AGRIA
SRGO
LVGO
V
D
U
NAFTA
NDH
DT
NAFTA
H
HVG
NAFTA
MHC
HIDROGENO
GASES
AL S.G.C.
ARU
SRU
SWS
GRU
LSSC
CRUDO
SINTETICO
HIDROGENO
LCGO
MSSC
HCGO
DCU
COKE
AGUA DESPOJADA
HACIA WWT
AZUFRE
Figura 4. Diagrama simplificado del complejo mejorador de crudo extrapesado de Sincor.
II.2 DESCRIPCIÓN DE UNIDADES
II.2.1 UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA (CDU-1100)
La unidad de destilación atmosférica está diseñada para procesar 284.000 BPSD de
crudo zuata diluido de 17°API con la finalidad de producir gases, nafta, gasoil y residuo
atmosférico. Adicionalmente la nafta se recupera como diluente para incrementar el API
de la mezcla de crudo zuata.
Los principales productos de esta unidad son:
GAS: compuesto por hidrocarburos de bajo peso molecular y se envían como
parte de la alimentación a la unidad recuperadora de gases GRU.
SRGO (Straight Run Gas Oil): esta corriente se envían como alimentación a la
unidad de hidrotratamiento de naftas y destilados (NDHDT).
Diluente: consiste en un corte de nafta de 47°API que se recupera para diluir el
crudo zuata
Residuo Atmosférico: se envía como alimentación a la unidad de destilación al
vacío
23
II.2.2 UNIDAD DE DESTILACIÓN AL VACÍO (VDU-1200)
En esta unidad se fracciona el residuo atmosférico a altas temperaturas y a presión
reducida para obtener gasóleos pesados que van a las unidades de hidroprocesos y el
producto de fondo que sirve de alimentación a la unidad de coquificación retardada. Se
opera a condiciones de vacío para extraer los gasóleos que no destilan a presión
atmosférica. El vacío en la torre se logra por medio de eyectores.
Como productos encontramos:
Gasóleo liviano (Light Vacum Gas Oil: LVGO): este corte se envía a la unidad de
hidrotatamiento de naftas y destilados (NDHDT).
Gasóleo Pesado (High Vacum Gas Oil: HVGO): se destina como alimentación a
la unidad de hidrocraqueo moderado (MHC).
Residuo de Vacío: se envía como carga a la unidad de coquificación retardada
(DCU).
II.2.3 UNIDAD DE COQUIFICACIÓN RETARDADA (DCU-1300, 1400,1500)
UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE GASES (GRU-1600)
La coquificación retardada consiste en un proceso térmico en el cual el hidrocarburo
pesado se calienta a alta velocidad en un horno y luego se envía a una zona de
reacción (tambores), en donde bajo condiciones apropiadas de presión y temperatura,
se craquea térmicamente en gas, nafta, destilados y se polimeriza el coque.
Productos principales:
Nafta/Gasoil Liviano (Light Coker Gas Oil: LCGO): se envía como alimentación
a la unidad de hidrotratamiento de naftas y destilados (NDHDT).
Gasoil Pesado (Heavy Coker Gas Oil: HCGO): se envía como alimentación a la
unidad de hidrocraqueo moderado (MHC).
Coque: se envía al terminal de manejos de sólidos a través de una cinta
transportadora para su comercialización.
24
II.2.4
UNIDAD
DE
HIDROTRATAMIENTO
DE
NAFTAS
Y
DESTILADOS
(NDHDT-2100)
El término hidrotratamiento identifica a un amplio grupo de procesos en los cuales se
utiliza el hidrógeno como reactante, en presencia de catalizador y bajo condiciones de
operación apropiadas, para preparar cargas a otros procesos y/o mejorar la calidad de
los productos terminados, a través de productos livianos como SRGO, LVGO, Wild
Nafta y LCGO.
El objetivo principal de esta unidad es reducir el contenido de azufre y nitrógeno, así
como también compuestos insaturados presentes en la carga, con la finalidad de
mejorar la calidad del crudo sintético.
Productos:
Gas: Normalmente se envía como alimentación a la unidad de manufactura de
hidrógeno. Si existe un exceso se envía hacia la red de gas combustible.
Nafta Hidrotratada/Gasoil Hidrotratado: Vía a tanques para la elaboración de la
mezcla de sincrudo.
Nafta de reposición: Se combina con nafta de CDU para ser usada como
diluente para el crudo de zuata.
II.2.5 UNIDAD DE HIDROCRAQUEO MODERADO (MHC-2300, 2400)
En esta unidad se remueven los compuestos metálicos, aromáticos, asfáltenos,
compuestos de azufre y compuestos de nitrógeno contenidos en una mezcla de gasoil
pesado de vacío y gasoil pesado del coquificador.
En el proceso de hidrocraqueo, se utiliza una corriente de hidrógeno elemental a alta
presión (entre 106 y 110 Barg), la cual se mezcla con la corriente de hidrocarburo de
alimentación y se introduce en un sistema de reactores en serie donde se ponen en
contacto con un catalizador.
25
MHC convierte esta alimentación en productos de peso molecular inferior (craqueo),
satura compuestos (hidrogenación) y simultáneamente remueve azufre, nitrógeno y
oxígeno. Los productos son una mezcla de parafinas, naftenos y aromáticos
esencialmente puros y deben cumplir con las especificaciones de contenido de azufre y
nitrógeno.
Una vez despojado el efluente de reacción, las corrientes de MHC y NDHDT se mezclan
y se forma el SINCRUDO. Posteriormente el sincrudo es enviado al conjunto de
Tanques de Almacenamiento de Embarque Jose Sur (TAEJS), con un máximo de
contenido de azufre de 1.200 ppm en peso.
II.2.6 UNIDAD MANUFACTURADORA DE HIDRÓGENO (MHU-2500, 2600)
El propósito fundamental de esta unidad es producir hidrógeno de alta pureza para
suplir los requerimientos de los procesos de hidrotratamiento que se llevan a cabo en el
mejorador. La producción de hidrógeno se logra mediante la reformación catalítica del
gas natural y gas de NDHDT en combinación con vapor de agua. Se produce una
corriente de hidrógeno con alta pureza (99.9% aproximadamente)
II.2.7 COMPLEJO DE AZUFRE
El crudo procesado en las diferentes unidades del mejorador contiene muchos
compuestos indeseables con alto contenido de azufre (sulfuros, mercaptanos, aminas)
que se convierten en sulfuro de hidrógeno (H2S) y en amoníaco (NH3). Esta corriente de
gases producidos en las diferentes unidades son enviadas hacia el complejo
recuperador de azufre, donde son convertidas en azufre elemental y nitrógeno,
respectivamente. Este complejo está conformado por las siguientes unidades:
o
Unidad
de
Recuperación
de
Azufre
(Sulfur
Recovery
Unit:
SRU-
3500/3600/3700).
o
Unidad de Recuperación de Aminas (Amine regeneration Unit: ARU-3100/3200).
26
o
Unidad de Despojamiento de Aguas Fenólicas y no Fenólicas (Sour Water
Stripping: SWS-3300)
o
Unidad de Tratamiento de Gas de Cola (Tail Gas Treating Unit: TGTU-3800).
II.2.8 SERVICIOS INDUSTRIALES
Consiste en el conjunto de facilidades que sirven de apoyo para una operación continua
y segura en el mejorador mediante la generación oportuna de servicios, suministro de
crudo diluido, manejo de productos terminados y retorno de los efluentes en total
armonía con el ambiente. Los servicios industriales están dirigidos a suministrar vapor,
agua, aire de instrumentos, nitrógeno, gas natural y electricidad a todas las unidades de
proceso.
II.3 DETALLE DE LAS INSTALACIONES Y DEL PROCESO DE LAS UNIDADES DE
DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA (CDU) Y DE VACÍO (VDU)
La torre de destilación atmosférica y de vacío constituyen la base fundamental del
mejorador de crudo de sincor, ya que permite que el crudo Zuata sea fraccionado en
diferentes cortes que a su vez serán la alimentación de las unidades aguas abajo para
la producción del Sincrudo[2].
El crudo que sirve como alimentación a la unidad es una mezcla entre 7.8°API y 9.2
°API, mezclado a 8.5°API y diluido con nafta a 17°API, basado en la siguiente
composición de alimentación:
27
Tabla 1. Composición de la carga de CDU.
ALIMENTACIÓN
KG/HR
BPSD
Crudo Zuata 7.8 °API
696.049
103.560
Crudo Zuata 9.2 °API
658.415
98.935
Subtotal (7.8+9.2)
1.354.464
202.495
Nafta(Diluente)
389.515
74.442
Agua en Crudo
37.190
5.622
Metano en crudo
3.130
1.576
1.784.299
284.135
7.585
1.490
1.776.714
282.645
Subtotal(crudo, diluente,
metano, agua)
Pérdida de diluente en
campo
Alimentación total a CDU
Las bombas de alimentación 01-P-10-01A/B/C/S son las encargadas de transferir el
crudo diluido de los tanques 05-T-10-02 y descargarlo en los intercambiadores de calor
(crudo/HVGO) que conforman el 1° tren de precalentamiento. El objetivo primordial de
este tren de precalentamiento consiste en aumentar la temperatura a la carga de crudo,
aprovechando los diferentes niveles de energía de todos los productos provenientes de
CDU y VDU.
Este tren inicia sus funciones a través de unos intercambiadores de calor, tipo carcaza y
tubo que calientan el crudo a la temperatura que requieren los desaladores (160°C).
28
Figura 5. Primer Tren de Precalentamiento.
El crudo llega al tren de precalentamiento conformado inicialmente por los
intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D, a través del lado tubo. El gasoil pesado de
vacío (HVGO) usado en estos intercambiadores, pasa por el lado carcaza y proviene
de la columna de vacío de la unidad de destilación al vacío (VDU). El crudo sale de
estos intercambiadores y entra por el lado carcaza a los IC que intercambian
LVGO/Crudo (01-E-10-02A/B). El LVGO pasa por el lado de los tubos. Una vez que el
crudo sale de los IC E1002 se divide en tres partes iguales por medio de un control de
flujo de proceso para entrar por el lado carcaza a los intercambiadores retiro total de
nafta/Crudo (01-E-10-03A/F). La nafta que pasa por estos intercambiadores proviene de
la columna de destilación atmosférica. El crudo sale de los E-1003 directamente a los IC
Reciclo de SRGO/Crudo (01-E-10-04A/B) por el lado tubo. La temperatura a la salida de
estos intercambiadores es mantenida en 160°C por medio de un desvío de flujo. El
reciclo de SRGO proviene de la columna de destilación atmosférica y pasa por el lado
de la carcaza.
Una vez que el crudo alcanza la temperatura óptima entra al proceso de desalación. El
propósito principal de esta sección es remover la sal, agua y otras impurezas como
limo, barro, óxido de hierro, arena y carbón del crudo, debido a que pueden causar
29
corrosión severa, daños por incrustaciones, tapado en los intercambiadores y pueden
actuar como catalizadores para la formación de coque en la tubería de los hornos. El
proceso se basa en una desalación electroestática de alta velocidad en tres trenes
paralelos con dos etapas cada uno y tres transformadores por cada tren de desalación.
Ya el crudo desalado entra al tren de precalentamiento de crudo desalado donde
alcanza la temperatura requerida a la entrada de los hornos atmosféricos. En este tren
el crudo siempre pasa por el lado tubo y los fluidos calientes por el lado coraza.
Figura 6. Segundo Tren de Precalentamiento
El crudo sale de los desaladores succionado por las bombas 01-P-10-02A/B/C/S y es
enviado hacia los intercambiadores Reciclo SRGO/Crudo. Luego entra a los
intercambiadores Crudo/Pumparound SRGO (01-E-10-05A/S). El SRGO viene de la
columna de destilación atmosférica y retorna con una temperatura menor favoreciendo
la condensación de los más pesados. De allí pasa a los IC Crudo/Producto SRGO (01E-10-06A/B). El SRGO proviene del despojador de gasoil y luego se dirige al enfriador
de aire correspondiente. El crudo continúa a los intercambiadores Crudo/Producto
HVGO (01-E-10-07A/J). El HVGO proviene de la columna de destilación al vacío. Por
último, el crudo se dirige a las IC crudo/Residuo de vacío (01-E-10-08A/D) para luego
dirigirse a los hornos 02-F-10-01A/B.
30
Los hornos de crudo (01-F-10-01A/B) son utilizados para incrementar la temperatura del
crudo desalado antes de que entre en la columna de destilación atmosférica. Ambos
hornos son idénticos, cada uno posee dos celdas, con quince quemadores cada una, es
decir cada horno posee treinta quemadores, por los cuales se hace pasar gas
combustible. Para que ocurra la combustión el horno tiene ingreso de O2 con el fin de
producir fuego en los quemadores y calentar el crudo desde 260 hasta 374°C.
El crudo calentado entra a la columna de destilación atmosférica (01-C-10-01) por el
plato de alimentación para ser separado en diferentes fracciones y de esta forma
obtener los cortes de producto requerido (gas tope, nafta, SRGO y residuo atmosférico).
Figura 7. Columna de Destilación Atmosférica y Productos.
La nafta que se retira de la torre está compuesta por cuatro corrientes que
posteriormente serán separadas:
31
Nafta de Pumparound
Nafta de Purga
Nafta de Reciclo Diluente
Nafta de Lavado
La corriente de nafta sale de la torre y pasa por las bombas 01-P-10-03A/B/S y en la
descarga se separa en dos corrientes una que compone las naftas de pumparound,
purga y reciclo diluente; la otra es nafta de lavado.
La nafta de pumparound, purga y reciclo diluente forman una sola corriente y pasa por
el primer tren de precalentamiento, a través de los intercambiadores 01-E-10-03A/F
para ceder calor y precalentar el crudo. Al salir pasa al enfriador de aire 01-EA-10-03
disminuyendo aún más su temperatura, y luego se separa en nafta de purga y reciclo
diluente y la nafta de pumparound.
La nafta de reciclo diluente pasa a través del enfriador de aire 01-EA-10-07 para ser
enfriada y posteriormente enviada a almacenaje.
La nafta de pumparound se une con la corriente de nafta de reflujo que sale de las
bombas 01-P-10-07A/S para entrar a los filtros 01-S-10-02A/B, con la finalidad de
eliminar las impurezas presentes en el fluido. Al salir de los filtros la nafta entra a la
columna de crudo para mantener el perfil de temperatura dentro de la columna.
La nafta de lavado se divide en dos corrientes antes de entrar a los filtros 01-S-1003A/B. al salir de los filtros la corriente de nafta se vuelve a unir para regresar a la
columna como nafta de lavado.
La corriente de SRGO sale de la columna de destilación a 261°C. al salir se separa en
SRGO pumparound y en SRGO no despojado. El SRGO pumparound es succionado
por
las
bombas
01-P-10-04A/B/S
para
luego
precalentar
el
crudo
en
los
intercambiadores de calor 01-E-10-05A/S y 01-E-10-04A/B. Luego la corriente entra al
32
enfriador de aire 01-EA-10-02 para finalmente regresar a la columna de destilación
atmosférica, pasando antes por los filtros para eliminar impurezas y no taponar el
interior de la columna. El SRGO no despojado entra al despojador 01-C-10-02 para
retirar los livianos presentes en los vapores de SRGO. Por el tope sale una mezcla de
vapor de agua con vapores de hidrocarburo que retornan a la columna para ser
recuperados. Por el fondo, sale una corriente de SRGO no despojado que es
succionada por las bombas 01-P-10-05A/S. al salir de las bombas el SRGO pasa a
través de los intercambiadores de calor 01-E-10-06A/B para precalentar el crudo. El
SRGO sale de estos equipos a una temperatura de 171°C. Esta corriente pasa a través
del enfriador 01-EA-10-04 y al salir se mezcla con una corriente de LVGO que viene de
la unidad 1200, esta mezcla es enviada a la unidad 5300 para servir de alimentación a
NDHDT.
El residuo atmosférico sale de la columna hacia la unidad VDU para servir como
alimentación a la columna de vacío. En caso de que VDU este parada el residuo
atmosférico puede servir de alimentación a la unidad de coker, así como también
sustituir los fluidos calientes para precalentar el crudo en el tren de precalentamiento de
la unidad de destilación atmosférica.
II.3.1 UNIDAD DE DESTILACIÓN AL VACÍO (VDU)
Esta unidad constituye la segunda fase después de la destilación atmosférica del
proceso de fraccionamiento del mejorador de Sincor, esta alimenta las unidades aguas
abajo para la producción del sincrudo.
El residuo atmosférico es calentado en los hornos 01-F-20-01A/B hasta 407°C
aproximadamente para luego entrar en la columna de vacío 01-C-20-01. Allí se separan
los productos que no se separan mediante la destilación atmosférica.
El retiro total de residuo de vacío es bombeado por las bombas de residuo de vacío 01P-20-03A/B/S y dividido en tres corrientes:
33
1. La corriente de enfriamiento Súbito: una parte del residuo de vacío se envía al
tren de precalentamiento de crudo de CDU (01-E-10-08A/D) donde cede sus
calorías y se enfría. Esta corriente retorna a la torre para obtener la temperatura
deseada de la mezcla en el fondo de la columna (343°C). De esta forma se
mantiene la temperatura por debajo de los valores que causarían el craqueo del
crudo.
2. La porción mayor de residuo de vacío, 16263 t/d, es enviado directamente al
DCU como carga principal de esta unidad.
3. El residuo de vacío caliente restante, se enfría de 343 a 204°C en el generador
de vapor, 01-E-20-01A, donde se genera vapor de media presión.
El HVGO líquido es removido del plato de retiro de HVGO por las bombas de HVGO 01P-20-02AB/S. Parte del HVGO, 5514 t/d, se bombea a través de los filtros de aceite de
lavado 01-S-20-04A/B y se rocía sobre la sección de lavado como aceite de lavado. El
resto del HVGO se envía a CDU para calentar el crudo y para enfriar el HVGO pasando
primero por el lado carcaza del intercambiador 01-E-10-07A/J. Una parte del HVGO
enfriado es regresado a la torre de vacío como corriente de reciclo
El HVGO que no regresa a la torre constituye el producto HVGO. Esta corriente se
envía a la unidad de MHC. Primero se hace pasar por los intercambiadores 01-E-1001A/D para precalentar el crudo de alimentación. La temperatura del producto HVGO
debe ser 90°C y se controla con los ventiladores 01-EA-10-10.
El LVGO líquido se bombea con las bombas de LVGO 01-P-20-01A/S. Una parte de
líquido es bombeado a los filtros de retorno 01-S-20-02A/B y rociado sobre la sección
de fraccionamiento. El reflujo interno de LVGO ayuda a mejorar el punto final del LVGO.
El resto del LVGO se envía a CDU para precalentar el crudo en los intercambiadores
01-E-10-02A/B y para enfriar el LVGO. La corriente de reciclo se envía al enfriador 01EA-20-01 y al enfriador de ajuste de reciclo 01-E-20-05. La temperatura de retorno es
de 49°C. El LVGO que no regresa a la columna constituye el producto LVGO y es
enviado a NDHDT. Esta corriente se mezcla con el SRGO aguas debajo de los
34
enfriadores de aire de SRGO 01-EA-10-04 en la unidad de destilación atmosférica. La
temperatura del producto es mantenida en 70°C por los enfriadores 01-EA-10-05
combinado con el 01-EA-10-08, enfriador de nafta de purga.
II.4 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
II.4.1 TRANSFERENCIA DE CALOR
La transferencia de calor es una interacción entre los fluidos y materiales a
consecuencia de un gradiente de temperatura entre ellos. Esta interacción ocurre
mediante tres mecanismos diferentes: conducción, radiación y convección.
La conducción es fundamentalmente la transferencia de energía por contacto físico en
ausencia de movimiento del material a nivel macroscópico. Este mecanismo puede
ocurrir en sólidos, líquidos o gases.
La radiación es la transferencia de calor de un cuerpo a otro mediante el movimiento
de ondas electromagnéticas a través del espacio, inclusive cuando exista vacío entre
ellos. La radiación puede ocurrir a través de gases, líquidos o sólidos; pero debido a la
mayor capacidad de absorción de energía de los medios densos, la radiación del calor
es más eficiente a través de los gases.
La convección es la transferencia de calor de un punto a otro en un fluido, gas o
líquido, debido a la mezcla y movimiento de las diferentes partes del fluido.
Existen dos mecanismos de transferencia de calor por convección, denominados
convección forzada y convección natural. En la convección forzada, el movimiento del
fluido es debido a fuerzas externas, tal como bombeo; mientras que en la convección
natural el movimiento es inducido por la diferencia de densidades resultante de la
diferencia de temperatura en el fluido. Cuando en la convección forzada la velocidad es
relativamente baja, estos factores de diferencia de densidad y de temperatura pueden
tener un efecto considerable.
35
Existen dos tipos generales de procesos: sin cambio de fase (conocida también
como calor sensible) y con cambio de fase. El proceso sin cambio de fase o calor
sensible, como su nombre lo sugiere, involucra operaciones de calentamiento y
enfriamiento de fluidos donde la transferencia de calor resulta solamente en cambios
de temperatura; mientras que en el cambio de fase (calor latente), la operación se
traduce en una conversión de líquido a vapor o de vapor a líquido; es decir,
vaporización o condensación. Muchas aplicaciones involucran ambos tipos de
procesos.
II.4.2 EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Los equipos de transferencia de calor se clasifican de acuerdo a la función que
desempeñan en [1]:
Tabla 2. Equipos de transferencia de calor de acuerdo a su función.
EQUIPO
Congelador
Condensador
Condensador
Parcial
Condensador final
Enfriador
Intercambiador
Calentador
FUNCIÓN
Enfría un fluido a una temperatura inferior a la que
se puede obtener, si se utiliza sólo agua como
enfriador.
Condensa un vapor o una mezcla de vapores, ya
sea solos o en presencia de un gas no condensable
Condensa vapores a un punto bastante elevado
para proporcionar una diferencia de temperatura
suficiente para precalentar una corriente fría de un
proceso. Esto ahorra calor y elimina la necesidad de
proporcionar un precalentador por separado
Condensa los vapores a una temperatura final de
almacenamiento de aprox. 37.8 C (100 F). Utiliza el
enfriamiento por agua, lo que quiere decir que el
calor transferido se pierde para el proceso.
Enfría líquidos o gases por medio de agua
Realiza una función doble:
1. Calienta un fluido frío por medio de un
fluido caliente
2. Un fluido caliente que se enfría
No se pierde ningún calor transferido
Aplica un calor sensible a un líquido o a un gas,
mediante la condensación de vapor o Downtherm
36
Tabla 2 Continuación. Equipos de transferencia de calor de acuerdo a su función
EQUIPO
Rehervidor
Rehervidor de
Termosifón
Rehervidor de
circulación forzada
Generador de vapor
Sobrecalentador
Vaporizador
Caldera de calor
residual
FUNCIÓN
Conectado a la base de una torre fraccionadora,
proporciona el calor de ebullición que se necesita
para la destilación. El medio de calentamiento puede
ser vapor o fluido caliente proveniente del proceso
Se obtiene la circulación natural del medio en
ebullición, al mantener una carga suficiente de
líquido para asegurar la circulación.
Se emplea una bomba para obligar al líquido a pasar
por el rehervidor.
Genera vapor para uso en cualquier punto de la
planta, mediante la utilización de calor de alto nivel
disponible en el alquitrán o en los aceites pesados.
Calienta un vapor por encima de la temperatura de
saturación
Un calentador que vaporiza parte del líquido
Produce vapor, es similar al generador de vapor, con
la excepción de que el medio de calentamiento es
un gas o un líquido caliente que se produce en una
reacción química.
El tren de precalentamiento de crudo esta compuesto por intercambiadores de calor tipo
tubo y coraza por lo que son estos equipos los explicados a continuación:
II.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR
II.5.1 DEFINICIÓN
Un Intercambiador de Calor es un equipo con el único propósito de intercambiar calor
entre dos fluidos, ya sea entre dos líquidos, entre un líquido y un gas o entre dos
gases. Estos equipos recuperan calor entre dos corrientes en un proceso o entre una
corriente de proceso y una de servicio.
En los Intercambiadores de Calor se observa fundamentalmente dos mecanismos de
transferencia de energía: conducción y convección. La conducción ocurre a través de la
pared sólida de los tubos que componen el intercambiador y se debe a la diferencia de
37
temperatura existente entre la pared externa e interna de los mismos. La convección se
produce por la interacción de los fluidos a ambos lados de la pared sólida.
La función básica de los intercambiadores es la transferencia de energía térmica entre
dos o más fluidos a diferente temperatura. El calor fluye, como resultado del gradiente
de temperatura, desde el fluido caliente hacia el frío a través de una pared de
separación, la cual se le denomina superficie o área de transferencia de calor. Es decir,
no existe fuente de energía térmica en un intercambiador de calor.
En resumen, las funciones típicas de un intercambiador de calor en los procesos
industriales son las siguientes:
Recuperación de calor: la corriente fría recupera parte del calor contenido en la
corriente caliente. Es decir, calentamiento y enfriamiento de las corrientes
involucradas, las cuales fluyen simultáneamente a ambos lados del área de
transferencia de calor.
Evaporación: una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor
cambia de fase líquida a fase de vapor.
Condensación: una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor
cambia de fase de vapor a líquida.
II.6 CLASIFICACIÓN Y APLICACIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
Los intercambiadores de calor son diseñados para satisfacer requerimientos
específicos, existiendo en el mercado varios tipos que difieren en tamaño y forma.
Estos tipos son clasificados de acuerdo a diferentes criterios, tales como procesos y
mecanismos de transferencia de calor. Grado de compactibilidad de la superficie, patrón
de flujo, número de fluidos, geometría y tipo de construcción. Este último criterio
engloba un amplio rango de intercambiadores usados en la industria petrolera, los
cuales
se
describen
a
continuación.
Por
supuesto,
existen
otros
tipos
de
intercambiadores de calor a los cuales no se hace referencia, pero éstos no se utilizan
con frecuencia en la industria petrolera.
38
Los intercambiadores de calor pueden clasificarse en:
o
Según
su
servicio:
Refrigerador,
Condensador,
Enfriador,
Calentador,
Rehervidor, Generadores de vapor, Sobrecalentador, Vaporizador.
o
Según su configuración o construcción: Intercambiador Carcasa y Tubos,
Enfriadores de Aire, Intercambiadores de Doble Tubo, Intercambiadores de
Superficie
Extendida,
Intercambiadores
de
Láminas
de
Aluminio,
Intercambiadores del tipo Espiral “Hampson Coil”, Intercambiadores especiales
(Tipo
Bayoneta,
Condensadores
Superficie
de
Contacto
Raspadora,
Enfriadores
de
Serpentín,
Directo,
Enfriadores
de
Cascada,
Intercambiadores de Grafito Impermeable, Intercambiadores de Placa.
II.6.1 INTERCAMBIADORES DE TUBO Y CARCAZA
Este es el tipo de intercambiador que se utiliza comúnmente en la industria petrolera. Es
de bajo costo, fácil de limpiar y relativamente fácil de construir.
Mecánicamente
resistente para soportar los esfuerzos externos e internos en las condiciones normales
de operación, debido a los cambios en temperatura y presión. Fácil de mantener y
reparar. Adicionalmente, la disponibilidad de buenos procedimientos de diseño, de
experticia y de facilidades de fabricación, aseguran el diseño y construcción exitoso de
este tipo de intercambiadores, convirtiéndoles en la primera opción a seleccionarse para
un proceso de transferencia de calor[7].
Los intercambiadores de tubo y carcaza tienen dos principales componentes: Un tubo
envoltorio, el cual contiene una gran cantidad de tubos por donde pasa el fluido que va
del lado tubo, y una armadura que se conecta con el tubo envoltorio a través de la cual
atraviesa el fluido lado carcaza.
Normalmente las carcazas contienen lengüetas o placas verticales con pequeñas
entradas en los extremos, cuyo propósito es forzar el fluido de la carcaza a pasar en
flujo cruzado sobre los tubos, creando así una mayor turbulencia y una mejoría en los
coeficientes de transferencia de calor. También sirve para aumentar la longitud de
39
trayectoria del fluido de la carcasa. El material de los tubos es usualmente hierro, hierro,
bronce o acero al carbono, entre otros, pudiendo ser utilizados a temperaturas severas.
Los tubos pueden ser limpiados internamente introduciendo una vara o utilizando un
fluido a alta presión. La superficie de afuera de los tubos en un intercambiador de
envoltorio es más fácil de limpiar, ya que la superficie de muchos de los tubos es
inaccesible.
La siguiente figura muestra un intercambiador de tubo y carcaza y sus partes:
Figura 8. Intercambiador de carcaza y tubo.
1.-Carcaza. 2.-Tubos. 3.-Placa de tubos. 4.-Deflectores. 5.-Deflector Longitudinal. 6.Cabezal posterior. 7.-Cabezal fijo. 8.-Boquilla de la carcaza. 9.- Boquilla para los tubos
Los intercambiadores de tubo y carcaza se diseñan de acuerdo a los estándares
publicados por la asociación de fabricantes de tubulares, conocida como TEMA (Tubular
Exchanger Manufactures Association).
TEMA presenta tres estándares para la construcción mecánica, los que especifican
diseño, fabricación y materiales a utilizar en los intercambiadores de tubo y carcaza.
Estos son:
Clase R: Para aplicaciones en petróleo y procesos relacionados
40
Clase C: Para aplicaciones en procesos comerciales
Clase B: Para servicios en procesos químicos
Figura 9. Tipo de carcazas y cabezales. Nomenclatura TEMA
Un intercambiador de calor de tubo y carcaza está dividido en tres partes según TEMA:
cabezal anterior, la carcaza y el cabezal posterior.
41
Esta asociación propone un sistema de normas para la designación de los tipos de
intercambiadores, conformada por tres letras que definen completamente el equipo. La
primera letra define el cabezal anterior, la segunda al tipo de carcaza y la tercera al tipo
de cabezal posterior.
II.6.1.1 TUBOS
Los tubos proporcionan la superficie de transferencia de calor entre un fluido que fluye
por ellos y otro que fluye sobre su superficie externa. Se pueden obtener de diferentes
materiales y de diferentes grosores, definidos por el calibrador Birgminham para
alambre, o también llamado calibrador BWG. Pueden o no tener aletas en la superficie
externa, cuando se trata de un fluido con un coeficiente de convección mucho menor al
del fluido interior.
Usualmente los tubos se colocan en una placa que ha sido perforada y acondicionada
para soportar su peso. Esta debe cumplir con los requerimientos mecánicos además de
soportar ataques corrosivos por parte de ambo fluidos y debe ser químicamente
compatible con el material de los tubos.
Figura 8. Placa de tubos de un intercambiador de carcaza y tubos
II.6.1.2 CARCAZA
La carcaza es el recipiente para el fluido externo. Es de sección transversal circular y el
material de fabricación debe cumplir con requerimientos de alta temperatura y corrosión.
Posee unas boquillas que constituyen las vías de entrada y salida del fluido.
42
Existen seis arreglos estandarizados de carcazas en las normas TEMA clasificados
como E, F, G, H, J, K, X.
II.6.1.3 CABEZALES
Los cabezales permiten la distribución del flujo que viaja por los tubos. Existen dos
tipos: fijos o anteriores y los posteriores. La facilidad de acceso a los tubos es el factor
que incide a la hora de seleccionar el cabezal fijo, mientras que la necesidad de
limpieza, el estrés térmico, el goteo y el costo, son factores que influyen en la selección
del cabezal posterior.
Tabla 3. Tipos de cabezales anteriores. Aplicaciones.
Tabla 4. Tipos de cabezales posteriores. Aplicaciones.
43
II.6.1.4 DEFLECTORES O BAFFLES
Usualmente se instalan deflectores (placas) del lado de la carcaza, bien sea transversal
o longitudinalmente. Los deflectores longitudinales se usan cuando se requieren dos o
más pasos por la carcaza o para sustituir a dos carcazas tipo E en serie. Estos
deflectores son denominados también divisores de paso. Los deflectores transversales
se emplean para soportar los tubos, evitando así el pandeo y vibración y para
incrementar el coeficiente de transferencia de calor del fluido ya que variando la
distancia entre los baffles el diseñador puede modificar (en ciertos intervalos) la
velocidad del fluido por la carcaza induciendo turbulencia. Esto también afecta la caída
de presión.
Figura 10. Tipos de deflectores transversales.
II.7 BALANCE DE ENERGÍA
El balance de energía en el intercambiador se formula con base a la ecuación de
energía para flujo estacionario aplicado a un volumen de control que encierra al
intercambiador. Un balance de energía entre los dos fluidos nos da como resultados:
Energía perdida por el fluido caliente = Energía ganada por el fluido frío
Wh C h (Th ,i − Th ,o ) = Q = wc C c (Tc ,o − Tc ,i ) Ec.1
Donde:
Wh: Flujo másico del fluido caliente
44
Ch: Calor específico del fluido caliente, a presión constante.
Th,j: Temperatura de entrada del fluido caliente
Th,o: Temperatura de salida del fluido caliente
Wc: Flujo másico del fluido frío
Cc Calor específico del fluido frío, a presión constante
Tc,o: Temperatura de salida del fluido frío
Tc,j: Temperatura de entrada del fluido frío
II.8 COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR, U
La ley de Fourier nos permite conocer el flujo de calor transferido en los
intercambiadores de calor de tubo y coraza, esta se representa por medio de la
siguiente ecuación:
Q = Ud × A × ΔLMTD
1
Ec.2
Donde Q es el calor transferido, que es directamente proporcional al área de
transferencia (A) por el coeficiente global de transferencia (Ud) junto con la diferencia de
temperatura verdadera (∆tml).
Cuando se especifica un intercambiador de calor, casi siempre se conoce o se puede
estimar sin mayor dificultad, los términos de Q y ∆tml, para condiciones de proceso
dadas. Para obtener el valor apropiado del área de calor requerida, se necesita evaluar
solamente el coeficiente Ud
El coeficiente global de transferencia de calor es el recíproco de las sumas de todas las
resistencias a la transferencia de calor encontrada, entendiendo por la resistencia la
pared del tubo (por conducción) y la resistencia de la película del fluido del lado exterior
e interior de la pared del tubo (convección).
1
LMTD: Logaritmical Medium Temperature Diference
45
La transferencia unidimensional (qx), para este sistema se expresa como:
qx =
T∞,1 − T∞,4
∑ Rt
Ec.3
Donde T∞ ,1 - T∞ , 4 es la diferencia del total de temperatura, y la suma incluye todas las
resistencias térmicas. Por tanto:
qx =
T∞,1 − T∞,4
⎡⎛ 1
⎞⎤
⎞ ⎛ 1
⎞ ⎛ LA
⎞ ⎛ LB
⎞ ⎛ LC
⎢⎜⎝ h1.A ⎟⎠ + ⎜⎝ K A. A ⎟⎠ + ⎜⎝ K B A ⎟⎠ + ⎜⎝ K C. A ⎟⎠ + ⎜ h A ⎟⎥
4. ⎠ ⎦
⎝
⎣
Ec.4
De manera alternativa la transferencia de calor se relaciona con la diferencia de
temperatura y las resistencias asociadas con cada elemento. Por ejemplo:
qx =
T∞,1 − T∞,4
⎛ 1
⎞
⎜ h .A ⎟
⎝ 1 ⎠
=
Ts,1 − T2
T − T3
= 2
⎛ LA
⎞ ⎛L
⎞
⎜ K A⎟ ⎜ B K A⎟
A. ⎠
B. ⎠
⎝
⎝
Ec.5
En sistemas compuestos se trabaja con un coeficiente global de transferencia, U, que
se define con una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton. En
consecuencia,
q x = U AΔT
Ec.6
Donde ∆T es la diferencia total de temperatura. El coeficiente global de transferencia de
calor se relaciona con la resistencia térmica total,
U=
1
1
=
Rt A ⎡⎛ 1 ⎞ ⎛ LA
⎞ ⎛ 1 ⎞⎤
⎞ ⎛ LC
⎞ ⎛ LB
⎢⎜⎝ h1.⎟⎠ + ⎜⎝ K A. ⎟⎠ + ⎜⎝ K B ⎟⎠ + ⎜⎝ K C. ⎟⎠ + ⎜ h ⎟⎥
4. ⎠ ⎦
⎝
⎣
Ec.7
46
En general,
Rt = ∑
ΔT
1
=
q
UA
Ec.8
II.9 DIFERENCIA MEDIA LOGARITMICA DE TEMPERATURA
Cuando se grafica la temperatura en función de la longitud del intercambiador se
presentan una situación típica. Ambas temperaturas, t (temperatura del fluido frío) y T
(temperatura del fluido caliente) varían simultáneamente, t lo hace creciendo desde t1
hasta t2 y T diminuyendo desde T1 hasta T2. Esta situación es la que describe el
intercambio de calor sin cambio de fase de ninguna de las dos corrientes. La figura de la
izquierda ilustra el caso de flujos en contracorriente, en tanto que a la derecha se
observa la disposición de corrientes paralelas.
Figura 11. Perfil de temperaturas para flujos en contracorriente y paralelo
La variación de una o ambas temperaturas puede ser lineal, pero lo habitual es que no
lo sea. En muchas ocasiones la diferencia de temperatura entre el flujo caliente y el frío
no tiene un valor constante a lo largo del intercambiador de calor, es por esta razón que
para el uso de las ecuaciones se aplica un promedio logarítmico de diferencial de
temperatura (LMTD), el cual está definido por la ecuación:
⎡
⎤
⎢ ΔT − ΔT ⎥
2
⎥
LMTD = ⎢ 1
Δ
T
⎢ Ln
1 ⎥
⎢
ΔT2 ⎥⎦
⎣
Ec.9
47
ΔT1 = T h,o - T c,i
ΔT2 = T h,i - T c,o
Th,j: Temperatura de entrada del fluido caliente
Th,o: Temperatura de salida del fluido caliente
Tc,j: Temperatura de entrada del fluido frío
Tc,o: temperatura de salida del fluido frío.
II.10 ENSUCIAMIENTO O FOULING
El ensuciamiento es la deposición de materiales indeseables sobre la superficie del
intercambiador, lo que incrementa la resistencia a la transferencia de calor. Este
fenómeno es muy complejo y puede ser causado por sedimentación, cristalización,
reacción química, polimerización, coquificación, crecimiento de materia orgánica como
algas y corrosión. Estos mecanismos pueden operar independientemente uno de los
otros o en paralelo. La velocidad de ensuciamiento está controlada por relaciones
físicas y químicas que están afectadas por las condiciones de operación, entre ellas
tenemos:
Velocidad de los Fluidos: afecta de
manera moderada a fuerte todos los
mecanismos de ensuciamiento.
Temperatura de la superficie: afecta mucho de los procesos de ensuciamiento,
particularmente la cristalización y reacción química.
Temperatura de bulbo de fluido: afecta la rata de reacción y cristalización.
Materiales de construcción: pueden ejercer acciones catalíticas y corrosión.
Superficie: la rugosidad, tamaño y cavidades pueden afectar la sedimentación y
la tenencia a la adherencia de depósitos.
II.10.1 TIPOS DE ENSUCIAMIENTO
Los depósitos de sucio pueden ser creados por diferentes mecanismos y cada uno de
ellos depende de varias variables. Además, dos o más mecanismos pueden ocurrir en
conjunto en un servicio dado. En la siguiente tabla se identifican la mayoría de los
mecanismos de ensuciamiento:
48
Tabla 5. Mecanismos de ensuciamiento y tipos de depósitos.
MECANISMO DE
ENSUCIAMIENTO
Deposición de partículas
Cristalización
Congelamiento
Corrosión
Reacción Química
Bioensuciamiento
Sistemas mezclados
APROXIMACIÓN /
CAUSAS
Pequeñas partículas en la
superficie
Afectado por velocidad más
que por la temperatura de
la pared
Iones o cristales
Influencia por la
temperatura
Moléculas en solución
Moléculas agresivas
Iones o radicales
Microorganismos y
nutrientes
Cualquier mezcla de los
sistemas anteriores
TRANSFORMACIÓN DEL
DEPÓSITO
Aglomeración
Cristalización y orientación
de cristales en una
estructura coherente
Estructura continua de
material sólido
Reacción química con la
superficie produciendo
nuevos componentes
químicos que forman una
estructura continua
Polímeros
Matriz de células y
polímeros extracelulares
Matrices complejas de
partículas y químicos
unidos en productos
extracelulares
II.10.2 FACTOR DE ENSUCIAMIENTO O FACTOR DE OBSTRUCCIÓN
Cuando hay resistencia por ensuciamiento (Rd), la resistencia térmica aumenta y el
intercambio de calor transfiere una cantidad de energía menor que la señalada por
diseño. Si el coeficiente global de transferencia de calor incluye las resistencias por
ensuciamiento se le denomina Coeficiente Global para intercambiador sucio o de diseño
(Ud). Si estas resistencias no son incluidas, el coeficiente global dependerá solo de las
características y magnitud del flujo, de las temperaturas medidas, junto con las
propiedades del intercambiador y de los fluidos. A este coeficiente se le llama
Coeficiente Total Limpio (Uc). Estos términos se relacionan mediante la siguiente
expresión:
1
1
=
+ Rd
Ud Uc
49
Sí se supone el Rdi, como el factor de obstrucción para el fluido del tubo interior a su
diámetro interior y Rdo el factor de obstrucción para el fluido del ánulo en el diámetro
exterior del tubo interior
Rd = Rdi + Rdo
Estas resistencias se pueden apreciar en la figura:
hi
Rd
Rdo
ho
Figura 12. Factores de obstrucción y Coeficientes de transferencia de calor.
II.10.3 LIMPIEZA Y REDUCCIÓN DEL ENSUCIAMIENTO
Como la formación del sucio no puede ser prevenida, es necesario realizar previsiones
para la eliminación parcial periódica. La limpieza puede ser química o mecánica, esto
depende del tipo de intercambiador y de la cantidad de sucio presente en él. La
aplicación de limpieza química es una especialidad y debe ser aplicada solo bajo la
guía de un especialista. No requiere levantamiento del equipo ni desmontaje del
conducto, es la técnica más conveniente cuando el intercambiador es del tipo cabezal
fijo.
Hay varias técnicas para la limpieza mecánica del ensuciamiento. Por ejemplo, el
raspado o cepillado rotatorio se limita a aquellas superficies que pueden alcanzarse por
las herramientas de raspado en el lado de la carcaza por el uso de grandes despejes
entre los tubos y/o el uso de diseño del tubo cuadrado rotado. Es muy común utilizar
altas velocidades en inyecciones de agua por el lado tubo y por el lado carcaza.
50
A medida que ha transcurrido el tiempo, las técnicas de limpieza han ido evolucionando
y con ello han aumentado su efectividad. A continuación se presenta una serie de
tecnologías de auto limpieza de intercambiadores:
Sistema Automático de Cepillado de los Tubos (ATB)
Este sistema permite limpiar el intercambiador sin tener que sacarlo de operación. El
sistema elimina el sucio tan frecuente como sea necesario. El ATB trabaja insertando un
cepillo con cerdas de nylon dentro de cada tubo y en el final de los tubos unas jaulas de
plástico, esta instalación es permanente.
Sistema de Limpieza con Bolas
Este sistema trabaja con la circulación continua de unas bolas de esponjas especiales a
través de los tubos del intercambiador. Las bolas son ligeramente más pequeñas que el
diámetro interno de los tubos, limpiado así sus paredes. Se inyectan una gran cantidad
de estas bolas dentro del lado de la corriente del intercambiador de calor para asegurar
que cada tubo será limpiado. Aguas abajo las bolas son capturadas en una sección
especial con colador para luego ser almacenadas en un tanque.
51
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
En este capítulo se presenta la metodología utilizada, tipo de investigación y estrategias
empleadas para el logro de los objetivos propuestos, el contenido del modelo elaborado
para evaluar el nivel de ensuciamiento y el rendimiento de los intercambiadores de
calor, así como los recursos necesarios para poder desarrollar por completo el tema en
estudio.
El trabajo realizado fue de tipo descriptivo, dado a que el estudio consistió en la
elaboración de un modelo y simulación que permita evaluar el grado de ensuciamiento
de los intercambiadores de calor del tren de precalentamiento de crudo de la unidad de
destilación atmosférica empleando los criterios de diseño y de operación de los mismos.
III.1 POBLACIÓN Y MUESTRA
La población de este estudio esta representada por el complejo mejorador de crudo
extrapesado de sincor. A su vez la muestra la componen los intercambiadores de calor
de tubo y carcaza de flujo monofásico que integran el tren de precalentamiento de crudo
de la unidad de destilación atmosférica.
A continuación se mencionan los intercambiadores de calor evaluados:
Tabla 6. Intercambiadores de calor que componen el Tren de Precalentamiento de
Crudo de CDU.
TAG
SERVICIO
01-E-1001A/D
Crudo Diluido / HVGO Producto
01-E-10-02A/B
Crudo Diluido / LVGO
01-E-10-03A/F
Crudo Diluido / Nafta Pump
01-E-10-04A/B
Crudo Diluido / SRGO Pump.
01-E-10-05A/S
Crudo Desalado / SRGO Pump.
01-E-10-06A/B
Crudo Desalado / SRGO Producto
01-E-10-07A/J
Crudo Desalado / HVGO
01-E-1008A/D
Crudo Desalado / Residuo de Vacío
CRITICIDAD
Alta Velocidad / Altas
Temperaturas
Temperaturas
Temperaturas
Temperaturas
Temperaturas
Temperaturas
Temperaturas
Temperaturas
52
Los criterios utilizados para designar la criticidad a los intercambiadores de calor son los
siguientes:
Altas Temperaturas (>50°C): a partir de esta temperatura se inicia la
precipitación de sales como el carbonato de calcio, esto depende de la
solubilidad de las sales.
Bajas velocidades (<0.91 m/s): tendencia a la deposición y ensuciamiento por
sólidos en suspensión.
Altas velocidades (>1.52 m/s): genera cierta tendencia a la corrosión, arrastre y
erosión.
Equipos verticales, por efecto de la gravedad suelen depositarse los sólidos
suspendidos en la parte inferior del equipo, generándose corrosión en este
punto.
Tubos con diámetros pequeños, ocasionan una alta caída de presión, disminuye
la velocidad del fluido por lo que se tiende a la deposición y ensuciamiento.
Todos los intercambiadores están construidos de material acero al carbono por
el lado casco y por el lado tubo (tubos, deflectores, etc.), estos están sometidos
a altas temperatura lo cual los hace susceptible a corrosión nafténica.
53
III.2 ACTIVIDADES Y RECURSOS NECESARIOS PARA EL LOGRO DE LOS
OBJETIVOS
Tabla 7. Actividades y recursos necesarios para el logro de los objetivos.
OBJETIVOS
ESPECÍFICOS
Recopilar información
relevante de los
intercambiadores de calor
del tren de
precalentamiento de CDU
Modelar en Hextran los
Realizar una simulación
“base” considerando las
condiciones de diseño de
cada intercambiador
Verificar la Instrumentación
y recolectar datos del tren
de precalentamiento
Validar condiciones de
diseño y operación normal.
ACTIVIDADES
REALIZADAS
.- Revisar teoría del
Proceso.
.- Identificar los equipos a
simular y su interacción con
las demás unidades.
.- Realizar base de datos
en Excel con datos
requeridos para evaluar el
desempeño de los
intercambiadores.
.- Realizar modelos y
esquemas para identificar
como se calculará en el
simulador el factor de
obstrucción.
.- Adiestramiento en el uso
del simulador Hextran
.- Ingresar información
requerida al simulador para
determinar el factor de
ensuciamiento
.- Realizar las corridas
.- Identificar los
instrumentos de medición
de las variables a controlar
(Temperatura, Presión,
Flujo) tanto del lado de
proceso como de servicio.
RECURSOS
Manuales de operación
P&ID y PFD de las
unidades de destilación
atmosférica y vacío.
Data Sheet de los
Manual Hextran
Tutorial Hextran
Hextran
Base de Datos
PI processbook
Pirómetro
Medidores de presión
.- Preparar sumario de
operación
.- Obtener data no
disponible en el sistema
DCS en campo
.- Realizar corridas
semanales desde
04/02/2004 al 07/07/2004
con la data antes referida
Indicadores de
Temperatura
Hextran
Sumario de Operación
54
III.3 INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN
La principal herramienta utilizada para el desarrollo de este proyecto es el simulador
HEXTRAN. Éste es un simulador de procesos de transferencia de calor que ofrece una
serie de aplicaciones que permiten evaluar de una manera más sencilla los equipos
utilizados para la transferencia de calor. También se pueden diseñar nuevos sistemas
para maximizar la eficiencia de los equipos e identificar problemas potenciales.
Entre las principales herramientas que ofrece HEXTRAN tenemos:
Herramienta de Diseño: permite diseñar sistemas sencillos y complejos de
sistemas de transferencia de calor, reduciendo costos y facilitando flexibilidades
en el proceso.
Herramienta de Operaciones: se pueden identificar las limpiezas intensivas y la
predicción de futuros desempeños.
Hextran utiliza correlaciones que se ajustan mejor para el cálculo de los equipos
térmicos, reporta resultados altamente confiables y precisos. Igualmente requiere datos
de diseño del equipo que fácilmente se encuentran en las hojas de especificaciones del
mismo. Además de esto, posee una amplia librería que contiene una gran variedad de
compuestos, propiedades de los mismos y métodos termodinámicos que sirven de base
para predecir cualquier otra propiedad y comportamiento de los compuestos
involucrados en el proceso en estudio.
Sin importar el tipo de simulación que se quiera correr en HEXTRAN, los pasos básicos
para construir un diagrama de flujo y obtener resultados confiables son los siguientes:
1. Crear un nuevo problema en el directorio
2. Especificar el sistema de unidades de cálculo
3. Seleccionar el tipo de calculo a realizar (diseño o seguimiento)
4. Definir los componentes involucrados en el sistema
5. Seleccionar el método termodinámico más adecuado.
55
6. Construir el diagrama de flujo del proceso escogiendo los equipos a simular y
conectarlos de la manera deseada.
7. Introducir la data disponible tanto para las unidades de proceso como para las
corrientes asociadas a ellas,
8. Correr la simulación
9. Analizar los resultados.
HEXTRAN ofrece tres sistemas de unidades: Inglesa, métrica y Sistema Internacional.
El sistema utilizado para evaluar los intercambiadores antes mencionados fue el
métrico, dado que la data está disponible en el sistema métrico.
El tipo de cálculo utilizado fue simulación. El intercambiador de carcaza y tubo riguroso
puede ser simulado como un intercambiador en uso o un intercambiador a ser diseñado.
Para cualquiera de los dos casos HEXTRAN calcula el coeficiente de transferencia de
calor y la caída de presión rigurosamente. Además se puede especificar las
temperaturas de salida de cada equipo, perfiles de temperatura, calidad del líquido de
salida y/o Duty del intercambiador.
Los componentes a ser utilizados se pueden escoger de una amplia lista que contiene
HEXTRAN en su base de datos. Si se desea utilizar componentes de petróleo, se
necesitan al menos, dos de tres propiedades, entre las cuales son: Peso molecular,
Gravedad API ó el NBP de cada componente. Usualmente se utilizan los diferentes
tipos de destilaciones disponibles para cada producto, necesitando solamente un
promedio de la gravedad API. Igualmente se hace necesario obtener una buena data de
viscosidad de los productos que se van a evaluar.
Para la simulación en el caso de diseño de los intercambiadores de calor del tren de
precalentamiento de CDU se utilizaron las destilaciones encontradas en el manual de
operación de la planta, las cuales se muestran a continuación para cada producto
utilizado, además de las propiedades físicas necesarias para tal fin:
56
•
Gases de Venteo
Flujo, Kg./h
5059
Composición, %mol.
C1
C6
H2O
H2S
•
86,5
6,6
6,8
trazas
NAFTA
Densidad, °API
Sulfuros, %P
Nitrógeno, ppm
Viscosidad a 38°C (100°F), cSt
46,93
0,25
1,03
0,90
0,52
Destilación ASTM D-86
% V/V
IBP
10
30
50
70
90
EP
•
°C
107
123
132
144
163
202
278
SRGO
Densidad, °API
Sulfuros, %P
Nitrógeno, ppm
24,69
2,10
223
4,20
1,30
57
% V/V
IBP
10
30
50
70
90
EP
•
°C
160
234
266
290
309
336
376
Residuo Atmosférico
Densidad, °API
Sulfuros, %P
Nitrógeno, ppm
Ni + V, ppm
Concarbon, ppm
6,27
4,03
7 240
5 000
28
567
16,27
%V/V
IBP
10
30
50
70
90
EP
•
348
376
490
596
688
810
949
LVGO
Densidad, °API
Sulfuros, %P
Nitrógeno, ppm
19,72
2,82
569
10,5
2,2
58
% V/V
IBP
10
30
50
70
90
EP
•
°C
192
289
325
343
361
382
424
HVGO
Densidad, °API
Sulfuros, %P
Nitrógeno, wppm
12.92
3.43
2902
500
% V/V
IBP
10
30
50
70
90
EP
•
°C
344
391
425
458
496
543
614
Residuo de Vacío
Densidad, °API
Sulfuros, %P
Nitrógeno, ppm
1,33
4,49
10 075
192 750
2781
59
% V/V
IBP
10
30
50
70
90
EP
•
°C
338
573
635
686
740
880
949
Crudo Diluido
Densidad, °API
Viscosidad a 40 °C ASTM D-445-96
15.8
229.2
Destilación D-5307 2
%V/V
1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
°C
95.68
121.13
142.9
159.06
180.14
213.45
262.22
314.13
358.01
394.31
430.27
462.13
496.34
III. 4 MODELO TERMODINÁMICO
Las ecuaciones matemáticas empleadas en el modelo de simulación están basadas,
bien en suposiciones referentes al proceso real o en simplificaciones del mismo, lo cual
les resta generalidades. Esto impone restricciones en el rango de validez de los
resultados del modelo. Asimismo, las ecuaciones termodinámicas para la predicción de
los equilibrios de las fases y propiedades de los fluidos pueden estar limitadas a ciertos
2
D-5307: Destilación hasta 538°C (1000°F)
60
rangos de presión y temperatura, o por la presencia o concentración de ciertos
compuestos.
Los métodos termodinámicos recomendados para sistemas de hidrocarburos se
concentran dentro de la categoría de ecuaciones de estado, las cuales son expresiones
matemáticas que relacionan la densidad, temperatura, presión y composición del fluido.
A partir de una ecuación de estado se puede calcular tanto las constantes de equilibrio
de los componentes, como las entalpías y entropías.
Entre los métodos termodinámicos que podemos encontrar en HEXTRAN figuran los
siguientes:
Grason-Streed (GS): este método se emplea para mezclas con hidrógeno e
hidrocarburo. Generalmente se utiliza en la refinación de hidrocarburos livianos
con distintos rangos de aplicación, tanto para presiones menores a 200 bar
como temperaturas entre -18 y 450 °C.
Soave-Redlich-Kwong (SRK) y Peng Robinson (PR): este modelo esta orientado
a sistemas que estén compuestos por hidrocarburos. Se obtienen excelentes
resultados en los siguientes rangos de presión de 0 a 350 bar y temperaturas
entre -50 y 650°C.
Petro: este método es empleado para añadir corrientes de hidrocarburos. Se
emplea para el cálculo de viscosidades, tensión superficial y conductividad.
Curl-Pitzer: esta correlación puede ser usada para la determinación de entropías
de las fases líquidas y la fase vapor de hidrocarburos
Costald: éste método se emplea comúnmente para el cálculo con compuestos
líquidos y ofrece resultados rigurosos. También se aplica para hidrocarburos
livianos.
61
El método termodinámico utilizado en la simulación del tren de precalentamiento fue
Soave-Redlich-Kwong (SRK), dado que las presiones y temperaturas a las cuales
operan los intercambiadores se encuentran dentro de los rangos que éste método
indica. Para las propiedades de transporte de utilizó el método Petro.
III.5 CONTENIDO DEL TRABAJO ELABORADO
El proyecto llevado a cabo permitió evaluar el desempeño de los intercambiadores de
calor de tubo y coraza del tren de precalentamiento de crudo de CDU del complejo
mejorador de crudo de sincor desde febrero hasta julio del año 2004, esto por medio de
la determinación del factor de obstrucción, generando diagramas, tendencias y
monitoreando las variables principales de proceso.
Para ello se elaboró una base de datos la cual contiene la información de las variables
de proceso, propiedades de los fluidos, en general la data requerida para poder
determinar el factor de ensuciamiento de los intercambiadores de calor antes
mencionados. Toda esta data se obtuvo de las hojas de especificaciones de los
intercambiadores de calor para la simulación del caso de diseño.
Las condiciones de proceso necesarias para ambos fluidos (caliente y frío) son:
Temperatura de entrada y salida
Flujos Másicos
Capacidades Caloríficas
Conductividades térmicas
Densidades
Viscosidades
Caídas de presión permisibles
Las especificaciones de diseño requeridas del intercambiador son:
Para el lado de la carcaza:
62
Número de pasos
Arreglo y disposición de los tubos
Espaciado entre los centros de los tubos
Diámetro interno
Para el lado de los tubos:
Longitud de los tubos
Diámetro externo
BWG ( espesor de la pared del tubo)
Número de pasos.
En el Apéndice B se ubica la base de datos elaborada, obtenida mediante las hojas de
especificaciones de los intercambiadores de calor
III.5.1 METODOLOGÍA PARA LA VALIDACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE
CALOR EN HEXTRAN
En este punto se explicará la metodología a seguir para la validación y evaluación de
los intercambiadores de calor en HEXTRAN. Este procedimiento se aplicó a los
intercambiadores de calor del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
Los pasos a seguir son los siguientes:
Definición de las corrientes que pasan por la carcaza y por los tubos. Como se
mencionó anteriormente HEXTRAN posee una extensa librería para la
identificación de los componentes de cada flujo, así como también permite el uso
de las destilaciones para generar los pseudocomponentes apropiados.
El sistema de unidades utilizado es el sistema métrico para toda la data
requerida.
63
El método termodinámico empleado fue el Soave-Redlich-Kwong (SRK) por
tratarse de fluidos con hidrocarburos
El tipo de intercambiador utilizado es el riguroso, ya que este modelo evalúa el
diseño de un intercambiador de carcaza y tubo existente con fluido monofásico
Definición de las corrientes que entran al intercambiador, introducción de datos
termodinámicos, así como los flujos molares de cada componente
Introducción de datos de especificaciones mecánicas y de diseño de los
intercambiadores, extraídos de las hojas de especificaciones de los equipos.
Se consideró como opción de cálculo fijar una temperatura de salida, ya que
bajo esta modalidad el simulador calcula el grado de ensuciamiento (fouling) y el
calor transferido (Duty).
En el apéndice C se encuentra una guía con los pasos a seguir para validar y evaluar
los intercambiadores de calor de carcaza y tubo de manera detallada en HEXTRAN
III.5.2 PROCEDIMIENTO PARA LA VALIDACIÓN DEL MODELO DESARROLLADO
Luego de realizar la simulación para el caso de diseño y obtener resultados similares a
la hoja de especificaciones de cada intercambiador, se procedió a validar este modelo
con datos operacionales de los intercambiadores de calor de tubo y carcaza del tren de
precalentamiento de la unidad de destilación atmosférica (CDU).
Para ello se recopiló data operacional a través del programa PI-Data link. Este permite
obtener en tiempo real los valores de las variables de operación a través de los
diferentes medidores y controladores ubicados en planta y conectados a un servidor.
Esta data se obtuvo desde 04/02/2004 hasta el 07/07/2004, con intervalos de una
semana. Se obtuvo valores de temperatura, flujo y presión, tanto de las corrientes de
entrada como las de salida de los intercambiadores. Todas las propiedades físicas y
64
destilaciones de los productos fueron obtenidas de los resultados semanales hechos en
el laboratorio de Sincor.
En el apéndice D se encuentra toda la data operacional obtenida para este intervalo de
tiempo, así como los correspondientes medidores y controladores de cada equipo.
Teniendo
toda la data necesaria, se determinó el valor del factor de obstrucción
empleando el simulador HEXTRAN y se comparó con el valor de diseño. Este factor de
obstrucción se graficó en función del tiempo para observar la tendencia al
ensuciamiento en cada equipo.
Adicionalmente se realizó una simulación detallada de cada intercambiador de calor del
tren de precalentamiento. Como no se cuenta con medidores de temperatura ni de
presión a la salida y entrada de los equipos individuales, estas variables se midieron en
campo con los equipos destinados para tal fin. Para la medición de la temperatura se
utilizó una pistola provista con un pirómetro que permite hacer medidas de temperaturas
a ciertas distancias del equipo. Como todo equipo de medición, esta pistola toma las
temperaturas con cierto rango de error, por lo que se elaboró una curva de calibración
con toda la data recogida. Esto permite tener cierto grado de certeza a la hora de
realizar cualquier medición con este equipo.
Igualmente se realizó un perfil de presiones del tren de precalentamiento, haciendo las
medidas en los puntos donde no se encontraban medidores de presión ya instalados.
III.5.3 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN DEL CIRCUITO DE NAFTA DE CDU
Debido a la necesidad de mantener un volumen de nafta diluente para garantizar un
crudo diluido de 16°API y con el fin de evaluar los escenarios de los productos para la
parada general de planta a realizarse en octubre del año 2004, se ha hecho necesario
evaluar la condición actual del circuito de nafta de la unidad de destilación atmosférica.
Dicha evaluación abarca a los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F con el fin de
determinar el grado de ensuciamiento que presentan y observar su tendencia a lo largo
65
del tiempo. Para ello se realizó la simulación detallada de estos equipos y se tomo data
desde febrero hasta julio de 2004. Las propiedades y destilaciones de los productos
fueron tomadas de los análisis rutinarios hechos en laboratorio.
III.5.4 EVALUACIÓN DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE CDU
BAJO EL CASO DE E-1001 Y E-1007 FUERA DE SERVICIO
Durante la evaluación del tren de precalentamiento de crudo se encontraban fuera de
operación tres intercambiadores de los nueve que conforman el grupo 01-E-10-07A/J.
Aprovechando la simulación integral y detallada de este tren, se realizó un estudio de
factibilidad para poner fuera de operación dos de los cuatro intercambiadores que
conforman el grupo 01-E-10-01A/D, y así poder determinar la variación de temperatura
que presentaría el crudo a la entrada del horno, como también calcular la cantidad de
combustible adicional necesario para cumplir con la temperatura de entrada de la torre
de destilación atmosférica.
La simulación llevada a cabo se realizó en tres etapas:
Data de operación Marzo04: contempla el funcionamiento de todos los equipos
del tren de precalentamiento.
Data de operación Mayo04: este punto incluye la salida de operación de tres
intercambiadores del grupo 01-E-10-07A/J
E-1001 y E-1007 fuera de operación (caso especial): aquí se incluye la salida de
una pareja de intercambiadores del E-1001 más los tres intercambiadores del E1007.
66
CAPÍTULO IV. RESULTADOS
Tabla 8. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño
y el valor teórico para el equipo 01-E-10-01A/D.
01-E-10-01
Carcaza
Diseño
Fluido
Flujo(kg/h)
Simulado
Tubos
e (%)
Diseño
HVGO
Simulado
e(%)
CRUDO
347756
347756
0
1776914
1776914
Tin(°C)
210
210
0
35
35
0
Tout(°C)
90
90,9
0,99
62
62,5
0.8
11,1
13,41
17,23
29,3
30,33
3,52
10,78
0
836/926
836/926
0/0
Viscosidad (cp)
1,60/21,65
1,60/21.07
Calor especifico(kJ/kg°C)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata
Transferencia(W/m2°C)
2,34/1,96
2,34/1,98
0,001623
0,0009
4
Diseño
Simulado
e (%)
(servicio/limpio)
77/88
77,68/83,3
0,88/0,34
Presin(bar)
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
26,84
0
939/919
939/919
0/0
0/2
282,6/76,59
282,6/76,59
0/0
0/1
1,78/1,88
1,78/1,88
0/0
0,001623
0,0009
4
AREA/UNIT(m2)
3461
3461
0
Calor Transferido(kW)
24701
25028
1,32
92,9
93,1
0,22
LMTD (corregido)
0
y el valor teórico para el equipo 01-E-10-02A/B.
01-E-10-02
Carcaza
Diseño
Fluido
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
Tout(°C)
Presin(bar)
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
Viscosidad (cp)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata
(servicio/limpio)
Diseño
Simulado
e (%)
0
0,8
0,38
698798
127
87
LVGO
698798
127
89
0
0
2,30
8,10
0
0/0
2,34/0,77
0/0
17,53
919/907
76,59/38,75
1,88/1,94
26,84
25,72
919/907
74,8/38,45
1,88/1,94
851/882
1,30/2,48
2,08/1,93
17,53
16,64
851/880,42
1,30/2,42
2,08/1,94
0
0
0/0,18
0/2
0/0
0.00137
0.00108
21,68
0.00137
0.00108
21,68
1776914
62
78
24,83
Simulado
Tubos
CRUDO
1776914
62,5
78,3
e (%)
Diseño
Simulado
e (%)
246/372
226,27/299,51
8,02/19,5
AREA/UNIT(m2)
1960
1961
0,05
15416
14877,58
3,49
31,9
33,5
5,02
LMTD (corregido)
67
y el valor teórico para el equipo 01-E-10-03A/F.
01-E-10-03
Carcaza
Diseño
Fluido
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
Tout(°C)
Presin(bar)
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
Viscosidad (cp)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata Transferencia(W/m2°)
(servicio/limpio)
AREA/UNIT(m2)
LMTD (corregido)
1776914
78
131
21,73
907/867
38,75/9,68
1,94/2,14
0.001276
Diseño
295/473
5964
53563
30,5
Simulado
CRUDO
1776914
78,3
131
25,72
24,16
906,8/867
38,45/9,68
1,94/2,14
0,001425
Simulado
283,11/474,4
5964
53141
31,5
Tubos
e (%)
0
0,38
0
18,36
0
0,02/0
0,77/0
0/0
11,68
e (%)
4,03/0,31
0
0,79
3,28
Diseño
Simulado
e (%)
668/703
0,28/0,32
2,44/2,22
NAFTA
2244161
157
121,5
14,43
13,60
668/701,77
0,28/0,32
2,44/2,24
0
0
1,25
0
0
0/0,17
0/0
0/0,9
0.001276
0,001425
11,68
2244161
157
120
14,43
01-E-10-04
Carcaza
Diseño
Fluido
Flujo(kg/h)
Simulado
TUBOS
e (%)
Diseño
Simulado
e (%)
CRUDO
SRGO
1192081
1192081
0
1776914
1776914
0
Tin(°C)
246
246,3
0,12
131
131
0
Tout(°C)
206
208,2
1,07
161
160,4
0
14,03
14,3
1,92
18,73
24,16
5,40
13,81
0
23,09
0
706/740
706/739
0/0,14
867/844
867/844
0/0
Presin(bar)
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
Viscosidad (cp)
0,29/0,36
0,29/0,36
0/0
9,68/5,66
9,68/5,66
0/0
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata
2,59/2,44
2,59/2,44
0/0
2,14/2,21
2,14/2,21
0/0
0,001278
0,001008
21,1
0,001278
0,001008
21,1
Diseño
Simulado
e (%)
(servicio/limpio)
266/403
250,89/335,77
5,68/16,68
AREA/UNIT(m2)
1603
1603
0
32772
31828
2,88
76,9
79,1
2,86
LMTD (corregido)
68
Tabla 12 .Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño
y el valor teórico para el equipo 01-E-10-05A/S.
01-E-10-05
Carcaza
Diseño
Fluido
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
Tout(°C)
Presin(bar)
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
Viscosidad (cp)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata
Transferencia(W/m2°)
(servicio/limpio)
AREA/UNIT(m2)
LMTD (corregido)
Simulado
Tubos
e (%)
Diseño
Simulado
e (%)
0
0
0
0
0
0/0
0/0
0/0
16
693/706
0,27/0,29
2,60/2,59
SRGO
1192061
261
246,3
14,73
14,30
693/706
0,27/0,29
2,60/2,59
0
0
0,12
0
0
0/0
0/0
0/0
850/841
5,69/4,82
2,23/2,28
CRUDO
1776914
154
165,3
43,20
42,51
850/841
5,69/4,82
2,23/2,28
0,001219
0,001024
16
0.001219
0.001024
Diseño
311/501
416
Simulado
329,32/496,8
416
e (%)
5,89/0,8
0
12089
93,5
12800
93,5
5,88
0
1192061
261
246
14,73
1776914
154
165,3
43,2
01-E-10-06
Carcaza
Diseño
Fluido
Flujo(kg/h)
Simulado
Tubos
e (%)
Diseño
Simulado
SRGO
e (%)
Crudo
151016
151016
0
1776914
1776914
0
Tin(°C)
242
242
0
165,3
165,6
0
Tout(°C)
174
176
0
171,4
171,6
0
Presin(bar)
9,63
9,63
0
43,51
43,54
0,03
9,60
0
42,29
0
726/782
726/780,32
0/0,21
841/837
841/837
0/0
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
Viscosidad (cp)
0,32/0,50
0,32/0,49
0/2
4,82/4,40
4,82/4,40
0/0
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata
2,62/2,36
2,62/2,39
0/0,03
2,28/2,30
2,28/2,30
0/0
0,001271
0,001046
17
0,001271
0,001046
17
Diseño
Simulado
e (%)
(servicio/limpio)
283/442
246,84/332,78
13/24
AREA/UNIT(m2)
960
959
0,1
6898
6785
1,64
LMTD (corregido)
25,4
28,7
11
69
y el valor teórico para el equipo 01-E-10-07A/J.
01-E-10-07
Carcaza
Diseño
Fluido
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
Tout(°C)
Presin(bar)
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
Viscosidad (cp)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata
(servicio/limpio)
AREA/UNIT(m2)
LMTD (corregido)
Simulado
Tubos
e (%)
794,2/836
0,92/1,60
2,56/2,34
HVGO
1959744
267
210,4
15,73
13,41
794/836
0,92/1,60
2,56/2,34
0
0
0,19
0
0
0/0
0/0
0/0
0,00154
0,00086
21
Diseño
277/484
8325
75408
32,72
Simulado
282,71/373,51
8327
76722
32,6
e (%)
2,06/22
0,02
1,74
0,3
1959744
267
210
15,73
Diseño
Simulado
e (%)
836,7/788,7
4,40/2,04
2,30/2,55
Crudo
1776914
171,6
236,2
42,29
39,67
837/788,7
4,40/2,04
2,30/2,55
0
0
0,4
10
0
0/0
0/0
0/0
0,00154
0,00086
21
1776914
171,4
235,4
38
y el valor teórico para el equipo 01-E-10-08A/D.
01-E-10-08
Carcaza
Diseño
Fluido
Simulado
Tubos
e (%)
Diseño
RV
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
Simulado
e (%)
Crudo
1013474
1013474
0
1776914
1776914
0
343
343
0
235,4
236,2
0,34
Tout(°C)
302
305,1
1,02
260
259,5
0,19
Presin(bar)
16,4
16,53
0,79
34
39,67
16
15,24
0
829/859
0/0
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
829/859
789/769
38,31
0
789/769
0/0
Viscosidad (cp)
8,2/15,7
8,2/15,7
0/0
2,04/1,65
2,04/1,65
0/0
Fouling
Resistance(m2°C/W)
Rata
2,73/2,58
2,73/2,58
0/0,01
2,55/2,65
2,55/2,65
0,/0
0,00233
0,002063
11
0,00233
0,002063
11
Diseño
Simulado
e (%)
69
199/371
183,82/296,15
7/20,2
(servicio/limpio)
AREA/UNIT(m2)
2124
2124
0
31125
29476
5,29
73,8
75,5
2,3
LMTD (corregido)
70
Tabla 16. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los
intercambiadores 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
01-E-10-01A/D
Fluido
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
Tout(°C)
Presin(bar)
Presout(bar)
Densidad(kg/m3)
Viscosidad (cp)
Calor
especifico(kJ/kg°C)
Rata
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
CARCAZA
HVGO
TUBOS
CRUDO
328000
198
107.7
17.94
17.67
890/940
1701000
56
76
42
41,39
908,4/895,1
1,98/9
1,76/1,31
2,31/1,97
1,83/1,91
62,92/269,9
0,01173
AREA/UNIT(m2)
3461
17632
LMTD (corregido)
81
01-E-10-02A/B
Fluido
Flujo(kg/h)
TUBOS
CARCAZA
LVGO
CRUDO
819000
1701000
Tin(°C)
125
76
Tout(°C)
95
91
17,53
41,39
Presin(bar)
Presout(bar)
16,38
40,93
Densidad(kg/m3)
880/898
895/885
Viscosidad (cp)
Calor
Rata
1,49/2,27
1,31/1,08
2,08/1,94
1,91/1,97
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
312,68/440,09
0,001453
AREA/UNIT(m2)
1961
13720
LMTD (corregido)
22,4
71
intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
01-E-10-03A/F
CARCAZA
TUBOS
Fluido
CRUDO
NAFTA
Flujo(kg/h)
1701000
2424000
91
141
126
120
Tin(°C)
Tout(°C)
Presin(bar)
40,93
17
Presout(bar)
39,96
16,11
Densidad(kg/m3)
885/862
698/717
Viscosidad (cp)
Calor
Rata
1,08/0,72
0,24/0,28
1,94/2,14
2,41/2,31
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
281,79/760
0,001479
AREA/UNIT(m2)
5964
33417
LMTD (corregido)
20
intercambiadores 01-E-10-04A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
01-E-10-04A/B
CARCAZA
TUBOS
Fluido
SRGO
CRUDO
Flujo(kg/h)
625000
1701000
235
126
Tin(°C)
Tout(°C)
195
143
Presin(bar)
15,89
39,96
Presout(bar)
15,76
39,33
Densidad(kg/m3)
750/782
862/850
Viscosidad (cp)
Calor
Rata
0,29/0,39
0,72/0,61
2,54/2,39
2,11/2,17
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
138,7/707,5
0.0039
AREA/UNIT(m2)
1603
17395
LMTD (corregido)
78,2
72
intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
01-E-10-05A/S
CARCAZA
TUBOS
Fluido
SRGO
CRUDO
Flujo(kg/h)
625000
1701000
Tin(°C)
280
138
Tout(°C)
235
158
Presin(bar)
16
44,23
Presout(bar)
15,89
43,81
Densidad(kg/m3)
711/751
854/840
Viscosidad (cp)
Calor
Rata
0,25/0,3
0,64/0,53
2,72/2,54
2,15/2,23
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
AREA/UNIT(m2)
458/726
0,0005
416
20545
LMTD (corregido)
107,7
intercambiadores 01-E-10-06A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
01-E-10-06A/B
CARCAZA
TUBOS
Fluido
SRGO
CRUDO
Flujo(kg/h)
182000
1701000
Tin(°C)
279
158
Tout(°C)
187
169
Presin(bar)
6,2
43,81
Presout(bar)
6,15
43,1
Densidad(kg/m3)
709/785
840/832
Viscosidad (cp)
Calor
Rata
0,25/0,41
0,53/0,48
2,72/2,36
2,23/2,27
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
AREA/UNIT(m2)
LMTD (corregido)
213,1/561,8
0.00246
959
11802
57,8
73
intercambiadores 01-E-10-07A/J del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
01-E-10-07A/J
Fluido
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
CARCAZA
TUBOS
HVGO
CRUDO
1654000
1701000
266
169
Tout(°C)
198
236
Presin(bar)
19,5
43,1
Presout(bar)
17,94
41,54
Densidad(kg/m3)
852/890
833/781
Viscosidad (cp)
Calor
Rata
0,91/1,98
0,48/0,29
2,55/2,31
2,27/2,52
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
345/590
0.001986
AREA/UNIT(m2)
8327
75964
LMTD (corregido)
26,3
intercambiadores 01-E-10-08A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU.
01-E-10-08A/D
Fluido
Flujo(kg/h)
Tin(°C)
CARCAZA
TUBOS
RV
CRUDO
564000
1701000
342
236
Tout(°C)
283
257
Presin(bar)
17,5
41,5
Presout(bar)
17,13
40,7
Densidad(kg/m3)
906/935
781/764
Viscosidad (cp)
Calor
Rata
3,94/9,85
0,29/0,26
2,81/2,63
2,52/2,6
(servicio/limpio)
Fouling
Resistance(m2°C/W)
187,6/323,4
0.00295
AREA/UNIT(m2)
2124
25193
LMTD (corregido)
63,2
74
Tabla 24. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor
01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos
operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.
Fecha
Rd (m^2°C/W)
02/4/04
0.0117
02/11/04
0.0113
02/18/04
0.0112
02/25/04
0.0105
030/3/04
0.0108
03/10/04
0.0117
03/17/04
0.0105
03/24/04
0.0109
03/31/04
0.0106
04/07/04
0.0108
04/14/04
0.0105
04/21/04
0.0123
05/05/04
0.0104
05/12/04
0.0110
05/19/04
0.0115
05/26/04
0.0200
06/2/04
0.0183
06/16/04
0.0197
06/23/04
0.0190
06/30/04
0.0171
07/07/04
0.0180
Ensuciam iento E-1001
Rd(m^2°C/W)
0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
Fecha
Figura 13. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-01A/D del tren de
precalentamiento de crudo de CDU en función del tiempo.
75
01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos
Fecha
Rd (m^2°C/W)
02/04/04
0.00034
02/11/04
0.00033
02/18/04
0.00034
02/25/04
0.00034
03/03/04
0.00033
03/10/04
0.00046
03/17/04
0.00047
03/24/04
0.00050
03/31/04
0.00056
04/07/04
0.00056
04/14/04
0.00088
04/21/04
0.00089
05/05/04
0.00127
05/12/04
0.00128
05/19/04
0.00135
05/26/04
0.00126
06/02/04
0.00145
06/16/04
0.00123
06/23/04
0.00122
06/30/04
0.00123
07/07/04
0.00125
Rs(m^2°C/W)
0,0016
0,0012
0,0008
0,0004
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
F e c ha
Figura 14. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-02A/B del tren de
76
01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos
Fecha
Rd (m^2°C/W)
02/04/04
0.00148
02/11/04
0.00150
02/18/04
0.00150
02/25/04
0.00150
03/03/04
0.00153
03/10/04
0.00153
03/17/04
0.00154
03/24/04
0.00145
03/31/04
0.00132
04/07/04
0.00120
04/14/04
0.00155
04/21/04
0.00196
05/05/04
0.00212
05/12/04
0.00184
05/19/04
0.00186
05/26/04
0.00191
06/02/04
0.00404
06/16/04
0.00474
06/23/04
0.00408
06/30/04
0.00481
07/07/04
0.00538
Rs(m^2°C/W)
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
Fecha
Figura 15. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de
77
Fecha
Rd (m^2°C/W)
02/04/04
0.00391
02/11/04
0.00389
02/18/04
0.00432
02/25/04
0.00448
03/03/04
0.00506
03/10/04
0.00463
03/17/04
0.00557
03/24/04
0.00543
03/31/04
0.00546
04/07/04
0.00590
04/14/04
0.00554
04/21/04
0.00561
05/05/04
0.00463
05/12/04
0.00477
05/19/04
0.00507
05/26/04
0.00524
06/02/04
0.00524
06/16/04
0.00477
06/23/04
0.00451
06/30/04
0.00438
07/07/04
0.00478
Ensuciamiento E-1004
0.007
Rs(m^2°C/W)
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
Fecha
precalentamiento de crudo de CDU en función del tiempo
78
01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos
Fecha
Rd (m^2°C/W)
02/04/04
0.00031
02/11/04
0.00031
02/18/04
0.00032
02/25/04
0.00032
03/03/04
0.00030
03/10/04
0.00033
03/17/04
0.00033
03/24/04
0.00037
03/31/04
0.00037
04/07/04
0.00031
04/14/04
0.00030
04/21/04
0.00025
05/05/04
0.00034
05/12/04
0.00034
05/19/04
0.00031
05/26/04
0.00034
06/02/04
0.00043
06/16/04
0.00050
06/23/04
0.00040
06/30/04
0.00038
07/07/04
0.00050
Rs(m^2°C/W)
0.0006
0.0005
0.0004
0.0003
0.0002
0.0001
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
Fecha
Figura 17. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de
79
Fecha
Rd (m^2°C/W)
2/4/04
0.0025
2/11/04
0.0032
2/18/04
0.0031
2/25/04
0.0032
3/3/04
0.0029
3/10/04
0.0030
3/17/04
0.0030
3/24/04
0.0029
3/31/04
0.0028
4/7/04
0.0028
4/14/04
0.0030
4/21/04
0.0029
5/5/04
0.0034
5/12/04
0.0025
5/19/04
0.0026
5/26/04
0.0028
6/2/04
0.0027
6/16/04
0.0027
6/23/04
0.0027
6/30/04
0.0027
7/7/04
0.0027
Rs(m^2°C/W)
0.004
0.0035
0.003
0.0025
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
Fecha
80
01-E-10-07A/J del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos
Fecha
Rd (m2°C/W)
02/04/04
0.00077
02/11/04
0.00079
02/18/04
0.00063
02/25/04
0.00067
03/03/04
0.00052
03/10/04
0.00077
03/17/04
0.00066
03/24/04
0.00070
03/31/04
0.00067
04/07/04
0.00068
04/14/04
0.00068
04/21/04
0.00110
05/05/04
0.00113
05/12/04
0.00134
05/19/04
0.00141
05/26/04
0.00162
06/02/04
0.00199
06/16/04
0.00202
06/23/04
0.00204
06/30/04
0.00187
07/07/04
0.00203
Ensuciamiento E-1007
Rs(m^2°C/W)
0.0025
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
Fecha
Figura 19. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-07A/J del tren de
81
01-E-10-08A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos
Fecha
Rd (hm2°C/W)
02/04/04
0.0017
02/11/04
0.0018
02/18/04
0.0018
02/25/04
0.0021
03/03/04
0.0019
03/10/04
0.0020
03/17/04
0.0019
03/24/04
0.0021
03/31/04
0.0019
04/07/04
0.0021
04/14/04
0.0029
04/21/04
0.0036
05/05/04
0.0034
05/12/04
0.0033
05/19/04
0.0029
05/26/04
0.0031
06/02/04
0.0027
06/16/04
0.0040
06/23/04
0.0040
06/30/04
0.0043
07/07/04
0.0041
Rs(m^2°C/W)
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
Fecha
Figura 20. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-08A/D del tren de
82
8/1
Tabla 32. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1001A/D del tren de precalentamiento de crudo CDU.
E1001
Tag
TI-009
Ubicación
Sal crudo01A
Fecha
21/6/2004
Hora
8:30
Tpist (°C)
74.4
Treal(°C)
76
TI-013
Sal crudo01C
21/6/2004
21/6/2004
8:40
8:30
74.4
N/D
76
78
21/6/2004
8:40
N/D
78
21/6/2004
8:30
64.5
N/D
21/6/2004
8:40
64.5
N/D
21/6/2004
8:30
N/D
N/D
21/6/2004
8:40
N/D
N/D
21/6/2004
8:30
115.8
129
21/6/2004
8:40
115.8
129
21/6/2004
8:30
N/D
N/D
21/6/2004
8:40
N/D
N/D
21/6/2004
8:30
133
N/D
21/6/2004
8:40
133
N/D
21/6/2004
8:30
N/D
N/D
21/6/2004
8:40
N/D
N/D
Tw007
Tw011
TI-006
TI-010
Tw008
Tw012
Sal crudo01B
Sal crudo01D
Sal
HVGO01B
Sal
HVGO01D
Sal
HVGO01A
Sal
HVGO01C
Tabla 33. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1002A/B del tren de precalentamiento de crudo CDU.
E1002
Tag
Ubicación
Fecha
Hora
Tpist (°C)
Treal(°C)
TI-024
Sal crudo02A
21/6/2004
8:50
88.7
93.4
21/6/2004
9:00
88.9
93.9
TI-026
Sal crudo02B
21/6/2004
8:50
84.4
94
21/6/2004
9:00
84.4
94.7
TI-025
Sal LVGO
02A
21/6/2004
8:50
99.1
101.7
21/6/2004
9:00
99.1
101.7
21/6/2004
8:50
99.4
102.1
21/6/2004
9:00
99.3
102.1
TI-027
Sal LVGO
02B
83
Tabla 34. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1003A/F del tren de precalentamiento de crudo CDU.
E1003
Tag
TI-036
Ubicación
Sal crudo
03A
TI-040
Sal crudo
03C
TI-044
Sal crudo
03E
Tw034
Sal crudo
03B
Tw038
Sal crudo
03D
Tw042
Sal crudo
03F
TI-033
Sal NAFTA
03B
TI-037
Sal NAFTA
03D
TI-041
Sal NAFTA
03F
Tw035
Sal NAFTA
03A
Tw039
Sal NAFTA
03C
Tw043
Sal NAFTA
03E
Fecha
Hora
Tpist (°C)
Treal(°C)
21/6/2004
9:20
122.4
126.8
21/6/2004
9:30
122.5
126.8
21/6/2004
9:20
124.2
128.8
21/6/2004
9:30
124.2
128.8
21/6/2004
9:20
108.6
112.6
21/6/2004
9:30
108.4
112.6
21/6/2004
9:20
98.9
N/D
21/6/2004
9:30
99.1
N/D
21/6/2004
9:20
106
N/D
21/6/2004
9:30
108.3
N/D
21/6/2004
9:20
99.8
N/D
21/6/2004
9:30
99.2
N/D
21/6/2004
9:10
118.5
125.13
21/6/2004
9:20
118.9
125.13
21/6/2004
9:10
119.5
125.16
21/6/2004
9:20
120.1
125.16
21/6/2004
9:10
109.9
115.05
21/6/2004
9:20
109.7
115.05
21/6/2004
9:10
135.2
N/D
21/6/2004
9:20
136.8
N/D
21/6/2004
9:10
132.1
N/D
21/6/2004
9:20
131.1
N/D
21/6/2004
9:10
127.2
N/D
21/6/2004
9:20
125.1
N/D
84
Tabla 35. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1004A/B del tren de precalentamiento de crudo CDU.
E1004
Tag
TI-052
Ubicación
Sal crudo
04A
TI-054
Sal crudo
04B
TI-051
Sal SRGO
04A
TI-053
Sal SRGO
04B
Fecha
Hora
Tpist (°C)
Treal(°C)
21/6/2004
9:50
142.1
N/D
21/6/2004
10:00
142.1
N/D
21/6/2004
9:50
143.4
144.9
21/6/2004
10:00
143.4
144.9
21/6/2004
9:50
191.7
N/D
21/6/2004
10:00
205
N/D
21/6/2004
9:50
190.4
N/D
21/6/2004
10:00
186
N/D
Tabla 36. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1005A/S del tren de precalentamiento de crudo CDU.
E1005
Tag
Tw091
Ubicación
Sal crudo
05A
Tw093
Sal crudo
05B
Tw092
Sal SRGO
05A
Tw094
Sal SRGO
05B
Fecha
Hora
Tpist (°C)
Treal(°C)
21/6/2004
10:10
148.1
N/D
21/6/2004
10:20
148.1
N/D
21/6/2004
10:10
152.7
N/D
21/6/2004
10:20
152.7
N/D
21/6/2004
10:10
217.7
N/D
21/6/2004
10:20
217.6
N/D
21/6/2004
10:10
222.1
N/D
21/6/2004
10:20
222.3
N/D
Tabla 37. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1006A/B del tren de precalentamiento de crudo CDU
E1006
Tag
TI-103
Ubicación
Sal crudo
06A
TI-101
Sal crudo
06B
TI-102
Sal SRGO
06A
TI-089
Sal SRGO
06B
Fecha
Hora
Tpist(°C)
Treal(°C)
21/6/2004
21/6/2004
10:25
10:30
162.2
162.2
166.9
166.9
21/6/2004
21/6/2004
10:25
10:30
161.8
161.6
168.5
168.5
21/6/2004
21/6/2004
10:25
10:30
N/D
N/D
167.9
167.7
21/6/2004
21/6/2004
10:25
10:30
N/D
N/D
165.7
163.8
85
Tabla 38. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1007A/J del tren de precalentamiento de crudo CDU.
E1007
Tag
TI-110
Ubicación
Sal crudo
07A
TI-116
Sal crudo
07D
TI-122
Sal crudo
07G
Tw108
Sal crudo
07B
Tw114
Sal crudo
07E
Tw120
Sal crudo
07H
Tw107
Sal crudo
07C
Tw112
Sal crudo
07F
Tw118
Sal crudo
07J
TI-105
Sal HVGO
07C
TI-111
Sal HVGO
07F
TI-117
Sal HVGO
07J
Tw106
Sal HVGO
07B
Tw113
Sal HVGO
07E
Tw119
Sal HVGO
07H
Tw109
Sal HVGO
07A
Tw115
Sal HVGO
07D
Tw121
Sal HVGO
07G
Fecha
Hora
Tpist (°C)
Treal(°C)
21/6/2004
21/6/2004
10:40
10:50
229.8
229.8
231.8
232.1
21/6/2004
21/6/2004
10:40
10:50
230
230
228.8
228.9
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
21/6/2004
21/6/2004
10:40
10:50
191.4
191.9
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
10:40
10:50
187.8
187.7
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
10:50
11:00
194
196.7
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
10:50
11:00
190.7
191
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
10:40
10:50
236.7
237.4
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
10:40
10:50
235.9
236.2
N/D
N/D
N/D
N/D
N/D
N/D
21/6/2004
21/6/2004
86
Tabla 39. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-1008A/D del tren de precalentamiento de crudo CDU.
E1008
Tag
Ubicación
Sal crudo
08A
TI-130
TI-135
Sal crudo
08C
Tw128
Sal crudo
08B
Tw133
Sal crudo
08D
TI-127
Sal RV 08B
TI-132
Sal RV 08D
Tw129
Sal RV 08A
Tw134
Sal RV 08C
Fecha
Hora
Tpist (°C)
Treal(°C)
21/6/2004
11:10
244.2
249.6
21/6/2004
11:20
244.2
249.6
21/6/2004
11:10
242.1
250.1
21/6/2004
11:20
242.1
250.1
21/6/2004
11:10
235
N/D
21/6/2004
11:20
235
N/D
21/6/2004
11:10
233.4
N/D
21/6/2004
11:20
233.4
N/D
21/6/2004
11:10
248
251.4
21/6/2004
11:20
248
251.4
21/6/2004
11:10
244.8
250.6
21/6/2004
11:20
244.8
251
21/6/2004
11:10
303.1
N/D
21/6/2004
11:20
303.1
N/D
21/6/2004
11:10
303.1
N/D
21/6/2004
11:20
303.1
N/D
Curva de Calibración
y = 0.9882x + 6.4508
300
Treal(°C)
250
200
150
100
50
0
0
50
100
150
200
250
300
Tpistola (°C)
Figura 21. Curva de calibración para las temperaturas medidas en planta con pirómetro.
87
Tabla 40. Sumario de presiones de operación de los intercambiadores de calor del tren
de precalentamiento de crudo de CDU.
Tag
Ubicación
Fecha
P (bar)
01-P-10-01
Ent crudo E-1001
22/6/04
42
PP
Ent HVGO E-1001
22/6/04
16.8
PP
Ent crudo E-1002
22/6/04
41.3
01-P-20-01
Ent LVGO E-1002
22/6/04
15
PP
Ent crudo E-1003
22/6/04
40.4
01-P-10-03
Ent Nafta E-1003
22/6/04
16
PP
Ent crudo E-1004
23/6/04
39.4
PP
Ent SRGO E-1004
23/6/04
14.8
01-P-10-02
Ent crudo E-1005
22/6/04
46
01-P-10-04
Ent SRGO E-1005
22/6/04
16
PP
Ent crudo E-1006
30/6/04
43.8
01-P-10-05
Ent SRGO E-1006
22/6/04
6.2
PP
Ent crudo E-1007
30/6/04
40
01-P-20-02
Ent HVGO E-1007
30/6/04
19.5
PP
Ent crudo E-1008
30/6/04
36
01-P-20-03
Ent RV E-1008
22/6/04
17.5
Tabla 41.Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor
01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos
Fecha
02/04/04
02/11/04
02/18/04
02/25/04
03/03/04
03/10/04
03/17/04
03/24/04
03/31/04
04/07/04
04/14/04
04/21/04
04/28/04
05/05/04
05/12/04
05/19/04
05/26/04
06/02/04
06/09/04
06/16/04
06/23/04
A/B
0.0029
0.0037
0.0061
0.0065
0.0071
0.0074
0.0078
0.0080
0.0087
0.0106
0.0111
0.0227
0.0637
0.0659
0.0032
0.0138
0.0144
0.0147
0.0156
0.0156
0.0162
Rd(m^2°C/W)
C/D
E/F
0.0119 0.0184
0.0133 0.0311
0.0138 0.0342
0.0181 0.0388
0.0168 0.0426
0.0096 0.0447
0.0006 0.0476
0.0053 0.0483
0.0030 0.0483
0.0020 0.0532
0.0051 0.0559
0.0133 0.0642
0.0231 0.1273
0.0440 0.1424
0.0587 0.0765
0.0659 0.0717
0.0011 0.1301
0.0122 0.1424
0.0144 0.1458
0.0174 0.1606
0.0031 0.1647
88
07/09/04
07/12/04
07/13/04
07/14/04
0.0165
0.0178
0.0181
0.0181
0.0031
0.0376
0.0000
0.0000
0.0002
0.0016
0.0016
0.0035
Ensuciam iento E-1003A/F
Rs(°Cm^2/W)
0.2
0.16
A/B
0.12
C/D
0.08
E/F
0.04
0
1/14
2/3
2/23
3/14
4/3
4/23
5/13
6/2
6/22
7/12
8/1
Fecha
Figura 22. Factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F del tren de
Tabla 42. Temperaturas obtenidas en la simulación del tren de precalentamiento de
crudo de CDU bajo el caso de los intercambiadores E-1001 y E-1007 fuera de servicio.
Caso
Marzo 04
Mayo 04
01+07 (out)
Tout crudo
E1001 (°C)
79
79
75
Tout crudo
E1007 (°C)
242
240
238
Tin Crudo
Horno (°C)
255
255
252
Tout HVGO
E1001 (°C)
102
103
122
Tabla 43. Impacto en la cantidad de combustible a ser utilizado en los hornos de
destilación atmosférica bajo el caso de los intercambiadores E-1001 y E-1007 del tren
de precalentamiento de crudo fuera de servicio.
Consumo
Combustible
Mayo2004
(t/h)
16
Cantidad
Combustible
Adicional
(t/h)
0,3
Consumo
Combustible
Total (t/h)
16,3
Temperatura
de Piel
< 50°C
89
CAPÍTULO V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
En el presente capítulo se analizan y se discuten los resultados obtenidos a partir de la
simulación realizada del tren de precalentamiento de crudo de la unidad de destilación
atmosférica
En primer lugar se discuten los resultados de la simulación para el caso de diseño:
El área requerida (A) para el intercambio calórico reproduce con alta precisión los
valores de diseño, con una desviación promedio menor al 1%. Esto es válido para todos
los intercambiadores del tren de precalentamiento.
El flujo de calor obtenido (Q) resulta muy satisfactorio, ya que el margen de error más
alto se presenta en los intercambiadores 01-E-10-05A/S y es menor al 6 %. El flujo de
calor más cercano al valor teórico se obtiene en los intercambiadores 01-E-10-03A/F
donde el valor teórico reportado es de 53.563 KW y el simulado de 53.141 KW,
representando un error menor al 1 %.
El coeficiente global de diseño (Ud) se define en términos de la resistencia térmica total
para la transferencia de calor entre dos fluidos, es directamente proporcional al flujo de
calor e inversamente proporcional al área requerida. Los valores obtenidos de este
parámetro son precisos, con una desviación promedio de 6% con respecto al valor
teórico, lo que indica resultados satisfactorios y confiables.
El coeficiente global limpio (Uc) presenta un mayor error (13% en referencia a los
valores teóricos), esto se debe a que su método de cálculo es mucho más riguroso, y
depende en buena medida de las propiedades fisicoquímicas y de los componentes del
flujo, y de todas las propiedades de diseño del intercambiador. Este coeficiente no
contempla la presencia de suciedad en el equipo por lo que su valor es mayor que el
coeficiente global de diseño.
90
Los factores de obstrucción obtenidos difieren un poco del valor teórico, con un error
promedio de aproximadamente 15%, esto debido a que su calculo depende
directamente de los coeficientes globales tanto de diseño como limpio. Estos valores
son el punto de referencia para comparar los obtenidos mediante la simulación para el
caso real.
Los valores de los distintos parámetros obtenidos para el caso real difieren un poco de
los valores obtenidos para la simulación del caso de diseño. Esto debido a que todas las
condiciones de operación (flujos, temperaturas de entrada y salida, presiones,
propiedades de los fluidos, caídas de presión, etc.) son muy diferentes a las
encontradas en las hojas de especificaciones de los intercambiadores de calor
estudiados. Por ejemplo, encontramos que a momentos actuales la temperatura de
entrada del crudo diluido a los intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D promedia los
60°C, mientras que en la data sheet de estos equipos la temperatura de entrada de
diseño es de 35°C, lo que incide directamente en todas las propiedades de este crudo,
especialmente en la viscosidad, y a su vez en los coeficientes globales de transferencia
de calor, tanto de diseño como limpio, y en los factores de obstrucción.
Con el fin de determinar las condiciones óptimas de operación del tren de
precalentamiento de crudo y monitorear la situación de este tren por espacio de seis
meses, todos los factores de obstrucción obtenidos en las simulaciones semanales se
graficaron en función del tiempo, y así tener una idea mucho mas clara de su situación.
Para el caso de los intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D (ver figura # 15), se
observa que el factor de obstrucción se mantiene en un valor promedio de 0,011 m2
°C/W, desde el 4/2/2004 hasta el 26/05/2004. A partir de esta semana se nota el
incremento del factor de obstrucción a casi 0,02 m2 °C/W, esto motivado a que para ese
momento fue sacado de operación una pareja de los cuatro intercambiadores que
conforman este grupo para realizar un estudio de corrosión nafténica por el lado
carcaza. La temperatura del HVGO se mantiene entre 190-201°C a la entrada contra el
diseño (210°C).
91
En los intercambiadores de calor 01-E-10-02A/B se observa un comportamiento estable
del factor de obstrucción (ver figura # 16). Cabe destacar que el factor de obstrucción en
estos equipos no difiere mucho del valor de diseño encontrado, por lo que garantiza la
transferencia de calor suficiente para cumplir con las especificaciones de los productos.
La temperatura del LVGO al intercambiador estuvo alrededor de los 128°C en
comparación con la de diseño de 150°C. Adicionalmente existía un error de medición en
la producción de LVGO que afectó el cálculo.
Los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F presentan ensuciamiento severo del lado
de nafta por acumulación de depósitos de corrosión. En la figura # 17 se observa saltos
considerables en el factor de obstrucción durante los seis meses de estudio, esto
debido a que en diferentes oportunidades han sido puestas fuera de operación una de
las tres parejas que conforman estos equipos y el simulador toma un factor de
obstrucción global en los resultados. En la figura # 24 se puede apreciar una tendencia
del factor de obstrucción para cada pareja de estos equipos. La pareja A/B muestra un
crecimiento considerable hasta el 5 de mayo de 2004, fecha en la cual se saca de
operación para realizar una limpieza con agua y vapor a alta presión, disminuyendo un
poco su ensuciamiento. Estos equipos se alinean luego el 14 de mayo y a partir de este
momento se observa nuevamente la tendencia al aumento del factor de obstrucción. La
pareja C/D
presenta la menor tendencia al ensuciamiento, sin embargo, para
comienzos de mayo de 2004 se puede observar su aumento considerable. Por último, la
pareja E/F presenta el mayor grado de ensuciamiento. La figura muestra una pequeña
variación alrededor del 13 de mayo fecha para la cual se le realiza una limpieza con
agua caliente y vapor. A partir de esta fecha se nota el aumento considerable del factor
de obstrucción a valores que alcanzan los 0,1647 m2°C/W. Debido a la situación crítica
del circuito de nafta y a las necesidades de la gerencia técnica de aumentar su
producción con miras a la parada de planta a realizarse en octubre de 2004, el
23/6/2004 se comienza con una serie de limpiezas mecánicas a estos equipos para
controlar un poco su ensuciamiento y así mejorar su eficiencia.
La figura # 18 muestra la tendencia y el nivel de obstrucción que presentan los
intercambiadores de calor 01-E-10-04A/B. Se nota un incremento en el factor de
92
ensuciamiento por mayor transferencia en los hornos atmosféricos incrementándose la
temperatura de entrada al equipo de 211 a 239°C. Se presentaron problemas de
instrumentación con los medidores de flujo de SRGO, sin embargo se mantiene una
buena temperatura de entrada a los desaladores. Presentan un factor de obstrucción
promedio de aproximadamente 0,00492 m2°C/W, el cual no difiere mucho del valor de
diseño de 0,001278 m2°C/W.
El mismo caso presentan los intercambiadores 01-E-10-05A/B (ver figura #19), donde
se puede observar la tendencia al ensuciamiento el cual no difiere mucho del valor de
diseño. Estos valores se mantienen estables durante el período. Motivado a los
problemas de la torre de destilación atmosférica C-1001 la temperatura de entrada del
SRGO baja desde 277 hasta 252°C, lo que reduce la transferencia de calor al crudo.
Los intercambiadores 01-E-10-06A/B muestran un factor de obstrucción promedio de
0,0029 m2°C/W. Se puede apreciar en la figura # 20 que estos intercambiadores no
muestran una rápida tendencia al ensuciamiento manteniéndose constante a lo largo
del período estudiado. Luego del ajuste del flujo de SRGO en -20t/h se observa una
ligera tendencia a la disminución del ensuciamiento.
En la figura # 21 se puede apreciar la tendencia al ensuciamiento de los
intercambiadores 01-E-10-07A/J. Estos intercambiadores han presentado una serie de
problemas con el material de diseño, el cual ha sido muy propenso a la corrosión
nafténica por parte del HVGO. Esto ha motivado a mantener fuera de operación a un
trío de los nueve que conforman este equipo. En esta figura se muestra un factor de
obstrucción global para los equipos en operación. El ensuciamiento aumenta producto
de un mayor flujo de HVGO y una temperatura ligeramente superior (267 vs. 262°C).
Los intercambiadores 01-E-10-08A/D presentan una fuerte tendencia al ensuciamiento,
esto se puede observar en la figura # 22 donde el factor de obstrucción promedio
alcanza el valor de 0,0028 m2°C/W, sin embargo se mantiene una buena temperatura
de entrada al horno. Tradicionalmente estos equipos son los que mas se ensucian pero
se inyecta continuamente antiensuciante a razón de 8 ppm.
93
En base a los resultados obtenidos en la simulación del caso especial con la pareja de
intercambiadores del equipo E-1001 y el trío de intercambiadores del equipo E-1007
fuera de servicio, se pudo observar que la cantidad adicional de combustible a ser
utilizada en los hornos atmosféricos es de 0,3 t/h, lo que representa un consumo de
combustible adicional menor al 5 %, lo cual fue una opción rentable poder sacar estos
equipos de operación y llevar a cabo la actividad programada. Esta pequeña variación
permite que la temperatura de piel de los hornos se mantenga por debajo de 50°C.
94
CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
VI.1 CONCLUSIONES
o
La metodología establecida y aplicada para llevar a cabo la simulación del tren
de precalentamiento de crudo de CDU es adecuada y confiable y facilitará a los
ingenieros de procesos y de operaciones del mejorador evaluar el desempeño
de los intercambiadores de calor de forma efectiva.
o
Las
validaciones
efectuadas
en
el
simulador
HEXTRAN
reproducen
satisfactoriamente las especificaciones de diseño de los intercambiadores de
calor, presentando porcentajes de desviación razonables.
o
Los valores del coeficiente global de transferencia de calor dependen
directamente de las propiedades físicas y químicas de los fluidos, requiere de
una buena definición de la composición química de la corriente y de la selección
del método termodinámico adecuado.
o
Las gráficas y reportes elaborados constituyen una fuente de información que
permitirá el seguimiento efectivo de las variables de proceso: temperatura,
presión, flujo de los diferentes intercambiadores de calor que componen el tren
de precalentamiento de crudo de CDU.
o
Mediante la simulación del tren de precalentamiento de crudo de CDU se podrá
facilitar el soporte técnico periódico y se podrá predecir el ensuciamiento de los
equipos, además de elaborar programas de ciclos de limpieza.
o
Los valores de las diferentes variables de operación como temperatura, presión,
flujo, en los diferentes equipos del tren de precalentamiento de crudo difieren
mucho de los valores encontrados en las hojas de especificaciones por lo que
las simulaciones para el caso real presentas errores significativos a la hora de
compararlos con los valores de diseño.
95
o
A través de las simulaciones detalladas de cada equipo se pudo determinar las
condiciones de cada intercambiador y así reforzar los resultados obtenidos para
la simulación global de cada equipo.
VI.2 RECOMENDACIONES
o
Simular periódicamente el tren de precalentamiento de crudo de CDU con el fin
de poder predecir el ensuciamiento de los equipos y poder elaborar programas
de ciclos de limpieza
o
Generar una data de propiedades físicas y químicas de los diferentes productos
que conforman el tren de precalentamiento y así poder determinar las
condiciones apropiadas de cada fluido, principalmente de viscosidad.
o
A la hora de poner fuera de operación cualquier equipo del tren de
precalentamiento de crudo es necesario tomar en cuenta las temperaturas de
entrada y salida de los fluidos de cada equipo para así mantener el equilibrio
térmico existente en la unidad y cumplir con todas las especificaciones de los
productos.
o
Elaborar un programa en Excel o en cualquier otro ambiente que permita
obtener de manera más rápida y confiable el factor de obstrucción de cada
equipo, necesitando solo condiciones de proceso de los fluidos como
temperatura, presión y flujo, además de algunas propiedades físicas y químicas.
o
Realizar una limpieza efectiva a los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F
con servicio Crudo diluido/nafta diluente, ya que fueron los equipos que
presentaron un mayor grado de obstrucción durante el período de tiempo
evaluado.
96
CAPÍTULO VII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
[1]Kern. (1977). Procesos de Transferencia de Calor. México: Compañía Editorial
Continental, S.A.
[2]Contrina. (2001). Manual de operación de la unidad de destilación atmosférica y de
vacío. Unidad 1100 y 1200. Volumen 1A de 16.
[3]Incropera. (1996). Fundamentos de Transferencia de Calor. Cuarta Edición. Editorial
Pearson.
[4]Perry. Manual del Ingeniero Químico. Séptima Edición. Capitulo 11
[5]Dienes. (2002). Guía de prácticas del Laboratorio de Fenómenos de Transferencia de
Calor de la Universidad Metropolitana.
[6]Cárdenas. (1999). Manual de refinación de petróleo. Caracas: Universidad
Metropolitana.
[7]González, D. (2000). Guía de Intercambiadores de Calor: tipos generales y
aplicaciones. Sartenejas: Universidad Simón Bolívar.
[8]Process Engineering Suite. (2003). Tutorial Guide. USA
97
APÉNDICE A
EL CRUDO Y SUS PROPIEDADES
98
CRUDO
El crudo es una mezcla de hidrocarburos cuya cadena carbonada varía entre 1 y 35
átomos de carbono (C1 - C35) aproximadamente. La cadena carbonada se presenta en
forma lineal, ramificada o en forma de anillos, la proporción de cada uno de estos tipos
de hidrocarburo le proporciona al crudo propiedades específicas[6].
Además de los hidrocarburos, también se encuentran presentes en el crudo
compuestos de azufre, agua, sales y metales.
PROPIEDADES DEL CRUDO
Gravedad específica
La gravedad específica de una sustancia es la relación entre la densidad de esa
sustancia a una cierta temperatura y la densidad del agua a una temperatura de
referencia (generalmente 15.6 ºC). Para medir la gravedad del crudo y de sus
productos, generalmente se utiliza la gravedad API (American Petroleum Institute) en
lugar de la gravedad específica. La relación entre ambas gravedades es la siguiente:
° API =
141.5
− 131.5
GE
Donde:
GE: Gravedad específica a 15.6°C
La industria petrolera mundial ha dispuesto clasificar el petróleo de acuerdo con su
densidad relativa con respecto a la del agua, es decir, si es más o menos denso que
ella. Esto se ha logrado mediante la adopción de la gravedad API, la cual clasifica las
calidades del crudo por medio de una escala numérica sencilla y universal expresada en
°API. En esta escala cuanto más liviano es el petróleo mayor es la gravedad API y
mientras más pesado menor es el valor de la gravedad API.
En la tabla 1 se muestran las densidades del crudo y su clasificación de acuerdo a su
gravedad API.
99
Tabla 44. Clasificación de crudos de acuerdo a °API y densidades
Crudo
Condensado
Liviano
Mediano
Pesado
Extrapesado
Densidad (g/cm3)
<0.83
0.83-0.87
0.87-0.92
0.92-1.0
>1.0
Grados API
≥50
30-49.9
22-29.9
11-21.9
<11
Fuente: Acerca del Petróleo [en línea]. Disponible en: http://ww.imp.mx/petroleo/apuntes
VISCOSIDAD
La viscosidad es una medida de la resistencia que ofrece un fluido a moverse y su
unidad de medición común es el poise. Con el fin de reconocer pequeñas variaciones
en la viscosidad, su valor se expresa también en centipoise (cP); ASTM D-445. Por lo
general, a medida que los crudos son más densos y pesados también son más
viscosos.
Esta propiedad posee gran relevancia en la producción, transporte y refinación del
petróleo. La viscosidad del petróleo depende de la temperatura y se puede disminuir
mediante calentamiento, así como por procesos llamados de viscorreducción.
A continuación en la figura 23 se muestra un diagrama comparativo de las escalas de
densidad, viscosidad y gravedad API de crudos venezolanos, su clasificación y algunos
ejemplos de petróleos típicos del país.
100
.
Figura 23. Densidad, viscosidad y gravedad API de crudos típicos venezolanos
Fuente: Petroleum Refining Processes-Osha Technical Manual [en línea]. Disponible en:
http://www. osha-slc.gov/dts/osta/otm/otm_iv/otm_iv_2,html.
101
APÉNDICE B
BASE DE DATOS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR DEL TREN DE
PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE CDU
102
01-E-10-01
A/D
01-E-10-02
A/B
01-E-10-03
A/F
01-E-10-04
A/B
01-E-10-05
A/S
01-E-10-06
A/B
01-E-10-07
A/J
01-E-10-08
A/D
TIPO
AES
AES
AES
AES
AES
AES
AES
AES
Hotside
AREA/SHELL
(m2)
CARCAZA
TUBO
TUBO
CARCAZA
CARCAZA
CARCAZA
CARCAZA
CARCAZA
865.3
980.4
994
801.6
415.5
479.3
925.2
531.1
OD (mm)
25.4
19.05
19.05
25.4
31.75
25.4
25.4
25.4
BWG
12
14
14
12
12
12
14
14
LENGTH (mm)
9.144
9.144
9.144
6.1
6.1
9.144
9.144
9.144
# TUBOS
1230
1854
1880
1760
728
678
1328
760
PASOS
2
4
2
4
2
2
4
2
TUBOS
PATTERN (°)
45
45
45
90
45
90
45
45
PITCH
31.75
25.4
25.4
31.75
39.69
31.75
31.75
31.75
CARCAZA
SERIE
2
1
2
1
1
1
3
2
PARALELO
2
2
3
2
1
2
3
2
Diámetro (mm)
1383.03
1370.08
1387.09
1668.02
1400.05
1055.12
1055.26
1123.95
BAFFLE
TYPE
SINGLE
DOUBLE
SINGLE
SINGLE
DOUBLE
SINGLE
SINGLE
DOUBLE
%CUT
0.21
0.19
0.25
0.18
0.22
0.24
0.22
0.22
SPACING (mm)
297
303
438
347
377
341
416
248
NOZZLE
CARCAZA ID
(mm)
254
355.6
355.6
406.4
508
203.2
355.6
304.8
TUBO ID (mm)
406.4
406.4
406.4
457.2
609.6
406.4
355.6
406.4
DTLM corrg (°C)
U servicio
(W/m^2°C)
U limpio
(W/m^2°C)
Ensuciamiento
(m^2°C/W)
92.9
31.9
30.5
76.9
93.5
25.4
32.7
73.8
77
246
295
266
311
283
277
199
88.000
372.000
473.000
403.000
501.000
442.000
483.000
371.000
0.001623
0.001377
0.001276
0.001278
0.001219
0.001271
0.00154
0.00233
103
APÉNDICE C
PASOS A SEGUIR PARA LA VALIDACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN
INTERCAMBIADOR DE CALOR EN HEXTRAN
104
PASOS A SEGUIR PARA LA VALIDACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN
INTERCABIADOR DE CALOR EN HEXTRAN
Fuente: Processs Engineering Suite Tutorial Guide SIMSCI.
Modelo seleccionado: Validación y evaluación de un Intercambiador de Calor de Tubo y
Coraza.
Para iniciar SIM4ME HEXTRAN:
1.
Hacer doble clic al icono SIM4ME HEXTRAN en tu escritorio o seleccionar
HEXTRAN en el SIMSCI en el menú de Programas.
La ventana principal SIM4ME HEXTRAN aparece en pantalla.
Tabla 45. Componentes más usados de la ventana principal SIM4ME HEXTRAN
COMPONENTE
DESCRIPCIÓN
Informa los mensajes relacionados al
Área de Mensajes
estado y funciones ejecutadas por
HEXTRAN
Lista de iconos
Área de trabajo
Contiene los iconos para crear la hoja
de trabajo ( flowsheet)
Espacio donde se crea la hoja de
trabajo ( el modelo a simular)
2. Definir el problema: consiste en ubicar la data requerida de diseño y operacional
del equipo a evaluar.
105
Tabla 46.
Datos requeridos para la validación y evaluación de un Intercambiador
de Calor de Tubo y Coraza (STE).
DATOS DE DISENO
VALOR
Flujo de Calor
Longitud de los tubos
Tipo de acuerdo TEMA
Paso de tubos
Diámetro externo de los tubos
BWG
Factor de ensuciamiento lado de los
tubos
Número de pasos de los tubos
Tipo de arreglo ( Tube pattern)
Espaciado entre los tubos (Tube
pitch)
Número de corazas en series
Sealing strips (pairs)
Factor de ensuciamiento lado de la
Carcasa
Caída de presión lado de los tubos
(min, max)
Caída de presión lado Carcasa
(min, max)
Área por Carcasa
Diámetro Interno de la Carcasa
Espesor de los Deflectores
3. Abrir un nuevo proyecto: seleccionar File > New. Colocar el nombre de la hoja
de Trabajo y de la base de dato o seleccionar una base ya existente.
4. Clic Create. Una hoja de trabajo blanca parecerá
5. Introducir la descripción del problema: seleccionar Input > Problem Description
106
6. Introducir la siguiente información:
o
Project Identifier ( Nombre del proyecto)
o
Problem Identifier
o
User Name (Nombre del usuario)
o
Site
o
Date: con el siguiente formato MM - DD - YY. Primero el número del
mes, luego día, el año de último
o
Escribir la descripción del problema
7. Seleccionar el sistema de Unidades
o
8.
Hacer click en Input > Units Measure.
Click OK
9. Escoger los componentes y los datos Termodinámicos
o
Seleccionar
o
Hacer Click Library y seleccionar con doble click los componentes
Input > Components/Thermodynamics.
10. Hacer click en Apply para guardar los cambios
11. Hacer click en Method :
o
Dar un nombre al método
o
Seleccionar
el método
termodinámico a usar para cada data
termodinámica ( equilibrio, entalpía, entropía, densidad)
o
En el botón derecho seleccionar Library
en cada Transport Data
o
Introducir: Method to Calculate Water and Steam Thermal Properties
(Seleccionar Keenan o satured para casos de refinería y petroquímica)
12. Click Ok
13. Especificar opciones globales:
o
Introducir: Method to Calculate Water and Steam Thermal Properties
(Seleccionar Keenan o satured para casos de refinería y petroquímica)
o
Colocar en Internally Generated Property Data File ( PGEN) : Save
14. Click Ok
15. Seleccionar en Input > Calculation Type: Simulation
16. Click Cancel
17. Seleccionar Opciones de Calculo:
107
o
Cambiar el rango de Area/Shell and Number of Shells in Series and
Parallel.
o
Cambiar Maximum Iterations for (50 es un buen número).
18. Click Ok
19. Dibujar el modelo a utilizar:
o
Click sobre el Shell and Tube HX icono o del equipo a simular.
o
Colocar la figura en lugar requerido y hacer click.
o
Colocar el nombre a dar al intercambiador ( 15E013).
20. Click Ok y aparcera la ventana de configuración de Intercambiadores de Tubo y
Coraza.
21. Click Rating para modo de cálculo.
22. Click Ok
23. Hacer click en el icono Process Stream ( las corrientes dibujadas estarán en
color rojo)
24. Mueve el ratón y conecta la corriente a la figura del equipo seleccionado
25. Click Ok
26. Dibuja la corriente de salida y colocar nombre o enumerar (stream3)
27. Repetir los pasos del 23 al 26 para dibujar las otras 2 corrientes
28. Hacer doble click sobre stream1 y aparecerá en pantalla la ventana introducir
las propiedades del fluido (suponiendo que esta corriente pertenece al lado tubo)
29. Introducir los siguientes valores:
o
Presión:
o
Temperatura
o
El flujo total de esta corriente
o
El flujo de cada componente
30. Seleccionar el Internal Property Generation e introduzca lo siguiente:
o
Temperatura
o
Presión
31. Click Ok
32. Hacer doble click en stream2 o la otra corriente de entrada
33. Introducir el valor de las siguientes variables:
o
Presión:
108
o
Temperatura
o
El flujo total de esta corriente
o
El flujo de cada componente
34. Click Ok
35. Hacer doble click en el icono del equipo dibujado (STE icono)
36. Seleccionar specifications
o
Specifications Type: se recomienda seleccionar el flujo total de calor o
la temperatura final de salida.
o
Especificar el valor del flujo de calor o de la temperatura de salida
37. Hacer doble click en la etiqueta Shellside e introduzca:
o
La dirección del flujo ( contracorriente)
o
Lado caliente (Shell side or tube side)
o
Orientación: (Vertical o Horizontal)
o
TEMA ( tipo de cabezal anterior, posterior, tipo de carcasa)
38. Hacer doble click en la etiqueta Tubeside e introduzca:
o
Diámetro externo
o
Pitch (espaciado entre tubos)
o
Patterm o arreglo del haz tubular
o
BWG
39. Click Baffles (Deflectores) y suministrar:
o
Tipo de deflectores
o
El espesor
o
Número de Sealing Strip Pairs
40. Click Film Options e introducir los valores de:
o
Coeficiente Global de Transferencia de Calor estimado
o
El factor de ensuciamiento tanto del lado coraza como del lado de los
tubos.
41. Click Material y suministrar la siguiente información:
o
Material de la Coraza
o
Material de los tubos
42. Click Pressure Drop Option
109
o
Caída de presión del lado Coraza
o
Caída de presión del lado tubo
43. Click Ok para aceptar los cambios realizados y regresar a la hoja de trabajo.
44. Seleccionar File > Save para guardar.
45. Seleccionar Run > Run. Para correr la simulación y el programa realice los
cálculos pertinentes.
46. Selecciona Output > View report
47. Hacer la validación consiste: buscar en el reporte arrojado, la hoja de datos
que reporta HEXTRAN y verificar que se reproduce el comportamiento y el valor
de los siguientes parámetros de proceso y diseño.
48. Para evaluar son los mismos pasos, solo que se introduce la data de campo
(operacional) y se analizan los resultados de la hoja de Data Sheet deseados.
110
APENDICE D
DATA OPERACIONAL DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE CDU
111
Tabla # 47. Data operacional del tren de precalentamiento de Crudo de CDU
E101
E102
E103
E104
E105
E106
02/04/04
02/11/04
02/18/04
02/25/04
03/03/04
03/10/04
03/17/04
03/24/04
03/31/04
Flujo Crudo
11_FC003_MEAS
1701
1728
1717
1720
1730
1731
1718
1722
1748
Te Crudo
11_TI003_PNT
56
58
59
59
59
60
60
59
59
Ts Crudo
11_TI014_PNT
76
78
79
79
79
79
80
79
79
Flujo HVGO
11_FC011_MEAS
328
332
329
331
324
321
321
319
329
Te HVGO
11_TI104_PNT
198
199
200
200
202
202
203
204
203
Ts HVGO
11_TI015_PNT
102
104
105
106
105
105
106
106
106
79
Te Crudo
11_TI014_PNT
76
78
79
79
79
79
80
79
Ts Crudo
11_TI018_PNT
91
92
93
94
93
93
94
94
93
Flujo LVGO
11_FC010_MEAS
113
117
120
118
120
111
112
108
108
12_FC068_MEAS
706
701
714
719
706
702
712
715
713
Te LVGO
12_TI075_PNT
125
127
127
127
128
127
128
129
127
Ts LVGO
11_TI028_PNT
95
97
98
98
98
98
99
99
98
Te Crudo
11_TI018_PNT
91
92
93
94
93
93
94
94
93
Ts Crudo
11_TI045_PNT
149
146
150
150
152
153
154
154
153
Flujo Nafta
11_FI158t_PNT
321
296
325
324
332
335
329
330
330
11_FC163_MEAS
2103
1419
1505
1716
1821
1901
1939
1920
1976
11_TI215_PNT
141
145
149
148
148
------
------
-----
------
Te Nafta
Ts Nafta
11_TI046_PNT
120
120
122
125
124
124
124
123
123
Flujo crudo B-A
11_FC016_MEAS
691
554
761
730
732
734
728
728
741
Flujo crudo D-C
11_FC017_MEAS
745
747
752
726
728
729
723
727
738
Flujo crudo F-G
11_FC018_MEAS
704
555
653
488
725
721
718
721
733
Flujo Nafta A-B
11_FC019_MEAS
889
514
839
761
662
773
919
890
935
Flujo Nafta C-D
11_FC020_MEAS
1075
988
946
1057
1075
1075
1074
1075
1075
Flujo Nafta G-F
11_FC021_MEAS
774
530
138
153
555
475
537
571
548
Te Crudo
11_TI045_PNT
149
146
150
150
152
153
154
154
153
Ts Crudo
11_TC055_MEAS
143
144
147
146
148
148
149
149
148
Flujo SRGO PA
11_FC026_MEAS
625
969
723
711
724
721
712
722
725
Te SRGO PA
11_TC090_MEAS
235
234
240
239
243
239
239
240
239
Ts SRGO PA
11_TI056_PNT
189
197
195
196
207
208
214
234
347
Te Crudo
11_TI422_PNT
138
138
140
139
142
141
143
143
143
Ts Crudo
11_TI095_PNT
158
159
160
160
161
162
163
163
163
Flujo SRGO PA
11_FC026_MEAS
625
969
723
711
724
721
712
722
725
Te SRGO PA
11_TI242_PNT
280
265
279
279
281
280
280
280
280
Ts SRGO PA
11_TC090_MEAS
235
234
240
239
243
239
239
240
239
Te Crudo
11_TI095_PNT
158
159
160
160
161
162
163
163
163
Ts Crudo
11_TI097_PNT
169
169
171
170
172
173
174
175
174
Flujo SRGO
11_FC042_MEAS
182
239
218
223
230
238
233
188
188
Te SRGO
11_TI243_PNT
279
264
278
277
280
278
267
273
273
Ts SRGO
11_TI098_PNT
175
176
177
177
179
180
181
182
181
112
Tabla # 47. Continuación. Data operacional del tren de precalentamiento de Crudo de
CDU
02/04/04
E107
E108
02/11/04
02/18/04
02/25/04
03/03/04
03/10/04
03/17/04
03/24/04
03/31/04
Te Crudo
11_TI097_PNT
169
169
171
170
172
173
174
175
174
Ts Crudo
11_TI123_PNT
259
260
261
253
240
251
246
240
240
Flujo HVGO
12_FC079_MEAS
1326
1390
1399
1399
1394
1369
1415
1401
1413
11_FC011_MEAS
328
332
329
331
324
321
321
319
329
Te HVGO
12_TI068_PNT
266
265
266
265
267
267
266
268
267
Ts HVGO
11_TI104_PNT
198
199
200
200
202
202
203
204
203
Te Crudo
11_TI123_PNT
259
260
261
253
240
251
246
240
240
259
Ts Crudo
11_TI136_PNT
257
257
258
257
259
258
259
259
Flujo RSV
11_FC048_MEAS
564
586
588
591
587
576
592
585
582
Te RSV
12_TI065_PNT
342
341
343
343
343
344
342
344
344
Ts RSV
11_TI131_PNT
257
257
257
257
258
258
258
259
259
113
APÉNDICE E
VALIDACIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR EN HEXTRAN
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
APÉNDICE F
FALLAS MÁS FRECUENTES EN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
133
APÉNDICE F
FALLAS MÁS FRECUENTES EN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
Tabla # 48. Fallas más frecuentes en los intercambiadores de Calor.
Fallas más frecuentes en los intercambiadores de calor
Modo De Falla
Causa/Raiz
Tarea
Taponamiento/Ensuciamiento
de los tubos
Depósitos de
contaminantes
del Proceso
Realizar monitoreo del factor de
obstrucción y el balance de calor, flujo y
caída de presión. Garantizar que las
variables de proceso se encuentran dentro
de los límites de control.
Taponamiento/Ensuciamiento
de los tubos y el casco
Depósitos de
contaminantes
del proceso
Realizar inspección interna y limpieza de
los tubos y el casco, deflectores durante las
paradas programadas por mantenimiento.
Perforación deflector del
canal-Perforación deflectores
del casco
Corrosión Corrosión
Garantizar que las variables de proceso se
encuentren dentro de los límites de control.
Perforación deflector del
canal-Perforación deflectores
del casco
Corrosión Corrosión
Revisar el estado de los deflectores durante
las paradas programadas por
mantenimiento.
Fugas por tubos o juntas
expandidas tubo-placa. Otras
fugas internas.
Corrosión Erosión
Se debe garantizar en lo posible la
operación dentro de los límites de control
de las variables consideradas.
fugas internas.
Corrosión Erosión
Realizar inspección interna de los tubos,
carcaza y las placas en búsqueda de
erosión y corrosión.
fugas internas
Corrosión Erosión
Realizar prueba hidrostática
fugas internas
Corrosión Erosión
Tomar muestras de producto en busca de
trazas del fluido del lado de alta presión en
la corriente de fluido del lado de baja
presión
134
Tabla # 48. Continuación. Fallas más frecuentes en los intercambiadores de Calor.
Fallas más frecuentes en los intercambiadores de calor
Modo De Falla
Causa/Raiz
Tarea
Fugas por tubos
Erosión por fallas
– mala
instalación de
placas de
choque
Inspeccionar placas de choque. Verificar que
no queden espacios entre la placa y los
baffles que promuevan flujos que erosionen
los tubos.
Daños en el aislante
Deterioro – Daño
mecánico
Verificar condición del aislamiento térmico
mediante la inspección interno del equipo.
Falla conexión para
instrumento
Corrosión o
golpe mecánico
Verificar estado de conexión de instrumentos
y equipos auxiliares
Daños en el concreto de
protección contra fuego
Deterioro – Daño
mecánico
Verificar estado del revestimiento antifuego
mediante la inspección externa del equipo
Soportes estructurales
dañados
Corrosión
Inspeccionar soportes de la estructura del
intercambiador de calor, mediante la
inspección externa del equipo
Fuga masiva de producto
por ruptura de la pared del
recipiente
Deterioro por
corrosión
Realizar inspección para la búsqueda de
fugas incipientes
Deterioro del
Revestimiento
Erosión,
Corrosión, Alta
Temperatura
Verificar estado del revestimiento externo.
Realizar limpieza y aplicar revestimiento
nuevo de ser necesario
135
APÉNDICE G
DIAGRAMAS DE OPERACIÓN DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO
DE CDU
136

Simulación y evaluación de los intercambiadores de calor de

Transcripción

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