REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
“MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
EN LOS INTERCAMBIADORES DE ETILENO PREVIO Y DURANTE EL
PROCESO DE ARRANQUE PARA LA PRODUCCIÓN DE
POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD”
”
Trabajo Especial de Grado Presentado para Optar al Titulo de
Ingeniero Químico.
Autor: Alfredo Pérez
Tutor Académico: Ing. Oscar Urdaneta
Tutor Industrial: Ing. Noel Neuman
Asesor Metodológico: Milagros Quijadas
Maracaibo, Enero de 2006
Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado “MEJORAMIENTO
DEL
PROCESO
DE
TRANSFERENCIA
DE
CALOR
EN
LOS
INTERCAMBIADORES DE ETILENO DURANTE EL PROCESO DE ARRANQUE
PARA
LA
PRODUCCIÓN
DE
POLIETILENO
DE
BAJA
DENSIDAD”
”,
presentado por el bachiller: Pérez Rangel Alfredo José, C.I.: V-15.142.269, para
optar al titulo de Ingeniero Químico en la Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo,
Enero 2006.
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Ing. Oscar Urdaneta
C.I.: 4.520.200
Tutor Académico
Ing. Humberto Martínez
C.I.: 3.112.555
Jurado
Ing.
C.I.:
Jurado
Ing. Oscar Urdaneta
Ing. José F. Bohórquez
C.I.: 4.520.200
C.I.: 4.520.200
Director de la Escuela de
Decano Facultad de
Ingeniería Química
Ingeniería
III
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D
“MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS
INTERCAMBIADORES DE ETILENO DURANTE EL PROCESO DE ARRANQUE
PARA LA PRODUCCIÓN DE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD..”
IV
INDICE GENERAL
p.p
Dedicatoria……………………………………………………………………
IV
Agradecimiento………………………………………………………………
V
Resumen……………………………………………………………………...
VI
S
O
D
Índice de Figuras …………………………………………………………….
VA
R
E
S
E
Índice de Graficas……………………………………………………………
R
OS
H
Índice de Tablas…………………………………………………………….
C
E
DER
Índice General… ……………………………………………………………
Introducción………………………………………………………………….
VII
X
XI
XIII
1
CAPITULOS
I El Problema
Planteamiento del Problema…….………………………………………
4
Formulación del Problema……………….……………..………………..
5
Objetivos de la Investigación...………………………..…………………
5
Objetivo General……………………………………………………..
5
Objetivos Específicos……………………………………………….
6
Justificación de la Investigación………………………………………….
6
Delimitación de la Investigación………………………………………….
7
II Marco Teórico
Antecedentes de la Investigación………………………………………..
9
Descripción del Proceso de Polinter de la Planta de Baja Densidad .. 10
Descripción de los circuitos de enfriamiento o calentamiento a
Estudiar ………………………………………………………………………. 12
Función, Funcionamiento de los Intercambiadores (E-110, E-104, E103, E-111, E-503)…………………………………………………………..
12
12
Intercambiador E-110……………………………………………………….
VII
Intercambiador E-104……………………………………………………….
14
Intercambiador E-103……………………………………………………….
14
Intercambiador E-103……………………………………………………….
15
Intercambiador E-503……………………………………………………….
16
Fases del Proceso (Manual de inducción de PEBD)…………………...
17
Bases Teóricas…………………………………………………………….
24
Aspectos General del Polietileno…………………………………..
S
O
D
VA
R
Polietileno de Baja Densidad ……………………………………….
E
S
E
R
Aplicaciones del polietileno de baja
densidad …………………………..
OS
H
C
E
Intercambiador
DERde Calor…………………………………………….
24
Reacción General del Polietileno…………………………………..
24
Tipos de Intercambiadores de Calor………………………………
27
Intercambiadores de Carcaza y Tubo………………………...
28
Intercambiador de Cabezal flotante interno………………….
28
Intercambiadores de Tubería doble …………………………..
29
Control de Intercambiador de Calor……………………………….
29
Medición de Temperatura………………………………………
29
25
25
27
Válvulas de Control………………………..……………………. 30
Control de la Presión de Vapor…………………………………….
30
Métodos de Control de desviación del Flujo……………………..
30
Simuladores de Proceso.…………………………………………… 31
Definición de Términos Básicos……………………………………………. 33
Sistema de Variables………………………………………………………..
37
III Marco Metodológico
Tipo de investigación……………………………………………………..
39
Diseño de la investigación ………………………………………………. 39
Población………………………………………………………………….
40
Muestreo…………………………………………………………………..
40
Técnicas e Instrumentación de recopilación de Datos…...…………...
42
Fases de la Investigación…………………………………………………
44
Procesamiento de datos………………………………………………….
45
VIII
IV Resultados.
Diagnostico de las condiciones actuales de transferencia calórica en
el sistema de intercambiadores E-503 y E-110 (A,B,C,D)………………
47
Tiempos obtenidos de calentamiento previo al arranque de la Planta… 62
Conclusiones…………………………………………………………………
68
Recomendaciones…………………………………………………………..
69
Bibliografías y Referencias Bibliográficas ………………………………... 70
Apéndices
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
Apéndice # 2……………………………….………………………………...
R
E
D
Apéndice # 3……………………………….………………………………...
72
Apéndice # 4………………………………………………………………….
84
Apéndice # 1……………………………….………………………………...
82
83
IX
INDICE FIGURAS
p.p
S
O
D
VA
R
E
S
Figura # 3 Diagrama del Intercambiador E-503…………………………..
E
R
OlaSpelícula que forma el GAS……....
Figura # 4 Daños ocasionados
por
H
C
E
Figura # 5 Entradas
de los intercambiadores lado GAS de los E-110….
DER
Figura # 1 Diagrama de flujo de Planta de Baja Densidad...................... 11
Figura # 2 Diagrama de los E-110…………………………………………………..
13
17
48
63
INDICE GRAFICAS
X
p.p
Grafica # 1 Tiempo en que se calienta el Gas para el Arranque……….. 51
Grafica # 2 Comportamiento de las temperaturas ANTES del paro del
E-103…………………………………………………………………………..
52
Grafica # 3 Comportamiento de las temperaturas ANTES del paro del
S
O
Grafica # 4 Comportamiento de las temperaturas ANTES del
paro
del
D
A
V
R
E
E-104…………………………………………………………………………..
S
E
R
Grafica # 5 Comportamiento H
de O
lasS
temperaturas ANTES del paro del
C
E
E-110…………………………………………………………………………..
DER
53
del E-103………………………………………………………………………
55
E-111…………………………………………………………………………..
54
54
Grafica # 6 Comportamiento de las temperaturas DESPUES del paro
Grafica # 7 Comportamiento de las temperaturas DESPUES del paro
del E-111………………………………………………………………………
56
Grafica # 8 Comportamiento de las temperaturas DESPUES del paro
del E-111………………………………………………………………………
56
Grafica # 9 Comportamiento de las temperaturas DESPUES del paro
del E-110………………………………………………………………………
57
Grafica # 10 Comportamiento de las temperaturas ANTES del paro del
E-103…………………………………………………………………………..
57
Grafica # 11 Comportamiento de las temperaturas ANTES del paro del
E-111…………………………………………………………………………..
58
Grafica # 12 Comportamiento de las temperaturas ANTES del paro del
E-104…………………………………………………………………………..
58
Grafica # 13 Comportamiento de las temperaturas ANTES del paro del
E-110…………………………………………………………………………..
59
Grafica # 14 Comportamiento de las temperaturas DESPUES del paro
del E-103………………………………………………………………………
59
Grafica # 15 Comportamiento de las temperaturas DEPUES del paro
del E-111……………………………………………………………………...
60
XI
Grafica # 16 Comportamiento de las temperaturas DESPUES del paro
del E-104………………………………………………………………………
60
Grafica # 17 Comportamiento de las temperaturas DESPUES del paro
del E-110………………………………………………………………………
Grafica # 18 Regresión para cálculos de conductividades térmicas……
Grafica # 19 Regresión para los cálculos de Viscosidad………………...
Grafica # 20 Regresión para los cálculos de Calor Especifico………….
S
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D
VA
R
E
S
61
78
79
80
EC
R
E
D
E
R
S
HO
INDICE TABLAS
XII
p.p
Tabla # 1 Aplicaciones del Polietileno de Baja Densidad Ramificado….
26
Tabla # 2 Operacionalización de las Variables…………………………… 37
Tabla # 3 Población de los equipos en la Planta de Polietileno de Baja
Densidad de la empresa POLINTER, C.A………………………………… 41
Tabla # 4 Muestreo principal……………………………………………….. 42
Tabla # 5 Diferencias de temperaturas de entradas y salidas de los
S
O
D
VA
R
Tabla # 6 Resultados de las simulaciones………………………………...
E
S
E
R
OS
H
C
E
DER
intercambiadores E-103, E-104, E-110 y E-111…………………………..
61
67
XIII
INTRODUCCION
PEQUIVEN, filial de Petróleos de VENEZUELA, S.A. (PDVSA) es una empresa
productora y comercializadora de productos petroquímicos para los mercados
S
O
D
principal de la producción petroquímica Nacional, de
VAallí la importancia y la
R
E
confiabilidad operativa de sus plantas. RES
OS
H
C
E
R
E
D
El desarrollo de la presente investigación fue realizado en la planta de Baja
nacionales e internacionales.
El complejo petroquímico El Tablazo es el pilar
Densidad de POLINTER C.A ubicado en el complejo petroquímico El Tablazo.
Esta enfocado en el estudio y análisis del tiempo de calentamiento de los
intercambiadores de calor E-110 (A, B, C, D) y E-503 los cuales calientan el agua
y gas materia primas principales para el proceso de producción del Polietileno de
Baja Densidad.
Por tal motivo, se realizará esta investigación con el fin de satisfacer la
necesidad que tiene la empresa de disminuir el tiempo de espera para el
calentamiento de las líneas de gas que entran al reactor previo y durante el
arranque de la Planta de Polietileno de Baja Densidad. Además, se establece una
descripción general para obtener una visión global de sus características más
resaltantes.
Esta investigación esta estructurada mediante cuatro capítulos distribuidos de la
siguiente manera:
CAPITULO I: Este capitulo abarca el planteamiento del problema, donde se da
conocimiento al problema existente, los objetivos de la investigación y su
justificación.
1
CAPITULO II: Esta constituido por el marco referencial, a su vez dividido en:
antecedentes de la investigación, bases teóricas que sustentan la investigación.
S
O
D
VA e instrumentos
R
E
contiene el tipo de investigación, el diseño
las
técnicas
S
E
R
recolección de datos.
OS
H
C
E
DER
CAPITULO III: En el se encuentra desarrollado el marco metodológico que
de
CAPITULO IV: Contiene los resultados de la investigación, es donde se
presenta el desarrollo del diagnostico de la problemática existente en el sistema
de transferencia de calor y su correspondiente mejora.
Finalmente se constituyeron las conclusiones a las cuales llega el autor en la
realización del trabajo y las respectivas recomendaciones.
2
DEDICATORIA
A Dios todopoderoso, nuestro señor Creador y Padre maravilloso, por su amor y
por haber dado fuerzas en mis pasos y en los peores momentos de mi vida
S
O
D
VAde mi lo que soy.
R
E
A mis padres que con su fortaleza y sabiduría
han
hecho
S
E
R
OS
H
C
REsiempre han estado allí para mí.
A mis hermanos
DEque
llevarme en sus brazos.
A mis amigos que siempre han estado para cuando lo necesito, por haber sido
mi apoyo y mi otra familia.
Alfredo Pérez
IV
AGRADECIMIENTO
A Dios por acompañarme en todo momentos de mi vida y haberme guiado en lo
momento difíciles.
S
O
D
VA
R
E
S
A mis padres por brindarme la oportunidad de alcanzar esta meta y por darme
E
R
S
HO
todo su amor y cariño.
EC
R
E
D
Al Ing. Noel Neuman, por el apoyo y la amistad incondicional brindada durante
todo el periodo de realización del trabajo.
Al Ing. Oscar Urdaneta por haber servido de guía durante la carrera y
brindarnos una educación de calidad.
A todo el personal de Polinter en especial la planta de Baja Densidad por todo el
apoyo que me brindaron.
Alfredo Pérez
V
Pérez Rangel, Alfredo José, C.I. V-15142269 “MEJORAMIENTO DEL PROCESO
DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS INTERCAMBIADORES DE
ETILENO PREVIO Y DURANTE EL PROCESO DE ARRANQUE PARA LA
PRODUCCIÓN DE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD”
”. Trabajo Especial de
Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería Química. Enero 2006
S
O
D
A
RESUMEN ERV
S
E
R
HOS
EC
R
E
D
diseño y tiempo de operación asociados a los procesos de intercambio de calor
La presente investigación tuvo como objetivo determinar las limitaciones de
del gas (Etileno) de la Planta de Baja Densidad de la empresa Polinter C.A, previo
y durante el arranque de la planta, para luego estudiar, proponer y validar
soluciones y/o diseños viables de dichos inconvenientes para alcanzar una mejor
producción.
La investigación estuvo basada en una metodología descriptiva,
apoyada por revisiones bibliográficas, archivos técnicos de la empresa, entrevistas
realizadas al personal de procesos y operaciones de la planta, así como
simulaciones de prueba.
A través de los resultados obtenidos, se recomendaron ciertas acciones a tomar
para solucionar el problema de tiempo de calentamiento en los intercambiadores
de calor que calientan el gas (Etileno) de entrada al reactor, como conclusión se
propone con base a simulaciones de pruebas, modificar el área disponible de l
intercambiador que calienta el agua durante la operación de arranque del reactor
de polimerización.
VI
Capítulo I El problema
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
3
Capítulo I El problema
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La producción y comercialización de polietileno de alta densidad, baja densidad
S
O
D
VA
R
E
plástico por su excelente calidad y amplia
gama
S de aplicaciones. Hoy en día,
E
R
OS es muy fácil observar como se fabrican
dada la dinámica actual de la
sociedad,
H
C
RE bolsas para supermercados, pañales, gaveras,
envases, piezas
DEmecánicas,
y lineales, en el mundo representa un sector económico de gran importancia, ya
que conforman los insumos básicos y de mayor demanda en la industria del
cestas, juguetes y artículos del hogar, entre otros (todos de plástico). Esto quiere
decir que a medida que pasa el tiempo el plástico y por ende su materia prima, el
polietileno, abarca mayor terreno en la industria y el comercio.
En el ámbito
industrial existe un gran número de plantas para producir el polietileno. En 1942,
se instalo la primera planta en EE.UU. En Venezuela existe una empresa con
líneas de producción de polietileno de alta densidad, baja densidad y lineales. Su
denominación
comercial
“POLIOLEFINAS
INTERNACIONALES,
C.A.
(POLINTER)”. (Manual de Inducción de POLINTER, p.5)
En la empresa POLINTER, el proceso de elaboración de polietileno de baja
densidad posee parámetros que deben cumplirse con la finalidad de que el
producto final tenga las propiedades y características requeridas.
La materia
principal utilizada para tal fin, es el etileno de alta pureza (99.95 por ciento)
proveniente de la planta de Olefinas de Pequiven.
El problema actualmente en el proceso, es el tiempo de espera para alcanzar
las condiciones de temperatura óptimas del etileno durante el arranque de la
planta de PEBD, el cual es considerablemente largo, por tal motivo se estudiará el
sistema de intercambiadores asociados al arranque de planta para evaluar su
funcionamiento.
4
Capítulo I El problema
Asimismo las temperaturas del etileno que entra al reactor durante el arranque,
cuando la presión empieza a aumentar en las líneas de entrada del reactor,
S
O
D
VA
R
E
S
experimentan una baja repentina de la temperatura fuera de los rangos
establecidos por el proceso.
E
R
S
HO
C
EFORMULACION
R
E
DEL PROBLEMA
D
De lo anterior expuesto surge la siguiente interrogante: ¿Porque el sistema
tarda en calentar el gas de entrada al reactor previo al arranque y a su vez se
presenta una caída de temperatura durante el arranque de la planta?
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
Objetivo General
Mejorar el proceso de transferencia de calor en los intercambiadores de etileno
durante el proceso de arranque para la producción de Polietileno de Baja
Densidad.
5
Capítulo I El problema
Objetivos Específicos
S
O
D
VA
intercambiadores E-503 y E-110 (A, B, C, D)S
deElaR
Planta de Polietileno de Baja
E
R
S
Densidad desde los lados de agua-aceite
y etileno-agua.
HO
C
E
DER
• Diagnosticar las condiciones actuales de transferencia calórica en el sistema de
• Definir las mejoras de condiciones de transferencia de calor del intercambiador
E-503 de la Planta de Polietileno de Baja Densidad.
JUSTIFICACION E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACION
La investigación propuesta tiene la finalidad de estudiar a fondo, todo lo
referente al sistema de transferencia calórica del proceso. Buscar la explicación
del porque los intercambiadores de calor se tardan en dar el tiempo de óptimo de
calentamiento del gas para el arranque de la planta y configurarlos de manera que
logren su objetivo fundamental que es calentar el gas en el menor tiempo posible.
Para lograr lo antes expuesto se aplicaron un conjunto de conceptos,
definiciones y características basadas en Termodinámica, Transferencia de calor y
principios de lazos de control para soportar y explicar científicamente las
manifestaciones del problema objeto de estudio.
Para el desarrollo del proyecto es necesario el empleo de diversas técnicas de
investigación tales como: documentación teórica basada en informes técnicos,
información suministrada en sala de control, entrevista con el personal técnico
6
Capítulo I El problema
calificado, redacción de informes técnicos, para presentar en ultima instancia los
resultados obtenidos y los logros alcanzados en lo que se refiere al sistema de
transferencia calórica de las corrientes de agua y etileno utilizadas para el
S
O
D
VA
R
E
La optimización de los intercambiadoresE
deS
calor representa el aumento directo
R
OdeS baja densidad, por lo que es de gran
de la producción de polietileno
H
C
ERE del proyecto; el mejorar el tiempo de calentamiento del
importancia laD
realización
arranque de la Planta de Polietileno de Baja Densidad.
gas de entrada al reactor permite que el arranque de la planta sea ejecutado en el
menor tiempo posible logrando así tener una mejor producción.
El buen
desempeño de los equipos involucrados permitirá un correcto funcionamiento en
función del beneficio de la planta de polietileno de baja densidad de la empresa
POLINTER.
DELIMITACION DE LA INVESTIGACION
El periodo de investigación estuvo comprendido entre el 8 de febrero del 2005 y
el 30 de octubre de 2005. La investigación se desarrolló en las instalaciones de la
planta de Polietileno de Baja Densidad, localizada en el Complejo Petroquímico El
Tablazo.
7
Capítulo II Marco Teórico
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
8
Capítulo II Marco Teórico
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
González M., presento un trabajo Especial de Grado realizado en la Universidad
S
O
D
PROCESOS
DE
A
V
R
PRECALENTAMIENTO Y FRACCIONAMIENTO
SEDE LA PLANTA DE GLP DE
E
R
S
BAJO GRANDE. El objetivoH
deO
la investigación
fue determinar las limitaciones de
C
E
diseño y problemas
DERoperacionales presentados por el sistema de calentamiento
Rafael Urdaneta (URU), en el año 2003, titulado EVALUACION Y OPTIMIZACION
DEL
SISTEMA
DE
CALENTAMIENTO
DE
LOS
asociado a los procesos de precalentamiento y fraccionamiento de la planta GLP.
Se
estudiaron
y
evaluaron
soluciones
y/o
diseños
viables
técnica
y
económicamente para solucionar eficazmente dichos inconvenientes. Se propuso
un fluido de intercambio de calor diferente y se realizó y simuló una propuesta
para solucionar las limitaciones de intercambio de calor en el fondo de las
debutanizadora V-303.
Pierini R., presentó un trabajo de Grado en la universidad Rafael Urdaneta
(URU),
en
el
año
2003,
Titulado
DISEÑO
Y
SIMULACION
DE
UN
INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA LA CORRIENTE DE FONDO DE LA
COLUMNA DE ETILENO EN MODO OCTENO, DE LA PLANTA DE
POLIETILENO LINIAL DE POLINTER, C.A. El objetivo de la investigación fue
diseñar y simular un intercambiador de calor para la corriente de fondo de la
columna de etileno en modo octeno. La simulación de la columna de etileno se
realizó sin el intercambiador de calor, luego se validó con datos de diseño y por
último se simuló a la columna junto al intercambiador. En la investigación se
concluyó que la columna de etileno al emplear el intercambiador de calor
propuesto disminuye el calor suministrado por el rehervidor de la columna, lo cual
origina mayores beneficios económicos a la planta.
9
Capítulo II Marco Teórico
Descripción del Proceso de Polinter de la Planta de Baja Densidad
(Figura # 1)
S
O
D
VA
R
E
primario y otro secundario que se encargan
S de llevarlo a una presión de
E
R
OSbar y temperaturas entre 155 °C y 290 °C.
polimerización entre 1200 yH
1500
C
E
(Manual de Inducción
DERde POLINTER, p.15)
El etileno llega al tanque de almacenamiento (V-101) pasando luego a un
proceso de compresión, mediante dos compresores reciprocantes en línea, uno
La polimerización se lleva a cabo de manera continua en un reactor en el cual
se alimentan etileno e iniciadores bajo presión y de la cual se extrae, manipuladas
de acuerdo al tipo de producto que se quiera obtener tomando en cuenta que el
polietileno de baja densidad tiene una gran diversidad de recetas que señalan las
propiedades fisicoquímicas que deben conformar al mismo.
Existe un conjunto de intercambiadores de calor en la ínter etapa, y descarga
del compresor secundario, estos son: E-108, los E-110 (A, B, C, D), el E-111 y
otros equipos alternos que ayudan al proceso como el Intercambiador de calor E503 y las bombas P-102, P-101 las cuales utilizan agua fría de la torre de
enfriamiento.
El proceso cuenta con estos intercambiadores de calor para que su carga
térmica sea satisfactoria, los cuales, desde hace algún tiempo, han venido
presentando retardo para calentar el gas de entrada al reactor.
El problema actualmente en el proceso, es el tiempo de espera, para alcanzar
las condiciones de temperatura óptimas del etileno durante el arranque de la
10
Capítulo II Marco Teórico
planta de PEBD, el cual es considerablemente largo; por tal motivo se estudiarán
el sistema de intercambiadores para evaluar su funcionamiento.
S
O
D
VA
R
E
experimentan una baja repentina fuera de los
rangos establecidos por el proceso.
S
E
R
OS
H
C
E
DER
Asimismo las temperaturas del etileno que entra al reactor, durante el arranque,
cuando la presión empieza a aumentar en las líneas de entrada del reactor,
V-101
K-103
K-102
E-103A
E-111A
E-103B
E-111B
E-103C
E-111C
E-103D
E-111D
E-104D
E-110D
E-104C
E-110C
E-104A
E-110A
E-104B
E-110B
R-101
E-503
VALVULAS DE CONTROL
LINEAS DE GAS
TANQUE
TANQUES DE GAS
COMPRESORES
INTERCAMBIADORES
REACTOR
TANQUE
Figura # 1 Diagrama de flujo de Planta de Baja Densidad
(Fuente: Pérez, 2005)
11
Capítulo II Marco Teórico
DESCRIPCIÓN DE LOS CIRCUITOS DE ENFRIAMIENTO O CALENTAMIENTO
A ESTUDIAR
S
O
D
VAde Polinter C.A. (Planta
E-104, E-103, E-111) fue tomada de los archivosE
técnicos
R
S tomada a partir de mediciones en
E
R
de Baja Densidad). La información del
E-503
fue
OS
H
C
el campo y del manual
Ede operaciones, ya que no se tienen en Polinter C.A
DER
La información de las características, función de los intercambiadores (E-110,
información de este equipo.
En el apéndice se incluyen las especificaciones
técnicas de los intercambiadores en estudio.
Intercambiadores E-110
Función
La función de los intercambiadores (E-110) es disminuir y/o, aumentar la
temperatura del etileno que sale de los intercambiadores (E-104) hacia el reactor,
a través de una serie de válvulas automáticas, con las cuales se logra controlar las
temperaturas del etileno de entrada al reactor.
El etileno que sale del (E-104) pasa a través de un enfriador de forma tubular
con una envoltura o chaqueta para la recirculación de las aguas bien sea fría o
caliente.
12
Capítulo II Marco Teórico
Para lograr un control de estas temperaturas se dispone de cuatro lazos de
control (TRC-111/112/113/114).
Además se dispone de dos cabezales en la
entrada de los (E-110) con un juego de válvulas manuales para las operaciones de
S
O
D
VA
R
E
S
alineación de las diferentes aguas. Al final del proceso de enfriamiento en contra
flujo se dispone también de dos cabezales de agua fría o caliente para el desvío
E
R
S
HO
del agua, según corresponda.
EC
R
E
D
°T DE ENTRADA DEL (AGUA) 90 °C
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
°T DE SALIDA DEL (AGUA) 95 °C
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-110
E-503
TERMOFLUIDO (HTF)
°T DE ENTRADA DEL (HTF) 250 °C
°T DE SALIDA DEL (HTF) 210 °C
Figura # 2 Diagrama de los E-110
(Fuente: Pérez, 2005)
13
Capítulo II Marco Teórico
Intercambiadores E-104
Función
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D(E-104) es bajar la temperatura del etileno que sale de la descarga
La función del
de la segunda ínter etapa del compresor secundario para luego pasar al (E-110).
Al igual como en los (E-103), estos intercambiadores trabajan con agua de
enfriamiento. El etileno descargado en la segunda etapa del compresor secundario
(K-103) alcanza una temperatura entre 70 y 85°C. Cada línea de descarga de la
segunda etapa se subdivide en dos secciones independientes para lograr un
mayor intercambio de calor. Durante su funcionamiento por las características del
proceso de producción del PEBD, en las paredes de los enfriadores se acumulan
polímeros bajos por efecto del enfriamiento que sufre el etileno; razón por la cual
al observarse un bajo rendimiento del enfriador se procede a efectuar un
calentamiento a los mismos para que se desprendan los polímeros acumulados en
sus paredes.
Intercambiadores E-103
Función
La función del (E-103) es bajar la temperatura del etileno que sale de la
descarga de la primera etapa del compresor secundario (K-103) para luego pasar
al (E-111).
14
Capítulo II Marco Teórico
Una vez que el etileno se comprime en la primera etapa del compresor
secundario (K-103) alcanza una temperatura en un rango de 85 a 95°C. Para
S
O
D
etileno antes de la admisión de la segunda etapa, es V
porAello, que cada línea de
R
E
Sun mayor intercambio de calor. Esta
E
descarga se subdivide en 3 líneas para R
lograr
OS
H
se realiza en contra flujo por
medio de las bombas de agua de enfriamiento (P-601
C
E
R
E
D
A/B/C/R).
mantener la compresibilidad del etileno, se requiere bajar la temperatura del
Intercambiadores E-111
Función
La función del (E-111) es seguir bajando la temperatura del etileno, que sale del
E-103 a la temperatura de succión de la segunda etapa a través de agua
refrigerada.
El etileno descargado por la primera etapa del compresor secundario (K-103)
mantiene en su división tres secciones para lograr un mejor intercambio de calor.
El agua es enviada por las (P-501-A/B), luego de pasar por el (K-500-A), llega a
los diferentes intercambiadores. El circuito inter-etapas del (K-103), tiene una
bomba (P-516) que cumple la función de aceleradora de flujo del agua refrigerada.
15
Capítulo II Marco Teórico
Intercambiador E-503
S
O
D
Calentar el agua desmineralizada que circula porV
elA
calentador (E-503), de
R
E
S (TIC-101). El Tic-101 es un
acuerdo al punto de ajuste fijado en el controlador
E
R
OS
lazo de control de temperatura
que mide la temperatura del agua en los
H
C
E
R
intercambiadores
DE(E-110 A, B, C, D), y se manipula mediante una válvula que
Función
controla el flujo térmico.
Es una tubería de doble envoltura por la cual circula termo fluido (HTF) que
calienta el agua hasta una temperatura de 80 °C. El agua sale del E-503 hacia los
intercambiadores (E-110 A, B, C, D) para calentar el gas de entrada al reactor (R101). El flujo de agua es regulado por una válvula automática (80-gv-12-472)
según la temperatura requerida (80°C) de arranque de planta; de allí el flujo agua
caliente es impulsado por la bomba (P-506), la cual esta provista de una línea bypass donde esta ubicada la alarma (LFAD-101) la cual controla el flujo de termo
fluido de acuerdo al requerimiento del arranque.
16
Capítulo II Marco Teórico
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura # 3 Diagrama del Intercambiador E-503 (Fuente: Pérez, 2005)
FASES DEL PROCESO (Manual de inducción de PEBD)
Compresión
Es la fase donde se eleva la presión de etileno desde 1.30 bar (350 gr/cm2
manometrico) hasta 1500 bares, y varia esta ultima de acuerdo a la calidad que se
17
Capítulo II Marco Teórico
va a fabricar.
Para lograr ese objetivo se utilizan grandes compresores,
accionados por motores eléctricos.
Tanque V – 102
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
Su función principal es C
recolectar
HO los diferentes flujos de etileno de baja presión
E
ERactuando como pulmón antipulsatorio del compresor Booster.
(menor de 10 D
bares)
La presión de este tanque se controla con una válvula automática instalada en
la descarga del compresor Booster. A partir de este tanque y la descarga del
compresor, se efectúa el retorno hacia (PEQUIVEN) del etileno contaminado por
las impurezas acumuladas en el proceso actuando la válvula de regulación de flujo.
Compresor Booster (K-101)
Es una maquina reciprocante de dos etapas de compresión, que eleva la
compresión del etileno desde 10 bares hasta 270 bares.
El compresor Booster succiona el etileno de baja presión del tanque V-102 para
comprimirlo a 12 bares y descargarlo en el tanque V-101. En la línea de descarga
existe una válvula automática cuya función es desviar una parte del flujo de etileno
hacia el tanque V-102, para mantener la presión requerida en el mismo. También
en la descarga existe otra válvula automática que permite el retorno de la línea
hacia olefinas, la cantidad de etileno contenido por impurezas.
18
Capítulo II Marco Teórico
Tanque V – 101 (10 bares)
Tiene como función recibir el etileno fresco, que viene de olefinas, actuando
S
O
D
VA
línea que llega hasta los filtros de succión del compresor
primario, cuya función es
R
E
S
E
Rtraer el etileno.
eliminar las partículas sólidas que pueda
S
O
CH
E
R
DE
como pulmón antipulsatorio del compresor primario. De este recipiente sale una
Chiller (K-500)
Su función es enfriar el agua a una temperatura de 5 a 8 °C, con la finalidad de
mantener una temperatura estable de enfriamiento en los equipos de la planta.
Compresor Secundario (K-102)
Es una maquina reciprocante de tres etapas de compresión, que eleva la
presión del etileno de 12 bares hasta 240 bares y el del gas de retorno que no
reaccionó, a la presión requerida de polimerización de acuerdo al perfil que se
fabrica.
Polimerización
Son fases compuestas por varios equipos mecánicos y eléctricos, donde se
cumple el proceso de transformación de etileno a polietileno, por medio de
reacciones químicas controladas en una sala de control.
19
Capítulo II Marco Teórico
Reactor (R-101)
El reactor es un cilindro colocado en forma vertical, de pared de gran espesor
S
O
D
A y 1400 bares y una
V1200
polimerización del etileno a presión constante, E
entre
R
S
E
R
temperatura entre 155 °C y 290 °C,
la
homogeneización
de reacción la efectúa
S
O
H
una agitador accionado
por un motor eléctrico instalado en la parte superior
EC
R
E
D
internamente.
cubiertas de chaquetas por las cuales circula fluido térmico. En el se efectúa la
El control de la presión es ejecutado por una válvula ubicada en el fondo del
reactor, denominada válvula de extrusión, la cual mantiene el flujo continuo de la
mezcla etileno-polietileno, hacia el separador.
Separador (V-103)
Este separador es un cilindro vertical de acero aleado de gran espesor, cubierto
de dobles envolturas soldadas sobre el cuerpo, por las cuales circula fluido térmico.
La función principal es separar el etileno del polietileno.
Esta separación es posible debido a la expansión brusca que ha sufrido la mezcla
al salir del reactor, desde una presión de 1300 bares a 230 bares, ocasionado que
las dos fases liquidas y gas se diferencien notablemente, logrando así la
separación; sin embargo, un poco de etileno continua atrapado en la masa del
polietileno liquido, así como ceras y aceite que es arrastrado por la corriente de
gas que sale por la parte alta del separador. Esta mezcla entra por el tope y un
20
Capítulo II Marco Teórico
ducto la dirige hacia el fondo del mismo. El polietileno líquido va al fondo y el gas
por el tope.
Retorno de mediana presión (250 bares)
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
Es la fase en la cual elC
etileno
HOque sale del separador V-103 por las dos líneas
E
R varias etapas de enfriamiento dentro de los cuales se
de retorno, pasa
DEpor
encuentran unos equipos llamados botellas de ceras, que tienen como objetivo
extraer los polímeros de bajo peso molecular arrastrados por la alta velocidad de
etileno.
Después del enfriamiento y de la filtración, el etileno llega nuevamente a la
succión del compresor secundario K-103.
Los polímeros bajos son purgados
automáticamente y enviados a la tolva de extrusión.
Tolva de extrusión (V-209)
La tolva de extrusión es un recipiente de forma cónica en el fondo con paredes
recubiertas de teflón, con el fin de evitar depósitos de polietileno en las paredes.
Su función es la recolección y desgasificacion de polietileno que sale del
separador.
La desgasificacion se logra mediante la expansión brusca de 280
bares en el separador hasta 500 milibares en la tolva. Esta desgasificacion es
casi completa, el polietileno sale por el fondo para alimentar a la extrusora, y el
21
Capítulo II Marco Teórico
etileno sale por el tope y es recuperado por el Tanque de 350 gr/cm2. Antes de
llegar a este es enfriado a 40 °C.
Extrusión, Granulación y Secado
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Extrusora Berstorff (G-201)
S
O
D
VA
R
E
S
Es la fase donde se extruyen el polietileno mediante una extrusora con un solo
tornillo con sistema de corte caliente y cabezal sumergido. Su caudal máximo es
de 12 Ton/hr. Es posible variar la velocidad del tornillo para adecuarse a las
condiciones de operación, debido al motor de velocidad variable, controlado
electrónicamente.
La extrusora se compone principalmente de un tornillo motor-reductor, tornillo
sin fin, la carcaza de la extrusora o camisa, el conjunto de placa hilera, la cabeza
de porta placa y la carreta de corte; la primera parte de la carcaza es la cubeta a la
cual se acopla en la parte superior de la tolva de extrusión.
Su función esencial es amasar, homogeneizar, dispersar los aditivos y
comprimir el polietileno con el fin de efectuar la granulación del mismo, para lo
cual el polietileno es forzado a través de una placa con orificios múltiples circulares,
la cual lo convierte en filamentos que luego son cortados en forma de gránulos,
por unas cuchillas a alta velocidad, todo esto sumergido en una corriente de agua
desmineralizada.
22
Capítulo II Marco Teórico
Granulación y Secado
Los gránulos son arrastrados por el flujo de agua desmineralizada, hasta un
S
O
D
VA centrífugos, de donde
los desechos en el arranque, y luego pasa a losE
secadores
R
S hacia tres tolvas en las cuales
E
R
salen los gránulos completamente secos
y
enviados
OS
H
C
el producto es desgasificado
E y enviado hacia los silos de homogeneización.
DER
separador de secado preliminar (colador) donde son eliminados la mayor parte de
Homogeneización, Almacenamiento, y Ensacado
Homogenización
Es la fase donde se compone de dos conjuntos idénticos y cada uno consta
de dos silos superpuestos separados en ocho compartimentos. Un ciclón alimenta
el silo superior y el producto hacia los otros compartimentos. La función de la
homogeneización es lograr la uniformidad de las propiedades del producto.
Almacenamiento
El almacenamiento consta de varios silos de 250 m3 de capacidad. En esta
etapa se verifica la calidad del producto ya homogeneizado.
23
Capítulo II Marco Teórico
Ensacado
El ensacado consiste en un tren con dos boquillas de llenado, un conjunto de
S
O
D
VA
R
E
S
cintas transportadora, una paletizadora y un horno para colocación de fundas
E
R
S
HO
termoretraibles.
EC
R
E
D
BASES TEÓRICAS
Aspectos Generales del Polietileno
El polietileno se produce a partir del etileno que es un derivado del Gas Natural,
el etileno es la principal materia prima para el proceso de polimerización, este gas
es introducido al reactor con parámetros ya establecidos por el proceso, la cual
forma cadenas que conforman la estructura del plástico.
Las reacciones vienen conformadas de la siguiente manera
Reacción General del Polietileno
H
I
H
I
H
I
H
I
H
I
H
I
H
I
H
I
C = C + C = C +INICIADORES --C – C – C – C --I
H
I
H
I
H
I
H
I
H
I
H
I
H
I
H
24
Capítulo II Marco Teórico
Esta polimerización se realiza en presencia de un iniciador, a temperaturas
variables, indispensables en los procesos de formación de estas cadenas
llamadas polímeros. Estos polímeros son termoplásticos sólidos que tienen la
S
O
D
VA
R
E
S
forma de gránulos y que son denominados “pellets”.
E
R
S
Polietileno de baja densidad O
CH
E
R
DE
Es un polímero de cadena ramificada y se obtiene por polimerización del etileno
a altas temperaturas y presiones constantes y el cual utilizan un catalizador de
peróxido y por mecanismo de radicales libres. Es un sólido más o menos flexible,
según el grado producido (Soplado, Inyección, Laminado). (Ver tabla # 1)
25
Capítulo II Marco Teórico
APLICACIONES DEL POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD RAMIFICADO
Las siguientes modalidades para la fabricación del Polietileno de Baja Densidad y
Convencional son: Extrusión (Película), Inyección, Laminación, Roto moldeo.
S
O
D
VA
R
E
S
Para los grados de polietileno de Baja Densidad los usos y aplicaciones son:
Tabla # 1
TIPOS
EXTRUSIÓN
FA0240
E
R
S
HO
EC
R
E
D- Sacos Industriales.
USOS RECOMENDADOS
- Bolsas para boutique.
- Empaque automático de alimentos y granos, polvo y líquido.
- Bolsas comerciales - publicitarias.
FA0238
- Sacos Industriales.
FB7000
- Sacos para hielo.
- Bolsas para supermercados.
- Películas Termoencogibles (Shrink) de espesores intermedios.
- Soplado de juguetes y botellas.
FD0325
- Películas Termoencogibles (Shrik) de bajos espesores.
- Películas Autoadheribles (Strecht) de bajos espesores.
- Películas para laminación con adhesivos sobre papel aluminio y otros sustratos.
- Soplado de juguetes.
FD0348
- Bolsas de uso general para embalaje de textiles, alimentos.
- Bobinas para empaques automáticos de alimentos a grano, en polvo y liquido.
- Soplado de juguetes.
FD4048
- Empaques automáticos de alto requerimiento técnico.
- Bolsas para automercados.
FB3003
- Sacos Industriales.
- Fundas protectoras.
- Termoencogibles (Shrink) de alta resistencia.
- Tuberías para riego.
- Películas térmicas para la agricultura.
- Bolsas para basura.
- Soplado de botellas.
- Soplado de barriles.
INYECCIÓN
- Artículos flexibles de uso domestico.
MA7007
- Flores y pinos navideños.
- Asas de bolsas.
- Juguetes de Piratería.
- Componentes de Juguetes.
LAMINACIÓN
- Películas para recubrimiento sobre papel, aluminio, cartón, etc.
LA0703
- Artículos flexibles de uso domestico.
ROTOMOLDEO - Envases Alimenticios.
Fuente: (Polinter C.A)
26
Capítulo II Marco Teórico
Intercambiadores de Calor
S
O
D
A
V
R
E
de un fluido a otro”. El tipo más sencillo de cambiador
de
calor es un recipiente en
S
E
R
el cual se mezclan directamente
OunS fluido caliente y otro frío. En tal sistema;
H
C
E
ambos fluidos alcanzaran
DER la misma temperatura final, y la cantidad de calor
Un cambiador de calor “es un dispositivo que efectúa la transferencia del calor
transferida que puede calcularse igualando la energía perdida por el fluido mas
caliente con la energía ganada por el fluido más frío. Los calentadores abiertos de
agua potable, los recalentares y enfriadores, y los inyectores de condensación,
son ejemplos de equipos de transferencia de calor que emplea la mezcla directa
de fluidos. Kreith. (1970), (p. 145).
Sin embargo, son ejemplos más comunes los cambiadores de calor en los
cuales un fluido esta separado del otro por una pared o división a través de la cual
fluye calor. Existen muchas modalidades de tales equipos, desde un simple tubo
doble concéntrico o enchaquetado (un tubo dentro del otro) con algunos pies
cuadrados de superficie para la transferencia de calor,
hasta complicados
condensadores de superficie y evaporadores con mucho miles de pies cuadrados
de superficie para la transferencia de calor.
27
Capítulo II Marco Teórico
Tipos Básicos de Intercambiadores de Calor
S
O
D
VA
R
E
S
Intercambiadores de carcaza y tubo
E
R
S
HO
EC
R
E
de los equiposD
de transferencia de calor sin combustible en las plantas químicos,
Los intercambiadores de tipo carcaza y tubo constituye la parte más importante
aun cuando se realice mayor hincapié en otros diseños exterior fue de la
construcción del tipo de haz desmontable que se utilizo con mayor frecuencia en el
servicio de plantas petroquímicas. (Sección 11-3)
Intercambiador de cabezal flotante interno
La construcción es similar a la del intercambiador de cabezal flotante se utiliza
mucho en las refinerías petroleras, pero su uso se ha declinado en años.
El haz de tubos es desmontable y el espejo flotante se desplaza (o flota) para
acomodar las dilataciones diferenciales entre carcaza y tubos. Un anillo dividido
de respaldo y un sistema de pernos retiene, por lo común, la cubierta del cabezal
flotante.
28
Capítulo II Marco Teórico
Intercambiadores de tubería doble
S
O
D
Vy Aaltas temperaturas; los
R
E
utilizado de manera preferencial para flujos
bajos
S
E
R
S
intercambiadores de secciones O
multitubulares
son de construcción similar pero
H
C
E
tienen 7 o más tubos
DERen el interior de una carcaza. La sección de tubería doble y
Durante muchos años, los intercambiadores de calor de tubería doble se han
multitubulares permite un flujo verdadero a
contracorriente,
especialmente
ventajoso para grandes intervalos de temperaturas de fluido y cuando se requieren
un acercamiento estrecho en las temperaturas de los fluidos.
Control de Intercambiadores de Calor
Medición de temperatura
Tanto la ubicación como el método de instalación del dispositivo para medir la
temperatura tienen efectos importantes en la calidad del control de temperatura
del afluente del intercambiador. Si se tienen unos cuantos metros de tuberías
entre el intercambiador y él dispositivo de medición de temperatura, sé agrega un
tiempo muerto, que puede ser tan grande o mayor que la constante de tiempo del
intercambiador.
Si se requiere un desempeño de gran calidad para el sistema de control, el
dispositivo para medir la temperatura se debe situar directamente dentro del fluido
29
Capítulo II Marco Teórico
del proceso, a menos que algún problema de mantenimiento o seguridad del
mismo proceso indique que se requiere un pozo térmico.
Válvulas de control
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
Los intercambiadores de
calor
HOoperan continuamente en un intervalo amplio de
C
E
R intervalo amplio requiere la ubicación exacta de la válvula
cargas tratadas.
DEEste
de control y una ganancia casi constante en todo el intervalo de la válvula. Por
consiguiente, se emplean posicionadores de la válvula y se debe estudiar con
sumo cuidado el tamaño y el tipo de configuración de válvula que sea conveniente
utilizar; normalmente se utiliza una configuración de igual porcentaje.
Control de la presión de vapor
El sistema de control de cascada es muy eficaz para reducir la respuesta a la
temperatura de proceso antes las perturbaciones que afectan la presión de vapor.
Métodos de control por desviación del flujo (bypass)
Con frecuencia se encuentra ventajoso controlar la temperatura del producto
regulando una velocidad de flujo de desviación o derivación del intercambiador.
Este método se emplea cuando el medio de calentamiento es una corriente de
proceso cuyo flujo no se puede mejorar por medio del controlador de temperatura.
30
Capítulo II Marco Teórico
Una configuración de control por derivación, es mejor, pero más costosa, para
intercambiadores de calor con vapor.
S
O
D
VA la temperatura de
regular la velocidad de desviación del producto
yRmantener
E
S
E
R
salida.
OS
H
C
E
DER
El controlador de la temperatura maneja la válvula de tres posiciones para
Para que la calidad del control se mantenga a un nivel elevado en un intervalo
amplio de carga tratada, la salida del controlador de temperatura, que representa
también la colocación de la válvula de tres posiciones, es lo
que utiliza el
controlador de posición de válvula (VPC) como la entrada de la variable medida.
Simuladores de Procesos
Los simuladores de procesos son herramientas de cálculo para la realización de
diversas aplicaciones en el campo de la ingeniería. Estos permiten realizar una
evaluación confiable de diversos procesos, proporcionando información útil para
el diseño conceptual. También, con el uso de los simuladores es posible analizar
y diagnosticar la secuencia operacional de los elementos de un proceso (diagrama
de flujo), localizar restricciones y predecir el comportamiento de diseño de dicho
proceso existente sometido a diversas condiciones de operación, proporcionando
suficiente información para la planificación de una mejor operación.
El procedimiento general a seguir para la realizar una simulación de un
determinado proceso, abarca las siguientes etapas:
31
Capítulo II Marco Teórico
•
Determinar el objeto de la simulación (si es diseño o evaluación), las
variables a considerar y el grado de complejidad de las unidades de calculo
S
O
D
VA
R
E
S
que se van a desarrollar.
•
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Recopilar toda la información necesaria sobre el proceso, como
características de las corrientes de alimentación y productos, los equipos a
simular y condiciones de operación y diseño (temperatura, presión y flujos).
•
Definir los métodos adecuados para el cálculo de las propiedades
termodinámicas y físicas, así como las premisas y suposiciones hechas
para la elección.
•
Verificar que el método reproduzca el proceso a simular, mediante el
cumplimiento de los parámetros de diseño y de las condiciones de
operación.
Para simular el proceso de transferencia de calor de los intercambiadores de
calor E-110 y E-503 se utilizó el software ASPEN PLUS, el cual es utilizado por
los ingenieros de proceso como herramienta de cálculo para realizar evaluaciones
y estudios asociados con la transferencia de calor entre otros procesos.
32
Capítulo II Marco Teórico
Definición de Términos Básicos
Aislamiento:
S
O
D
VA
R
E
ámbito acondicionado. (www.lowes.com/lkn?action).
S
E
R
OS
H
C
RE
E
D
Bar:
El aislamiento sirve para retardar la transferencia de calor fuera o dentro de un
Se denomina bar a una unidad de presión equivalente a 1 Newton / m2
(es.wikipedia.org/wiki/bar).
Calor:
El calor es una forma de energía que se produce con el movimiento de las
moléculas de un cuerpo o materia. (es.wikipedia.org/wiki/Calor).
Calor Específico:
El calor específico o capacidad calorífica específica, c, de una sustancia es la
cantidad de calor necesaria para aumentar su temperatura en una unidad por
unidad de masa, sin cambio de estado. (es.wikipedia.org/wiki/Calor).
Caudal:
Es la cantidad de líquido o gas que circula por unidad de tiempo en determinado
sistema o elemento. (es.wikipedia.org/wiki/Caudal).
33
Capítulo II Marco Teórico
Compresión:
Esfuerzo a que es sometido un cuerpo por la acción de dos fuerzas opuestas
que tienen a disminuir su volumen. (Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta
S
O
D
VA
R
E
S
2004).
E
R
S
HO
C
E
R
E
Capacidad D
de un sistema físico para realizar trabajo. (Biblioteca de Consulta
Energía:
Microsoft Encarta 2004).
Etileno:
Gas incoloro, con un olor ligeramente, dulce y su formula es H 2C = CH 2 . Es
ligeramente soluble en agua, y se produce comercialmente mediante craqueo y
destilación fraccionada del petróleo, así como del gas natural. (Biblioteca de
Consulta Microsoft Encarta 2004).
Fluido:
Sustancia que cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su
forma, con lo que fluye y se adapta a la forma del recipiente. Los fluidos pueden
ser líquidos o gases. (Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2004).
Flujo:
Movimiento o derrame en los fluidos. Movimientos, propagación de un haz de
partículas o de radiaciones. (Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2004).
34
Capítulo II Marco Teórico
Gas:
Sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria. Fluido
que tiende a expandirse indefinidamente y que se caracteriza por su pequeña
S
O
D
VA
R
E
S
densidad. (Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2004).
E
R
S
HO
C
E
R
E
Representado
D como °C, es la unidad de temperatura creada por Andrés Celsius
Grado Centígrado:
para su escala centígrada.
internacional
de
Es una de las unidades incluidas en el sistema
unidades
y
la
más
utilizada
internacionalmente.
(es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celcius).
Info Plus:
Es un programa de Aspen Process Explorer sofisticado el cual las empresas
maneja para visualizar todas y cada una de las variables que se manipulan en las
plantas.
Intercambiador de Calor:
Un intercambiador de calor es un dispositivo usado para transferir calor de un
fluido a otro (Mahajan, Kanti K. 1979. Pág. 7).
Masa:
Es una propiedad de los objetos físicos que, básicamente, mide la cantidad de
materia.
En el sistema internacional de unidades se mide en kilogramos.
(es.wikipedia.org/wiki/Masa).
35
Capítulo II Marco Teórico
Polimerización:
Reacción química en la que dos o más moléculas se combinan para formar otra
en la que se repite unidades estructurales de las primitivas y su misma
S
O
D
VA
R
E
S
composición porcentual cuando estas son iguales. (Biblioteca de Consulta
Microsoft Encarta 2004).
Presión:
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Fuerza ejercida perpendicularmente a una superficie por un fluido, por el peso o
el empuje de un sólido. (Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2004).
Punto ebullición:
Es la temperatura a la cual un elemento o compuesto químico pasa del estado
liquido al estado gaseoso, o la inversa.
También se denomina punto de
condensación. (es.wikipedia.org/wiki/Pascal).
Temperatura:
Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor o frió de los cuerpos o del
ambiente. (Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2004).
Viscosidad:
La viscosidad es la oposición que muestra un fluido a las deformaciones
tangenciales. (es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad).
36
Capítulo II Marco Teórico
Volumen:
Cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. (es.wikipedia.org/wiki/Volumen).
Sistema de Variables.
S
O
D
VA en la cual para su
La presente investigación plantea una única
variable,
R
E
S
E
R
medición se definirán las mediciones
y
los indicadores, que permitan la
S
O
H
elaboración del instrumento
ECde estudio para lograr los mejores resultados.
R
E
D
Tabla # 2. MAPA DE VARIABLES
Objetivo General.
Mejorar el proceso de transferencia de calor en los intercambiadores de etileno durante el
proceso arranque para la producción de Polietileno de Baja Densidad.
Objetivo
Especifico
Variables
Definición de Indicadores
la Variable
Diagnosticar las
condiciones
actuales de
transferencia
calórica en los
sistemas de
intercambiadores E503 y E-110
(A,B,C,D) lado agua
y lado gas de la
Planta de Polietileno
de Baja Densidad.
Condiciones
actuales de
transferencia
calórica de los
intercambiadores
de calor E-503 y
E-110(A,B,C,D)
lado agua y lado
gas.
Evaluación de
equipos o
instrumentos
utilizados para la
transferencia de
calor cuya
función es
calentar u enfriar
el agua y gas
indispensable
para el proceso
de producción.
Mejoras de
condiciones de
Transferencia de
calor del
intercambiador
E-503.
Disminuir el
tiempo para el
calentamiento
del agua en este
equipo de
transferencia de
calor
Definir las mejoras
de condiciones de
transferencia de
calor del
intercambiador E503 de la Planta de
Polietileno de Baja
Densidad.
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
Caída de Presión
Caída
Temperaturas.
Diámetros.
Flujos.
Intercambiadores
de calor.
Tiempo.
Tiempo de
calentamiento.
Flujo térmico.
Simulaciones.
Técnica de
Recolección
de Datos
Fases de la
investigación
♦
Observación
Documental
Observación
Directa.
♦
Fases
1,2,3,4
Observación
directa.
Observación
Documental
♦
Fases
1,2,3,4
♦
♦
♦
Fuente: (Pérez: 2005).
37
Capítulo II Marco Teórico
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
38
Capítulo III Marco Metodológico
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
38
Capítulo III Marco Metodológico
Marco Metodológico
Tipo de Investigación
S
O
D
VAdescriptivos miden de
investigación descriptiva se identifica como “Los
estudios
R
E
S no se formulen hipótesis, las
Ecuando
R
forma independiente las variables,S
y aun
HOen los objetivos de la investigación”, así como
C
primeras aparecerán
enunciadas
E
R
E
D
también Arias (p. 46) define la investigación descriptiva “Consistes en la
La presente investigación se clasifica como descriptiva según Arias (p. 46) la
caracterización de un hecho, fenómeno o grupo a fin de establecer estructura o
comportamiento”.
Diseño de la Investigación
Según Arias, 1999 el diseño de investigación es la estrategia que adopta el
investigador para responder al problema planteado. Para Arias la investigación de
campo consiste en relación de datos directamente de la realidad donde ocurren
los hechos, sin manipular o controlar variable alguna.
El diseño de la investigación para esta evaluación estuvo basado en un estudio
de campo por cuanto las mediciones se practicaron en un espacio real, donde se
tomó la información por medio de la observación directa, información suministrada
por el tutor y de manera participativa con la utilización de formatos de evaluación
del proceso y de los equipos.
39
Capítulo III Marco Metodológico
Población
Según Arias, 1999 la población o universo se refiere al conjunto para el cual
serán validas las conclusiones que se obtengan de los elementos o unidades
S
O
D
VA
R
E
S
(personas, instituciones o cosas) involucradas en la investigación.
E
R
S
HO
Mientras que para Chávez (1994), la población de un estudio es el universo de
EC
R
E
D o estratos en el que se permiten distinguir los sujetos, unos del
por características
la investigación sobre el cual se pretende generalizar los estudios. Esta constituida
otro, y por otro lado hay que tomar muy en cuenta que las características de la
población se deben delimitar con el fin de establecer los parámetros muéstrales.
En la presente
investigación se tiene una población sometida a una
observación directa, dicha población esta definida por los siguientes equipos de la
Planta de Polietileno de Baja Densidad de la empresa POLINTER, C.A (ver tabla #
3).
Muestreo
Para la selección del muestreo se utilizó el muestreo no probabilística el cual se
basa en un procedimiento en el que se desconoce la probabilidad que tienen los
elementos de la población para integrar la muestra. (Arias, pp. 46).
En esta investigación se utilizó el tipo de muestra intencional u opinático de los
elementos con base en criterios o juicios del investigador ver tabla 3. (Arias, pp.
46).
40
Capítulo III Marco Metodológico
Tabla # 3.
Población de los equipos en la Planta de Polietileno de Baja Densidad de la
empresa POLINTER,C.A.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Fuente: (Pérez: 2005)
41
Capítulo III Marco Metodológico
Tabla # 4.
Muestreo principal
S
O
D
Vu Acalentadores
Enfriadores
R
E
S
E
agua
R
OS
Intermcabiadores
E-110 (A, B, C, D)
CH
E
R
DE
E-503
Especificación
del
Calentador de flujo térmico para
calentar el agua
Fuente: (Pérez: 2005)
TÉCNICA E INSTRUMENTACIÓN DE RECOPILACIÓN DE DATOS
Para recolectar la información que permitió el desarrollo del
estudio, fue
necesario considerar la recopilación documental y la técnica de observación
directa. A través de estas técnicas se desean encontrar las causas de los factores
intervinientes en el sistema de Intercambiadores de calor en las áreas de
compresión y polimerización de la planta de polietileno de Baja Densidad de
Polinter, C.A.
En esta investigación se observó el sistema de Intercambiadores de Calor que
es indispensable para el proceso de calentamiento de gas de entrada al reactor.
Según Baveresco (1997), “La mayoría de las investigaciones deben recurrir o
apoyarse en la técnica de la observación documental o bibliográfica”.
42
Capítulo III Marco Metodológico
La observación documental fue clave para el desarrollo de esta investigación,
se obtuvo información de gran importancia relacionada con el equipo, historial y
operaciones de los mismos.
La documentación obtenida representa los
basamentos para establecer métodos, procedimientos y técnicas aplicadas en
S
O
D
A
relevancia para luego plasmarla en los resultados de
laV
investigación.
R
E
S
E
R
OS fue necesario tomar mediciones de
H
Como parte de esta
investigación
C
E
R
E
D
temperatura a la entrada y salida de los intercambiadores de calor a evaluar. Para
este análisis y estudio de la información reunida seleccionando la de mayor
esto se utilizo un equipo electrónico llamado “Pirómetro” cuya función es medir la
temperatura de flujo que va dentro del tubo desde la parte exterior de las tuberías.
Estas mediciones fueron hechas antes del paro extraordinario de mantenimiento
general de la planta de Baja Densidad.
FASES DE LA INVESTIGACIÓN
Para la realización de esta investigación se ejecutaron los siguientes
procedimientos:
Fase I
Observación directa: Bajo esta modalidad, la investigación fue activa, se
realizaron visitas al área donde se encuentra los sistemas de calentadores u
enfriadores que se van a evaluar, con personal de la empresa POLINTER,
realizando al mismo tiempo entrevistas no estructuradas para así conocer su
opinión de la problemática existente, de esta manera adquirir una visión tangible
de las condiciones actuales de estos sistemas necesarios para el arranque y
producción de la planta.
43
Capítulo III Marco Metodológico
Fase II
Revisión documental o bibliográfica: Por medio de esta técnica se elaboro el
marco teórico de la investigación (Capitulo II), así como también parte de los
S
O
D
A Explorer, y citas
información suministrada por el programa de Aspen
VProcess
R
E
S
E
bibliografícas extraídas de algunos textos,
que sé mencionan en la bibliografía.
R
S
O
H
Posteriormente se investigaron
las
variables causa-efecto como es el tiempo en
C
E
R
E
D del gas alcanza su nivel óptimo para el arranque de la planta y
que la temperatura
resultados (Capitulo IV) apoyados en los expedientes técnicos del fabricante,
simulaciones que llevaron la realización de esta investigación.
Fase III
Esta fase consistió en el análisis y evaluación de los intercambiadores de calor,
determinado la transferencia de calor,
planta y
diseño,
antes y después del paro de
en condiciones de operación actual de los mismos, con la finalidad de
identificar la problemática y proponer la solución de los objetivos planteados en
esta investigación.
La justificación del sistema termodinámico utilizado en las simulaciones se
estableció a partir de dos características principales: la polaridad de los
compuestos y la presión de los sistemas.
Con respecto a la polaridad se utilizaron hidrocarburos puros (HTF y etileno) y
agua en sistemas que solo comparten calor, por lo que no existe interacción
molecular por lo que se puede utilizar, según lo recomienda ASPENTECH, la
ecuación de estado de Soave-Redlich-Kowng (SRK).
44
Capítulo III Marco Metodológico
Asimismo en el caso del agua y el HTF la presión es muy baja (menor de 2
atmósferas) y el etileno es una olefina de muy bajo peso molecular por lo que
también se puede utilizar la ecuación de SRK.
S
O
D
VA
R
E
S
Fase IV
E
R
S
HO
Se recomendó un plan de mejoramiento del proceso de transferencia de calor
EC
R
E
del gas previoD
y durante al arranque de la Planta de Polietileno de Baja Densidad.
del intercambiador E-503, con la finalidad de disminuir el tiempo de calentamiento
Procesamiento de datos
Se realizaron graficas de polígono de frecuencia con la finalidad de aplicar un
análisis cuantitativo y cualitativo.
45
Capítulo IV Resultados y Discusión
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
46
Capítulo IV Resultados y Discusión
DIAGNÓSTICO DE LAS CONDICIONES ACTUALES DE TRANSFERENCIA
CALÓRICA EN EL SISTEMA DE INTERCAMBIADORES E-503 Y E-110
(A,B,C,D).
S
O
D
Para la realización del diagnóstico se utilizó laR
observación
VA directa, revisión
E
S
E
documental apoyada en los expedientes
técnicos, la revisión de información
R
OSdel Infoplus y las estimaciones de áreas y
H
dinámica (tiempo en horas)
tomada
C
E
R
E
D
flujos de los intercambiadores estudiados, determinado que estos tardan un
tiempo en calentar el gas de entrada al reactor, por lo que es necesario conocer
las temperaturas de entrada del fluido a calentar ( Agua y Etileno) y el fluido
utilizado como calentador ( Termo fluido y Agua).
Como parte del diagnóstico se realizaron mediciones de temperaturas a las
entradas y salidas de cada intercambiador (E-110 A,B,C,D), antes y después del
paro extraordinario de la Planta de Baja Densidad en la cual se realizó una
limpieza con inyección de agua ( Hidrojet). Esto permitió conocer el estado previo
de los intercambiadores y como la limpieza influyó sobre su operación.
En el caso de los intercambiadores E-110, E-111 y E-104 en ambos lados (tanto
agua como gas) se observaron algunas diferencias “anormales” en las mediciones
hechas antes de la limpieza compararlas con aquellas después de la limpieza.
47
Capítulo IV Resultados y Discusión
Causas que producen pérdidas de capacidad en enfriamiento o
calentamiento del intercambiador debido al ensuciamiento
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Vista a la entrada del intercambiador antes de hacerle una limpieza
Figura # 4 Daños ocasionados por la película que forma el GAS
Fuente: Red interna de POLINTER
Como se observa en la figura # 4 la película formada por el lado gas trae como
consecuencia una mala transferencia de calor entre el gas y agua. Ya que el
polímero es un aislante térmico, en los intercambiadores y no se produce un
proceso de transferencia de calor adecuada. Esto se confirma con la tabla de
promedios de temperaturas los intercambiadores E-110, E-104, E-111 y E-103.
(Tabla # 4).
48
Capítulo IV Resultados y Discusión
Este ensuciamiento se debe principalmente al no funcionamiento (Pero en
forma temporal) de un sistema de agua refrigerada y desmineralizada (Chiller K500), que permite proveer a los intercambiadores E-111 y E-110 agua a 5 a 8 °C.
S
O
D
Actualmente se utiliza agua de enfriamiento R
proveniente
VA de la torre de
E
S
E
enfriamiento en estos intercambiadores,
cuya temperatura mínima de 32 °C
R
HOla S
resulta insuficiente y noE
favorece
transferencia de calor, no es adecuada ya que
C
R
E
D
no es desmineralizada,
esta agua produce el ensuciamiento en los
intercambiadores del sistema
de enfriamiento de etileno en la descarga del
compresor secundario del lado agua.
En el caso del intercambiador E-103 se observaron en ambos lados, mejoras en
las diferencias de temperatura después de la parada.
Esto evidencia que la
limpieza realizada durante la parada fue efectiva. (Ver tabla # 5)
El diagnostico realizado al E-503 para esta investigación se llevo a cabo con los
datos correspondientes de diseño de los intercambiadores E-110 y E-503 (Ver
Apéndice # 2 y 3).
El objetivo del diagnostico fue determinar bajo que condiciones opera el E-503.
Estas condiciones son las temperaturas y el flujo del termo fluido (HTF) y el área
del intercambiador E-503. También se utilizó para el diagnostico el flujo de agua
que pasa por el E-503 (proveniente de los E-110) y temperaturas de entrada y
salida del agua en el E-110.
49
Capítulo IV Resultados y Discusión
Este dio como resultado (Ver apéndice # 1) que los calores requeridos:
Q max = 1984160.34 Btu 7 hr = 500.000 Kcal / hr
Q min = 1627011.45 Btu 7 hr = 410.000 Kcal / hr
S
O
D
intercambiador E-503. Las áreas obtenidas fueron: VA
ER
S
E
A requerida max = 10.77 m
R
S
O
A requerida min = 10.16
mCH
E
R
DE
Esto permitió calcular las áreas requeridas mínimas y máximas del
2
2
Des estos resultados podemos comparar las áreas requeridas (mínima y
máximas) y el área disponibles para establecer si el E-503 es capaz de calentar el
agua proveniente de los E-110 al pasar a través de él en forma estacionaria. Al
comparar las áreas requeridas y disponibles observamos que el área disponible es
mucho menor que el área requerida por lo que resulta imposible calentar el agua
proveniente de los E-110 en forma estacionaria, si no que se requiere de un
tiempo para ser calentada.
Tiempos requeridos de calentamiento previo al arranque de la planta
El grafico # 1 que se presenta a continuación muestra puntos de tiempo de
calentamiento en diferentes fechas de arranque.
Estas temperaturas se
establecen en función de los valores observados en los lazos de control de
temperatura tipo Controlador e indicador de temperatura.
En el reactor estos TIC (111, 112, 113, 114) corresponden a las temperaturas
de entrada de etileno al reactor en donde se requiere 70 °C antes del arranque del
reactor.
50
Capítulo IV Resultados y Discusión
Estos datos fueron extraídos del Aspen Process Explorer (Infoplus), un
programa sofisticado mediante el cual la empresa maneja la información de
proceso para visualizar todas y cada una de las variables que en la planta se
S
O
D
VA
R
E
S
manipulan y que son consideradas importantes para las operaciones.
E
R
S
HO
Esta grafica contiene registros de fechas y horas para el calentamiento del gas
EC
R
E
D del arranque de la planta no es instantáneo si no que requiere de
del etileno antes
antes del arranque de la planta. Esto demuestra que el proceso de calentamiento
un tiempo de calentamiento como se muestra en la grafica #1.
Tiempo en horas
Tiempo en que se
calienta el gas
3,4
3,2
3
10/01/2005
18/03/2005
29/04/2005
05/05/2005
2,8
2,6
2,4
2,2
29/01/2005
25/01/2005
2
Ene-05
Feb-05
Mar-05
Abr-05
May-05
Fechas de paro de planta
Grafica #1 Tiempo en que se calienta el Gas para el Arranque
51
Capítulo IV Resultados y Discusión
A continuación se presentan gráficos en los cuales se observan los
comportamientos de las diferencias de temperaturas en los diferentes tramos de
los intercambiadores a condiciones estacionarias del lado “AGUA” antes del paro
de Planta.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
07
/2
00
5
01
/
06
/2
00
5
30
/
06
/2
00
5
29
/
06
/2
00
5
28
/
06
/2
00
5
27
/
06
/2
00
5
26
/
25
/
06
/2
00
5
24
/
06
/2
00
5
23
/
22
/
06
/2
00
5
EC
R
E
D
10
8
6
4
2
0
06
/2
00
5
Temperaturas
promedios en °C
Mediciones de temperaturas de los E-103 (A,B,C,D), lado AGUA
Comportamiento de la temperatura ANTES del paro
delta T(S-E)A1
delta T(S-E)A2
delta T(S-E)A3
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)B3
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)C2
delta T(S-E)C3
delta T(S-E)D1
delta T(S-E)DC
delta T(S-E)D3
Gráfica #2 Comportamiento de las temperaturas de los E-103
En el de los intercambiadores E-103 se observa que la diferencia de
temperatura en general es menor de 10 °C lo que justificaba su limpieza.
52
Capítulo IV Resultados y Discusión
10
8
6
4
2
0
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
22
/0
6/
20
05
23
/0
6/
20
05
24
/0
6/
20
05
25
/0
6/
20
05
26
/0
6/
20
05
27
/0
6/
20
05
28
/0
6/
20
05
29
/0
6/
20
05
30
/0
6/
20
05
01
/0
7/
20
05
Temperaturas
promedio em °C
Mediciones de temperatura E-111 ( A,B,C,D), lado AGUA
Comportamiento de temperaturas ANTES del paro
delta T(S-E)A1
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)D1
delta T(S-E)A2
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)C2
delta T(S-E)DC
delta T(S-E)A3
delta T(S-E)B3
delta T(S-E)C3
delta T(S-E)D3
Gráfica #3 Comportamiento de las temperaturas de los E-111
En el intercambiador E-104 se observan que las diferencias de temperatura son
mucho menor de 10 °C lo cual es indicador de que también hacia falta su limpieza.
Su diferencia de temperatura por diseño debe ser de 5 °C.
53
Capítulo IV Resultados y Discusión
Temperatura promedio en °C
Mediciones de temperaturas E-104 (A,B,C,D), lado AGUA
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
22
/0
6/
20
05
23
/0
6/
20
05
24
/0
6/
20
05
25
/0
6/
20
05
26
/0
6/
20
05
27
/0
6/
20
05
28
/0
6/
20
05
29
/0
6/
20
05
30
/0
6/
20
05
01
/0
7/
20
05
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Comportamiento de temperaturas ANTES del paro
delta T(S-E)A1
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)A2
delta T(S-E)C2
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)D1
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)DC
Gráfica #4 Comportamiento de las temperaturas de los E-104
Mediciones de Temperaturas E-110 (A,B,C,D), lado AGUA
Temperatura
Promedio em °c
10
8
6
4
2
0
28/06/2005
29/06/2005
30/06/2005
01/07/2005
Comportamiento de la Temperatura ANTES del paro
delta T(S-E)A1
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)D1
delta T(S-E)A2
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)DC
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)C2
Gráfica #5 Comportamiento de las temperaturas de los E-110
54
Capítulo IV Resultados y Discusión
A continuación se presentan gráficos en los cuales se observan el
comportamiento de las temperaturas a condiciones estacionarias lado “AGUA”
después del paro de Planta.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
08
/2
00
5
23
/
08
/2
00
5
22
/
21
/
08
/2
00
5
08
/2
00
5
20
/
08
/2
00
5
19
/
08
/2
00
5
18
/
08
/2
00
5
16
/
08
/2
00
5
10
8
6
4
2
0
EC
R
E
D
17
/
Temperatura Promedio
°C
Mediciones de Temperatura E-103 lado AGUA
Comportamiento de la Temperatura DESPUES del paro
delta T(S-E)A1
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)A2
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)C2
delta T(S-E)A3
delta T(S-E)B3
delta T(S-E)C3
Gráfica #6 Comportamiento de las temperaturas de los E-103
55
Capítulo IV Resultados y Discusión
05
/0
8
23
22
/0
8
/2
0
/2
0
/0
8
21
20
/0
8
/2
0
/2
0
19
/0
8
/2
0
18
/0
8
/0
8
17
16
/0
8
/2
0
/2
0
EC
R
E
DComportamiento de la Temperatura DESPUES del paro
/2
0
05
05
05
05
05
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
05
7
6
5
4
3
2
1
0
05
Variaciones de la
Teperatura °C
Mediciones de Temperaturas E-111 (A,B,C,D) lado AGUA
delta T(S-E)A1
delta T(S-E)A2
delta T(S-E)A3
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)C3
delta T(S-E)B3
delta T(S-E)D1
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)D2
delta T(S-E)C2
delta T(S-E)D3
Gráfica #7 Comportamiento de las temperaturas de los E-111
Mediciones de Temperaturas E-104 (A,B,C,D), lado AGUA
Variacion de la
Temeratura °C
10
8
6
4
2
0
16/08/2005 17/08/2005 18/08/2005 19/08/2005 20/08/2005 21/08/2005 22/08/2005
Comportamiento de la Temperatura DESPUES del paro
delta T(S-E)A1
delta T(S-E)A2
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)C2
delta T(S-E)D1
delta T(S-E)DC
Gráfica #8 Comportamiento de las temperaturas de los E-111
56
Capítulo IV Resultados y Discusión
12
10
8
6
4
2
0
00
5
/0
8/
2
23
22
/0
8/
2
00
5
00
5
/0
8/
2
21
00
5
/0
8/
2
20
/0
8/
2
19
/0
8/
2
18
00
5
00
5
00
5
/0
8/
2
17
/0
8/
2
16
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
O
H
Comportamiento
de la temperatura DESPUES del paro
C
E
DER
00
5
Variaciones de la
Temperatura °C
Mediciones de Temperatura E-110 (A,B,C,D) lado AGUA
delta T(S-E)B1
delta T(S-E)B2
delta T(S-E)C1
delta T(S-E)C2
delta T(S-E)D1
delta T(S-E)DC
Gráfica #9 Comportamiento de las temperaturas de los E-110
A continuación se presentan gráficos en los cuales se observa el
comportamiento de las temperaturas a condiciones estacionarias lado “GAS”
antes del paro de Planta.
50
40
30
20
10
0
22
/0
6/
20
05
23
/0
6/
20
05
24
/0
6/
20
05
25
/0
6/
20
05
26
/0
6/
20
05
27
/0
6/
20
05
28
/0
6/
20
05
29
/0
6/
20
05
30
/0
6/
20
05
01
/0
7/
20
05
Variaciones de la
temperatura °C
Mediciones de Temperaturas E-103 (A,B,C,D) lado GAS
Comportamiento de la temperatura ANTES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C3
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B3
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)A3
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)D2
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D3
Gráfica #10 Comportamiento de las temperaturas de los E-103
57
Capítulo IV Resultados y Discusión
25
20
15
S
O
D
VA
R
E
S
10
5
0
E
R
S
HO
EC
R
E
D
22
/0
6/
20
05
23
/0
6/
20
05
24
/0
6/
20
05
25
/0
6/
20
05
26
/0
6/
20
05
27
/0
6/
20
05
28
/0
6/
20
05
29
/0
6/
20
05
30
/0
6/
20
05
01
/0
7/
20
05
Variaciones de temperaturas °C
Mediciones de Temperatura E-111 (A,B,C,D) lado GAS
Comportamiento de la temperatura ANTES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D2
delta T(E-S)A3
delta T(E-S)B3
delta T(E-S)C3
delta T(E-S)D3
Gráfica #11 Comportamiento de las temperaturas de los E-111
Mediciones de Temperatura de los E-104 (A,B,C,D) lado GAS
30
20
10
07
/2
00
5
01
/
06
/2
00
5
30
/
06
/2
00
5
29
/
06
/2
00
5
28
/
06
/2
00
5
27
/
06
/2
00
5
26
/
06
/2
00
5
25
/
06
/2
00
5
24
/
-20
23
/
06
/2
00
5
-10
06
/2
00
5
0
22
/
Variaciones de
temperaturas °C
40
-30
Comportamiento de la temperatura ANTES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)D2
Gráfica #12 Comportamiento de las temperaturas de los E-104
58
Capítulo IV Resultados y Discusión
Mediciones de Temperatura E-110 (A,B,C,D) lado GAS
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
22
/0
6/
20
05
23
/0
6/
20
05
24
/0
6/
20
05
25
/0
6/
20
05
26
/0
6/
20
05
27
/0
6/
20
05
28
/0
6/
20
05
29
/0
6/
20
05
30
/0
6/
20
05
01
/0
7/
20
05
Variaciones de
temperatura °C
40
35
30
25
20
15
10
5
0
EC
R
E
D Comportamiento de la temperatura ANTES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)D2
Grafica #13 Comportamiento de las temperaturas de los E-110
A continuación se presentan gráficos en los cuales se observan los
comportamientos de las temperaturas a condiciones estacionarias lado “GAS”
Mediciones Temperatura E-103 (A,B,C,D) lado GAS
23
/0
8/
20
05
22
/0
8/
20
05
21
/0
8/
20
05
20
/0
8/
20
05
19
/0
8/
20
05
18
/0
8/
20
05
17
/0
8/
20
05
50
40
30
20
10
0
16
/0
8/
20
05
Variacion de la temperatura
°C
después del paro de Planta.
Com portam iento de Tem peratura DESPUES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C3
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B3
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)A3
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)D2
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D3
Grafica #14 Comportamiento de las temperaturas de los E-103
59
Capítulo IV Resultados y Discusión
Mediciones de Temperatura E-111(A,B,C,D) lado GAS
Variacion de la
temoeratura °C
12
10
8
6
S
O
D
VA
R
E
S
4
2
E
R
S
HO
0
EC
R
E
D
18/08/2005
19/08/2005
20/08/2005
21/08/2005
22/08/2005
23/08/2005
Comportamiento de la temperatura DESPUES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C3
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B3
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)A3
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)D2
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D3
Grafica #15 Comportamiento de las temperaturas de los E-111
Mediciones de Temperaturas del E-104 lado GAS
Variacion de la
temperatura °C
25
20
15
10
5
23
/0
8/
20
05
22
/0
8/
20
05
21
/0
8/
20
05
20
/0
8/
20
05
19
/0
8/
20
05
18
/0
8/
20
05
17
/0
8/
20
05
16
/0
8/
20
05
0
Comportamiento de la temperatura DESPUES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)D2
Grafica #16 Comportamiento de las temperaturas de los E-104
60
Capítulo IV Resultados y Discusión
Mediciones de temperaturas del E-110 (A,B,C,D) lado GAS
S
O
D
VA
R
E
S
Variacion de la
temperatura °C
20
E
R
S
HO
15
10
C
5 RE
E
D
08
/2
00
5
23
/
22
/
08
/2
00
5
08
/2
00
5
21
/
08
/2
00
5
20
/
08
/2
00
5
19
/
08
/2
00
5
18
/
08
/2
00
5
17
/
16
/
08
/2
00
5
0
Comportamiento de la Temperatura DESPUES del paro
delta T(E-S)A1
delta T(E-S)A2
delta T(E-S)B1
delta T(E-S)B2
delta T(E-S)C1
delta T(E-S)C2
delta T(E-S)D1
delta T(E-S)D2
Grafica #17 Comportamiento de las temperaturas de los E-110
61
Capítulo IV Resultados y Discusión
Tabla # 5
Diferencias de temperaturas de entradas y salidas de los intercambiadores
E-103, E-104, E-110 y E-111
E-103
Promedio de todos los días medidos
A1
A2
A3
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
B1
6,5
B2
B3
C1
C2
C3
D1
D2
D3
Agua
Antes
4
6
Agua
Despues
6,4
6,4
Gas
Antes
33,2
36,2
34,5
Gas
Despues
36,8
37,7
34,7
E-111
Promedio de todos los días medidos
A1
A2
A3
Agua
Antes
2,4
2,8
3,4
3,6
3,4
3,4
2,8
3,8
3,6
3,2
3,4
3,6
Agua
Despues
2,8
2,8
2,8
3,6
3,2
3,4
3
2,4
2,6
2,4
2,4
2,6
Gas
Antes
11
10,6
9,8
13,6
11,8
13,8
10,6
13,4
12,6
11,8
11,6
12,8
Gas
Despues
8
7,5
8,5
9
8,8
9,5
8,8
8,3
7,5
9
8,5
8,3
E-104
Promedio de todos los días medidos
A1
A2
B1
Agua
Antes
Agua
Despues
Gas
Antes
-2,7
17,3
19,8
Gas
Despues
10,0
13,2
15,2
E-110
Promedio de todos los días medidos
A1
A2
B1
Agua
Antes
5,8
5,8
6,5
7,3
5,5
5,3
6,3
5,8
Agua
Despues
19
18,8
7,6
7,4
3,2
3,2
3,2
3,2
Gas
Antes
18,8
15,0
25,6
24,6
24,2
25,4
21,8
22,6
Gas
Despues
6,7
4,3
9,5
9,5
11,8
12,3
10,0
9,2
REC
DE
6,2
5,2
5,5
5,8
6,2
6,2
5,5
6
6
6,6
6,8
7,6
6,2
6,4
6,4
6,6
6,6
7
25,8
34,5
34,2
32,2
34,5
35
32,5
34,2
34,8
36,8
36,5
33,2
37,3
36,7
37,2
38,2
36,8
35,2
B1
B2
B2
B3
C1
C1
C2
C2
D1
C3
6,5
7,5
6,5
9,8
12,2
10,7
9,5
6,2
4,8
6,6
7
7
7
7,4
6,6
-4,7
9,8
18,3
3,5
2,6
15,0
14,8
15,0
17,0
17,5
C1
C2
D2
D3
D2
6
B2
D1
5,7
D1
D2
Fuente: A Pérez
62
Capítulo IV Resultados y Discusión
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Vista general a las entradas de los intercambiadores E-110 y E-104 (A,B,C,D) los
cuales en total forman 8 entradas a dichos intercambiadores
Figura # 5 Entradas de los intercambiadores lado GAS de los E-110
Fuente: A Pérez, Polinter C.A.
63
Capítulo IV Resultados y Discusión
Definir las mejoras de condiciones de transferencia de calor del
intercambiador E-503 de la Planta de Polietileno de Baja Densidad
Según los cálculos realizados (Ver apéndice # 1) de los intercambiadores, se
S
O
D
VA
R
E
S
obtuvo que el área requerida es mayor que el área disponible que tiene el
E
R
S
HO
intercambiador E-503 lo cual explica el porque los tiempo de calentamiento
EC
R
E
D
obtenidos en la data obtenida de infuplus (Ver Pág. 35 Cáp. III)
Luego del diagnóstico presentado anteriormente se procedió a realizar la
simulación para evaluar la situación actual del intercambiador E-503 que es la
pieza fundamental para lograr la transferencia de calor hacia el etileno desde el
agua calentada, durante los procesos de arranque. (Ver Apéndice)
Estas simulaciones permitieron establecer las posibles mejoras que se pueda
realizar al E-503 que es el segundo objetivo específico. Se realizaron cuatro
casos de simulaciones con datos de diseño, para estimar los requerimientos de
áreas, flujo y temperatura del termo fluido (HTF) con la finalidad de comparar los
resultados obtenidos de las simulaciones con los cálculos de diseño.
Los casos primer y segundo se refieren a los cálculos básicos para un flujo
mínimo y un flujo máximo. En el caso tercero se realizo un aumento en el flujo del
(HTF) desde 23963 hasta 50000 lbr/hr para observar el efecto que sobre el área
64
Capítulo IV Resultados y Discusión
que produciría este aumento de flujo.
Esta se determino según la simulación
como insuficiente ya que la disminución del área fue de 0.03 m2. Como el caso
anterior,
el caso cuarto también se observo como es insuficiente, ya que se
obtuvo una reducción de 0.39 m2.
S
O
D
VA que se obtuvieron de
A continuación se presentan la siguiente tablaE
deR
valores
S
E
R
las simulaciones:
OS
H
C
E
DER
Tabla # 6 Resultados de las simulaciones
Caso 1
Flujo de agua de 100000 kg/hr (HTF a 250°C y 23963 lb/hr)
E-110
E-503
Temp. Lado CaliTemp. Lado Frio LMTD
C
C
C
88,75
80,00
224,94
95,00
Caso 2
Flujo de agua de 82000 kg/hr
E-110
E-503
Temp. Lado Cali Temp. Lado Frio LMTD
C
C
C
87,38
80,00
224,94
95,00
Caso 3
Flujo de HTF de 50000 lb/hr
E-110
E-503
Temp. Lado CaliTemp. Lado Frio LMTD
C
C
C
88,75
80,00
224,94
95,00
Caso 4
Temperatura del HTF de 270 °C
E-110
E-503
Temp. Lado CaliTemp. Lado Frio LMTD
C
C
C
87,38
80,00
224,94
95,00
U
Calor
Area
kcal/hr-sqm-C cal/sec
sqm
21,54
731,36
174116,80
145,39
731,36
174116,80
39,82
5,90
U
Calor
Area
kcal/hr-sqm-C cal/sec
sqm
20,98
731,36
174116,80
146,11
731,36
174116,80
40,87
5,87
U
Calor
Area
kcal/hr-sqm-C cal/sec
sqm
21,54
731,36
174116,80
146,11
731,36
174116,80
39,82
5,87
U
Calor
Area
kcal/hr-sqm-C cal/sec
sqm
20,98
731,36
174116,80
155,53
731,36
174116,80
40,87
5,51
Fuente: A Pérez
65
Capítulo IV Resultados y Discusión
Con base a esto resultados al intercambiador E-503 necesita una mayor área
disponible para lograr las condiciones necesarias de transferencia de calor y de
esta manera reducir el tiempo de calentamiento del sistema y mejorar el proceso
de producción de la Planta de Baja Densidad.
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
66
Capítulo IV Resultados y Discusión
CONCLUSIONES
•
S
O
D
de agua de diseño de 100.000 Kg/hr seRobtiene
VA un flujo calórico de
E
S
E
500.000 kcal/hr y un área de 10.77
m . Está resulta muy superior al área
R
S
O
H
real del intercambiador
E-503
que es de 6.52 m y como consecuencia no
C
E
R
E
D calentar al agua en forma eficiente durante el arranque.
se logra
Los cálculos realizados (Ver apéndice # 1) muestra que con base al flujo
2
2
•
La no disponibilidad de un enfriador de baja temperatura (chiller) incide
negativamente
sobre
la
operación
de
los
E-110
ocasionando
ensuciamiento dentro de las líneas de los E-110, paros y gastos
adicionales a la empresa.
67
Capítulo IV Resultados y Discusión
RECOMENDACIONES
Para una mejora de la transferencia de calor se hicieron las siguientes
S
O
D
VA
R
E
S
recomendaciones:
•
E
R
S
HO
EC
R
E
desde D
la sala de control
Realizar un aumento del ajuste del Controlador de Temperatura (TIC-101)
y mantener el intercambiador E-503 en
funcionamiento todo el tiempo, como un apoyo en el proceso de
calentamiento previo al arranque.
•
Ajustar la capacidad de la bomba de agua P-506 para manejar más flujo de
agua hacia los intercambiadores E-110 (asumiendo que hay capacidad en
dicha bomba) para así disminuir los tiempos de calentamiento del etileno
previo al arranque, ya que se sabe de las conclusiones que el área
disponible es mucho menor que el área requerida.
•
Aumentar el área disponible de transferencia del intercambiador E-503,
como otra posible forma de disminuir los tiempos de calentamiento del
etileno previo al arranque.
•
Poner en funcionamiento el chiller para minimizar el ensuciamiento de los
intercambiadores y que esto no incida sobre el calentamiento del etileno.
68
Capítulo IV Resultados y Discusión
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
•
Arias, F. El proyecto de investigación. Editorial Episteme. 2° Edición.
•
Bavaresco, Aura (1997). Las técnicas de la investigación.
•
Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2004.
•
•
•
S
O
D
VA
Chávez, (1997). Metodología de la Investigación.
R
E
S
E
R
Donald Q. Kern(1978). Procesos
de
transferencia
de calor.
S
O
H
C
González M.,
EVALUACION
Y OPTIMIZACION DEL SISTEMA DE
E
R
E
D
CALENTAMIENTO DE LOS PROCESOS DE PRECALENTAMIENTO Y
FRACCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE GLP DE BAJO GRANDE,
URU, 2003.
•
Kreith Frak(1970). Principios de Transferencia de calor. Editorial Pressure
Vessel.
•
Mahajan, Kanti K. (1979). Desing of Process Equipment. Editorial Herrero
Hermanos, Suc. S.A.
•
Manual de inducción de Polinter de Baja Densidad.
•
Manual de Operaciones de Polinter de Baja densidad.
•
Perry, R Manual del Ingeniero Químico.
Sexta Edición. Mc Graw Hill.
(1992).
•
Pierini R., DISEÑO Y SIMULACION DE UN INTERCAMBIADOR DE
CALOR PARA LA CORRIENTE DE FONDO DE LA COLUMNA DE
ETILENO EN MODO OCTENO, DE LA PLANTA DE POLIETILENO
LINIAL DE POLINTER, C.A., URU, 2003.
•
Polinter (2005). Aspen Process Explore. Autor.
•
Polinter (2005). Red Interna. Autor.
69
Capítulo IV Resultados y Discusión
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
70
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
•
Arias, F. El proyecto de investigación. Editorial Episteme. 2° Edición.
•
Bavaresco, Aura (1997). Las técnicas de la investigación.
•
Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2004.
•
Chávez, (1997). Metodología de la Investigación.
•
•
OS
D
A
RV
E
S
E
R
González M., presento
unS
trabajo Especial de Grado realizado en la
O
H
C Urdaneta (URU), en el año 2003, titulado
E
R
Universidad
Rafael
DE
Donald Q. Kern(1978). Procesos de transferencia de calor.
EVALUACION
Y
OPTIMIZACION
DEL
SISTEMA
DE
CALENTAMIENTO DE LOS PROCESOS DE PRECALENTAMIENTO Y
FRACCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE GLP DE BAJO GRANDE.
•
Kreith Frak(1970). Principios de Transferencia de calor. Editorial
Pressure Vessel.
•
Mahajan, Kanti K. (1979). Desing of Process Equipment. Editorial
Herrero Hermanos, Suc. S.A.
•
Manual de inducción de Polinter de Baja Densidad.
•
Manual de Operaciones de Polinter de Baja densidad.
•
Perry, R Manual del Ingenieron Quimico. Sexta Edicion. Mc Graw Hill.
(1992).
•
Pierini R., presento un trabajo de Grado en al universidad Rafael
Urdaneta (URU), en el año 2003, Titulado DISEÑO Y SIMULACION DE
UN INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA LA CORRIENTE DE
FONDO DE LA COLUMNA DE ETILENO EN MODO OCTENO, DE LA
PLANTA DE POLIETILENO LINIAL DE POLINTER, C.A.
•
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