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Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química
Evaluación del desempeño operacional del sistema productor de vacío
(eyectores \condensadores) de la Unidad de Destilación al Vacío del
Mejorador de Crudos ubicado en PETROZUATA. Jose. Estado
Anzoategui.
Dubraska Rodríguez Tutor Industrial: Julio Ramírez
Tutor Académico: Miguel Pérez Caracas, Septiembre 2002
Derecho de autor
Cedo a la Universidad Metropolitana el derecho de reproducir y difundir el
presente trabajo, con las únicas limitaciones que establece la legislación
vigente en materia de derecho de autor.
En la ciudad de Caracas, a los 16 días del mes de Septiembre del año 2002.
_______________________ Dubraska Rodríguez
Aprobación
Considero que el Trabajo Final titulado
Evaluación del desempeño operacional del sistema productor de vacío
(eyectores \condensadores) de la Unidad de Destilación al Vacío del
Mejorador de Crudos ubicado en PETROZUATA. Jose. Estado Anzoategui.
elaborado por la ciudadana
Dubraska Rodríguez
para optar el título de
Ingeniero Químico
reúne los requisitos exigidos por la escuela de la Universidad Metropolitana,
y tiene méritos suficientes como para ser sometido a la presentación y
evaluación exhaustiva por parte del jurado examinador que designe.
En la ciudad de Caracas, a los 16 días del mes de Septiembre del año 2002
________________ _________ ________________________
Julio Ramírez Miguel Pérez
Acta de veredicto
Nosotros, los abajo firmantes constituidos como jurado examinador y
reunidos en Caracas, el día 16/09/2002, con el propósito de evaluar el
Trabajo Final titulado
Evaluación del desempeño operacional del sistema productor de vacío
(eyectores \condensadores) de la Unidad de Destilación al Vacío del
Mejorador de Crudos ubicado en PETROZUATA. Jose. Estado Anzoategui.
presentado por la ciudadana
Dubraska Rodríguez
para optar al título de
Ingeniería Química
emitimos el siguiente veredicto:
Reprobado______ Aprobado______ Notable______ Sobresaliente_____
Observaciones__________________________________________________
______________________________________________________________
________________ ________________ __________________ Julio Ramírez Miguel Pérez María Carolina Duarte
Indice de contenido
Lista de tablas y figuras iv
Resumen
Introducción 1
Capítulo I. Alta Presión en el Tope de La torre de Vacío.
I.1Planteamiento del problema 5
I.2Objetivos Generales y específicos 15
Capítulo II. Marco Teórico
II.1Eyectores
II.1.1 Concepto 18
II.1.2 Características principales de los eyectores 19
II.1.3 Componentes de un eyector 21
II.1.4 Principios de Operación 24
II.1.5 Ventajas y desventajas de un eyector 26
II.2 Condensadores
II.2.1 Características principales 28
II.2.2 Principios de operación 29
II.2.3 Componentes principales de un condensador de
vacío
29
II.3 Sistema productor de vacío: Eyectores y condensadores
II.3.1 Tipo de Torre 31
II.3.2 Eyectores / condensadores 32
II.3.3 Condiciones del proceso 33
II.4 Contexto histórico y antecedentes 35
Capítulo III. Marco metodológico
III.1 Características Metodológicas 36
III.2 Variables y operacionalización 45
III.3 Población y muestra 49
III.4 Técnicas e instrumentos 51
III.5 Procedimientos 54
Índice de contenido iii
III.6 Limitaciones 97
Capítulo IV. Resultados y Análisis 108
Conclusiones y recomendaciones 129
Referencias bibliográficas 135
Apéndice A. Avance #1. De las acciones realizadas para Mayo 2002
incorporando la hoja de cálculo de la relación de
compresión de los eyectores del sistema de vacío a
condiciones actuales
136
Apéndice B Gráfica de seguimiento de la prueba de planta del nivel
de fondo de la torre de vacío 01C102
142
Apéndice C Informe Alta producción de Slop 144
Apéndice D Cálculo de la sobrecarga de la segunda y tercera etapa
de eyectores.
153
Apéndice E Cálculo del coeficiente de transferencia de calor en los
condensadores de vacío
156
Apéndice F Hojas de especificación de las trampas /separadores de
vapor e instrumentos de medida de temperatura y
presión.
160
Apéndice G Diagrama de ubicación de las trampas/ separadores y de
los instrumentos de temperatura y presión
164
Apéndice H Diagrama de detalle de la instalación de la
trampa/separador y muñecos para manómetros y
termómetros
166
Anexos 168
Tablas
1. Descripción (valores) de carga a vacío y presión de tope de la torre de
Vacío, 11
2. Resumen de los casos de los problemas presentados en otros sistemas
de vacío, 35
3. Destilación simulada del residuo largo D-86 ASTM, 47
4. Presión de succión y de descarga de las tres etapas del sistema
productor de vacío(valores de diseño), 48
5. Temperaturas y flujo de diseño de los condensadores de vacío, 48
6. Datos de presión y carga de crudo desde Septiembre 2001 hasta el 22 de
Abril 2002 por períodos, 54
7. Capacidad de los equipos del sistema productor de vacío, 56
8. Resumen de los problemas básicos en un sistema productor de vacío, 58
9. Resumen del balance de masa descrito en el diagrama 01A101 de
Graham Manufacturing Co,59
10. Resumen de datos de la hojas de especificaciones de los condensadores
de vacío, 59
11. Carga de diseño y presión de tope de diseño de la torre de vacío, 60
12. Valores promedio por mes (Septiembre 2001- Julio 2002) de carga de la
columna de destilación al vacío, 61
13. Base teórica para la evaluación de los eyectores, 62
14. Base teórica para la evaluación de los condensadores del sistema
productor de vacío, 62
Lista de tablas y figuras iv
15. Data de temperatura recopilada en los condensadores de la Unidad de
vacío el 03/05/02, 65
16. Comparación de los valores de diseño y actual (Mayo 2002) de la carga
de gases a los eyectores del sistema productor de vacío, 70
17. Comparación de los valores de diseño y actual(Mayo 2002) de la carga a
los condensadores del sistema productor de vacío, 71
18. Comparación de los valor de diseño y actual (agosto 2002) de los gases
condensables e incondensables que entran en el sistema productor de
vacío, 71
19. Data de temperatura de entrada y de salida de los gases de
hidrocarburos, en los condensadores de vacío(23/05/02) y comparación
con los valores de diseño, 72
20. Data de presión de entrada y de salida de los gases de hidrocarburos, en
los condensadores de vacío(23/05/02) y comparación con los valores de
diseño, 74
21. Data de la temperatura de entrada y de salida del agua de enfriamiento,
en los condensadores de vacío(23/05/02) y comparación con los valores
de diseño, 75
22. Flujos de agua de enfriamiento medidos con el Controlotron (medidor
sónico portátil) y comparación con los valores de diseño, 76
23. Calor transferido en los condensadores de vacío, comparación entre el
valor actual (23/05/02) y el valor de diseño, 77
Lista de tablas y figuras v
24. Asociación de la base teórica con la data obtenida en el sistema
productor de vacío del Mejorador , 79
25. Acciones a tomar como resultado del primer sondeo de presión y
temperatura (Mayo 2002), 81
26. Avance #2, delimitación de las causas potenciales y acciones a tomar
para el descarte de las fallas no existente en el sistema productor de
vacío, 83
27. Causas descartadas, fallas que no están afectando al sistema productor
de vacío del Mejorador de crudo Petrozuata, 84
28. Avance #3, Causas que aún son aplicables en el sistema productor de
vacío ubicado en Petrozuata, 85
29. Avance #4, resumen de todas las acciones y las causas estudiadas en la
evaluación del sistema productor de vacío de Petrozuata, 86
30. Acciones por tomar(Agosto 2002) para delimitar las causas probables de
la alta presión de tope de la torre de vacío, 87
31. Pruebas de planta realizadas para descartar las causas probables de la
alta presión en el tope de la torre 01C102, 91
32. Resumen de la comunicaciones realizadas con los fabricantes del sistema
productor de vacío, Graham, 94
33. Recomendaciones del Asesor de Distillation Group, 95
34. Condiciones del vapor a los eyectores el día 3/05/02, 98
35. Condiciones de diseño del vapor motriz, 98
Lista de tablas y figuras vi
36. Observaciones de la visita al campo (3/05/02) con las especificaciones
de la tubería para los medidores por instalar, 99
37. Diferencias del sistema simulado y el sistema productor de vacío actual
de la empresa, 105
38. Data operacional de los condensadores de vacío(9/07/02), 108
39. Diferencias ente las condiciones de la torre de vacío a las diferentes
fechas de la toma de data, 109
40. Comparación de las presiones de diseño y actual (Julio 2002) en los
eyectores del sistema productor de vacío, 109
41. Valores de la relación de compresión actual (Julio 2002), 110
42. Comparación de la carga líquida actual con respecto al diseño, 111
43. Sobrecarga en la segunda y tercera etapa de eyectores vista según la
curvas de desempeño correspondientes, 117
44. Comparación de los valores de diseño y actual(23/07/02) del delta de
presión en los condensadores de vacío, 120
45. Sondeo de temperaturas en los condensadores de vacío, 121
46. Comparación entre la altura real de la pierna barométrica y la altura de
liquido en ellas al operarse a 0.2Barg en el tambor de tope 01V105, 126.
Figuras
1. Gráfico #1 Presión de tope y carga de vacío en el tiempo, 6
2. Gráfico #2 Plano del sistema productor de vacío del Mejorador, 7
3. Modelo de un eyector real, 8
Lista de tablas y figuras vii
4. Modelo de un condensador de vacío y comparación con un
intercambiador de tubo y coraza sin cambio de fase, 9
5. Curva de desempeño de un eyector(general), 20
6. Cinco partes esenciales de un eyector, 22
7. Componentes y sección transversal de un eyector, 24
8. Perfil de presión y velocidad dentro del eyector, 26
9. Componentes principales en un condensador de vacío, 30
10. Sistema de eyector /condensador en una primera etapa de eyectores, 32
11. Numero de etapas según la presión requerida en el tope de la columna de
destilación al vacío, 33
12. Diagrama simplificado de la Unidad de destilación de Crudo y Vacío, 49
13. Tipo de manómetros disponibles en la empresa, 52
14. Tipos de termómetros disponibles en la empresa, 52
15. Medidor de flujo sónico Controlotron, 53
16. Grafica #3, presión de la torre de vacío desde Septiembre 2001 hasta
Junio 2002, 54
17. Ejemplos de los muñecos de temperatura y presión (Ingeniería básica)
realizados para los condensadores de vacío, 66
18. Diagrama del balance de masa realizado para el sistema productor de
vacío a nivel de los eyectores, 69
19. Diagrama del balance de masa realizado para el sistema productor de
vacío a nivel de los condensadores, 71
Lista de tablas y figuras viii
20. Data recomendada por los fabricantes(Graham) ubicada en el diagrama
de un sistema de vacío, 97
21. Grafico #4, Curva de rompimiento de un eyector, 112
22. Gráfico #5, presión de tope y flujo de Slop con respecto al tiempo, 113
23. Gráfico #6, relación de presión de tope de la torre atmosférica con la
producción de Slop, 115
24. Grafico #7, Agua condensada y vapor a los eyectores en el transcurso del
tiempo (Enero – Junio 2002), 127
Resumen Evaluación del desempeño operacional del sistema productor de Vacío (eyectores /
condensadores) de la Unidad de Destilación al Vacío del Mejorador de Crudo ubicado en
PETROZUATA. Jose. Estado Anzoategui.
Autor: Dubraska Rodríguez
Tutor Industrial: Julio Ramírez
Tutor Académico: Miguel Pérez Caracas, Septiembre 2002
Optimizar el desempeño operacional del sistema productor de vacío: eyectores y
condensadores, ubicado en la Unidad de destilación (N° 11) del Mejorador PETROZUATA,
requirió la realización de diversas etapas, inicialmente la investigación teórica operacional
del sistema, la ubicación de la Unidad en el espacio con visitas al campo, la definición de las
variables operacionales, para relacionarlas con la teoría, y con los conocimientos adquiridos
del sistema productor de vacío. Se requirió una investigación comparativa, analítica y
explicativa, en donde se tomó como data de referencia, los datos de diseño de las hojas de
especificaciones, que fue la base de los cálculos, las simulaciones( Vacworks y Aspen Plus,
BJAC) y de la delimitación de las causas probables que afectan a la Unidad de vacío,
haciendo que la alta presión en el tope de la torre 01C102 aumente. Durante la evaluación al
sistema productor de vacío, se realizaron intercambios de conocimientos con los ingenieros
de más experiencia en la Unidad de destilación, con los fabricantes del sistema(Graham Co.)
y con asesores del área, que permitieron obtener visiones diferentes y poner en marcha
acciones para delimitar las causas de la alta presión en el tope, estas se presentaron a la
gerencia mediante avances e informes técnicos. La metodología de descarte usada, con
pruebas de planta y análisis de laboratorio, permitió definir que la causa principal de la alta
presión en el tope de la torre, es el exceso de los gases de hidrocarburos condensables, que
no pueden ser manejados por la primera etapa de condensadores, estos gases son
arrastrados a la segunda etapa donde se crea una contrapresión que provoca, que los
eyectores de la primera etapa sobrepasen la máxima presión de descarga (MPD),
presionando el tope de la torre de vacío. Para mejorar la operación de la planta se puso en
práctica en la Unidad una prueba de disminución de producción de Slop (gases
condensados) que esta siendo evaluada, para mantener las condiciones recomendadas
como permanentes en la planta. Al igual, se diseñaron facilidades en la instrumentación que
permitirá la evaluación continúa del sistema y se realizó la ingeniería básica de la trampas y
separadores en la línea vapor para asegurar la calidad ( vapor sin humedad), ambas
mejoras a instalarse en el sistema productor de vacío, en la parada próxima (Octubre 2003).
Introducción
PETROZUATA Upgrader, ubicado en el Estado Anzoategui, tiene como
finalidad el desarrollo, producción, transporte y mejoramiento del crudo extra
- pesado de la faja petrolífera del Orinoco, y la comercialización del crudo
sintético y otros subproductos (Coker, Azufre, Gas licuado de petróleo). La
empresa tiene aproximadamente 3 años en operación, incluyendo el período
de arranque, donde se lograron las condiciones estables del complejo.
El crudo extra - pesado procesado en el mejorador, esta caracterizado por
tener una gravedad °API de 9.3, por tanto su tratamiento difiere del crudo
liviano que tiene una gravedad de 26.5°API aproximadamente y es aquel
procesado en una refinería común.
El crudo de la faja tiene un tratamiento previo y particular, tanto para su
producción como en el proceso de mejorarlo.
Su tratamiento consiste: inicialmente en la faja, se mezcla con un diluente,
Nafta, para obtener un producto con 17° API, que puede ser transportado
por la tuberías hasta la estación principal, el crudo diluido se almacena y
luego continúa hacia el complejo. Este al llegar a Jose se almacena en los
campos ubicados en el norte de Anzoategui y de allí fluye a través del tren de
precalentamiento , hasta la unidad desaladora del crudo. Luego el crudo al
cual se le han eliminado las sales, agua y sólidos suspendidos pasan a la
columna de destilación atmosférica, para recuperar la nafta, que fue usada
como diluente. El fondo de la columna se divide en dos corrientes, la de
Introducción 2
menor volumen (residuo largo), que será almacenada como componente
para el crudo mejorado. La corriente de mayor volumen, residuo largo, es
calentado en un horno de fuego directo para pasar a alimentar la columna de
destilación al vacío, aquí se separan gasóleos del residuo corto que alimenta
a la unidad de coquificación retardada.
Después del período de arranque, durante cuatro meses desde Febrero 2001
hasta aproximadamente Mayo 2001, la operación(carga, presión de tope,
etc.) en la Unidad de destilación al vacío fue constante, posterior a este
periodo, se aumentó la carga a la planta de vacío, por el incremento de la
carga de crudo y por ende aumentó la producción de residuo largo, esto trajo
consigo un aumento no esperado en la presión de tope de la columna de
vacío, observándose que dicha variable llegó a valores, de un 100% y
actualmente a 400%, por encima del valor inicial o de diseño
(Diseño:14mmHgA vs Agosto 2002:60mmHgA)
La presión que mantiene la torre de destilación al vacío, identificada por
01C102, esta directamente relacionada con los eyectores y condensadores
de tope de la columna de destilación. Estos equipos son el sistema productor
de vacío, por la tanto su correcto funcionamiento es el responsable directo de
mantener una presión de vacío, especificada en diseño, dentro de la torre
01C102.
La investigación tiene como objetivo general :
Optimizar el desempeño operacional del Sistema productor de vacío
(Eyectores / Condensadores) en la Unidad de Destilación al Vacío del
Introducción 3
Complejo Mejorador de Crudo en Petrozuata, al estar la Unidad de vacío
operando a máxima capacidad.
Para lograr este objetivo fue necesario realizar diversas actividades que se
engloban, en la Evaluación del sistema productor de vacío, de la unidad de
destilación.
La evaluación del sistema de vació se llevó a cabo usando como
metodología el descarte de fallas o causas potenciales que afectan al
sistema productor de vacío. Se inicia realizando la investigación de los
equipos: Eyectores y Condensadores, sus principios de operación y
funcionamiento, para relacionar el sistema conformado por los eyectores y
condensadores con el problema en estudio (la alta presión en el tope de la
torre, cuando la unidad trabaja a máxima carga) mediante una investigación
del tipo explicativa y analítica.
Se definen las variables de estudio, tanto las relacionadas con la torre de
vacío, como aquellas propiedades que forman parte del sistema productor de
vacío y que impacta en la operabilidad del sistema. El tener claro las
variables de estudio permitió, mediante la bibliografía, la elaboración de un
plan de trabajo, la base teórica para la evaluación de los equipos del sistema
productor de vacío, que delimitó la data necesaria que había que recopilar en
campo o mediante el sistema en línea y a tiempo real “Aspen Process
Explorer”. La recolección de los datos actuales de los meses, de Abril 2002
hasta Agosto 2002, de las variables (presión ,temperatura, flujos , carga,
entre otros) y de la data teórica (referencia) de la Unidad de destilación al
Introducción 4
vacío permitió iniciar el análisis de la causas más probables que afectan al
sistema de vacío y el planteamiento de pruebas de planta, análisis de
laboratorio, simulaciones de los equipos y destilaciones simuladas que
descartaron las causas que no afectan al sistema de vacío del Mejorador.
Al delimitar los problemas existentes en la Unidad de vacío, que están
incrementando la presión de tope de la torre 01C102, se plantearan acciones
correctivas para mejorar la operación actual de la planta, mediante un
informe técnico a la gerencia de procesos y operaciones, que ataque el
problema y minimice el impacto en el sistema productor de vacío.
La alta presión en el tope de la torre de vacío influye directamente en la
producción de LVGO, HVGO y residuo corto que son los productos de valor
en esta Unidad. Los rendimientos de gasóleos actualmente están afectados,
a pesar de que se encuentran en valores de diseño. Este impacto de la alta
presión de la torre se observa en el rendimiento del residuo corto que esta
(47% actual vs. 30% diseño) por encima de su valor lo que nos indica que si
se optimiza el proceso , se reduce la presión de tope de la torre de vacío, se
incrementarán los rendimientos de gasóleos a razón de la disminución del
residuo corto, que actualmente tiene livianos que no están ascendiendo al
tope.
I.1 Planteamiento del problema.
La Unidad de destilación (Unidad 11) ubicada en el complejo mejorador
Petrozuata, esta diseñada para recuperar el diluente a partir del crudo Zuata
y proporcionar un producto residual apto para alimentar a la Unidad de
coquificación retardada. Los gasóleos y demás productos que se obtienen
son empleados en la elaboración de los crudos sintéticos.
En la unidad de destilación, están ubicadas las columnas de destilación
atmosférica y al vacío. En la columna de destilación atmosférica se obtiene la
nafta usada como diluente en el área de producción y destilado del crudo y
en la columna de destilación al vacío se separan los productos que en
condiciones atmosféricas no son posibles de obtener.
El producto de fondo de la destilación atmosférica, pasa por un horno a fuego
directo, con la finalidad de aumentar la temperatura @ 373°C y alimentar
seguidamente a la torre de vacío, en donde se obtienen: LVGO(gasóleo
liviano de vacío), HVGO (gasóleo pesado de vacío), gases de tope, residuo
de vacío o residuo corto y aceite de desecho, por lo tanto, el rendimiento de
la columna de vacío, se basa en la alta producción de gasóleos, que es
óptima cuando se opera a presión baja (14mmHgA), baja producción de
aceite y de producto de fondo(residuo corto).
De acuerdo a los requerimientos del complejo, durante más de un año,
(desde Abril 2001), se ha ido aumentando progresivamente, la carga de
crudo a la unidad, sobrepasando actualmente (Agosto 2002) la capacidad de
diseño de la torre de destilación al vacío.
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 6
La presión de tope de la columna de destilación al vacío, se vio directamente
influenciada por el aumento de carga a la unidad, ya que de la misma forma
que fue aumentando la carga a vacío fue incrementando la presión de tope
en la torre de vacío, ambas llevan una tendencia ha aumentar desde
Septiembre 2001 (ver Figura #1. Gráfico #1 Presión de tope y carga a la torre
de vacío), ocasionando cambios operacionales en el perfil de la
torre(01C102), para mantener la productividad, es decir, mantener los
porcentajes de rendimiento de productos valiosos, que debería aportar la
unidad.
0102030405060708090
100
09/0
1/01
09/1
6/01
10/0
1/01
10/1
6/01
10/3
1/01
11/1
5/01
11/3
0/01
12/1
5/01
12/3
0/01
01/1
4/02
01/2
9/02
02/1
3/02
02/2
8/02
03/1
5/02
03/3
0/02
04/1
4/02
04/2
9/02
05/1
4/02
05/2
9/02
06/1
3/02
06/2
8/02
07/1
3/02
07/2
8/02
Tiempo( Mes/ día/ año)
Pres
ión
de to
pe d
e la
torr
e 01
C10
2 (m
mH
gA)
020004000600080001000012000140001600018000
Car
ga a
vac
ío(T
/D)
Presión de tope de la torre 01C102 Carga a Vacío(T/D)
Figura #1. Gráfico #1 Presión de tope y carga a la torre de vacío
Se observó una relación inmediata, entre la carga a vacío y la presión de
tope de la columna de destilación al vacío.
Esta observación llevo al planteamiento de diversas interrogantes, tales
como: ¿Qué se encarga de mantener la condición de baja presión en la
columna de destilación al vacío 01C102?¿Cómo opera el sistema productor
de vacío?
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 7
La Columna de vacío, fue diseñada para poder separar los productos que
mediante una destilación atmosférica no son posibles de obtener, ya que
requieren de elevadas temperaturas. Mediante la destilación al vacío se evita
el proceso de craqueo térmico y por ende el obtener productos no deseados.
De acuerdo a las especificaciones(°API, % de agua, contenido de sal, entre
otros), que requería la empresa en los productos: LVGO y HVGO y residuo
corto, se diseño un sistema productor de vacío, basado en Eyectores y
Condensadores, que debía mantener una presión de vacío de 14mmHgA en
la torre de vacío 01C102 .
Los eyectores y condensadores que forman el sistema productor de vacío,
están ubicados en el tope de la columna de vacío, conformado por (10)diez
eyectores y (5) cinco condensadores (ver figura #2. Diagrama del sistema
productor de vacío de Petrozuata).
Figura #2. Diagrama del sistema productor de vacío de Petrozuata.
01C102
Vapor motriz
01J101A 01J101B 01J101C
01E120A 01E120B 01E120C
TERCERA ETAPA01J101G/H/I/J
01J101F
01E121
01J101E01J101D
01E122
01V105
GASES DE TOPE
Tercera etapa
Segunda etapa
Primera etapa
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 8
Los eyectores se emplean para extraer los gases de tope de la columna de
destilación al vacío. La carga al sistema de eyectores consiste en gases no
condensables generados por craqueo en el horno a fuego directo y aire,
hidrocarburos condensables y vapor de agua.
Para un mejor entendimiento del proceso de Destilación al Vacío se explica a
continuación los fundamentos teóricos de la operación de estos sistemas,
sus componentes principales y las variables de operación.
Los eyectores son bombas fluidodinámicas que utilizan la energía de un
fluido primario para mantener un caudal de otro fluido secundario mediante
un salto de presión, es decir, que emplean la energía de un chorro de vapor
para comprimir un gas a baja presión (100 a 300mmHgA), hasta la presión
atmosférica.
Un eyector no es más que una combinación de una tobera con un difusor,
acoplado convenientemente en un mismo equipo y está formado, en general,
por cinco partes .(ver figura #3 Modelo de un eyector)
Figura #3. Modelo real de un eyector
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 9
Los condensadores en un sistema de vacío tienen como principal propósito
reducir la cantidad de carga que el siguiente eyector debe manejar. Esto
mejora grandemente la eficiencia del sistema integral.
Los condensadores son construidos como intercambiadores de tubo y
coraza, pero su diseño interno difiere, debido a la presencia de dos fases y a
la operación a baja presión(ver figura #4 Condensadores de vacío y
diferencia con un intercambiador normal).
Figura #4.Modelo de un condensador de vacío y comparación con un intercambiador de tubo
y coraza sin cambio de fase
Los diez (10) eyectores y los cinco(5) condensadores del sistema de vacío
ubicados en el tope de la torre 01C102, ver gráfico #2, están dispuestos en
tres etapas:
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 10
- Primera etapa: constituida por tres eyectores(01J101A/B/C) de mayor
capacidad que los eyectores presentes en la segunda y tercera etapa.
Cada uno de ellos esta conectado directamente a la torre de destilación al
vacío, de donde succionan los gases y descargan en tres (3)
intercondensadores, 01E120A/B/C respectivamente. La salida de los
gases incondensables de los condensadores llegan a un cabezal común
que es la carga para la segunda etapa.
- Segunda etapa: formada por tres eyectores:01J101D/E/F, difiere de la
etapa anterior, ya que la descarga de los eyectores llega a sólo un
condensador 01E121.
- Tercera etapa: posee cuatro eyectores, uno de ellos diseñado como
repuesto, es decir, según diseño deben operar, si la planta se encuentra
en buen funcionamiento, sólo tres eyectores sin ningún tipo de
complicación. Esta etapa consta de un condensador posterior (01E122).
- Todos los condensadores de vacío están conectados mediante piernas
barométricas al tambor de tope (01V105) de la torre de vacío, en donde
se separa, la fase de hidrocarburo, el slop o aceite de desecho, de la
fase acuosa.
La selección del número de etapas se realiza de acuerdo a la presión de
vacío que se requiera, en este caso 14mmHgA.
El buen funcionamiento del sistema productor de vacío: Eyectores y
Condensadores, será el responsable de operar el proceso con los menores
costos operacionales y obtener productos dentro de las especificaciones.
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 11
Actualmente la columna de destilación al vacío no opera según las
especificaciones de diseño, existiendo las siguientes limitaciones:
- Sobrecarga de crudo, teniendo como consecuencia aumento de la carga
a la unidad de Vacío sobre el valor de diseño(ver tabla #2)
Diseño(T/D) Actual, agosto 2002 (T/D)
Carga de Crudo 26400 27000
Carga a vacío 14938 15500
Tabla #2 Comparación entre el diseño y el actual de la carga de crudo y de vacío.
- Incremento continuo de la presión de tope de la columna de destilación al
vacío, por encima de su valor de diseño (Agosto 2002: 50mmHgA Vs
Diseño:14mmHgA)
- Cambios en el perfil de la torre: temperaturas, reflujos de gasóleos,
niveles de líquido, entre otros.
- El eyector extra, ubicado en la tercera etapa del sistema de vacío se
encuentra en servicio desde el mes de Abril 2002.
Igualmente es necesario acotar la inundación de la torre de vacío 01C102 y
los equipos adjuntos: sistema productor de vacío (eyectores/condensadores)
y tambor de tope 01V105, con residual proveniente de la torre de destilación
atmosférica 01C101, el día 13/01/01, después de este hecho no se
inspeccionaron las líneas del sistema. Además se realizo una parada de
planta, posterior a la inundación, la semana del 13-19 de abril de 2002 , en la
cual el personal inspecciono el eyector 01J101A, de la primera etapa,
dejando escapar por las líneas una empacadura de 36”.
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 12
Los hechos anteriores señalan la presencia de fallas en el sistema productor
de vacío, que se observa en el aumento de la presión de tope de la columna
de vacío 01C102 y que esta influenciado por el incremento de carga a la
unidad.
La operación inestable que actualmente tiene la unidad de destilación al
vacío a llevado al estudio de las causas probables que afectan a este
sistema, en donde: Inicialmente se realizará la fundamentacion teórica, tanto
operacional como mecánica, del funcionamiento del sistema de vacío, para
luego mediante visitas periódicas a planta y programas de monitoreo en
tiempo real, lograr la recopilación de data representativa de la variación de
la presión en el tope de la torre de vacío y en los equipos del sistema
productor de vacío.
La data de los equipos (eyectores y condensadores) será tanto la real
operacional tomada en planta, como la de diseño; que será verificada
mediante simulaciones.
El periodo de estudio partirá desde el arranque de la planta, hace más de un
año (Enero2001) hasta fechas actuales (Agosto 2002).
La información obtenida se analizará para observar el comportamiento de la
presión y temperatura en los equipos: eyectores y condensadores, al realizar
la variación de la carga en la alimentación de la columna de destilación de
vacío y para señalar la influencia de estas variables en el desempeño del
sistema de vacío.
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 13
La data indicará los valores donde la presión de tope sobrepasa la estipulada
en el diseño de la torre (14mmHgA) y las condiciones a la que opera
actualmente el sistema de vacío. De acuerdo al resultado se procederá al
análisis y a la búsqueda de las limitaciones en los equipos existentes:
eyectores y condensadores de la tres etapas. Con la data y la investigación
bibliográfica se conocerá a fondo el sistema de vacío y permitirá mediante
una metodología de descarte, y la realización de pruebas de planta, delimitar
los problemas o fallas, es decir, ubicar la causas más probables que afectan
al sistema productor de vacío
Todos los aspectos anteriores, nos señalan la existencia de un problema en
la unidad de vacío, permitiéndonos el planteamiento de las siguientes
interrogantes:
1. Qué factores están influyendo en la variación de la presión del
sistema productor de vacío (Eyectores\ Condensadores) de la
Unidad de Destilación al Vacío del Complejo de Mejoramiento de
Crudo, ubicada en PETROZUATA. Estado Anzoategui. ?
2. Cuál es la falla existente en los equipos del sistema productor de
vacío (Eyectores\ Condensadores) que se presenta al variar la carga
de la alimentación, provocando un aumento considerable de la
presión en el tope de la columna de destilación al vacío de la
Unidad?
Al estar ubicada esta falla y una vez realizadas las investigaciones previas
con los fabricantes, se procederá a recomendar mejoras en los
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío. 14
procedimientos operacionales y facilidades del sistema, esperando que una
vez puestas en práctica disminuya el rango o la diferencia de presión
existente entre la operacional y la de diseño, es decir que el sistema de vacío
pueda trabajar con el máximo de carga en la alimentación de la columna,
evitando que la presión sobrepase los 14mmHgA (diseño), manteniendo los
rendimientos en los gasóleos (liviano y pesado) y una producción mínima de
residuo de vacío.
La revisión del diseño para la realización de propuestas de mejoras se
empleará como último recurso si los procedimientos operacionales
desarrollados no logran el objetivo de una mejor operación en la unidad de
vacío.
Las propuestas de mejoras se llevaran a cabo una vez que se elaboren las
especificaciones de los cambios, el estimado de los costos de inversión , las
ganancias y la evaluación económica del proyecto para tramitar la solicitud
de ejecución del mismo.
I.2 Objetivos.
I.2.1 Objetivo General
Optimizar el desempeño operacional del Sistema productor de vacío
(Eyectores / Condensadores) en la Unidad de Destilación al Vacío del
Complejo Mejorador de Crudo en Petrozuata, al estar funcionando a
máxima capacidad.
I.2.2 Objetivos específicos
• Tomar Data histórica operacional a varias cargas
• Organizar y calcular data real por equipos
• Generar data con simulación
• Revisar e Inspeccionar los equipos, eyectores y condensadores
presentes en el campo
• Investigar sobre el modo operacional actual del sistema productor de
vacío
• Revisar los procedimientos de operación de los equipos
• Revisar el procedimiento y la rutina de Retrolavado
• Mejoras en los procedimientos operacionales de sistema productor de
vacío
• Evaluar la operación de los eyectores del Sistema de Vacío contra diseño
mediante curvas de funcionamiento.
• Conseguir las limitaciones de los equipos existentes en planta
Capítulo I. Evaluación del desempeño del sistema productor de vacío.
16
• Elaborar especificaciones de cambios y mejoras en Diseño
• Evaluar económicamente el proyecto de mejora de la instrumentación en
el sistema productor de vacío.
• Elaborar la propuesta del proyecto de mejoras
II. Marco Teórico.
El proceso de Destilación al Vacío consiste en separar los productos que
mediante Destilación Atmosférica no es posible realizar, ya que tiene como
consecuencia un craqueo térmico.
El proceso se basa principalmente en calentar la carga de residuo
atmosférico para posteriormente separarla en una columna de destilación
que opera a baja presión (01C102). A esta presión la vaporización se lleva
acabo a menor temperatura con lo que se evita los problemas de craqueo
térmico, además que se consume menor energía para lograr la destilación.
Para alcanzar una baja presión en el proceso de destilación de crudo
generalmente se utiliza un sistema de vacío a base de eyectores. El buen
funcionamiento de este sistema será el responsable de operar el proceso con
los menores costos operacionales y obtener productos dentro
especificación.(1)
Los fundamentos de la operación de este sistema: eyectores y
condensadores, sus componentes principales y las variables de operación,
serán explicados teóricamente, lo cual redundará en un mejor entendimiento
del proceso de Destilación al Vacío.
El propósito de las siguientes definiciones es ofrecer una revisión completa
de los fundamentos de los eyectores y condensadores su sistema de
operación y el análisis de problemas.
Capítulo II. Marco Teórico 18
II.1 EYECTORES
Un completo entendimiento de las características del desempeño de un
sistema de eyectores reduce el tiempo del análisis de un problema que
puede estar asociado al desempeño de la unidad de destilación al vacío.
II.1.1. Concepto
Los eyectores se emplean muy comúnmente para extraer gases de los
espacios donde se hace vacío, por ejemplo, en los condensadores, en los
sistemas de evaporación, en torres de destilación al vacío y en los sistemas
de refrigeración, donde los gases extraídos son generalmente
incondensables, tales como el aire. Aunque también se usan en el mezclado
de corrientes como por ejemplo en los procesos de sulfitación en ingenios
azucareros.
Los eyectores son bombas fluidodinámicas que utilizan la energía de un
fluido primario para mantener un caudal de otro fluido secundario mediante
un salto de presión, es decir, que emplean la energía de un chorro de vapor
para comprimir un gas a baja presión (100mmHgA a 300mmHgA), hasta la
presión atmosférica.
Los eyectores o bombas de chorros, son máquinas cuyo trabajo se basa en
la transmisión de energía por impacto de un chorro (fluido) a gran velocidad,
contra otro fluido en movimiento o en reposo, para proporcionar una mezcla
de fluido a una velocidad moderadamente elevada, que luego disminuye
hasta obtener una presión final mayor que la presión inicial del fluido de
menor velocidad.
Capítulo II. Marco Teórico 19
II.1.2 Características principales
1. Carecen de partes móviles como válvulas, pistones, rotores, etc.
2. No precisan mantenimiento.
3. Trabajan con todo tipo de fluidos.
4. Fiabilidad en el funcionamiento.
5. Permiten instalarlos en cualquier posición.
6. La carga a los sistemas de eyectores consiste de: gases no
condensables generados por craqueo en el calentador a fuego directo
y aire, hidrocarburos condensables y vapor de agua utilizado para
descoquizado y agotamiento.
7. Los fabricantes de eyectores resumen los datos críticos en la “curva
de desempeño o comportamiento”. (ver Anexo 1. Curvas de
desempeño para cada uno de los eyectores del sistema de vacío en
Petrozuata).
Las curvas de desempeño o de comportamiento de un eyector,
representa en el eje “Y” la presión de succión en mmHgA y en el de
las “X” la carga equivalente a vapor de agua en lb/hr, esta carga se
usa para expresar la corriente de proceso la cual puede estar
compuesta por diversos componentes como aire, vapor de agua e
hidrocarburos.(ver figura # 5 Curva de desempeño de un eyector).
Capítulo II. Marco Teórico 20
Figura #5. Curva de desempeño de un eyector (general).(3)
La curva de comportamiento puede ser usada de dos maneras
distintas, primero si la presión de succión del eyector es conocida, se
determina la carga equivalente del vapor de agua que maneja y
segundo, si la carga del eyector es conocida se puede determinar la
presión de succión. La importancia del conocimiento de la curva de
comportamiento de un eyector, radica en que esta permite comparar
las medidas de diseño con las de campo; si estas difieren de la curva
de comportamiento es probable que existan problemas con el proceso,
servicio o en el eyector.
8. Relación de compresión: la relación entre la presión de descarga de
un eyector y la presión de succión se denomina relación de
compresión. Para un eyector individual es función de la temperatura
del agua de enfriamiento, las condiciones del vapor motriz utilizado y
el perfil de condensación de los hidrocarburos manejados. La primera
etapa de eyectores, conectados directamente a la descarga de la
Capítulo II. Marco Teórico 21
columna, tendrán una relación de compresión definida por la
temperatura del agua de enfriamiento del intercondensador, ya que se
balancea con la presión de descarga del eyector, que debe ser lo
suficientemente alta para que se lleve a cabo la condensación.
9. Vapor motriz: La presión del vapor motriz es especificada por los
fabricantes para mantener una operación estable en el eyector, si la
presión de vapor motriz se encuentra menor que la de diseño, pasará
menos vapor por la tobera y el eyector no tendrá suficiente energía
para comprimir el fluido desde su presión de succión hasta su presión
de descarga; el mismo problema ocurre cuando se proporciona vapor
motriz con temperatura mayor que la de diseño (aumento del volumen
específico).
10. Máxima presión de descarga: es la máxima presión de salida que un
eyector puede alcanzar con la cantidad de vapor motriz definido en el
diseño. Si la presión de descarga de un eyector sobrepasa a la
máxima permitida la operación del eyector se volverá instable,
incrementándose la presión de succión.
II.1.3 Componentes del eyector:
Es importante conocer la nomenclatura interna de las partes del eyector,
antes de empezar a discutir como trabaja el equipo.
Un eyector no es más que una combinación de tobera con un difusor,
acoplado convenientemente en un mismo equipo y está formado, en general,
por cinco partes(figura #6 Cinco partes esenciales de un eyector):
Capítulo II. Marco Teórico 22
- Conexión del vapor(Steam Chest): es la conexión a través de la
cual se introduce el vapor motriz (primario) a alta presión
- Cámara de succión(chamber suction): provee una cámara plena,
con una apropiada conexión para la entrada de la succión, el
difusor y la boquilla del vapor. Esta parte es algunas veces
eliminada y se incorpora en la conexión del difusor y la boquilla de
vapor.
- Difusor(diffuser):
Entrada(inlet): Esto proporciona una sección introductoria
correctamente formada y una adecuada sección convergente
del difusor para manejar la alta velocidad del fluido. En esta
sección, entran y se mezclan completamente, el vapor motriz y
el vapor de la carga (secundario) y la presión es convertida en
velocidad supersónica.
Salida(outlet): Esto proporciona una adecuada sección
divergente del difusor para la conversión completa de velocidad
en presión. La salida del difusor reduce la velocidad del fluido a
niveles razonables hasta convertir prácticamente toda la
energía cinética (cambio de velocidad) en energía potencial
(cambios de presión).
- Boquilla del vapor motriz(nozzle motive): este es el corazón del
eyector conecta directamente el vapor motriz al eyector.
Capítulo II. Marco Teórico 23
- Compartimento de la succión (troat section): sección de transición
entre la convergencia supersónica y la divergencia sónica del
difusor. (2)
Figura #6. Cinco partes esenciales del eyector (3).
Capítulo II. Marco Teórico 24
Figura #7. Componentes del eyector y sección transversal.(4)
II.1.4 Principio de operación
El principio básico de un eyector es convertir la energía de la alta presión del
vapor motriz en velocidad. Esto ocurre por expansión adiabática desde la
presión del vapor motriz hasta la presión de operación de la carga
succionada. Esta expansión se lleva a cabo a través del difusor en sus
secciones: convergente y divergente, la figura #8 muestra el perfil de presión
y velocidad dentro del eyector.
Capítulo II. Marco Teórico 25
El resultado de la expansión es una velocidad supersónica, típicamente entre
3-4mach(3000-4000pies/seg). Normalmente el vapor motriz se expande a
una presión más baja que la presión de succión de la carga. Esto crea una
zona de baja presión para jalar la carga succionada dentro del eyector. El
vapor motriz a alta velocidad se entrampa y se mezcla con la carga de gas
succionado. La velocidad de la mezcla resultante es supersónica (6).
Posteriormente la mezcla entra a un venturi. Donde la alta velocidad se
convierte en presión, conforme a la reducción del área de la sección
transversal. En la sección de la garganta se establece una onda de choque
normal, aquí se presenta un incremento dramático de presión y una pérdida
de velocidad a través de la onda de choque. El flujo a través de la onda de
choque va desde supersónico en la parte delantera, sónico en la onda de
choque y subsónico después de esta onda.
En la sección divergente o en la salida del difusor la velocidad es reducida
adicionalmente y convertida en presión.
Capítulo II. Marco Teórico 26
Figura #8. Perfil de presión y velocidad dentro del eyector (5)
II.1.5 Ventajas y Desventajas de los Eyectores
1) Ventajas
• Son de diseño simple con gran flexibilidad y ocupan poco espacio
• Fáciles de construir y de manejar.
• Su costo de mantenimiento es bajo (no necesita lubricación, ni se
desgasta), no tienen partes móviles como válvulas, pistones,
rotores, etc. y las sustituciones de piezas o partes son poco
Capítulo II. Marco Teórico 27
frecuentes (los más comunes son toberas de acero inoxidable y
cámara y difusor de hierro fundido, los materiales cambian según
su uso).
• Es de bajo costo en servicio, ya que no necesita soporte y puede
ser sujetado conectándolos a las tuberías.
2) Desventajas
• Su costo operacional es relativamente alto debido al consumo de
fluido motor, generalmente vapor. En este caso utiliza vapor
tomado directamente de los generadores (media presión), el que
después de expandirse, mezclarse y comprimirse es totalmente
condensado y descargado al pozo barométrico, con pérdidas de
todo su calor latente.
• Sobre la base anual, el costo de operación es generalmente mayor
que el costo inicial del equipo, de aquí que su rendimiento
económico sea bajo.
• Tienen una baja eficacia mecánica y falta de flexibilidad para las
variaciones de las condiciones de operación.
II.2 CONDENSADORES.
Los condensadores juegan un papel crítico en el soporte del proceso de
operación de un sistema de vacío, es necesaria la combinación
eyectores/condensadores para mantener el sistema de vacío estable.
Capítulo II. Marco Teórico 28
II.2.1 Características Principales
Las características dominantes de los condensadores de vacío con la
condensación por el lado de la coraza son (ver figura #9 ):
- Es diseñado con la carga limite aguas abajo del eyector.
- Conexión de la entrada del vapor(vapor inlet)
- La distribución del espacio del vapor sobre el haz de tubos.
- La zona de condensación principal.
- El enfriamiento de los no condensables y la zona final de condensación.
- Conexión de salida de los gases no condensables(vapor outlet)
- Conexión de salida de los condensables (condensate outlet)
- Agua de enfriamiento, entrada (inlet) y salida (outlet).
- Ensuciamiento: los condensadores de un sistema de vacío están sujetos
a ensuciamiento como cualquier intercambiador de calor de la refinería, el
cual puede ocurrir por el lado de los tubos, coraza o ambos. El
ensuciamiento esta relacionado con la transferencia de calor y en alto
grado puede ser la causa del mal funcionamiento del sistema de vacío. El
agua de la torre de enfriamiento se usa frecuentemente como fluido de
enfriamiento en los condensadores de vacío, normalmente por el lado de
los tubos. Los depósitos de ensuciamiento sobre la tubería interna causa
una resistencia a la transferencia de calor. Los gases del domo de la torre
circulan normalmente por el lado de la coraza, se puede formar una capa
de hidrocarburo sobre la superficie externa de los tubos, esta capa es una
Capítulo II. Marco Teórico 29
resistencia a la transferencia de calor y en un período determinado, este
ensuciamiento excederá lo considerado en diseño.
II.2.2 Principio de operación
El principal propósito de un condensador en un sistema de eyectores es
reducir la cantidad de carga que el siguiente eyector debe manejar. Esto
mejora la eficiencia del sistema completo. Aunque estos condensadores son
construidos como intercambiadores de tubo y coraza, su diseño interno
difiere, debido a la presencia de dos fases y la operación a baja presión.
La mayor porción de los condensables contenidos en la entrada de vapor
cambian de fase (de vapor a líquido), el líquido cae por gravedad y rueda
hacia el fondo del condensador y baja por la pierna de drenaje(condensate
outlet). El resto de los condensables y los no condensables son removidos
del condensador por la salida del vapor(vapor outlet).
II.2.3. Componentes principales de un condensador de vacío
1. Tubos
2. Placa tubular(Tubesheet)
3. Coraza
4. Platos de soporte
5. Deflector (baffles)
6. Cubierta (channel)
Los tipos de condensadores de vacío generalmente usados son
intercambiadores del tipo de tubo y coraza.
Capítulo II. Marco Teórico 30
Estos se observan similares a intercambiadores convencionales de tubo y
coraza, sin embargo su geometría interna es notablemente diferente, en la
figura #9 se muestran los componentes de este tipo de condensadores.
Figura # 9. Componentes principales en condensadores de vacío (4)
Los condensadores son diseñados en tres configuraciones básicas usando la
nomenclatura estándar establecida por TEMA (7)
Placa tubular fija(proceso de condensación por el lado de la coraza)
designados como: AXI; BXM;AEL.
- Haz de tubos desprendibles (proceso de condensación por el lado de la
coraza): AXS;AXU;AES.
- Placa tubular fija (proceso de condensación por el lado de los tubos):
AEL o BEM.
El diseño y la óptima operación de un condensador de un sistema de vacío
esta determinado por la disposición de los tubos y el flujo a través de los
Capítulo II. Marco Teórico 31
deflectores, esta geometría afecta directamente la eficiencia de la
condensación y la minimización de la caída de presión.
De acuerdo con todo lo reflejado en la teoría para que el sistema de vacío
opere en óptimas condiciones, el sistema de eyectores/condensadores
deben operar conjuntamente para lograr un desempeño adecuado, ya que la
carga de los condensadores es diez veces la carga de los eyectores.
Consecuentemente cualquier perdida de desempeño en los condensadores
afecta dramáticamente el eyector aguas abajo del intercondensador. Esto
hace que el desempeño de un eyector sea dependiente de los
condensadores aguas arribas.
II.3 SISTEMA PRODUCTOR DE VACÍO: EYECTORES Y
CONDENSADORES
El sistema de productor de vacío, depende del desempeño de cada equipo
que lo integra, como se observo en los principios de operación esta definido
por el tipo de torre y las especificaciones del producto que se quiere obtener
en la columna de destilación al vacío.
II.3.1. Tipo de torre
De acuerdo al modo operacional las torres están clasificadas como:
- Húmedas: opera a aproximadamente 50-65mmHgA en el tope de la torre.
Es posible el uso de un precondensador ya que reduce sustancialmente
la carga de hidrocarburos y el vapor de agua presente en la carga hacia
los eyectores.
Capítulo II. Marco Teórico 32
- Semi- húmedas: operan típicamente en un rango de 15-25mmHgA en el
tope de la torre. El arreglo usado son tres etapas de eyector/condensador
- Secas: operan entre 5-15mmHgA, utiliza tres etapas de eyectores en
serie.
II.3.2 Eyectores/condensadores
El propósito de un eyector es succionar los vapores del tope de la torre, tanto
los condensables como los incondensables, para comprimirlos a una presión
más alta. Las etapas de eyectores en serie lograr una presión equivalente o
mayor a la atmosférica.
El propósito de los condensadores, es que al colocarse entre las etapas de
los eyectores, debe condensar la mayor cantidad de gases condensables y
vapor de agua como sea posible, permitiendo un ahorro de energía en el
consumo de vapor y permite reducir al mínimo la carga que va aguas abajo
del intercondensador.(ver figura # 10. Sistema eyector /condensador en una
primera etapa)
Figura #10. Sistema eyector/condensador en una primera etapa (7)
Capítulo II. Marco Teórico 33
Para operar eficientemente un eyector es necesario definir el radio de
compresión, esta relación de compresión es función como nombramos
anteriormente de la presión de succión y de descarga del eyector. La relación
de compresión del sistema esta relacionada con la cantidad de etapas que
este involucra; para logra mayor capacidad es necesario que el arreglo sea
en paralelo y para mayores radios de compresión deben ser colocados en
serie.
La figura #11 nos indica el número de etapas que debe tener el sistema de
acuerdo a la presión que se quiere obtener en la columna de destilación.
Figura #11. Números de etapas según la presión requerida en el tope de la columna de
destilación al vacío (3).
II.3.3 Condiciones del proceso:
- Carga de condensables: entradas de aire al sistema, hidrocarburos muy
livianos y gases por craqueo proveniente de la zona del horno
Capítulo II. Marco Teórico 34
- Carga de incondensables: consiste en vapor de agua, hidrocarburos que
no condensa a las condiciones existentes en los intercondensadores.
De acuerdo a todo lo expuesto anteriormente(base teórica) se puede definir
el sistema existente en el mejorador Petrozuata, C.A.
- La torre de vacío esta diseñada para operar a 14mmHgA, por lo tanto se
puede considerar una torre seca.
- El sistema de eyectores asociado a dicha presión es de tres etapas, cada
una de ellas caracterizada por tener mas de dos eyectores en serie.
- Todas las etapas están dispuestas en el sistema en paralelo, para
aumentar la capacidad de manejo de carga.
Capítulo II. Marco Teórico 35
II.4. CONTEXTO HISTÓRICO Y ANTECEDENTES
Las herramientas actuales nos permiten tener al alcance información sobre
investigaciones realizadas y que son pertinentes al tema que aquí se aborda:
Evaluación del sistema productor de vacío.
La investigación realizada, con el uso de Internet y los artículos de los
fabricantes GRAHAM, entre otros, permitió el tener un conocimiento previó
de los posibles casos o problemas que afectan al sistema productor de vacío:
Eyectores/condensadores.
Artículo Casos estudiados
1. Entender los problemas reales
del sistema de vacío(3)
a) Ensuciamiento en los intercondensadores.
b) Producción de gas craqueado.
c) Taponamiento de las boquillas de los eyectores
d) Alta carga de condensables
2.Entender los fundamentos del
sistema de vacío(1)
Corte o “break” de la operación del sistema.
3. Lecciones del campo(8) a) Intercondensador inapropiado.
b) Intercondensador sucio.
4. Análisis de problemas en los
eyectores(4).
a) Ensuciamiento del condensador
b) Excesiva carga de condensables
c) Excesiva carga de incondensables
d) Baja presión del vapor motriz
5. Entender el sistema de eyectores
es necesario para el análisis de
problemas(9).
a) Condiciones del agua de enfriamiento
b) Corrosión y erosión en los eyectores
Tabla #2 Resumen de los casos presentados en otros sistemas de vacío.
El resumen nos indica los casos mas frecuentes, ensuciamiento de los
intercondensadores, como el más común, de los problemas que pueden
ocurrir en un sistema de vacío, de igual forma nos orienta para iniciar la
Capítulo II. Marco Teórico 36
revisión de los equipos, teniendo en cuenta que la base teórica nos señala el
como funciona y esta estructurado el sistema de vacío.
La información anterior nos complementa la teoría, ya que nos da un indicio
de lo que puede estar pasando en la unidad de vacío de Petrozuata, C.A o
simplemente señala el camino para comenzar la toma de data en los
diferentes equipos que integran la unidad.
III.1. Características Metodológicas.
Este capítulo refiere a las técnicas y herramientas usadas para el logro del
objetivo general, mediante la realización de los objetivos específicos, tomando en
cuenta las limitaciones que se presentaron en el desarrollo de la investigación.
III.1.1. Tipo de investigación.
El sistema productor de vacío: Eyectores y Condensadores, responsable
directo de mantener la baja presión del tope de la torre de destilación al
vacío, es la base de la investigación, ya que inicialmente para saber lo que
afecta directamente al sistema y luego controlar la variable de estudio:
Presión de tope, fue necesario adquirir amplios conocimientos acerca del
funcionamiento, las bases de diseño y la operación actual, para realizar
comparaciones y delimitar la falla.
Las investigación realizada se puede clasificar de la siguiente manera:
1. Investigación descriptiva: como se mencionó anteriormente, fue
necesario adquirir conocimientos previos, para lograr el entendimiento
completo del sistema de vacío y su influencia en la presión de tope de
la columna 01C102. Por lo tanto se realizó una identificación de la
características del sistema productor y su influencia sobre el
comportamiento de la presión tope. Igualmente se buscó toda la
información de los equipos que integran la unidad entre los cuales
tenemos:
• Los equipos aguas arribas de la columna de vacío, en donde se
observaron las limitaciones existentes en la torre de destilación
Capítulo III. Marco metodológico 38
atmosférica, ya que el residuo largo, es la carga a la columna de
vacío
• La operación de la columna de vacío: se obtuvieron los datos de
diseño (se realizaron comparaciones de datos de diseño ya que
existían diversas fuentes), las condiciones :temperaturas, reflujos
(pumparound), los productos y se estudio la relación de la unidad
de vacío con la Unidad de Procesos aguas abajo (Unidad de Coker)
• El sistema productor: los equipos que los integran (eyectores y
condensadores), los servicios relacionados: vapor y agua de
enfriamiento, entre otros.
• Equipos anexos: tambor de tope, donde se almacena el
condensado de los intercondensadores y las bombas de anillos
líquidos, que trabaja con los gases incondensables. De ambos
equipos se buscaron sus características principales, para observar
sus limitantes con respecto al sistema productor de vacío.
2. Investigación analítica: La relación entre las variables (presión de tope
y carga de la torre de vacío) y los equipos: eyectores/condensadores,
se logro definir mediante el análisis del sistema productor de vacío.
El análisis se basó inicialmente en la teoría (principios de operación) y
en los antecedentes; es decir, en la experiencia de problemas que
afectaron a otras empresas, permitiendo ver las consecuencias en el
sistema productor de vacío, cuando la operación de las variables
Capítulo III. Marco metodológico 39
cambiaba, entre ellas: agua de enfriamiento, flujo de gases
(condensables e incondensables), calidad del vapor, funcionamiento y
operabilidad de los eyectores y condensadores.
Igualmente se observaron los cambios que se realizaron en la Unidad
de Vacío desde su arranque(2001), hasta las fechas actuales
(Septiembre 2002), permitiendo ver la incidencia que ha tenido el
aumento de la carga sobre los valores de diseño.
El análisis de los posibles problemas, se realizó mediante
argumentación teórica, cálculos y aquellas que se podían validar
mediante la toma de data en campo, como son las altas presiones en
los equipos relacionados al sistema (los eyectores y condensadores en
donde existía disponibilidad de instrumentos)
La investigación analítica permitió la ubicación de las posibles
limitantes que afectan al sistema, haciendo uso de herramientas y
soporte técnico: Ingenieros de procesos, fabricantes y consultores
especializados en el área.
3. Al realizar el análisis de todas las causas probables, la toma de data, el
comportamiento de la planta y la base teórica, se limitaron los
problemas existentes. Mediante la realización de pruebas de planta
comenzaron las mejoras en la unidad de vacío y el descarte de las
causas potenciales, lo que nos permitió el planteamiento de hipótesis
para buscar la causa raíz o las causas que más afectan al sistema de
vacío.
Capítulo III. Marco metodológico 40
Las pruebas de planta y la toma de data, al igual que el uso de
simuladores, permitieron evaluar el funcionamiento y la operación
actual de la columna de destilación de vacío, al manipular el perfil de la
torre y las variables y equipos relacionados al sistema productor de
vacío. Las pruebas eran sujetas a revisiones y eran realizadas con
precaución, ya que el objetivo en la planta es el de no afectar la
producción de los gasóleos y mantener la operación estable en la
unidad de destilación al vacío.
III.1.2 Diseño de Investigación
A. Contexto: la investigación fue inicialmente teórica, de donde se
obtuvo la descripción de los equipos que operan en la unidad
(diseño). Los datos de operación de la planta fueron obtenidos
de programas en línea que reportan las condiciones en la que
esta operando la planta, de igual forma se obtuvo data
operacional por medio de visitas a la unidad, es decir la
información expuesta, es tanto documental como de campo.
• Diseño documental: basado en documentos obtenidos de
diversas fuentes:
1. Internet de donde se obtuvo la mayor parte de la
información: artículos relacionados al tema, experiencias
previas en sistemas de vacío y consultores.
2. Control de documentos: departamento que se encarga de
mantener la información provista por los fabricantes en la
Capítulo III. Marco metodológico 41
etapa de diseño, de donde fueron facilitados los
manuales de la unidad de destilación, tanto mecánicos
como los operacionales.
• Diseño de campo: la información de la operación de la
planta, desde su arranque, se mantiene en línea mediante un
software “Aspen Process Explorer”, en donde se observan
las variaciones de todas las unidades del Mejorador de
Crudo, en fecha actual. Se obtuvo información de la consola
(DCS), lugar donde llegan todas la señales de los
instrumentos de transmisión existentes en campo y se
modifican las variables controladas, aquellas medidas que
solo se obtenían en instrumentos locales, fueron observadas
en campo, con visitas periódicas. La data representativa fue
tomada, una vez que se lograron la facilidades; es decir,
disposiciones de manómetros y termómetros y las
condiciones que exigía el instrumento de medición de flujo y
velocidad en tuberías, la data se tomó en cada uno de los
equipos del sistema productor de vacío.
B. Tiempo: La alta presión en el tope de la torre 01C102, es un
problema que ha afectado a la unidad de destilación al vacío
desde septiembre 2001, para observar los cambios y delimitar
los antecedentes o acciones que se tomaron en la unidad de
destilación fue necesario que el estudio se realizará desde el
Capítulo III. Marco metodológico 42
año 2001, desde el arranque del mejorador hasta la
actualidad(septiembre 2002), fecha en que se esta realizando la
evaluación y se están realizando mejoras, para lograr la
disminución de la presión de tope y por ende optimizar la
operación y la producción.
C. Manipulación de las variables: para lograr la mejora operacional
de la torre de destilación al vacío, disminuir la presión de tope
con la que opera la columna 01C102, se realizaron pruebas de
planta donde se manipularon las variables directamente
involucradas con el sistema productor de vacío (presión y
temperatura del vapor motriz, entre otras) y dichos movimientos,
de acuerdo a la influencia en el sistema, permanecían o no.
Para darle respuesta al problema, la alta presión en el tope de la torre de vacío y
su variación al cambiar la carga, se planteó un esquema de trabajo, en donde
vemos reflejado, el contexto , el tiempo y el diseño experimental, que igualmente
se reforzó usando como herramienta el diagrama de causa y efecto.
III.1.3 Metodología.
1. Investigación de los equipos del sistema productor de vacío
2. Identificación del sistema ubicado en el mejorador, aplicabilidad con
los conocimientos adquiridos.
3. Delimitar, con las investigaciones, las posibles fallas que afectan a un
sistema productor de vacío.
Capítulo III. Marco metodológico 43
4. Definir la data de diseño que será la base de la comparación con la
data operacional obtenida en campo.
5. Observar la variación de la presión al tomar data a diferentes cargas a
la Unidad de Vacío.
6. Puntualizar la data requerida para el inicio del análisis de posibles
problemas.
7. Visitas a la unidad de vacío para observar disponibilidad, para la toma
de data.
8. Toma de data en los equipos del sistema productor de vacío.
9. Simulación con la data de diseño con el software proporcionado por los
fabricantes: “Vacworks”
10. Simulación de condensadorescon software disponible en la empresa:
“Aspen Plus y Aspen BJAC”
11. Simular el sistema de vacío con la data obtenida en campo y realizar la
comparación con la de diseño.
12. Análisis de la data para delimitar la posibles causas a las aplicables en
el sistema ubicado en Petrozuata.
13. Pruebas de planta, análisis de laboratorio para el descarte de las
causas más probables.
14. Comunicación continua con los fabricantes y consultores para obtener
asistencia técnica especializada.
15. Ubicar las causas que afectan al sistema, para su tratamiento según
las limitaciones de operación existente en la unidad.
Capítulo III. Marco metodológico 44
16. Optimización del sistema productor de vacío con la elaboración de
cambios que requiera:
• Mejorar la calidad del vapor, ubicación de separadores y trampas
en la entrada a los eyectores de las tres etapas.
• Aumento de la capacidad del sistema: Eyector/condensador.
III.2 Variables y operacionalización.
III.2.1. Variables. Identificación de las variables de estudio.
La Unidad de destilación presenta, desde Septiembre 2001, alta presión en el
tope de la torre de destilación al vacío, hecho que influye, en la producción y
operación de los eyectores y condensadores de vacío. La evaluación realizada
se basó en el sistema productor de vacío y su influencia en la presión de tope,
cuando la carga a la Unidad es la máxima.
Las variables a estudiar las dividiremos, en las características relacionadas
directamente a la torre de vacío y aquellas propiedades asociadas al sistema de
vacío:
1. En la torre de vacío 01C102:
1.1. Presión de tope
1.2. Carga a la unidad de vacío: Residuo Largo
2. En el sistema Productor de Vacío:
2.1. Eyectores:
2.1.1. Calidad del Vapor Motriz
2.1.2. Gases de tope
2.1.3. Operación
2.2. Condensadores:
2.2.1. Agua de enfriamiento
2.2.2. Carga proveniente a los condensadores de vacío.
II.2.2 Operacionalización. Definición de las variables de estudio.
1. En la torre de vacío 01C102:
Capítulo III. Marco Metodológico 46
1.1 Presión de Tope de la torre: La presión de vacío se utiliza para describir
cualquier presión por debajo de una atmósfera estándar, es decir, 14.7 PSIA.
La unidad internacionalmente aceptada para la medida de la presión de vacío
es el torr, después del Torricelli. Un torr es equivalente a un milímetro de
mercurio absoluto; una atmósfera estándar apoyará una columna de mercurio
con 760 milímetros de alto contra vacío perfecto (absoluto).
1.2 La carga a la torre de vacío: la alimentación a la columna de destilación al
vacío(01C102) es el residuo de la columna de destilación atmosférica
(01C101), aguas arriba de la 01C102.
La carga a la unidad de destilación atmosférica /vacío consiste en un crudo
diluido 17 °API que posee las siguientes propiedades:
Gravedad API: 17,0 °
Gravedad Específica @ 15 °C: 0,9529
Contenido de Azufre, % peso: 2,8
Número de Acidez est. mg KOH/g: 32,5
Viscosidad, cp
@37 °C: 133
@60 °C: 48
Las especificaciones para la alimentación de la unidad de vacío(residuo largo)
son:
Gravedad API 5,7 °
Gravedad Específica @ 15 °C 1,032
Contenido de Azufre, % peso 3,8
Capítulo III. Marco Metodológico 47
Número de Acidez est. mg KOH 1,4
Viscosidad, cp @ 204.4 °C 9,8
@ 371.1 ºC 1,3
Porcentaje Destilado % Líquido en Volumen
TBP (°C)
ASTM D-86 no corregido (ºC)
Punto Inicial (Promedio del primer 2%) 5
10 30 50 70 90
211 341 394 487 566 732 860
226 326 367 450 522 662 776
Tabla #3 Destilación simulada del Residuo largo
2. En el sistema productor de vacío:
2.1 Eyectores:
2.1.1 Calidad del vapor: esta definida por la temperatura y la presión del vapor
motriz que entra a los eyectores como fluido primario, teniendo las
siguientes condiciones de diseño
Temperatura de diseño: @182°C
Presión de diseño: @ 9Barg
2.1.2 Gases de tope de la torre 01C102: es la carga a los eyectores, el fluido
secundario. Esta compuesto por hidrocarburos condensables y no
condensables.
2.1.3 Operación: la operación del sistema productor de vacío esta definida por la
presión de succión y la presión de descarga de cada uno de los eyectores
que integran el sistema, es decir, la correcta operación del eyector
Capítulo III. Marco Metodológico 48
depende de la relación de compresión que pueda mantener (presión de
succión y presión de descarga)
Número de etapa del eyector 1 2 3
Presión de succión(mmHgA) 14 96.9 297.8
Presión de descarga (mmHgA) 102 313.5 925
Tabla #.4 Presión de succión y de descarga de las tres etapas del sistema productor de
vacío(valores de diseño)
2.2 Condensadores:
2.2.1 Agua de enfriamiento: variable integrada por el flujo y la temperatura tanto
de entrada como de salida del intercondensador de vacío. El agua de
enfriamiento define la cantidad de flujo condensado en cada equipo.
Numero de etapa en la que esta ubicado el intercondensador 1 2 3
Temperatura de entrada (°C) 34 34 34
Temperatura de salida (°C) 41.9 46.4 42.6
Flujo máximo de diseño(m^3/h) 665 579 419
Tabla #5. Temperaturas y flujo de diseño, de los condensadores de vacío
2.2.2 Carga a los condensadores de vacío: el flujo de descarga de los eyectores
que entra al condensador, esta constituido por la mezcla del vapor de
agua (vapor motriz) y de hidrocarburos (gases de tope), estas variables
constituyen la base para el diseño del condensador, de la carga depende
la capacidad del condensador.
III.3. Población y Muestra.
III.3.1 Unidad de estudio
La Presión en el tope de la torre de vacío, la carga a la columna y las
características asociadas al sistema productor de vacío son las principales
variables de estudio.
La columna de destilación al vacío 01C102, se encuentra aguas abajo de la torre
de destilación atmosférica 01C101
Ellas están ubicadas en la Unidad de destilación Atmosférica /vacío, Unidad 11
del complejo mejorador Petrozuata, Jose, estado Anzoategui.
Figura # 12 Diagrama simplificado de la unidad de destilación de crudo y vacío(Manual de
Operación de la Unidad 11)
Capítulo III. Marco metodológico 50
III.3.2 Población
El estudio de la presión de tope de la torre de vacío se basará en la toma de data
a varias cargas para observar la influencia de la alimentación sobre dicha
variable, al igual que se estudiará el comportamiento o funcionamiento del
sistema productor de vacío a cargas altas o por debajo del flujo de diseño, por lo
tanto la población referencial serán los datos de diseño obtenidos del manual de
operación de la planta.
La población serán todos aquellos datos disponibles y representativos, tanto de
presión como de carga en todo el período de tiempo de la
evaluación.(Abril/Septiembre 2002).
III.3.3 Muestra
Las muestras estarán definidas por la carga, si esta se encuentra por encima o
por debajo del valor de diseño(10):
Carga a la Unidad de destilación al vacío: 16000 T/D
Por lo tanto los subconjuntos serán seleccionados según la base de diseño:
• A alta carga en la unidad de vacío( mayor > 16000T/D)
• A bajas cargas en la unidad de vacío (menor < 16000T/D)
El muestreo será no probabilístico, intencional, basado en el criterio anterior:
carga a vacío.
III.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos.
La data operacional a tomar esta integrada por:
1. Presión de tope de la torre
2. Carga a vacío.
3. Presión de descarga y de succión en cada eyector.
4. Presión de entrada y salida de los gases en los condensadores.
5. Temperatura de entrada y salida del agua de enfriamiento en cada
condensador.
6. Temperatura de entrada y salida de los gases de cada condensador.
7. Flujo de agua de enfriamiento en cada condensador de vacío.
8. Flujo de gases incondensables, en cada etapa del sistema y el flujo total.
9. Flujo de condensables, en cada pierna barométrica de los intercondensadores
de vacío.
10. Calidad del vapor motriz: temperatura y presión del vapor de agua que es
inyectado a los eyectores.
Para obtener cada una de estos datos se aplicaron diversas técnicas y diferentes
instrumentos los cuales se explican en las siguientes secciones.
III.4.1 Técnicas para la recolección de datos
• La observación, será la técnica más usada para la obtención de datos tales
como presión y temperatura, en especial para los puntos (3-6), es decir
aquellas variables que tienen que ser observadas directamente en campo con
medidores locales, como son la temperatura y la presión.
Capítulo III. Marco metodológico. 52
III.4.2 Instrumentos de recolección
• Para las variables que son medidas en campo, tales como: las presiones y
las temperaturas del agua de enfriamiento y de los gases de
hidrocarburos, el instrumento de recolección a usar es el lápiz y el papel.
• Aquellas variables como la calidad del vapor, el flujo, entre otras; que son
reportadas en la herramienta que se encuentran disponible en
Petrozuata(“Aspen Process Explorer”), para el control en línea, en tiempo
real de todos los indicadores y transmisores del sistema, se recolectarán
los datos directamente en la computadora.
III.4.3 Instrumentos de registros
Lo instrumentos básicos de registros serán los siguientes:
• Manómetros de presión de vacío, es decir medidores de presión negativa
de escala de (-760 a 0) mmHgA o de (0 –1)barg
Figura #13.Tipo de manómetros disponible en la empresa
• Termómetros . Figura #14.Tipos de termómetros disponibles en la empresa
Capítulo III. Marco metodológico. 53
• Medidores de flujo:
o Elementos primarios, tales como placas de orificio.
o Medidor de flujo sónico de tubería (“Controlotron System
1010WDP”). Para el uso de este medidor se elaboraron las
instrucciones, en base al funcionamiento y las experiencias previas
con este instrumento. Las instrucciones se encuentran anexas (ver
Anexo 3 Instrucciones del medidor de flujo portátil)
Figura #15. Medidor de flujo “Controlotron system 1010WDP”
Capítulo III. Marco metodológico. 54
III.5 Procedimientos metodológicos
1. Planteamiento del problema:
La presión de tope de la torre de vacío desde Septiembre 2001, ha
presentado un aumento continúo. Igualmente desde esta fecha la carga de
crudo al mejorador ha aumentado por encima de los valores de diseño, lo
que produce un aumento en la carga a la Unidad de vacío, en la misma
proporción.
Periodo de tiempo 22/04 – 20/06/01 31/12/01 9/4/02 22/4/02
Carga de crudo (TN/D) 19035.13 24682.30 25449.62 26054.96
Presión(mmHgA) 13.21 23.87 42.05 55.61
Tabla #6. Datos de presión y carga de crudo desde Septiembre 2001 hasta 22 de Abril
por períodos.
La interrogante se plantea al observar la presión de tope con tendencia de
aumento, sobrepasando los valores de diseño desde Septiembre 2001.(Ver
Figura #16. Gráfica #3)
0102030405060708090
100
9/1/
01
9/15
/01
9/29
/01
10/1
3/01
10/2
7/01
11/1
0/01
11/2
4/01
12/8
/01
12/2
2/01
1/5/
02
1/19
/02
2/2/
02
2/16
/02
3/2/
02
3/16
/02
3/30
/02
4/13
/02
4/27
/02
5/11
/02
5/25
/02
6/8/
02
6/22
/02
7/6/
02
7/20
/02
Tiempo (Mes/Día/Año)
Pre
sión
de
tope
de
la to
rre
01C
102(
mm
HgA
)
Presión de tope de la torre 01C102
Figura #16. Gráfica #3. Presión de tope de la torre de vacío desde septiembre de 2001
hasta julio 2002
Capítulo III. Marco metodológico. 55
Las variable principal de estudio, es la alta presión que mantiene el tope de
la torre de vacío, a ella asociamos la carga y el sistema productor de vacío:
eyectores y condensadores de tope de la columna de destilación al vacío,
que integran los equipos responsables de mantener baja la presión en el
tope de la torre 01C102. Por lo tanto serán igualmente, variables de estudio
todas aquellas características como presión y temperatura que manejen
dichos equipos (eyectores/ condensadores) del sistema productor de vacío.
El problema se enfoca en buscar la relación entre la alta presión de tope de
la torre de vacío y la falla existente o lo que esta afectando al sistema
productor de vacío con las cargas elevadas a la Unidad de destilación.
2. Investigación de los equipos del sistema productor de vacío.
El sistema productor de vacío conformado por los eyectores y
condensadores, de los cuales no se tenían conocimientos previos, por lo
tanto se requirió de mucha investigación para lograr los conocimientos
necesarios y poder comprender su funcionamiento y operación y así
delimitar las posibles fallas que estos podrían presentar. La información fue
obtenida con el uso de las siguientes herramientas:
• Internet: información técnica y experiencias anteriores en sistemas
de vacío.
• Artículos facilitados por los fabricantes en la etapa de diseño
• Manual de operación de la Unidad de destilación al Vacío.
Capítulo III. Marco metodológico. 56
3. Identificación del sistema ubicado en el Mejorador de crudo, aplicabilidad
con los conocimientos adquiridos.
El sistema productor de vacío ubicado en el mejorador de crudo Petrozuata,
consta de tres etapas en serie, que varían en capacidad de las siguiente
forma:
N° de etapa 1 2 3
Flujo de diseño que maneja el eyector(Kg/h) 3897 2314 1168
Flujo de diseño que manejan los
intercondensadores de vacío(Kg/h)
34119 16086 9132
Tabla #7. Capacidad de los equipos del sistema productor de vacío
Los eyectores en cada etapa están ubicados en paralelo lo que aumenta la
capacidad, y por lo tanto el tamaño individual del equipo se ve disminuido.
Las etapas varían en capacidad, hecho que es evidente en la dimensión y
en los flujos de diseño que pueden manejar los eyectores y condensadores,
que disminuyen en capacidad a medida que pasamos de la primera a la
tercera etapa, esto es debido a la presencia de los intercondensadores, que
disminuyen la carga de gases que pasa a la siguiente etapa, por ello vemos
que la primera etapa posee tres intercondensadores: 01E120A/B/C,
mientras que la segunda y la tercera etapa posen solo un intercondensador
común, para los tres eyectores en el caso de la segunda etapa el 01E121 y
para los cuatro eyectores en la tercera etapa el 01E122.
En el sistema de la unidad de vacío existente en el Mejorador de crudo
Petrozuata, debemos incluir el tambor de tope 01V105, donde drenan los
gases condensados de hidrocarburos y el agua, de cada condensador,
Capítulo III. Marco metodológico. 57
mediante piernas barométricas, que contribuyen al vacío dentro de los
intercondensadores del sistema productor de vacío.
4. Delimitar, con las investigaciones, las posibles fallas que afectan a un
sistema productor de vacío.
Existen dos tipos básicos de mal funcionamiento en un sistema de
productor de vacío: eyectores y condensadores:
- Por influencias externas en los equipos
- Por problemas en el funcionamiento de eyectores y condensadores
La siguiente tabla (# 8) es un resumen de los pasos a seguir, para
determinar los flujos correctos (gases de hidrocarburos y vapor de agua), la
presión de vapor, la temperatura del agua de enfriamiento y si la presión de
descarga de las etapas de eyectores no excedió la presión de diseño,
teniendo como último paso determinar los problemas operacionales que
pueden estar afectando al sistema de vacío. Esta tabla fue una de las
principales guías para iniciar el análisis de problemas en el sistema
productor de vacío
Capítulo III. Marco metodológico. 58
Localización de la fuente
Problemas
Externos
- Determinar cualquier cambio realizado en el proceso de
servicio.
- Determinar cambios de presión, temperatura del vapor o del
agua de enfriamiento con respecto a las especificaciones de
diseño.
- Determinar cambios recientes en el proceso los cuales pueden
alterar la rata de vapor .
- Problemas desarrollados gradualmente. Perdidas graduales
son ocasionadas frecuentemente por cambios o deterioros en
el sistema de vacío.
- Revisar historias recientes de mantenimiento del sistema y
hacer notas de cualquier modificación.
- Revisión de problemas presentados previamente en dicho
sistema.
Problemas internos. - Verificación de las presiones en las etapas de los eyectores.*
Tabla #8. Resumen de los problemas básicos en un sistema productor de vacío.(11)
5. Definir la data de diseño que será la base de la comparación con la data
operacional obtenida en campo.
Existían diversas fuentes de data de diseño, las cuales eran:
• Manual de operación
• Diagrama de flujo de procesos facilitado por los fabricantes Tabla #9
(Graham Manufacturing. Co.)
Capítulo III. Marco metodológico. 59
01E120A/B/C 01E121 01E122
Flujo (Kg/h) 34119 16.086 9.132
Presión (mmHgA) 102 313,5 925
Temperatura ( °C) 126,6 104,9 117,6
Flujo de condensado (Kg/h) 9.059 12.582 6089,5
Presión (mmHgA) 96,9 297,8 900
Temperatura ( °C) 48,1 64,8 88,5
Tabla #9. Resumen del balance de mas hecho para el diagrama 01A101 de Graham
Manufacturing Co.
• Hojas de especificaciones de los condensadores del sistema productor
de vacío (tabla #10).
Condensadores 01E120 A/B/C 01 E121 01E122
Temperatura de
Diseño ( °C)
266.0 266.0 266.0
Presión de Entrada
(bar)
102.0 313.5 925.0
Temperatura de
operación( °C)
126.6 75 68
Proceso Entra Sale Entra Sale Entra Sale
Vapor (Kg/h) 1550.7 825.2 2970.8 1145,8 1273.1 888.1
Liquido (Kg/h) ------- 9059 --------- 1367.7 -------- 8118.2
Vapor de agua (Kg/h) 9085.2 751.2 11847 404.7 7952.5 219.3
No Condensables
(Kg/h)
737,3 2654,4 2949,4
Vapores
condensables (Kg/h)
725,4 1825,0 385,0
Vapor de agua (Kg/h) 8334,0 11442,7 7733,1
Total de carga (Kg/h) 34134 16327 9132
Tabla #10 Resumen de datos de las Hojas de especificaciones de los condensadores
de vacío
Capítulo III. Marco metodológico. 60
Mediante comparación, se verificaron los datos de diseño a utilizar como
base o como data referencial, ya que los flujos en el diagrama de los
fabricantes y en las hojas de especificaciones son iguales, al observar los
datos presentados en las tablas # 9 y # 10 y realizar los balances de masa
en los condensadores de vacío.
6. Observar la variación de la presión al tomar data a diferentes cargas de
Vacío.
La evaluación al sistema productor de vacío se delimitó desde Abril 2002,
hasta Septiembre 2002, pero el análisis de las variables se realizó desde el
Septiembre 2001 hasta Julio 2002, ya que era necesario ver el
comportamiento de la planta de destilación al vacío cuando los valores de
carga se encontraban por debajo de los valores de diseño. Igualmente los
valores de presión de tope que presentaba la torre de vacío 01C102, para el
período de Septiembre–Noviembre2001 eran bajos y cercanos al valor de
diseño.
Como referencia a los valores de carga y de presión de tope de la torre de
vacío que se presentan en la tabla (#12), tenemos los siguientes valores:
Carga a la unidad de vacío Presión de tope de la torre 01C102
Diseño 14938T/D 14mmHgA
Tabla #11. Carga de diseño y Presión de tope de diseño de la torre de vacío 01C102
Capítulo III. Marco metodológico. 61
Mes/ Año Carga a la unidad de vacío Presión de tope de la torre
01C102
Septiembre 2001 14978.21 22.90
Octubre 2001 15133.77 24.35
Noviembre 2001 14905.97 21.87
Diciembre 2001 14626.19 25.69
Enero 2002 14092.85 24.39
Febrero 2002 14241.89 34.25
Marzo 2002 15803.02 38.30
Abril 2002 146.41 9834.58
Mayo 2002 14744.24 46.17
Junio 2002 14799.51 48.71
Julio 2002 15334.89 50.26
Tabla #12. Valores promedios por mes (Septiembre 2001- Julio 2002) de presión de
tope y carga a la columna de destilación al vacío.(Aspen Process Explorer)
7. Puntualizar la data requerida, para el inicio del análisis de posibles
problemas.
En la investigación teórica realizada, se adquirió el conocimiento necesario
para conocer los puntos en donde el sistema productor de vacío puede
presentar fallas, por lo tanto, se realizó con los diversos artículos y las
experiencias anteriores, una tabla, en donde se presentan los datos
necesarios para comenzar el análisis de fallas y la evaluación del sistema
de vacío tomando en cuenta la guía de pasos básicos presentada en la
tabla #8 y las posibles acciones para mejorar las causas potenciales
Capítulo III. Marco metodológico. 62
Problema Efectos Acción correctiva
1.Presión del vapor motriz
mas baja que la de diseño
Bajo desempeño del
eyector
Incrementar la presión de vapor
2. Presión del vapor motriz
mas alta que la de diseño
Reduce la capacidad
del eyector
Reducir la presión del vapor motriz
3. Temperatura del vapor
mas alta que la de
diseño(50°F o mas)
Bajo desempeño del
eyector
Incrementar la presión de vapor
4. Presión de descarga mas
alta que la de diseño
Bajo desempeño del
eyector
Revisar posibles problemas tales
como :
- En el condensador
- Bajo vapor en el eyector
- Restricciones en la descarga
5. Baja temperatura en la
descarga del eyector
Reduce la capacidad
del eyector o
Bajo desempeño del
eyector
- Recubrimiento en las líneas de
vapor
- Agregar separadores en las
líneas del vapor motriz
6. Presión de succión mas
alta que la de diseño
Problemas
mecánicos en el
eyector
Inspeccionar las dimensiones
internas del eyector y sustituirlas si
es necesario.
Tabla #13. Base para la evaluación de los eyectores
Problema Efectos Acción correctiva
DP en los líneas mas alta
que la de diseño
Bajo desempeño del
condensador
- Limpiar las tuberías
DT en las líneas mas alta
que las de diseño
Bajo desempeño del
condensador:
- Flujo de agua de
enfriamiento bajo
- Alta suciedad
- Incrementar la rata de flujo
- Incrementar la rata de agua de
enfriamiento o sustituir el
condensador
Vapores fuera del rango
de temperatura
Bajo desempeño del
condensador
Bajar el flujo o la temperatura del
agua de enfriamiento
Tabla #14. Base para la evaluación de los condensadores del sistema productor de vacío
Capítulo III. Marco metodológico. 63
Las datos requeridos para iniciar la evaluación en el sistema productor de
vacío eran los siguientes:
a) Presión:
- Succión y Descarga de los eyectores de cada etapa del sistema.
- En el vapor motriz.
- En la entrada y salida de cada intercondensador de vacío.
b) Temperatura:
- De los gases de hidrocarburos, entrada y salida del condensador.
- Del agua de enfriamiento.
- Del vapor motriz.
c) Flujos:
- De agua de enfriamiento.
- Gases condensables e incondensables.
8. Visitas a la Unidad de vacío para observar disponibilidad, para la toma de
data.
La visita inicial a la torre de destilación 01C102, consistió en ver la ubicación
de los equipos que integran el sistema productor de vacío y asociar la teoría
con lo que realmente existe en el Mejorador de crudo, Petrozuata.
Se realizó el primer sondeo de presiones y temperaturas de los equipos del
sistema productor de vacío: eyectores y condensadores, que se comparó
con la data necesaria para realizar la evaluación. La data tomada no estaba
completa, ya que los medidores con los que contaba la Unidad de vacío,
Capítulo III. Marco metodológico. 64
eran solo de temperatura, por lo tanto no fue posible avanzar en el análisis.
de problemas con esta data.
Durante la visita se recopilaron observaciones importantes para la mejora
de la operación del sistema productor de vacío
- Se observaron fallas notables en el funcionamiento de los termómetros.
- El termómetro dispuesto en la entrada del condensador de la segunda
etapa:01E121, no daba una lectura fija de la temperatura era necesaria
una calibración o reparación del mismo.
- La toma de temperatura ubicada en el condensador de la tercera etapa:
01E122 a la entrada del vapor, oscilaba, resaltando que el brazo del
termómetro es bastante largo lo que puede afectar la medida real de la
temperatura, si este no llega completamente al termoposo.
- No existe termómetro que permitan la toma de data en la entrada del
agua de enfriamiento pero se encontró disponible un termómetro en la
salida del agua.
- No se realizó la toma de data de presión en campo, pero se observaron
en la entrada del vapor a los condensador facilidades para su instalación
- La unidad estaba trabajando (3/5/02), con las válvulas del agua de
enfriamiento 100% abiertas, a pesar que la válvula del vapor de
procesos se encuentra solo 60% abierta.
Capítulo III. Marco metodológico. 65
La data recopilada el día 3/5/02 fue la siguiente:
Temperatura de Vapores Actual
(°C)
Temperatura Agua de
enfriamiento Actual (°C)
Condensador
Entrada Salida Entrada Salida
Primera sección
01E120A 90 40 --------- 33
01E120B 130 40 --------- 33
01E120C 65 45 ---------- 40
Segunda sección
01E121 68 45 --------- 40
Tercera sección
01 E122 105 30 --------- 35
Tabla #15. Data de temperatura recopilada en los condensadores de la Unidad de vacío
el 3/05/02.
9. Diseño de facilidades: muñecos para manómetros y termómetros.
Elaboración de la ingeniería básica.
Para el diseño y la ingeniería básica de los muñecos para los medidores de
presión y temperatura, se realizó la investigación de los normas utilizadas
en la empresa para la instalación de manómetros y termómetros.
La norma para el diseño de los muñecos para manómetros y termómetros
usada en Petrozuata, fue extraída del “Engineering practices design and
specifications” denominada “Instrument piping design and instrument
installation”.
El diseño de los muñecos manométricos y de temperatura se basó en el
lugar donde se iba a ubicar y el tipo de fluido que manejaba la tubería
involucrada. Si la tubería manejaba gases requería de un venteo, si por el
Capítulo III. Marco metodológico. 66
contrario era un líquido, la instalación debía contener un drenaje.
Igualmente se definió el diámetro de la tubería, el tamaño de la reducción a
instalar y la escala de los termómetros y manómetros dependiendo, de si
se iban a medir en la entrada o salida de gases, agua de enfriamiento o
pierna de drenaje.
Entrada de gases
Salida de condensado
1 ½″
1 ″
1 ½″ a 1″
½″
Manómetro
01 E 120A
1″
1″
1 a ½″
2″ a 1″
2″
1″
Figura #17. Ejemplo de los muñecos de temperatura y presión (Ingeniería básica) realizados para
los condensadores de vacío.
10. Simulación con el software proporcionado por los fabricante: “Vacworks”
Una vez seleccionada la data que se utilizaría como referencia, la data de
diseño de las hojas de especificaciones (data sheet), se procedió al uso
del software dado por los fabricantes: Vacworks, para simular el sistema
productor de vacío, del Mejorador Petrozuata. Mediante la simulación,
inicialmente con la data de diseño, se quería lograr representar el sistema
Capítulo III. Marco metodológico. 67
productor de vacío existente en la empresa, que cumpliera con las
condiciones de diseño, es decir los productos que se obtienen
directamente de este sistema de vacío, tales como los gases
incondensables que son manejados por la bomba de anillos líquidos y el
aceite de desecho (Slop) que es extraído del tambor de tope(01V05) de la
torre 01C102.
Las diferencias obtenidas fueron muy evidentes entre las cuales tenemos:
- Dimensión de los eyectores y condensadores
- Numero de eyectores y condensadores, al variar el tamaño en los
equipos del sistema productor de vacío, las etapas solo contaba de un
eyector y un condensador, por etapa, que en realidad eran tres.
- Los flujos de entrada fueron dados en la data que requería el
simulador, pero la cantidad manejada entre etapas no era conocida y
era una de las razones por la cual se simulaba el sistema productor de
vacío, ya que era necesario conocer si había posibilidades en la
actualidad (Abril 2002) de estar sobrepasando la carga de gases que
podía manejar cada etapa.
No fue posible realizar la simulación con la data de diseño, por esta razón
no aplicaba realizar la simulación con data real, con el software
“Vacworks” ya que los resultados a obtener poseían errores.
11. Impacto de la sobrecarga de la Unidad.
Debido al aumento de la carga crudo, sobre el valor de diseño, desde el
mes de Septiembre 2001, se produjo un incremento del residuo largo o del
Capítulo III. Marco metodológico. 68
flujo de alimentación a la Unidad de vacío. Este aumento impacto
positivamente en los flujos de producción, por lo tanto ,los gases que
ascienden al tope de la torre de vacío 01C102, aumentaron.
Para observar la influencia del aumento de carga a la Unidad de vacío en
la producción de gases de hidrocarburos y por lo tanto en la carga a los
eyectores y condensadores, se realizó un análisis de la cantidad de gases
de hidrocarburos: condensables e incondensables que maneja el sistema
productor de vacío
a) Comparación entre la carga actual (Mayo 2002) y diseño que manejan
los eyectores de la primera etapa del sistema productor de vacío:
Mediante el uso del programa Aspen Process Explorer, se realizó un
seguimiento por veinticuatro horas, con intervalos de 1(una) hora, de la
carga actual que entra al sistema productor de vacío, específicamente a
la primera etapa de eyectores 01J101 A/B/C.
La carga de alimentación a los eyectores, son los gases de tope de la
torre 01C102, debido a la falta de medidores en la salida de los gases de
hidrocarburos a los eyectores de la primera etapa, se realizó un balance
de masa usando la data disponible en el sistema en línea a tiempo real,
Aspen process explorer.
Capítulo III. Marco metodológico. 69
Gases de tope de la torre 01C102
Líquido condensado Vapor de velocidad
Sistema productor de vacío
Gases incondensables
Figura #18. Diagrama del balance de masa realizado para el sistema productor de
vacío a nivel de eyectores.
Se debe tomar en cuenta que a la Unidad de vacío se le inyecta vapor
de media presión, en los pasos del horno 01F102, ubicado aguas arriba
de la torre de vacío, esa carga es llamada vapor de velocidad y asciende
al tope, por lo tanto forma parte de la carga que entra al sistema de
eyectores/ condensadores.
Los gases de tope son iguales a los gases provenientes del tambor
01V115, que es la cantidad de incondensables manejado por el sistema
de anillos líquidos, más el aceite de desecho (líquido condensado) del
tambor de tope de la torre de vacío el 01V105.
Se realizó el cá
representativa de
máximos y mínim
Gases +
Incondensables Líquido
Condensado Gases de tope de la torre
01C102 Vapor de velocidad =
+
lculo del flujo actual (Mayo 2002) tomando data
cada corriente involucrada, tomando en cuenta
os.
Capítulo III. Marco metodológico. 70
Teniendo que:
Carga de gases de hidrocarburos de diseño (kg/h) 11690
Carga de gases de hidrocarburo actual. Marzo 2002 (kg/h) 5984
Tabla # 16 Comparación de los valores de diseño y actual (Marzo 2002) de la carga de
gases a los eyectores del sistema productor de vacío
A nivel de eyectores de la primera etapa, el sistema de vacío no se
encuentra sobre cargado.
b) Comparación entre la carga actual (Mayo 2002) y diseño que manejan
los condensadores de la primera etapa del sistema productor de vacío:
Mediante el uso del programa Aspen Process Explorer, se realizó un
seguimiento por veinticuatro horas, con intervalos de 1(una) hora, de la
carga actual que entra al sistema productor de vacío, específicamente a
la primera etapa de eyectores 01E120 A/B/C.
La carga de alimentación de los condensadores, son los gases de tope
de la torre 01C102, y el flujo de vapor de agua, es decir la mezcla que se
produce aguas arriba de los eyectores, debido a la falta de medidores de
los vapores a los condensadores de la primera etapa, se realizó un
balance de masa usando la data disponible en el sistema en línea a
tiempo real, Aspen process explorer.
Capítulo III. Marco metodológico. 71
Figura #19. Diagrama del balance de masa realizado para el sistema productor de
vacío a nivel de condensadores.
Para los condensadores, su alimentación, es la mezcla de los gases del
tope de la torre de vacío y el vapor de agua, es decir los vapores de
descarga de los eyectores ubicados aguas arriba del correspondiente
intercondensador de vacío.
Gases incondensables
Líquido condensadoGases de hidrocarburos
Condensador del sistema productor de
vacío Vapor de velocidad
Vapor Motriz
Carga de diseño a los condensadores de la Unidad de vacío (kg/h) 48888
Carga actual. Marzo 2000ª los condensadores de la Unidad de vacío (kg/h) 46206
Tabla # 17 Comparación de los valores de diseño y actual (Marzo 2002) de la carga a
los condensadores del sistema productor de vacío.
Como carga total al sistema productor de vacío, al observar los datos
anteriores de las tablas # 16 y # 17, se evidencia que no presenta
sobrecarga, pero es necesario acotar que los datos entre las etapas no
se conocen y que las variables que afectan directamente a los eyectores
y condensadores son las cargas de condensables e incondensables
individualmente.
Diseño Actual(Agosto2002)
Carga de gases condensables(T/D) 108 150
Carga de gases incondensables(T/D) 14 11
Tabla #18.Comparación entre los valores de diseño y actual(agosto2002) de los gases
condensables e incondensables que entran al sistema productor de vacío.
Capítulo III. Marco metodológico. 72
Al observar los valores de condensables e incondensables que actualmente
(Agosto 2002) maneja la Unidad de vacío, estos se encuentran por encima
de los valores de diseño, indicándonos que a pesar que la carga total no
esta por encima del valor de diseño, la carga de condensables es mayor en
un 50% aproximadamente.
12. Toma de data en los equipos del sistema productor de vacío.
a) Sondeo de presión y temperatura de los condensadores del sistema
productor de vacío por el lado de los gases del proceso (coraza):
La data de presión y temperatura en los condensadores de vacío, tomada
con las modificaciones realizadas (muñecos para manómetros y
termómetros) se tomo el 23 de Mayo 2002 obteniéndose los siguientes
resultados:
CONDENSADOR Temperatura de Vapores Actual
(°C)
Temperatura de Vapores de
diseño(°C)
Entrada Salida Entrada Salida
01E120A 90 42 127 40
01E120B 115 40 127 40
01E120C ND 45 127 40
01 E121 ND 48 105 40
01 E122 105 30 118 50
Tabla #19. Data de temperatura de entrada y salida de gases de hidrocarburos, en los
condensadores de vacío(23/05/02) y comparación con los valores de
diseño.
Al comparar los valores de diseño con los valores reales tomados en
planta (Mayo2002), vemos que los tres valores disponibles de
Capítulo III. Marco metodológico. 73
temperatura, en la entrada de gases en los condensadores
01E120A,01E120B (primera etapa) y 01E122(tercera etapa), todos se
encuentran con valores de temperatura por debajo a la temperatura de
diseño, en más de 10°C.
Los condensadores de la primera etapa:01E120A/B/C, son iguales en
capacidad y cada uno de ellos esta ubicado aguas abajo de un eyector
de la primera etapa 01J101A/B/C respectivamente, estos eyectores están
conectados directamente a la torre de vacío, por lo tanto los gases que
entran a cada eyector son iguales en cuanto a flujo y deberían mantener
la misma temperatura, pero la data actual (23/05/02) nos indica que la
temperatura en la entrada de los gases, en los condensadores de la
primera etapa es diferente para cada uno de ellos. Igualmente, es de
notar que la temperatura de entrada del condensador 01E120A esta por
debajo del valor de diseño, pero la temperatura de salida de gases se
encuentra más alta que el valor de diseño en dos grados, indicándonos
que a pesar que los gases están entrando al condensador mas fríos, no
se esta intercambiando todo el calor necesario para que lleguen a una
temperatura de 40°C, al contrario del condensador de la tercera etapa
01E122 que esta entrando con una temperatura similar a la de diseño,
diferenciándose en 13°C por debajo, y los gases de hidrocarburos salen
con una temperatura mucho más baja que el valor de diseño (30°C actual
Vs. 50°C diseño), el calor que se intercambia en el condensador de la
tercera etapa, se observa muy parecido al de diseño, ya que la diferencia
Capítulo III. Marco metodológico. 74
de temperatura (delta entre el diseño y el actual) es de 13°C a la entrada
y 20 °C a la salida.
Presión Vapores Presión Vapores Actual (mmHgA) Diseño (mmHgA)
CONDENSADOR
Entrada Pierna Entrada Pierna
01E120A 130 130 102 97
01E120B 115 123 102 97
01E120C 160 138 102 97
01 E121 198 250 314 298
01 E122 925 903 925 900
Tabla #20. Data de presión en la entrada y salida de gases de hidrocarburos en los
condensadores de vacío(23/05/02) y comparación con los valores de diseño.
Las facilidades para la toma de presión en la corriente de salida de los
condensadores fue colocada en el drenaje del condensador, en la pierna
barométrica, por no existir disponibilidad para colocar el manómetro en la
salida de gases directamente. Los valores de estas presiones (salida de
gases y drenaje de líquido) en un condensador deben ser iguales, ya que
dentro del condensador existe un equilibrio de fases, por lo tanto
internamente el condensador esta a una misma presión y temperatura.
EL sondeo de presiones realizado el 23/05/02, nos indica que todos los
condensadores de la primera etapa 01E120A/B/C, tienen una alta presión
en la entrada de los gases, a diferencia que la segunda etapa que
presenta presiones, tanto de entrada como de salida de gases, por
debajo de los valores de presión de diseño.
b) Data de temperatura en los intercondensadores de vacío por el lado del
agua de enfriamiento (tubos)
Capítulo III. Marco metodológico. 75
CONDENSADOR Temperatura de Agua de
Enfriamiento Actual (°C)
Temperatura de Agua de
enfriamiento de diseño(°C)
Entrada Salida Entrada Salida
01E120A 28.3 36 34 42
01E120B 28.3 36 34 42
01E120C 28.3 38 34 42
01 E121 28.3 38 34 46
01 E122 28.3 35 34 43
Tabla #21. Data de temperatura en la entrada y salida del agua de enfriamiento en los
condensadores de vacío(23/05/02) y comparación con los valores de diseño.
Las diferencias de temperatura por el lado de los gases del proceso no
se ven compensadas por el lado del agua de enfriamiento, ya que la data
nos indica que el agua esta entrando con una temperatura más baja que
la de diseño.
c) Flujos de agua de enfriamiento:
Para saber el calor intercambiado en los condensadores, era necesario
disponer de todos los datos de temperatura y de flujo, para realizar el
cálculo.
Por el lado de los gases no era posible obtener los datos en todos los
condensadores del sistema productor de vacío, ya que algunas
temperaturas no estaban disponibles, ya que se obtenían medidas de
temperaturas erróneas, debido a que en los condensadores 01E120C y
01E121 el termoposo era muy corto, inconveniente que no era posible
solventar sin tener que parar la planta, y la razón mas importante era que
el medidor sónico de flujo (portátil) disponible no aplicaba para gases.
Capítulo III. Marco metodológico. 76
Se realizó la medida del flujo de agua de enfriamiento en la tuberías, ya
sea de entrada y/o salida de los condensadores de vacío de la Unidad
11, obteniéndose los siguientes resultados:
Flujo de Agua de Enfriamiento Flujo de Agua de
Enfriamiento
Actual Diseño
CONDENSADOR
(M3/HR) (M3/HR)
01E120A 728 665
01E120B 762 665
01E120C 676 665
01 E121 638 579
01 E122 806 419
Tabla #22. Flujos de agua de enfriamiento medidos con el Controlotron (medidor sónico
portátil) y la comparación con los valores de diseño.
Todos los flujos de agua de enfriamiento en los condensadores de la
Unidad de vacío se encuentran en un 10% aproximadamente por encima
de los valores del flujo de diseño, en particular el condensador de la
tercera etapa que esta manejando un flujo de agua, de casi el doble del
valor de diseño, lo sobrepasa en más de un 90%.
d) Cálculo del calor transferido en lo condensadores del sistema productor
de vacío por el lado tubos:
Una vez medidos los flujos de agua de enfriamiento en todos los
condensadores del sistema productor de vacío se procedió al cálculo del
calor, por el lado de los tubos de los intercondensadores de vacío,
mediante la formula de transferencia de calor (Anexo 3 Hoja de cálculo
del calor en los condensadores de vacío) :
Capítulo III. Marco metodológico. 77
Q = M * Cp* ∆T
Calor Transferido Calor Transferido
Kcal/Hr x 10^6 Kcal/Hr x 10^6
CONDENSADOR Actual Diseño
01E120A 5.8 5.2
01E120B 5.9 5.2
01E120C 5.2 5.2
01 E121 6.2 7.2
01 E122 5.4 4.8
Tabla #23. Calor transferido en los condensadores de vacío, comparación entre el
valor actual(23/5/02) y el valor de diseño.
El intercambio de calor actual (Mayo 2002) en los condensadores del
sistema productor de vacío es mayor que los valores de diseño, a
excepción del condensador de la segunda etapa que es menor al valor
de diseño.
13. Análisis de la data para delimitar la posibles causas a las aplicables en el
sistema ubicado en Petrozuata.
Al tener la data de temperatura, presión y calor (lado tubos de los
condensadores), disponible fue posible comenzar con la evaluación y
delimitar las causas más probables que están afectando a la presión de
tope de la torre de vacío.
Se inició el análisis teniendo como base la tabla realizada con las
investigaciones teóricas(ver tabla #24.Asociación de las base teórica con
la data obtenida en el sistema productor de vacío del Mejorador)
Artículo Titulo del reporte Información resaltante Relación con el sistema de vacío de Petrozuata
1.Mayor presión de vapor motriz impacta en menor carga de gas en el eyector
Se opera con una presión levemente mayor a la de diseño
2.Primer intercondensador es el mas critico, pues cualquier reducción impacta en los eyectores de 1era. y 2da. etapa
Existe una alta presión en la entrada del primer intercondensador. Se opera a una presión mayor a la de diseño (130/115/160 Vs. 102 mmHgA)
3.El eyector antes del condensador no esta diseñado para una presión mas alta. Esta discontinuidad en la presión causa que el 1er. Eyector reducirá su operación. Cuando esto ocurre, el sistema va a operar inestablemente y la presión de la torre puede rápidamente incrementarse por encima de los valores de diseño.
Existe una alta presión en la entrada del primer intercondensador. Se opera a una presión mayor a la de diseño (130/115/160 Vs. 102 mmHgA)
4.La caída de presión a través del condensador de vacío debe ser menor que 5% de su presión de operación
No hay facilidades para medir presión de salida de gases de los condensadores
1
Análisis de problemas en un sistema de eyectores
5.Si las piernas barométricas presentan taponamiento, el condensador podría estar operando inundado. Un condensador inundado tiene un pobre desempeño y una operación inestable en el eyector asociado.
Se hizo prueba de temperatura y presión asociada a la operación de las piernas barométricas dando resultado positivos
1.Desempeño del despojamiento o punto de corte del residual en la torre de destilación atmosférica
Se esta operando con un punto inicial del residuo largo (180 oC) por debajo del diseño (226 oC)
2.Arrastre del reflujo de LVGO hacia el sistema de eyectores
Fue eliminado el demister de tope de la torre al vacío
2
Entender los fundamentos del sistema de vacío
3.Reducción de la carga de gas causa incremento en la presión de los condensadores, provocando una disminución en los condensadores siguientes.
Se observa en la data tomada, que existe en la primera etapa de eyectores alta presión(130 Vs 102 mmHgA de diseño), influyendo en la segunda etapa presentándose disminución en la presión (198 Vs. 314mmHgA de diseño)
4.Cuando la presión de la primera etapa de eyectores aumenta es debido a un posible aumento de carga del gas del proceso.
Es necesario determinar cual de los componentes de la carga de gas esta causando la alta presión de operación en la descarga de los eyectores
1.Una etapa de eyectores esta diseñada con una presión de descarga máxima (MDP). El eyector no puede exceder este MDP o este irá a una operación inestable. Al llegar a este punto, la carga de gas en la succión ajusta la presión de entrada al eyector
La máxima presión de operación viene dada por la presión de diseño. Las presiones de descarga en la primera etapa de eyectores se encuentran sobre los valores de diseño
2.Si se encuentra mas alta la presión del tope de la columna que la presión de diseño, junto con el mal funcionamiento de los eyectores pueden actuar otros factores.
Daños internos en la columna atmosférica.
3
Entender los problemas reales en el desempeño de los eyectores en un sistema de vacío
3.Entradas de aire o cargas de no condensables excedidas a la de diseño
Las entradas de aire ocasionan “Breaking Operation” en el sistema
4 Análisis deproblemas en un sistema de eyectores
El incremento de los incondensables puede afectar de dos maneras diferentes al sistema de vacío: - Si los gases condensables no están condensando
de la manera que fue diseñada - Incremento de un recubrimiento de aceite sobre los
tubos.
Posible ensuciamiento en los condensadores.
5 Rango de uso de los eyectores
El efecto de elevadas temperaturas en el agua es critico en los sistemas de eyectores de bajas presiones.
Las temperaturas en el agua de enfriamiento se encuentran por debajo de los valores de diseño
Tabla #23.Asociación de las base teórica con la data obtenida en el sistema productor de vacío del Mejorador
Capítulo III. Marco metodológico. 81
El análisis de la data permitió la relación con Ingenieros de procesos e
iniciar las comunicaciones con los fabricantes, para discutir los resultados
obtenidos del sondeo de presión y temperatura, delimitar las causas
realizando acciones que permitan descartar las fallas que no están
afectando al sistema productor de vacío.
De este primer avance se realizaron las siguientes acciones:
Item Causa probable Acción a tomar Responsables
1 Falsa señal de presión en el tope de la torre 01C102
Revisar la presión en el tope de la torre de vacío con medidor local instalado
Operaciones (Tesista)/ Instrumentación
2 Entradas de aire 1) Tomar muestra de gases en el tambor de tope de la torre 01C102
2) Revisar entradas de aire en las bridas grandes asociadas a eyectores y condensadores
1)Operaciones Laboratorio 2) Operaciones/ Mantenimiento
3 Taponamiento en las piernas de sello
1) Medir temperatura en las piernas de sello y líneas de salida de gases, posterior a la revisión de los termómetros
2) Realizar prueba de incremento de presión en el tambor de tope de la torre 01V105 en 0.5psig
Instrumentación /Operaciones (Tesista)
4 Ensuciamiento de la carcaza de los condensadores de vacío
Chequear temperatura y presiones de entrada y salida de la carcaza una vez chequeado los termómetros y manómetros
Instrumentación / Mantenimiento mecánico/ Operaciones (tesista)
5 Alto nivel de agua e hidrocarburos en el
tambor de tope de la torre de vacío
Limpiar y destapar cristales de nivel del tambor de tope 01V105
Mantenimiento mecánico
Tabla #25. Acciones a tomar como resultado del primer sondeo de presión y temperatura
(Mayo 2002)
Durante toda la evaluación se realizaron informes de avance, donde se
reflejaban las acciones tomadas y por realizar, a continuación se presentan las
tablas de resumen de dichos informes
Capítulo III. Marco metodológico. 82
Las tablas presentadas a continuación # 26, # 27, # 28 y # 29, delimitan las
causas probables de la alta presión en el tope de la torre de vacío, mediante
las posibles fallas en el sistema productor de vacío. Igualmente presentan la
acción tomada para descartar o asegurar que realmente esta variable esta
afectando el vacío de la Unidad. Se presenta un resumen de la data de la
prueba o el análisis de laboratorio, el resultado y los comentarios para
acciones o revisiones a futuro.
Los cuatro (4) avances realizados se discutieron antes de las realizaciones de
las pruebas o acciones con los Ingenieros del área con mayor experiencia, y
de estas reuniones se presentaba un minuta con la tabla anexa.
Item Causa potencial Evidencia física Acciones Impacto en el sistema
1
Mayor carga Líquida que la de diseño
1) Flujo de aceite de desecho actual(Junio 2002) 168 T/D VS. diseño 108 T/D, por medición en el DCS (el medidor fue chequeado por instrumentación)
2) No se ha podido medir diferencial de presión en los intercondensadores de vacío (hace falta válvula para manómetro)
1) Bajar arrastre de destilado en la torre atmosférica aguas arribas de la torre de vacío.
2) Buscar las causas de las variaciones de la producción de slop
1) La mayor cantidad de líquido genera una alta caída de presión en el intercondensador por el lado de la carcaza
2) Se ha notado variaciones de producción de aceite de desecho , observándose valores menores que el diseño
3) La mayor cantidad de hidrocarburos puede ocasionar ensuciamiento externo en los tubos de los intercondensadores (por productos parafínicos). Este ensuciamiento conduce a una caída de presión mayor y puede ocasionar una operación inestable en los eyectores aguas arriba del respectivo intercondensador
4) La mayor cantidad de condensables que maneja la primera etapa, puede producir mayor carga al eyector de la segunda etapa, que este no podrá manejar, generando una contrapresión en los eyectores y condensadores de la primera etapa
2 Obstrucción de las
piernas barométricas
Existe una temperatura en el líquido de la pierna de drenaje menor(en 6°C) a la temperatura de los gases de salida en los intercondensadores de la primera etapa 01E120A/B/C
Tomar medida de presión en la salida de gases
1) Se tendría un condensador operando inundado y produciendo alta caída de presión en el equipo
2) Se crea una contrapresión en el sistema de eyectores, llevándolos a una operación inestable
3 Piernasbarométricas muy cortas
Por cálculo real la altura del líquido no llega a los condensadores de vacío (12.31 Mts de altura de líquido VS. 13.4 Mts altura de las tuberías)
Bajar la presión del tambor de tope de la torre de vacío a una presión de 0.05 Barg
1) Bajo las condiciones actuales (Junio 2002) (0.12 BARG en el 01V105) de presión no se evidencia problemas, al observar los cálculos realizados en la altura del líquido de las piernas barométricas en los condensadores de vacío
2) Para las condiciones de presión de diseño si estaría limitado el sistema de drenaje del condensador (0.2 Barg.).
3) La mínima altura de diseño debe ser 45 pies y
se instalo solo de 41 pies, tomando la medida desde la brida del condensador hasta la brida del tambor de tope
4 Vapor motriz
húmedo Existe control de la húmeda lejos de los eyectores, a nivel del piso
1) Drenar el vapor con frecuencia
2) Diseñar sistemas de trampas de condensado para líneas de vapor a eyectores
- Humedad en el vapor ya que el único drenaje existente no se encuentra cerca de los eyectores y no tiene uso rutinario. Se realizó una inspección de este drenaje ubicado al nivel de los condensadores de vacío y se encontró tapado
- La humedad crea erosión en la boquilla de los eyectores
5 Mayor flujo de agua de enfriamiento que el flujo de diseño
Hay mayor flujo (762 Vs. 665 m3/Hr.) pero no se ha evidenciado la inundación de los intercondensadores de vacío
Se restringió la válvula de admisión de agua a cada condensador de vacío y no se observó efecto
positivo en la presión de tope de la torre de vacío 01C102
6 Ensuciamiento de la carcaza en los condensadores de la primera etapa 01E120A/B/C
Los cálculos de los coeficientes de transferencia de calor reportan alto nivel de ensuciamiento en los intercondensadores de la primera etapa
Se realizan simulaciones rigurosas con “ASPEN PLUS” a fin de confirmar si hay o no ensuciamiento de los intercondensadores de la primera etapa 01E120A/B/C
7 Partes internas en los eyectores del sistema de vacío erosionadas
No hay evidencia, requiere inspección interna
Solo se puede revisar en parada de planta
8 Fuga de agua en los condensadores de vacío
Hay una mayor producción de agua que es condensada en comparación con el vapor de agua que entra al sistema productor de vacío
Generaría una mayor caída de presión en el lado casco de los condensadores e inundación del equipo de vacío
Tabla #26. Avance #2. Delimitación de las causas potenciales y acciones a tomar para el descarte de las fallas no existentes en
el sistema productor de vacío Item Causa potencial Evidencia física Observaciones
1 Vapor motriz con mayor o menor presión que la de diseño
Se opera actualmente(Junio 2002) con el valor de diseño (9.0 BARG.)
2 Alta o baja temperatura del Vapor motriz
Se opera actualmente Junio 2002 con el valor de diseño (182 oC)
Se chequeó transmisor de temperatura
3 Mayor carga de incondensables a la de diseño
Se tiene un flujo menor al de diseño (10 T/D Junio 2002 VS. 71 T/D diseño)
Hay evidencias (cromatografía del gas del tambor de tope 01V105)de entradas de aire en las zonas caliente de la torre
4 Ensuciamiento lado tubos del condensador
Los condensadores de la primera etapa del sistema de vacío fueron limpiados (lado tubos), EN ABRIL 2002
Tabla #27. Causas descartadas. Fallas que nos están afectando al sistema productor de vacío del mejorador de crudo Petrozuata
ITEM Razones causales defalla
Aplicabilidad en situación operacional actual de Petrozuata
Acción para confirmar causa de la alta presión y razón para descartar causas no aplicables sistema del Mejorador de crudo
Es descartable
esta opción ?
1 Daños internos en los eyectores de la primera etapa 01J101A/B/C
Si Cerrar el vapor a los eyectores de la primera etapa 01J101A/B/C(uno a la vez), ya que puede haber flujo inverso de vapor hacia la torre 01C102
No
2 Obstrucción en los eyectores de la primera etapa o líneas asociadas
Si Cerrar el vapor a los eyectores de la primera etapa 01J101A/B/C(uno a la vez)
No
3 Daños internos en los eyectores de la segunda y tercera tapa del sistema productor de vacío
Si Cerrar el vapor a los eyectores de la segunda y tercera etapa 01J101 D/E/F y 01J101G/H/I/J (uno a la vez)
No
4 Alta caída de presión en Si Realizar nueva medida de presión en la salida de los gases al No
los condensadores de vacío 01E120A/B/C lado coraza
tener facilidades a consecuencia de la mayor carga de hidrocarburos condensables
5 Vapor motriz Húmedo No Las temperaturas medidas en la entrada a los eyectores están por encima de la temperatura de saturación. Drenar simultáneamente todas las trampas disponibles, para evitar humedad en el vapor, ya que la medida no es exacta
No
6 Ensuciamiento en los condensadores de la primera etapa 01E120A/B/C lado carcaza
No Existe un calor transferido mayor que el de diseño en los condensadores de la primera etapa Se trabaja con la simulación en Aspen plus para delimitar grado de ensuciamiento
No
7 Inundación en los condensadores de vacío 01E120A/B/C
No Existe un calor transferido mayor que el de diseño en los condensadores de la primera etapa 01E120A/B/C Instalar mangueras transparentes en los condensadores de vacío para observar el nivel de líquido dentro del condensador (si hay líquido presente)
No
8 Alta temperatura del vapor motriz
No Temperatura del vapor motriz en el valor de diseño (182 °C) Si
9 Baja temperatura del vapor motriz
No Temperatura del vapor motriz en el valor de diseño (182 °C) Si
10 Alta presión del vapor motriz
No Presión del vapor motriz con el valor de diseño(9.0 Barg) Si
11 Baja presión del vapor motriz
No Presión del vapor motriz en el valor de diseño (9.0 Barg) Si
12 Ensuciamiento de los condensadores de vacío 01E120A/B/C lado tubos
No Los condensadores de la primera etapa fueron limpiados en Abril 2002
Si
13 Fuga interna de agua de enfriamiento en los condensadores de la primera etapa 01E120A/B/C
No Los resultados del análisis del agua de enfriamiento que llega al tambor 01V105 dieron que no había pase de agua en los condensadores de vacío No hay presencia de químicos que son utilizados únicamente en el agua de enfriamiento
Si
14 Falsa señal en el instrumento de presión de tope
No Coincide señal del transmisor de presión con el indicador local de presión en el tope de la torre 01C102 Con una lectura de 47 mmHgA para el 23/06/02
Si
15 Piernas barométricasmuy cortas
No Se opera con una presión en el tambor de tope 01V105 (0.05 Barg) evitando la posibilidad de que nivel de líquido ascienda hasta los intercondensadores Con una presión de diseño 0.2 Barg el líquido de las piernas llegaría a los condensadores de vacío
Si
16 Alto nivel de agua e hidrocarburos en el tambor de tope de la torre 01C102
No Los niveles se mantienen en valores normales de operación ya que fueron chequeados los transmisores de nivel y los cristales locales fueron acondicionados
Si
Tabla # 28 Avance # 3. Causas que aún son aplicables en el sistema productor de vacío ubicado en Petrozuata
Item Causa evaluada Acciones realizadas Fecha de ejecución
Impacto en la situación actual
1) Evaluar la destilación del residuo largo 31/05/02 2) Chequear medidor de flujo de aceite de
desecho(Slop) con instrumentación 18/06/02
1 Mayor cargalíquida que la de diseño
3) Reducir el nivel de fondo de la torre 01C102 18/06/02
Puede existir una sobrecarga en el flujo total a manejar en la segunda etapa de eyectores y puede crear una contrapresión que lleve a los eyectores de la primera etapa a operar a una presión de descarga mayor a la de diseño (llevándolos a un “breaking operation”
1) Medición de temperatura entre las piernas barométricas y la salida de los gases de los condensadores de vacío, para obtener un perfil de temperatura dentro de los intercondensadores
14/06/02
2) Medición de temperatura en las líneas, hacia la torre de vacío 01C102 Y los eyectores de la primera etapa
14/06/02
3) Prueba de restricción de flujo de vapor a cada uno de los eyectores de la primera etapa
27/06/02
2
Obstrucciones delos eyectores y /o sistemas asociados o eyectores erosionados
4) Prueba de restricción de flujo de vapor a cada uno de los eyectores de la segunda etapa
28/06/02
5) Prueba de restricción de flujo de vapor a cada
uno de los eyectores de la tercera etapa
03 - 04/07/02 La situación operacional actual elimina la posibilidad de disponer de un eyector de repuesto de la tercera etapa
6) Nueva toma de presiones en la entrada de gases y la salida de líquido con un solo manómetro de presión en los condensadores 01E120A/B/C, 01E121 Y 01E122. Para verificar la inundación
09//7/02
1) Medición del flujo de agua de enfriamiento 2) Survey de temperaturas en los condensadores de
vacío
23/05/02
3) Calculo del calor transferido en los condensadores
30/05/02
3 Ensuciamiento delos
condensadores 01E120A/B/C lado carcaza
4) Survey de presión en el sistema productor de vacío
30/05/02 Y 09/07/02
1) Bajar presión al valor de diseño (9.4 Barg a 9.0 Barg)
14/06/02 La situación de humedad e el vapor pudo haber generado erosión en la boquilla de los eyectores, reduciendo su desempeño
2) Se destapó el drenaje del cabezal de vapor a eyectores
14/06/02
4 Calidad del vapor motriz
3) Se incremento la temperatura del vapor motriz (desde 182 °C hasta 198 °C)
27/06/02
1) Tomar muestra en cada una de las piernas para conocer las características físicas del condensado
11/06/02 Ninguno
2) Cálculo de altura de líquido en las piernas 12/06/02
5
Piernasbarométricas muy
cortas 3) Se bajo la presión en el tambor (desde 0.14 Barg
a 0.05 Barg) 18/06/02
6 Fuga interna deagua de
enfriamiento
1) Tomar muestras de agua en el drenaje de las piernas barométricas
19, 20 Y 21/06/02
Podría existir un cierto nivel de fuga interna de agua de enfriamiento que cerraría el balance entre el agua y el vapor.
7 Entrada de gases combustibles
1) Chequeado el pase en la válvula de control PV11080
14/06/02 Ninguno
1) Fueron diseñadas las facilidades para la medición local de presión en los condensadores del sistema de vacío
15/05/02 Los instrumentos faltantes no permiten realizar un adecuado análisis de causas de los problemas presente en el sistema productor de vacío
2) Instalados instrumentos de presión y temperatura nuevos y calibrados a la entrada y salida de los condensadores
22/05/02
8
Falsa señal enlos instrumentos
3) Fue corroborada la medición de presión en el tope de la torre de vacío comparando los transmisores Vs los indicadores locales de presión
14/06/02
1) Destapados los cristales de nivel en el tambor de tope de la 01C102
27/06/02 Ninguno9 Alto nivel en el Hotwell 01V105
2) Verificada coincidencia de transmisores de nivel con cristales de nivel a condición normal de operación
28/06/02
1) Chequeado el medidor de flujo de incondensables (FI11064)
18/06/02 Ninguno10
Sobrecarga deincondensables
2) Chequeada composición de los gases incondensables en la entrada del sistema de anillos líquidos
28/05/02
1) Limpieza del haz de tubos (Lado tubos) de los condensadores 01E120A/B/C Y 01E121/01E122
15/04/02 Ninguno
2) Medición de flujos de agua de enfriamiento y sondeo de temperatura en todos los condensadores de vacío
23/05/02
11
Ensuciamiento delos condensadores (lado tubos)
3) Cálculo del calor transferido en todos los intercondensadores
30/05/02
12 Arrastre degasóleos a la torre 01C102
1) Ajuste de reflujos LVGO / HVGO para reducir la temperatura de tope (56 °C actual Vs. 71 °C diseño)
03/09/01 La reducción de la temperatura de tope ha permitido controlar en valores manejables la producción de Slop
Tabla #29. Avance #4. Resumen de todas las accione y las causas estudiadas en la evaluación del sistema productor de vacío del
Petrozuata
Tabla # 30. A de vacío cciones por tomar (Agosto 2002) para delimitar las causas más probables de la alta presión en el tope de la torre
Item Causas a ser evaluadas Acciones pendientes por realizar
1 Mayor carga líquida que la de diseño • Establecer las condiciones operacionales para reducir la producción de condensables al valor de diseño y evaluar impacto
• Solicitar al fabricante las opciones para operar satisfactoriamente con la actual producción de condensables (nuevo eyector y/o condensador)
• Evaluar el nivel de sobrecarga en cada etapa de eyectores 2 Obstrucciones de los eyectores y /o
sistemas asociados o eyectores erosionados
• Planificar para la próxima parada la inspección de eyectores y condensadores
3 Ensuciamiento de los condensadores 01E120A/B/C lado carcaza
• Inspección de todos los condensadores de vacío por el lado casco en la próxima parada de planta
4 Calidad del vapor motriz • Diseñar facilidades para mejorar drenaje del condensado en la línea de vapor motriz de los eyectores
• Limitar temperatura del vapor a máx. 10 °C por encima de la temperatura de saturación (190 °C a 9 Barg)
5 Piernas barométricas muy cortas • Establecer una nueva presión de operación en el tambor de tope 01V105 que asegure el drenaje adecuado a los condensadores (se propone 0.1 Barg)
6 Fuga interna de agua de enfriamiento • Repetir el análisis de las aguas que llegan al tambor de tope de la torre de vacío 01C102 desde las piernas barométricas.
7 Entrada de gases combustibles Ninguna 8 Falsa señal en los instrumentos • Diseñar las facilidades para la instalación de los nuevos instrumentos en
la próxima parada 9 Alto nivel en el hotwell 01V105 Ninguna
10 Sobrecarga de incondensables • Hallar y corregir las entradas de aire 11 Ensuciamiento de los condensadores (lado
tubos) Ninguna
12 Arrastre de gasóleos a la torre 01C102 • Inspeccionar rellenos de la torre de vacío en la próxima parada
Capítulo III. Marco metodológico. 90
14. Pruebas de planta, análisis de laboratorio para el descarte de la causas
más probables.
El proceso de eliminación de las causas probables, que afectaban al
sistema productor de vacío y por consecuencia a la presión de tope de la
torre de vacío 01C102, consistió en la realización de pruebas, ya sea
aquellas que se tenían que realizar directamente en planta, modificando
alguna variable o las que consistían en análisis de laboratorio.
Ítem Causa probable de la alta presión en el tope de la
torre 01C102
Pruebas planteadas Objetivos planteados
1 Mayor producción de líquidos condensables
1. Bajar el nivel de fondo de la torre 01C102 de 35% a 15% (por medidor de nivel LI11920). Hacerlo en dos etapas (de 35% a 20% y luego a 15%)
2. Aumentar la temperatura en la salida del horno de crudo para evitar arrastre de destilado a la torre de vacío.
3. Realizar pruebas de planta en las condiciones de la torre de vacío, reflujos LVGO y HVGO
1. Reducir craqueo térmico en la torre 01C102
2. Minimizar la producción de Slop, disminuir la presión en el tope de a torre de vacío y mantener lo rendimientos de los productos de la torre de vacío
2 Piernas barométricas muy cortas
Bajar la presión del tambor de tope 01V105 desde 0.14 Barg A 0.05 Barg en dos (2) etapas. inicialmente a 0.1 Barg y luego a 0.05 Barg dependiendo del cambio en vibraciones en los compresores de anillos líquidos
Bajar el nivel de líquido en la piernas barométricas y evitar la inundación en los condensadores de vacío
3 Fuga de agua de enfriamiento interna en los intercondensadores de vacío
1. Tomar muestra de agua para el análisis de dureza 2. Chequear medidores de vapor motriz y agua en el tambor de
tope (FI11063 Y FI11066)
Evaluar el pase de agua de enfriamiento hacia la carcaza de los intercondensadores de vacío
4 Obstrucción en líneas asociadas a los eyectores y los intercondensadores del sistema productor de vacío
Cerrar lentamente el vapor motriz a todos los eyectores del sistema productor de vacío
1. Evaluar el grado de flujo inverso de vapor motriz en los eyectores de la Unidad de vacío hacia la torre 01C102
2. Evaluar el flujo de vapor que pasa por cada eyector del sistema, para ver el grado de erosión u obstrucción
5 Inundación en los intercondensadores del sistema productor de vacío
1. Medir altura de líquido en los intercondensadores de la Unidad de vacío mediante la instalación de manguera transparente de la entrada de gases hasta la salida del condensado
2. Reducir el flujo de agua de enfriamiento al valor de diseño en los intercondensadores de vacío
3. Realizar un perfil de temperatura en los intercondensadores de vacío, mediante el uso de un pirómetro.
1. Evaluar la presencia de líquido en los condensadores de vacío a realizar después de la restricción del flujo de agua de enfriamiento
2. Evaluar el coeficiente de transferencia de calo con flujo de agua de diseño
6 Ensuciamiento de la carcaza de los intercondensadores de a Unidad de vacío
Realizar medida de presión en la salida de gases o a consecuencia en la salida del liquido condensado
Evaluar la caída de presión en los intercondensadores lado carcaza
7 Calidad del vapor Llevar la temperatura y la presión del vapor motriz a la entrada de los eyectores a condiciones de diseño
Evitar humedad en el vapor motriz que pueda erosionar a los eyectores
Tabla #31. Pruebas de planta realizadas para descartar las causa probables de la alta presión ene le tope de la torre
Capítulo III. Marco metodológico. 93
15. Simulación con software disponible en la empresa: “Aspen Plus y Aspen
BJAC”.
La simulación con el software Aspen Plus y Bjac, consistía en una
simulación rigurosa para determinar el grado de ensuciamiento que
presentaban los condensadores de vacío, en especial los de la primera
etapa, ya que de acuerdo a los datos de presión presentaban la mayor
caída de presión.
16. Comunicación continua con los fabricantes y consultores para obtener
asistencia técnica especializada.
Las comunicaciones con los fabricantes: Graham Manufacturing, se
iniciaron al obtener la primera data de campo, cada comunicación se
realizaba en inglés donde se describía la data , las acciones realizadas y
por hacer, para tener otra visión proveniente del personal de mayor
experiencia en sistemas de vacío. Igualmente se presentaban las dudas
con respecto a lo que podían representar los análisis que frecuentemente
se le hacían a todas las variables involucradas en la evaluación a la
unidad de vacío.
La comunicación era directa con personas reconocidas en análisis de
problemas en los sistemas productores de vacío, entre otras ramas de una
refinería.
Mediante la búsqueda de información en Internet, se obtuvo colaboración
de un consultor de “Destillation Group”, el cual nos enfocaba y
presentaba ideas interesantes para tratar los problemas que se podían
Capítulo III. Marco metodológico. 94
presentar en el sistema productor de vacío y que no estaban presentes en
ningún artículo impreso.
De todas as comunicaciones realizadas se realizó un resumen, de las
ideas que aportaron mayor beneficio a la investigación en el sistema
productor de vacío de la Unidad 11 del Mejorador Petrozuata.
Item Recomendaciones Fabricantes: Graham Manufacturing Fecha
1 1) El problema se encuentra en los intercondensadores de la primera etapa 01E120A/B/C 2) La segunda y tercera etapa aparentemente operan bien 3) Se requiere medir presión de gases a la salida de los condensadores de vacío y temperatura del condensado 4) Se evidencia una carga adicional del hidrocarburos de un 55% mayor al de diseño
29/05/02
2 1) Mayor presión de descarga de los eyectores es la causa aparente del problema 2) La causa raíz puede será la mayor carga de condensables que esta repercutiendo en inundación de los
condensadores del sistema 3) Corregir la entrada de aire no resolverá el problemas actual
29/05/02
3 1) Confirma una operación inestable por sobrepasar el MDP 2) Podría existir una inundación por fuga de agua en los tubos internos de los intercondensadores 3) La presión de 9.4 Barg en el vapor motriz no se ve como un problema 4) Esta de acuerdo con un posible ensuciamiento de los condensadores de vacío con hidrocarburos(cera) y las
piernas barométricas podrían ser la causa del problema 5) Requiere medir presión de salida de gases y temperatura de condensado para saber si hay ensuciamiento en
los condensadores de vacío 6) Según el sondeo de temperatura se espera una temperatura mayor en el condensador (50 °C Vs. 35 °C)
03/06/02
4 1) Al conocer la presión de salida de los gases y al temperatura del condensado se podría saber la causa raíz del problema
2) Si la presión de salida de los gases es mucho más baja que la presión de entrada, los condensadores están sucios o inundados y no sería un problema de los eyectores
3) Según la data el problema es sobrecarga ,ensuciamiento o inundación 4) Podría dar el soporte técnico si es necesario modificar el sistema actual 5) Propone hallar el nivel en las piernas barométricas usando mangueras transparente o con medición de
temperatura
05/06/02
5 1) Un condensador sucio presenta las mismas características que un condensador inundado 2) Medir temperatura a la salida del condensado es recomendable para saber si el intercondensador esta sucio o
inundado
07/06/02
6 1) Reconoce que el condensado debería estar más frío a las condiciones de presión de operación 2) Mayor temperatura de diseño en el vapor motriz puede causar problemas en los eyectores pero no es el efecto que se
esta observando. 3) Cuando los eyectores no operan apropiadamente ellos van a presentar un flujo inverso hacia la torre 4) Esta de acuerdo con la prueba de reducir presión en el tambor de tope 01V105 para saber si el líquido llega a los
condensadores 5) La prueba de reducir agua en los condensadores solo provocaría aumentar la presión en el tope de la torre 6) El calentamiento en los intercondensadores aumentaría la presión en el sistema de vacío
17/06/02
Tabla # 32 Resumen de las comunicaciones continuas con los fabricantes del sistema productor de vacío Graham.
Item Recomendaciones Distillation Group Fecha
1 1) Recomienda para el calculo de WTD en los condensadores de vacío la metodología del Handbook of Heat
2) El reconocimiento de la inundación en un condensador es por un perfil de temperatura 3) Hay un alto arrastre de hidrocarburos hacia el tope. 4) Una consecuencia del alto arrastre de hidrocarburos es la producción de parafinas en los
intercondensadores. Propone una prueba de calentamiento a los condensadores de vacío. 5) Plantea como relevante la mayor presión en el eyector 01J101C VS. 01J101A/B que puede ser causado
por ensuciamiento en el condensador 01E120C, por bloqueo en las líneas de vapor, bloqueo de las piernas barométricas o daños en el eyector de la segunda etapa
6) Piensa que puede haber un flujo inverso de vapor en el 01J101C que sobrecarga a los otros dos eyectores de la primera etapa y propone medir la temperatura en esta líneas para corroborar esta suposición
11/06/02
Tabla #33. Recomendaciones de Distillation Group
Capítulo III. Marco metodológico. 96
17. Ubicar las causas que afectan al sistema, para su tratamiento según las
limitaciones de operación existentes en la Unidad.
18. Optimización del sistema productor con la elaboración de cambios que
requiera:
• Mejorar la calidad del vapor, ubicación de separadores y trampas en la
entrada de los eyectores de las tres etapas.
• Aumento de la capacidad del sistema: Eyector/ condensador.
III.6 Limitaciones.
1. Recolección de data
a. Inicialmente se realizo una visita a la unidad de destilación al vacío,
específicamente al sistema productor de vacío: eyectores y
condensadores de tope de la torre 01C102. Esta visita consistió en la
primera toma de data, para el análisis inicial de causas, o la vista
preliminar de los problemas que afectaban directamente a la presión
de tope de la torre de vacío.
La data debía incluir según lo recomendado por la bibliografía y las
investigaciones realizadas los siguientes puntos (ver diagrama #19)
Figura #19 Data recomendada por los fabricantes(GRAHAM), ubicada en el
diagrama de un sistema de vacío.(9)
Capítulo III. Marco metodológico 98
• Presiones de succión y de descarga de cada eyector de
la unidad de vacío
• Presión de entrada y de salida de los gases en los
condensadores de vacío
• Temperaturas de entrada y salida del agua de
enfriamiento
La primera toma de data en campo, se realizo la el día:3 de mayo
2001, teniendo la siguiente información
I) Observaciones en el vapor motriz:
1) La condiciones del vapor a los eyectores fueron las
siguientes:
En campo(unidad de vacío)
En DCS(sala de control)
Temperatura(°C) 130 185 Presión(Barg) 9.2 9.3
Tabla #34. Condiciones del vapor a los eyectores el día 3/05/02
Como se observa hay una indicación de temperatura del vapor,
muy por debajo del valor reportado en el DCS.
2) Acción: Chequear cual de las dos indicaciones es la correcta y
reparar la indicación falsa
3) Referencias: Las condiciones de diseño del vapor a los
eyectores son las siguientes:
Temperatura 82°C Presión 9.0mmHgA
Tabla #35 Condiciones de diseño del vapor Motriz
Capítulo III. Marco metodológico 99
II) Instrumentación faltante/por reparar:
1) Se observaron falta de indicadores de presión local en el
sistema de eyectores y condensadores y varios termómetros
en mal funcionamiento:
Item Ubicación Observación 1 Entrada de gases
01E120A - Sin manómetro, con facilidades para
instalación, válvula 1 ½”φ - Termoposo muy corto
2 Salida de condensado 01E120A
Facilidades para colocar manómetro, válvula con tapa ciega de 2”φ
3 Entrada de gases 01E120B
- Sin manómetro, con facilidades para instalación, válvula 1 ½”φ
- Termómetro dañado 4 Salida de condensado
01E120B Facilidades para colocar manómetro, válvula con tapa ciega de 2”φ
5 Entrada de gases 01E120C
- Sin manómetro, con facilidades para instalación, válvula 1 ½”φ
- Termoposo muy corto 6 Salida de condensado
01E120C Facilidades para colocar manómetro, válvula con tapa ciega de 2”φ
7 Entrada de gases 01E121
- Sin manómetro con facilidades en la línea de venteo de NH3, válvula de ½”φ
8 Salida de condensado 01E121
Facilidades para colocar manómetro, válvula con tapa ciega de 2”φ
9 Entrada de gases 01E122
- Sin manómetro con facilidades en el venteo de NH3, válvula de ½”φ
- Termoposo muy corto 10 Salida de condensado
01E122 Facilidades para colocar manómetro, válvula con tapa ciega de 2”φ
Tabla #36. Observaciones de la visita al campo 3/5/02,con las
especificaciones de las tubería para los medidores faltantes
2) Acción: Instalar los nuevos indicadores de presión y reparar
los indicadores de temperatura local
III) Cristales de nivel con fallas:
1) Los cristales de nivel del tambor de tope de la torre de
destilación al vacío (01V105), se encuentran con problemas
de taponamiento. Además el nivel de agua en el tambor ha
Capítulo III. Marco metodológico 100
mantenido valores erráticos (mayores a 100%)
2) Acciones: destapar cristales con inyección de vapor y
controlar nivel de agua del 01V105 establemente
IV) Data operacional tomada en la visita:
La data tomada en campo para la primera visita(3/5/02) se basó
solo en las temperaturas de entrada de gases, entrada y salida
del agua de enfriamiento y la temperatura del líquido
condensado.
Se requería la instalación de los instrumentos faltantes para poder
evaluar los equipos del sistema productor de vacío.
Con la data tomada, no era posible concluir con respecto al problema
que afectaba la torre de vacío 01C102, por lo que se pudo inferir que
era necesario el diseño y la instalación de medidores de presión y
temperatura para poder obtener una data representativa.
b) Diseño de las facilidades para la instalación de manómetros y
termómetros. Fue necesaria una nueva vista al campo, para observar
las facilidades que existían para las conexiones, tamaño de la tubería,
diámetros, la presencia de válvulas y el tamaño(ver tabla #7).
En los intercondensadores de la primera etapa: 01E102A /B /C
existían las facilidades, la presencia de válvulas de 1 ½” de
diámetro(φ), para colocar manómetros en la entrada de gases.
Capítulo III. Marco metodológico 101
En el intercondensador de la segunda etapa(01E121) y en el de la
tercera etapa (01E122), fue necesario observar todas las instalaciones
anexas al sistema del condensador para poder colocar el manómetro
en la entrada de gases. Se realizó el diseño para colocarlo en la línea
de venteo de NH3, (venteo usado para el control del Ph en el
intercondensador), ya que la pérdida o la caída de presión era mínima
en dicho punto.
Con las especificaciones obtenidas en la visita al campo, sobre la
ubicación y el diámetro de las tuberías se realizó la ingeniería básica,
es decir, se realizó el diseño de los muñecos para manómetros y
termómetros. Para este diseño fue necesario realizar la búsqueda de
las normas por las cuales se rige la empresa para el diseño de dichos
muñecos.(“Engineering practices /VEHOP) (ver Anexo 5. Muñecos de
temperatura y presión requeridos)
Se realizó el requerimiento a la ingeniería de detalle, con la ingeniería
básica hecha anteriormente, para la construcción de los muñecos de
temperatura y presión.(Anexo 6. Ingeniería de detalle)
c) Chequeo de los medidores de temperatura y presión existente en
campo y en el DCS(sala de control) ya que se observó que existían
diferencias en las lecturas en los diversos medidores.
d) Cumplir con los requerimientos de la empresa para poder realizar los
cambios en la planta, específicamente en el sistema productor de
vacío, es decir, llenar los formatos de aprobación al cambio (CAF)
Capítulo III. Marco metodológico 102
para justificar los medidores de presión y temperatura en los
condensadores de vacío.
e) Una vez instalados los instrumentos, se procedió a la toma de data de
presión y temperatura. Los manómetros colocados tenían escalas de
(- 1 a 1) Barg, medidores de presión relativa, por lo tanto existían
errores en las medidas, ya que la presión requerida era absoluta. Esto
se comprobó al realizar nuevamente la toma de data, con solo un
manómetro de presión absoluta (-760 a 0) mmHg de Vacío. Los
beneficios obtenidos son: se eliminó el error producido por las
presiones manométricas, tomadas inicialmente, y al ser tomadas todas
las presiones con un solo manómetro de presión absoluta ,se evita el
error de lectura en los diferentes instrumentos, por las diversas
escalas de presión.
f) La toma de data incluía medir el flujo de las corrientes: de gases tanto
la entrada como la salida y el agua de enfriamiento, en los cinco (5)
condensadores del sistema de vacío. Para medir estos flujos fue
usado un medidor de sónico externo, de pared que tenía las siguientes
limitaciones:
• Raspado de las tuberías, la pared en donde se coloca el sensor del
instrumento debe estar sin pintura y lijada, la superficie debe estar
limpia, ya que el instrumento mide la velocidad con la que se
mueve el fluido dentro de la tubería, por lo tanto es necesario
acondicionar la tubería para obtener una medición exacta del flujo
Capítulo III. Marco metodológico 103
que pasa por ella y así no afectar, por errores de medición el
cálculo de calor transferido.
El acondicionamiento de la tubería era un trabajo en planta, para la
cual se tramito un permiso para que mantenimiento lo realizará, el
tiempo de duración del raspado de las tuberías fue de
aproximadamente (2) semanas.
• El instrumento presentó fallas, al medir el flujo este oscilaba, en
rangos amplios de 10 Kg/s, entre el valor mínimo y el máximo, por
lo tanto la medición no fue directa. El instrumento es más exacto
cuando se realiza la medición del flujo a través de la velocidad, es
decir mantenía un valor estable cuando la medida requerida era
velocidad y no flujo. El cálculo del flujo se realizó con la velocidad
obtenida.(Anexo 4 Hoja de cálculo de calor en la unidad de vacío
de flujos y reportes de velocidades)
• Las mediciones en los flujo de vapor no se realizaron, ya que el
medidor sónico portátil, permite medir solo fluidos, líquidos. Los
vapores que se requerían medir( no condensables inter-etapa y
total) están constituidos por hidrocarburos de los cuales se
desconoce su composición actual. A los gases que pasan de una
etapa de eyector/condensador, a la siguiente no fue posible
obtener ninguna medida empírica, ya que estas líneas no cuentan
con medidores de flujo interno y el medidor portátil (controlotron)
Capítulo III. Marco metodológico 104
no aplica para gases o líquidos de los cuales se desconozcan sus
propiedades físicas como es el caso del condensado.
2. Simuladores:
a) Para realizar las simulaciones y los cálculos, se realizó un análisis de
la data de diseño disponible, ya que existían diversas fuentes:
• Las hojas de especificaciones de los eyectores y condensadores
• El diagrama de flujo de procesos 01A101 facilitado por los
fabricantes(Graham manufactring) durante el diseño
• Manual de procesos disponible en control de documentos
Los datos de flujo variaban al comparar las diversas fuentes.(Anexo 8.
Documento de comparación de datas de diseño)
La comparación se basó en realizar balances de masa en el diagrama
y en las hojas de especificaciones, ya que en las data sheet, los flujos
eran más detallados, se especificaban la cantidades de condensables
e incondensables, diferenciando los gases de hidrocarburos y el vapor
de agua (motriz).(ver Anexo 9 Diagrama del fabricante, Graham, y
hojas de especificación de los equipos)
La fuente comprobada como real y la que se tomo como base para
realizar las simulaciones y los cálculos posteriores fue la obtenida en
la hoja de datos de los equipos(Data Sheet), ya que las corrientes
totales, la de gases de hidrocarburo, el condensado y el vapor de
agua eran iguales.
Capítulo III. Marco metodológico 105
b) El programa de simulación “Vacworks” usado inicialmente, fue el
recomendado por los fabricantes(GRAHAM MANUFACTURING.C.O)
para simular los sistemas de vacío
El programa no requería especificaciones del diseño del sistema, solo
era necesario colocar el flujo de gases a manejar, y el diseñaba el
sistema productor de vacío, de acuerdo a la capacidad, por lo tanto no
era posible colocar la cantidad de eyectores o intercondensadores en
cada etapa, e incluso no era posible especificar la cantidad de etapas
que realmente posee el sistema dispuesto en Petrozuata.
La simulación se realizó con los flujos necesarios (gases
condensables e incondensables totales de diseño que entran a los
eyectores y condensadores) para que corriera el sistema. El sistema
productor de vacío simulado según el “Vacworks” no se adecuaba al
sistema actual de la empresa, ya que recomendaba eyectores y
condensadores del doble de capacidad y dispuestos en tres etapas,
que solo contenían un eyector y un condensador por etapa, es decir
las diferencias eran la siguientes:
Simulador “Vacworks” Sistema Actual N° de eyectores 3 10 N° de condensadores 3 5 Tamaño de las líneas entradas del vapor condensador (pulg)
46 14
Tabla # 37 Diferencias entre el sistema simulado y el actual de la empresa
Si el sistema no simulaba correctamente las condiciones de diseño no
era recomendable el uso del mismo para las condiciones actuales.
Capítulo III. Marco metodológico 106
Al observarse que las corridas del simulador no eran las adecuadas se
contacto al fabricante, Graham, inicialmente se obtuvo respuesta del
Sr. Jim Lines, se verificó que el paquete de simulación “Vacworks” no
era el adecuado para tratar el sistema de productor de vacío dispuesto
en Petrozuata, C.A.(Anexo 10 corridas del simulador Vacworks)
1. Para simular el sistema productor de vacío: eyectores/condensadores,
no se cuenta con una herramienta adecuada, que cumpla con los
requerimientos del sistema del Mejorador, por lo tanto se optó por
realizar la simulación solo del equipo que presentaba mayor
posibilidad de problemas, cambios en las condiciones de operación,
por lo tanto se realizó la simulación de los condensadores de vacío.
El software usado para simular los condensadores de vacío fue el
Aspen Plus/BJAC, herramienta facilitada por la empresa para
simulaciones rigurosas.(Anexo 11 corridas del simulador Aspen Plus).
Este simulador requiere especificaciones y diversas características,
tanto mecánicas, estructurales y de diseño del condensador, al igual
que destilaciones y composiciones de las corrientes asociadas (gases
de hidrocarburos, líquido condensado y vapor de agua).
Para completar la información necesaria para simular el
intercambiador de calor, fue necesario realizar pruebas de laboratorio,
específicamente, viscosidad, °API y destilación ASTM D-86, para así
conocer las propiedades y la composición del fluido asociado a los
intercondensadores de vacío.
Capítulo III. Marco metodológico 107
3. Pruebas de planta:
Las pruebas de planta, el movimiento de variables, como temperatura o
presión, requerían el análisis y la aprobación, del área de procesos y
operación, ya que de ellas dependía el comportamiento estable de la
planta.
IV. Resultados y análisis.
En el sistema productor de vacío existen diversas variables que pueden
afectar su funcionamiento, como vimos por descarte de las causas probables
que afectan la Unidad de vacío, se realizaron pruebas de planta y análisis de
data y de laboratorio.
1. Se realizaron varias tomas de data, inicialmente solo de temperatura por
falta de instrumentos en el sistema de vacío, luego la data inicial tomada
en Mayo 2002, por medio de la cual se realizaron las primeras
conclusiones. Por la falta de medidores en la salida de los gases en todos
los condensadores de vacío, se recomendó su instalación la cual nos
permitiría, conocer la presión de entrada a los eyectores de la segunda y
tercera etapa del sistema de vacío.
Debido a la falta de facilidades se tomo la medida en la pierna de drenaje
ó la salida de condensado en cada intercondensador de vacío, esta
medida se realizó con un sólo manómetro de presión absoluta, dando
mayor precisión y menos error en las medidas. Se obtuvieron los
siguientes resultados:
Condensador 01E120C 01E120B 01E120A 01E121 01E122 Presión pierna líq. (mmHgA) 104 108 105 220 798 Presión entrada de gases (mmHgA)
104 110 110 230 843
Temp. salida gases(°C) 45 42 42 48 30 Temp. salida agua de enfriamiento(°C)
40 36 36 40 35
Temp entrada de gases(°C) ND 130 115 ND 125 Tabla # 38 Data operacional de los condensadores de vacío (9/07/02)
Capítulo IV. Resultados y análisis 109
Al observar la data recolectada el 9/07/02 y al compararlas con la data
tomada en Mayo, hay diferencias notables que son productos de las
siguientes causas: (ver tablas # 19 y 20 temperaturas y presión de los
condensadores de vacío del 23/05/02)
• Inicialmente las condiciones de la planta variaban constantemente, en
particular la presión de tope de la torre 01C102, que estuvo en
constante aumento, al igual que la carga a la Unidad de vacío.
Marzo 2002 Julio 2002
Presión de tope(mmHgA) 48 52
Carga(T/D) 15200 15500
Tabla # 39 Diferencia entre las condiciones de la torre de vacío a diferente fechas de
toma de data
• Las mediciones se realizaron con un solo medidor de presión absoluta.
A pesar que las medidas de presión, bajaron con respecto a la valores
recopilados en Mayo, igualmente continúan estando sobre los valores de
diseño:
Primera etapa 01J101A/B/C
Segunda Etapa 01J101D/E/F
Tercera Etapa 01J101G/H/I/J
Diseño Actual Diseño Actual Diseño Actual Presión de succión (mmHgA)
14 52 313.5 180 925 798
Presión de descarga (mmHgA)
102 110 298 230 900 843
Tabla #40. Comparación de las presiones de diseño y actual (Julio 2002) en los eyectores
del sistema productor de vacío.
Al observar los valores de la primera etapa, vemos que se encuentran por
encima de la presión máxima de descarga (MDP), indicándonos que
estos eyectores se encuentran operando en situación inestable.
Capítulo IV. Resultados y análisis 110
Igualmente al realizar el cálculo del factor de compresión, nos indica que
los eyectores de la primera etapa, están limitados en cuanto a diseño, ya
que el factor de compresión es menor que (2) dos. (13)
01E120 01E121 01E122 A B C Relación de compresión
1.89 2.0 2.0 2.19 3.63
Tabla #41 Valores de la relación de compresión actual (Julio 2002)
2. Análisis y resultados de la evaluación de las causas de la alta presión en
el tope de la torre de vacío:
a) Sobrecarga de alimentación a la Unidad de Vacío
El aumento de carga sobre diseño nos indica que todos los equipos de la
Unidad están trabajando sobre su capacidad máxima, incidiendo
directamente en la presión de tope de la torre de vacío ya que sobrecarga
igualmente a la Unidad de destilación al vacío
b) Mayor producción de líquido:
La mayor cantidad de líquido en el sistema productor de vacío lo
observamos al comparar la data actual (Agosto 2002) con la data de
diseño(tabla #42)
Capítulo IV. Resultados y análisis 111
Tabla # 42. Comparación de la carga de liquido actual con respecto a diseño
Diseño Actual(Agosto2002)
Carga de gases condensables(T/D) 108 180
La alta producción de líquido, es decir de hidrocarburos o carga de
condensables, es una de las causas de la alta presión en el tope de la
torre 01C102, que influye en el sistema de diversas formas:
- Los condensadores de la primera etapa del sistema productor de
vacío, a pesar de que están sobre diseñados en un 5%, están
sobrecargados en más de un 50%, que es la cantidad extra de
condensables que esta entrando al sistema de vacío , estos
intercondensadores: 01E120 A/B/C no pueden manejar toda esta
carga extra permitiendo un arrastre de vapores condensables a la
siguiente etapa de eyectores.
- Existe una sobrecarga en el flujo total a manejar en la segunda
etapa de eyectores, lo que crea una contrapresión que lleva a los
eyectores de la primera etapa a operar a una presión de descarga
mayor a la de diseño, llevándolos a un “breaking operation” u
operación inestable. (Ver figura #20. Grafico #4)
Capítulo IV. Resultados y análisis 112
Figura #20, Gráfico #4 Curva del rompimiento del eyector (8)
- Genera una alta caída de presión en el intercondensador por el
lado de la carcaza
- Ocasiona ensuciamiento externo en los tubos de los
intercondensadores (por productos parafínicos).
La alta producción de Slop es continua y tiene el mismo
comportamiento ascendente de la presión de tope de las torre.(Ver
Figura #21) por tanto su influencia en la presión de tope de la torre de
01C102 es directa, ya que influye directamente en el sistema
productor de vacío.
Capítulo IV. Resultados y análisis 113
0
10
20
30
40
50
60
70
1-Jan
-02
9-Jan
-02
17-Ja
n-02
25-Ja
n-02
2-Feb
-02
10-F
eb-02
18-F
eb-02
26-F
eb-02
6-Mar-
02
14-M
ar-02
22-M
ar-02
30-M
ar-02
7-Apr-
02
15-A
pr-02
23-A
pr-02
1-May
-02
9-May
-02
17-M
ay-02
25-M
ay-02
2-Jun
-02
10-Ju
n-02
18-Ju
n-02
26-Ju
n-02
fecha
0
50
100
150
200
250
Presión tope vacio flujo de Slop
Fecha(Día-mes-año)
Pre
sión
de
tope
de
la to
rre
01C
102(
mm
HgA
)
Flujo de Slop (T/D
)
Figura #21. Gráfico #5-Presión de tope y flujo de Slop con respecto al tiempo
La mayor cantidad de condensables en el sistema productor de vacío, es
una de las causas potenciales de la alta presión en el tope de la torre, por
ello se plantearon diversas acciones, pruebas de planta y análisis de
laboratorio para disminuir la producción de Slop en el tope de la torre
,0tales como:
• Chequear el medidor de flujo de aceite de desecho (Slop) con
instrumentación, para descartar la posibilidad de problemas en
la señal o calibración del instrumento, por lo tanto las medidas
que actualmente tenemos de 180T/D de Slop o liquido
condensable son reales y verificadas.
Capítulo IV. Resultados y análisis 114
• Disminuir el nivel de fondo de la torre de vacío de 35% a 15%
(este nivel se encuentra sobre el 100% del nivel normal) para
disminuir el craqueo térmico, la prueba fue realizada teniendo
diversas precauciones, ya que existían antecedentes de
problemas en la bomba anexa al sistema de fondo de la torre
01C102 con el NPSH y vibraciones. El craqueo térmico se
evidencia inmediatamente, el resultado de esta prueba no fue
muy notorio, ya que no hubo una disminución evidente en el
flujo de Slop. Ver apéndice B, Grafica de seguimiento de la
prueba de la disminución del nivel de fondo en la torre 01C102.
• Bajar arrastre de destilado en la torre atmosférica aguas arriba
de la torre de vacío: esta acción consistía en bajar la presión de
tope de la torre atmosférica que actualmente trabaja con una
presión más alta que la de diseño y por lo tanto impacta
negativamente en las Unidades aguas abajo, debido a las
condiciones de operación no fue posible el realizar esta prueba
de planta. En la figura #22 se puede observar la influencia de la
presión de la torre atmosférica en la producción de Slop y por lo
tanto en la presión de tope de la torre de vacío
Capítulo IV. Resultados y análisis 115
Evaluación eyectores.
0
0.5
1
1.5
2
1-Jan
-02
9-Jan
-02
17-Ja
Figura #22 Gráfica #6 Relación de la presión de tope de la torre atmosférica con la
producción de Slop
• Establecer las condiciones operacionales para reducir la
producción de condensables al valor de diseño y evaluar
impacto en la presión de tope de la torre de vacío: La prueba de
planta que ataca directamente a la producción de Slop, se
planteó actualmente (Septiembre 2002) y consiste en buscar
las condiciones optimas de operación de la torre de vacío,
implica el cambio o variaciones en las condiciones actuales de
operación de la torre 01C102 ,por lo tanto, para su aprobación
se requirió la realización de un informe que implicó pasar por
diferentes etapas:
n-02
25-Ja
n-02
2-Feb
-02
10-F
eb-02
18-F
eb-02
26-F
eb-02
6-Mar-
02
14-M
ar-02
22-M
ar-02
30-M
ar-02
7-Apr-
02
15-A
pr-02
23-A
pr-02
1-May
-02
9-May
-02
17-M
ay-02
25-M
ay-02
2-Jun
-02
10-Ju
n-02
18-Ju
n-02
26-Ju
n-02
fecha
0
50
100
150
200
250
Presión tope atmosferica flujo de Slop
Fecha(Día-mes-año)
Pre
sión
de
tope
de
la to
rre 0
1C10
1
Flujo de Slop (T/D
)
Capítulo IV. Resultados y análisis 116
i. Elaboración del informe que implicó antecedentes, el
resultado de la evaluación del sistema productor de
vacío, análisis de las condiciones adecuadas, según la
operación actual.
ii. Revisión por los Ingenieros del área encargados del
seguimiento de los procesos del Upgrader.
iii. Opiniones de mejoras en los cambios que se proponen.
iv. Aprobación del gerente del área de procesos y
Operaciones.
v. Informe Alta producción de Slop. ver Apéndice C
• Solicitar al fabricante las opciones para operar
satisfactoriamente con la actual producción de condensables
(nuevo eyector o condensador):
En las comunicaciones con los fabricantes (Graham) se
requirió, de acuerdo a las condiciones de producción de Slop,
las modificaciones que requería la planta para que el sistema
de vacío lograra un mejor desempeño, la opiniones dadas
fueron:
- Aumentar la capacidad de la primera etapa de
condensadores de vacío 01E120A/B/C, para que
logren condensar el extra de hidrocarburos
condensables que se produce en la Unidad 11.
Capítulo IV. Resultados y análisis 117
- Aumentar la capacidad de los eyectores de la
segunda etapa 01J101D/E/F.
- Modificar la tobera de los eyectores del sistema
productor de vacío, para permitir el manejo de mayor
cantidad de gases de la etapa aguas arriba.
• Evaluar el nivel de sobrecarga en cada etapa de eyectores para
verificar que la causa principal de la inestabilidad del sistema
productor de vacío es la alta producción de Slop:
La mayor cantidad de líquido se evidencia en la carga a las
siguientes etapas de eyectores/ condensadores, por lo tanto se
realizó el cálculo de la carga a cada etapa, para comprobar la
teoría anterior, se hizo uso de las curvas de comportamiento de
cada eyector del sistema productor de vacío (Ver apéndice D
Cálculo de la sobrecarga a las etapas de eyectores).
01J101D/E/F 01J101G/H/I/J Carga extra de Hidrocarburos 119.4T/D 47.2T/D Tabla #43. Sobrecarga en la segunda y tercera etapa de eyectores visto
según las curvas de comportamiento
c) Obstrucción de los eyectores y /o sistemas asociados o eyectores
erosionados:
Se realizó una prueba de planta que consistió en cerrar el flujo de
vapor a cada eyector del sistema de vacío, lo que permitiría ver la
Capítulo IV. Resultados y análisis 118
cantidad de flujo que pasaba por cada eyector del sistema, al tener las
condiciones de inicio y final de la prueba.
Las hipótesis planteadas eran las siguientes:
• Si el flujo que pasaba por el eyector era mayor que el de diseño, el
eyector podía presentar erosión
• Si el flujo de vapor motriz que pasaba por el eyector era menor al
de diseño, el eyector podía presentar alguna obstrucción o en las
partes internas del eyector o en las líneas asociadas al mismo.
• Esta prueba permitiría ver que etapa tenía mayor influencia en la
presión de vapor, es decir, cual de las etapas del sistema de vacío
era la que operaba mejor, si mantenía el factor de compresión
según diseño.
La prueba permitió, bajo las condiciones que presentaba la planta
para Julio 2002, las siguientes observaciones (ver Anexo 13.
Graficas de cambios en la presión de tope 01C102 y en el flujo de
vapor, al cerrar el vapor motriz a los eyectores de vacío):
- No era posible cerrar algún eyector de la tercera etapa, a pesar
de que se encuentran operando los cuatro eyectores, es decir
los tres obligatorios 01J101G/H/I mas el eyector opcional
01J101J.
- Fue posible cerrar cada eyector por separado de la primera
etapa del sistema 01J101A/B/C, sin causar mayor perturbación
Capítulo IV. Resultados y análisis 119
en la planta, en especial en la presión de tope de la torre de
vacío que aumentaba, pero los cambios eran muy bajos de 5
mmHgA aproximadamente.
- Los eyectores de la segunda etapa no se cerraron
completamente ya que la presión en el tope de la torre 01C102
aumentaba rápidamente en 10 mmHgA sobre el valor inicial.
El cierre de vapor a los eyectores del sistema de vacío no permitió
concluir con respecto a la posibilidades de obstrucción y/o erosión en
las partes internas la eyector, ya que solo en la primera etapa se tomo
la medida del flujo que pasa por un eyector perteneciente a la misma,
este fue igual al de diseño.
Actualmente (Agosto 2002) esta propuesto realizar la inspección a las
partes internas de los eyectores de la unidad de vacío, para la parada
de planta próxima. (Octubre 2003)
Para realizar la inspección del eyector, se requiere sacar de servicio
tanto la unidad como el sistema productor de vacío, por ello entre las
actividades de la evaluación, se realizó la revisión de las normas para
realizar dichas actividades( Ver Anexo14 Normas para realizar una
parada de planta o de un eyector y arranque del sistema)
d) Ensuciamiento e Inundación de los condensadores de la primera
etapa: 01E120A/B / C, lado carcaza:
La inundación y el ensuciamiento en los condensadores se evidencian
en los siguientes aspectos:
Capítulo IV. Resultados y análisis 120
- En la caída de presión en los condensadores: la toma de data
realizada en Julio2002, permitió hacer el cálculo de la caída de
presión a través de los condensadores de vacío reportados en la
tabla # 44. Comparación de los valores de diseño y actual
(23/07/02) del delta de presión en los condensadores de vacío, lo
que permitió ver que el que presentaba mayor caída de presión es
el condensador de la tercera etapa, y que solo un condensador de
la primera etapa tiene cierto grado de ensuciamiento y/ o
inundación.
∆ Presión en los condensadores Diseño(mmHgA) Actual (Julio 2002
mmHgA)
01E120A 5 0
01E120B 5 2
01E120C 5 5
01E121 15.7 10
01E122 25 45
Tabla #44 Comparación de los valores de diseño y actual (23/07/02) del delta
de presión en los condensadores de vacío,
- En el perfil de temperatura a través del condensador: se realizó un
sondeo de temperaturas con un pirómetro o termómetro de pared,
que solo nos permitió ver la temperatura a la cual se realizaba el
cambio de fase o condensación(ver tabla # 45 Sondeo de
temperaturas en los condensadores de vacío) , es por ello que la
temperatura disminuye o varía notablemente al llegar a la mitad del
condensador
Capítulo IV. Resultados y análisis 121
Condensador 01E120A 01E120B 01E120C 01E121 01E122 Temp. Entrada del vapor (°C)
100 122 ND 64 120
Temp. Entrada del vapor medida ext.(°C)
90 90 93.3 66.5 120
Temp. Externa mitad. (°C) 58 54.5 55.7 59.5 84 Temp. Salida gases. (°C) 41 38 43 48 28 Temp. Salida gases externa. (°C)
41.1 38 38.5 38 38
Temp. Salida de liquido. (°C)
37 33.2 36.1 38.4 54.0
40 39.5 43.5 51 41.6 Temp. ¼ parte inferior del condensador (°C) 39.7 39.5 37 42.5 39.2
82.2 84.5 88.0 64.8 84.7 Temp. ¼ parte superior del condensador (°C) 79 73.5 73.5 60.5 82.3 Presión de entrada de gases(barg)
-0.76 ND -0.8 -0.71 0.2
Presión de salida liq. Condensado(barg)
-0.8 -0.8 -0.85 -0.7 0.15
Tabla # 45 Sondeo de temperaturas en los condensadores de vacío
- En el calor transferido: El cálculo de calor se realizó en el lado del
agua de enfriamiento , indicándonos que el flujo de calor es igual o
mayor a los valores de diseño. (Ver Tabla #23 Calor transferido en
los condensadores). Justamente el calor es mayor en el
condensador de la tercera etapa el cual posee mayor caída de
presión, hecho que se le puede atribuir al flujo de agua de
enfriamiento mayor que el de diseño.
Las tres variables anteriores no permitieron concluir con respecto al
ensuciamiento o la inundación por lo tanto se realizaron otra acciones
tales como:
• Ensuciamiento:
Capítulo IV. Resultados y análisis 122
Se realizó el cálculo del coeficiente de transferencia de calor, lo
que permitió concluir mediante el criterio siguiente, el grado de
ensuciamiento de los condensadores de vacío(ver Apéndice E
Cálculo del coeficiente de transferencia de calor en los
condensadores de vacío) indicándonos que los condensadores de
vacío están sucios , hecho que no se pudo corroborar con la
simulación en Aspen Plus y BJAC
CRITERIOS DE ENSUCIAMIENTO: LIMPIO: Ud / Ua < 1.2 SUCIO: 1.2 <Ud/ Ua < 1.5 MUY SUCIO: Ud/Ua >= 1.5 (14)
• Inundación:
Se realizó la instalación de mangueras transparentes, que
conectaban la salida de líquido con la entrada de gases, esto nos
permitió ver que dentro de los condensadores de vacío no
presentaban nivel de líquido, pero debe acotarse que existe fuga
de agua que es mínima y por lo tanto no apreciable.
e) Calidad del vapor:
Se realizaron diversas acciones, que permitió fijar en las
condiciones permanentes de la planta la presión y temperatura del
vapor motriz que llega a los eyectores:
• Bajar y mantener la presión en valor de diseño (9.4 Barg A 9.0
Barg)
Capítulo IV. Resultados y análisis 123
• Se incremento la temperatura (Desde 182 °C Hasta 198 °C). Se
observó que aún con el incremento realizado en la temperatura
del vapor, y estando actualmente (Julio 2002) 18°C por encima
de la temperatura de saturación, la calidad del vapor en el
cabezal cercano a la entrada de los eyectores, muestra
evidencia de humedad por falta de trampas en la línea cercana
a los eyectores
En la entrada a los eyectores no se tiene medida de
temperatura. Se realizaron las tomas de temperatura en la piel
de la tubería en cada entrada a los eyectores, se observó que
existía una diferencia entre la medida a nivel del atemperador
(donde se controla la temperatura del vapor) y en las tuberías,
por lo tanto se recomendó mantener 10 °C por encima de la
temperatura de saturación para equilibrar las perdidas de
temperatura a través de la tubería. Es necesario resaltar que la
temperatura del vapor al sobrepasar en más de diez grados, la
temperatura de saturación, hace que el vapor aumente su
volumen especifico, ocupando mayor espacio y llega a sustituir
los gases del proceso, por ello se resalta que el cambio se
realizó para solo 10°C por encima de la temperatura de
saturación.
Capítulo IV. Resultados y análisis 124
• Se destapó el único drenaje existente del vapor motriz , ubicado
a nivel de los condensadores de vacío el cual se esta
drenando constantemente.
La pluma del vapor es un evidencia de la calidad del vapor, ya
que si esta se observa clara el vapor es seco, pero si se
observa blanca hay presencia de agua.
Es por ello que se requirió la limpieza y el continuo drenaje de
esta trampa ya que nos permitió ver que el vapor a nivel del
cabezal de los eyectores esta húmedo.
• La situación de humedad en el vapor pudo haber generado
erosión en las boquillas de los eyectores, reduciendo su
desempeño, situación que no se puede descartar sin realizar la
inspección a los eyectores.
El efecto que ocasiona el vapor húmedo en los eyectores es un
daño mecánico e irreversible, por lo tanto se requieren cambios
que permitan garantizar un vapor seco a nivel de entrada a los
eyectores.
• Se realizó el diseño de las facilidades para mejorar el drenaje
en la línea de vapor motriz, la ingeniería básica de las trampas
y separadores adecuados para cada etapa de eyectores,
inicialmente el proyecto consistía en colocar una separador con
la trampa anexa solo en la entrada a los eyectores de la
Capítulo IV. Resultados y análisis 125
primera etapa que son los más grandes y cumplía con los
requerimientos de las normas(Engineering Standards) al
colocarse en un tramo de tubería no mayor a 100 mts y el
siguiente en el cabezal a la entrada de la segunda etapa.
• Se realizaron las especificaciones de la trampas de la primera
etapa, ya que el diámetro requerido era de 6”. (ver Apéndice F
Hojas de especificación de las trampas y separadores)
Para el cabezal no se encontró facilidades ya que el diámetro
es de 14”, por lo tanto las trampas de vapor se instalaran de la
misma forma que en la primera etapa, ubicadas en la tubería de
entrada a los eyectores(ver Apéndice G. Diagrama de ubicación
de las trampas y separadores y diagrama de detalles de la
instalación).
f) Piernas barométricas muy cortas:
• Debido a la posibilidad de tener los condensadores de vacío
inundados se realizó el cálculo que deberían tener las piernas
barométricas para evitar que el líquido llegara a los
condensadores mediante la siguiente fórmula:
Altura del líquido = Presión del tambor de condensado*2.34 Gravedad especifica del líquido
La altura del líquido es dependiente de la presión del tambor y
la gravedad especifica del fluido, por tanto fue necesario el
Capítulo IV. Resultados y análisis 126
análisis de las propiedades físicas del condensado en cada
pierna de los cinco(5) intercondensadores, por lo tanto se
requirió la toma de muestra en las piernas barométricas de los
condensadores de vacío para obtener ya sea la gravedad
especifica o °API.(ver Anexo 15 Resultados de laboratorio de
las propiedades físicas del condensado)
• El cálculo de la altura del líquido en las piernas barométricas
nos permitió ver lo limitado que se encontraba el sistema al
operarse con una presión de diseño(0.2 Barg) en el tambor
01V105 (Ver tabla # 46 comparación entre la altura real de la
pierna barométrica y la altura del líquido al operarse a 0.2 Barg
en el tambor de tope) ya que la altura del líquido era mayor a la
altura de la pierna de drenaje.
Se bajo la presión en el tambor de tope de la torre de vacío
desde 0.14Barg a 0.05Barg para evitar la inundación de los
condenadores 01E120A/B/C, 01E121 Y 01E122.
Altura real de la pierna barométricas 13.98m
Altura de líquido en condiciones de
diseño (@ 0.2 Barg)
14.35
Altura de líquido a condiciones
planteadas @ 0,14Barg actual
13.41
Tabla #46 Comparación entre la altura real de la pierna barométrica y la
altura del líquido al operarse a 0.2 Barg en el tambor de tope)
Capítulo IV. Resultados y análisis 127
La presión del tambor de tope 01V105 se mantiene a 0.1Barg,
según las recomendaciones realizadas mediante cálculo de la
altura del líquido.
g) Fuga interna del agua de enfriamiento:
Existe un desbalance entre el flujo de agua que entra como vapor
motriz a los eyectores y el flujo de agua que se condensa en el
tambor 01V105, que se evidencia en la siguiente gráfica (#7).
Figura #23.Gráfica #7 Agua condensada y vapor a los eyectores
Se tomaron muestras en la piernas de drenaje(ver Anexo 16
Resultados de las muestras de agua) al tambor 01V105 y del agua
de enfriamiento, para comparar las propiedades de cada una, ya
que en el agua de enfriamiento es inyectado un químico que no
debería tener el vapor motriz, al igual que la dureza y la
0200400600800
1000120014001600
1-Ja
n-02
10-J
an-0
2
19-J
an-0
2
28-J
an-0
2
6-Fe
b-02
15-F
eb-0
2
24-F
eb-0
2
5-M
ar-0
2
14-M
ar-0
2
23-M
ar-0
2
1-A
pr-0
2
10-A
pr-0
2
19-A
pr-0
2
28-A
pr-0
2
7-M
ay-0
2
16-M
ay-0
2
25-M
ay-0
2
3-Ju
n-02
12-J
un-0
2FECHA
AG
UA D
EL
01V1
05 (T
/D)
02004006008001000120014001600
VAPO
R A
EYE
CTO
RES
(T/D
)
AGUA DEL 01V105 VAPOR A EYECTORES
(Día-mes-año)
Capítulo IV. Resultados y análisis 128
conductividad varía en cada agua(enfriamiento y condensado en el
sistema de vacío).
Los resultados de los análisis indicaron que existe un nivel de fuga
mínimo, ya que la presencia de agua de enfriamiento en el líquido
que llega al tambor es muy bajo, las propiedades del agua que
condensa se asemeja más al vapor que llega a los condensadores.
La diferencia existente es de 100 T/D entre la producción de agua
condensada en el tambor 01V105 y el vapor total inyectado a los
condensadores, por lo tanto existe un nivel de fuga interna de agua
de enfriamiento en los condensadores de vacío que cerraría el
balance entre el agua y el vapor.
Esta fuga esta indicada en la caída de presión del condensador de
la tercera etapa que esta en un 55% por encima al valor de diseño,
igualmente la conductividad en el 01E122 y el Ph están bastante
bajos coincidiendo con los valores del agua de enfriamiento, pero
no coincide con el valor del HPS-1(químico) que no esta presente.
Conclusiones
1. La presión de vacío depende del funcionamiento del sistema productor de
vacío, al existir una falla en los equipos integrantes: Eyectores y
condensadores, la presión se ve altamente influenciada.
2. El funcionamiento del sistema productor de vacío depende de diversas
variables que son necesarias tenerlas claras para cualquier evaluación
que requiera el sistema, las cuales son:
a. Carga al sistema eyectores / condensadores: condensables e
incondensables. Un extra en la carga de diseño de cualquier
etapa de eyectores o de condensadores, repercute en las
etapas siguientes del sistema, produciendo un aumento de
presión, es decir una contrapresión aguas arriba de la etapa
sobre cargada.
b. Calidad del vapor: tanto la temperatura como la presión del
vapor motriz, al tener una desviación del más del 10% por
debajo de los valores de diseño, aumentan las posibilidades de
vapor húmedo en las líneas del vapor motriz, es decir formación
de condensado, que crea un daño mecánico irreversible en las
partes interna del eyector, en particular en la boquilla del vapor
y en el cuello de la tobera.
c. Agua de enfriamiento: la temperatura y el flujo del agua de
enfriamiento en los condensadores de vacío, son los que
garantizan la condensación optima o el flujo de calor adecuado
Capítulo V. Conclusiones y recomendaciones. . 130
en las dos corrientes permitirán el cambio de fase en el
intercondensador de vacío a las condiciones de operación
establecidas en diseño.
3. La disposición de las etapas del sistema productor de vacío de
Petrozuata, no es típica y por lo tanto es más susceptible a fallas en la
Unidad, debido a que la segunda y la tercera etapa de eyectores
descargan en un cabezal común, por lo tanto cualquier falla en los
intercondensadores (ensuciamiento, inundación ,etc) afectarán
negativamente no solo a un eyector si no que influirá en el funcionamiento
de la etapa completa, tanto la ubicada aguas arriba, como la situada
aguas abajo del condensador de vacío
4. El sistema productor de vacío del Mejorador Petrozuata, no se encuentra
funcionando al 100%, es por ello que la presión de tope de la torre
presenta valores altos con respecto al diseño, las fallas ubicadas en el
sistema son las siguientes:
a. Sobrecarga de Residuo largo a la Unidad de destilación al
vacío. La sobrecarga incide directamente en el sistema
productor de vacío, a pesar de que los equipos no están
sobrecargados, como carga total a los eyectores/
condensadores, pero tienen una carga de extra de livianos que
no condensan (Slop) en los condensadores de la primera
etapa.
Capítulo V. Conclusiones y recomendaciones. . 131
b. Mayor carga de líquido condensado: esto impacta inicialmente
a los condensadores de la primera etapa 01E120A/B/C, estos
condensadores están diseñados para trabajar con una carga
extra de 20%, pero aún así están limitados para la carga de
gases que manejan en las condiciones actuales, de más de un
50% sobre el valor de diseño. Los condensadores de la primera
etapa al no poder manejar la carga de gases de hidrocarburos
livianos, a pesar de estar favorecidos sobre el diseño, tanto en
capacidad como en flujo de agua de enfriamiento, están
limitados, ya que no logran condensar el exceso de gases que
actualmente maneja el sistema de vacío.
La limitaciones de los condensadores 01E120A/B/C, impactan
en los eyectores de la segunda etapa que se ven
sobrecargados en un 10%, (según la curva de desempeño),
estos eyectores: 01J101D/E/F, al manejar el flujo de gases
crean una contrapresión, que inicialmente inciden en los
condensadores de la primera etapa, aumentando su presión y
estos a su vez impactan en la presión de descarga de los
eyectores de la primera etapa.
c. Alta presión de descarga de los eyectores de la primera
etapa, los eyectores de la primera etapa están trabajando
con una presión mayor a MDP (máxima presión de
descarga) resultado de la contrapresión que ejercen los
Capítulo V. Conclusiones y recomendaciones. . 132
condensadores aguas abajo (01E120A/B/C). Los eyectores
01J101A/B/C, al estar trabajando con una presión de
descarga mayor a la de diseño, crean una operación
inestable en el sistema, porque incrementan de manera
desproporcional la presión de succión, es decir la presión de
tope de la torre de vacío.
d. Ensuciamiento: el grado de ensuciamiento es un factor que
colabora con el aumento de presión en los condensadores de
vacío a pesar de que el porcentaje de ensuciamiento en los
condensadores de vacío no esta definido, esto es debido a que
la alta producción de Slop o aceite de desecho , crea una capa
parafínica que disminuye la transferencia de calor, por lo tanto a
futuro se verán más afectados los condensadores de vacío, ya
que la caída de presión aumentará sobre los valores actuales,
debido al mayor grado de ensuciamiento que estará presente
en las partes internas.
e. Calidad del vapor: debido al tiempo de duración que tuvo la
temperatura del vapor y la presión fuera de especificación de
diseño, y las perdidas observadas en la temperatura a través de
las líneas, existe una alta probabilidad de que los eyectores
internamente hayan sido erosionados, hecho que no es posible
comprobar hasta la inspección de los eyectores, en un parada
de planta.
Capítulo V. Conclusiones y recomendaciones. . 133
Recomendaciones
1. Instalación de manómetros y termómetros , para tener disponible las
facilidades para realizar la evaluación del sistema productor de vacío o un
seguimiento de esta variables y evitar de esta forma perturbaciones en la
Unidad de destilación la vacío(ver Data Sheet y Diagramas de las
especificaciones en el Apéndice F y G).
2. Instalación de trampas de vapor y separadores para asegurar vapor seco
a la entrada de los eyectores y evitar daños mecánicos a futuro en los
eyectores.
3. Realizar inspección de todo el sistema productor de vacío: eyectores y
condensadores, para evaluar los siguientes aspectos:
a. El grado de erosión en las boquillas de vapor y cuello de la
tobera, las partes internas en cada eyector
b. El grado de ensuciamiento presente en los condensadores de
vacío
c. La presencia de alguna obstrucción en las piernas barométricas
y/o en las líneas asociadas al sistema.
4. Realización de la prueba de planta que garantice los siguientes aspectos:
a. Definir las condiciones operacionales de la torre 01C102 que
conduzcan a una optima operación, con los más altos
rendimientos de productos (LVGO /HVGO), mínima producción
de slop y facilite una mayor carga a las Unidades de Proceso
Capítulo V. Conclusiones y recomendaciones. . 134
relacionadas: Unidad de destilación atmosférica/ Unidad de
Coker.
b. Establecer las bases de operación para plantear o no una
ampliación en el sistema productor de vacío de la torre de
destilación al vacío 01C102
5. Realizar el lavado en los condensadores de vacío por el lado casco, para
evitar la perdida de transferencia de calor y como consecuencia mal
operación de los condensadores de vacío.
6. Mantener las condiciones del vapor establecidas durante la prueba de
planta realizada en Julio 2002, con las siguientes características:
a. La temperatura del vapor no debe ser mayor a 10°C por encima
de la temperatura de saturación a 9 Barg.
b. La presión no debe sobrepasar en más de un 10% el valor de
diseño (menor @ 9.9 Barg).
Referencias bibliográficas 135
Referencia Bibliográficas
• Graham Manufacturing Co. (2000) . Understand Vacuum system
fundamentals
• Graham Manufacturing Co. (2000) Ejectors Have a wide range Uses
• Graham Manufacturing Co. (2000). Understand real-world problem of vacuum
ejector performance
• Graham Manufacturing Co. (2000)Ejector systems troubleshooting
• Sistema de vacío en la industria de refinación de petróleo
• Graham Manufacturing Co. (2000) Troubleshooting crude vacuum overhead
ejector systems
• Graham Manufacturing Co. (2000) Optimizing process vacuum condenser
• Lessons from the field
• Graham Manufacturing Co. (2000) Understand ejector system is necessary for
troubleshooting problems
• Manual de operación. Unidad 11 . Unidad de Destilación Atmosferica y de
Vacío.
• Julío Ramirez ([email protected]) (2002, Junio) Criterio para definir el
ensuciamiento de los intercambiadores de tubo y coraza. Correo electronico
enviado a: Drodríguez@petrozuata .com
Apéndice 136
Apéndice A
Avance #1. De las acciones realizadas para Mayo 2002 incorporando la hoja de cálculo de la relación de compresión de los eyectores del sistema de vacío a condiciones actuales
Apéndice 137
Apéndice 138
Apéndice 139
Apéndice 140
Apéndice 141
Apéndice 142
Apéndice B
Grafica de seguimiento de la prueba de planta del nivel de fondo de la torre de vacío 01C102
Apéndice 143
Apéndice 144
Apéndice C
Informe Alta producción de Slop
Apéndice 145
Apéndice 146
Apéndice 147
Apéndice 148
Apéndice 149
Apéndice 150
Apéndice 151
Apéndice 152
Apéndice 153
Apéndice D
Cálculo de la sobrecarga de la segunda y tercera etapa de eyectores.
Apéndice 154
Apéndice 155
Apéndice 156
Apéndice E
Cálculo del coeficiente de transferencia de calor en los condensadores de vacío
Apéndice 157
Apéndice 158
Apéndice 159
Apéndice 160
Apéndice F
Hojas de especificación de las trampas /separadores de vapor e instrumentos de medida de temperatura y presión
Apéndice 161
Apéndice 162
Apéndice 163
Apéndice 164
Apéndice G
Diagrama de ubicación de las trampas/ separadores y de los instrumentos de temperatura y presión
Apéndice 165
Apéndice 166
Apéndice H
Diagrama de detalles de la instalación de la trampa/separador y muñecos para manómetros y termómetros
Apéndice 167
Anexos
Anexo 1
Curva de desempeño para cada eyector de la Unidad de vacío
Anexos
Anexo 2
Datos de diseño de los flujos del manual de operación de la Unidad 11
Anexos
Anexo 3
Instrucciones del medidor de flujo sónico portátil
Anexos
Anexo 4
Hoja de Cálculo del calor en la Unidad de vacío (Mayo 2002)
Anexos
Anexo 5
Muñecos de temperatura y presión requeridos para la toma de data en el sistema productor de vacío (Mayo 2002)
Anexos
Anexo 6
Ingeniería de detalle de los manómetros y termómetros de los instrumentos requeridos para la toma de data en la Unidad de
vacío(Mayo 2002)
Anexos
Anexo 7
Cálculo de la altura en la piernas barométricas (Mayo 2002)
Anexos
Anexo 8
Documento de comparación de datos de diseño del sistema productor de vacío
Anexos
Anexo 9
Diagrama del fabricante (Graham) y hojas de especificaciones de los equipos del sistema productor de vacío
Anexos
Anexo 10
Corridas del simulador “Vacworks”
Anexos
Anexo 11
Corridas del simulador “Aspen Plus, BJAC”
Anexos
Anexo 12
Resultados obtenidos de las destilaciones simuladas de las muestras tomadas al condensado en las piernas de drenaje
de los condensadores de vacío (D-86 ASTM)
Anexos
Anexo 13
Gráficos de cambio en la presión de tope de la torre 01C102 y en el flujo de vapor al realizar la prueba de cierre de vapor
motriz a los eyectores del sistema de vacío
Anexos
Anexo 14
Normas para realizar una parada de planta, sacar y poner en servicio un eyector, en la Unidad de vacío
Anexos
Anexo 15
Resultado de laboratorio; Análisis de las propiedades físicas del condensado en las piernas de drenaje de los
condensadores de vacío
Anexos
Anexo 16
Resultados de la muestra de agua de enfriamiento en las piernas de drenaje de los condensadores de vacío.