DERECHOS RESERVADOS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
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SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL TANQUE DE
ALMACENAMIENTO DE PROPANO DE LAS PLANTAS LGN I/II DEL
COMPLEJO PETROQUÍMICO ANA MARÌA CAMPOS
Trabajo Especial de Grado presentado ante la
Universidad Rafael Urdaneta para optar al título de:
INGENIERO QUÍMICO
Autor:
Br. EMILY COLOMBO
Tutor:
Ing. Oscar Urdaneta
Maracaibo, abril de 2015
SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL TANQUE DE
ALMACENAMIENTO DE PROPANO DE LAS PLANTAS LGN I/II DEL
COMPLEJO PETROQUÍMICO ANA MARÌA CAMPOS
OS
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RV
Colombo Prieto, Emily Carolina
CH
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DE
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C.I.V- 20.274.965
Dirección: Urb. San Jacinto, sector 10. Calle 4. Casa 16.
Telf.: (0424)-6772479
Correo electrónico: [email protected]
Ing. Urdaneta, Oscar
Tutor académico
AGRADECIMIENTO
A Dios por darme la oportunidad y de su mano lograr esta meta.
A mis Padres y Hermanas, por su amor y apoyo incondicional. Esto es para
ustedes.
A mis Abuelos, Tíos y Primos por su apoyo.
S
O
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A mis Amigos por acompañarme en este largo camino.V
ER
S
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S
A Pequiven por permitirme realizar
el presente Trabajo Especial de Grado en sus
O
Hel apoyo necesario para lograr la meta.
C
E
instalaciones y brindarme
todo
R
DE
Al Ing. Oscar Urdaneta por los conocimientos aportados a lo largo de mi carrera y
su maravilloso trabajo como tutor de tesis.
DEDICATORIA
Ante todo a DIOS, por permitirme alcanzar todas las metas trazadas en mi carrera
y darme la fuerza necesaria para continuar en los momentos difíciles.
A mi Mama y mi Papa por el apoyo, el amor que siempre me han dado y por
nunca dejar de creer en mí.
OS
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A mis hermanas por estar presente en todo momento.
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DE
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OS
A mis Familiares y Amigos, por su apoyo constante a lo largo de mi carrera.
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN
ABSTRACT
pág.
INTRODUCCION………………………………………………………………..……….20
1. CAPÍTULO I. EL PROBLEMA……………………………………………………...22
1.1.
Planteamiento del problema........................................................................22
1.2.
Objetivos......................................................................................................24
OS
D
A
V
R
1.2.1. Objetivo general………………………………………………………………….24
E
ES
R
1.2.2. Objetivo específico……………………………………...……………………….24
S
O
H
C
1.3. Justificación..................................................................................................25
ERE
D
1.4. Delimitación..................................................................................................26
1.4.1. Delimitación espacial…………………………………………………………….26
1.4.2. Delimitación temporal……………………………………………………………26
1.4.3. Delimitación científica……………………………………………………………26
2. CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO…………………………………………...…….27
2.1.
Descripción de la empresa...........................................................................27
2.1.1. Actividades económicas…………………………………………...……………28
2.1.2. Misión………………………………………………………………………...…...29
2.1.3. Visión…………………………………………………………………………...…29
2.1.4. Organización…………………………………………………………………......29
2.1.5. Proceso productivo………………………………………………………………31
2.1.6. Materia prima utilizada…………………………………………………………..34
2.1.7. Productos generados……………………………………………………………35
2.2.
Antecedentes…............................................................................................35
2.3.
Bases teóricas……………………………………………................................39
2.3.1. Gas propano…………………..………………………………………………….39
2.3.2. Ciclo de Carnot…………………………………………………………………..40
2.3.3. Ciclo de compresión de vapor………………………………………………….41
2.3.4. Descripción de sistema de refrigeración y almacenamiento de propano….42
2.3.4.1.
Función
del
sistema
de
refrigeración
y
almacenaje
de
propano…………………………………….....………………………………42
2.3.4.2.
Descripción del proceso.........................................................................38
2.3.4.3.
Sistema de descarga de propano desde buques...................................43
2.3.4.4.
Descripción
del
proceso
de
refrigeración
y
almacenaje
vía
OS
D
A
V
2.3.4.5. Equipos asociados al sistema ……………………………………………..45
R
E
ES
R
2.3.5. Descripción general de Proyecto
ACRAP ……………………………….…...46
S
O
H
C
E ACRAP……………...……………………………….53
2.3.5.1. Función del
ERproyecto
D
2.3.5.2. Descripción del proceso ACRAP …….……………………………………54
cabotaje..................................................................................................45
2.3.5.3.
Equipos asociados al Proyecto ACRAP ………………………….………56
2.3.6. Simulación de procesos………………………………………………………...60
2.3.7. Modelos Termodinamicos………………………………………………………62
2.3.7.1.
Modelo termodinámico de Peng-Robinson……………………………….62
2.3.7.2.
Modelo termodinámico de Soave-Redich-Kwong………………………..64
2.3.7.3.
Modelo termodinámico de Lee-Kesler-Plocker…………………………...65
2.4.
Sistema de variables………………………………………...………………….66
3. CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO……………..…..……………………67
3.1.
Tipo de investigación...................................................................................67
3.2.
Diseño de la investigación...........................................................................68
3.3.
Técnica de recolección de datos.................................................................69
3.4.
Instrumentos de recolección de datos.........................................................70
3.5.
Fases de la investigación.............................................................................73
4. CAPITULO IV: ANÁLISIS DE RESULTADOS…….………………...……….......79
4.1.
Definir las condiciones actuales de operación………………………………..79
4.2.
Realizar levantamiento del sistema de refrigeración actual ………...……...80
4.3.
Revisar la ingeniería del proyecto ACRAP……..………………………….....84
4.4.
Simular el sistema de refrigeración a las condiciones actuales de operación
y con la puesta en servicio del proyecto ACRAP………………………….....86
CONCLUSIONES………………………………………………………………………..98
RECOMENDACIONES………………………………………………………………..100
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………….101
ANEXOS………………………………………………………………………………106
CH
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DE
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OS
D
A
RV
6
ÍNDICE DE TABLAS
pág.
Tabla 3.1. Recopilación de los parámetros por diseño para el intercambiador 3101LC1………………………………………………………………………………………...71
Tabla 3.2. Recopilación de los parámetros por diseño para el compresor 3101LJA………………………..........................................................................................72
Tabla
3.3.
Condiciones
de
operación
del
sistema
de
refrigeración
actual…...................................................................................................................72
deOS refrigeración
D
A
V
R
actual…...................................................................................................................73
E
ESdel sistema de refrigeración
R
Tabla 4.1. Condiciones de S
operación
O
H
C
actual......................................................................................................................79
ERE
D
Tabla 4.2. Composición alimentación del sistema de refrigeración actual………..80
Tabla
3.4.
Composición
del
sistema
Tabla 4.3. Recopilación de los parámetros por diseño para el compresor 3101LJA.........................................................................................................................80
Tabla 4.4. Recopilación de los parámetros por diseño para el intercambiador 3101LC1…………………………….…………………………………………………….........81
Tabla 4.5. Levantamiento de los equipos en el área………………………………...83
Tabla 4.6. Recopilación de los parámetros por diseño para el intercambiador 3101LC2………………....................................................................................................84
Tabla 4.7. Recopilación de los parámetros por diseño para el compresor 3101LJC..........................................................................................................................85
Tabla 4.8. Resultados de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJA
y
sus
desviaciones
utilizando
diferentes
métodos
termodinámicos.......................................................................................................88
Tabla 4.9. Resultados de la simulación con datos de diseño del intercambiador
3101-LC1
y
sus
desviaciones
utilizando
diferentes
métodos
termodinámicos…………………………………………...……………………………...90
6
Tabla 4.10. Resultados de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
original
y
sus
desviaciones
utilizando
diferentes
métodos
termodinámicos.......................................................................................................91
Tabla 4.11. Resultados de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
actual y sus desviaciones con respecto a los valores reales medidos en
planta......................................................................................................................93
Tabla 4.12. Resultados de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJC
y
sus
desviaciones
utilizando
diferentes
métodos
termodinámicos…………………………………………………………………………..94
Tabla 4.13. Resultados de la simulación con datos de diseño del intercambiador
diferentes
OS métodos
D
A
V
termodinámicos…………………………………………...……………………………..95
R
E
S
E
R
Tabla 4.14. Resultados de la simulación
del sistema de refrigeración propuesto
S
O
H
C
con la incorporación
ERdeElos equipos del proyecto ACRAP y sus diferencias con
D
respecto a los valores reales medidos en planta……..……………………………...97
3101-LC2
y
sus
desviaciones
utilizando
ÍNDICE DE FIGURAS
pág.
Figura 2.1. Organigrama general de la Corporación de la Petroquímica de
Venezuela...............................................................................................................31
Figura 2.2. Planimetría del Complejo Petroquímico Ana María Campos...............34
Figura 2.3. Estructura del Propano……… ………...............................................40
Figura 2.4. Ciclo de refrigeración por compresión de vapor………………..........44
Figura 2.5. Sistema de refrigeración y almacenaje de propano vía cabotaje…..45
Figura 2.6. Niveles del tanque de almacenamiento de propano 3101-F…….........53
S
O
D
A
ACRAP....................................................................................................................53
V
R
E
ES por diseño. Hojas de datos por
Figura 4.1. Diagrama del sistema de refrigeración
R
S
Ooriginal……………………...............................82
H
diseño del sistema de refrigeración
C
E
DER del sistema de refrigeración actual. Levantamiento del
Figura 4.2. Diagrama
Figura 2.7. Diagrama de flujo del sistema de refrigeración y almacenaje
sistema en el área de la planta……………………..................................................83
Figura 4.3. Diagrama del sistema de refrigeración incluyendo el proyecto
ACRAP.
Planos
recopilados
del
proyecto
ACRAP.................................................................................................................85
Figura 4.4. Árbol de Decisión del Método Termodinámico. Manual de Usuario de
Aspen Plus 11.1......................................................................................................86
Figura 4.5. Diagrama de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJA. Simulación Aspen Plus V7.0...........................................................................87
Figura 4.6. Diagrama de la simulación de diseño del intercambiador 3101-LC1.
Simulación Aspen Plus V7.0...................................................................................89
Figura 4.7. Diagrama de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
original. Simulación Aspen Plus V7.0.....................................................................91
Figura 4.8. Diagrama de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
actual. Simulación Aspen Plus V7.0…………………………………………………...92
Figura 4.9. Diagrama de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJC. Simulación Aspen Plus V7.0..........................................................................94
Figura 4.10. Diagrama de la simulación de diseño del intercambiador 3101-LC2.
Simulación Aspen Plus V7.0……………………………………………………………95
Figura 4.11. Diagrama de la simulación del sistema de refrigeración propuesto con
la incorporación de los equipos del proyecto ACRAP. Simulación Aspen Plus
V7.0………………………………………………………………………………………..96
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Colombo P., Emily C. “Simulación del Sistema de Refrigeración del Tanque de
Almacenamiento de Propano de las Plantas LGN I/II del Complejo
Petroquímico Ana María Campos”. Tesis de Grado para optar por el título de
Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela
de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela, 2014.
RESUMEN
Las plantas LGN I/II del Complejo Petroquímico Ana María Campos reciben
propano vía cabotaje, el cual se descarga en un tanque de almacenamiento
propuesto para ello para satisfacer los requerimientos de las plantas Olefinas I/II.
Este esquema de operación no fue parte del diseño original de la planta. El
propano de cabotaje descarga a una temperatura superior a la requerida por
diseño para el tanque de almacenamiento por lo tanto, se generan vapores en
dicho tanque y estos son transportados a un sistema de refrigeración que cuenta
con un compresor y un intercambiador de calor para condensarlos. Debido a que
estos vapores son superiores para la capacidad de diseño del compresor, existen
pérdidas elevadas de propano en el sistema. El presente trabajo especial de grado
tuvo como objeto simular el sistema de refrigeración y almacenaje de propano
para evaluar una modificación en el sistema denominada proyecto ACRAP
(aumento de la capacidad de refrigeración y almacenaje de propano), que adiciona
un compresor y un condensador al sistema actual para licuar el excedente de
vapor y trabajar simultáneamente con los equipos actuales de operación. Para
esto, se tomaron las variables necesarias para definir las condiciones actuales de
operación del sistema a través de mediciones en plantas y condiciones reportadas
en sala de control. Además se realizó un levantamiento del área para corroborar si
los equipos tuvieron alguna modificación y si están en funcionamiento. Se realizó
también, una revisión detallada en la ingeniería de este proyecto para obtener
información de variables de diseño de los equipos involucrados. Una vez
obtenidos todos los datos necesarios, se realizó la simulación del sistema
utilizando el simulador Aspen Plus V7.0, a las condiciones de diseño y actuales de
operación, para luego simular las modificaciones propuestas. Se compararon los
resultados obtenidos de cada simulación para evaluar su comportamiento y se
pudo determinar que efectivamente la adición de los nuevos equipos al sistema
actual, reduce las pérdidas de propano en un 86.23%, permitiendo un ahorro en la
operación del sistema y disminuyendo pérdidas económicas para la empresa.
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RV
PALABRAS CLAVES: Sistema de refrigeración, Propano de Cabotaje, ACRAP.
Dirección electrónica: [email protected]
19
Colombo P., Emily C. “Cooling System Simulation of Propane Storage Plants
LGN I/II at Petrochemical Complex Ana María Campos”. Thesis to qualify for
the degree in Chemical Engineering. Universidad Rafael Urdaneta. Faculty of
Engineering. School of Chemical Engineering. Maracaibo, Venezuela, 2014.
ABSTRACT
LGN I/II propane plants at the Petrochemical Complex Ana Maria Campos receive
propane through coastal shipping, which is then released into a storage tank to
satisfy the needs of the Olefin plants I/II. This schematic operational system was
not part of the plant’s original design. Propane from coastal shipping releases a
higher temperature than that required due to design of the storage tank. Therefore,
gases produced inside the tank are transported to a cooling system which is
provided with a compressor and a heat exchanger for condensation. Due to these
gases are stronger than the heat exchanger’s capacity, there are high losses of
propane through the system. The objective of this project was to replicate
propane’s storage and cooling systems to evaluate potential design modifications
to the system named ACRAP (Aumento de la capacidad de refrigeración y
almacenaje de propano). This system adds up one compressor and a condenser to
the actual system to blend the leftover of gas and simultaneously work with the
operational systems currently in use. In order to achieve this, the actual operational
system’s conditions had to be known. Required plant’s measurements were taken
and its conditions were recorded and later reported to the operations control room
center. In addition, an area inspection took place to verify if the equipment was
functioning accordingly or had gone through any modification. A detailed overview
of the engineering process of this project was realized to obtain information
regarding possible modifications on the design of the previously mentioned
equipment. Once all information and data was collected, a simulation of the system
was performed by Aspen Plus V7.0 simulator. Using current design and
operational procedures, proposed modifications were used and applied for
simulation of the system. Data was collected and compared at each reproduction
to evaluate its performance and determine successful addition of new equipment to
the actual system, reducing propane losses in 86.23%. It also allowed savings on
the operation system by reducing financial losses for this company.
CH
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A
RV
KEY WORDS: Cooling systems, Coastal Shipping Propane, ACRAP.
Email address: [email protected]
20
INTRODUCCIÓN
Las plantas LGN I/II del Complejo Petroquímico Ana María Campos cuentan con
un Sistema de Refrigeración y Almacenaje de Propano que, en la actualidad,
recibe
propano
vía
cabotaje
para
ser
descargado
en
un
tanque
de
almacenamiento dispuesto para ello.
Es importante enfatizar, que este esquema de operación no fue parte del diseño
original de la planta, por lo tanto, esta operación ha causado una serie de
problemas, debido a que el propano descarga a una temperatura superior a la
OS
D
A
RV
requerida por diseño del tanque, siendo imposible mantener el producto a las
SE
E
R
OS
condiciones de temperatura y presión deseadas.
CH
E
R
un compresorD
yE
un intercambiador de calor para manejar los vapores generados
Igualmente, el sistema de refrigeración del tanque de almacenamiento cuenta con
en el tanque y condensarlos. Dichos vapores son superiores a las condiciones de
diseño del compresor, y este solo es capaz de manejar una parte de los vapores
para transportarlos hacia el condensador, generándose así una pérdida de
propano elevada en el sistema.
Por este motivo, el objetivo general del presente trabajo especial de grado
consistió en simular el sistema de refrigeración y almacenaje de Propano, a través
de la herramienta de simulación comercial Aspen Plus V7.0, para evaluar una
modificación en el sistema denominada proyecto ACRAP (Aumento de la
Capacidad de Refrigeración y Almacenaje de Propano) con el fin de disminuir
dichas pérdidas. Para el completo desarrollo de este objetivo se persiguieron los
siguientes objetivos específicos: Definir las condiciones actuales de operación del
sistema, realizar un levantamiento del área y revisar la ingeniería del proyecto
ACRAP.
21
Este trabajo se encuentra estructurado de cuatro capítulos. El primero contiene el
planteamiento del problema, objetivo general, objetivos específicos, justificación y
delimitación de la investigación. El segundo capítulo, está comprendido por el
marco teórico, que incluye la descripción de la empresa y los antecedentes
utilizados como apoyo a la investigación,
las bases teóricas, en donde se
encuentran plasmadas las definiciones relacionadas al trabajo de investigación y
el cuadro de variables, donde se destacan los indicadores de cada objetivo.
En el tercer capítulo, marco metodológico, se especifican el tipo y diseño de
investigación, las técnicas e instrumentos de recolección de datos, conformado por
OS
D
A
Vdetalladamente el paso a
las fases de la investigación, en las cuales se explican
R
E
ES
R
paso para la ejecución de los objetivos
planteados.
S
O
H
C
ERE
D
Finalmente, en el cuarto capítulo, donde se presentan los análisis y resultados de
una serie de tablas adaptadas al presente trabajo de investigación, y finalizando
cada uno de los objetivos propuestos, las conclusiones de la investigación y las
recomendaciones.
22
CAPITULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo se realizó una descripción detallada del objeto de estudio, es
decir, el planteamiento del problema, los objetivos general y específicos, así como
también la justificación y delimitación del mismo.
1. Planteamiento del problema
OS
D
A
RV
En el complejo Ana María Campos, ubicado en el estado Zulia, se encuentran
SE
E
R
OS
localizadas las plantas LGN I/II, que en la actualidad cuentan con un sistema de
CH
E
R
equilibrio líquido–vapor
DE a la temperatura de almacenamiento en un tanque.
refrigeración para el manejo de vapores de propano generado producto del
El sistema de refrigeración de almacenaje de propano, está provista con dos
compresores centrífugos, que actualmente están
operando y se encuentran
limitados por diseño a 9 062.8 kg/hr (19 980 lb/h), de los cuales opera uno y el otro
permanece como respaldo. Este sistema fue diseñado para los siguientes
servicios: el enfriamiento de propano producto de las plantas LGN I/II antes de ser
almacenado en un tanque dispuesto para ello, condensación de vapores
producidos en dicho tanque y para el desplazamiento del líquido en el tanque de
propano durante carga y descarga de buques.
Ahora bien, las plantas LGN I/II reciben propano de importación vía cabotaje,
siendo este descargado desde el muelle para el transporte de líquidos hacia el
tanque
de
almacenamiento
referido
con
requerimientos de las plantas Olefinas I y II.
la
finalidad
de
satisfacer los
Por otra parte, el tanque de almacenamiento de propano se diseñó para mantener
una temperatura de -45°C y una presión de 10 in H2O. Actualmente, el propano
vía cabotaje descarga a una temperatura superior a la requerida por diseño,
aproximadamente entre -38°C y -42°C, el cual es comúnmente llamado propano
caliente, que es descargado y almacenado en el tanque.
Por consiguiente; los vapores formados en el tanque de almacenamiento, son
transportados a la primera etapa del compresor del sistema y luego al
intercambiador de calor del mismo, para ser condensados y llevados nuevamente
OS
D
A
Vde diseño de manejo de
generado en el tanque, es superior a la capacidad
R
E
S
vapores del compresor del sistemaS
porR
lo E
que, una parte de propano gaseoso es
HO de almacenaje, generándose una pérdida
C
enviado al sistema deErefrigeración
DER
elevada de propano
en dicho sistema.
hacia el tanque en forma líquida. Esa cantidad de vapores o propano gaseoso
Debe señalarse que las pérdidas de propano en el sistema pueden presentarse de
dos maneras: en las RV’s (válvulas de alivio) del tanque de almacenamiento y en
el venteo del compresor, siendo este último el que produce la mayor cantidad de
pérdidas. Esta problemática solo ocurre cuando hay descarga de buques.
En el año 2001, Pequiven con el propósito de disminuir el tiempo de descarga de
los buques y las pérdidas de propano, decidió realizar una modificación al sistema,
siendo presentado como el proyecto de “Aumento de capacidad de refrigeración
de almacenaje de propano” denominado ACRAP, que adiciona un compresor y un
condensador al sistema actual para licuar el excedente de vapor y trabajar
simultáneamente con el compresor instalado actualmente, compartiéndose así, las
cargas de propano gaseoso generados en el tanque. La empresa adquirió los
equipos necesarios para este proyecto, pero no se realizó la instalación de dichos
equipos. Por lo tanto, este proyecto nunca fue ejecutado.
24
Por las razones antes expuestas, se creó la necesidad de evaluar y determinar
las condiciones de operación del nuevo sistema ACRAP a través de la
herramienta de simulación Aspen Plus®, para aprobar y poner en funcionamiento
la alternativa propuesta operando con el sistema actual, con el fin de disminuir las
pérdidas de propano en el ciclo de refrigeración de almacenaje y el tiempo de
descarga de los buques.
1.2.
Objetivos
1.2.1. Objetivo general
SE
E
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OS
OS
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A
RV
CH
E
R
las plantas LGN
DEI/II a las condiciones actuales de operación y con la posible
Simular el sistema de refrigeración del tanque de almacenamiento de propano de
puesta en servicio del proyecto ACRAP.
1.2.2. Objetivos específicos
1. Definir las condiciones actuales de operación del sistema de
refrigeración del tanque de almacenamiento de propano.
2. Realizar el levantamiento del sistema de refrigeración de almacenaje de
propano.
3. Revisar la ingeniería del proyecto ACRAP.
4. Simular el sistema de refrigeración del tanque de almacenamiento de
propano a las condiciones actuales de operación y con la posible puesta
en servicio del proyecto ACRAP.
25
1.3.
Justificación
El sistema de refrigeración de almacenaje de propano de la planta LGN, es de
suma importancia dentro del complejo petroquímico Ana María Campos, puesto
que, es el encargado de enfriar el propano producto de las plantas LGN I/II,
condensar los vapores generados en el tanque y almacenar el propano vía
cabotaje para luego, ser proporcionado en las condiciones adecuadas, como
materia prima a las plantas de Olefinas I/II, una de las plantas más importantes del
complejo, pues en ella, se generan otras materias primas para realizar otros
procesos del complejo petroquímico.
OS
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A
RV
SE
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S
Actualmente, este sistema H
de O
refrigeración
y almacenaje genera importantes
C
pérdidas de D
propano,
EREdebido a que los compresores existentes no fueron
diseñados para licuar el excedente de vapor que se genera en la recepción de
propano vía cabotaje a causa de que la primera etapa de los compresores
instalados se encuentra limitada a 9 062.8 kg/hr (19 980 lb/h). Estas limitaciones
del sistema, también aumenta considerablemente el tiempo de descarga de los
buques.
Por consiguiente; las pérdidas de propano calculadas en toneladas, representan
un alto costo y pérdidas económicas considerables a la empresa. Un estimado de
pérdidas, suministradas por personal de Pequiven, alcanza las 650 TM/Mes. Esto
representa en términos financieros un total de aproximadamente 299 650 BsF/Mes
Debido a la situación planteada, se evaluó la factibilidad técnica de instalación de
nuevos equipos (compresores, intercambiadores, etc.) al sistema actual de
refrigeración y almacenaje de propano, para estudiar el impacto de esta
modificación en la disminución de pérdidas de propano, tiempo de descarga de
buques y las pérdidas económicas mensuales, siendo de total beneficio para la
empresa.
26
Por otra parte, las válvulas de seguridad del tanque de almacenamiento están
diseñadas para liberar el propano hacia el ambiente cuando la presión se eleva en
el tanque. Entonces, desde el punto de vista social, este proyecto resultará de
gran beneficio para el medioambiente y el ecosistema, puesto que al disminuir o
eliminar las pérdidas en el sistema, se eliminará la emisión de propano hacia el
medio ambiente, contribuyendo a la preservación del medio ambiente y
aplicándose así las leyes y reglamentos de Ambiente, Higiene y Seguridad.
Se determinó las condiciones de operación por medio de la herramienta de
simulación Aspen Plus® V7.0,
puedan presentarse.
1.4.
CH
E
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DE
OS
D
A
RV
para evitar así las posibles desviaciones que
SE
E
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OS
Delimitación
1.4.1. Delimitación Espacial
Esta investigación se llevó a cabo en la planta de LGN, ubicada en el Complejo
Petroquímico Ana María Campos, Municipio Miranda, Estado Zulia.
1.4.2. Delimitación Temporal
Este trabajo se realizó en el periodo comprendido entre el mes de marzo de 2014
y el mes de agosto de 2014.
1.4.3. Delimitación Científica
Para la realización de esta investigación, se utilizaron los conocimientos
adquiridos en las cátedras de Termodinámica, Operaciones Unitarias I y Técnicas
de Simulación.
27
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
Este capítulo se ha estructurado para permitir un fácil conocimiento y
entendimiento de los fundamentos teóricos en que se sustenta el presente trabajo
de investigación. Se describirá el proceso de refrigeración del sistema de
almacenamiento de propano, se presentaran los estudios previos o antecedentes,
así como una serie de definiciones que servirán de ayuda para complementar los
S
O
D
A
fin de encontrar la solución más conveniente al problema
Vplanteado.
R
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O
H
C
RE
E
D
2.1. Descripción de la empresa
conocimientos básicos, con la finalidad de establecer un marco de referencia, a
Pequiven, Petroquímica de Venezuela, S.A. es la Corporación del Estado
venezolano encargada de producir y comercializar productos petroquímicos
fundamentales con prioridad hacia el mercado nacional y con capacidad de
exportación. La empresa propicia la creación de empresas mixtas y de producción
social (EPS), estimula el desarrollo agrícola e industrial de las cadenas
productivas y promueve el equilibrio social con alta sensibilidad comunitaria y
ecológica.
Pequiven fue creada en el año 1977, asumiendo las operaciones del Instituto
Venezolano de Petroquímica (IVP), que fue fundado en 1955. A partir de entonces
ha sufrido distintas etapas de reestructuración, consolidación y expansión, con el
que se ha logrado ampliar su campo de operaciones, desarrollando un importante
mercado
interno
y
externo
para
sus
productos.
Al año siguiente (1978) la empresa es afiliada a Petróleos de Venezuela, S.A.
(PDVSA). Para ese momento se operaban los Complejos Morón (Carabobo) y Ana
María Campos de El Tablazo (Zulia) y estaban en producción 10 empresas mixtas.
En 1986 entra en servicio el “Complejo Petroquímico José Antonio Anzoátegui”
ubicado en José al este de Barcelona, uno de los más grandes establecimientos
petroquímicos de Latinoamérica. En el 2006 Pequiven pasó de ser filial de PDVSA
a convertirse en una corporación independiente, adscrita al Ministerio del Poder
Popular para la Energía y Petróleo. Se crea el Viceministerio de Petroquímica y se
OS
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RV
anuncian los planes de desarrollo de Pequiven para el período 2006-2012.
SE
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S
2.1.1. Actividades económicas
O
H
EC
R
E
D
Su propósito es desarrollar una Industria Petroquímica líder Regional y del alcance
global sobre la base de las ventajas comparativas con que cuenta Venezuela:
1. País Petrolero con abundantes reservas de gas natural para los procesos
productivos.
2. Posición geográfica favorable para acceder a los mercados regionales,
nacionales e internacionales.
3. Disponibilidad de una importante infraestructura Industrial en áreas claves
para la expansión.
Todo ello satisfaciendo las necesidades de sus clientes logrando el mayor
rendimiento posible para sus accionistas en armonía con el ambiente y con las
comunidades en las cuales desarrolla sus actividades.
29
2.1.2. Misión
Producir y comercializar con eficiencia y calidad productos químicos y
petroquímicos, en armonía con el ambiente y su entorno, garantizando la atención
prioritaria a la demanda nacional, con el fin de impulsar el desarrollo económico y
social de Venezuela.
2.1.3. Visión
SE
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Ssu desarrollo.
O
petroquímica mundial para impulsar
H
EC
R
E
D
OS
D
A
RV
Ser la Corporación capaz de transformar a Venezuela en una potencia
2.1.4. Organización
La estructura organizacional que se ha venido diseñando e implementando en
PEQUIVEN S.A., obedece al establecimiento de políticas comerciales con las
cuales se busca que cada complejo sea responsable de la producción y
comercialización en los mercados de los productos que le son asignados.
Es así como establecen tres unidades de negocios que atiende el desarrollo de
una amplia gama de productos, agrupados en tres sectores principales: Olefinas y
Plásticos (UNOP) Complejo Zulia, Fertilizantes (UNF) Complejo Morón y
Productos Industriales (UNPI) Complejo Oriente.
Su organización incluye además cuatro empresas filiales:
30
Internacional Petrochemical Holding Ltd. (IPHL), constituida en el exterior, y
Petroplas, especializada en el negocio de PVC. Participa en 16 empresas mixtas
del sector con socios Nacionales e Internacionales, 15 en Venezuela y una en
Barranquilla, Colombia.
También presenta una serie de plantas y empresas en operaciones tales como:
Planta de Gas Licuado I y II, Olefinas I y II, Amoniaco A y B, Urea A y B; las
empresas privadas Estizulia, que produce poliestirenos, Dow Chemical, dedicada
OS
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RV
a la elaboración de látex y Praxair, destinada a la producción de anhídrido
carbónico.
SE
E
R
S
O
Entre sus productos tenemos:
Olefinas,
plásticos, fertilizantes y productos
H
C
E
industriales. Su
ER de producción es aproximadamente 3 millones 400 mil
Dcapacidad
TMA.
El Complejo posee un amplio terminal lacustre con muelles para sólidos, líquidos,
descarga de sal y para el atraque de las lanchas que transportan al personal.
31
Gerencia Corporativa
DIRECTOR ENLACE UNIDAD DE
NEGOCIO
FINANZAS
GESTIÓN HUMANA
CRI
CONSULTORIA JURÍDICA
ASUNTOS
PÚBLICOS
GERENCIA
GENERAL
DES. SOCIAL
OS
D
A
RV
AIT
SE
E
R
OS
DES. ENDÓGENO
SECRETARIA
EJECUTIVA
CH
E
R
DE
MÉDICO
INGENIERÍA Y
PROYECTOS
PLANIFICACIÓN Y
DESARROLLO
INFRAESTRUCTURA Y
APOYO
EVALUACIONES DE GESTION DE
EEMM
AUDITORIA INTERNA
SIG
GERENCIA
SHA
GERENCIA DE
PRODUCCIÓN
GERENCIA DE
MANTENIMIENTO
GERENCIA
DE SERV.
GENERALES
GERENCIA
TÉCNICA
SUMINISTRO
MATERIALES
Figura 2.1. Organigrama general de la Corporación de la Petroquímica de Venezuela.
(Pequiven, 2009)
2.1.5. Proceso productivo
La producción de Pequiven cubre más de 40 renglones, entre materias primas
básicas, productos intermedios y productos destinados al consumidor final. La
32
capacidad de producción total de la empresa en sus plantas propias sumada a las
de las empresas mixtas en las cuales presenta una participación de 7 millones de
toneladas al año, es la siguiente:
Planta de Gas Natural Licuado I y II (LGN I y II): estas plantas procesan el gas
natural proveniente del Lago de Maracaibo para producir: metano, el cual se usa
como materia prima para la producción de amoniaco y como combustible en
complejo; etano y propano, que sirve de materia prima para a las plantas de
OS
D
A
RV
Olefinas; butano y gasolina natural, los cuales son enviados a las refinerías de
Bajo Grande.
SE
E
R
S existen dos plantas gemelas A y B para la
O
Planta de Amoníaco: en el Complejo
H
C
producción deD
amoníaco
ERE con una pureza de 99.5%. El amoníaco es la materia
prima fundamenta para la producción de urea. Se obtiene de la reacción del
hidrogeno, generado a partir de la reformación del gas natural, con el nitrógeno
que libera por combustión del aire.
Planta de Urea: están diseñadas para producir 1200 TMD de urea cada una. La
urea, un sólido cristalino, es el resultado de la reacción química entre el amoníaco
líquido y el dióxido de carbono gaseoso, ambos suministrados por la planta de
amoníaco.
Planta de Cloro-Soda: utiliza como materia prima la sal común y agua
desmineralizada, de los cuales mediante un proceso de descomposición
electrolítica se obtienen el cloro y la soda caustica. La planta de Cloro-Soda está
diseñada para producir 388.8 TMD de cloro y 436 de soda caustica, y como
subproducto se obtiene adicionalmente 11.6 TMD de hidrógeno y 100 TMD de
ácido clorhídrico.
33
Planta Purificadora de Etano (PPE): se construyó con el objetivo de proveer el
etano que sirve de materia prima para la producción de etileno en las plantas de
Olefinas y minimizar así el consumo de propano, con la posibilidad de liberarlo
para la explotación por parte de PDVSA. La planta purificadora de etano tiene una
capacidad de diseño de 270 MTMA de Etano.
Plantas de Olefinas I y II: utilizan como materia prima etano y propano para
producir etileno y propileno grado polímero por medio de un proceso de craqueo,
compresión y enfriamiento. La planta de Olefinas I tiene una capacidad hasta de
OS
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RV
250 MTMA de etileno y 130 MTMA de propileno. Mientras que Olefinas II produce
SE
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R
Sdos plantas MVC II y PVC II. El monocloruro
Planta de Vinilos: está constituida
por
O
H
ECa partir del etileno y cloro provenientes de las plantas
R
de vinilo (MVC),
se
obtiene
E
D
386 MTMA de etileno y 130 MTMA de propileno.
de Olefinas y Cloro-Soda respectivamente, la planta tiene una capacidad de 130
MTMA. La planta de policloruro de vinilo (PVC), está diseñada para producir 120
MTMA mediante la polimerización del MVC, la adición de aditivos y un iniciador.
Planta de Efluentes: está en capacidad de procesar los desechos líquidos
provenientes de las plantas que conforman el complejo acondicionándolas a los
niveles de calidad permisibles para ser descargados al Lago de Maracaibo.
Planta de Servicios Industriales: es la encargada de suministrar el vapor, agua y
energía a cada una de las plantas. Está constituida actualmente por diecisiete
calderas para la generación de vapor, cinco generadores de electricidad, una
productora de agua desmineralizada, una estación centralizada de aire
comprimido y un sistema de bombeo y distribución de agua contra incendio.
PEQUIVEN, también cuenta con empresas mixtas como los son: Poliolefinas
Internacionales (Polinter), Investigación y Desarrollo (Indesca), Química Venoco,
Polipropileno de Venezuela (Propilven), Productora de Alcoholes Hidratados
34
(Pralca), Produsal y empresas privadas como Estireno del Zulia (Estizulia), la cual
produce Poliestireno y Praxiar que está destinada a la producción de anhídrido
carbónico.
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Figura 2.2. Planimetría del Complejo Petroquímico Ana María Campos.
(PEQUIVEN, 1999).
2.1.6 Materia Prima utilizada
En el Complejo Petroquímico “Ana María Campos”, la materia prima fundamental
la constituye el gas natural, el cual se procesa en las plantas de LGN I y II para
producir metano (materia prima en la producción de amoníaco y combustible para
la generación eléctrica y de vapor), etano y propano (materia prima en las plantas
de Olefinas I y II), butano y gasolina natural. También se utiliza sal común como
materia prima en la planta de Cloro-Soda.
35
2.1.7 Productos generados
PEQUIVEN y sus Empresas Mixtas elaboran más de cuarenta productos, los
cuales han sido organizados en las siguientes líneas:
-
Metano, etano, propano y butano (planta de LGN I y II).
-
Etileno y Propileno (planta de Olefinas I y II).
-
Cloro-Soda, hidrógeno y ácido sulfúrico (planta de Cloro-Soda).
-
Amoníaco y urea (planta de fertilizantes).
-
MVC (planta de Monocloruro de Vinilo).
-
PVC (planta Policloruro de Vinilo).
-
Polietileno de Alta Densidad (PEAD), Polietileno de Baja Densidad (PEBD),
-
OS
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RV
SE
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R
S (PELBD) (empresa mixta Polinter).
Polietileno Lineal de Baja
Densidad
O
H
EC mixta Propilven).
R
Polipropileno
(empresa
E
D
2.2. Antecedentes
Arria y Paulauskas. (2001). “Optimización del sistema de refrigeración y
almacenaje de propano de las plantas LGN I/II. Ubicadas en el complejo
petroquímico El Tablazo”. Trabajo Especial de Grado para Optar al título de
Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo. Venezuela.
Este trabajo de grado tuvo como objetivo principal optimizar el sistema de
refrigeración de propano, motivado por la falta de materia prima (gas rico), fue
necesario recibir propano de cabotaje. Este esquema de operación no formó parte
del diseño original de la planta, por lo tanto, se estableció una serie de
procedimientos operacionales para lograr el funcionamiento confiable del sistema.
Debido a esto se incrementan las pérdidas de propano, al no mantener el producto
en forma líquida a la temperatura y presión deseada. Por los motivos expuestos,
36
se realizaron simulaciones de los diferentes casos de operación, con el fin de
conocer
la
capacidad
máxima
manejada
por
el
sistema,
predecir
el
comportamiento del mismo y buscar oportunidades de mejoras orientadas en la
disminución de las pérdidas y el tiempo de descargas de los buques.
Posteriormente se realizaron simulaciones de los casos definidos incluyendo las
propuestas para aumentar la capacidad del sistema.
El análisis de este estudio concluyó que el sistema puede manejar hidráulicamente
OS
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A
RV
tasas de descarga hasta 300 TM/HR acorde con las prácticas de diseño y
velocidad de fluidos en tuberías; así como también se calculó como aumentar la
SE
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R
Slas inversiones básicas para aumentar la
O
etapa del compresor, implantar
H
EC
R
confiabilidad del
sistema,
así como también el reemplazo e instalación de tramos
E
D
capacidad hasta 280 TM/HR. Se recomendó el cambio del impulsor de la primera
de aislamientos defectuosos en la tubería de descarga.
Méndez, David A. (2000). “Optimización del sistema de refrigeración de
propano de la planta LGN I”. Trabajo Especial de Grado para Optar al título de
Ingeniero Químico. Universidad del Zulia, Maracaibo. Venezuela.
El presente trabajo de investigación, surge de la necesidad de incrementar la
producción de etano y propano en la planta LGN I, ubicada en el Complejo
Petroquímico Ana María Campos, a través de la evaluación técnica–económica de
alternativas para incrementar la estabilidad operacional de la planta a cargas
inferiores a 120 MMPCED.
El ciclo de refrigeración de propano consta de un compresor de tres etapas, un
condensador, un separador y dos evaporadores. Cuando la carga de la planta es
menor de 120 MMPCED, no existe en el primer evaporador suficiente flujo de gas
natural para evaporar la cantidad necesaria de propano para que este entre a la
37
primera etapa de compresión, generando así inestabilidad en el compresor y
haciendo que el ciclo de refrigeración deje de funcionar.
Esto trae como
consecuencia que el etano producto salga fuera de especificación y se recupere
menos de la mitad del propano, en promedio al año.
Se evaluaron tres alternativas para la solución del problema, utilizando para esto
el simulador Aspen Plus®, por medio del cual se simularon el sistema de
refrigeración y la planta de extracción de líquidos LGN I, en las condiciones de
diseño, en condiciones reales y en las diferentes condiciones establecidas para
alcanzar el objetivo principal.
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RV
SE
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R
Scon el primer evaporador es la más viable
O
intercambiador de calor en H
paralelo
EC
R
tanto técnica como
económicamente,
logrando alcanzar mayores ingresos para la
E
D
De las alternativas evaluadas, la que consideró la instalación de un nuevo
empresa PEQUIVEN.
Cistac, Bongianino, Filippi y Kovac (2009). “La simulación como medio de
interrelación entre herramientas matemáticas y procesos tecnológicos”.
Artículo publicado en Scientific Electronic Library Online. Volumen 2, No 05, pp. 312.
El objetivo del trabajo se basó en lograr una articulación vertical entre asignaturas
básicas y tecnológicas en los primeros años de la carrera de ingeniería, de tal
forma que los estudiantes dejen de ver a las mismas como compartimientos
estancos, relacionando la matemática con áreas tecnológicas utilizando un
software de simulación. La actividad en aula involucra docentes de distintas
asignaturas, quienes conjuntamente presentan un sistema físico que debe ser
modelado, resuelto mediante Transformada de Laplace y simulado. Una encuesta
en sala muestra que la propuesta resulta de utilidad, y contribuye a la comprensión
e internalización entre el concepto matemático y su aplicación. Se concluye que la
38
experiencia logra internalizar e integrar conceptos matemáticos y tecnológicos.
Además, la simulación permite visualizar respuestas y variar parámetros
realizando un análisis crítico, actividades que despiertan interés en los estudiantes
y motivan su proceso de aprendizaje.
Este trabajo de investigación tiene un valioso aporte para la
Ingeniería,
especialmente en el área de Procesos, puesto que permite la facilidad de
resolución de problemas en corto tiempo y menores desviaciones y/o errores
humanos en cálculos rigurosos.
OS
D
A
RV
SE
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R
S en Scientific Electronic Library Online.
O
unit of a MVC plant”. Artículo
publicado
H
C
E162-172.
R
Volumen 26, No
03,
pp.
E
D
López, Sánchez, Hernández y Leal. (2003). “Simulation of the EDC purification
El presente trabajo tuvo como objetivo desarrollar, mediante el empleo del
programa comercial ASPEN PLUS® de Aspentech, modelos de simulación para
las diferentes columnas de destilación que integran la unidad de purificación de
EDC, con la finalidad de evaluar y/o predecir el comportamiento del sistema para
facilitar la implementación de acciones correctivas y/o definir estrategias de
operación. Estos modelos reprodujeron adecuadamente los datos operacionales y
de diseño de las columnas que integran la unidad de purificación. El método
termodinámico NRTL en combinación con la ecuación de estado de Redlich-Wong
(NRTL-RK) fue el que mejor ajustó los datos de diseño de la columna de
separación de componentes livianos (C-1) y de la columna de vacío (C-2),
mientras que la ecuación de estado de Lee-Keesler-Plocker (LKP) validó
adecuadamente los datos de diseño para la columna de separación de los
componentes pesados (C-3). Se efectuaron análisis de sensibilidad para evaluar el
efecto sobre el contenido de componentes livianos en el producto de fondo de la
columna C-1, al variar la carga y la cantidad de los componentes livianos en la
39
alimentación, así como también el calor necesario para mantener la concentración
de estos componentes dentro de las especificaciones requeridas. El mayor efecto
sobre el contenido de livianos en el fondo de la columna C-1 se obtuvo al
incrementar la carga de alimentación a valores superiores de 30000 kg/h. La
presencia de componentes livianos como tetracloruro de carbono y cloroformo en
la corriente de alimentación, en cantidades superiores a las del diseño, no afecto
la pureza del producto de fondo de la columna C-1 ya que el calor suministrado en
el rehervidor es suficiente para separar estos componentes. El estudio hidráulico
OS
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RV
mostró que todas las columnas tienen flexibilidad para operar con cargas de
alimentación superiores a las de diseño.
SE
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R
S que tiene la utilización del software de
O
Esta investigación refleja la H
importancia
REdeCprocesos químicos, al momento de realizar diseños,
simulación enD
elE
área
evaluaciones u optimizaciones de los procesos ya mencionados. Esta alternativa
permite obtener en corto tiempo resultados confiables.
2.3. Bases Teóricas
2.3.1. Gas Propano
De acuerdo con Chang (2007), el Propano pertenece a los hidrocarburos
alifáticos con enlaces covalentes sencillos, conocidos como alcanos. También, son
hidrocarburos saturados porque contienen el número máximo de átomos de
Hidrogeno que pueden unirse con la cantidad de átomos de Carbono presentes.
La diferencia de electronegatividad entre el Carbono e Hidrogeno
es muy
pequeña (0.4) y en estos enlaces participan átomos de elementos no metálicos,
por estas dos razones se considera que el Propano es un compuesto con enlaces
covalentes No Polar.
40
El propano se suele obtener del gas natural o de los gases de los procesos de
"cracking" producidos en las instalaciones petroquímicas.
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Figura 2.3. Estructura del Propano. (Morrison y Boyd, 1998)
El propano se licua fácilmente a temperatura ambiente y a presiones moderadas,
es un buen combustible utilizado para calefacción y motores de combustión
interna. Su combustión es limpia por lo que raramente son necesarios sistemas de
control de polución. En muchas áreas agrícolas sustituyen a la gasolina y al gasoil
de los tractores, ya que son más económicos. El propano ha reemplazado de
forma extensiva a los freones como propelentes en los envases de aerosoles.
(Wade, 2004). En la industria petroquímica, es uno de los productos de partida en
la síntesis del propileno y este a su vez para la fabricación de polipropileno.
2.3.2. Ciclo de Carnot
En un proceso de refrigeración continuo, el calor que se absorbe a baja
temperatura se disipa a los alrededores de manera continua y a mayor
41
temperatura. Básicamente, un ciclo de refrigeración es un ciclo invertido de una
maquina térmica. El calor se transfiere desde un nivel de temperatura baja hacia
uno más alto; de acuerdo con la segunda ley de termodinámica, esto requiere de
una fuente externa de energía. El refrigerador ideal, funciona de acuerdo con el
ciclo de Carnot que, en este caso, consiste de dos etapas isotérmicas en las que s
absorbe el calor a baja temperatura y se disipa calor a mayor temperatura,
además de dos etapas adiabáticas. El ciclo requiere la adición de trabajo al
sistema. (Smith, Van Ness y Abbott, 2007).
SE
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OS
2.3.3. Ciclo de compresión de vapor
OS
D
A
RV
CH
E
R
Para Smith et
Dal.E(2007), el ciclo de refrigeración por compresión de vapor se
representa en la figura. Un líquido que se evapora a presión constante proporciona
un medio para la absorción de calor a una temperatura baja constante. El vapor
producido se comprime a una presión mayor, y en seguida se enfría y condensa
con el desprendimiento de calor a un nivel de temperatura más elevado. El líquido
del condensador regresa a su presión original por un proceso de expansión. En
principio, es posible llevar a cabo este proceso en un expansor a partir del cual se
obtiene trabajo, pero por razones prácticas se acostumbra realizarlo por
estrangulamiento a través de una válvula parcialmente abierta.la caída de presión
en este proceso irreversible es el resultado de la fricción del fluido en la válvula.
42
OS
D
A
V (Smith, Van Ness y
Figura 2.4. Ciclo de refrigeración por compresión de
vapor.
R
E
Abbott,
2007)
ES
R
S
Orefrigeración y almacenamiento de propano
Hde
C
2.3.4. Descripción de E
sistema
DER
2.3.4.1. Función del sistema de refrigeración y almacenaje de propano
El manual de operaciones explicado por Rodríguez, De Turris y Lares. (1999),
describe lo siguiente:
La unidad de refrigeración de propano 3101-L está provista con dos compresores
centrífugos marca YORK (3101-LJA/3101LJB), de los cuales opera uno y el otro
permanece como respaldo.
El sistema de refrigeración está diseñado para los siguientes servicios:
-
-Enfriamiento del propano producto de las plantas LGN I/II antes de ser
almacenado en el tanque 3101-F.
-
Condensación de los vapores producidos en el tanque 3101-F por el efecto
Boil Off.
43
-
-Recuperación de parte de los vapores producidos al momento de carga y
descarga de buques de propano.
2.3.4.2. Descripción del proceso
Rodríguez, et al. (1999), en el Manual de Operaciones de la planta LGN I,
expresan que el propano proveniente de la planta LGN I a 37.8 ºC y 1723.7 KPa
se recibe en el tambor de expansión de propano de alta presión 3101-LF1. Este
OS
D
A
RV
tambor opera a 4.44ºC y 491.6 KPa con un control de presión (PC-001) de los
SE
E
R
S localmente en un 40% con la LV-2,
formado por la expansión, H
seO
controla
EC
enviándolo a D
tambor
expansión de baja presión 3101-LF2. El líquido del
ERde
vapores que van a la succión de la 3ra etapa del compresor. El nivel del líquido
tambor de alta presión se utiliza en el enfriador de butano 3202-C y en el enfriador
de vapores de butano de retorno 3203-C.
El tambor de expansión de baja presión 3101-LF2 opera a -26.7 ºC y 136.5 KPa
con un control de presión (PC-002) de los vapores que va a la succión de la 2da
etapa del compresor. El nivel del líquido de este tambor se controla localmente en
un 40% con la LV-3102, enviándolo al tanque de almacenamiento.
El líquido de este tambor de expansión; se una también para el enfriamiento de los
vapores que entran al tambor de expansión a presión atmosférica 3101-LF3 a
través de la válvula de control de temperatura TCV-001. Los vapores de propano
que se utilizan como refrigerante en los intercambiadores de butano 3202-C y
3203-C retornan al tambor de expansión de baja presión.
Los vapores del tanque de almacenamiento de propano se unen con el flujo de
recirculación de la descarga del compresor al entrar al tambor de expansión
44
atmosférico 3101-LF3, el cual opera a -45ºC y 3 in H2O y normalmente su nivel es
cero. Este tambor, tiene un control del nivel, a través de una válvula automática
que inyecta gas caliente a la salida del condensador, para evaporar los líquidos
presentes. Adicionalmente, de la línea de descarga de los compresores, sale una
alimentación manual de gas caliente a este tambor, para ayudar a disminuir los
líquidos que se condensan durante operación normal, y así evitar la entrada de
líquidos a la succión del compresor.
OS
D
A
RV
Los gases de descarga del compresor pasan a través de un condensador (3101LC1), el cual opera con agua de torre de enfriamiento de la planta de Olefinas I. El
SE
E
R
S por control del nivel con la LV-1.
O
envía al tambor de expansiónH
3101-LF1
EC
R
E
La succión deD
la 2da y 3era etapa tienen un control de flujo mínimo (FC-002/FCpropano condensado; se acumula en el tambor piloto 3101-LO, desde donde se
001), los cuales actúan con las válvulas de recirculación de las etapas
(2HGV/1HGV). Este sistema, permite minimizar eventos de ondeos en los
compresores que puedan causar daños mecánicos en los mismos.
Todos los tambores del sistema, tienen facilidades de drenaje por el fondo de los
mismos hacia el evaporador de propano con etanol 3104-F, el cual está colocado
dentro del dique del tanque de almacenamiento, Los vapores formados retornan
nuevamente al tanque 3101-F.
45
OS
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RV
Figura 2.5. Sistema de refrigeración y almacenaje de propano vía cabotaje.
(Pequiven, 2009)
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
2.3.4.3. Sistema de descarga de propano desde buques
De acuerdo con Rodríguez et al. (1999), en Manual de operaciones de la planta
LGN, exponen que la función de este sistema es la descarga de propano líquido,
de terceros desde buques a través del sistema de tuberías existentes desde el
muelle de líquidos hacia el tanque de almacenamiento 3101-F. La línea de
transferencia desde el muelle debe enfriarse antes de iniciar la descarga; primero
con vapores de propano a -28.9 ºC y posteriormente con propano líquido a -40ºC
para evitar la cristalización de la tubería.
2.3.4.4. Descripción del proceso de refrigeración y almacenaje vía cabotaje
Rodríguez et al. (1999), puntualizan en el Manual de Operaciones, que el propano
vía cabotaje se descarga desde muelle de líquidos hacia el tanque 3101-F. Los
vapores formados en el tanque, se envían hacia la 1era etapa los compresores
46
3101-LJA/B, que los recibe el tambor de expansión atmosférico 3101-LF3, que
opera a -45 ºC y 3 in H2O.
Los vapores pasan luego hacia el compresor 3101-LJA y son enviados hacia el
condensador 3101-LC2 y tambor piloto 3101-LO. El propano condensado
proveniente del tambor piloto se recibe en la 2da etapa, tambor de expansión
3101-LF1 a 4.44 ºC y 491.6 KPa.
OS
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A
RV
El propano proveniente de la 2da etapa se envía a la 3era etapa del compresor
3101-LF2
a temperatura de -26.7 ºC y presión de 136.5 KPa para retornar
SE
E
R
OS
nuevamente como propano condensado al tanque 3101-F.
CH
E
R
DE
2.3.4.5. Equipos asociados al sistema
1. Compresores de refrigeración 3101-LJA/LJB
Cengel y Boles (2009), expone brevemente que los compresores son dispositivos
que se utilizan para incrementar la presión de un fluido, a estos dispositivos el
trabajo se suministra desde una fuente externa a través de un eje giratorio, por lo
tanto los compresores requieren de una entrada de trabajo.
El sistema de refrigeración y almacenaje de propano, de acuerdo con Consorcio
S&S Ing. (2008), cuenta con dos compresores 3101 –LJA/LJB y son del tipo
centrífugo multietapas con tres (3) etapas de compresión.
47
Los compresores succionan los vapores de propano a 0.689 KPa y -41.7 ºC desde
el tanque de succión de baja presión 3101-LF3 para comprimirlos hasta 2171.8
KPa y 83.3 ºC antes de ser enviado hasta los condensadores 3101-LC1.
Estos compresores disponen de válvulas de recirculación independientes para
cada etapa de refrigeración, las cuales controlan el flujo de propao a través de las
válvulas de control de recirculación. La válvula 3HGV controla el flujo de
recirculación hacia la primera (1ª) etapa de compresión haciendo pasar el gas por
OS
D
A
RV
el tanque de baja presión 3101-LF3. La válvula 2HGV controla el flujo de
recirculación hacia la succión de la segunda (2ª) etapa de compresión haciendo
SE
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R
S de la tercera (3ª) etapa de compresión
el flujo de recirculación hasta
laO
succión
H
EC
R
haciendo pasar
el
gas
por
el tanque de alta presión 3101-LF1.
E
D
pasar el gas por el tanque de media presión 3101-LF2 y la válvula 1HGV controla
En el panel de control existe señalización y control sobre los flujos de recirculación
de la segunda y tercera etapa, controles de presión de succión de cada etapa y
temperatura de succión de la primera etapa. (Consorcio S&S Ing., 2008).
2. Condensador 3101-LC1
Cengel y Boles (2009), explica que los intercambiadores de calor son dispositivos
donde dos corrientes de flujo en movimiento intercambian calor sin mezclado. La
forma más simple es un intercambiador de calor de tubo doble (conocido también
como de tubo y carcasa), que se compone de dos tubos concéntricos de
diámetros distintos. Un fluido corre por el tubo interno mientras otro lo hace en el
espacio anular entre ambos tubos. El calor se transfiere del fluido caliente al frio a
través de la pared que los separa. Algunas veces el tubo interno tiene un par de
vueltas dentro de la carcasa para aumentar el área de transferencia de calor y, por
consiguiente, la tasa de transferencia de calor.
48
El sistema de refrigeración de propano de la planta LGN, cuenta con un
condensador 3101-LC1, que es del tipo tubo-carcasa con orientación horizontal,
tiene unas dimensiones de 44” OD * 18” LG, y su función es condensar la corriente
de propano que sale desde los compresores 3101-LJA/LJB.
El propano en estado gaseoso que sale desde los compresores 3101-LJA/LJB es
dividida en dos corrientes, una de las corrientes se hace pasar por la carcasa del
condensador y la otra por la carcasa del condensador, para que transferir calor
OS
D
A
RV
con agua de enfriamiento que se hace pasar en contracorriente por el lado de los
tubos de los condensadores.
SE
E
R
Sdel condensador es completamente líquida y
O
La corriente que sale por la carcasa
H
EC receptor 3101-LO, en caso de que el condensador no
R
se transfiere hacia
el
tanque
E
D
pueda condensar toda la corriente, este equipo dispone de una línea de retorno
de vapores de propano hacia el cabezal de recirculación de los compresores
3101-LJA/LJB.
En caso de que el condensador no pueda condensar toda la corriente de descarga
de los compresores, se tiene el sistema de control de presión PIC-005, el cual
controla la presión en el condensador enviando el gas no condensado hacia la
unidad de olefinas I.
Como elemento de protección de presión, este equipo dispone de dos válvulas de
alivio de presión PSV-1 de las cuales una está en operación y la otra de respaldo.
(Consorcio S&S Ing. 2008)
3. Tanque de succión de alta presión 3101-LF1
Consorcio S&S Ing. (2008) detalla que el tanque de succión de alta presión 3101LF1 es del tipo cilíndrico vertical y tiene unas dimensiones de 58” OD * 9” H.
49
El propano producto desde la planta LGN I alimenta el sistema de refrigeración a
unas condiciones de 1723.7 KPa y 31.8 ºC directamente al tanque de succión de
alta presión
3101-LF1, esta corriente es alimentada a través del sistema de
control de presión PC-3100, el cual regula la presión antes de entrar al tanque
3101-LF1, el cual opera a unas condiciones de 491.6 KPa y 7.8 ºC.
Adicionalmente a esta corriente, al tanque de succión de alta presión le entra otra
corriente del tanque receptor 3101-LO.
OS
D
A
RV
Los vapores del tanque 3101-LF1 son enviados hacia los compresores a una
SE
E
R
O
líquido en el tanque de succión
esS
controlado por medio del controlador de nivel
H
C
E
LC-2. La corriente
DEdeRpropano líquido que sale del tanque de succión es enviada
etapa intermedia de compresión (2ª etapa) para sr comprimidos. El nivel del
hacia el tanque de succión de media presión 3101-LF2 a través de la válvula de
control de nivel LV-2.
Como sistema de protección el tanque de succión de alta presión 3101-LF1 posee
dos válvulas de alivio de presión PSV-2 de las cuales una está en operación y la
otra de respaldo, alarma por alto nivel de líquido LAH-2 y paro por alto y bajo nivel
del líquido LSD-1. (Rodríguez et al. 1999).
4. Tanque de succión de media presión 3101-LF2
El taque de succión de media presión 3101-LF2 es del tipo cilíndrico vertical y
tiene unas dimensiones de 54” OD * 9” H. Las condiciones de operación del
tanque 3101-LF2 es de 136.5 KPa y -21.7 ºC.
50
Los vapores del tanque 3101-LF2 son enviados hacia los compresores 3101LJA/LJB a una etapa intermedia de compresión (3ª etapa) para ser comprimidos,
el nivel del líquido en el tambor es controlado por medio del controlador de nivel
LC-3102. La corriente de propano líquido que sale del tanque es separada en tres
corrientes, una es enviada hacia el tanque de almacenamiento de propano 3101-F
y la otra es enviada hacia el tanque de succión de baja presión 3101-LF3, a través
de la válvula de control TV-1, para controlar la temperatura de descarga del
tanque 3101-LF3, por medio del sistema de control de temperatura TIC-1.
OS
D
A
RV
Como sistema de protección el tanque de succión de alta presión 3101-LF2 posee
SE
E
R
S de líquido LAH-3, paro por alto y bajo nivel
otra de respaldo, alarma por H
altoO
nivel
EporCmuy bajo nivel de líquido LSLL-3181 y alarma por muy
R
de líquido LSD-2,
paro
E
D
dos válvulas de alivio de presión, PSV-3, de las cuales una está en operación y la
bajo nivel de líquido LALL-3181. (Consorcio S&S Ing. 2008).
5. Tanque de succión de baja presión 3101-LF3
De acuerdo a Consorcio S&S Ing. (2008), El tanque de succión de baja presión
3101-F es del tipo cilíndrico vertical y tiene unas dimensiones de 48” OD * 8” H.
La corriente de entrada al tanque de succión de baja presión 3101-LF3, está
compuesta por los vapores del tanque de almacenamiento de propano 3101-F, la
recirculación de la segunda etapa de compresión, la corriente liquida del tanque
3101-LF2, que es utilizada para controlar la temperatura. Las condiciones de
operación de este tanque son 0.689 KPa y -41.67 ºC.
Los vapores del tanque 3101-LF3 son enviados hacia la primera etapa de los
compresores 3101-LJA/B para ser comprimidos, en esta etapa no se espera que
exista presencia de líquido por lo que no dispone de facilidades para el manejo
continuo de líquido. Como habíamos mencionado la temperatura de salida es
51
controlada con una fracción de la corriente del tanque 3101-LF2 a través del
sistema de control TIC-1.
Como sistema de protección el tanque de succión de alta presión 3101-LF3 posee
dos válvulas de alivio de presión PSV-4 de las cuales una está en operación y la
otra de respaldo, alarma por alto y bajo nivel de líquido HLAD-7103, paro por bajo
nivel del líquido LSL-1, paro por alto nivel de líquido LSH-4, alarma por baja y alta
temperatura TAL-3101, TAH-3101 nivel de líquido, alarma de muy bajo nivel de
OS
D
A
RV
líquido PALL-3101 y baja y alta presión PAL-3101-PAH-3101.
SE
E
R
6. Tanque receptor 3101-LO S
O
H
C
ERE
D
El tanque receptor 3101-LO es del tipo cilíndrico horizontal, con unas dimensiones
de 30” OD * 5” LG.
El líquido que sale desde el condensador 3101-LC1 se transfiere hacia el tanque
receptor 3101-LO el cual sirve de acumulador de propano líquido, antes de ser
enviado hacia el tanque de succión de alta presión 3101-LF1, a través de la
válvula de control LV-1. Este tanque no dispone de facilidades para manejo de
gas, ya que solo recibe el líquido que sale desde el condensador, el nivel de
líquido en el tanque es controlado por el sistema de control de nivel LC-2.
Como sistema de protección el tanque receptor 3101-LO posee paro por bajo
nivel de líquido LSL-3100 con su respectiva alarma LAL-3100. (Consorcio S&S
Ing. 2008).
7. Tanque de almacenamiento 3101-F
52
Consorcio S&S Ing. (2008), el tanque de almacenamiento de propano (3101-F)
tiene una capacidad de 15276 toneladas de propano a nivel de rebose, a una
temperatura de almacenamiento (por diseño) de -45 °C con una presión de la fase
vapor en 10 inH2O. El tanque 3101-F fue construido originalmente para almacenar
el propano producido en las plantas de LGN del complejo Petroquímico El
Tablazo, para envío hacia Olefinas como materia prima.
El tanque de almacenamiento cuenta con una unidad de refrigeración de propano,
OS
D
A
RV
la 3101-LJ la cual está provista con dos compresores centrífugos de refrigeración
marca York de motor eléctrico (3101-LJ A / B), uno en operación y el disponible
SE
E
R
O
succión a - 43 °C y cuya función
esS
mantener la presión del tanque de propano en
H
C
E
R
su valor normal
(2.490 KPa ), mediante la compresión de los vapores
DdeEoperación
como respaldo de 3 etapas, con una capacidad 6.8 TM/h en la 1ra etapa de
y posterior licuación para ser retornados al tanque en fase líquida.
Como sistema de protección, el tanque 3101-F cuenta con 5 válvulas de alivio con
descarga hacia la atmosfera y alarma de bajo nivel del tanque.
Es importante resaltar que la capacidad del tanque en la figura está referida al
propano a -45°C, de acuerdo a la tabla de calibración certificada de diseño del
tanque. Los volúmenes ahí indicados muestran su equivalente a la temperatura de
15.6 °C (propano comercial), ya que el volumen correspondiente al nivel de rebose
determina el rango de la indicación de nivel del 11-LI3101C y esta a su vez es la
señal empleada para cargar los reportes diarios de producción de la Planta LGN II.
53
OS
D
A
RV
Figura 2.6. Niveles del tanque de almacenamiento de propano 3101-F. (Pequiven,
SE
E
R
OS
2009).
CH
E
R
DEgeneral de Proyecto ACRAP
2.3.5. Descripción
2.3.5.1. Función del Proyecto ACRAP
Consorcio S&S Ing. (2008), describe las funciones principales del proyecto
ACRAP, siendo estas las siguientes:

Recuperar los vapores producidos de propano al momento de la recepción
desde buques al tanque de almacenamiento de propano, ya que durante
esta operación se ventean al FLARE 13.15 TM/ Hr de propano utilizando el
compresor de propano 3101-LJC.

Aumentar la capacidad del sistema de refrigeración de almacenaje de
propano mediante la instalación de un nuevo compresor (3101-LJC) y un
nuevo enfriador de vapores (3101-LC2); para así disminuir las pérdidas de
propano durante el cabotaje reduciendo el tiempo de descarga de buques a
un máximo de dos (2) días.
54

Eliminar las pérdidas generadas durante la operación de descarga (2 y 4%
del total), incrementadas por el aumento de la frecuencia de estas
operaciones.

Aumentar la confiabilidad del sistema reemplazando los motores de
compresores existentes 3101-LJA/LJB por nuevos.
2.3.5.2. Descripción del proceso ACRAP
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
Consorcio S&S Ing. (2008), nos explica que los vapores provenientes del tanque
CH
E
R
E atmosférica 3101-LF3 y el nuevo tanque de succión de baja
de succión deD
presión
de almacenamiento 3101-F, son compartidos a través de tuberías entre el tanque
presión 31012-F. Estos vapores que recibe el tanque 3102-F son llevados hacia el
nuevo compresor 3101-LJC para condensar el propano gaseoso y enviar el flujo
hacia el tanque de succión de media presión 3101-LF2.
El condensador 3101-LC2, comparte la corriente de propano que sale desde los
compresores 3101-LJA/B, distribuyéndose el flujo con el condensador 311-LC1. La
corriente de propano liquida que sale por el condensador 3101-C2, se transfiere
hacia el tanque receptor 3101-LO2 para luego, enviar la corriente hacia la tercera
etapa del compresor 3101-LF1.
55
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
Figura 2.7. Diagrama de flujo del sistema de refrigeración y almacenaje ACRAP.
(Pequiven, 2008
56
2.3.5.3. Equipos asociados al Proyecto ACRAP
1. Tanque de succión de baja presión 3102-F
El dicho informe antes mencionado Consorcio S&S Ing. (2008), indica que el
tanque de succión de baja presión 3102-F es de tipo cilíndrico vertical tiene unas
dimensiones de 46” OD * 8” de altura.
OS
D
A
V y exclusivamente para
R
3102-F y el compresor 3101-LJC, está diseñado
única
E
ES
R
recuperar el excedente de los vapores
producidos al momento de descarga de
S
O
H
C
buques de propanoR
E víaEcabotaje y requiere que por lo menos uno (1) de los
D
compresores 3101-LJA/B este en servicio.
El conjunto de equipos conformados por el tanque de succión de baja presión
La corriente de entrada al tanque 3102-F, proviene desde el tanque de
almacenamiento de propano 3101-F, una corriente de recirculación del compresor
3101-LJC y una fracción de la corriente liquida del tanque 3101-LF2, que es
utilizada para controlar la temperatura. Las condiciones de operación de este
tanque son 0.689 KPa y -41.67 ºC.
Los vapores del tanque 3102-F son enviados al compresor 3102-LJC para ser
comprimidos. Debido a las condiciones de alimentación de este tambor no se
espera que exista la presencia de líquido en la corriente de entrada y se estima
que trabaje en seco por lo que no dispone de sistema de manejo continuo de
líquido.
57
Como habíamos mencionado la temperatura de salida del tambor es controlada
con una fracción de la corriente del tanque 3101-LF2 a través delo sistema de
control TIC-3102F.
Este tanque posee un serpentín en el fondo por donde se puede hacer pasar una
corriente de propano caliente desde la descarga de los compresores 3101-LJA/B,
de manera de evaporar la posible presencia de líquidos dentro del tambor. El
retorno de la corriente del serpentín es enviado hacia el tambor 3101-LF3 y de
esta manera completar el ciclo.
OS
D
A
RV
Como sistema de protección el tanque de succión de baja presión 3102-F posee
SE
E
R
S por alto nivel de líquido LAH.3102F y paro
O
operación y la otra de respaldo,
alarma
H
ECLSHH-3102F con su alarma asociada.
R
por muy alto nivel
de
líquido
E
D
dos válvulas de alivio de presión RV-3102F A/B de las cuales una está en
2. Compresor 3101-LJC
Consorcio S&S Ing. (2008), reseña que el compresor 3101-LJC es del tipo
centrifugo, el mismo succiona los vapores de propano a 0.689 KPa y -41.67 ºC,
desde el tanque de succión de baja presión 3102-F para comprimirlos hasta 136.5
KPa y -5 ºC antes de ser enviado hasta el tanque de media presión 3101-LF2.
Este compresor cuenta con un sistema de recirculación, que en caso de detectar
alguna variación en la presión de descarga, abre la válvula de recirculación PCV1180 y envía el flujo hacia la succión del tanque 3102-F, para regular las
condiciones.
58
En sala de control se dispone de todas las variables de operación del compresor,
así como de posicionamiento de las válvulas de seccionamiento de entrada y
salida.
A medida que se generan más vapores en el tanque de almacenamiento 3101-F,
producto del aumento de la tasa de descarga de propano de muelle, la válvula de
control de presión PCV-2101ª abre para aumentar el flujo de vapores hacia los
tambores de succión 3102-F y 3101-LF3 y mantener constante la presión del
tanque.
OS
D
A
RV
A medida que el flujo aumenta, los controles de presión PC-1 Y PC-2, que trabaja
SE
E
R
S
O
de recirculación, actúa inicialmente
cerrando la válvula de recirculación, cuando se
H
C
E
encuentra completamente
DER cerrada actuara sobre el posicionamiento de los vanes
en rango dividido con el posicionamiento de los vanes del compresor y la válvula
del compresor, ambas acciones se realizan para aumentar el flujo a través del
compresor y mantener constante la presión en el tambor de succión.
En sentido contrario, si la tasa de descarga de propano del buque disminuye, la
presión del tanque bajara, la válvula de control de presión del tanque PCV-3101A
cerrara disminuyendo el flujo hacia los tambores de succión del compresor. El
control de presión hará que cierren los vanes del compresor y posteriormente
abrirá la válvula de recirculación a medida que la presión de succión disminuya.
Una vez que la válvula de recirculación del compresor 3101-LJC quede
completamente abierta es necesario sacar el equipo de operación ya que la
generación de los vapores en el tanque puede ser manejada en su totalidad por el
compresor 3101 LJA/B.
59
3. Condensador 3101-LC2
Como señala Consorcio S&S Ing. (2008), el condensador 3101-LC2, es del tipo
tubo-carcasa con orientación horizontal, tiene capacidad de 18.7 MM BTU/hr,
unas dimensiones de 42” ¾” ID * 18” LG y el tipo de NEMA es “NEN”. Su función
es condensar la corriente de propano que sale de los compresores 3101-LJA/LJB.
Debido a su mayor capacidad el condensador 3101-LC2 reemplazaría de sus
funciones al condensador 3101-LC1.
OS
D
A
RV
El propano en estado gaseoso que sale desde los compresores 3101-LJA/B es
dividida en dos, una de las corrientes se hace pasar por la carcasa del
SE
E
R
O
enfriamiento que se hace pasar
enS
contra corriente por el lado de los tubos del
H
C
E
condensador.DER
condensador 3101-LC2, para que transfiera calor con una corriente de agua de
La corriente que sale por la carcasa del condensador es completamente líquida y
se transfiere hacia el tanque receptor 3101-LO2, en caso que el condensador no
pueda condensar toda la corriente, este equipo dispone de una línea de retorno de
vapores de propano hacia el cabezal de recirculación de los compresores 3101LJA/B.
En caso que el 3101-LC2 no pueda condensar toda la corriente de los
compresores, se tiene el sistema de control PIC.005, el cual controla la presión en
el condensador enviando el gas no condensado hacia la unidad de Olefinas I.
Como elemento de protección de presión, este equipo dispone de dos válvulas de
alivio de presión RV- 3101-LC2A/b de las cuales una está en operación y la otra
de respaldo.
60
4. Tanque receptor 3101-LO2
El tanque receptor 3101-LO2 es del tipo cilíndrico horizontal, con unas
dimensiones de 34” OD * 9’-9” T/T LG.
El líquido que sale del condensador 3101-LC2 se transfiere hacia el tanque
receptor 3101-LO2 el cual sirve de acumulador de propano líquido, antes de ser
enviado hacia el tanque de succión de alta presión 3101-LF1, a través de la
OS
D
A
RV
válvula de control LV-3101L.
Este tanque no dispone de facilidades para el manejo de gas, ya que solo recibe el
SE
E
R
S de nivel LIC-3101L. (Consorcio S&S Ing.
O
controlado por el sistema de
control
H
EC
R
2008)
E
D
líquido que sale desde el condensador, el nivel de líquido en el tanque es
2.3.6. Simulación de procesos
Vinciguerra y Pineda (2002), exponen que los programas de simulación permiten
predecir el comportamiento de un proceso utilizando relaciones de ingeniería
como balances de materia y energía, relaciones de equilibrio químico y de fases,
entre otras. Teniendo una base termodinámica confiable, condiciones reales de
operación y modelos rigurosos de las operaciones unitarias, es posible simular el
comportamiento real de plantas completas, o de un sistema y predecir su
respuesta ante cambios en variables de proceso.
La simulación es el proceso de elaborar un modelo computarizado de un sistema y
conducir experimentos con el propósito
de entender el comportamiento del
sistema o evaluar distintas estrategias para su operación.
61
El proceso de simulación comprende la formulación precisa del modelo
matemático, la conversión del modelo a un programa de computación, la
validación del modelo, su aplicación, interpretación y uso de resultados.
Aspen Plus® es uno de los simuladores más utilizados en la industria
petroquímica, el cual ofrece un sistema de interfaz gráfico interactivo con el
usuario. Provee herramientas necesarias para analizar resultados, generar
reportes, gráficos y dibujos.
OS
D
A
RV
Su funcionamiento modular secuencial le brinda las ventajas de fácil uso y
comprensión, además de una operatividad estructurada. Su estructura contiene
las siguientes partes:

Un
SE
E
R
OS
CH
E
R
programa
DE ejecutor (flujograma
de proceso, secuencia de control y
cálculos de la unidad)

Una base de datos de operaciones unitarias.

Una biblioteca de propiedades físicas, químicas y termodinámicas.
En el nivel superior, el programa ejecutor procesa los datos de entrada, identifica
las operaciones unitarias del diagrama de flujo y determina la secuencia en que se
ejecutaran los cálculos, seguidamente el programa ejecutor transfiere el control al
nivel de las operaciones unitarias para la ejecución de cada módulo; en este nivel
se realizaran los balances de masa y energía. Finalmente, los dos niveles acensan
conjuntamente el nivel de propiedades físicas para realizar las tareas unitarias
como cálculos de entalpias, cálculos de equilibrio de fases, densidades y otras
propiedades de las corrientes.
Este paquete posee integrado un sistema de herramientas de análisis de
propiedades que le permiten realizar regresiones de reacciones cinéticas,
estimaciones de propiedades, caracterizaciones de mezcla de gases y generación
62
de curvas de propiedades de equilibrio. Además, posee herramientas de análisis
que
contribuyen a la optimización de procesos tales como el análisis de
sensibilidad, donde se estudia como los resultados del proceso se modifican
cuando se cambian las condiciones de operación.
2.3.7. Modelos Termodinámicos
2.3.7.1. Modelo Termodinámico de Peng-Robinson
OS
D
A
RV
Es similar a SRK en algunos aspectos y se aplica a los hidrocarburos livianos tales
SE
E
R
S
O
como el amoniaco. Esta ecuación
propuesta en 1977, consiste en un intento de
H
C
mejorar la D
calidad
predictiva de la ecuación de Soave-Redlich-Kwong,
ERE
como el etano, metano y propano, y a la mayoría de los compuestos puros tales
especialmente en la exactitud de los cálculos del equilibrio líquido-vapor. El
enfoque de Peng y Robinson consiste en escribir el término de fuerza de atracción
de la ecuación de Van der Waals de la siguiente manera. (Perry, 1999).
Donde:
63
Por su parte, α(T) es una función de T y ω. El término de repulsión en cambio
permanece igual que en la ecuación de Van der Waals. La ecuación queda
entonces con la siguiente forma:
El cálculo de los coeficientes se puede hacer por medio de:
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
Tc y Pc = Temperatura y presión del componente.
ω = Factor Acéntrico del componente.
OS
D
A
RV
64
2.3.7.2. Modelo Termodinámico de Soave-Redich-Kwong (SRK)
Esta ecuación, al igual que Peng-Robinson, se aplica a los hidrocarburos livianos
tales como el etano, metano y propano, y la mayoría de los compuestos puros
tales como el amoniaco. Soave en 1972 modifica la ecuación de Redlich-Kwong al
reemplazar a al término de atracción por una función dependiente de T y ω. Soave
consiste en un cálculo diferente de la constante a. (Perry, 1999).
OS
D
A
RV
El cálculo de los coeficientes se puede hacer por medio de:
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
Donde:
Tc y Pc = Temperatura y presión del componente.
ω = Factor Acéntrico del componente.
La ecuación S-R-K es más eficaz que la ecuación R-K en los cálculos de equilibrio
de líquido-vapor. Su falla más notables es la estimación de densidad de líquido
65
saturado, que da errores que varían desde el 7 % al 19 %. Además es válida para
todos los gases en condiciones lejanas a las ambientales. Es válida para todas las
expresiones menos la crítica. Ha sido aplicada con éxito a gases y líquidos. Es
moderadamente eficaz en la predicción de propiedades de mezclas. No es válida
para sustancias polares y asociadas. Esta es una ecuación en función de tres
parámetros: Tc, Pc y ω. Es la primera ecuación cúbica que emplea el enfoque de
tres parámetros basados en ω, entre otras explicaciones
OS
D
A
RV
2.3.7.3. Modelo Termodinámico de Lee-Kesler-Plocker (LK-PLOCKER)
SE
E
R
S en la ecuación de Lee-Kesler, que es una
que el método LK-PLOCK H
se O
basa
C
E
R
ecuación de tipo
virial.
Puede
utilizar esta ecuación para componentes no polares
E
D
Aspen Technology, Inc. (2001), en su libro de sistemas de propiedad física explica
o mezclas ligeramente polares como lo son hidrocarburos y gases ligeros, como
dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, Metano, Etano, Propano y Butano.
66
2.4.
Sistema de variables
Simular el sistema de refrigeración del tanque de almacenamiento de
propano de las plantas LGN I/II a las condiciones actuales de operación y
con la puesta en servicio del proyecto ACRAP.
Objetivos Específicos
Variables
Sub-
Indicadores
variables
Definir las condiciones actuales
de operación del sistema de
refrigeración del tanque de
almacenamiento de propano.
OS
D
A
Condiciones
V
R
E
RES actuales de
S
O
H
EC
R
E
D
Simulación de
Realizar levantamiento del
sistema de refrigeración de
almacenaje de propano.
Estudiar y revisar la ingeniería del
proyecto ACRAP.
Simular el sistema de
refrigeración del tanque de
almacenamiento de propano a las
condiciones actuales de
operación y con la posible puesta
en servicio del proyecto ACRAP.
Presión,
Temperatura, Flujos
de alimentación de los
equipos del sistema.
Composición de
alimentación del
sistema
Perdidas de propano.
sistema de
refrigeración y
almacenaje de
propano.
operación.
Equipos actuales.
Levantamiento
del sistema.
Equipos en planos.
Ingeniería del
proyecto.
Planos.
Informes.
Archivos.
Documentos.
Especificaciones de
equipos.
Simulación del
sistema.
Perdidas de propano.
Temperatura,
Presión, Flujos de
alimentación y datos
de diseño de equipos
ACRAP.
67
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
En este capitulo se describen los procesos desarrollados para lograr los objetivos
propuestos, definiendo el tipo de investigación, diseño de la investigación,
población y técnicas utilizadas para la recolección de información; además se
establece la validez y confiabilidad del modelo termodinámico, para finalmente
explicar el procedimiento llevado a cabo para el desarrollo de la presente
S
O
D
A
proporcionar un modelo de verificación que permite constatar
V hechos con teorías,
R
E
S que determina las operaciones
E
y su forma es la de una estrategia o plan
general
R
S
O
necesarias para hacerlo”. CH
E
DER
investigación. Sabino (2007), refiere que “el marco metodológico tiene como objeto
3.1.
Tipo de Investigación
Arias (1999) define que la metodología del proyecto incluye el tipo o tipos de
investigación, las técnicas y los procedimientos que serán utilizados para llevar a
cabo la indagación. Es el “como” se realizará el estudio para responder al
problema planteado.
Según Bavaresco (1994), las investigaciones descriptivas, son aquellas que van
más allá de la búsqueda de aspectos que desean conocerse, y de los cuales se
pueden obtener respuesta. Consiste en describir y analizar sistemáticamente
características de los fenómenos estudiados sobre la realidad.
Para Hernández, Fernández y Baptista (2006), Los estudios descriptivos sirven
para analizar cómo es y cómo se manifiesta un fenómeno y sus componentes,
estos buscan especificar las propiedades importantes de personas, grupos,
comunidades o cualquier otro fenómeno que se ha sometido a análisis, aquí se
relaciona
una
serie
de
cuestiones
y
se
miden
cada
una
de
ellas
independientemente, para así describir lo que se investiga.
Este estudio será de tipo descriptivo ya que se orienta a recoger información
operacional del sistema para definir el comportamiento de las variables del
sistema de refrigeración y almacenaje de propano de la planta LGN I/II del
Complejo Petroquímico “Ana María Campos”.
3.2.
SE
E
R
S
O
Diseño de la investigación
H
EC
R
E
D
OS
D
A
RV
Según Arias (2006), la investigación de campo consiste en la recolección de datos
directamente de los sujetos investigados o de la realidad donde ocurren los
hechos, sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigado obtiene
la información pero no altera las condiciones existentes.
Este estudio es de campo porque se realizó en el Complejo Petroquímico Ana
María Campos donde se encuentra el objeto de estudio, de esta manera se pudo
recolectar todos los datos que fueron necesarios para llevar a cabo la simulación,
así mismo, se visualizó la verdadera condición de operación de la unidad para
poder cumplir con los objetivos planteados.
En la investigación no experimental, Kerlinger (2003), expresa que se “realiza sin
manipular deliberadamente variables”. Es decir, se trata de estudios donde no se
hace variar intencionalmente las variables independientes. Lo que se hace es
observar fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para después
analizarlos; en tal sentido, en esta investigación la variable de estudio, es decir, el
69
sistema de refrigeración y almacenaje de propano, no fue modificada por el autor,
simplemente la observó, registro y describió la situación tal cual como estaba
sucediendo.
Según Hernández, Fernández y Baptista (1998), la investigación transeccional
recolecta datos en un solo momento, en un tiempo único. Su propósito es describir
variables y analizar su incidencia a interrelación en un momento dado.
Para aportar una solución al problema planteado, se seleccionó una metodología
OS
D
A
V
basa en la observación de una situación ya existente
con la recolección de datos
R
E
S
REobteniendo de la fuente una gama de
en un periodo de tiempo único y específico,
S
O
H la temperatura, presión y flujos, para así dar
Cellos,
datos cuantitativos entre
E
R
E de la investigación.
Dobjetivos
respuesta a los
enfocada a la investigación no experimental, de diseño transeccional, el cual se
Por otra parte Tamayo y Tamayo (2007), lo define como “Diseño bibliográfico”; a la
utilización de dato secundarios, es decir, aquellos que han sido obtenidos por
otros y no llegan elaborados y procesados de acuerdo con los fines de quienes
inicialmente los elaboran y manejan, y por lo cual decimos que es un diseño
bibliográfico.
La investigación es documental, de diseño bibliográfico ya que se soportó en
publicaciones de revistas, manuales de operación de la planta, referencias
bibliográficas así como trabajos de grado, todo esto para obtener la información,
sobre criterios y operación de equipos, el cual permitió el desarrollo de un modelo
de simulación para evaluar el sistema de refrigeración y almacenaje de propano.
3.3.
Técnicas de recolección de datos
70
De acuerdo con Arias (1997),”son las distintas formas o maneras de obtener la
información”.
Tamayo y Tamayo (2002), expresa que
“depende en gran parte del tipo de
investigación y del problema planteado para la misma, y puede efectuarse desde
una simple ficha bibliográfica, observación, entrevista, cuestionario o encuesta, y
aun mediante ejecución de investigaciones para este fin”.
Para esta investigación, la información fue compilada a través de la observación
indirecta que se muestra cuando el investigador utiliza los datos que ha tomado de
OS
D
A
V
contacto directo con la fuente que proporciona los datos.
R
E
ES
R
S
O porque el investigador no adquiere de forma
Se habla de observación C
indirecta
H
E
directa las variables
a utilizar, sino por un estudio realizado en un laboratorio, en la
DER
otros,
ya sea con testimonios orales o escritos de personas que han tenido
sala de control de la planta, entre otros.
Utiliza también la observación directa que según Ernesto Rivas González (1997),
es cuando el investigador observa directamente los casos o individuos en los
cuales se produce el fenómeno, entrando en contacto con ellos. Sus resultados se
consideran datos estadísticos originales, por esto se llama también a esta
investigación primaria. Para la investigación, se tomaron ciertos valores de las
variables como: presión, temperaturas, flujos y composiciones. De igual forma,
aquella información que se obtiene directamente de la realidad, recogida con
instrumentos propios para el estudio y comprensión del área de trabajo.
La técnica de análisis documental “es un proceso basado en la búsqueda,
recuperación, análisis, critica e interpretación de datos secundarios, es decir,
obtenidos y registrados por otros investigadores en fuentes documentales:
impresa, audiovisuales o electrónicas. Siempre aportando nuevos conocimiento”.
Arias (2006).
71
La utilización de esta técnica, fue necesaria para a la obtención de información a
través de fuentes bibliográficas impresas de tipo mayor tales como: manuales de
operación, trabajos de investigación e informes de trabajo; También se manejó
cierta información desde fuentes electrónicas tales como el Internet.
3.4. Instrumentos de recolección de datos
Según Sabino (1992), es cualquier recurso de que se vale el investigador
OS
D
A
V que la investigación
R
adecuada construcción de los instrumentos deE
recolección
ESentre teoría y hechos.
R
alcanza entonces la necesaria correspondencia
S
O
H
C
ERE de diseño del Sistema de Refrigeración y Almacenaje
Dcondiciones
Para definir las
para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos información. Es mediante una
de Propano de las Plantas LGN I/II, fue utilizada las Tablas 3.1 y 3.2, la cual
permitió recopilar información para el intercambiador de calor y el compresor del
sistema.
Tabla 3.1. Recopilación de los parámetros por diseño para el intercambiador 3101LC1.
Parámetros Diseño 3101-LC1
Diámetro Carcasa (m)
Lado Caliente
Lado Frío
Número de Pasos
Número de Tubos
Longitud de los tubos (m)
Diámetro Int. Tubos (m)
Diámetro Ext. Tubos (m)
Pitch (m)
Arreglo
Altura de Aletas (m)
72
Tabla 3.2. Recopilación de los
parámetros por diseño para el
compresor 3101-LJA.
Parámetros Diseño 3101-LJA
Etapas
Curva de Desempeño
Flujo Nominal (kg/hr)
Flujo mínimo Lat1 (kg/hr)
Flujo mínimo Lat2 (kg/hr)
S
O
D
A
involucrados en el sistema. Dichos parámetros fueron
V de importancia para el
R
E
S
levantamiento del área y la simulaciónR
aE
condiciones
de diseño del sistema. La
S
O
H en los diagramas de flujos de procesos (PDF),
recolección de datos fue C
obtenida
E
R
DEe instrumentación (P&ID) y hojas de datos de los equipos.
planos de tubería
En las Tablas 3.1 y 3.2, se definieron los parámetros por diseño de los equipos
A continuación se presentan las Tablas 3.3 y 3.4, que contienen las variables de
las condiciones actuales de operación del sistema para llevar a cabo la simulación.
Tabla 3.3.Condiciones de operación del sistema de refrigeración actual.
Variables medidas
Unidades Valores
Vapores del Tope del Tanque 3101-F
kg/hr
Presión Tope del Tanque 3101-F
KPa
Vapores del Tope Separador 3101-LF3
kg/hr
Presión del Tope Separador 3101-LF3
KPa
Vapores del Tope Separador 3101-LF2
kg/hr
Presión del Tope Separador 3101-LF2
KPa
Vapores del Tope Separador 3101-LF1
kg/hr
Presión del Tope Separador 3101-LF1
KPa
Flujo de Purga de Gas del Sistema
kg/hr
Temperatura Salida Compresor 3101-LJA
°C
Potencia Requerida Compresor 3101-LJA
KW
Presión Descarga Compresor 3101-LJA
KPa
Temperatura Salida Intercambiador 3101-LC1
°C
Calor Intercambiador 3101-LC1
KW
73
Tabla 3.4. Composición del sistema de refrigeración actual.
Compuesto
% Molar
Metano (CH4)
Etano (C2H6)
Propano (C3H8)
Isobutano (C4H10)
Butano (C4H10)
Dióxido de Carbono (CO2)
En las Tablas 3.3 y 3.4, se encuentran expresadas las variables a condiciones
OS
D
A
V de mediciones en la
R
del sistema. Estos parámetros fueron recopilados
a través
E
ES
R
planta y datos obtenidos en la sala de
control
de la planta.
S
O
H
EC
R
E
D
actuales de operación para la realización de la simulación a condiciones actuales
3.5. Fases de la investigación
En las fases de la investigación, se describen detalladamente los pasos que se
realizaron de manera organizada y seguidamente, para lograr la elaboración de
este trabajo de investigación de acuerdo a los objetivos específicos señalados.
Fase I: Definición de las condiciones actuales de operación del sistema de
refrigeración del tanque de almacenamiento de propano.
En esta fase se tomaron mediciones en planta de las diferentes variables
necesarias para definir las condiciones que posteriormente serán utilizadas en la
simulación. Las variables de presión y flujo de los tambores fueron determinadas
mediante condiciones reportadas en la sala de control, y las demás fueron
medidas en indicadores manuales en planta.
74
También, se logró concretar esta fase mediante la ayuda de referencias
bibliográficas, manuales de operación, manuales de diseño, diagramas de flujos
de procesos, hojas de datos de equipos y contando con la colaboración del
personal de operaciones que labora en la planta (operadores, panelistas,
ingenieros de procesos y producción) para el suministro de bitácoras, datos
operacionales, entre otros.
Fase II: Realización de levantamiento del sistema de refrigeración de almacenaje
de propano.
SE
E
R
OS
CH
E
R
LGN I/II,
DEdonde se compararon
OS
D
A
RV
Se llevó a cabo la visita hacia el área de almacenaje de propano, ubicado en la
planta
detalladamente cada uno los equipos
identificados en los diagramas de flujos del proyecto ACRAP y sistema actual, con
respecto a los equipos que se encuentran en operación en el área y/o que no han
sido instalados todavía.
Estos equipos como:
Compresores York 3101-LJA/B y Compresor Cameron 3101-LJC (ACRAP),
intercambiadores de calor (3101-LC1 y 3101-LC2), tambores de succión (3101LF1, 3101-LF2, 3101-LF3), tambor de succión ACRAP (3102-LF), tambores
receptores (3101-LO, 3101-LO2), se lograron observar en el área, siendo
correspondiente a los equipos señalados en la revisión bibliográfica de manuales,
diagramas de planta, diagramas de proceso del sistema y hojas de datos de
diseño de los diferentes equipos sin presentar alguna modificación.
Se corroboró su funcionamiento con los diferentes operadores de planta y con las
señales recibidas en la sala de control. Todo esto se confirmó mediante la
inspección visual de las líneas y recorrido del proceso.
75
Utilizando los datos recopilados, se elaboró un diagrama del sistema de
refrigeración actual, el cual se comparó con el diagrama del sistema de
refrigeración por diseño.
Fase III: Revisión de la ingeniería del proyecto ACRAP.
En esta fase, se procedió a indagar, revisar, explorar y estudiar la ingeniería
OS
D
A
RV
conceptual, básica, de detalle y de diseño de este proyecto a través de referencias
bibliográficas, manuales de diseño, diagramas de flujo de procesos, hojas de
datos de nuevos equipos, etc.
SE
E
R
OS
CH
E
R
Así como también,
DE se realizó la revisión detallada de memo base de diseño,
filosofía de operación, descripción detallada de proyecto, ente otros, que fueron
suministrados por Consorcio S&S, empresa que fue anteriormente la encargada
de este diseño de este proyecto.
Fase IV: Simulación del sistema de refrigeración del tanque de almacenamiento
de propano a las condiciones actuales de operación y con la posible puesta en
servicio del proyecto ACRAP.
Antes de realizar todas las simulaciones del proceso, se realizó una preselección
de los métodos termodinámicos adecuados para el sistema, utilizando una
metodología apropiada recopilada de la bibliografía.
Luego, usando toda la información recopilada, se procedió a elaborar la simulación
con el software Aspen Plus®, de cada uno de los equipos involucrados en el
proceso actual, bajo condiciones de diseño, y el sistema de refrigeración completo
como fue diseñado inicialmente, de forma que se puedan validar los datos de
76
diseño y seleccionar el mejor método termodinámico que se ajuste al proceso. A
continuación, se validó también los datos de diseño para los equipos del proyecto
ACRAP,
Se seleccionó el método termodinámico más adecuado para el proceso utilizando
los resultados de esas validaciones de los datos por diseños. Con esto, se realizó
la simulación del sistema de refrigeración a las condiciones actuales de operación
y añadiendo los equipos del proyecto ACRAP, comparando los resultados de
OS
D
A
RV
ambas desde el punto de vista de gasto de energía y reducción de las pérdidas de
SE
E
R
Los pasos para la realizaciónH
deO
lasS
simulaciones fueron los siguientes:
C
RE
E
D
1. Se realizó una preselección de los métodos termodinámicos adecuados
propano a la atmosfera.
para el sistema, utilizando una metodología apropiada recopilada de la
bibliografía.
2. Se seleccionaron tres métodos termodinámicos para validar la simulación.
3. Se abrió una hoja en blanco en el simulador Aspen Plus® V7.0.
4. Se realizó la simulación del compresor York 3101-LJA a condiciones de
diseño, utilizando los parámetros en la hoja de datos del equipo.
5. Se realizó la simulación del Intercambiador de calor 3101-LC1 a
condiciones de diseño, utilizando los parámetros en la hoja de datos del
equipo.
6. Ya seleccionado los métodos termodinámicos, se utilizó una ecuación para
conocer el porcentaje de desviación de cada uno, siendo esta la siguiente:
77
Se aplicó para las variables más importantes, los resultados arrojados por la
simulación y cada método termodinámico. Cuando el porcentaje de
desviación es menor al 10%, entonces se la simulación se encuentra dentro
del rango aceptado.
7. Se validaron los resultados de la simulación a condiciones de diseño,
efectuando una comparación con los datos de las hojas de especificación
de los equipos con la ecuación ya señalada anteriormente.
8. Se seleccionó el método que obtuvo menor porcentaje de desviación y que
OS
D
A
V sistema actual bajo las
Se procedió a realizar la primera simulación
del
R
E
S
E
R
condiciones de diseño, ingresando
los equipos involucrados ya simulados
S
O y los datos suministrados por la hoja de
H
C
con sus respectivas
corrientes
RE
E
D
especificación de los equipos.
más se adaptó a la simulación.
9.
10. Se seleccionó el método que obtuvo menor porcentaje de desviación y que
más se adaptó a la simulación.
11. Teniendo la simulación del sistema de refrigeración a condiciones de
diseño, se procedió a efectuar la simulación a condiciones actuales de
operación, utilizando los datos que fueron identificados en la fase I.
12. Luego de haber obtenido las simulaciones a condiciones reales del sistema
actual, se procedió a realizar la simulación a condiciones de diseño de los
equipos principales del proyecto ACRAP por separado.
13. Simulación del compresor Cameron 3101-LJC a condiciones de diseño,
utilizando los datos suministrados por el licenciante.
14. Simulación del intercambiador 3101-LC2 a condiciones de diseño, tomando
como referencia la hoja de datos del equipo suministrada por el licenciante.
15. Comparación de los resultados arrojados por la simulación con las hojas de
datos de los equipos, utilizando la ecuación del porcentaje de desviación
señalada anteriormente y aplicando el mismo principio.
78
16. Teniendo las simulaciones de los equipos (compresor e intercambiador), se
llevó a cabo la adición de estos al sistema actual a condiciones de diseño
ya simulado (Simulación 3), adicionando también aquellos equipos como
tambor de succión 3102-LF y tambor receptor 3101-LO2.
17. Se procedió a correr toda la simulación con los equipos adicionados al
sistema actual para así, observar la simulación a condiciones de diseño del
proyecto ACRAP operando con el sistema actual.
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
79
CAPITULO IV
ANALISIS DE RESULTADOS
En este capítulo se darán a conocer los resultados obtenidos en las diversas fases
de la investigación realizada y sus análisis respectivos, sustentado por diferentes
tablas de registro.
OS
D
A
RV
4.1. Definir las condiciones actuales de operación
SE
E
R
S actual, las cuales se aprecian en la Tabla
para definir las condiciones del O
sistema
H
C
R
4.1. Las variables
deEpresión y flujo de los tambores fueron determinadas
E
D
Se realizó la toma de mediciones en planta de las diferentes variables necesarias
mediante condiciones reportadas en la sala de control, y el resto de las variables
se midieron en indicadores manuales en planta.
Tabla 4.1. Condiciones de operación del sistema de refrigeración actual.
(Mediciones en planta).
Variables medidas
Unidades
Vapores del Tope del Tanque 3101-F
kg/hr
Presión Tope del Tanque 3101-F
KPa
Vapores del Tope Separador 3101-LF3
kg/hr
Presión del Tope Separador 3101-LF3
KPa
Vapores del Tope Separador 3101-LF2
kg/hr
Presión del Tope Separador 3101-LF2
KPa
Vapores del Tope Separador 3101-LF1
kg/hr
Presión del Tope Separador 3101-LF1
KPa
Flujo de Purga de Gas del Sistema
kg/hr
Temperatura Salida Compresor 3101-LJA
°C
Potencia Requerida Compresor 3101-LJA
KW
Presión Descarga Compresor 3101-LJA
KPa
Temperatura Salida Intercambiador 3101-LC1
°C
Calor Intercambiador 3101-LC1
KW
Valores
18 810,5
101 352,9
8 100,3
102 042,4
14 968,6
237 869,1
19 050,9
592 949,1
12 700,6
116,7
2833,66
2 273 201,5
46,7
3514,5
80
Tabla 4.2. Composición alimentación del sistema de refrigeración actual.
(Mediciones en planta).
Compuesto
% Molar
Metano (CH4)
1,130
Etano (C2H6)
7,700
Propano (C3H8)
90,570
Isobutano (C4H10)
0,370
Butano (C4H10)
0,000
Dióxido de Carbono (CO2)
0,230
Las mediciones de la composición de entrada al sistema se aprecian en la Tabla
OS
D
A
RV
4.2, la cual expresa que los vapores alimentados al sistema de refrigeración se
componen mayoritariamente de propano con menor concentración de otros gases.
SE
E
R
OS
CH
E
R
4. 2. RealizarD
levantamiento
del sistema de refrigeración actual
E
En las Tablas 4.3 y 4.4 se pueden apreciar una recopilación de los parámetros de
diseño más importantes del compresor 3101-LJA y el intercambiador 3101-LC1,
que se obtuvieron luego de hacer una revisión a las hojas de datos de los
diferentes equipos involucrados en el proceso, las cuales se incluyen en los
Anexos 1 y 2.
Tabla 4.3. Recopilación de los parámetros por diseño para el compresor 3101LJA. (Hojas de datos por diseño).
Parámetros Diseño 3101-LJA
Etapas
3
Curva de Desempeño
Si
Flujo Nominal (kg/hr)
9 062,8
Flujo mínimo Lat1 (kg/hr) 13 471,7
Flujo mínimo Lat2 (kg/hr) 13 771,1
81
Tabla 4.4. Recopilación de los parámetros por diseño para el intercambiador 3101LC1. (Hojas de datos por diseño).
Parámetros Diseño 3101-LC1
Diámetro Carcasa (m)
1,1176
Lado Caliente
Carcasa
Lado Frío
Tubos
Número de Pasos
2
Número de Tubos
1572
Longitud de los tubos (m)
5,4864
Diámetro Int. Tubos (m)
0,01483
Diámetro Ext. Tubos (m)
0,01905
Pitch (m)
0,02381
Arreglo
30° Triangular
Altura de Aletas (m)
0,001092
OS
D
A
RV
SE
E
R
Dentro de la revisión bibliográfica
también
S se encontraron los datos del sistema de
O
H
EfueCdiseñado originalmente. Con estos datos presentados
refrigeración, tal y como
R
E
D
en el Anexo 2, se realizó un diagrama del proceso por diseño que se puede
apreciar en la Figura 4.1.
Los intercambiadores 3202-C y 3203-C se utilizan para garantizar el flujo mínimo
de vapor a la entrada lateral al compresor, especificado por el fabricante, señalado
en la Tabla 4.3. Desde la planta de LGN entra la alimentación líquida que se
alimenta al separador de alta presión. El compresor 3101-LJB es usado como
respaldo, en caso de falla del compresor 3101-LJA.
82
OS
D
A
RV
SE
E
R
Sde refrigeración por diseño. Hojas de datos
Figura 4.1. Diagrama del sistema
O
H
EC del sistema de refrigeración original.
por
diseño
R
E
D
Luego de obtenidos todos estos datos de la revisión de manuales y hojas de datos
del sistema, se procedió a realizar el levantamiento del sistema actual, para así
verificar el funcionamiento de los equipos involucrados y la nueva distribución del
proceso, con respecto al sistema de refrigeración que fue diseñado originalmente
para procesar los vapores del tanque 3103-F.
En la Tabla 4.5 se aprecia el resultado de realizar el levantamiento de los equipos
que se encuentran en el área, comparando con aquellos que están presentes en
los planos del sistema. Ninguno de los equipos ha sido reemplazado,
encontrándose únicamente los equipos originales. Actualmente, el compresor
3101-LJB que funciona como respaldo se encuentra fuera de servicio debido a
que está dañado. Serán reemplazadas sus piezas internas y motor, para poner en
servicio el equipo y que este pueda sustituir al compresor 3101-LJA.
83
Tabla 4.5. Levantamiento de los equipos en el área. (Planos del área y
levantamiento en sitio del sistema actual).
Equipos
Plano Área
Tambor de succión 3101-LF1
Si
Si
Tambor de succión 3101-LF2
Si
Si
Tambor de succión 3101-LF3
Si
Si
Compresores Marca York 3101-LJA/B
Si
Si
Intercambiador de calor 3101-LC1
Si
Si
Tambor receptor 3101-LO
Si
Si
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
Figura 4.2. Diagrama del sistema de refrigeración actual. Levantamiento del
sistema en el área de la planta.
84
En la Figura 4.2 se observa el diagrama del proceso, luego de realizar el
levantamiento de los equipos que se encuentran en el área. Aunque ninguno de
los equipos ha sido reemplazado, se puede ver un cambio en el proceso.
La línea de alimentación líquida que proviene de la planta de LGN ya no está
operativa, y el sistema maneja un volumen mayor de vapores, los cuales deben
purgarse del sistema de refrigeración en dos lugares, el vapor en exceso que se
alimenta al compresor 3101-LJA y los vapores no condensados que salen del
intercambiador 3101-LF1. La línea que lleva a los intercambiadores 3202-C y
3203-C no está operativa, debido a que ya no son necesarios para mantener el
OS
D
A
RV
flujo mínimo de vapores en la entrada lateral del compresor.
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
4.3. Revisar la ingeniería del proyecto ACRAP
En las Tablas 4.6 y 4.7 se encuentra una recopilación de los parámetros de diseño
más importantes del intercambiador 3101-LC2 y del compresor 3101-LJC, que se
obtuvieron luego de hacer la revisión de las hojas de datos de los diferentes
equipos involucrados en el proyecto ACRAP, las cuales se incluyen en el Anexo 3 .
Tabla 4.6. Recopilación de los parámetros por diseño para el intercambiador 3101LC2. (Hojas de datos. Proyecto ACRAP).
Parámetros Diseño 3101-LC2
Diámetro Carcasa (m)
1,0859
Lado Caliente
Carcasa
Lado Frío
Tubos
Número de Pasos
2
Número de Tubos
1572
Longitud de los tubos (m)
5,4864
Diámetro Int. Tubos (m)
0,01483
Diámetro Ext. Tubos (m)
0,01905
Pitch (m)
0,02381
Arreglo
30° Triangular
Altura de Aletas (m)
-
85
Tabla 4.7. Recopilación de los parámetros por diseño para el compresor 3101LJC. (Hojas de datos. Proyecto ACRAP).
Parámetros Diseño 3101-LJC
Etapas
1
Curva de Desempeño
Si
Flujo Nominal (kg/hr) 10 709,3
Luego de revisar toda la ingeniería del proyecto ACRAP, y con los resultados
anteriores, se elaboró un diagrama del proceso que se muestra en la Figura 4.3.
En este diagrama se puede ver, como los vapores en exceso, que no puede
OS
D
A
RV
procesar el sistema actual, se envían hacia el nuevo compresor 3101-LJC, y se
logra condensar una cantidad mayor de gases al usar en paralelo el nuevo
SE
E
R
S
O
la pérdida de vapores en el sistema.
H
EC
R
E
D
intercambiador 3101-LF2 en paralelo con el intercambiador 3101-LF1, reduciendo
Figura 4.3. Diagrama del sistema de refrigeración incluyendo el proyecto
ACRAP. Planos recopilados del proyecto ACRAP.
86
4.4. Simular el sistema de refrigeración a las condiciones actuales de
operación y con la posible puesta en servicio del proyecto ACRAP
Para poder realizar la simulación del proceso en el simulador comercial Aspen
Plus V7.0, primero hace falta elegir el método termodinámico más apropiado para
representar el sistema. La mezcla de compuestos en el sistema es una que posee
compuestos no polares reales. Como los compuestos están presentes en la base
de datos del simulador, se dice que tienen parámetros de interacción conocidos.
La Figura 4.4 corresponde al “Árbol de Decisión para la Selección de Método
OS
D
A
RV
Termodinámico”, el cual permite preseleccionar un rango de métodos más
SE
E
R
OS
adecuado para una simulación de procesos.
CH
E
R
DE
No Electrolito
ARBOL DE DECISION
DEL METODO
TERMODIN ADIC.
Polar
Electrolito
Real
No Polar
> 1 bar
Pseudo
Comp.
< 1 bar
ELECNRTL
PENG-ROB, RK-SOAVE,
LK-PLOCK, PR-BM,
RKS-BM
CHAO-SEA, GRAYSON,
BK10
BK10, IDEAL
Figura 4.4. Árbol de Decisión del Método Termodinámico. Manual de Usuario de
Aspen Plus 11.1.
Una vez aplicado para el tipo de componentes presentes en el sistema se
encuentra que se deben usar los métodos Soave-Redich-Kwong, Peng-Robinson
87
y Lee-Kesler-Plocker en las simulaciones del proceso, y con base a eso
seleccionar el método más apropiado.
Para los efectos de validación del sistema se realizó la simulación de los datos de
diseño de cada uno de los equipos involucrados. En la Figura 4.5 se aprecia el
diagrama de la simulación usando los datos por diseño del compresor 3101-LJA.
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
Figura 4.5. Diagrama de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJA. Simulación Aspen Plus V7.0
88
Tabla 4.8. Resultados de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJA y sus desviaciones utilizando diferentes métodos termodinámicos.
(Simulación Aspen Plus V7.0)
Parámetros Diseño 3101-LJA
Variables
Valor
por
Estudiadas
Diseño
Número de Etapas
Eficiencia Politrópica
Presión Descarga (Kpa)
Temperatura Descarga
(°C)
Potencia Requerida (KW)
DESVIACIÓN
PROMEDIO
PR
Método Termodinámico
SRK
Simul.
%
Desv.
Simul.
0,58
2 171,84
107,78
3
0,58
2 17,84
107,39
0,33
2 609,95
-
2 604,28
-
0,22
0,27
3
LKP
3
0,58
2 171,84
107,72
%
Desv
.
0,03
3
0,58
2 171,84
106,61
%
Desv
.
0,92
2 635,75
-
0,99
0,51
2 614,95
-
0,19
0,56
SE
E
R
OS
Simul.
OS
D
A
RV
CH
E
R
compresor 3101-LJA
DE utilizando diferentes métodos termodinámicos. Las variables
En la Tabla 4.8 se pueden observar los resultados de la simulación de diseño del
que no presentan desviación son aquellas que fueron introducidas al simulador
para obtener los resultados. Como se puede apreciar, las desviaciones con los
diferentes métodos termodinámicos no fueron significativas, resultando el método
termodinámico de Peng-Robinson aquel que reportó una menor desviación con los
datos de diseño correspondiente a 0,27%, por lo que es el que mejor representa
este proceso.
En la Figura 4.6 está representado el diagrama de la simulación utilizando los
datos de diseño para el intercambiador 3101-LC1, el cual corresponde al modelo
de simulación de intercambiadores tubo y carcasa, donde se introdujeron los
valores de geometría encontrados en la recopilación de datos del equipo, y sus
respectivos valores de flujos por diseño.
89
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
Figura 4.6. Diagrama de la simulación de diseño del intercambiador 3101-LC1.
Simulación Aspen Plus V7.0
En la Tabla 4.9 se pueden apreciar los resultados de la simulación de diseño del
intercambiador 3101-LC1 utilizando diferentes métodos termodinámicos. Las
variables que no presentan desviación son aquellas que fueron introducidas al
simulador para obtener los resultados. Como se puede ver, las desviaciones con
los diferentes métodos termodinámicos no fueron significativas, resultando el
método termodinámico de Peng-Robinson aquel que reportó una menor
desviación con los datos de diseño correspondiente a 0,52%, por lo que es el que
mejor representa este proceso.
90
Tabla 4.9. Resultados de la simulación con datos de diseño del intercambiador
3101-LC1 y sus desviaciones utilizando diferentes métodos termodinámicos.
(Simulación Aspen Plus V7.0).
Parámetros Diseño 3101-LC1
Variables
Valor por
Estudiadas
Diseño
PR
Simul.
Flujo Propano
(kg/hr)
Flujo Agua (kg/hr)
Temp. Entrada Prop.
(°C)
Temp. Entrada Agua
(°C)
Temp. Salida Prop.
(°C)
Temp. Salida Agua
(°C)
LMTD (°C)
Área de
Intercambiador (m 2)
Calor (KW)
DESVIACIÓN
PROMEDIO
Método Termodinámico
SRK
LKP
%
%
Des
Simul.
Des
Simul.
v
v
51029,14
51029,14
%
Des
v
-
51029,14
51029,14
1054602,26
92,78
1054602,26
92,78
-
1054602,26
92,78
-
1054602,26
92,78
-
33,33
33,33
-
33,33
-
33,33
-
40,72
0,33
40,28
39,61
1,62
37
1,45
40,46
37,78
0,47 S
O
D
A
V
37,56 0,39
R37,94 0,34
E
S
1,16
5,38
1,52
S6,05RE
O1283,92
H
C
E
DER5564,63 5593,91
5,78
1283,92
-
-
0,18
1283,92
0,18
4,89
1283,92
3,69
0,18
0,53
0,52
5623,2
-
1,29
0,76
5652,49
-
1,55
1,70
Luego de haber realizado la simulación por diseño de los equipos originales del
proceso, se realizó la simulación del sistema de refrigeración original, para poder
determinar el mejor método termodinámico que represente al sistema de
refrigeración, tal cual como fue diseñado originalmente.
Para poder hacer lo anterior, se utilizaron los diagramas y datos correspondientes
que fueron obtenidos en la recopilación bibliográfica de las hojas de datos por
diseño del proceso que se encuentran en el Anexo 2.
El diagrama de la simulación del sistema de refrigeración con los datos del diseño
original se puede observar en la Figura 4.7, notando que tiene todos los equipos,
simulados por separado anteriormente, integrados para validar el proceso
completo.
91
OS
D
A
V
original. Simulación Aspen Plus
V7.0
R
E
S
RE
S
O
CH
E
R
DE
Tabla 4.10. Resultados de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
Figura 4.7. Diagrama de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
original y sus desviaciones utilizando diferentes métodos termodinámicos.
(Simulación Aspen Plus V7.0)
Parámetros Sist. Ref. - Diseño
Original
Variables
Valor por
Estudiadas
Método Termodinámico
PR
Diseño
Simul.
Alim. Almacen. (kg/hr)
Alim. Planta (kg/hr)
6803,88
22362,1
6803,88
22362,1
Tope Sep. LF3 (kg/hr)
6803,88
6803,88
Tope Sep. LF2 (kg/hr)
15739,66
15739,66
Tope Sep. LF1 (kg/hr)
25083,66
25083,66
Temp. Salida Comp.
(°C)
Potencia Req. Comp.
(KW)
Temp. Salida Cond.
(°C)
Calor Cond. (KW)
118,33
115,78
DESVIACIÓN
PROMEDIO
2609,95
261495
SRK
%
Desv
.
-
Simul.
6803,88
22362,1
LKP
%
Desv
.
-
Simul.
6803,88
22362,1
%
Des
v.
-
6803,88
-
6803,88
-
15739,66
-
15739,66
-
25083,66
-
25083,66
-
1,88
116,17
1,57
114,78
2,61
0,19
2646,94
1,42
2648,65
1,48
64,39
1,32
63,33
62,28
1,30
61,33
2,46
4978,88
4949,59
0,35
5037,45
1,29
4920,3
1,47
-
0,93
-
1,68
-
1,72
-
92
En la Tabla 4.10 se pueden observar los resultados de la simulación del sistema
de refrigeración con los datos del diseño original del proceso, utilizando diferentes
métodos termodinámicos. Las variables que no presentan desviación son aquellas
que fueron introducidas al simulador para obtener los resultados. Como se puede
notar, las desviaciones con los diferentes métodos termodinámicos no fueron
significativas, resultando el método termodinámico de Peng-Robinson aquel que
reportó una menor desviación con los datos de diseño correspondiente a 0,52%,
por lo que es el que mejor representa este proceso.
Estos resultados de la última simulación confirman que el método termodinámico
OS
D
A
RV
elegido para representar el sistema actual debe ser el de Peng-Robinson, por su
menor desviación tanto en los equipos por separado, como en la simulación
integrada de todo el proceso.
SE
E
R
OS
CH
E
R
DE
proceso actual, cuyo diagrama se puede apreciar en la Figura 4.8, donde están los
Usando el método termodinámico de Peng-Robinson, se realizó la simulación del
cambios registrados en el proceso al realizar el levantamiento del sistema actual.
Figura 4.8. Diagrama de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
actual. Simulación Aspen Plus V7.0
93
En la Tabla 4.11 se pueden apreciar los resultados de la simulación del sistema de
refrigeración
actual,
usando
el
método
termodinámico
Peng-Robinson,
seleccionado anteriormente para el sistema, y los datos que fueron determinados
mediante las mediciones de las condiciones actuales en la planta. Las variables
que no presentan desviación son aquellas que fueron introducidas al simulador
para obtener los resultados.
Como se puede notar, las desviaciones de la simulación con respecto a los
valores medidos difieren en mayor porcentaje que los datos de diseño que se han
encontrado anteriormente. Sin embargo, esta desviación promedio apenas se
OS
D
A
RV
ubicó en 3,755, por lo que sigue siendo pequeña (menor a 10%) y dentro del
rango esperado. Por todo lo anterior se puede decir que esta simulación
SE
E
R
OS
representa adecuadamente el sistema de refrigeración que se encuentra en
CH
E
R
DE
servicio actualmente.
Tabla 4.11. Resultados de la simulación del sistema de refrigeración con el diseño
actual y sus desviaciones con respecto a los valores reales medidos en planta.
(Simulación Aspen Plus V7.0).
Parámetros Sistema de Refrigeración - Diseño Actual
Variables
Valor por
Estudiadas
Planta
Simulación
Vapores del Tope del 3101-F (kg/hr)
18810,47
18810,47
Vapores del Tope Sep. 3101-LF3 (kg/hr)
8100,25
8100,25
Vapores del Tope Sep. 3101-LF2 (kg/hr) 14968,55
14968,55
Vapores del Tope Sep. 3101-LF1 (kg/hr) 19050,88
19050,88
Flujo de Purga de Gas (kg/hr)
12700,59
12153,55
Temperatura Salida 3101-LJA (°C)
116,67
111,78
Potencia Req. Compresor 3101-LJA (KW) 2833,66
2748,65
Temperatura Salida 3101-LC1 (°C)
46,67
48,61
Calor Intercamb. 3101-LC1 (KW)
3514,5
3338,78
DESVIACIÓN PROMEDIO
-
% Desv.
4,31
3,65
3,01
3,03
4,78
3,75
Luego de validada la simulación del proceso actual, se hará un procedimiento
análogo con los equipos y sistema que componen el proyecto ACRAP.En la Figura
94
4.9 se aprecia el diagrama de la simulación usando los datos por diseño del
compresor 3101-LJC. En la Tabla 4.12 se pueden observar los resultados de la
simulación de diseño del compresor 3101-LJC utilizando diferentes métodos
termodinámicos. Como se puede apreciar, las desviaciones con los diferentes
métodos
termodinámicos
no
fueron
significativas,
resultando
el
método
termodinámico de Soave-Redlich-Kwong aquel que reportó una menor desviación
con los datos de diseño correspondiente a 0,68%, por lo que es el que mejor
representa este proceso.
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
Figura 4.9. Diagrama de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJC. Simulación Aspen Plus V7.0.
Tabla 4.12. Resultados de la simulación con datos de diseño del compresor 3101LJC y sus desviaciones utilizando diferentes métodos termodinámicos.
(Simulación Aspen Plus V7.0)
Parámetros Diseño 3101-LJC
Variables
Valor
por
Estudiadas
Diseño
Número de Etapas
Eficiencia Politrópica
Eficiencia Mecánica
Pres. de Descarga (KPa)
Temp. de Descarga (°C)
Potencia Requerida (KW)
DESVIACIÓN PROMEDIO
1
0,77
0,89
136,52
-4,72
168,53
-
PR
Simul
1
0,77
0,89
138,58
-4,78
168,75
-
Método Termodinámico
SRK
%
Desv.
1,63
1,90
0,14
1,22
Simul
1
0,77
0,89
137,9
-4,61
168,75
-
%
Desv.
1,05
0,85
0,14
0,68
LKP
Simul
1
0,77
0,89
139,27
-4,39
168,75
-
%
Desv.
2,03
2,37
0,14
1,52
95
En la Figura 4.10 está representado el diagrama de la simulación utilizando los
datos de diseño para el intercambiador 3101-LC2 correspondiente al proyecto
ACRAP.
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
CH
E
R
DE
Simulación Aspen Plus V7.0
Figura 4.10. Diagrama de la simulación de diseño del intercambiador 3101-LC2.
Tabla 4.13. Resultados de la simulación con datos de diseño del intercambiador
3101-LC2 y sus desviaciones utilizando diferentes métodos termodinámicos.
(Simulación Aspen Plus V7.0)
Parámetros Diseño 3101-LC2
Variables
Valor
por
Estudiadas
Diseño
Flujo Propano (kg/hr)
Flujo Agua (kg/hr)
Temp. Entrada Prop.
(°C)
Temp. Entrada Agua (°C)
Temp. Salida Prop. (°C)
Temp. Salida Agua (°C)
LMTD (°C)
Área de Interc. (m2)
Calor (KW)
DESVIACIÓN
PROMEDIO
Método Termodinámico
SRK
PR
LKP
6939,96
851,48
83,33
Simul
6939,96
851,48
83,33
%
Desv.
-
Simul
6939,96
851,48
83,33
%
Desv.
-
Simul
6939,96
851,48
83,33
%
Desv.
-
32,22
37,78
37,78
1,22
506,32
5476,76
-
32,22
38,11
37,5
1,67
516,17
5506,05
-
0,56
0,52
2,27
1,94
0,29
1,12
32,22
38,22
37,83
1,72
516,17
5564,63
-
0,81
0,14
2,56
1,94
1,11
1,31
32,22
37,22
36,67
0,89
516,17
5535,34
-
1,01
2,04
1,88
1,94
1,10
1,60
96
En la Tabla 4.13 se pueden observar los resultados de la simulación de diseño del
intercambiador 3101-LC2 utilizando diferentes métodos termodinámicos.
Como se puede apreciar, las desviaciones con los diferentes métodos
termodinámicos no fueron significativas, resultando el método termodinámico de
Peng-Robinson aquel que reportó una menor desviación con los datos de diseño
correspondiente a 1,12%, por lo que es el que mejor representa este proceso.
Una vez que todas las simulaciones de los diferentes equipos del proyecto ACRAP
fueron validadas, se realizó la simulación del nuevo sistema de refrigeración
propuesto, utilizando los mismos datos actuales, añadiendo los equipos
OS
D
A
RV
comprendidos dentro del proyecto ACRAP, la cual se muestra en la Figura 4.11.
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
Figura 4.11. Diagrama de la simulación del sistema de refrigeración propuesto con
la incorporación de los equipos del proyecto ACRAP. Simulación Aspen Plus V7.0
97
Tabla 4.14. Resultados de la simulación del sistema de refrigeración propuesto con
la incorporación de los equipos del proyecto ACRAP y sus diferencias con respecto
a los valores reales medidos en planta. (Simulación Aspen Plus V7.0).
Parámetros Sistema de Refrigeración - Diseño Propuesto (ACRAP)
Variables
Valor por
Estudiadas
Actual
Propuesta % Dif.
Vapores del Tope del 3101-F (kg/hr)
18810,48 18810,48
Vapores del Tope Sep. 3101-LF3 (kg/hr)
8100,25
8100,25
Vapores del Tope Sep. 3102-F (kg/hr)
10709,32
Vapores del Tope Sep. 3101-LF2 (kg/hr)
14968,55 14968,55
Vapores del Tope Sep. 3101-LF1 (kg/hr)
19050,88 19050,88
Flujo de Purga de Gas (kg/hr)
12153,55
1673,76 -86,23
Temperatura Salida Compresor 3101-LJA (°C)
111,78
117,67
4,56
Potencia Requerida Compresor 3101-LJA (KW)
2748,43
2669,53
-2,87
Temperatura Salida Compresor 3101-LJC (°C)
-6,78
Potencia Requerida Compresor 3101-LJC (KW)
168,75
Temperatura Salida Intercamb. 3101-LC1 (°C)
46,67
36,67
-15,55
Calor Intercambiador 3101-LC1 (KW)
3514,5
907,91
-73,99
Temperatura Salida Intercamb. 3101-LC2 (°C)
36,78
Calor Intercambiador 3101-LC2 (KW)
3631,65
-
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
En la Tabla 4.14 están reflejados los resultados de la simulación del sistema de
refrigeración propuesto con la incorporación de los equipos del proyecto ACRAP,
los cuales se comparan con los valores actuales medidos en la planta.
Se puede apreciar que el añadir el nuevo intercambiador 3101-LC2 en paralelo
tiene una disminución significativa en la temperatura de salida, logrando que se
condensen la mayoría de los vapores comprimidos que alimentan esa sección.
También se puede ver que, al añadir tanto el nuevo compresor 3101-LJC como el
nuevo intercambiador 3101-LC2, se reduce en un 86,23% las pérdidas de propano
que deben ir hacia la purga en el proceso.
Mediante la simulación se pudo determinar que las modificaciones propuestas,
efectivamente reduce el propano perdido del sistema y se opera de mejor forma el
proceso, llevando a un ahorro en la operación del sistema de refrigeración.
98
CONCLUSIONES
 Usando los datos de la revisión bibliográfica y el acceso a las instalaciones, se
efectuó el levantamiento del sistema de refrigeración que comprende los equipos
involucrados como los separadores 3101-LF1, 3101-LF2, 3101-LF3, el
condensador 3101-LC1 y los compresores 3101-LJA/B. El diseño original posee
una línea de alimentación desde la planta, al comparar el diagrama del sistema
actual con el diseño original, se logro observar que la línea de alimentación de la
OS
D
A
RV
planta no está disponible.
E
S
E
R
 Los vapores que alimentan el tanque
S de almacenamiento 3101-F tienen un
O
H
C a 18786 kg/h con respecto a las condiciones de
Ekg/hr
incremento de 6795
R
E
D
diseño.
 Se simularon en Aspen Plus V7.0 los equipos asociados al sistema por
separado. Los intercambiadores de calor 3101-LC1 y 3101-LC2 presentaron
desviaciones menores al 2%. Los compresores 3101-LJA/B y 3101-LJC
presentaron
desviaciones
menores
al
1%.
Se
seleccionó
el
método
termodinámico de Peng-Robinson para representar todo el sistema debido a que
las desviaciones fueron menores al 1% para todos los equipos con respecto a
los datos de diseño.
 Se realizó la simulación del sistema a condiciones de diseño y condiciones
actuales de operación. Se validó el método termodinámico con los datos del
sistema actual medidos en planta, obteniendo desviaciones menores al 5%.
 Se simuló el sistema de refrigeración propuesto, que incorpora los equipos del
proyecto ACRAP, obteniendo una disminución en las pérdidas de propano del
sistema de de 86,23% al reducirse las pérdidas de 12138 kg/hr a 1672 kg/hr,
99
 El balance de masa provisto del proyecto ACRAP es erróneo por no considerar
los cambios en la cantidad de vapor que se genera en los separadores 3101LF1, 3101-LF2 cuando se condensa mayor cantidad de vapores de alta presión
en el sistema, por la incorporación del condensador 3101-LC2.
 El balance de masa provisto del proyecto ACRAP, también tiene inconsistencias
entre los flujos de las corrientes y la posición de las mismas en el diagrama, lo
que lleva a pensar que el proceso no fue simulado o en su defecto fue mal
transcrito, lo que explicaría las inconsistencias en los valores reportados.
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV
100
RECOMENDACIONES

Actualizar las hojas de datos de los equipos a las condiciones de operación
actuales.

Colocar medidores de flujo en los fondos de los separadores, para
determinar con exactitud los volúmenes de líquidos condensados.

Validar la simulación del proceso tomando datos de varios días diferentes
para hacerla estadísticamente más robusta.


OS
D
A
V instalado, para tener un
R
Evaluar el desempeño del intercambiador E
3101-LF1
ES y mejorar la exactitud de la
R
coeficiente de ensuciamiento
actualizado
S
O
H
C
simulación. RE
DE
Tomar en cuenta que el proyecto ACRAP no reduce las pérdidas de
propano en su totalidad y diseñar una adaptación para lograr la reducción
total de pérdidas.

Revisar el aislamiento de la tubería de descarga del muelle para transporte
de líquidos hasta el tanque de almacenamiento 3101-F.

Coordinar la comunicación entre buque, muelle-líquidos y planta para
garantizar la descarga de propano a las condiciones requeridas.
101
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Arias, Fidias. (1997). El Proyecto de Investigación. (2ª Ed.). Editorial Espíteme.
ORAL EDICIONES. Caracas.
Arias, Fidias. (1999). El Proyecto de Investigación. (3ª Ed.). Editorial Espíteme.
ORAL EDICIONES. Caracas.
Editorial
S Espíteme.
O
D
VA
Arias, Fidias. (2006). Proyecto de Investigación. (5ª Ed.).
ER
S
E
SR
Venezuela.
O
H
C
E
R
E
D
almacenaje de Propano de las Plantas LGN I/II. Ubicadas en el Complejo
Arria, M. y Paulaskas, I. (2001). Optimización del sistema de refrigeración y
Petroquímico El Tablazo. Trabajo Especial de Grado para Optar al título de
Ingeniero Químico, Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela.
Aspen Tech (2001). Aspen Physical Property System. E.E.U.U.
Bavaresco, A. (1994). Las técnicas de la investigación: manual para la elaboración
de tesis, monografías, informes. (5ª Ed.). Editorial Illinois.
Cengel, Y. y Boles, M. (2009). Termodinámica. (6ª Ed.). Editorial Mc Graw Hill.
México.
Chang, R. (2007). Química. (9ª Ed.). Editorial Mc Graw Hill. México
Consorcio S&S. (2008). Ingeniería, procura, construcción y puesta en marcha del
Proyecto Aumento de Capacidad de Refrigeración de Almacenaje de
102
Propano
(ACRAP).
(Documento
técnico
“SCV-ZLG2-031-P6-X005”),
Gerencia Técnica de Ingeniería de Procesos de las plantas LGN I/II.
Complejo Ana María Campos. Los Puertos de Altagracia. Venezuela
Cistac, Bongianino, Filippi y Kovac. (2009). La simulación como medio de
interrelación entre herramientas matemáticas y procesos tecnológicos.
Scientific Electronic Library Online. Volumen 2, No 05, pp. 3-12.
Consorcio S&S. (2008). Ingeniería, procura, construcción y puesta en marcha del
Proyecto Aumento de Capacidad de Refrigeración de Almacenaje de
OS
D
A
Vde las plantas LGN
Gerencia Técnica de Ingeniería de Procesos
R
E
ES
R
Complejo Ana María Campos.
Los
Puertos de Altagracia. Venezuela.
S
O
H
C
E
DER
Propano
(ACRAP).
(Documento
técnico
“SCV-ZLG2-031-P6-X006”),
I/II.
Hernández, R., Fernández, C., Baptista, P. (2003). Metodología de la
Investigación. (3ª Ed.). Editorial Mc Graw Hill. México.
Hernández, R., Fernández, C., Baptista, P. (2006). Metodología de la
Investigación. (4ª Ed.). Editorial Mc Graw Hill. México.
Kerlinger, F. (2003). Investigación del Comportamiento. Técnicas y Metodología.
Editorial TRILLAS. México.
Méndez, D. (2000). Optimización del sistema de refrigeración de Propano de la
Planta LGN I. Trabajo Especial de Grado para Optar al título de Ingeniero
Químico, Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela.
Morrison, R. y Boyd, R. (1998). Química Orgánica. (5ª Ed.). Editorial Pearson.
México.
103
López, Sánchez, Hernández y Leal. (2003). Simulation of the EDC purification unit
of a MVC plant. Scientific Electronic Library Online, Volumen 26, No 03, pp.
162-172.
Pequiven (1999). Manual de inducción del Complejo El Tablazo. El Tablazo.
Venezuela.
Pequiven (2004). Jornada de adiestramiento de almacenaje de LGN/PPE. Los
Puertos de Altagracia. Venezuela.
OS
D
A
V
Complejo Ana María Campos. Los PuertosE
deR
Altagracia.
ES
R
S
O
H
C
Perry, R. y Green, R
D. E
(1999). Perry´s Chemical Engineers´ Handbook. (7ª Ed.).
DE
Pequiven (2009). Manual de la gerencia corporativa de recursos técnicos.
Editorial Mc Graw Hill. E.E.U.U
Rodríguez, De Turris y Lares. (1999). Manual de operaciones de la planta LGN I.
Pequiven.
Sabino, C. (1992). El Proceso de la Investigación. Editorial Panapo. Caracas.
Sabino, C. (2007). El proceso de investigación. Ediciones Panapo. Caracas.
Smith, J., Van Ness, H., Abbott, M. (2007). Introducción a la termodinámica en la
Ingeniería Química. (7ª Ed.). Editorial Mc Graw Hill. México.
Tamayo y Tamayo. (2002). El proceso de la Investigación Científica. (4ª Ed.).
Editorial Limusa.
104
Tamayo y Tamayo. (2007). El proceso de la Investigación Científica. (5ª Ed.).
Editorial Limusa.
Vinciguerra D., Pineda I. (2002). Incremento de la Recuperación de Etano por
Enriquecimiento del Gas de Alimentación de la Planta LGN I del Complejo
Petroquímico El Tablazo. (Trabajo especial de grado para optar al título de
Especialista en Ingeniería de Procesos). Universidad de los Andes. Mérida,
Venezuela.
Wade. (2004). Química Orgánica. (5ª Ed.). Editorial Pearson
CH
E
R
DE
SE
E
R
OS
OS
D
A
RV