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5/8/2018 Troubleshooting & Revamping - slidepdf.com

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Trabajo técnico presentado en el congreso DE LA INDUSTRIA QUIMICA YPETROQUIMICA DEL MERCOSUR y 11º CONGRESO ARGENTINO DE

PETROQUÍMICA Set. ’98 Buenos Aires -Argentina

TROUBLESHOOTING Y REVAMPINGNUEVAS HERRAMIENTAS PARA MEJORAR LA PRODUCCION

EN EQUIPOS DE PROCESOS.

SPEKUJLJAK, Zvonko y MONELLA, Horacio.S I T Ingeniería S. R. L.,

San José 2832 - S3000HHX - Santa Fe. T. E./Fax 0054 342 4551 637.

El estudio de los problemas operativos en las plantas de proceso y la co-rrección de defectos y modernizaciones de las instalaciones es una prác-tica permanente. Esto requiere del trabajo del personal de Planta, comoasí de la asistencia de especialistas externos a la Empresa. Citar algunos casos ocurridos en nuestro país es ilustrativo de cómo esta

práctica resuelve situaciones dificultosas, incorporando a través de lassoluciones, modernizaciones en los equipos.

Las nuevas aplicaciones del conocimiento, que son necesarias para dar solucio-

nes a problemas existentes en la producción o alcanzar mejoras significativas entodo el proceso productivo, se ven hoy afectadas directamente por la reducción delos grupos de Ingeniería y Proceso en las Plantas Petroquímicas, Químicas y Re-finerías Petroleras, que se verifican tanto a nivel internacional como en nuestropaís.

Esta situación se ha constituido en una barrera para la absorción rápida y eficientedel avance del conocimiento producto de la maduración tecnológica, y se agudizacuando el mercado va demandando productos con especificaciones cada vez másexigentes, ya sea por razones de calidad, precio, ambientales, o por la globaliza-ción de los mercados.

Si bien las grandes empresas internacionales proveedoras de ingeniería y equiposde procesos incorporan estos avances en sus propuestas, por lo general no traba-

jan en actualizaciones, modernizaciones, puestas a punto y reconversiones deequipamiento existente, cuando se trata de plantas de tamaños medianos o pe-queños. Esto evidentemente trae la obsolescencia del equipamiento de las plan-tas de producción, por el simple paso del tiempo y por la superación tecnológica.

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La falta de atención a veces, la no elaboración de un diagnóstico acertado ante unproblema o limitación operativa en otras, dificultan la aplicación de soluciones mo-

dernas y adecuadas. Muchas veces, el Debottienecking de una instalación obli-ga a un estudio de los problemas que tiene el proceso para su operación, apare-ciendo en ese momento distintos problemas asociados, que deben ser corregidos.

La práctica del Trobleshooting y eventualmente el Revamping de las instala-ciones y equipos, es una práctica constante en la industria de procesos continuosa nivel internacional. Por lo general, la realización de esta tareas es a cargo deempresas especialistas en el tema.

Una característica importante de esta actividad, es que tiene integración horizon-tal en las distintas disciplinas que intervienen, ya que deben concurrir conoci-

mientos tan diversos como aquellos de los especialistas en equipos, en controlde procesos, químicos, metalurgistas y de materiales, ingeniería de planta, etc.,como así también una integración vertical, ya que no sólo los especialistas debencontribuir, sino los supervisores, operadores de planta y personal de manteni-miento que siempre aportan inevitablemente elementos de importancia en estoscasos.

En nuestro país se manifiesta una insuficiencia en este aspecto, ya que hay rela-tivamente poca difusión de esta práctica, por diversas circunstancias, especial-mente en los equipos de transferencia de materia y calor.

Resulta de interés presentar algunos casos de Troubleshooting y Revamping,que podrán ser tomados como indicativos, y sirven para mostrar como esta prác-tica puede mejorar, en forma significativa, las operaciones de las plantas deproducción continua.

ALGUNOS CASOS EJEMPLOS DE TROUBLESHOOTING Y REVAMPING.

Caso 1.- Columna lavadora de arrastre de gotas.

Descripción. Se trata de una operación llevada a cabo en un evaporador de film

ascendente, con atrapamiento de arrastres de gotas en la cabeza, consistenteoriginalmente de una columna con tres platos de burbujeo, a la cual se le ingresauna pequeña corriente de lavado (condensado). Los vapores se envían a uncondensador de superficie.

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Síntoma. El problema manifiesto fue la excesiva presencia de sólidos en el con-densado, provocado por un atrapamiento ineficiente en los platos del líquido

arrastrado por los gases.

Diagnóstico. El estudio de la hidráulica de funcionamiento de los platos decaptura del arrastre indicó que se encontraban operando en una condiciónmuy desfavorable, produciendo un rearrastre de líquido por la propiahidráulica del plato de burbujeo. Una relación de muy bajo caudal de líqui-do respecto del de gas, producirá arrastre importante de gotas. Si biencada plato atrapa parcialmente a las gotas que llegan con el gas desdeabajo, se produce una propagación hacia arriba, plato a plato, de gotascon contenido de sólidos provenientes del evaporador, que, debido al muy

bajo caudal de renovación líquida en el plato, provoca inevitablemente lallegada de sólidos hasta el condensado.

Solución. Se aconsejó la colocación de atrapagotas inerciales entre la sali-da de los tubos del evaporador y los platos de burbujeo. Estos elementosconsisten en placas, de forma que las gotas arrastradas por los gases a lasalida del evaporador impacten en este separador y no lleguen hasta losplatos de lavado, a los cuales se optó por dejarlos en operación.

Respuesta. La respuesta del equipo en las nuevas condiciones mostró una

mejora muy importante en la captura de sólidos, disminuyendo en más deun orden de magnitud su concentración en el condensado.

Moraleja. La aplicación de un elemento tradicional de contacto líquido-gas,como lo es el plato de burbujeo, a una tarea distinta para el que fue pensa-do, cual es el atrapamiento de gotas, en condiciones operativas no aconse-

jables, (bajo caudal de líquido en relación al de gas), no produce el efectodeseado,. Se corrige el defecto con la incorporación, en operación com-plementaria, de un elemento mas moderno y adecuado a la tarea, como loes el separador inercial de gotas.

Caso 2.- Revamp no-satisfactorio de una columna demetanizadora.

Descripción. Se intenta aumentar la producción en un 20% y mejorar la es-pecificación de fondo desde 100 a 50 ppm de una columna demetanizadora(1). El equipo consta originalmente con 47 platos de válvulas, cambiándoselos internos por rellenos estructurados. La columna opera a 30 atm,

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Síntoma. No se logra la especificación de metano en el fondo, aún aumen-tando al máximo posible la relación de reflujo, ni tampoco la producciónprometida por el diseño.

Diagnóstico. Se falla en la concepción de los auxiliares del relleno estructu-rado (distribuidores de flujos) colocados. Se consideró como fuente princi-pal del problema, la no colocación de un distribuidor de vapores del hervidor en el fondo de la columna. Por otro lado, se debe considerar que se produ-ce el fenómeno típico de las columnas rellenas que operan a alta presión,donde se verifica el arrastre de la fase gaseosa, hacia abajo, por la fase lí-quida. Estos dos fenómenos se potenciaron entre sí, produciendo celdas de

recirculación del gas dentro del equipo; por ello, en una sección transversal de lacolumna se podría encontrar gases subiendo en un punto y bajando en otro.

Solución. Se han llevado a cabo diferentes modificaciones. El cambio más deci-sivo fue la incorporación de un distribuidor de vapores de fondo.

Respuesta. Se logran las especificaciones y carga prometidas en el diseño.

Moralela. La utilización de las soluciones tecnológicas más modernas no garanti-zan buenos resultados, si no se aplican correctamente y con criticidad de acuerdoa la situación.

Caso 3.- Presencia de, espumas en columnas lavadoras 1.

Descripción. Se neutraliza una corriente de vapores orgánicos ácidos (niebla deácido sulfúrico), a presión, con soda recirculante, en una columna rellena con ele-mentos estructurados.

Síntoma. La aparición de fuerte alcalinidad en el condensado de los vapores, indi-ca la presencia de fuerte arrastre de soda por los gases.

Diagnóstico. Estudiado el equipo, se encuentra que la principal causa del proble-

ma es la presencia de espuma en el equipo, promovida por sustancias tensioacti-vas presentes en el gas, que se acumulan en el líquido, y que se genera en el fon-do de la columna. Esto es debido a que originalmente el distribuidor de gasesproducía el burbujeo de éstos en el líquido. La espuma avanzaba hacia arriba por el relleno, no siendo capturada eficientemente por el elemento de atrapamientoinercial colocado en la cabeza ("demister"). Este diagnóstico fue confirmado vi-sualmente cuando se le agregó al equipo un visor.

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Solución. La solución índicada fue rediseñar el distribuidor de gases, no produ-

ciendo el burbujeo en el líquido, sino inyectándolo en la fase gaseosa del fondo dela columna.

Respuesta. La respuesta del equipo fue inmediata, desapareciendo el problema,obteniéndose un condensado neutro.

Moraleja. La espuma puede traer consecuencias dramáticas en la operación deuna instalación. Siempre se deberá considerar sus posibles efectos en aquellascircunstancias que sea probable su presencia. Un detalle constructivo u operativodel equipo, a veces irrelevante a primera vista, puede ser el causante de un pro-blema serio.

Caso 4.- Presencia de espuma en una columna de tratamiento de gases con solu-ción de monoetanolamina

Descripción. La presencia de espuma en las columnas de absorción de gases consolución de monoetanolamina, produce serios problemas operativos:

a) arrastre de gotas por el gas.b) significativo aumento del gradiente de presión del gas.

Este es el caso del Revamping de un Removal de CO2 con solución de MEA, que

presentaba serios problemas operativos.

Síntoma. La presencia de arrastre de líquido por el gas y un aumento importantedel gradiente de presión de esta fase, indicó la presencia de espuma en el equipo.Para poder operarlo sin producir significativos arrastres de líquido por el gas, sedebió inyectar antiespumantes en forma constante. Esta inyección debía ser eli-minada, ya que producía problemas derivados en equipos asociados aguas abajo(ensuciamiento).

Diagnóstico. La espuma se genera por efectos químicos (sustancias tensioacti-vas, hidrocarburos, polimerizaciones) y por efectos mecánicos (burbujeo, arrastre

de gas por el líquido), estabilizándose por presencia de sólidos finamente divididosen el líquido.

Solución. El cambio de internos de la columna absorbedora, de rellenos al azar (oen algunos casos de platos de burbujeo), a rellenos estructurados, con el conse-cuente cambio de auxiliares (distribuidores, redistribuidores), de diseño adecuado,

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específicamente pensados para este servicio, hace que se disminuya totalmente laincidencia mecánica en la formación de la espuma.

Respuesta. El equipo se encuentra operando por un lapso de 10 años sin incon-venientes. No hubo que inyectar, desde la remodelación, antiespumantes paraoperar satisfactoriamente. La carga de operación actualmente es 2,1 veces la dediseño.

Moraleja. En los equipos que operen lavando gases con soluciones de aminas, laespuma es un problema dominante. El estudio de todos los aspectos de la opera-ción y la corrección de los defectos de diseño podrá traer mejoras sustanciales enlos resultados de funcionamiento.

Caso 5.- Columnas lavadoras de gases con hidróxido de sodio II.

Descripción. Se trata de dos columnas lavadoras de hidrocarburos en la intereta-pa de un compresor, con rellenos al azar. Son dos columnas, las cuales operan,según su diseño, una de ellas con recirculación de soda y otra posterior, con agua,a fin de eliminar C02.

Síntoma. Las columnas presentaron serios problemas de límites operativospara el caudal de gas procesado, levemente superior al de diseño. Perso-nal de operación de planta optó por lavar al gas con soda en ambas colum-nas en paralelo, a fin de aliviar el problema, y aún así se produjeron pro-blemas operativos que obligaron a sacar el sistema de servicio.

Diagnóstico. Inspeccionados los equipos y estudiados los diferentes aspec-tos, se encontró que:

a) El relleno no tenía un tamaño único, y su estado de conservación era de-ficiente.b) Los gases producen una reacción de polimerización (presencia de etile-no, butadieno y otros hidrocarburos no saturados), debido a lo cual se de-positan cantidades importantes de sólidos dentro de¡ equipo.

c) La reacción de neutralización entre el C02 y el HONA producen sólidos.d) Se desprendieron las rejas de retención de rellenos, por fallas mecáni-

cas.e) Los lechos se inundaban y fluidizaban los elementos de empaque.f) Se producían arrastres de líquido y elementos de relleno hacia afuera de

las columnas.

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g) Intervenido el equipo, se encuentran rellenos (anillos metálicos tipo Pali)aplastados, fragmentados y con mucha suciedad.

Solución. Se vacían los lechos, se limpian, acondicionan y reemplazan loselementos de relleno dañados, se reforma la sujeción de la reja de reten-ción, se mide presión diferencial del lecho. Se rediseñan los distribuidoresde líquido de cabeza. Se aconseja una práctica operativo que tome encuenta a los distintos fenómenos involucrados y se anticipe a la situación desalida de servicio de la instalación.

Respuesta. Las respuestas de los equipos son satisfactorias. Funcionansin problemas operativos. Se debe esperar aún un tiempo para implemen-

tar todas las modificaciones aconsejadas y apreciar los resultados obteni-dos.

Moraleia. El seguimiento de las variables de funcionamiento que hacenoperacionalmente disponible a un equipo es fundamental. En este caso, laacumulación de sólidos en el relleno hace que aparezca un momento en elcual el equipo alcanza su límite operativo y debe salir de servicio. Un anti-cipo de ello es el seguimiento de la caída de presión del gas, permitiendoanticipar acciones correctivas.

Caso 6.- Columna productora de asfalto vial.

Descripción. Columna de vacío de una refineria, procesando crudo reduci-do para obtener asfalto vial. Los elementos de contacto del fondo del equi-po eran placas deflectoras de contacto líquido-gas.

Síntoma. No se lograba producir el asfalto en especificación, debido a los restosde livianos que no se despojaban suficientemente en el fondo del equipo.

Diaqnóstico. Las bandejas de contacto de la sección de agotamiento de la co-lumna no operaban con la debida eficiencia de contacto, por lo que el strippingresulta demasiado pobre. Un aumento del caudal de vapor vivo no mejoró signi-ficativamente al producto de fondo. Adicionalmente, con frecuencia las bandejassufrían accidentes operativos (súbita vaporización de agua), que las desmonta-ban de su posición, cayendo al fondo del equipo, perdiendo con ello su capaci-dad operativa.

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Solución. Se reemplazaron los elementos de contacto por una grilla estructura-do, de diseño específico para el servicio (buen contacto líquido - vapor, bajos

tiempos de residencia del líquido, a fin de evitar la coquización, bajas caídas depresión del lecho sobre el gas, período entre limpiezas relativamente prolongado.El deseable es mas de 2 años de operación sin intervención en la columna).

Respuesta, El equipo se encuentra operando por más de dos años sin interven-ción para limpieza, con una significativa mayor carga y consecuente producciónrespecto a la situación anterior a la modificación. La especificación obtenida delasfalto de fondo es a entera satisfacción.

Moraleja. Los equipos tradicionalmente utilizados para determinados servicios,no necesariamente son una buena solución, aunque pueden ser la mejor alterna-

tiva, hasta que aparece una propuesta tecnológicamente mejor, superadora.

Conclusión. La práctica de la observación, estudio y corrección de los pro-blemas operativos de los equipos de proceso permite mejorar, en muchos aspec-tos, al proceso productivo. Desde aumentar la producción, mejorar la especifica-ción de producto, lograr una mejor operación de la instalación o un mejor controloperativo, como así también prolongar los tiempos entre paradas de mantenientode los equipos. La modernización de los componentes (internos, instalacionesasociadas), y las mejoras en las prácticas operativas, debe ser una constante, nosólo en plantas de cierta antigüedad, sino en aquellas que si bien son "Grass-

root", no siempre se aplican en su diseño las alternativas tecnológicas mas mo-dernas, eficientes y adecuadas. Es habitual que en los propios procesos inicialesde comisionado y puesta en marcha de las instalaciones fallas de diseño y/oconstrucción, y deban llevarse a cabo tareas de Trobleshooting y Revamping enesos períodos.

Referencias bibliográficas.

1.- Kurtz, D., McNulty, K. & Morgan D., "Stretch the Capacity of High-PressureDistillation Columns", Chem. Eng. Progr., Feb. 1991.

2.- Kister, H., Distillation Operation, McGraw Hili.

3.- Lieberman, N., Troubleshooting Process Operations, PennWells.

4.- Distlilation and absortion '97, Maastricht, Holanda, IChem, G. Bretaña.

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Glosario.

Comisionado: Tareas de alistamiento mecánico y operativo de una Planta de Pro-ducción, pasando de la fase de erección a la de puesta en marcha.

Debottienecking: Eliminación de cuellos de botella operativos en plantas de proce-so.

Demíster: Elemento de captura inercial de gotas arrastradas por gases, general-mente una malla.

Grass-root: Erección de una planta desde el inicio del proyecto hasta la puesta en

marcha ("desde cero").

Removal: Columna de eliminación de C02 de gases de síntesis.

Revamping: Remodelación de un equipo o instalación, por cambio parcial decomponentes. Por lo general, es requerido cuando se deben eliminar cuellos debotella, aumentar capacidad y/o mejorar especificaciones de productos.

Troubleshooting: Estudio y solución de problemas operativos en equipos e instala-ciones de proceso.

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