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Propuesta de un sistema para la de separación de aceite lubricante a la salida de los compresores de hidrógeno de la unidad de soporte al hidroprocesamiento

Jeyfel Salazar
by

Karline Clemantt

on 7 April 2014

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Transcript of Propuesta de un sistema para la de separación de aceite lubricante a la salida de los compresores de hidrógeno de la unidad de soporte al hidroprocesamiento

UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
Trabajo de Grado presentado ante la Universidad de Oriente como requisito parcial para optar al título de:
Asesor académico: Prof. Luis Moreno
Puerto La Cruz, Agosto de 2013
Presentado por:
Jeyfel Salazar
BIENVENIDOS
Propuesta de un sistema para la de separación de aceite lubricante a la salida de los compresores de hidrógeno de la unidad de soporte al hidroprocesamiento de un mejorador de crudo
Ingeniero Químico
CONTENIDO
Introducción
Planteamiento del problema
Objetivos
Marco teórico
Metodología y resultados
Conclusiones
Recomendaciones
Introducción
Marco Teórico
Metodología y Resultados
Creada en Julio de 1997. PDVSA (30%) Conoco Phillips (40%) y Chevron-Texaco (30%).
1 de mayo de 2007, se nacionalizó.
1 de enero de 2008, pasó a ser PDVSA PetroPiar.
Complejo Petroquímico José Antonio Anzoátegui.
Mejorar el crudo extrapesado, proveniente del campo Ayacucho de la Faja Petrolífera del Orinoco.
190.000 BPDO.
8,5 26°API
Objetivos
General
Proponer un sistema para la de separación de aceite lubricante a la salida de los compresores de hidrógeno de la unidad de soporte al hidroprocesamiento de un mejorador de crudo
Específicos
• Identificar la situación actual de los equipos compresores A, B y C de la unidad de soporte de hidrotratamiento.
• Diseñar preliminarmente los sistemas propuestos para la separación del aceite lubricante.
• Estimar los costos asociados a la instalación de los sistemas propuestos para la separación del aceite lubricante.
• Seleccionar el sistema de separación adecuado para el proceso.

Planteamiento del problema
La empresa
Mejoramiento de crudo pesado
Proceso de hidrotratamiento
Área de hidroprocesamiento, mejorador PDVSA Petropiar
Unidad de soporte al hidroprocesamiento (U-15)
Compresión de hidrógeno de reposición
Proceso mediante el cual se "mejoran" las características físicas de un crudo, tales como su gravedad API, viscosidad y contenido de metales y azufre, con el objeto de elevar su atractivo económico.
Venezuela es el principal productor de este tipo de crudo en el mundo.
Remueve los elementos contaminantes que están enlazados a moléculas de carbono, mediante una reacción química que permite inyectar moléculas de hidrógeno en condiciones especiales de presión y temperatura.
Azufre
Nitrógeno
Óxidos de azufre.
Óxidos de nitrógeno.
• Despojadora de productos.
• Debutanizadora.
• Depuradora de LPG.
• Deetanizadora.
• Fraccionadora de nafta.
• Mezclador de crudo comercial.
• Compresión de hidrógeno de reposición.
• Sistema de Alimentación de Amina Pobre.
• Depuradora de gas combustible.
• Depuradora de gas rico en hidrógeno.
• Sistema de agua de lavado.

Síntesis de la unidad de soporte al hidroprocesamiento (U-15)
Diagrama del proceso de compresión de hidrógeno de reposición
Identificación de la situación actual de los equipos compresores A, B y C de la unidad de soporte al hidroprocesamiento
1
Variables operacionales de la sección de compresión de la unidad de soporte al hidroprocesamiento (U-15)
Tres compresores reciprocantes (15-k-001A/B/C).
Presión de descarga de 700, 1.530 y 2.250 psig.
Variables importantes de las etapas de compresión de la unidad de soporte al hidroprocesamiento (U-15) del mejorador PDVSA Petropiar
Características principales de los equipos refrigerantes de hidrógeno comprimido en la unidad 15
Actividad de los compresores reciprocantes 15-K-001 A/B/C
Monitoreo de temperatura de succión y descarga de las etapas de compresión
Aspen Process Explorer
La primera y segunda etapa la temperatura de alarma es de 320 °F ( 270 °F se considera una temperatura de precaución).
La tercera etapa apartir de 170 °F se toman precauciones y se tiene como temperatura de alarma 220 °F

Tres (3) compresores reciprocantes, cada uno con tres etapas de compresión.
Dos trabajan en conjunto mientras que el tercero queda en espera o se encuentra en mantenimiento.
Anillo obturador fracturado de la válvula de descarga del compresor 15-K-001C
Etapas de actividad de los compresores de hidrógeno de la unidad de soporte el hidroprocesamiento (U-15)
Arrastre de aceite lubricante inter-etapas.
Válvulas de succión y descarga.
Anillos obturadores de las etapas de compresión.
Refrigerar el hidrógeno a ser succionado por las terceras etapas de compresión.
Recibe y refrigera el hidrógeno proveniente de la unidad 22.
Hidrógeno descargado por las primeras etapas
(15-EA-007 )
(15-E-012 )
(15-EA-008)
(15-EA-006)
Refrigerar la recirculación del hidrógeno descargado por la segunda etapa que se dirige hacia la primera de estas.
(15-E-011)
Mismo ciclo de enfriamiento
Temperaturas de succión y descarga de la segunda etapa de los compresores 15-K-001A/B/C
Temperaturas de succión y descarga de la primera etapa de los compresores 15-K-001A/B/C
Temperaturas de succión y descarga de la tercera etapa de los compresores 15-K-001A/B/C
2
Diseño preliminar de los sistemas propuestos para la separación de aceite lubricante
Separadores verticales con eliminador de niebla
Separador tipo filtro/coalescedor
Diagrama del sistema de separación de aceite lubricante
GPSA Engineering Data Book.
Normas PDVSA de tambores separadores.
Coeficiente de Souder – Brown (K)
Flujo másico (Fm)
Flujo volumétrico (Fv)
Velocidad Máxima (Vm)
Área (A)
Diámetro
Donde:
K = Coeficiente de souder brown (ft/s)
P = Presión (psig)
Donde:
Fm = Flujo másico (lb-m/s)
Qg = Caudal del gas (lb-m/s)
Pg= Densidad del gas (lb-f/ft³)
Donde:
Fv = Flujo volumétrico (ft³/s)
Fm = Flujo másico (lb-m/s)
Pg= Densidad del gas (lb-f/ft³)

Donde
Vm = Velocidad máxima (ft/s)
K = Coeficiente de souder brown (ft/s)
Pl = Densidad del líquido (lb-f/ft³)
Pg= Densidad del gas (lb-f/ft³)

Donde:
A = Área del separador (ft²)
Fv = Flujo volumétrico (ft³/s)
Vm = Velocidad máxima (ft/s)
Donde:
D = Diámetro del separador (in)
A = Área del separador (ft²)
Volúmenes de operación y de emergencia
Diámetro de boquilla de entrada (Dp)
Altura desde NAAL hasta la boquilla de entrada (hNAAL)
Diámetro de Malla
Parámetros usados para el diseño de los equipos separadores
Características del aceite lubricante
Parámetros de diseño de los separadores verticales
GPSA Engineering Data Book.
Velocidad de Souder-Brown (1,3 ft/s)
Área de entrada
(A)
Diámetro (D)
Altura de boquilla de entrada (a)
Ancho de boquilla de entrada (b)
Altura de salida (S)
Altura del cilindro (h)
Altura total del ciclón (H)
Diámetro de boquilla de salida (B)
Esquema a definir de un separador ciclónico
3
Estimado de costos asociados a la instalación de los sistemas propuestos para la separación del aceite lubricante
Métodos basados en el coste de equipos (métodos factoriales)
Ecuaciones método de Peter & Timmerhaus
Separadores verticales con eliminador de neblina
Separador ciclónico
Filtro/coalescedor
4
Selección del sistema más adecuado para el proceso
Matriz de selección AHP
Problema general
“El sobrecalentamiento de las etapas de compresión por el retorno de hidrógeno de descarga causado por el arrastre de aceite lubricante entre etapas”
Objetivo
“Determinar las variables mas importantes en el sistema para la separación de aceite lubricante de la corriente de hidrógeno”
Parámetros
Carga
Caída de presión
Costos
Dimensiones
Eficiencia
Mantenimiento
Opciones de solución
Separador vertical con eliminador de niebla.
Un separador ciclón.
Un separador filtro/coalescedor.
Árbol de jerarquías
Matriz comparativa entre los criterios del primer árbol jerárquico
Matriz de comparación por pares del primer nivel con el promedio
Importancia de parámetros para la selección del sistema de separación
Comparación por pares del primer nivel de la matriz de selección del sistema para la separación de aceite lubricante
Comparación por pares del 2do nivel de la matriz de jerarquización
Ponderación final de la matriz de jerarquización
Ponderación final de los equipos propuestos para la separación de aceite lubricante
El principal problema en los compresores es la presencia de líquido en su interior.
El líquido causante, en este caso, es el aceite inyectado en el equipo para su lubricación.
Altas temperaturas en el hidrógeno de descarga
Válvula obturadora fracturada
Con el fin de solucionar esta problemática, se propone separar el aceite de la corriente de hidrógeno, colocando equipos separadores.
Separador Ciclónico
Simulación del proceso de compresión de hidrógeno
Peng Robinson
CONCLUSIONES
1. La segunda etapa de compresión es la que presenta mayor aumento en la temperatura del hidrógeno, mientras que en la tercera es la menos afectada por este problema.

2. Para el sistema que cuenta con los equipos separadores verticales con eliminador de malla el diámetro es 45,10; 44,10 y 36,36 pulgadas para la succión de la segunda y tercera etapa de compresión, así como para la descarga de la tercera de estas.

3. En el sistema que cuenta con separadores ciclónicos su diámetro para la succión de la segunda etapa compresión es 2,51 pies, mientras que para la succion y descarga de la tercera es de 1,90 pies.

4. El diámetro de los equipos para el sistema que cuenta con separador filtro/coalescedor fue de 63,78; 62,36 y 51,99 pulgadas para él hidrógeno de descarga de la primera, segunda y tercera etapa de compresión respectivamente.
RECOMENDACIONES
Ejecutar la propuesta lo antes posible para evitar el aumento de precios y mayores daños en los equipos compresores.

Evaluar la necesidad de la colocación de un equipo separador en la descarga de la tercera etapa de compresión de la unidad de soporte al hidroprocesamiento.

Revisar periódicamente el funcionamiento del sistema de inyección de aceite lubricante a los equipos compresores.

Supervisar periódicamente las temperaturas del hidrógeno succionado por cada etapa de compresión.
Compresor recíprocante
Retorno de refrigerante líquido.
Golpe de líquido.
Recalentamiento.
Falla de lubricación (pérdida de lubricación y falta de lubricación).
Desventajas
Ventajas
Mayor rendimiento.
No presentan problemas con gases corrosivos.
La compresión se realiza en varios pasos, reduciendo el perfil de temperatura del sistema.
Se instalan sistemas de equilibrado del equipo, tales como volantes de inercia, cigüeñales contra rotantes, etc.
Suministran un flujo pulsante de gas.
5 .El estimado de costos obtenido para el sistema en el que se aplicó separadores verticales fue de 3.633.903 Bsf, para el sistema que cuenta con separadores ciclónicos fue de 3.074.841 Bsf, mientras que para la colocación del sistema de separación con filtro coalescedores fue de 27.953.100 Bsf.

6. Los parámetros importantes a la hora de seleccionar el equipo separador más adecuado son eficiencia de separación, costos de instalación y dimensiones.

7. El separador filtro coalescedor es el que más se adapta a las necesidades del proceso.
Asesor industrial: Ing. Maryeri Mariño
Gas purificado
Localizador del vórtice
Remolino
Entrada rectangular de la involuta
Gas impuro
Núcleo del vórtice
Vórtice principal
Cilindro
Cono
A la tolva de almacenamiento
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