simulación y evaluación de los intercambiadores de calor...

SINCRUDOS DE ORIENTE SINCOR C.A.

1

Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química

SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CARCAZA Y TUBO DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE LA

UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA DEL COMPLEJO MEJORADOR DE CRUDO EXTRAPESADO DE SINCOR.

Pablo Alejandro Huiza Andrade Tutor Industrial: Ing. Germán Luna

Caracas, Agosto 2004


2

DERECHO DE AUTOR

Quien suscribe, en condición de autor del trabajo de grado titulado: “Simulación y

Evaluación de los Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo del Tren de

Precalentamiento de Crudo de la Unidad de Destilación Atmosférica del Complejo

Mejorador de Crudo Extrapesado de Sincor”, declara que: Cedo a título gratuito, y en

forma pura y simple, ilimitada e irrevocable a la Universidad Metropolitana, los derechos

de autor de contenido patrimonial que me corresponden sobre el presente trabajo.

Conforme a lo anterior, esta cesión patrimonial sólo comprenderá el derecho para la

universidad de comunicar públicamente la obra, divulgarla, publicarla o reproducirla en

la oportunidad que ella así lo estime conveniente, así como la de salvaguardar mis

intereses y derechos que me corresponden como autor de la obra antes señalada. La

universidad en todo momento deberá indicar que la autoría o creación del trabajo

corresponde a mi persona, salvo los créditos que se deban hacer al tutor o a cualquier

tercero que haya colaborado o fuere hecho posible la realización de la presente obra.


3

Autor: Pablo Alejandro Huiza Andrade

C.I: 15.200.744

En la ciudad de Caracas, a los 25 días del mes de Octubre del año 2004

APROBACIÓN

Considero que el trabajo de grado titulado: “Simulación y Evaluación de los Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo del Tren de Precalentamiento de Crudo de la Unidad de Destilación Atmosférica del Complejo Mejorador de Crudo Extrapesado de Sincor” Elaborado por el ciudadano:

Pablo Alejandro Huiza Andrade


4

Para optar al título de:

Ingeniero Químico Reúne los requisitos exigidos por la escuela de Ingeniería Química de la Universidad Metropolitana, y tiene méritos suficientes como para ser sometido a la presentación y evaluación exhaustiva por parte del jurado examinador que se designe. En la ciudad de Caracas, a los 25 días del mes de octubre del año 2004 Ernesto Bordier Ing. Germán Luna C.I: 6.4587.890

DEDICATORIA Cuando el sueño de una persona se convierte en una meta hecha realidad no queda más que dedicárselo y agradecerle a las personas más importantes en su vida...... En primer lugar le doy gracias a Dios por haberme permitido cumplir este sueño, por estar siempre conmigo, por darme fuerzas para seguir adelante, y sobretodo, darme la salud necesaria para poder culminar este sueño.


5

A Mami, todo esto lo hice por ti y para ti. Gracias por existir y ser la persona más importante de mi vida. Te quiero muchísimo. A Papá, gracias por aconsejarme las mejores decisiones de mi vida y darme siempre el apoyo para alcanzar este sueño. Todo esto es parte de ti. A mi abuelita Elvia, donde quiera que estés, sin tu cariño y apoyo no lo hubiera hecho. Gracias por cuidarme y protegerme siempre. Te extraño mucho..... A mi abuelita Sole, sé que estabas esperando esto y aquí lo tienes, tu orgullo por mi fue una de las cosas que me permitió seguir adelante para alcanzar esto. Te quiero mucho Sole y ojalá disfrutemos juntos por mucho tiempo. A Katy y Kris, sin duda somos los mejores, luchen siempre por sus sueños y metas, que solo así podrán hacerse realidad. Los quiero mucho.... A toda mi familia, especialmente a mis tíos: Rubén, Miriam, Nena, More, Eglé, Mónica. A mis primos: Jesús y Oscar Augusto. Gracias por su apoyo, son muy especiales para mí y nunca los olvidaré. En fin, le doy las gracias a todas y cada una de las personas que estuvieron siempre pendiente de mí, que me ayudaron y que me dieron siempre una mano amiga cuando más la necesité. Todos ustedes forman parte de este sueño que también les pertenece y mucho se merecen....


6

ÍNDICE Índice de Tablas

Índice de Figuras

RESUMEN

INTRODUCCIÓN 1

CAPÍTULO I. TEMA DE INVESTIGACIÓN 3

I.1 Planteamiento del Problema 3

I.2 Objetivos 4

I.2.1 Objetivo General 4

I.2.2 Objetivos Específicos 4

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO 5

II.1 Descripción General del Complejo Mejorador de Crudo Extrapesado de

SINCOR 6

II.2 Descripción de Unidades 8

II.2.1 Unidad de Destilación Atmosférica (CDU-1100) 8

II.2.2 Unidad de Destilación al Vacío (VDU-1200) 9

II.2.3 Unidad de Coquificación Retardada (DCU-1300,1400,1500)

Unidad de Recuperación de Gases (GRU-1600) 9

II.2.4 Unidad de Hidrotratamiento de Naftas y Destilados (NDHDT-2100) 10

II.2.5 Unidad de Hidrocraqueo Moderado (MHC-2300,2400) 10

II.2.6 Unidad de Manufactura de Hidrógeno (MHU-2500,2600) 11

II.2.7 Complejo de Azufre 11

II.2.8 Servicios Industriales 12

II.3 Detalle de las Instalaciones y del Proceso de las Unidades de Destilación

Atmosférica (CDU) y de Vacío (VDU) 12

II.3.1 Unidad de Destilación al Vacío 18

II.4 Fundamentos Teóricos 20

II.4.1 Transferencia de Calor 20

II.4.2 Equipos de Transferencia de Calor 21

II.5 Intercambiadores de Calor 22

II.5.1 Definición 22


7

II.6 Clasificación y Aplicaciones de los Intercambiadores de Calor 23

II.6.1 Intercambiadores de Tubo y Carcaza 24

II.6.1.1 Tubos 27

II.6.1.2 Carcaza 27

II.6.1.3 Cabezales 28

II.6.1.4 Deflectores o Baffles 29

II.7 Balance de Energía 29

II.8 Coeficiente Global de Transferencia de Calor, U 30

II.9 Diferencia Media Logarítmica de Temperaturas 32

II.10 Ensuciamiento o Fouling 33

II.10.1 Tipos de Ensuciamiento 33

II.10.2 Factor de Ensuciamiento o Factor de Obstrucción 34

II.10.3 Limpieza y Reducción del ensuciamiento 35

CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO 37

III.1 Población y Muestra 37

III.2 Actividades y Recursos Necesarios para el Logro de los Objetivos 39

III.3 Instrumentos de Evaluación 40

III.4 Modelo Termodinámico 45

III.5 Contenido del Trabajo Elaborado 47

III.5.1 Metodología para la Validación de un Intercambiador de Calor en

HEXTRAN 48

III.5.2 Procedimiento para la Validación del Modelo Desarrollado 49

III.5.3 Análisis de la Situación del Circuito de Nafta de CDU 50

III.5.4 Evaluación del Tren de Precalentamiento de Crudo bajo el Caso de los

Equipos E-1001 y E-1007 Fuera de Servicio 51

CAPÍTULO IV. RESULTADOS 52

CAPÍTULO V. Discusión de Resultados 75

CAPÍTULO VI. Conclusiones y Recomendaciones 80

VI.1 Conclusiones 80

VI.2 Recomendaciones 81

CAPÍTULO VII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 82

APÉNDICE A. El Crudo y sus Propiedades 84


8

APÉNDICE B. Base de Datos de los Intercambiadores de Calor del Tren de

Precalentamiento de Crudo de CDU 88

APÉNDICE C. Pasos a Seguir para la Validación y Evaluación de un

Intercambiador de Calor en HEXTRAN 90

APÉNDICE D. Data Operacional del Tren de Precalentamiento de Crudo de CDU 97

APÉNDICE E. Validaciones de los Intercambiadores de Calor en HEXTRAN. 100

APÉNDICE F. Fallas mas Frecuentes en los Intercambiadores de Calor 120

APÉNDICE G. Diagramas de operación del Tren de Precalentamiento de Crudo

de CDU. 122

ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1. Composición de la carga de CDU 13


9

TABLA 2. Equipos de transferencia de calor de acuerdo a su función 21

TABLA 3. Tipos de cabezales anteriores. Aplicaciones 28

TABLA 4. Tipos de cabezales posteriores. Aplicaciones 28

TABLA 5. Mecanismos de ensuciamiento y tipos de depósitos 34

TABLA 6. Intercambiadores de calor que componen el tren de precalentamiento

de crudo de CDU. 37

TABLA 7. Actividades y recursos necesarios para el logro de los objetivos 39

TABLA 8. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso

diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-01A/D 52

TABLA 9. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso

diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-02A/B 52

TABLA 10. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el

caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-03A/F 53


caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-04A/B 53


caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-05A/S 54


caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-06A/B 54


caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-07A/G 55


caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-08A/D 55

TABLA 16. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los

intercambiadores 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU 56


intercambiadores 01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU 56


intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU 57



TABLA 20. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los 58


10

intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU




intercambiadores 01-E-10-07A/G del tren de precalentamiento de crudo de CDU 59



TABLA 24. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores

de calor 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de

datos operacionales utilizando el simulador HEXTRAN 60


de calor 01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de



de calor 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de






de calor 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de






de calor 01-E-10-07A/G del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de

datos operacionales utilizando el simulador HEXTRAN

66


de calor 01-E-10-08A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de



11

TABLA 32. Sumario de operación de temperaturas de operación de los

interc3ambiadores 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU 68




intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU 69




intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU 70




intercambiadores 01-E-10-07A/G del tren de precalentamiento de crudo de CDU 71



TABLA 40. Sumario de presiones de operación del tren de precalentamiento de

crudo de CDU 73

TABLA 41. Valores del factor de obstrucción a partir de datos operacionales

utilizando el simulador HEXTRAN 73

TABLA 42. Temperaturas obtenidas bajo el caso de los equipos E-1001 y E-1007

fuera de servicio 74

TABLA 43. Impacto en la cantidad de combustible a ser utilizado en los hornos

atmosféricos bajo el caso de los equipos E-1001 y E-1007 fuera de servicio 74

TABLA 44. Clasificación de crudos de acuerdo a la gravedad API y densidades. 85

TABLA 45. Componentes más usados de la ventana principal SIM4ME

HEXTRAN 90

TABLA 46. Datos requeridos para la validación y evaluación de un intercambiador

de calor de tubo y coraza (STE). 91

TABLA 47. Data operacional del tren de precalentamiento de crudo de CDU 97

TABLA 48. Fallas más frecuentes en los intercambiadores de calor 119


12

ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1. Ubicación geográfica del complejo mejorador de SINCOR 6

FIGURA 2. Pasos para la producción del Zuata Sweet, Coque y Azufre 7

FIGURA 3. Unidades del proceso que conforman el complejo mejorador 7

FIGURA 4. Diagrama simplificado del complejo mejorador de crudo extrapesado 8


13

de SINCOR

FIGURA 5. Primer tren de precalentamiento 14

FIGURA 6. Segundo tren de precalentamiento 15

FIGURA 7. Columna de destilación atmosférica y productos 16

FIGURA 8. Intercambiador de cacaza y tubos 25

FIGURA 9. Tipo de carcazas y cabezales. Nomenclatura TEMA 26

FIGURA 10. Tipos de deflectores Transversales 29

FIGURA 11. Perfil de temperaturas para flujos en contracorriente y paralelo 32

FIGURA 12. Factores de obstrucción y coeficientes de transferencia de calor 35

FIGURA 13. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-01A/D en

función del tiempo 60

FIGURA 14. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-02A/B en


FIGURA 15. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-03A/F en




FIGURA 17. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-05A/S en




FIGURA 19. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-07A/G en


FIGURA 20. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-08A/D en

función del tiempo

67

FIGURA 21. Curva de calibración para las temperaturas medidas en planta con

pirómetro 72

FIGURA 22. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-03A/F en


FIGURA 23. Densidad, viscosidad y gravedad API de crudos típicos venezolanos. 86


14

RESUMEN

SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CARCAZA Y TUBO DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE LA

UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA DEL COMPLEJO MEJORADOR DE CRUDO EXTRAPESADO DE SINCOR.


15

Autor: Pablo Alejandro Huiza Andrade Caracas, Agosto 2004 Tutor: Ing. Germán Luna La finalidad del siguiente trabajo fue desarrollar en el paquete de simulación HEXTRAN una simulación integral y detallada de los intercambiadores de calor de tubo y coraza con fluido monofásico del tren de precalentamiento de crudo de la unidad de destilación atmosférica (CDU) de Sincor a fin de ser incorporada al banco de simulaciones de la gerencia técnica. El trabajo realizado se llevó a cabo en varias etapas: primero se revisó toda la teoría del proceso, se identificaron todos los equipos a simular y su interacción con las demás unidades del complejo mejorador. Luego se preparó un sumario de operación del tren de precalentamiento de crudo para colectar de la manera más eficiente posible la data del sistema DCS y de campo. Utilizando como patrón de comparación las hojas de especificaciones de diseño de los equipos y el sumario de operación antes referido, se simularon y se validaron las condiciones de diseño y de operación normal de los equipos. Los resultados obtenidos reproducen satisfactoriamente las especificaciones de diseño de los intercambiadores de calor, presentando porcentajes de desviación razonables. Asimismo se elaboraron gráficos donde se observa la tendencia al ensuciamiento de cada equipo para así facilitar la elaboración de programas de ciclos de limpieza. Durante el desarrollo del trabajo se realizó un estudio especial en el que se evaluó el tren de precalentamiento de crudo para el caso de un trío de intercambiadores E-1007 y una pareja de E-1001 fuera de operación, lo cual permitió determinar el impacto que esto traería al consumo de combustible en los hornos de destilación atmosférica. Se determinó que el consumo de combustible adicional sería menor al 5% del combustible consumido para esos momentos. Igualmente se llevó a cabo una simulación detallada de los intercambiadores 01-E-10-03A/F, debido al estado crítico de ensuciamiento que presentaron estos intercambiadores de calor durante el tiempo de estudio. Finalmente, la metodología establecida y aplicada es adecuada y confiable, y permitirá a los ingenieros de proceso, operaciones y mantenimiento de equipos del mejorador, evaluar el desempeño de los intercambiadores de calor con el fin de mantener la vida útil de estos equipos. Se sugiere mantener un seguimiento gráfico al factor de obstrucción en función del tiempo para observar la tendencia al ensuciamiento de los intercambiadores de calor, así como aplicar los criterios descritos para evaluar de una manera coordinada y efectiva el desempeño de estos equipos.


16

INTRODUCCIÓN

SINCOR es una operadora petrolera resultante de la asociación estratégica de TOTAL,

PDVSA y Statoil; cuya finalidad es la de producir hasta 200 mil barriles de crudo

extrapesado de la faja petrolífera del Orinoco (8º API) y mediante un proceso de

conversión/mejoramiento transformarlo en un crudo sintético liviano de muy alta calidad

(32º API, muy bajo en azufre) llamado Zuata Sweet. Igualmente se producen los

subproductos coque (6 mil toneladas diarias) y azufre (900 toneladas diarias).

Para ello, se perforan casi 1500 pozos en Zuata (Edo. Anzoátegui). Este crudo se diluye

con nafta, para luego ser deshidratado y de esta manera lograr remover el exceso de

agua y despojarlo de los gases livianos que contiene. Una vez completado este

proceso, el crudo es transportado a través de un oleoducto de 210 kilómetros que se

extiende desde la estación principal, ubicada en San diego de Cabrutica, hasta las

instalaciones del Mejorador en el Complejo Industrial Petroquímico y Petrolero “General

de División José Antonio Anzoátegui” en Jose (al norte del estado Anzoátegui).

El proceso de transformación del crudo se realiza en diversas unidades de proceso, las

cuales se apoyan en otras de generación o distribución de servicios utilitarios y

exteriores, estas unidades operan bajo una serie de especificaciones, tales como

temperatura, presión y flujo, entre otras. Uno de los equipos que contribuye al

cumplimiento de estas especificaciones son los intercambiadores de calor, donde las

corrientes de los procesos intercambian calor entre sí para ser enfriadas o calentadas y

así alcanzar el grado de temperatura específico según las condiciones de operación del

equipo o la unidad a la cual se le suministrará este flujo.

El complejo mejorador de Sincor posee dentro de sus instalaciones una unidad de crudo

(CDU) de 284MBD con un tren de precalentamiento de crudo cuya función es calentar

el crudo desde 50 hasta 260°C. Este tren de precalentamiento está integrado con la

unidad de destilación al vacío (VDU) por lo que su simulación es muy importante por la

interacción calórica entre estas dos unidades.

Los servicios de los intercambiadores de calor pueden presentar sucios, formar

depósitos y obstrucción por efecto de reacciones químicas, corrosión, velocidad de los

fluidos, el tipo de material de construcción, entre otros factores; es por ello que surge la


17

necesidad de evaluar el desempeño de los intercambiadores de calor de este tren de

precalentamiento, por medio de la estimación del factor de obstrucción y la elaboración

de gráficas y tendencias en función del tiempo. El presente trabajo se enfocará en el

desarrollo de estos puntos y está conformado por siete capítulos.

En el primer capítulo se presenta el objetivo general y se detallan los objetivos

específicos del proyecto, se justifica y se señala la importancia del trabajo y la

delimitación del área de estudio del mismo. El segundo capítulo llamado marco teórico,

contiene la descripción general de cada una de las principales unidades del complejo

mejorador de crudo de SINCOR, los fundamentos teóricos y criterios de diseño de

intercambiadores de calor de carcaza y tubo, entre otros conceptos necesarios para la

comprensión y entendimiento del tema a estudiar.

El tercer capítulo plantea la metodología a desarrollar para el cumplimiento de los

objetivos, así como las herramientas e instrumentos de evaluación utilizados. Luego de

estas etapas se analizan y se comparan los resultados obtenidos y por último, se

presentan las conclusiones y las recomendaciones emitidas.


18

CAPÍTULO I. TEMA DE INVESTIGACIÓN

I.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Dentro de la unidad de destilación atmosférica del complejo mejorador de crudo de

Sincor se encuentra el tren de precalentamiento de crudo, cuya función es precalentar

el crudo desde 50 hasta 260°C. este tren de precalentamiento está integrado con la

unidad de destilación al vacío (VDU).

Dada la importancia que tiene este tren de intercambiadores de calor para lograr la

eficiencia requerida tanto de entrada como salida en CDU y para cumplir con la

especificaciones de productos de CDU Y VDU, se hace necesario desarrollar una

simulación integral de este tren, con el fin de permitir a la gerencia técnica un soporte

técnico periódico y así poder predecir el ensuciamiento de los equipos.

El ensuciamiento o factor de obstrucción es una variable que va a impactar

directamente en la eficiencia del equipo, por lo que se hace sumamente necesario

elaborar programas de ciclos de limpieza que permitan disminuir a su máxima expresión

el valor de esta variable.

Como se dijo, un facto de obstrucción influye en el rendimiento o eficiencia del equipo,

mediante la simulación a ser desarrollada se podrá determinar el impacto térmico que

este tenga en los equipos aguas abajo del tren de precalentamiento.

Se hace necesario ampliar el estudio a la unidad de destilación al vacío, ya que este

primer tren de precalentamiento utiliza como fluido a enfriar el gasóleo pesado

proveniente de esta torre, y para aumentar la eficiencia del tren se necesita determinar

las condiciones óptimas de operación del gasóleo así como también las condiciones

óptimas de operación del “Quench”.


19

I.2. OBJETIVOS I.2.1 OBJETIVO GENERAL Desarrollar en el paquete de simulación HEXTRAN la simulación integral y detallada del

tren de precalentamiento de crudo de CDU a fin de ser incorporada al banco de

simulaciones de la gerencia técnica.

I.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Simular en HEXTRAN el tren de intercambio de calor en CDU

Realizar sumario de operación en CDU para recolectar data para el tren de

intercambio.

Evaluar ensuciamiento de los equipos.

Evaluar el tren de precalentamiento bajo el caso de los intercambiadores E-

1001 y E-1007 fuera de servicio.

Análisis de la situación del circuito de nafta de CDU (Evaluación E-1003)


20

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

En esta sección se presentan las bases teóricas del tema a tratar, así como una breve

descripción del complejo mejorador de crudo extrapesado de Sincor, descripción

general de las principales unidades de proceso y servicio de la planta. Posteriormente

se presentan los fundamentos teóricos, criterios de diseño y mantenimiento de los

intercambiadores de calor, enfocándose principalmente a los intercambiadores de calor

tipo carcasa y tubo. Por último, se expone una descripción detallada de la unidad de

destilación atmosférica y de vacío necesaria para poder conocer todas las corrientes de

los productos que conforman el tren de precalentamiento de crudo.

Cada planta de procesamiento, mejoramiento y refinación de crudo posee instalaciones

de diseño y complejidad específicas, dependiendo del volumen y calidad del crudo que

se procesa en ella y del mercado hacia el cual va dirigido sus productos. Los tipos de

procesos que encontramos en cada planta pueden ser:

o Procesos de Separación: Son aquellos que utilizan calor o algún solvente para

obtener productos refinados.

o Procesos de Conversión: Son aquellos que cambian la forma y/o tamaño de la

molécula en presencia de catalizadores.

o Procesos de Tratamiento: Son aquellos que contribuyen a remover las

impurezas o mejorar la calidad del producto mediante aditivos.

A continuación se presenta una descripción del complejo mejorador de crudo

extrapesado de sincor así como también el detalle de las instalaciones y proceso de la

unidad de destilación atmosférica y de vacío, unidades donde se basa el presente

estudio.


21

II.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL COMPLEJO MEJORADOR DE CRUDO EXTRAPESADO DE SINCOR

El complejo mejorador de Sincor produce un crudo sintético de alta calidad a partir del

crudo diluido proveniente de la estación principal ubicada en San Diego de Cabrutica.

En los pozos, al sur del estado Anzoátegui, se extrae un crudo extrapesado (8.5°API) de

la faja petrolífera del Orinoco

Este crudo una vez mezclado con nafta y diluido a 17 °API, es trasladado vía oleoducto

hacia el mejorador, ubicado en el complejo industrial de jose, con la finalidad de obtener

cerca de 180 mil barriles diarios de crudo mejorado, considerado el liviano de mayor

calidad proveniente de la faja petrolífera del Orinoco, de 32°API, con menos de 0.15%

de azufre, sin metales, listo para su comercialización en el exterior. Este crudo es el que

se conoce como Zuata Sweet.

Figura 1. Ubicación Geográfica del complejo mejorador de Sincor.

En el proceso de mejoramiento de crudo se obtienen 900 toneladas de azufre, el cual se

destina para el sector farmacéutico y de fertilizantes, y 6.000 toneladas de coque, de

valor para aplicaciones en las industrias eléctricas y del cemento.

En la siguiente figura se muestra de manera sencilla todo el proceso de transformación

del crudo extrapesado a crudo diluido hasta su comercialización.


22

Figura 2. Pasos para la producción del Zuata Sweet, Coque y Azufre.

El crudo diluido que llega al mejorador se almacena en tanques. De allí, luego de ser

desalado es sometido a una primera operación de fraccionamiento por destilación. Los

cortes obtenidos se tratan separadamente en los siguientes procesos:

Figura 3. Unidades de proceso que conforman el complejo mejorador.

La secuencia de estos procesos, que transforman el crudo diluido en crudo mejorado se

observa en el siguiente diagrama de flujo simplificado del mejorador, incluyendo las

unidades y corrientes principales.


23

Figura 4. Diagrama simplificado del complejo mejorador de crudo extrapesado de Sincor. II.2 DESCRIPCIÓN DE UNIDADES II.2.1 UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA (CDU-1100) La unidad de destilación atmosférica está diseñada para procesar 284.000 BPSD de

crudo zuata diluido de 17°API con la finalidad de producir gases, nafta, gasoil y residuo

atmosférico. Adicionalmente la nafta se recupera como diluente para incrementar el API

de la mezcla de crudo zuata.

Los principales productos de esta unidad son:

GAS: compuesto por hidrocarburos de bajo peso molecular y se envían como

parte de la alimentación a la unidad recuperadora de gases GRU.

SRGO (Straight Run Gas Oil): esta corriente se envían como alimentación a la

unidad de hidrotratamiento de naftas y destilados (NDHDT).

Diluente: consiste en un corte de nafta de 47°API que se recupera para diluir el

crudo zuata

Residuo Atmosférico: se envía como alimentación a la unidad de destilación al

vacío

NAFTA

CRUDO DILUIDO DESALADO

RES CDU

VDU

NDHDT

MHC

H

HIDROGENO

GASES AL S.G.C.

SRGOLVGO

GRU

HVG

DCU

NAFTA

LCGO HCGO

COKE

NAFTA

HMU HIDROGENO

ARU

SWS

SRUAMINA RICA

AMINA POBRE

AGUA AGRIA

AGUA DESPOJADA HACIA WWT AZUFRE

NAFTA

LSSC

MSSC

DILUENTE

GASES AL S.G.C.

AGUAGASES DESDE NDHT

GAS NATURAL CRUDO SINTETICO


24

II.2.2 UNIDAD DE DESTILACIÓN AL VACÍO (VDU-1200)

En esta unidad se fracciona el residuo atmosférico a altas temperaturas y a presión

reducida para obtener gasóleos pesados que van a las unidades de hidroprocesos y el

producto de fondo que sirve de alimentación a la unidad de coquificación retardada. Se

opera a condiciones de vacío para extraer los gasóleos que no destilan a presión

atmosférica. El vacío en la torre se logra por medio de eyectores.

Como productos encontramos:

Gasóleo liviano (Light Vacum Gas Oil: LVGO): este corte se envía a la unidad de

hidrotatamiento de naftas y destilados (NDHDT).

Gasóleo Pesado (High Vacum Gas Oil: HVGO): se destina como alimentación a

la unidad de hidrocraqueo moderado (MHC).

Residuo de Vacío: se envía como carga a la unidad de coquificación retardada (DCU).

II.2.3 UNIDAD DE COQUIFICACIÓN RETARDADA (DCU-1300, 1400,1500) UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE GASES (GRU-1600)

La coquificación retardada consiste en un proceso térmico en el cual el hidrocarburo

pesado se calienta a alta velocidad en un horno y luego se envía a una zona de

reacción (tambores), en donde bajo condiciones apropiadas de presión y temperatura,

se craquea térmicamente en gas, nafta, destilados y se polimeriza el coque.

Productos principales:

Nafta/Gasoil Liviano (Light Coker Gas Oil: LCGO): se envía como alimentación

a la unidad de hidrotratamiento de naftas y destilados (NDHDT).

Gasoil Pesado (Heavy Coker Gas Oil: HCGO): se envía como alimentación a la

unidad de hidrocraqueo moderado (MHC).

Coque: se envía al terminal de manejos de sólidos a través de una cinta

transportadora para su comercialización.


25

II.2.4 UNIDAD DE HIDROTRATAMIENTO DE NAFTAS Y DESTILADOS (NDHDT-2100)

El término hidrotratamiento identifica a un amplio grupo de procesos en los cuales se

utiliza el hidrógeno como reactante, en presencia de catalizador y bajo condiciones de

operación apropiadas, para preparar cargas a otros procesos y/o mejorar la calidad de

los productos terminados, a través de productos livianos como SRGO, LVGO, Wild

Nafta y LCGO.

El objetivo principal de esta unidad es reducir el contenido de azufre y nitrógeno, así

como también compuestos insaturados presentes en la carga, con la finalidad de

mejorar la calidad del crudo sintético.

Productos:

Gas: Normalmente se envía como alimentación a la unidad de manufactura de

hidrógeno. Si existe un exceso se envía hacia la red de gas combustible.

Nafta Hidrotratada/Gasoil Hidrotratado: Vía a tanques para la elaboración de la

mezcla de sincrudo.

Nafta de reposición: Se combina con nafta de CDU para ser usada como

diluente para el crudo de zuata.

II.2.5 UNIDAD DE HIDROCRAQUEO MODERADO (MHC-2300, 2400) En esta unidad se remueven los compuestos metálicos, aromáticos, asfáltenos,

compuestos de azufre y compuestos de nitrógeno contenidos en una mezcla de gasoil

pesado de vacío y gasoil pesado del coquificador.

En el proceso de hidrocraqueo, se utiliza una corriente de hidrógeno elemental a alta

presión (entre 106 y 110 Barg), la cual se mezcla con la corriente de hidrocarburo de

alimentación y se introduce en un sistema de reactores en serie donde se ponen en

contacto con un catalizador.


26

MHC convierte esta alimentación en productos de peso molecular inferior (craqueo),

satura compuestos (hidrogenación) y simultáneamente remueve azufre, nitrógeno y

oxígeno. Los productos son una mezcla de parafinas, naftenos y aromáticos

esencialmente puros y deben cumplir con las especificaciones de contenido de azufre y

nitrógeno.

Una vez despojado el efluente de reacción, las corrientes de MHC y NDHDT se mezclan

y se forma el SINCRUDO. Posteriormente el sincrudo es enviado al conjunto de

Tanques de Almacenamiento de Embarque Jose Sur (TAEJS), con un máximo de

contenido de azufre de 1.200 ppm en peso.

II.2.6 UNIDAD MANUFACTURADORA DE HIDRÓGENO (MHU-2500, 2600)

El propósito fundamental de esta unidad es producir hidrógeno de alta pureza para

suplir los requerimientos de los procesos de hidrotratamiento que se llevan a cabo en el

mejorador. La producción de hidrógeno se logra mediante la reformación catalítica del

gas natural y gas de NDHDT en combinación con vapor de agua. Se produce una

corriente de hidrógeno con alta pureza (99.9% aproximadamente)

II.2.7 COMPLEJO DE AZUFRE

El crudo procesado en las diferentes unidades del mejorador contiene muchos

compuestos indeseables con alto contenido de azufre (sulfuros, mercaptanos, aminas)

que se convierten en sulfuro de hidrógeno (H2S) y en amoníaco (NH3). Esta corriente de

gases producidos en las diferentes unidades son enviadas hacia el complejo

recuperador de azufre, donde son convertidas en azufre elemental y nitrógeno,

respectivamente. Este complejo está conformado por las siguientes unidades:

o Unidad de Recuperación de Azufre (Sulfur Recovery Unit: SRU-

3500/3600/3700).

o Unidad de Recuperación de Aminas (Amine regeneration Unit: ARU-3100/3200).


27

o Unidad de Despojamiento de Aguas Fenólicas y no Fenólicas (Sour Water

Stripping: SWS-3300)

o Unidad de Tratamiento de Gas de Cola (Tail Gas Treating Unit: TGTU-3800).

II.2.8 SERVICIOS INDUSTRIALES

Consiste en el conjunto de facilidades que sirven de apoyo para una operación continua

y segura en el mejorador mediante la generación oportuna de servicios, suministro de

crudo diluido, manejo de productos terminados y retorno de los efluentes en total

armonía con el ambiente. Los servicios industriales están dirigidos a suministrar vapor,

agua, aire de instrumentos, nitrógeno, gas natural y electricidad a todas las unidades de

proceso.

II.3 DETALLE DE LAS INSTALACIONES Y DEL PROCESO DE LAS UNIDADES DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA (CDU) Y DE VACÍO (VDU) La torre de destilación atmosférica y de vacío constituyen la base fundamental del

mejorador de crudo de sincor, ya que permite que el crudo Zuata sea fraccionado en

diferentes cortes que a su vez serán la alimentación de las unidades aguas abajo para

la producción del Sincrudo[2].

El crudo que sirve como alimentación a la unidad es una mezcla entre 7.8°API y 9.2

°API, mezclado a 8.5°API y diluido con nafta a 17°API, basado en la siguiente

composición de alimentación:


28

Tabla 1. Composición de la carga de CDU.

ALIMENTACIÓN KG/HR BPSD

Crudo Zuata 7.8 °API 696.049 103.560

Crudo Zuata 9.2 °API 658.415 98.935

Subtotal (7.8+9.2) 1.354.464 202.495

Nafta(Diluente) 389.515 74.442

Agua en Crudo 37.190 5.622

Metano en crudo 3.130 1.576

Subtotal(crudo, diluente,

metano, agua) 1.784.299 284.135

Pérdida de diluente en

campo 7.585 1.490

Alimentación total a CDU 1.776.714 282.645

Las bombas de alimentación 01-P-10-01A/B/C/S son las encargadas de transferir el

crudo diluido de los tanques 05-T-10-02 y descargarlo en los intercambiadores de calor

(crudo/HVGO) que conforman el 1° tren de precalentamiento. El objetivo primordial de

este tren de precalentamiento consiste en aumentar la temperatura a la carga de crudo,

aprovechando los diferentes niveles de energía de todos los productos provenientes de

CDU y VDU.

Este tren inicia sus funciones a través de unos intercambiadores de calor, tipo carcaza y

tubo que calientan el crudo a la temperatura que requieren los desaladores (160°C).


29

Figura 5. Primer Tren de Precalentamiento.

El crudo llega al tren de precalentamiento conformado inicialmente por los

intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D, a través del lado tubo. El gasoil pesado de

vacío (HVGO) usado en estos intercambiadores, pasa por el lado carcaza y proviene

de la columna de vacío de la unidad de destilación al vacío (VDU). El crudo sale de

estos intercambiadores y entra por el lado carcaza a los IC que intercambian

LVGO/Crudo (01-E-10-02A/B). El LVGO pasa por el lado de los tubos. Una vez que el

crudo sale de los IC E1002 se divide en tres partes iguales por medio de un control de

flujo de proceso para entrar por el lado carcaza a los intercambiadores retiro total de

nafta/Crudo (01-E-10-03A/F). La nafta que pasa por estos intercambiadores proviene de

la columna de destilación atmosférica. El crudo sale de los E-1003 directamente a los IC

Reciclo de SRGO/Crudo (01-E-10-04A/B) por el lado tubo. La temperatura a la salida de

estos intercambiadores es mantenida en 160°C por medio de un desvío de flujo. El

reciclo de SRGO proviene de la columna de destilación atmosférica y pasa por el lado

de la carcaza.

Una vez que el crudo alcanza la temperatura óptima entra al proceso de desalación. El

propósito principal de esta sección es remover la sal, agua y otras impurezas como

limo, barro, óxido de hierro, arena y carbón del crudo, debido a que pueden causar


30

corrosión severa, daños por incrustaciones, tapado en los intercambiadores y pueden

actuar como catalizadores para la formación de coque en la tubería de los hornos. El

proceso se basa en una desalación electroestática de alta velocidad en tres trenes

paralelos con dos etapas cada uno y tres transformadores por cada tren de desalación.

Ya el crudo desalado entra al tren de precalentamiento de crudo desalado donde

alcanza la temperatura requerida a la entrada de los hornos atmosféricos. En este tren

el crudo siempre pasa por el lado tubo y los fluidos calientes por el lado coraza.

Figura 6. Segundo Tren de Precalentamiento

El crudo sale de los desaladores succionado por las bombas 01-P-10-02A/B/C/S y es

enviado hacia los intercambiadores Reciclo SRGO/Crudo. Luego entra a los

intercambiadores Crudo/Pumparound SRGO (01-E-10-05A/S). El SRGO viene de la

columna de destilación atmosférica y retorna con una temperatura menor favoreciendo

la condensación de los más pesados. De allí pasa a los IC Crudo/Producto SRGO (01-

E-10-06A/B). El SRGO proviene del despojador de gasoil y luego se dirige al enfriador

de aire correspondiente. El crudo continúa a los intercambiadores Crudo/Producto

HVGO (01-E-10-07A/J). El HVGO proviene de la columna de destilación al vacío. Por

último, el crudo se dirige a las IC crudo/Residuo de vacío (01-E-10-08A/D) para luego

dirigirse a los hornos 02-F-10-01A/B.


31

Los hornos de crudo (01-F-10-01A/B) son utilizados para incrementar la temperatura del

crudo desalado antes de que entre en la columna de destilación atmosférica. Ambos

hornos son idénticos, cada uno posee dos celdas, con quince quemadores cada una, es

decir cada horno posee treinta quemadores, por los cuales se hace pasar gas

combustible. Para que ocurra la combustión el horno tiene ingreso de O2 con el fin de

producir fuego en los quemadores y calentar el crudo desde 260 hasta 374°C.

El crudo calentado entra a la columna de destilación atmosférica (01-C-10-01) por el

plato de alimentación para ser separado en diferentes fracciones y de esta forma

obtener los cortes de producto requerido (gas tope, nafta, SRGO y residuo atmosférico).

Figura 7. Columna de Destilación Atmosférica y Productos.

La nafta que se retira de la torre está compuesta por cuatro corrientes que

posteriormente serán separadas:


32

Nafta de Pumparound

Nafta de Purga

Nafta de Reciclo Diluente

Nafta de Lavado

La corriente de nafta sale de la torre y pasa por las bombas 01-P-10-03A/B/S y en la

descarga se separa en dos corrientes una que compone las naftas de pumparound,

purga y reciclo diluente; la otra es nafta de lavado.

La nafta de pumparound, purga y reciclo diluente forman una sola corriente y pasa por

el primer tren de precalentamiento, a través de los intercambiadores 01-E-10-03A/F

para ceder calor y precalentar el crudo. Al salir pasa al enfriador de aire 01-EA-10-03

disminuyendo aún más su temperatura, y luego se separa en nafta de purga y reciclo

diluente y la nafta de pumparound.

La nafta de reciclo diluente pasa a través del enfriador de aire 01-EA-10-07 para ser

enfriada y posteriormente enviada a almacenaje.

La nafta de pumparound se une con la corriente de nafta de reflujo que sale de las

bombas 01-P-10-07A/S para entrar a los filtros 01-S-10-02A/B, con la finalidad de

eliminar las impurezas presentes en el fluido. Al salir de los filtros la nafta entra a la

columna de crudo para mantener el perfil de temperatura dentro de la columna.

La nafta de lavado se divide en dos corrientes antes de entrar a los filtros 01-S-10-

03A/B. al salir de los filtros la corriente de nafta se vuelve a unir para regresar a la

columna como nafta de lavado.

La corriente de SRGO sale de la columna de destilación a 261°C. al salir se separa en

SRGO pumparound y en SRGO no despojado. El SRGO pumparound es succionado

por las bombas 01-P-10-04A/B/S para luego precalentar el crudo en los

intercambiadores de calor 01-E-10-05A/S y 01-E-10-04A/B. Luego la corriente entra al


33

enfriador de aire 01-EA-10-02 para finalmente regresar a la columna de destilación

atmosférica, pasando antes por los filtros para eliminar impurezas y no taponar el

interior de la columna. El SRGO no despojado entra al despojador 01-C-10-02 para

retirar los livianos presentes en los vapores de SRGO. Por el tope sale una mezcla de

vapor de agua con vapores de hidrocarburo que retornan a la columna para ser

recuperados. Por el fondo, sale una corriente de SRGO no despojado que es

succionada por las bombas 01-P-10-05A/S. al salir de las bombas el SRGO pasa a

través de los intercambiadores de calor 01-E-10-06A/B para precalentar el crudo. El

SRGO sale de estos equipos a una temperatura de 171°C. Esta corriente pasa a través

del enfriador 01-EA-10-04 y al salir se mezcla con una corriente de LVGO que viene de

la unidad 1200, esta mezcla es enviada a la unidad 5300 para servir de alimentación a

NDHDT.

El residuo atmosférico sale de la columna hacia la unidad VDU para servir como

alimentación a la columna de vacío. En caso de que VDU este parada el residuo

atmosférico puede servir de alimentación a la unidad de coker, así como también

sustituir los fluidos calientes para precalentar el crudo en el tren de precalentamiento de

la unidad de destilación atmosférica.

II.3.1 UNIDAD DE DESTILACIÓN AL VACÍO (VDU)

Esta unidad constituye la segunda fase después de la destilación atmosférica del

proceso de fraccionamiento del mejorador de Sincor, esta alimenta las unidades aguas

abajo para la producción del sincrudo.

El residuo atmosférico es calentado en los hornos 01-F-20-01A/B hasta 407°C

aproximadamente para luego entrar en la columna de vacío 01-C-20-01. Allí se separan

los productos que no se separan mediante la destilación atmosférica.

El retiro total de residuo de vacío es bombeado por las bombas de residuo de vacío 01-

P-20-03A/B/S y dividido en tres corrientes:


34

1. La corriente de enfriamiento Súbito: una parte del residuo de vacío se envía al

tren de precalentamiento de crudo de CDU (01-E-10-08A/D) donde cede sus

calorías y se enfría. Esta corriente retorna a la torre para obtener la temperatura

deseada de la mezcla en el fondo de la columna (343°C). De esta forma se

mantiene la temperatura por debajo de los valores que causarían el craqueo del

crudo.

2. La porción mayor de residuo de vacío, 16263 t/d, es enviado directamente al

DCU como carga principal de esta unidad.

3. El residuo de vacío caliente restante, se enfría de 343 a 204°C en el generador

de vapor, 01-E-20-01A, donde se genera vapor de media presión.

El HVGO líquido es removido del plato de retiro de HVGO por las bombas de HVGO 01-

P-20-02AB/S. Parte del HVGO, 5514 t/d, se bombea a través de los filtros de aceite de

lavado 01-S-20-04A/B y se rocía sobre la sección de lavado como aceite de lavado. El

resto del HVGO se envía a CDU para calentar el crudo y para enfriar el HVGO pasando

primero por el lado carcaza del intercambiador 01-E-10-07A/J. Una parte del HVGO

enfriado es regresado a la torre de vacío como corriente de reciclo

El HVGO que no regresa a la torre constituye el producto HVGO. Esta corriente se

envía a la unidad de MHC. Primero se hace pasar por los intercambiadores 01-E-10-01A/D para precalentar el crudo de alimentación. La temperatura del producto HVGO

debe ser 90°C y se controla con los ventiladores 01-EA-10-10.

El LVGO líquido se bombea con las bombas de LVGO 01-P-20-01A/S. Una parte de

líquido es bombeado a los filtros de retorno 01-S-20-02A/B y rociado sobre la sección

de fraccionamiento. El reflujo interno de LVGO ayuda a mejorar el punto final del LVGO.

El resto del LVGO se envía a CDU para precalentar el crudo en los intercambiadores

01-E-10-02A/B y para enfriar el LVGO. La corriente de reciclo se envía al enfriador 01-

EA-20-01 y al enfriador de ajuste de reciclo 01-E-20-05. La temperatura de retorno es

de 49°C. El LVGO que no regresa a la columna constituye el producto LVGO y es

enviado a NDHDT. Esta corriente se mezcla con el SRGO aguas debajo de los


35

enfriadores de aire de SRGO 01-EA-10-04 en la unidad de destilación atmosférica. La

temperatura del producto es mantenida en 70°C por los enfriadores 01-EA-10-05

combinado con el 01-EA-10-08, enfriador de nafta de purga.

II.4 FUNDAMENTOS TEÓRICOS

II.4.1 TRANSFERENCIA DE CALOR La transferencia de calor es una interacción entre los fluidos y materiales a

consecuencia de un gradiente de temperatura entre ellos. Esta interacción ocurre

mediante tres mecanismos diferentes: conducción, radiación y convección.

La conducción es fundamentalmente la transferencia de energía por contacto físico en

ausencia de movimiento del material a nivel macroscópico. Este mecanismo puede

ocurrir en sólidos, líquidos o gases.

La radiación es la transferencia de calor de un cuerpo a otro mediante el movimiento

de ondas electromagnéticas a través del espacio, inclusive cuando exista vacío entre

ellos. La radiación puede ocurrir a través de gases, líquidos o sólidos; pero debido a la

mayor capacidad de absorción de energía de los medios densos, la radiación del calor

es más eficiente a través de los gases.

La convección es la transferencia de calor de un punto a otro en un fluido, gas o

líquido, debido a la mezcla y movimiento de las diferentes partes del fluido.

Existen dos mecanismos de transferencia de calor por convección, denominados

convección forzada y convección natural. En la convección forzada, el movimiento del

fluido es debido a fuerzas externas, tal como bombeo; mientras que en la convección

natural el movimiento es inducido por la diferencia de densidades resultante de la

diferencia de temperatura en el fluido. Cuando en la convección forzada la velocidad es

relativamente baja, estos factores de diferencia de densidad y de temperatura pueden

tener un efecto considerable.


36

Existen dos tipos generales de procesos: sin cambio de fase (conocida también

como calor sensible) y con cambio de fase. El proceso sin cambio de fase o calor

sensible, como su nombre lo sugiere, involucra operaciones de calentamiento y

enfriamiento de fluidos donde la transferencia de calor resulta solamente en cambios

de temperatura; mientras que en el cambio de fase (calor latente), la operación se

traduce en una conversión de líquido a vapor o de vapor a líquido; es decir,

vaporización o condensación. Muchas aplicaciones involucran ambos tipos de

procesos.

II.4.2 EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Los equipos de transferencia de calor se clasifican de acuerdo a la función que

desempeñan en [1]:

Tabla 2. Equipos de transferencia de calor de acuerdo a su función.

EQUIPO FUNCIÓN

Congelador Enfría un fluido a una temperatura inferior a la que se puede obtener, si se utiliza sólo agua como enfriador.

Condensador Condensa un vapor o una mezcla de vapores, ya sea solos o en presencia de un gas no condensable

Condensador Parcial

Condensa vapores a un punto bastante elevado para proporcionar una diferencia de temperatura suficiente para precalentar una corriente fría de un proceso. Esto ahorra calor y elimina la necesidad de proporcionar un precalentador por separado

Condensador final

Condensa los vapores a una temperatura final de almacenamiento de aprox. 37.8 C (100 F). Utiliza el enfriamiento por agua, lo que quiere decir que el calor transferido se pierde para el proceso.

Enfriador Enfría líquidos o gases por medio de agua

Intercambiador

Realiza una función doble: 1. Calienta un fluido frío por medio de un

fluido caliente 2. Un fluido caliente que se enfría

No se pierde ningún calor transferido

Calentador Aplica un calor sensible a un líquido o a un gas, mediante la condensación de vapor o Downtherm


37

Tabla 2 Continuación. Equipos de transferencia de calor de acuerdo a su función

EQUIPO FUNCIÓN

Rehervidor

Conectado a la base de una torre fraccionadora, proporciona el calor de ebullición que se necesita para la destilación. El medio de calentamiento puede ser vapor o fluido caliente proveniente del proceso

Rehervidor de Termosifón

Se obtiene la circulación natural del medio en ebullición, al mantener una carga suficiente de líquido para asegurar la circulación.

Rehervidor de

circulación forzada

Se emplea una bomba para obligar al líquido a pasar

por el rehervidor.

Generador de vapor Genera vapor para uso en cualquier punto de la planta, mediante la utilización de calor de alto nivel disponible en el alquitrán o en los aceites pesados.

Sobrecalentador Calienta un vapor por encima de la temperatura de saturación

Vaporizador Un calentador que vaporiza parte del líquido

Caldera de calor

residual

Produce vapor, es similar al generador de vapor, con la excepción de que el medio de calentamiento es un gas o un líquido caliente que se produce en una reacción química.

El tren de precalentamiento de crudo esta compuesto por intercambiadores de calor tipo

tubo y coraza por lo que son estos equipos los explicados a continuación:

II.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR

II.5.1 DEFINICIÓN

Un Intercambiador de Calor es un equipo con el único propósito de intercambiar calor

entre dos fluidos, ya sea entre dos líquidos, entre un líquido y un gas o entre dos

gases. Estos equipos recuperan calor entre dos corrientes en un proceso o entre una

corriente de proceso y una de servicio.

En los Intercambiadores de Calor se observa fundamentalmente dos mecanismos de

transferencia de energía: conducción y convección. La conducción ocurre a través de la

pared sólida de los tubos que componen el intercambiador y se debe a la diferencia de


38

temperatura existente entre la pared externa e interna de los mismos. La convección se

produce por la interacción de los fluidos a ambos lados de la pared sólida.

La función básica de los intercambiadores es la transferencia de energía térmica entre

dos o más fluidos a diferente temperatura. El calor fluye, como resultado del gradiente

de temperatura, desde el fluido caliente hacia el frío a través de una pared de

separación, la cual se le denomina superficie o área de transferencia de calor. Es decir,

no existe fuente de energía térmica en un intercambiador de calor.

En resumen, las funciones típicas de un intercambiador de calor en los procesos

industriales son las siguientes:

Recuperación de calor: la corriente fría recupera parte del calor contenido en la

corriente caliente. Es decir, calentamiento y enfriamiento de las corrientes

involucradas, las cuales fluyen simultáneamente a ambos lados del área de

transferencia de calor.

Evaporación: una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor

cambia de fase líquida a fase de vapor.

Condensación: una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor

cambia de fase de vapor a líquida.

II.6 CLASIFICACIÓN Y APLICACIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

Los intercambiadores de calor son diseñados para satisfacer requerimientos

específicos, existiendo en el mercado varios tipos que difieren en tamaño y forma.

Estos tipos son clasificados de acuerdo a diferentes criterios, tales como procesos y

mecanismos de transferencia de calor. Grado de compactibilidad de la superficie, patrón

de flujo, número de fluidos, geometría y tipo de construcción. Este último criterio

engloba un amplio rango de intercambiadores usados en la industria petrolera, los

cuales se describen a continuación. Por supuesto, existen otros tipos de

intercambiadores de calor a los cuales no se hace referencia, pero éstos no se utilizan

con frecuencia en la industria petrolera.


39

Los intercambiadores de calor pueden clasificarse en:

o Según su servicio: Refrigerador, Condensador, Enfriador, Calentador,

Rehervidor, Generadores de vapor, Sobrecalentador, Vaporizador.

o Según su configuración o construcción: Intercambiador Carcasa y Tubos,

Enfriadores de Aire, Intercambiadores de Doble Tubo, Intercambiadores de

Superficie Extendida, Intercambiadores de Láminas de Aluminio,

Intercambiadores del tipo Espiral “Hampson Coil”, Intercambiadores especiales

(Tipo Bayoneta, Superficie Raspadora, Enfriadores de Serpentín,

Condensadores de Contacto Directo, Enfriadores de Cascada,

Intercambiadores de Grafito Impermeable, Intercambiadores de Placa.

II.6.1 INTERCAMBIADORES DE TUBO Y CARCAZA

Este es el tipo de intercambiador que se utiliza comúnmente en la industria petrolera. Es

de bajo costo, fácil de limpiar y relativamente fácil de construir. Mecánicamente

resistente para soportar los esfuerzos externos e internos en las condiciones normales

de operación, debido a los cambios en temperatura y presión. Fácil de mantener y

reparar. Adicionalmente, la disponibilidad de buenos procedimientos de diseño, de

experticia y de facilidades de fabricación, aseguran el diseño y construcción exitoso de

este tipo de intercambiadores, convirtiéndoles en la primera opción a seleccionarse para

un proceso de transferencia de calor[7].

Los intercambiadores de tubo y carcaza tienen dos principales componentes: Un tubo

envoltorio, el cual contiene una gran cantidad de tubos por donde pasa el fluido que va

del lado tubo, y una armadura que se conecta con el tubo envoltorio a través de la cual

atraviesa el fluido lado carcaza.

Normalmente las carcazas contienen lengüetas o placas verticales con pequeñas

entradas en los extremos, cuyo propósito es forzar el fluido de la carcaza a pasar en

flujo cruzado sobre los tubos, creando así una mayor turbulencia y una mejoría en los

coeficientes de transferencia de calor. También sirve para aumentar la longitud de


40

trayectoria del fluido de la carcasa. El material de los tubos es usualmente hierro, hierro,

bronce o acero al carbono, entre otros, pudiendo ser utilizados a temperaturas severas.

Los tubos pueden ser limpiados internamente introduciendo una vara o utilizando un

fluido a alta presión. La superficie de afuera de los tubos en un intercambiador de

envoltorio es más fácil de limpiar, ya que la superficie de muchos de los tubos es

inaccesible.

La siguiente figura muestra un intercambiador de tubo y carcaza y sus partes:

Figura 8. Intercambiador de carcaza y tubo.

1.-Carcaza. 2.-Tubos. 3.-Placa de tubos. 4.-Deflectores. 5.-Deflector Longitudinal. 6.-

Cabezal posterior. 7.-Cabezal fijo. 8.-Boquilla de la carcaza. 9.- Boquilla para los tubos

Los intercambiadores de tubo y carcaza se diseñan de acuerdo a los estándares

publicados por la asociación de fabricantes de tubulares, conocida como TEMA (Tubular

Exchanger Manufactures Association).

TEMA presenta tres estándares para la construcción mecánica, los que especifican

diseño, fabricación y materiales a utilizar en los intercambiadores de tubo y carcaza.

Estos son:

Clase R: Para aplicaciones en petróleo y procesos relacionados


41

Clase C: Para aplicaciones en procesos comerciales Clase B: Para servicios en procesos químicos

Figura 9. Tipo de carcazas y cabezales. Nomenclatura TEMA

Un intercambiador de calor de tubo y carcaza está dividido en tres partes según TEMA:

cabezal anterior, la carcaza y el cabezal posterior.


42

Esta asociación propone un sistema de normas para la designación de los tipos de

intercambiadores, conformada por tres letras que definen completamente el equipo. La

primera letra define el cabezal anterior, la segunda al tipo de carcaza y la tercera al tipo

de cabezal posterior.

II.6.1.1 TUBOS Los tubos proporcionan la superficie de transferencia de calor entre un fluido que fluye

por ellos y otro que fluye sobre su superficie externa. Se pueden obtener de diferentes

materiales y de diferentes grosores, definidos por el calibrador Birgminham para

alambre, o también llamado calibrador BWG. Pueden o no tener aletas en la superficie

externa, cuando se trata de un fluido con un coeficiente de convección mucho menor al

del fluido interior.

Usualmente los tubos se colocan en una placa que ha sido perforada y acondicionada

para soportar su peso. Esta debe cumplir con los requerimientos mecánicos además de

soportar ataques corrosivos por parte de ambo fluidos y debe ser químicamente

compatible con el material de los tubos.

Figura 8. Placa de tubos de un intercambiador de carcaza y tubos

II.6.1.2 CARCAZA La carcaza es el recipiente para el fluido externo. Es de sección transversal circular y el

material de fabricación debe cumplir con requerimientos de alta temperatura y corrosión.

Posee unas boquillas que constituyen las vías de entrada y salida del fluido.


43

Existen seis arreglos estandarizados de carcazas en las normas TEMA clasificados

como E, F, G, H, J, K, X.

II.6.1.3 CABEZALES Los cabezales permiten la distribución del flujo que viaja por los tubos. Existen dos

tipos: fijos o anteriores y los posteriores. La facilidad de acceso a los tubos es el factor

que incide a la hora de seleccionar el cabezal fijo, mientras que la necesidad de

limpieza, el estrés térmico, el goteo y el costo, son factores que influyen en la selección

del cabezal posterior.

Tabla 3. Tipos de cabezales anteriores. Aplicaciones.

Tabla 4. Tipos de cabezales posteriores. Aplicaciones.


44

II.6.1.4 DEFLECTORES O BAFFLES Usualmente se instalan deflectores (placas) del lado de la carcaza, bien sea transversal

o longitudinalmente. Los deflectores longitudinales se usan cuando se requieren dos o

más pasos por la carcaza o para sustituir a dos carcazas tipo E en serie. Estos

deflectores son denominados también divisores de paso. Los deflectores transversales

se emplean para soportar los tubos, evitando así el pandeo y vibración y para

incrementar el coeficiente de transferencia de calor del fluido ya que variando la

distancia entre los baffles el diseñador puede modificar (en ciertos intervalos) la

velocidad del fluido por la carcaza induciendo turbulencia. Esto también afecta la caída

de presión.

Figura 10. Tipos de deflectores transversales.

II.7 BALANCE DE ENERGÍA El balance de energía en el intercambiador se formula con base a la ecuación de

energía para flujo estacionario aplicado a un volumen de control que encierra al

intercambiador. Un balance de energía entre los dos fluidos nos da como resultados:

Energía perdida por el fluido caliente = Energía ganada por el fluido frío

)()( ,,,, icocccohihhh TTCwQTTCW −==− Ec.1

Donde:

Wh: Flujo másico del fluido caliente


45

Ch: Calor específico del fluido caliente, a presión constante.

Th,j: Temperatura de entrada del fluido caliente

Th,o: Temperatura de salida del fluido caliente

Wc: Flujo másico del fluido frío

Cc Calor específico del fluido frío, a presión constante

Tc,o: Temperatura de salida del fluido frío

Tc,j: Temperatura de entrada del fluido frío

II.8 COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR, U La ley de Fourier nos permite conocer el flujo de calor transferido en los

intercambiadores de calor de tubo y coraza, esta se representa por medio de la

siguiente ecuación:

LMTD A Ud Δ××=Q 1 Ec.2

Donde Q es el calor transferido, que es directamente proporcional al área de

transferencia (A) por el coeficiente global de transferencia (Ud) junto con la diferencia de

temperatura verdadera (∆tml).

Cuando se especifica un intercambiador de calor, casi siempre se conoce o se puede

estimar sin mayor dificultad, los términos de Q y ∆tml, para condiciones de proceso

dadas. Para obtener el valor apropiado del área de calor requerida, se necesita evaluar

solamente el coeficiente Ud

El coeficiente global de transferencia de calor es el recíproco de las sumas de todas las

resistencias a la transferencia de calor encontrada, entendiendo por la resistencia la

pared del tubo (por conducción) y la resistencia de la película del fluido del lado exterior

e interior de la pared del tubo (convección).

1 LMTD: Logaritmical Medium Temperature Diference


46

La transferencia unidimensional (qx), para este sistema se expresa como:

∑∞∞ −

=RtTT

qx4,1, Ec.3

Donde 1,∞T - 4,∞T es la diferencia del total de temperatura, y la suma incluye todas las

resistencias térmicas. Por tanto:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

−= ∞∞

AhAKL

AKL

AKL

Ah

TTq

C

C

B

B

A

Ax

.4..1

4,1,

1.

1 Ec.4

De manera alternativa la transferencia de calor se relaciona con la diferencia de

temperatura y las resistencias asociadas con cada elemento. Por ejemplo:

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

−=

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

−= ∞∞

AKL

TT

Ah

TTq

A

A

sx

.

21,

1

4,1,

.1

=⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

−

AKL

TT

B

B

.

32 Ec.5

En sistemas compuestos se trabaja con un coeficiente global de transferencia, U, que

se define con una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton. En

consecuencia,

TAUqx Δ= Ec.6

Donde ∆T es la diferencia total de temperatura. El coeficiente global de transferencia de

calor se relaciona con la resistencia térmica total,

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

==

.4..1

1.

1

11

hKL

KL

KL

hAR

U

C

C

B

B

A

At

Ec.7


47

En general,

UAqTRt

1=

Δ= ∑ Ec.8

II.9 DIFERENCIA MEDIA LOGARITMICA DE TEMPERATURA Cuando se grafica la temperatura en función de la longitud del intercambiador se

presentan una situación típica. Ambas temperaturas, t (temperatura del fluido frío) y T

(temperatura del fluido caliente) varían simultáneamente, t lo hace creciendo desde t1

hasta t2 y T diminuyendo desde T1 hasta T2. Esta situación es la que describe el

intercambio de calor sin cambio de fase de ninguna de las dos corrientes. La figura de la

izquierda ilustra el caso de flujos en contracorriente, en tanto que a la derecha se

observa la disposición de corrientes paralelas.

Figura 11. Perfil de temperaturas para flujos en contracorriente y paralelo

La variación de una o ambas temperaturas puede ser lineal, pero lo habitual es que no

lo sea. En muchas ocasiones la diferencia de temperatura entre el flujo caliente y el frío

no tiene un valor constante a lo largo del intercambiador de calor, es por esta razón que

para el uso de las ecuaciones se aplica un promedio logarítmico de diferencial de

temperatura (LMTD), el cual está definido por la ecuación:

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

ΔΔ

Δ−Δ=

2

1

21

TTLn

TTLMTD Ec.9


48

1TΔ = T h,o - T c,i 2TΔ = T h,i - T c,o

Th,j: Temperatura de entrada del fluido caliente

Th,o: Temperatura de salida del fluido caliente

Tc,j: Temperatura de entrada del fluido frío

Tc,o: temperatura de salida del fluido frío.

II.10 ENSUCIAMIENTO O FOULING El ensuciamiento es la deposición de materiales indeseables sobre la superficie del

intercambiador, lo que incrementa la resistencia a la transferencia de calor. Este

fenómeno es muy complejo y puede ser causado por sedimentación, cristalización,

reacción química, polimerización, coquificación, crecimiento de materia orgánica como

algas y corrosión. Estos mecanismos pueden operar independientemente uno de los

otros o en paralelo. La velocidad de ensuciamiento está controlada por relaciones

físicas y químicas que están afectadas por las condiciones de operación, entre ellas

tenemos:

Velocidad de los Fluidos: afecta de manera moderada a fuerte todos los

mecanismos de ensuciamiento.

Temperatura de la superficie: afecta mucho de los procesos de ensuciamiento,

particularmente la cristalización y reacción química.

Temperatura de bulbo de fluido: afecta la rata de reacción y cristalización.

Materiales de construcción: pueden ejercer acciones catalíticas y corrosión.

Superficie: la rugosidad, tamaño y cavidades pueden afectar la sedimentación y

la tenencia a la adherencia de depósitos.

II.10.1 TIPOS DE ENSUCIAMIENTO Los depósitos de sucio pueden ser creados por diferentes mecanismos y cada uno de

ellos depende de varias variables. Además, dos o más mecanismos pueden ocurrir en

conjunto en un servicio dado. En la siguiente tabla se identifican la mayoría de los

mecanismos de ensuciamiento:


49

Tabla 5. Mecanismos de ensuciamiento y tipos de depósitos.

MECANISMO DE ENSUCIAMIENTO

APROXIMACIÓN / CAUSAS

TRANSFORMACIÓN DEL DEPÓSITO

Deposición de partículas

Pequeñas partículas en la superficie

Afectado por velocidad más que por la temperatura de

la pared

Aglomeración

Cristalización Iones o cristales Influencia por la

temperatura

Cristalización y orientación de cristales en una

estructura coherente

Congelamiento Moléculas en solución Estructura continua de material sólido

Corrosión Moléculas agresivas

Reacción química con la superficie produciendo nuevos componentes

químicos que forman una estructura continua

Reacción Química Iones o radicales Polímeros

Bioensuciamiento Microorganismos y nutrientes

Matriz de células y polímeros extracelulares

Sistemas mezclados Cualquier mezcla de los sistemas anteriores

Matrices complejas de partículas y químicos unidos en productos

extracelulares II.10.2 FACTOR DE ENSUCIAMIENTO O FACTOR DE OBSTRUCCIÓN Cuando hay resistencia por ensuciamiento (Rd), la resistencia térmica aumenta y el

intercambio de calor transfiere una cantidad de energía menor que la señalada por

diseño. Si el coeficiente global de transferencia de calor incluye las resistencias por

ensuciamiento se le denomina Coeficiente Global para intercambiador sucio o de diseño

(Ud). Si estas resistencias no son incluidas, el coeficiente global dependerá solo de las

características y magnitud del flujo, de las temperaturas medidas, junto con las

propiedades del intercambiador y de los fluidos. A este coeficiente se le llama

Coeficiente Total Limpio (Uc). Estos términos se relacionan mediante la siguiente

expresión:

RdUcUd

+=11


50

Sí se supone el Rdi, como el factor de obstrucción para el fluido del tubo interior a su diámetro interior y Rdo el factor de obstrucción para el fluido del ánulo en el diámetro exterior del tubo interior

RdoRdiRd += Estas resistencias se pueden apreciar en la figura:

Figura 12. Factores de obstrucción y Coeficientes de transferencia de calor. II.10.3 LIMPIEZA Y REDUCCIÓN DEL ENSUCIAMIENTO Como la formación del sucio no puede ser prevenida, es necesario realizar previsiones

para la eliminación parcial periódica. La limpieza puede ser química o mecánica, esto

depende del tipo de intercambiador y de la cantidad de sucio presente en él. La

aplicación de limpieza química es una especialidad y debe ser aplicada solo bajo la

guía de un especialista. No requiere levantamiento del equipo ni desmontaje del

conducto, es la técnica más conveniente cuando el intercambiador es del tipo cabezal

fijo.

Hay varias técnicas para la limpieza mecánica del ensuciamiento. Por ejemplo, el

raspado o cepillado rotatorio se limita a aquellas superficies que pueden alcanzarse por

las herramientas de raspado en el lado de la carcaza por el uso de grandes despejes

entre los tubos y/o el uso de diseño del tubo cuadrado rotado. Es muy común utilizar

altas velocidades en inyecciones de agua por el lado tubo y por el lado carcaza.

Rdo

hi

ho

Rd


51

A medida que ha transcurrido el tiempo, las técnicas de limpieza han ido evolucionando

y con ello han aumentado su efectividad. A continuación se presenta una serie de

tecnologías de auto limpieza de intercambiadores:

Sistema Automático de Cepillado de los Tubos (ATB)

Este sistema permite limpiar el intercambiador sin tener que sacarlo de operación. El

sistema elimina el sucio tan frecuente como sea necesario. El ATB trabaja insertando un

cepillo con cerdas de nylon dentro de cada tubo y en el final de los tubos unas jaulas de

plástico, esta instalación es permanente.

Sistema de Limpieza con Bolas

Este sistema trabaja con la circulación continua de unas bolas de esponjas especiales a

través de los tubos del intercambiador. Las bolas son ligeramente más pequeñas que el

diámetro interno de los tubos, limpiado así sus paredes. Se inyectan una gran cantidad

de estas bolas dentro del lado de la corriente del intercambiador de calor para asegurar

que cada tubo será limpiado. Aguas abajo las bolas son capturadas en una sección

especial con colador para luego ser almacenadas en un tanque.


52

CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO En este capítulo se presenta la metodología utilizada, tipo de investigación y estrategias

empleadas para el logro de los objetivos propuestos, el contenido del modelo elaborado

para evaluar el nivel de ensuciamiento y el rendimiento de los intercambiadores de

calor, así como los recursos necesarios para poder desarrollar por completo el tema en

estudio.

El trabajo realizado fue de tipo descriptivo, dado a que el estudio consistió en la

elaboración de un modelo y simulación que permita evaluar el grado de ensuciamiento

de los intercambiadores de calor del tren de precalentamiento de crudo de la unidad de

destilación atmosférica empleando los criterios de diseño y de operación de los mismos.

III.1 POBLACIÓN Y MUESTRA La población de este estudio esta representada por el complejo mejorador de crudo

extrapesado de sincor. A su vez la muestra la componen los intercambiadores de calor

de tubo y carcaza de flujo monofásico que integran el tren de precalentamiento de crudo

de la unidad de destilación atmosférica.

A continuación se mencionan los intercambiadores de calor evaluados:

Tabla 6. Intercambiadores de calor que componen el Tren de Precalentamiento de

Crudo de CDU.

TAG SERVICIO CRITICIDAD

01-E-1001A/D Crudo Diluido / HVGO Producto Alta Velocidad / Altas Temperaturas

01-E-10-02A/B Crudo Diluido / LVGO Alta Velocidad / Altas Temperaturas

01-E-10-03A/F Crudo Diluido / Nafta Pump Alta Velocidad / Altas Temperaturas

01-E-10-04A/B Crudo Diluido / SRGO Pump. Alta Velocidad / Altas Temperaturas

01-E-10-05A/S Crudo Desalado / SRGO Pump. Alta Velocidad / Altas Temperaturas

01-E-10-06A/B Crudo Desalado / SRGO Producto Alta Velocidad / Altas Temperaturas

01-E-10-07A/J Crudo Desalado / HVGO Alta Velocidad / Altas Temperaturas

01-E-1008A/D Crudo Desalado / Residuo de Vacío Alta Velocidad / Altas Temperaturas


53

Los criterios utilizados para designar la criticidad a los intercambiadores de calor son los

siguientes:

Altas Temperaturas (>50°C): a partir de esta temperatura se inicia la

precipitación de sales como el carbonato de calcio, esto depende de la

solubilidad de las sales.

Bajas velocidades (<0.91 m/s): tendencia a la deposición y ensuciamiento por

sólidos en suspensión.

Altas velocidades (>1.52 m/s): genera cierta tendencia a la corrosión, arrastre y

erosión.

Equipos verticales, por efecto de la gravedad suelen depositarse los sólidos

suspendidos en la parte inferior del equipo, generándose corrosión en este

punto.

Tubos con diámetros pequeños, ocasionan una alta caída de presión, disminuye

la velocidad del fluido por lo que se tiende a la deposición y ensuciamiento.

Todos los intercambiadores están construidos de material acero al carbono por

el lado casco y por el lado tubo (tubos, deflectores, etc.), estos están sometidos

a altas temperatura lo cual los hace susceptible a corrosión nafténica.


54

III.2 ACTIVIDADES Y RECURSOS NECESARIOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS

Tabla 7. Actividades y recursos necesarios para el logro de los objetivos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

ACTIVIDADES REALIZADAS

RECURSOS

Recopilar información relevante de los

intercambiadores de calor del tren de

precalentamiento de CDU

.- Revisar teoría del Proceso.

.- Identificar los equipos a simular y su interacción con

las demás unidades. .- Realizar base de datos

en Excel con datos requeridos para evaluar el

desempeño de los intercambiadores.

Manuales de operación

P&ID y PFD de las unidades de destilación

atmosférica y vacío.

Data Sheet de los intercambiadores de calor

Modelar en Hextran los intercambiadores de calor

.- Realizar modelos y esquemas para identificar como se calculará en el simulador el factor de

obstrucción. .- Adiestramiento en el uso

del simulador Hextran

Manual Hextran

Tutorial Hextran

Realizar una simulación “base” considerando las

condiciones de diseño de cada intercambiador

.- Ingresar información requerida al simulador para

determinar el factor de ensuciamiento

.- Realizar las corridas

Hextran

Base de Datos

Verificar la Instrumentación y recolectar datos del tren

de precalentamiento

.- Identificar los instrumentos de medición

de las variables a controlar (Temperatura, Presión, Flujo) tanto del lado de

proceso como de servicio.

.- Preparar sumario de operación

.- Obtener data no disponible en el sistema

DCS en campo

PI processbook

Pirómetro

Medidores de presión

Indicadores de Temperatura

Validar condiciones de diseño y operación normal.

.- Realizar corridas semanales desde

04/02/2004 al 07/07/2004 con la data antes referida

Hextran

Sumario de Operación


55

III.3 INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

La principal herramienta utilizada para el desarrollo de este proyecto es el simulador

HEXTRAN. Éste es un simulador de procesos de transferencia de calor que ofrece una

serie de aplicaciones que permiten evaluar de una manera más sencilla los equipos

utilizados para la transferencia de calor. También se pueden diseñar nuevos sistemas

para maximizar la eficiencia de los equipos e identificar problemas potenciales.

Entre las principales herramientas que ofrece HEXTRAN tenemos:

Herramienta de Diseño: permite diseñar sistemas sencillos y complejos de

sistemas de transferencia de calor, reduciendo costos y facilitando flexibilidades

en el proceso.

Herramienta de Operaciones: se pueden identificar las limpiezas intensivas y la

predicción de futuros desempeños.

Hextran utiliza correlaciones que se ajustan mejor para el cálculo de los equipos

térmicos, reporta resultados altamente confiables y precisos. Igualmente requiere datos

de diseño del equipo que fácilmente se encuentran en las hojas de especificaciones del

mismo. Además de esto, posee una amplia librería que contiene una gran variedad de

compuestos, propiedades de los mismos y métodos termodinámicos que sirven de base

para predecir cualquier otra propiedad y comportamiento de los compuestos

involucrados en el proceso en estudio.

Sin importar el tipo de simulación que se quiera correr en HEXTRAN, los pasos básicos

para construir un diagrama de flujo y obtener resultados confiables son los siguientes:

1. Crear un nuevo problema en el directorio

2. Especificar el sistema de unidades de cálculo

3. Seleccionar el tipo de calculo a realizar (diseño o seguimiento)

4. Definir los componentes involucrados en el sistema

5. Seleccionar el método termodinámico más adecuado.


56

6. Construir el diagrama de flujo del proceso escogiendo los equipos a simular y

conectarlos de la manera deseada.

7. Introducir la data disponible tanto para las unidades de proceso como para las

corrientes asociadas a ellas,

8. Correr la simulación

9. Analizar los resultados.

HEXTRAN ofrece tres sistemas de unidades: Inglesa, métrica y Sistema Internacional.

El sistema utilizado para evaluar los intercambiadores antes mencionados fue el

métrico, dado que la data está disponible en el sistema métrico.

El tipo de cálculo utilizado fue simulación. El intercambiador de carcaza y tubo riguroso

puede ser simulado como un intercambiador en uso o un intercambiador a ser diseñado.

Para cualquiera de los dos casos HEXTRAN calcula el coeficiente de transferencia de

calor y la caída de presión rigurosamente. Además se puede especificar las

temperaturas de salida de cada equipo, perfiles de temperatura, calidad del líquido de

salida y/o Duty del intercambiador.

Los componentes a ser utilizados se pueden escoger de una amplia lista que contiene

HEXTRAN en su base de datos. Si se desea utilizar componentes de petróleo, se

necesitan al menos, dos de tres propiedades, entre las cuales son: Peso molecular,

Gravedad API ó el NBP de cada componente. Usualmente se utilizan los diferentes

tipos de destilaciones disponibles para cada producto, necesitando solamente un

promedio de la gravedad API. Igualmente se hace necesario obtener una buena data de

viscosidad de los productos que se van a evaluar.

Para la simulación en el caso de diseño de los intercambiadores de calor del tren de

precalentamiento de CDU se utilizaron las destilaciones encontradas en el manual de

operación de la planta, las cuales se muestran a continuación para cada producto

utilizado, además de las propiedades físicas necesarias para tal fin:


57

• Gases de Venteo Flujo, Kg./h 5059 Composición, %mol. C1 86,5 C6 6,6 H2O 6,8 H2S trazas

• NAFTA

Densidad, °API 46,93 Sulfuros, %P 0,25 Nitrógeno, ppm 1,03 Viscosidad a 38°C (100°F), cSt 0,90 Viscosidad a 99°C (210°F), cSt 0,52

Destilación ASTM D-86 % V/V °C IBP 107 10 123 30 132 50 144 70 163 90 202 EP 278

• SRGO

Densidad, °API 24,69 Sulfuros, %P 2,10 Nitrógeno, ppm 223 Viscosidad a 38°C (100°F), cSt 4,20 Viscosidad a 99°C (210°F), cSt 1,30


58

Destilación ASTM D-86 % V/V °C IBP 160 10 234 30 266 50 290 70 309 90 336 EP 376

• Residuo Atmosférico

Densidad, °API Sulfuros, %P Nitrógeno, ppm Viscosidad a 99°C (210°F), cSt Viscosidad a 200°C (392°F), cSt Ni + V, ppm Concarbon, ppm

6,27 4,03 7 240 5 000 28 567 16,27

Destilación ASTM D-1160

%V/V IBP 10 30 50 70 90 EP

348 376 490 596 688 810 949

• LVGO

Densidad, °API Sulfuros, %P Nitrógeno, ppm Viscosidad a 38°C (100°F), cSt Viscosidad a 99°C (210°F), cSt

19,72 2,82 569 10,5 2,2


59


% V/V IBP 10 30 50 70 90 EP

°C 192 289 325 343 361 382 424

• HVGO

Densidad, °API Sulfuros, %P Nitrógeno, wppm Viscosidad a 38°C (100°F), cSt

12.92 3.43 2902 500

Destilación ASTM D-1160 % V/V IBP 10 30 50 70 90 EP

°C 344 391 425 458 496 543 614

• Residuo de Vacío

Densidad, °API

Sulfuros, %P Nitrógeno, ppm Viscosidad a 38°C (100°F), cSt Viscosidad a 99°C (210°F), cSt

1,33 4,49 10 075 192 750 2781


60


% V/V

IBP 10 30 50 70 90

EP

°C 338 573 635 686 740 880 949

• Crudo Diluido Densidad, °API Viscosidad a 40 °C ASTM D-445-96

15.8 229.2

Destilación D-53072

%V/V °C 1 95.68 5 121.13 10 142.9 15 159.06 20 180.14 25 213.45 30 262.22 35 314.13 40 358.01 45 394.31 50 430.27 55 462.13 60 496.34

III. 4 MODELO TERMODINÁMICO Las ecuaciones matemáticas empleadas en el modelo de simulación están basadas,

bien en suposiciones referentes al proceso real o en simplificaciones del mismo, lo cual

les resta generalidades. Esto impone restricciones en el rango de validez de los

resultados del modelo. Asimismo, las ecuaciones termodinámicas para la predicción de

los equilibrios de las fases y propiedades de los fluidos pueden estar limitadas a ciertos

2 D-5307: Destilación hasta 538°C (1000°F)


61

rangos de presión y temperatura, o por la presencia o concentración de ciertos

compuestos.

Los métodos termodinámicos recomendados para sistemas de hidrocarburos se

concentran dentro de la categoría de ecuaciones de estado, las cuales son expresiones

matemáticas que relacionan la densidad, temperatura, presión y composición del fluido.

A partir de una ecuación de estado se puede calcular tanto las constantes de equilibrio

de los componentes, como las entalpías y entropías.

Entre los métodos termodinámicos que podemos encontrar en HEXTRAN figuran los

siguientes:

Grason-Streed (GS): este método se emplea para mezclas con hidrógeno e

hidrocarburo. Generalmente se utiliza en la refinación de hidrocarburos livianos

con distintos rangos de aplicación, tanto para presiones menores a 200 bar

como temperaturas entre -18 y 450 °C.

Soave-Redlich-Kwong (SRK) y Peng Robinson (PR): este modelo esta orientado

a sistemas que estén compuestos por hidrocarburos. Se obtienen excelentes

resultados en los siguientes rangos de presión de 0 a 350 bar y temperaturas

entre -50 y 650°C.

Petro: este método es empleado para añadir corrientes de hidrocarburos. Se

emplea para el cálculo de viscosidades, tensión superficial y conductividad.

Curl-Pitzer: esta correlación puede ser usada para la determinación de entropías

de las fases líquidas y la fase vapor de hidrocarburos

Costald: éste método se emplea comúnmente para el cálculo con compuestos

líquidos y ofrece resultados rigurosos. También se aplica para hidrocarburos

livianos.


62

El método termodinámico utilizado en la simulación del tren de precalentamiento fue

Soave-Redlich-Kwong (SRK), dado que las presiones y temperaturas a las cuales

operan los intercambiadores se encuentran dentro de los rangos que éste método

indica. Para las propiedades de transporte de utilizó el método Petro.

III.5 CONTENIDO DEL TRABAJO ELABORADO El proyecto llevado a cabo permitió evaluar el desempeño de los intercambiadores de

calor de tubo y coraza del tren de precalentamiento de crudo de CDU del complejo

mejorador de crudo de sincor desde febrero hasta julio del año 2004, esto por medio de

la determinación del factor de obstrucción, generando diagramas, tendencias y

monitoreando las variables principales de proceso.

Para ello se elaboró una base de datos la cual contiene la información de las variables

de proceso, propiedades de los fluidos, en general la data requerida para poder

determinar el factor de ensuciamiento de los intercambiadores de calor antes

mencionados. Toda esta data se obtuvo de las hojas de especificaciones de los

intercambiadores de calor para la simulación del caso de diseño.

Las condiciones de proceso necesarias para ambos fluidos (caliente y frío) son:

Temperatura de entrada y salida

Flujos Másicos

Capacidades Caloríficas

Conductividades térmicas

Densidades

Viscosidades

Caídas de presión permisibles

Las especificaciones de diseño requeridas del intercambiador son:

Para el lado de la carcaza:


63

Número de pasos

Arreglo y disposición de los tubos

Espaciado entre los centros de los tubos

Diámetro interno

Para el lado de los tubos:

Longitud de los tubos

Diámetro externo

BWG ( espesor de la pared del tubo)

Número de pasos.

En el Apéndice B se ubica la base de datos elaborada, obtenida mediante las hojas de

especificaciones de los intercambiadores de calor

III.5.1 METODOLOGÍA PARA LA VALIDACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR EN HEXTRAN

En este punto se explicará la metodología a seguir para la validación y evaluación de

los intercambiadores de calor en HEXTRAN. Este procedimiento se aplicó a los

intercambiadores de calor del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

Los pasos a seguir son los siguientes:

Definición de las corrientes que pasan por la carcaza y por los tubos. Como se

mencionó anteriormente HEXTRAN posee una extensa librería para la

identificación de los componentes de cada flujo, así como también permite el uso

de las destilaciones para generar los pseudocomponentes apropiados.

El sistema de unidades utilizado es el sistema métrico para toda la data

requerida.


64

El método termodinámico empleado fue el Soave-Redlich-Kwong (SRK) por

tratarse de fluidos con hidrocarburos

El tipo de intercambiador utilizado es el riguroso, ya que este modelo evalúa el

diseño de un intercambiador de carcaza y tubo existente con fluido monofásico

Definición de las corrientes que entran al intercambiador, introducción de datos

termodinámicos, así como los flujos molares de cada componente

Introducción de datos de especificaciones mecánicas y de diseño de los

intercambiadores, extraídos de las hojas de especificaciones de los equipos.

Se consideró como opción de cálculo fijar una temperatura de salida, ya que

bajo esta modalidad el simulador calcula el grado de ensuciamiento (fouling) y el

calor transferido (Duty).

En el apéndice C se encuentra una guía con los pasos a seguir para validar y evaluar

los intercambiadores de calor de carcaza y tubo de manera detallada en HEXTRAN

III.5.2 PROCEDIMIENTO PARA LA VALIDACIÓN DEL MODELO DESARROLLADO Luego de realizar la simulación para el caso de diseño y obtener resultados similares a

la hoja de especificaciones de cada intercambiador, se procedió a validar este modelo

con datos operacionales de los intercambiadores de calor de tubo y carcaza del tren de

precalentamiento de la unidad de destilación atmosférica (CDU).

Para ello se recopiló data operacional a través del programa PI-Data link. Este permite

obtener en tiempo real los valores de las variables de operación a través de los

diferentes medidores y controladores ubicados en planta y conectados a un servidor.

Esta data se obtuvo desde 04/02/2004 hasta el 07/07/2004, con intervalos de una

semana. Se obtuvo valores de temperatura, flujo y presión, tanto de las corrientes de

entrada como las de salida de los intercambiadores. Todas las propiedades físicas y


65

destilaciones de los productos fueron obtenidas de los resultados semanales hechos en

el laboratorio de Sincor.

En el apéndice D se encuentra toda la data operacional obtenida para este intervalo de

tiempo, así como los correspondientes medidores y controladores de cada equipo.

Teniendo toda la data necesaria, se determinó el valor del factor de obstrucción

empleando el simulador HEXTRAN y se comparó con el valor de diseño. Este factor de

obstrucción se graficó en función del tiempo para observar la tendencia al

ensuciamiento en cada equipo.

Adicionalmente se realizó una simulación detallada de cada intercambiador de calor del

tren de precalentamiento. Como no se cuenta con medidores de temperatura ni de

presión a la salida y entrada de los equipos individuales, estas variables se midieron en

campo con los equipos destinados para tal fin. Para la medición de la temperatura se

utilizó una pistola provista con un pirómetro que permite hacer medidas de temperaturas

a ciertas distancias del equipo. Como todo equipo de medición, esta pistola toma las

temperaturas con cierto rango de error, por lo que se elaboró una curva de calibración

con toda la data recogida. Esto permite tener cierto grado de certeza a la hora de

realizar cualquier medición con este equipo.

Igualmente se realizó un perfil de presiones del tren de precalentamiento, haciendo las

medidas en los puntos donde no se encontraban medidores de presión ya instalados.

III.5.3 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN DEL CIRCUITO DE NAFTA DE CDU Debido a la necesidad de mantener un volumen de nafta diluente para garantizar un

crudo diluido de 16°API y con el fin de evaluar los escenarios de los productos para la

parada general de planta a realizarse en octubre del año 2004, se ha hecho necesario

evaluar la condición actual del circuito de nafta de la unidad de destilación atmosférica.

Dicha evaluación abarca a los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F con el fin de

determinar el grado de ensuciamiento que presentan y observar su tendencia a lo largo


66

del tiempo. Para ello se realizó la simulación detallada de estos equipos y se tomo data

desde febrero hasta julio de 2004. Las propiedades y destilaciones de los productos

fueron tomadas de los análisis rutinarios hechos en laboratorio.

III.5.4 EVALUACIÓN DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE CDU BAJO EL CASO DE E-1001 Y E-1007 FUERA DE SERVICIO

Durante la evaluación del tren de precalentamiento de crudo se encontraban fuera de

operación tres intercambiadores de los nueve que conforman el grupo 01-E-10-07A/J.

Aprovechando la simulación integral y detallada de este tren, se realizó un estudio de

factibilidad para poner fuera de operación dos de los cuatro intercambiadores que

conforman el grupo 01-E-10-01A/D, y así poder determinar la variación de temperatura

que presentaría el crudo a la entrada del horno, como también calcular la cantidad de

combustible adicional necesario para cumplir con la temperatura de entrada de la torre

de destilación atmosférica.

La simulación llevada a cabo se realizó en tres etapas:

Data de operación Marzo04: contempla el funcionamiento de todos los equipos

del tren de precalentamiento.

Data de operación Mayo04: este punto incluye la salida de operación de tres

intercambiadores del grupo 01-E-10-07A/J

E-1001 y E-1007 fuera de operación (caso especial): aquí se incluye la salida de

una pareja de intercambiadores del E-1001 más los tres intercambiadores del E-

1007.


67

CAPÍTULO IV. RESULTADOS Tabla 8. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-01A/D.

01-E-10-01 Carcaza Tubos Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e(%) Fluido HVGO CRUDO Flujo(kg/h) 347756 347756 0 1776914 1776914 0 Tin(°C) 210 210 0 35 35 0 Tout(°C) 90 90,9 0,99 62 62,5 0.8 Presin(bar) 11,1 13,41 17,23 29,3 30,33 3,52 Presout(bar) 10,78 0 26,84 0 Densidad(kg/m3) 836/926 836/926 0/0 939/919 939/919 0/0 Viscosidad (cp) 1,60/21,65 1,60/21.07 0/2 282,6/76,59 282,6/76,59 0/0 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,34/1,96 2,34/1,98 0/1 1,78/1,88 1,78/1,88 0/0 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,001623 0,0009 4 0,001623 0,0009 4 Rata Transferencia(W/m2°C) Diseño Simulado e (%) (servicio/limpio) 77/88 77,68/83,3 0,88/0,34 AREA/UNIT(m2) 3461 3461 0 Calor Transferido(kW) 24701 25028 1,32 LMTD (corregido) 92,9 93,1 0,22

Tabla 9. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-02A/B. 01-E-10-02 Carcaza Tubos Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e (%) Fluido CRUDO LVGO Flujo(kg/h) 1776914 1776914 0 698798 698798 0 Tin(°C) 62 62,5 0,8 127 127 0 Tout(°C) 78 78,3 0,38 87 89 2,30 Presin(bar) 24,83 26,84 8,10 17,53 17,53 0 Presout(bar) 25,72 0 16,64 0 Densidad(kg/m3) 919/907 919/907 0/0 851/882 851/880,42 0/0,18 Viscosidad (cp) 76,59/38,75 74,8/38,45 2,34/0,77 1,30/2,48 1,30/2,42 0/2 Calor especifico(kJ/kg°C) 1,88/1,94 1,88/1,94 0/0 2,08/1,93 2,08/1,94 0/0 Fouling Resistance(m2°C/W) 0.00137 0.00108 21,68 0.00137 0.00108 21,68 Rata Transferencia(W/m2°C) Diseño Simulado e (%) (servicio/limpio) 246/372 226,27/299,51 8,02/19,5 AREA/UNIT(m2) 1960 1961 0,05 Calor Transferido(kW) 15416 14877,58 3,49 LMTD (corregido) 31,9 33,5 5,02


68

Tabla 10. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-03A/F.

01-E-10-03 Carcaza Tubos Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e (%) Fluido CRUDO NAFTA Flujo(kg/h) 1776914 1776914 0 2244161 2244161 0 Tin(°C) 78 78,3 0,38 157 157 0 Tout(°C) 131 131 0 120 121,5 1,25 Presin(bar) 21,73 25,72 18,36 14,43 14,43 0 Presout(bar) 24,16 0 13,60 0 Densidad(kg/m3) 907/867 906,8/867 0,02/0 668/703 668/701,77 0/0,17 Viscosidad (cp) 38,75/9,68 38,45/9,68 0,77/0 0,28/0,32 0,28/0,32 0/0 Calor especifico(kJ/kg°C) 1,94/2,14 1,94/2,14 0/0 2,44/2,22 2,44/2,24 0/0,9 Fouling Resistance(m2°C/W) 0.001276 0,001425 11,68 0.001276 0,001425 11,68 Rata Transferencia(W/m2°) Diseño Simulado e (%) (servicio/limpio) 295/473 283,11/474,4 4,03/0,31 AREA/UNIT(m2) 5964 5964 0 Calor Transferido(kW) 53563 53141 0,79 LMTD (corregido) 30,5 31,5 3,28

Tabla 11. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-04A/B. 01-E-10-04 Carcaza TUBOS Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e (%)

Fluido SRGO CRUDO

Flujo(kg/h) 1192081 1192081 0 1776914 1776914 0 Tin(°C) 246 246,3 0,12 131 131 0 Tout(°C) 206 208,2 1,07 161 160,4 0 Presin(bar) 14,03 14,3 1,92 18,73 24,16 5,40 Presout(bar) 13,81 0 23,09 0 Densidad(kg/m3) 706/740 706/739 0/0,14 867/844 867/844 0/0 Viscosidad (cp) 0,29/0,36 0,29/0,36 0/0 9,68/5,66 9,68/5,66 0/0 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,59/2,44 2,59/2,44 0/0 2,14/2,21 2,14/2,21 0/0 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,001278 0,001008 21,1 0,001278 0,001008 21,1 Rata Transferencia(W/m2°C) Diseño Simulado e (%) (servicio/limpio) 266/403 250,89/335,77 5,68/16,68 AREA/UNIT(m2) 1603 1603 0 Calor Transferido(kW) 32772 31828 2,88 LMTD (corregido) 76,9 79,1 2,86


69

Tabla 12 .Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-05A/S.

01-E-10-05 Carcaza Tubos Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e (%) Fluido SRGO CRUDO Flujo(kg/h) 1192061 1192061 0 1776914 1776914 0 Tin(°C) 261 261 0 154 154 0 Tout(°C) 246 246,3 0,12 165,3 165,3 0 Presin(bar) 14,73 14,73 0 43,2 43,20 0 Presout(bar) 14,30 0 42,51 0 Densidad(kg/m3) 693/706 693/706 0/0 850/841 850/841 0/0 Viscosidad (cp) 0,27/0,29 0,27/0,29 0/0 5,69/4,82 5,69/4,82 0/0 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,60/2,59 2,60/2,59 0/0 2,23/2,28 2,23/2,28 0/0 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,001219 0,001024 16 0.001219 0.001024 16 Rata Transferencia(W/m2°) Diseño Simulado e (%) (servicio/limpio) 311/501 329,32/496,8 5,89/0,8 AREA/UNIT(m2) 416 416 0

Calor Transferido(kW) 12089 12800 5,88 LMTD (corregido) 93,5 93,5 0

Tabla 13. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-06A/B. 01-E-10-06 Carcaza Tubos Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e (%)

Fluido SRGO Crudo Flujo(kg/h) 151016 151016 0 1776914 1776914 0 Tin(°C) 242 242 0 165,3 165,6 0 Tout(°C) 174 176 0 171,4 171,6 0 Presin(bar) 9,63 9,63 0 43,51 43,54 0,03 Presout(bar) 9,60 0 42,29 0 Densidad(kg/m3) 726/782 726/780,32 0/0,21 841/837 841/837 0/0 Viscosidad (cp) 0,32/0,50 0,32/0,49 0/2 4,82/4,40 4,82/4,40 0/0 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,62/2,36 2,62/2,39 0/0,03 2,28/2,30 2,28/2,30 0/0 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,001271 0,001046 17 0,001271 0,001046 17 Rata Transferencia(W/m2°C) Diseño Simulado e (%) (servicio/limpio) 283/442 246,84/332,78 13/24 AREA/UNIT(m2) 960 959 0,1 Calor Transferido(kW) 6898 6785 1,64 LMTD (corregido) 25,4 28,7 11


70

Tabla 14. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-07A/J.

01-E-10-07 Carcaza Tubos Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e (%) Fluido HVGO Crudo Flujo(kg/h) 1959744 1959744 0 1776914 1776914 0 Tin(°C) 267 267 0 171,4 171,6 0 Tout(°C) 210 210,4 0,19 235,4 236,2 0,4 Presin(bar) 15,73 15,73 0 38 42,29 10 Presout(bar) 13,41 0 39,67 0 Densidad(kg/m3) 794,2/836 794/836 0/0 836,7/788,7 837/788,7 0/0 Viscosidad (cp) 0,92/1,60 0,92/1,60 0/0 4,40/2,04 4,40/2,04 0/0 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,56/2,34 2,56/2,34 0/0 2,30/2,55 2,30/2,55 0/0 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,00154 0,00086 21 0,00154 0,00086 21 Rata Transferencia(W/m2°C) Diseño Simulado e (%) (servicio/limpio) 277/484 282,71/373,51 2,06/22 AREA/UNIT(m2) 8325 8327 0,02 Calor Transferido(kW) 75408 76722 1,74 LMTD (corregido) 32,72 32,6 0,3

Tabla 15. Comparación entre los valores obtenidos en la simulación para el caso diseño y el valor teórico para el equipo 01-E-10-08A/D. 01-E-10-08 Carcaza Tubos Diseño Simulado e (%) Diseño Simulado e (%) Fluido RV Crudo Flujo(kg/h) 1013474 1013474 0 1776914 1776914 0 Tin(°C) 343 343 0 235,4 236,2 0,34 Tout(°C) 302 305,1 1,02 260 259,5 0,19 Presin(bar) 16,4 16,53 0,79 34 39,67 16 Presout(bar) 15,24 0 38,31 0 Densidad(kg/m3) 829/859 829/859 0/0 789/769 789/769 0/0 Viscosidad (cp) 8,2/15,7 8,2/15,7 0/0 2,04/1,65 2,04/1,65 0/0 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,73/2,58 2,73/2,58 0/0,01 2,55/2,65 2,55/2,65 0,/0 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,00233 0,002063 11 0,00233 0,002063 11 Rata Transferencia(W/m2°C) Diseño Simulado e (%) 69 (servicio/limpio) 199/371 183,82/296,15 7/20,2 AREA/UNIT(m2) 2124 2124 0 Calor Transferido(kW) 31125 29476 5,29 LMTD (corregido) 73,8 75,5 2,3


71

Tabla 16. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

01-E-10-01A/D CARCAZA TUBOS Fluido HVGO CRUDO Flujo(kg/h) 328000 1701000 Tin(°C) 198 56 Tout(°C) 107.7 76 Presin(bar) 17.94 42 Presout(bar) 17.67 41,39 Densidad(kg/m3) 890/940 908,4/895,1 Viscosidad (cp) 1,98/9 1,76/1,31 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,31/1,97 1,83/1,91 Rata Transferencia(W/m2°C)

(servicio/limpio)

62,92/269,9 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,01173 AREA/UNIT(m2) 3461 Calor Transferido(kW) 17632 LMTD (corregido) 81

Tabla 17. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU

01-E-10-02A/B TUBOS CARCAZA Fluido LVGO CRUDO Flujo(kg/h) 819000 1701000 Tin(°C) 125 76 Tout(°C) 95 91 Presin(bar) 17,53 41,39 Presout(bar) 16,38 40,93 Densidad(kg/m3) 880/898 895/885 Viscosidad (cp) 1,49/2,27 1,31/1,08 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,08/1,94 1,91/1,97 Rata Transferencia(W/m2°C) (servicio/limpio) 312,68/440,09 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,001453 AREA/UNIT(m2) 1961 Calor Transferido(kW) 13720 LMTD (corregido) 22,4


72

Tabla 18. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

01-E-10-03A/F CARCAZA TUBOS Fluido CRUDO NAFTA Flujo(kg/h) 1701000 2424000 Tin(°C) 91 141

Tout(°C) 126 120 Presin(bar) 40,93 17 Presout(bar) 39,96 16,11 Densidad(kg/m3) 885/862 698/717 Viscosidad (cp) 1,08/0,72 0,24/0,28 Calor especifico(kJ/kg°C) 1,94/2,14 2,41/2,31 Rata Transferencia(W/m2°C) (servicio/limpio) 281,79/760 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,001479 AREA/UNIT(m2) 5964 Calor Transferido(kW) 33417 LMTD (corregido) 20

Tabla 19. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-04A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

01-E-10-04A/B CARCAZA TUBOS Fluido SRGO CRUDO Flujo(kg/h) 625000 1701000 Tin(°C) 235 126

Tout(°C) 195 143 Presin(bar) 15,89 39,96 Presout(bar) 15,76 39,33 Densidad(kg/m3) 750/782 862/850 Viscosidad (cp) 0,29/0,39 0,72/0,61 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,54/2,39 2,11/2,17 Rata Transferencia(W/m2°C) (servicio/limpio) 138,7/707,5 Fouling Resistance(m2°C/W) 0.0039 AREA/UNIT(m2) 1603 Calor Transferido(kW) 17395 LMTD (corregido) 78,2


73

Tabla 20. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

01-E-10-05A/S CARCAZA TUBOS Fluido SRGO CRUDO Flujo(kg/h) 625000 1701000 Tin(°C) 280 138 Tout(°C) 235 158 Presin(bar) 16 44,23 Presout(bar) 15,89 43,81 Densidad(kg/m3) 711/751 854/840 Viscosidad (cp) 0,25/0,3 0,64/0,53 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,72/2,54 2,15/2,23 Rata Transferencia(W/m2°C) (servicio/limpio) 458/726 Fouling Resistance(m2°C/W) 0,0005 AREA/UNIT(m2) 416 Calor Transferido(kW) 20545 LMTD (corregido) 107,7

Tabla 21. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-06A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

01-E-10-06A/B CARCAZA TUBOS Fluido SRGO CRUDO Flujo(kg/h) 182000 1701000 Tin(°C) 279 158 Tout(°C) 187 169 Presin(bar) 6,2 43,81 Presout(bar) 6,15 43,1 Densidad(kg/m3) 709/785 840/832 Viscosidad (cp) 0,25/0,41 0,53/0,48 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,72/2,36 2,23/2,27 Rata Transferencia(W/m2°C) (servicio/limpio) 213,1/561,8 Fouling Resistance(m2°C/W) 0.00246 AREA/UNIT(m2) 959 Calor Transferido(kW) 11802 LMTD (corregido) 57,8


74

Tabla 22. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-07A/J del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

01-E-10-07A/J CARCAZA TUBOS Fluido HVGO CRUDO Flujo(kg/h) 1654000 1701000 Tin(°C) 266 169

Tout(°C) 198 236 Presin(bar) 19,5 43,1 Presout(bar) 17,94 41,54 Densidad(kg/m3) 852/890 833/781 Viscosidad (cp) 0,91/1,98 0,48/0,29 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,55/2,31 2,27/2,52 Rata Transferencia(W/m2°C) (servicio/limpio) 345/590 Fouling Resistance(m2°C/W) 0.001986 AREA/UNIT(m2) 8327 Calor Transferido(kW) 75964 LMTD (corregido) 26,3

Tabla 23. Valores obtenidos en el simulador HEXTRAN para el caso real en los intercambiadores 01-E-10-08A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

01-E-10-08A/D CARCAZA TUBOS Fluido RV CRUDO Flujo(kg/h) 564000 1701000 Tin(°C) 342 236

Tout(°C) 283 257 Presin(bar) 17,5 41,5 Presout(bar) 17,13 40,7 Densidad(kg/m3) 906/935 781/764 Viscosidad (cp) 3,94/9,85 0,29/0,26 Calor especifico(kJ/kg°C) 2,81/2,63 2,52/2,6 Rata Transferencia(W/m2°C) (servicio/limpio) 187,6/323,4 Fouling Resistance(m2°C/W) 0.00295 AREA/UNIT(m2) 2124 Calor Transferido(kW) 25193 LMTD (corregido) 63,2


75

Tabla 24. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.

Fecha Rd (m^2°C/W) 02/4/04 0.0117

02/11/04 0.0113 02/18/04 0.0112 02/25/04 0.0105 030/3/04 0.0108 03/10/04 0.0117 03/17/04 0.0105 03/24/04 0.0109 03/31/04 0.0106 04/07/04 0.0108 04/14/04 0.0105 04/21/04 0.0123 05/05/04 0.0104 05/12/04 0.0110 05/19/04 0.0115 05/26/04 0.0200 06/2/04 0.0183

06/16/04 0.0197 06/23/04 0.0190 06/30/04 0.0171 07/07/04 0.0180

Ensuciamiento E-1001

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rd(

m^2

°C/W

)

Figura 13. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-01A/D del tren de

precalentamiento de crudo de CDU en función del tiempo.


76

Tabla 25. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.

Fecha Rd (m^2°C/W) 02/04/04 0.00034 02/11/04 0.00033 02/18/04 0.00034 02/25/04 0.00034 03/03/04 0.00033 03/10/04 0.00046 03/17/04 0.00047 03/24/04 0.00050 03/31/04 0.00056 04/07/04 0.00056 04/14/04 0.00088 04/21/04 0.00089 05/05/04 0.00127 05/12/04 0.00128 05/19/04 0.00135 05/26/04 0.00126 06/02/04 0.00145 06/16/04 0.00123 06/23/04 0.00122 06/30/04 0.00123 07/07/04 0.00125


0

0,0004

0,0008

0,0012

0,0016

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

F echa

Rs(

m^2

°C/W

)

Figura 14. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-02A/B del tren de



77

Tabla 26. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.


0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rs(

m^2

°C/W

)

Figura 15. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de


Fecha Rd (m^2°C/W) 02/04/04 0.00148 02/11/04 0.00150 02/18/04 0.00150 02/25/04 0.00150 03/03/04 0.00153 03/10/04 0.00153 03/17/04 0.00154 03/24/04 0.00145 03/31/04 0.00132 04/07/04 0.00120 04/14/04 0.00155 04/21/04 0.00196 05/05/04 0.00212 05/12/04 0.00184 05/19/04 0.00186 05/26/04 0.00191 06/02/04 0.00404 06/16/04 0.00474 06/23/04 0.00408 06/30/04 0.00481 07/07/04 0.00538


78


Fecha Rd (m^2°C/W) 02/04/04 0.00391 02/11/04 0.00389 02/18/04 0.00432 02/25/04 0.00448 03/03/04 0.00506 03/10/04 0.00463 03/17/04 0.00557 03/24/04 0.00543 03/31/04 0.00546 04/07/04 0.00590 04/14/04 0.00554 04/21/04 0.00561 05/05/04 0.00463 05/12/04 0.00477 05/19/04 0.00507 05/26/04 0.00524 06/02/04 0.00524 06/16/04 0.00477 06/23/04 0.00451 06/30/04 0.00438 07/07/04 0.00478


00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rs(

m^2

°C/W

)


precalentamiento de crudo de CDU en función del tiempo


79

Tabla 28. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.

Fecha Rd (m^2°C/W) 02/04/04 0.00031 02/11/04 0.00031 02/18/04 0.00032 02/25/04 0.00032 03/03/04 0.00030 03/10/04 0.00033 03/17/04 0.00033 03/24/04 0.00037 03/31/04 0.00037 04/07/04 0.00031 04/14/04 0.00030 04/21/04 0.00025 05/05/04 0.00034 05/12/04 0.00034 05/19/04 0.00031 05/26/04 0.00034 06/02/04 0.00043 06/16/04 0.00050 06/23/04 0.00040 06/30/04 0.00038 07/07/04 0.00050


0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rs(

m^2

°C/W

)

Figura 17. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de



80


Fecha Rd (m^2°C/W) 2/4/04 0.0025

2/11/04 0.0032 2/18/04 0.0031 2/25/04 0.0032 3/3/04 0.0029

3/10/04 0.0030 3/17/04 0.0030 3/24/04 0.0029 3/31/04 0.0028 4/7/04 0.0028

4/14/04 0.0030 4/21/04 0.0029 5/5/04 0.0034

5/12/04 0.0025 5/19/04 0.0026 5/26/04 0.0028 6/2/04 0.0027

6/16/04 0.0027 6/23/04 0.0027 6/30/04 0.0027 7/7/04 0.0027


00.0005

0.0010.0015

0.0020.0025

0.0030.0035

0.004

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rs(

m^2

°C/W

)




81

Tabla 30. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-07A/J del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.

Fecha Rd (m2°C/W) 02/04/04 0.00077 02/11/04 0.00079 02/18/04 0.00063 02/25/04 0.00067 03/03/04 0.00052 03/10/04 0.00077 03/17/04 0.00066 03/24/04 0.00070 03/31/04 0.00067 04/07/04 0.00068 04/14/04 0.00068 04/21/04 0.00110 05/05/04 0.00113 05/12/04 0.00134 05/19/04 0.00141 05/26/04 0.00162 06/02/04 0.00199 06/16/04 0.00202 06/23/04 0.00204 06/30/04 0.00187 07/07/04 0.00203


0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rs(

m^2

°C/W

)

Figura 19. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-07A/J del tren de



82

Tabla 31. Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-08A/D del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.

Fecha Rd (hm2°C/W) 02/04/04 0.0017 02/11/04 0.0018 02/18/04 0.0018 02/25/04 0.0021 03/03/04 0.0019 03/10/04 0.0020 03/17/04 0.0019 03/24/04 0.0021 03/31/04 0.0019 04/07/04 0.0021 04/14/04 0.0029 04/21/04 0.0036 05/05/04 0.0034 05/12/04 0.0033 05/19/04 0.0029 05/26/04 0.0031 06/02/04 0.0027 06/16/04 0.0040 06/23/04 0.0040 06/30/04 0.0043 07/07/04 0.0041


0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rs(

m^2

°C/W

)

Figura 20. Factor de obstrucción de los intercambiadores 01-E-10-08A/D del tren de



83

Tabla 32. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-01A/D del tren de precalentamiento de crudo CDU.

E1001 Tag Ubicación Fecha Hora Tpist (°C) Treal(°C)

TI-009 Sal crudo01A 21/6/2004 8:30 74.4 76 21/6/2004 8:40 74.4 76

TI-013 Sal crudo01C 21/6/2004 8:30 N/D 78 21/6/2004 8:40 N/D 78

Tw-007 Sal crudo01B 21/6/2004 8:30 64.5 N/D

21/6/2004 8:40 64.5 N/D Tw-011 Sal crudo01D 21/6/2004 8:30 N/D N/D

21/6/2004 8:40 N/D N/D

TI-006 Sal

HVGO01B 21/6/2004 8:30 115.8 129 21/6/2004 8:40 115.8 129

TI-010 Sal

HVGO01D 21/6/2004 8:30 N/D N/D 21/6/2004 8:40 N/D N/D

Tw-008

Sal HVGO01A 21/6/2004 8:30 133 N/D

21/6/2004 8:40 133 N/D Tw-012

Sal HVGO01C 21/6/2004 8:30 N/D N/D

21/6/2004 8:40 N/D N/D

Tabla 33. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-02A/B del tren de precalentamiento de crudo CDU.


TI-024 Sal crudo02A 21/6/2004 8:50 88.7 93.4

21/6/2004 9:00 88.9 93.9

TI-026 Sal crudo02B 21/6/2004 8:50 84.4 94

21/6/2004 9:00 84.4 94.7

TI-025 Sal LVGO

02A 21/6/2004 8:50 99.1 101.7

21/6/2004 9:00 99.1 101.7

TI-027 Sal LVGO

02B 21/6/2004 8:50 99.4 102.1

21/6/2004 9:00 99.3 102.1


84

Tabla 34. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo CDU.


TI-036 Sal crudo

03A 21/6/2004 9:20 122.4 126.8

21/6/2004 9:30 122.5 126.8

TI-040 Sal crudo

03C 21/6/2004 9:20 124.2 128.8

21/6/2004 9:30 124.2 128.8

TI-044 Sal crudo

03E 21/6/2004 9:20 108.6 112.6

21/6/2004 9:30 108.4 112.6 Tw-034

Sal crudo 03B 21/6/2004 9:20 98.9 N/D

21/6/2004 9:30 99.1 N/D Tw-038

Sal crudo 03D 21/6/2004 9:20 106 N/D

21/6/2004 9:30 108.3 N/D Tw-042

Sal crudo 03F 21/6/2004 9:20 99.8 N/D

21/6/2004 9:30 99.2 N/D

TI-033 Sal NAFTA

03B 21/6/2004 9:10 118.5 125.13

21/6/2004 9:20 118.9 125.13

TI-037 Sal NAFTA

03D 21/6/2004 9:10 119.5 125.16

21/6/2004 9:20 120.1 125.16

TI-041 Sal NAFTA

03F 21/6/2004 9:10 109.9 115.05

21/6/2004 9:20 109.7 115.05 Tw-035

Sal NAFTA 03A 21/6/2004 9:10 135.2 N/D

21/6/2004 9:20 136.8 N/D Tw-039

Sal NAFTA 03C 21/6/2004 9:10 132.1 N/D

21/6/2004 9:20 131.1 N/D Tw-043

Sal NAFTA 03E 21/6/2004 9:10 127.2 N/D

21/6/2004 9:20 125.1 N/D


85

Tabla 35. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-04A/B del tren de precalentamiento de crudo CDU.


TI-052 Sal crudo

04A 21/6/2004 9:50 142.1 N/D

21/6/2004 10:00 142.1 N/D

TI-054 Sal crudo

04B 21/6/2004 9:50 143.4 144.9

21/6/2004 10:00 143.4 144.9

TI-051 Sal SRGO

04A 21/6/2004 9:50 191.7 N/D

21/6/2004 10:00 205 N/D

TI-053 Sal SRGO

04B 21/6/2004 9:50 190.4 N/D

21/6/2004 10:00 186 N/D Tabla 36. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-05A/S del tren de precalentamiento de crudo CDU.

E1005 Tag Ubicación Fecha Hora Tpist (°C) Treal(°C) Tw-091

Sal crudo 05A 21/6/2004 10:10 148.1 N/D

21/6/2004 10:20 148.1 N/D Tw-093

Sal crudo 05B 21/6/2004 10:10 152.7 N/D

21/6/2004 10:20 152.7 N/D Tw-092

Sal SRGO 05A 21/6/2004 10:10 217.7 N/D

21/6/2004 10:20 217.6 N/D Tw-094

Sal SRGO 05B 21/6/2004 10:10 222.1 N/D

21/6/2004 10:20 222.3 N/D

Tabla 37. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-06A/B del tren de precalentamiento de crudo CDU

E1006 Tag Ubicación Fecha Hora Tpist(°C) Treal(°C)

TI-103 Sal crudo

06A 21/6/2004 10:25 162.2 166.9 21/6/2004 10:30 162.2 166.9

TI-101 Sal crudo

06B 21/6/2004 10:25 161.8 168.5 21/6/2004 10:30 161.6 168.5

TI-102 Sal SRGO

06A 21/6/2004 10:25 N/D 167.9 21/6/2004 10:30 N/D 167.7

TI-089 Sal SRGO

06B 21/6/2004 10:25 N/D 165.7 21/6/2004 10:30 N/D 163.8


86

Tabla 38. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-07A/J del tren de precalentamiento de crudo CDU.


TI-110 Sal crudo

07A 21/6/2004 10:40 229.8 231.8 21/6/2004 10:50 229.8 232.1

TI-116 Sal crudo

07D 21/6/2004 10:40 230 228.8 21/6/2004 10:50 230 228.9

TI-122 Sal crudo

07G 21/6/2004 N/D N/D 21/6/2004 N/D N/D

Tw-108

Sal crudo 07B 21/6/2004 10:40 191.4 N/D

21/6/2004 10:50 191.9 N/D Tw-114

Sal crudo 07E 21/6/2004 10:40 187.8 N/D

21/6/2004 10:50 187.7 N/D Tw-120

Sal crudo 07H 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D Tw-107

Sal crudo 07C 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D Tw-112

Sal crudo 07F 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D Tw-118

Sal crudo 07J 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D

TI-105 Sal HVGO

07C 21/6/2004 10:50 194 N/D 21/6/2004 11:00 196.7 N/D

TI-111 Sal HVGO

07F 21/6/2004 10:50 190.7 N/D 21/6/2004 11:00 191 N/D

TI-117 Sal HVGO

07J 21/6/2004 N/D N/D 21/6/2004 N/D N/D

Tw-106

Sal HVGO 07B 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D Tw-113

Sal HVGO 07E 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D Tw-119

Sal HVGO 07H 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D Tw-109

Sal HVGO 07A 21/6/2004 10:40 236.7 N/D

21/6/2004 10:50 237.4 N/D Tw-115

Sal HVGO 07D 21/6/2004 10:40 235.9 N/D

21/6/2004 10:50 236.2 N/D Tw-121

Sal HVGO 07G 21/6/2004 N/D N/D

21/6/2004 N/D N/D


87

Tabla 39. Sumario de temperaturas de operación de los intercambiadores 01-E-10-08A/D del tren de precalentamiento de crudo CDU.


TI-130 Sal crudo

08A 21/6/2004 11:10 244.2 249.6

21/6/2004 11:20 244.2 249.6

TI-135 Sal crudo

08C 21/6/2004 11:10 242.1 250.1

21/6/2004 11:20 242.1 250.1 Tw-128

Sal crudo 08B 21/6/2004 11:10 235 N/D

21/6/2004 11:20 235 N/D Tw-133

Sal crudo 08D 21/6/2004 11:10 233.4 N/D

21/6/2004 11:20 233.4 N/D

TI-127 Sal RV 08B 21/6/2004 11:10 248 251.4

21/6/2004 11:20 248 251.4

TI-132 Sal RV 08D 21/6/2004 11:10 244.8 250.6

21/6/2004 11:20 244.8 251 Tw-129 Sal RV 08A 21/6/2004 11:10 303.1 N/D

21/6/2004 11:20 303.1 N/D Tw-134 Sal RV 08C 21/6/2004 11:10 303.1 N/D

21/6/2004 11:20 303.1 N/D

Curva de Calibracióny = 0.9882x + 6.4508

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300

Tpistola (°C)

Trea

l(°C

)

Figura 21. Curva de calibración para las temperaturas medidas en planta con pirómetro.


88

Tabla 40. Sumario de presiones de operación de los intercambiadores de calor del tren de precalentamiento de crudo de CDU.

Tag Ubicación Fecha P (bar)

01-P-10-01 Ent crudo E-1001 22/6/04 42 PP Ent HVGO E-1001 22/6/04 16.8 PP Ent crudo E-1002 22/6/04 41.3 01-P-20-01 Ent LVGO E-1002 22/6/04 15 PP Ent crudo E-1003 22/6/04 40.4 01-P-10-03 Ent Nafta E-1003 22/6/04 16 PP Ent crudo E-1004 23/6/04 39.4 PP Ent SRGO E-1004 23/6/04 14.8 01-P-10-02 Ent crudo E-1005 22/6/04 46 01-P-10-04 Ent SRGO E-1005 22/6/04 16 PP Ent crudo E-1006 30/6/04 43.8 01-P-10-05 Ent SRGO E-1006 22/6/04 6.2 PP Ent crudo E-1007 30/6/04 40 01-P-20-02 Ent HVGO E-1007 30/6/04 19.5 PP Ent crudo E-1008 30/6/04 36

01-P-20-03 Ent RV E-1008 22/6/04 17.5 Tabla 41.Valores obtenidos del factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F del tren de precalentamiento de crudo de CDU a partir de datos operacionales utilizando al simulador HEXTRAN.

Rd(m^2°C/W) Fecha A/B C/D E/F 02/04/04 0.0029 0.0119 0.0184 02/11/04 0.0037 0.0133 0.0311 02/18/04 0.0061 0.0138 0.0342 02/25/04 0.0065 0.0181 0.0388 03/03/04 0.0071 0.0168 0.0426 03/10/04 0.0074 0.0096 0.0447 03/17/04 0.0078 0.0006 0.0476 03/24/04 0.0080 0.0053 0.0483 03/31/04 0.0087 0.0030 0.0483 04/07/04 0.0106 0.0020 0.0532 04/14/04 0.0111 0.0051 0.0559 04/21/04 0.0227 0.0133 0.0642 04/28/04 0.0637 0.0231 0.1273 05/05/04 0.0659 0.0440 0.1424 05/12/04 0.0032 0.0587 0.0765 05/19/04 0.0138 0.0659 0.0717 05/26/04 0.0144 0.0011 0.1301 06/02/04 0.0147 0.0122 0.1424 06/09/04 0.0156 0.0144 0.1458 06/16/04 0.0156 0.0174 0.1606 06/23/04 0.0162 0.0031 0.1647


89

07/09/04 0.0165 0.0031 0.0002 07/12/04 0.0178 0.0376 0.0016 07/13/04 0.0181 0.0000 0.0016 07/14/04 0.0181 0.0000 0.0035

Ensuciamiento E-1003A/F

0

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

1/14 2/3 2/23 3/14 4/3 4/23 5/13 6/2 6/22 7/12 8/1

Fecha

Rs(

°Cm

^2/W

)

A/B

C/D

E/F

Figura 22. Factor de obstrucción de los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F del tren de

precalentamiento de crudo de CDU en función del tiempo. Tabla 42. Temperaturas obtenidas en la simulación del tren de precalentamiento de crudo de CDU bajo el caso de los intercambiadores E-1001 y E-1007 fuera de servicio.

Caso Tout crudo E1001 (°C)

Tout crudo E1007 (°C)

Tin Crudo Horno (°C)

Tout HVGO E1001 (°C)

Marzo 04 79 242 255 102 Mayo 04 79 240 255 103

01+07 (out) 75 238 252 122 Tabla 43. Impacto en la cantidad de combustible a ser utilizado en los hornos de destilación atmosférica bajo el caso de los intercambiadores E-1001 y E-1007 del tren de precalentamiento de crudo fuera de servicio.

Consumo Combustible

Mayo2004 (t/h)

Cantidad Combustible

Adicional (t/h)

Consumo Combustible

Total (t/h) Temperatura

de Piel 16 0,3 16,3 < 50°C


90

CAPÍTULO V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En el presente capítulo se analizan y se discuten los resultados obtenidos a partir de la

simulación realizada del tren de precalentamiento de crudo de la unidad de destilación

atmosférica

En primer lugar se discuten los resultados de la simulación para el caso de diseño:

El área requerida (A) para el intercambio calórico reproduce con alta precisión los

valores de diseño, con una desviación promedio menor al 1%. Esto es válido para todos

los intercambiadores del tren de precalentamiento.

El flujo de calor obtenido (Q) resulta muy satisfactorio, ya que el margen de error más

alto se presenta en los intercambiadores 01-E-10-05A/S y es menor al 6 %. El flujo de

calor más cercano al valor teórico se obtiene en los intercambiadores 01-E-10-03A/F

donde el valor teórico reportado es de 53.563 KW y el simulado de 53.141 KW,

representando un error menor al 1 %.

El coeficiente global de diseño (Ud) se define en términos de la resistencia térmica total

para la transferencia de calor entre dos fluidos, es directamente proporcional al flujo de

calor e inversamente proporcional al área requerida. Los valores obtenidos de este

parámetro son precisos, con una desviación promedio de 6% con respecto al valor

teórico, lo que indica resultados satisfactorios y confiables.

El coeficiente global limpio (Uc) presenta un mayor error (13% en referencia a los

valores teóricos), esto se debe a que su método de cálculo es mucho más riguroso, y

depende en buena medida de las propiedades fisicoquímicas y de los componentes del

flujo, y de todas las propiedades de diseño del intercambiador. Este coeficiente no

contempla la presencia de suciedad en el equipo por lo que su valor es mayor que el

coeficiente global de diseño.


91

Los factores de obstrucción obtenidos difieren un poco del valor teórico, con un error

promedio de aproximadamente 15%, esto debido a que su calculo depende

directamente de los coeficientes globales tanto de diseño como limpio. Estos valores

son el punto de referencia para comparar los obtenidos mediante la simulación para el

caso real.

Los valores de los distintos parámetros obtenidos para el caso real difieren un poco de

los valores obtenidos para la simulación del caso de diseño. Esto debido a que todas las

condiciones de operación (flujos, temperaturas de entrada y salida, presiones,

propiedades de los fluidos, caídas de presión, etc.) son muy diferentes a las

encontradas en las hojas de especificaciones de los intercambiadores de calor

estudiados. Por ejemplo, encontramos que a momentos actuales la temperatura de

entrada del crudo diluido a los intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D promedia los

60°C, mientras que en la data sheet de estos equipos la temperatura de entrada de

diseño es de 35°C, lo que incide directamente en todas las propiedades de este crudo,

especialmente en la viscosidad, y a su vez en los coeficientes globales de transferencia

de calor, tanto de diseño como limpio, y en los factores de obstrucción.

Con el fin de determinar las condiciones óptimas de operación del tren de

precalentamiento de crudo y monitorear la situación de este tren por espacio de seis

meses, todos los factores de obstrucción obtenidos en las simulaciones semanales se

graficaron en función del tiempo, y así tener una idea mucho mas clara de su situación.

Para el caso de los intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D (ver figura # 15), se

observa que el factor de obstrucción se mantiene en un valor promedio de 0,011 m2

°C/W, desde el 4/2/2004 hasta el 26/05/2004. A partir de esta semana se nota el

incremento del factor de obstrucción a casi 0,02 m2 °C/W, esto motivado a que para ese

momento fue sacado de operación una pareja de los cuatro intercambiadores que

conforman este grupo para realizar un estudio de corrosión nafténica por el lado

carcaza. La temperatura del HVGO se mantiene entre 190-201°C a la entrada contra el

diseño (210°C).


92

En los intercambiadores de calor 01-E-10-02A/B se observa un comportamiento estable

del factor de obstrucción (ver figura # 16). Cabe destacar que el factor de obstrucción en

estos equipos no difiere mucho del valor de diseño encontrado, por lo que garantiza la

transferencia de calor suficiente para cumplir con las especificaciones de los productos.

La temperatura del LVGO al intercambiador estuvo alrededor de los 128°C en

comparación con la de diseño de 150°C. Adicionalmente existía un error de medición en

la producción de LVGO que afectó el cálculo.

Los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F presentan ensuciamiento severo del lado

de nafta por acumulación de depósitos de corrosión. En la figura # 17 se observa saltos

considerables en el factor de obstrucción durante los seis meses de estudio, esto

debido a que en diferentes oportunidades han sido puestas fuera de operación una de

las tres parejas que conforman estos equipos y el simulador toma un factor de

obstrucción global en los resultados. En la figura # 24 se puede apreciar una tendencia

del factor de obstrucción para cada pareja de estos equipos. La pareja A/B muestra un

crecimiento considerable hasta el 5 de mayo de 2004, fecha en la cual se saca de

operación para realizar una limpieza con agua y vapor a alta presión, disminuyendo un

poco su ensuciamiento. Estos equipos se alinean luego el 14 de mayo y a partir de este

momento se observa nuevamente la tendencia al aumento del factor de obstrucción. La

pareja C/D presenta la menor tendencia al ensuciamiento, sin embargo, para

comienzos de mayo de 2004 se puede observar su aumento considerable. Por último, la

pareja E/F presenta el mayor grado de ensuciamiento. La figura muestra una pequeña

variación alrededor del 13 de mayo fecha para la cual se le realiza una limpieza con

agua caliente y vapor. A partir de esta fecha se nota el aumento considerable del factor

de obstrucción a valores que alcanzan los 0,1647 m2°C/W. Debido a la situación crítica

del circuito de nafta y a las necesidades de la gerencia técnica de aumentar su

producción con miras a la parada de planta a realizarse en octubre de 2004, el

23/6/2004 se comienza con una serie de limpiezas mecánicas a estos equipos para

controlar un poco su ensuciamiento y así mejorar su eficiencia.

La figura # 18 muestra la tendencia y el nivel de obstrucción que presentan los

intercambiadores de calor 01-E-10-04A/B. Se nota un incremento en el factor de


93

ensuciamiento por mayor transferencia en los hornos atmosféricos incrementándose la

temperatura de entrada al equipo de 211 a 239°C. Se presentaron problemas de

instrumentación con los medidores de flujo de SRGO, sin embargo se mantiene una

buena temperatura de entrada a los desaladores. Presentan un factor de obstrucción

promedio de aproximadamente 0,00492 m2°C/W, el cual no difiere mucho del valor de

diseño de 0,001278 m2°C/W.

El mismo caso presentan los intercambiadores 01-E-10-05A/B (ver figura #19), donde

se puede observar la tendencia al ensuciamiento el cual no difiere mucho del valor de

diseño. Estos valores se mantienen estables durante el período. Motivado a los

problemas de la torre de destilación atmosférica C-1001 la temperatura de entrada del

SRGO baja desde 277 hasta 252°C, lo que reduce la transferencia de calor al crudo.

Los intercambiadores 01-E-10-06A/B muestran un factor de obstrucción promedio de

0,0029 m2°C/W. Se puede apreciar en la figura # 20 que estos intercambiadores no

muestran una rápida tendencia al ensuciamiento manteniéndose constante a lo largo

del período estudiado. Luego del ajuste del flujo de SRGO en -20t/h se observa una

ligera tendencia a la disminución del ensuciamiento.

En la figura # 21 se puede apreciar la tendencia al ensuciamiento de los

intercambiadores 01-E-10-07A/J. Estos intercambiadores han presentado una serie de

problemas con el material de diseño, el cual ha sido muy propenso a la corrosión

nafténica por parte del HVGO. Esto ha motivado a mantener fuera de operación a un

trío de los nueve que conforman este equipo. En esta figura se muestra un factor de

obstrucción global para los equipos en operación. El ensuciamiento aumenta producto

de un mayor flujo de HVGO y una temperatura ligeramente superior (267 vs. 262°C).

Los intercambiadores 01-E-10-08A/D presentan una fuerte tendencia al ensuciamiento,

esto se puede observar en la figura # 22 donde el factor de obstrucción promedio

alcanza el valor de 0,0028 m2°C/W, sin embargo se mantiene una buena temperatura

de entrada al horno. Tradicionalmente estos equipos son los que mas se ensucian pero

se inyecta continuamente antiensuciante a razón de 8 ppm.


94

En base a los resultados obtenidos en la simulación del caso especial con la pareja de

intercambiadores del equipo E-1001 y el trío de intercambiadores del equipo E-1007

fuera de servicio, se pudo observar que la cantidad adicional de combustible a ser

utilizada en los hornos atmosféricos es de 0,3 t/h, lo que representa un consumo de

combustible adicional menor al 5 %, lo cual fue una opción rentable poder sacar estos

equipos de operación y llevar a cabo la actividad programada. Esta pequeña variación

permite que la temperatura de piel de los hornos se mantenga por debajo de 50°C.


95

CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

VI.1 CONCLUSIONES

o La metodología establecida y aplicada para llevar a cabo la simulación del tren

de precalentamiento de crudo de CDU es adecuada y confiable y facilitará a los

ingenieros de procesos y de operaciones del mejorador evaluar el desempeño

de los intercambiadores de calor de forma efectiva.

o Las validaciones efectuadas en el simulador HEXTRAN reproducen

satisfactoriamente las especificaciones de diseño de los intercambiadores de

calor, presentando porcentajes de desviación razonables.

o Los valores del coeficiente global de transferencia de calor dependen

directamente de las propiedades físicas y químicas de los fluidos, requiere de

una buena definición de la composición química de la corriente y de la selección

del método termodinámico adecuado.

o Las gráficas y reportes elaborados constituyen una fuente de información que

permitirá el seguimiento efectivo de las variables de proceso: temperatura,

presión, flujo de los diferentes intercambiadores de calor que componen el tren

de precalentamiento de crudo de CDU.

o Mediante la simulación del tren de precalentamiento de crudo de CDU se podrá

facilitar el soporte técnico periódico y se podrá predecir el ensuciamiento de los

equipos, además de elaborar programas de ciclos de limpieza.

o Los valores de las diferentes variables de operación como temperatura, presión,

flujo, en los diferentes equipos del tren de precalentamiento de crudo difieren

mucho de los valores encontrados en las hojas de especificaciones por lo que

las simulaciones para el caso real presentas errores significativos a la hora de

compararlos con los valores de diseño.


96

o A través de las simulaciones detalladas de cada equipo se pudo determinar las

condiciones de cada intercambiador y así reforzar los resultados obtenidos para

la simulación global de cada equipo.

VI.2 RECOMENDACIONES

o Simular periódicamente el tren de precalentamiento de crudo de CDU con el fin

de poder predecir el ensuciamiento de los equipos y poder elaborar programas

de ciclos de limpieza

o Generar una data de propiedades físicas y químicas de los diferentes productos

que conforman el tren de precalentamiento y así poder determinar las

condiciones apropiadas de cada fluido, principalmente de viscosidad.

o A la hora de poner fuera de operación cualquier equipo del tren de

precalentamiento de crudo es necesario tomar en cuenta las temperaturas de

entrada y salida de los fluidos de cada equipo para así mantener el equilibrio

térmico existente en la unidad y cumplir con todas las especificaciones de los

productos.

o Elaborar un programa en Excel o en cualquier otro ambiente que permita

obtener de manera más rápida y confiable el factor de obstrucción de cada

equipo, necesitando solo condiciones de proceso de los fluidos como

temperatura, presión y flujo, además de algunas propiedades físicas y químicas.

o Realizar una limpieza efectiva a los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F

con servicio Crudo diluido/nafta diluente, ya que fueron los equipos que

presentaron un mayor grado de obstrucción durante el período de tiempo

evaluado.


97

CAPÍTULO VII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

[1]Kern. (1977). Procesos de Transferencia de Calor. México: Compañía Editorial

Continental, S.A.

[2]Contrina. (2001). Manual de operación de la unidad de destilación atmosférica y de

vacío. Unidad 1100 y 1200. Volumen 1A de 16.

[3]Incropera. (1996). Fundamentos de Transferencia de Calor. Cuarta Edición. Editorial

Pearson.

[4]Perry. Manual del Ingeniero Químico. Séptima Edición. Capitulo 11

[5]Dienes. (2002). Guía de prácticas del Laboratorio de Fenómenos de Transferencia de

Calor de la Universidad Metropolitana.

[6]Cárdenas. (1999). Manual de refinación de petróleo. Caracas: Universidad

Metropolitana.

[7]González, D. (2000). Guía de Intercambiadores de Calor: tipos generales y

aplicaciones. Sartenejas: Universidad Simón Bolívar.

[8]Process Engineering Suite. (2003). Tutorial Guide. USA


98

APÉNDICE A EL CRUDO Y SUS PROPIEDADES


99

CRUDO

El crudo es una mezcla de hidrocarburos cuya cadena carbonada varía entre 1 y 35

átomos de carbono (C1 - C35) aproximadamente. La cadena carbonada se presenta en

forma lineal, ramificada o en forma de anillos, la proporción de cada uno de estos tipos

de hidrocarburo le proporciona al crudo propiedades específicas[6].

Además de los hidrocarburos, también se encuentran presentes en el crudo

compuestos de azufre, agua, sales y metales.

PROPIEDADES DEL CRUDO

Gravedad específica

La gravedad específica de una sustancia es la relación entre la densidad de esa

sustancia a una cierta temperatura y la densidad del agua a una temperatura de

referencia (generalmente 15.6 ºC). Para medir la gravedad del crudo y de sus

productos, generalmente se utiliza la gravedad API (American Petroleum Institute) en

lugar de la gravedad específica. La relación entre ambas gravedades es la siguiente:

5.1315.141−=°

GEAPI

Donde:

GE: Gravedad específica a 15.6°C

La industria petrolera mundial ha dispuesto clasificar el petróleo de acuerdo con su

densidad relativa con respecto a la del agua, es decir, si es más o menos denso que

ella. Esto se ha logrado mediante la adopción de la gravedad API, la cual clasifica las

calidades del crudo por medio de una escala numérica sencilla y universal expresada en

°API. En esta escala cuanto más liviano es el petróleo mayor es la gravedad API y

mientras más pesado menor es el valor de la gravedad API.

En la tabla 1 se muestran las densidades del crudo y su clasificación de acuerdo a su

gravedad API.


100

Tabla 44. Clasificación de crudos de acuerdo a °API y densidades

Crudo Densidad (g/cm3) Grados API Condensado <0.83 ≥50

Liviano 0.83-0.87 30-49.9 Mediano 0.87-0.92 22-29.9 Pesado 0.92-1.0 11-21.9

Extrapesado >1.0 <11

Fuente: Acerca del Petróleo [en línea]. Disponible en: http://ww.imp.mx/petroleo/apuntes

VISCOSIDAD La viscosidad es una medida de la resistencia que ofrece un fluido a moverse y su

unidad de medición común es el poise. Con el fin de reconocer pequeñas variaciones

en la viscosidad, su valor se expresa también en centipoise (cP); ASTM D-445. Por lo

general, a medida que los crudos son más densos y pesados también son más

viscosos.

Esta propiedad posee gran relevancia en la producción, transporte y refinación del

petróleo. La viscosidad del petróleo depende de la temperatura y se puede disminuir

mediante calentamiento, así como por procesos llamados de viscorreducción.

A continuación en la figura 23 se muestra un diagrama comparativo de las escalas de

densidad, viscosidad y gravedad API de crudos venezolanos, su clasificación y algunos

ejemplos de petróleos típicos del país.


101

.

Figura 23. Densidad, viscosidad y gravedad API de crudos típicos venezolanos

Fuente: Petroleum Refining Processes-Osha Technical Manual [en línea]. Disponible en: http://www. osha-slc.gov/dts/osta/otm/otm_iv/otm_iv_2,html.


102

APÉNDICE B

BASE DE DATOS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE CDU


103

01-E-10-01

A/D 01-E-10-02

A/B 01-E-10-03

A/F 01-E-10-04

A/B 01-E-10-05

A/S 01-E-10-06

A/B 01-E-10-07

A/J 01-E-10-08

A/D TIPO AES AES AES AES AES AES AES AES

Hotside CARCAZA TUBO TUBO CARCAZA CARCAZA CARCAZA CARCAZA CARCAZA AREA/SHELL

(m2) 865.3 980.4 994 801.6 415.5 479.3 925.2 531.1

TUBOS OD (mm) 25.4 19.05 19.05 25.4 31.75 25.4 25.4 25.4

BWG 12 14 14 12 12 12 14 14

LENGTH (mm) 9.144 9.144 9.144 6.1 6.1 9.144 9.144 9.144

# TUBOS 1230 1854 1880 1760 728 678 1328 760

PASOS 2 4 2 4 2 2 4 2

PATTERN (°) 45 45 45 90 45 90 45 45

PITCH 31.75 25.4 25.4 31.75 39.69 31.75 31.75 31.75

CARCAZA SERIE 2 1 2 1 1 1 3 2

PARALELO 2 2 3 2 1 2 3 2

Diámetro (mm) 1383.03 1370.08 1387.09 1668.02 1400.05 1055.12 1055.26 1123.95

BAFFLE TYPE SINGLE DOUBLE SINGLE SINGLE DOUBLE SINGLE SINGLE DOUBLE

%CUT 0.21 0.19 0.25 0.18 0.22 0.24 0.22 0.22

SPACING (mm) 297 303 438 347 377 341 416 248

NOZZLE CARCAZA ID

(mm) 254 355.6 355.6 406.4 508 203.2 355.6 304.8

TUBO ID (mm) 406.4 406.4 406.4 457.2 609.6 406.4 355.6 406.4

DTLM corrg (°C) 92.9 31.9 30.5 76.9 93.5 25.4 32.7 73.8 U servicio (W/m^2°C) 77 246 295 266 311 283 277 199 U limpio (W/m^2°C) 88.000 372.000 473.000 403.000 501.000 442.000 483.000 371.000 Ensuciamiento (m^2°C/W) 0.001623 0.001377 0.001276 0.001278 0.001219 0.001271 0.00154 0.00233


104

APÉNDICE C

PASOS A SEGUIR PARA LA VALIDACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR EN HEXTRAN


105

PASOS A SEGUIR PARA LA VALIDACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN INTERCABIADOR DE CALOR EN HEXTRAN

Fuente: Processs Engineering Suite Tutorial Guide SIMSCI.

Modelo seleccionado: Validación y evaluación de un Intercambiador de Calor de Tubo y

Coraza.

Para iniciar SIM4ME HEXTRAN:

1. Hacer doble clic al icono SIM4ME HEXTRAN en tu escritorio o seleccionar

HEXTRAN en el SIMSCI en el menú de Programas.

La ventana principal SIM4ME HEXTRAN aparece en pantalla.

Tabla 45. Componentes más usados de la ventana principal SIM4ME HEXTRAN

COMPONENTE DESCRIPCIÓN

Área de Mensajes

Informa los mensajes relacionados al

estado y funciones ejecutadas por

HEXTRAN

Lista de iconos Contiene los iconos para crear la hoja

de trabajo ( flowsheet)

Área de trabajo Espacio donde se crea la hoja de

trabajo ( el modelo a simular)

2. Definir el problema: consiste en ubicar la data requerida de diseño y operacional

del equipo a evaluar.


106

Tabla 46. Datos requeridos para la validación y evaluación de un Intercambiador

de Calor de Tubo y Coraza (STE).

DATOS DE DISENO VALOR

Flujo de Calor

Longitud de los tubos

Tipo de acuerdo TEMA

Paso de tubos

Diámetro externo de los tubos

BWG

Factor de ensuciamiento lado de los

tubos

Número de pasos de los tubos

Tipo de arreglo ( Tube pattern)

Espaciado entre los tubos (Tube

pitch)

Número de corazas en series

Sealing strips (pairs)

Factor de ensuciamiento lado de la

Carcasa

Caída de presión lado de los tubos

(min, max)

Caída de presión lado Carcasa

(min, max)

Área por Carcasa

Diámetro Interno de la Carcasa

Espesor de los Deflectores

3. Abrir un nuevo proyecto: seleccionar File > New. Colocar el nombre de la hoja

de Trabajo y de la base de dato o seleccionar una base ya existente.

4. Clic Create. Una hoja de trabajo blanca parecerá

5. Introducir la descripción del problema: seleccionar Input > Problem Description


107

6. Introducir la siguiente información:

o Project Identifier ( Nombre del proyecto)

o Problem Identifier

o User Name (Nombre del usuario)

o Site

o Date: con el siguiente formato MM - DD - YY. Primero el número del

mes, luego día, el año de último

o Escribir la descripción del problema

7. Seleccionar el sistema de Unidades

o Hacer click en Input > Units Measure.

8. Click OK

9. Escoger los componentes y los datos Termodinámicos

o Seleccionar Input > Components/Thermodynamics.

o Hacer Click Library y seleccionar con doble click los componentes

10. Hacer click en Apply para guardar los cambios

11. Hacer click en Method :

o Dar un nombre al método

o Seleccionar el método termodinámico a usar para cada data

termodinámica ( equilibrio, entalpía, entropía, densidad)

o En el botón derecho seleccionar Library en cada Transport Data

o Introducir: Method to Calculate Water and Steam Thermal Properties

(Seleccionar Keenan o satured para casos de refinería y petroquímica)

12. Click Ok

13. Especificar opciones globales:

o Introducir: Method to Calculate Water and Steam Thermal Properties

(Seleccionar Keenan o satured para casos de refinería y petroquímica)

o Colocar en Internally Generated Property Data File ( PGEN) : Save

14. Click Ok

15. Seleccionar en Input > Calculation Type: Simulation

16. Click Cancel

17. Seleccionar Opciones de Calculo:


108

o Cambiar el rango de Area/Shell and Number of Shells in Series and

Parallel.

o Cambiar Maximum Iterations for (50 es un buen número).

18. Click Ok

19. Dibujar el modelo a utilizar:

o Click sobre el Shell and Tube HX icono o del equipo a simular.

o Colocar la figura en lugar requerido y hacer click.

o Colocar el nombre a dar al intercambiador ( 15E013).

20. Click Ok y aparcera la ventana de configuración de Intercambiadores de Tubo y

Coraza.

21. Click Rating para modo de cálculo.

22. Click Ok

23. Hacer click en el icono Process Stream ( las corrientes dibujadas estarán en

color rojo)

24. Mueve el ratón y conecta la corriente a la figura del equipo seleccionado

25. Click Ok

26. Dibuja la corriente de salida y colocar nombre o enumerar (stream3)

27. Repetir los pasos del 23 al 26 para dibujar las otras 2 corrientes

28. Hacer doble click sobre stream1 y aparecerá en pantalla la ventana introducir

las propiedades del fluido (suponiendo que esta corriente pertenece al lado tubo)

29. Introducir los siguientes valores:

o Presión:

o Temperatura

o El flujo total de esta corriente

o El flujo de cada componente

30. Seleccionar el Internal Property Generation e introduzca lo siguiente:

o Temperatura

o Presión

31. Click Ok

32. Hacer doble click en stream2 o la otra corriente de entrada

33. Introducir el valor de las siguientes variables:

o Presión:


109

o Temperatura

o El flujo total de esta corriente

o El flujo de cada componente

34. Click Ok

35. Hacer doble click en el icono del equipo dibujado (STE icono)

36. Seleccionar specifications

o Specifications Type: se recomienda seleccionar el flujo total de calor o

la temperatura final de salida.

o Especificar el valor del flujo de calor o de la temperatura de salida

37. Hacer doble click en la etiqueta Shellside e introduzca:

o La dirección del flujo ( contracorriente)

o Lado caliente (Shell side or tube side)

o Orientación: (Vertical o Horizontal)

o TEMA ( tipo de cabezal anterior, posterior, tipo de carcasa)

38. Hacer doble click en la etiqueta Tubeside e introduzca:

o Diámetro externo

o Pitch (espaciado entre tubos)

o Patterm o arreglo del haz tubular

o BWG

39. Click Baffles (Deflectores) y suministrar:

o Tipo de deflectores

o El espesor

o Número de Sealing Strip Pairs

40. Click Film Options e introducir los valores de:

o Coeficiente Global de Transferencia de Calor estimado

o El factor de ensuciamiento tanto del lado coraza como del lado de los

tubos.

41. Click Material y suministrar la siguiente información:

o Material de la Coraza

o Material de los tubos

42. Click Pressure Drop Option


110

o Caída de presión del lado Coraza

o Caída de presión del lado tubo

43. Click Ok para aceptar los cambios realizados y regresar a la hoja de trabajo.

44. Seleccionar File > Save para guardar.

45. Seleccionar Run > Run. Para correr la simulación y el programa realice los

cálculos pertinentes.

46. Selecciona Output > View report

47. Hacer la validación consiste: buscar en el reporte arrojado, la hoja de datos

que reporta HEXTRAN y verificar que se reproduce el comportamiento y el valor

de los siguientes parámetros de proceso y diseño.

48. Para evaluar son los mismos pasos, solo que se introduce la data de campo

(operacional) y se analizan los resultados de la hoja de Data Sheet deseados.


111

APENDICE D

DATA OPERACIONAL DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO DE CDU


112

Tabla # 47. Data operacional del tren de precalentamiento de Crudo de CDU

02/04/04 02/11/04 02/18/04 02/25/04 03/03/04 03/10/04 03/17/04 03/24/04 03/31/04 Flujo Crudo 11_FC003_MEAS 1701 1728 1717 1720 1730 1731 1718 1722 1748 Te Crudo 11_TI003_PNT 56 58 59 59 59 60 60 59 59 Ts Crudo 11_TI014_PNT 76 78 79 79 79 79 80 79 79

Flujo HVGO 11_FC011_MEAS 328 332 329 331 324 321 321 319 329 Te HVGO 11_TI104_PNT 198 199 200 200 202 202 203 204 203

E101 Ts HVGO 11_TI015_PNT 102 104 105 106 105 105 106 106 106

Te Crudo 11_TI014_PNT 76 78 79 79 79 79 80 79 79 Ts Crudo 11_TI018_PNT 91 92 93 94 93 93 94 94 93

Flujo LVGO 11_FC010_MEAS 113 117 120 118 120 111 112 108 108 12_FC068_MEAS 706 701 714 719 706 702 712 715 713

Te LVGO 12_TI075_PNT 125 127 127 127 128 127 128 129 127

E102 Ts LVGO 11_TI028_PNT 95 97 98 98 98 98 99 99 98


Flujo Nafta 11_FI158t_PNT 321 296 325 324 332 335 329 330 330 11_FC163_MEAS 2103 1419 1505 1716 1821 1901 1939 1920 1976

Te Nafta 11_TI215_PNT 141 145 149 148 148 ------ ------ ----- ------ Ts Nafta 11_TI046_PNT 120 120 122 125 124 124 124 123 123

Flujo crudo B-A 11_FC016_MEAS 691 554 761 730 732 734 728 728 741 Flujo crudo D-C 11_FC017_MEAS 745 747 752 726 728 729 723 727 738 Flujo crudo F-G 11_FC018_MEAS 704 555 653 488 725 721 718 721 733 Flujo Nafta A-B 11_FC019_MEAS 889 514 839 761 662 773 919 890 935 Flujo Nafta C-D 11_FC020_MEAS 1075 988 946 1057 1075 1075 1074 1075 1075

E103 Flujo Nafta G-F 11_FC021_MEAS 774 530 138 153 555 475 537 571 548

Te Crudo 11_TI045_PNT 149 146 150 150 152 153 154 154 153 Ts Crudo 11_TC055_MEAS 143 144 147 146 148 148 149 149 148

Flujo SRGO PA 11_FC026_MEAS 625 969 723 711 724 721 712 722 725 Te SRGO PA 11_TC090_MEAS 235 234 240 239 243 239 239 240 239

E104 Ts SRGO PA 11_TI056_PNT 189 197 195 196 207 208 214 234 347


Flujo SRGO PA 11_FC026_MEAS 625 969 723 711 724 721 712 722 725 Te SRGO PA 11_TI242_PNT 280 265 279 279 281 280 280 280 280

E105 Ts SRGO PA 11_TC090_MEAS 235 234 240 239 243 239 239 240 239


Flujo SRGO 11_FC042_MEAS 182 239 218 223 230 238 233 188 188 Te SRGO 11_TI243_PNT 279 264 278 277 280 278 267 273 273

E106 Ts SRGO 11_TI098_PNT 175 176 177 177 179 180 181 182 181


113

Tabla # 47. Continuación. Data operacional del tren de precalentamiento de Crudo de CDU

02/04/04 02/11/04 02/18/04 02/25/04 03/03/04 03/10/04 03/17/04 03/24/04 03/31/04 Te Crudo 11_TI097_PNT 169 169 171 170 172 173 174 175 174 Ts Crudo 11_TI123_PNT 259 260 261 253 240 251 246 240 240

Flujo HVGO 12_FC079_MEAS 1326 1390 1399 1399 1394 1369 1415 1401 1413 11_FC011_MEAS 328 332 329 331 324 321 321 319 329

Te HVGO 12_TI068_PNT 266 265 266 265 267 267 266 268 267

E107 Ts HVGO 11_TI104_PNT 198 199 200 200 202 202 203 204 203

Te Crudo 11_TI123_PNT 259 260 261 253 240 251 246 240 240 Ts Crudo 11_TI136_PNT 257 257 258 257 259 258 259 259 259 Flujo RSV 11_FC048_MEAS 564 586 588 591 587 576 592 585 582 Te RSV 12_TI065_PNT 342 341 343 343 343 344 342 344 344

E108 Ts RSV 11_TI131_PNT 257 257 257 257 258 258 258 259 259


114

APÉNDICE E VALIDACIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR EN HEXTRAN


115


116


117


118


119


120


121


122


123


124


125


126


127


128


129


130


131


132


133

APÉNDICE F FALLAS MÁS FRECUENTES EN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR


134

APÉNDICE F FALLAS MÁS FRECUENTES EN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

Tabla # 48. Fallas más frecuentes en los intercambiadores de Calor.

Fallas más frecuentes en los intercambiadores de calor

Modo De Falla Causa/Raiz Tarea

Taponamiento/Ensuciamiento de los tubos

Depósitos de contaminantes

del Proceso

Realizar monitoreo del factor de obstrucción y el balance de calor, flujo y

caída de presión. Garantizar que las variables de proceso se encuentran dentro

de los límites de control.

Taponamiento/Ensuciamiento de los tubos y el casco

Depósitos de contaminantes

del proceso

Realizar inspección interna y limpieza de los tubos y el casco, deflectores durante las paradas programadas por mantenimiento.

Perforación deflector del canal-Perforación deflectores

del casco

Corrosión - Corrosión

Garantizar que las variables de proceso se encuentren dentro de los límites de control.

Perforación deflector del canal-Perforación deflectores

del casco

Corrosión - Corrosión

Revisar el estado de los deflectores durante las paradas programadas por

mantenimiento.

Fugas por tubos o juntas expandidas tubo-placa. Otras

fugas internas.

Corrosión - Erosión

Se debe garantizar en lo posible la operación dentro de los límites de control

de las variables consideradas.


fugas internas.


Realizar inspección interna de los tubos, carcaza y las placas en búsqueda de

erosión y corrosión.


fugas internas

Corrosión - Erosión Realizar prueba hidrostática


fugas internas


Tomar muestras de producto en busca de trazas del fluido del lado de alta presión en

la corriente de fluido del lado de baja presión


135

Tabla # 48. Continuación. Fallas más frecuentes en los intercambiadores de Calor.

Fallas más frecuentes en los intercambiadores de calor

Modo De Falla Causa/Raiz Tarea

Fugas por tubos

Erosión por fallas – mala

instalación de placas de choque

Inspeccionar placas de choque. Verificar que no queden espacios entre la placa y los

baffles que promuevan flujos que erosionen los tubos.

Daños en el aislante Deterioro – Daño mecánico

Verificar condición del aislamiento térmico mediante la inspección interno del equipo.

Falla conexión para instrumento

Corrosión o golpe mecánico

Verificar estado de conexión de instrumentos y equipos auxiliares

Daños en el concreto de protección contra fuego

Deterioro – Daño mecánico

Verificar estado del revestimiento antifuego mediante la inspección externa del equipo

Soportes estructurales dañados Corrosión

Inspeccionar soportes de la estructura del intercambiador de calor, mediante la

inspección externa del equipo

Fuga masiva de producto por ruptura de la pared del

recipiente

Deterioro por corrosión

Realizar inspección para la búsqueda de fugas incipientes

Deterioro del Revestimiento

Erosión, Corrosión, Alta Temperatura

Verificar estado del revestimiento externo. Realizar limpieza y aplicar revestimiento

nuevo de ser necesario


136

APÉNDICE G DIAGRAMAS DE OPERACIÓN DEL TREN DE PRECALENTAMIENTO DE CRUDO

DE CDU

simulación y evaluación de los intercambiadores de calor...

Documents