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tesis sol

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Lucia Medina González

on 4 January 2013

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El
problema Objetivos Ubicación Reseña Histórica 01 de Enero de 1976 - Inicio de sus operaciones. En 1982 - Inicia la construcción del Complejo Criogénico de Oriente. En 1998 - Se creó la gerencia de PDVSA Gas. MISIÓN:
Extraer, fraccionar y despachar en forma oportuna y confiable Líquidos de Gas Natural, soportado por capital humano competente, dentro de un ambiente organizado, favorable con seguridad e higiene y con tecnología actualizada que impulse la máxima rentabilidad del negocio y sustente el desarrollo endógeno de la comunidad, en armonía con la naturaleza. Plantas de procesamiento de Gas Reseña Histórica 30 de Agosto de 1975 - Decreto presidencial 1123 da pie a la creación de PDVSA. OBJETIVO GENERAL Evaluar el proceso de extracción de líquidos del gas natural del tren “C” de la planta de extracción Santa Bárbara. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Comparar el funcionamiento actual del tren “C” de la planta de extracción de líquidos del gas natural con respecto a las condiciones de diseño, empleando un simulador de procesos. Proponer recomendaciones que permitan mejorar el funcionamiento operacional del tren “C” de la planta de extracción Santa Bárbara. Deshidratación
con Tamices
Moleculares
16-0502 A/B/C Deshidratación
con TEG
16-0501 Plato 1 Plato 11 Plato 25 15-0601 15-0602/03 12-0601 15-0605/06 16-0601 16-0602 16-0603 11-0602 A/B 16-0606 A/B 19-0601 19-0603 A/B 19-0602 17-0603 A/B/C 17-0601 A/B 17-0602 A/B 16-0301 Gas
Natural LGN Gas
Residual 1. Comparación del funcionamiento actual del tren C de la planta de extracción de líquidos del gas natural con respecto a las condiciones de diseño, empleando un simulador de procesos. Creación de un modelo de simulación del proceso de extracción de líquidos del gas natural del tren C de la planta de extracción Santa Bárbara Introducción de los componentes presentes en el gas de alimentación al proceso Selección del método termodinámico Definición del sistema de unidades Criterios de la simulación caso diseño Construcción del diagrama de flujo del proceso de extracción de líquidos del gas natural del tren C Tren "C" 2. Propuesta de recomendaciones que permitan mejorar el funcionamiento operacional del tren “C” de la planta de extracción Santa Bárbara Componentes alimentados al gas de entrada del modelo de simulación operando a bajo GPM del proceso de extracción de líquidos del tren C Valores de diseño del GPM del tren C DESARROLLO DEL PROYECTO
ANÁLISIS DE RESULTADOS SIMULACIÓN
CASO
ACTUAL Corrida de la simulación Caso Actual Validación del modelo de simulación caso actual del proceso de extracción de líquidos del tren C Variables alimentadas a la simulación Caso Actual SIMULADO % Desviación = Valor SIMULADO - Valor TEÓRICO Valor TEÓRICO X 100 Variables alimentadas a la simulación caso actual Diagrama de flujo de procesos (PDF) del simulador Aspen HYSYS V7.1, perteneciente a la simulación caso actual del proceso de extracción de líquidos del tren “C” de la planta de extracción Santa Bárbara Valores de desviación aceptados en simulación de procesos Cálculo de porcentaje de desviación = Valor de la variable en cuestión tomado diagrama del balance de masa original del proceso. = Valor reportado por el modelo de simulación. Valor Valor TEÓRICO Donde: SIMULADO % Desviación = Valor SIMULADO - Valor TEÓRICO Valor TEÓRICO X 100 SIMULACIÓN
CASO
DISEÑO Corrida de la simulación Caso Diseño Aceptación del modelo de simulación Caso Diseño Variables alimentadas a la simulación Caso Diseño Variables alimentadas a la simulación caso diseño Diagrama de flujo de procesos (PDF) del simulador Aspen HYSYS V7.1. perteneciente a la simulación caso diseño del tren “C” de la planta de extracción Santa Bárbara Comparación de los valores de las variables obtenidas en la simulación caso diseño con respecto a los valores del diseño original. Valores de desviación aceptados en simulación de procesos Cálculo de porcentaje de desviación = Valor de la variable en cuestión tomado diagrama del balance de masa original del proceso. = Valor reportado por el modelo de simulación. Valor Valor TEÓRICO Donde: SIMULADO Comparación de los valores de las variables obtenidas en la validación del esquema de simulación caso actual. Validación del modelo de simulación caso actual del proceso de extracción de líquidos del tren C. Comparación del funcionamiento actual del tren “C” de la planta de extracción de líquidos del gas natural con respecto a las condiciones de diseño Intercambiadores
de calor Turboexpansor
precompresor
Booster Turbocompresores
de gas residual Bombas
centrífugas Validación
del LGN Comparación entre el caso diseño y el funcionamiento actual de los intercambiadores de calor involucrados en el proceso del tren C. Variables de temperatura y flujo manejado por el rehervidor de la desetanizadora y los enfriadores, en la simulación caso diseño y caso actual. Comparación entre el caso diseño y el funcionamiento operacional del turbo-expansor y del pre-compresor Booster. Comparación entre el caso diseño y el funcionamiento operacional de los turbocompresores de gas residual. Comparación entre el caso diseño y el funcionamiento operacional de las bombas centrifugas involucradas en el proceso. Validación de la composición del LGN, entre las composiciones resultantes de la muestra del laboratorio y las resultantes del modelo de simulación caso actual. Comparación de la composición del LGN entre los valores del balance de masa del diseño original y los valores arrojados por el modelo de simulación de la operación actual. Recomendaciones propuestas ante un escenario de bajo GPM: •Realizar una evaluación detallada del rehervidor de fondo de la torre desetanizadora 15-0604.
•Colocar en condiciones óptimas de operación el rehervidor de fondo de la torre desetanizadora.
•Realizar un estudio de las condiciones actuales del aceite de calentamiento del rehevidor de fondo de la torre desetanizadora.
•Revisar las condiciones de los quemadores del horno 15-0604, ya que es posible que sus paredes esten recubiertas con ollín, lo que puede provocar una disminución de la transferencia de calor
•Aperturar la válvula J-T, pasando así menor cantidad de gas natural por el expansor, acción que implica una disminución en el recobro, pero, que enfriaría menos el condensado del gas natural que alimenta a las torres de estabilización y separación.
•Evaluar diferentes escenarios del proceso de extracción con bajo GPM, para definir por medio del simulador la forma de operación más efectiva y eficiente, y aplicarlo a la planta. El modelo de simulación para el caso diseño del proceso de extracción de líquidos del gas natural del tren C, reproduce los datos de diseño de la planta con desviaciones menores al ± 3,13 %. La validación del esquema de simulación caso actual, reproduce las condiciones actuales de operación del proceso de extracción de líquidos del gas natural del tren C, con desviaciones menores al ± 4,39 %. El calor transferido por cada uno de los equipos de intercambio de calor en el funcionamiento actual del tren de proceso, se encuentra por debajo del valor de diseño. El expansor 12-0601 posee una eficiencia y potencia en su funcionamiento actual por debajo de los valores establecidos en el diseño. El pre-compresor 12-0601, en su funcionamiento actual posee una eficiencia por encima del valor establecido en el diseño y una potencia inferior a la condición de diseño de dicho equipo. Las eficiencias de los turbocompresores en su operación actual resultaron menores a las del diseño, mientras que la potencia mostró un incremento considerable. Las eficiencias de las bombas en la operación actual son similares a las condiciones de diseño, mientras que las potencias en el funcionamiento actual presentan una mínima diferencia por debajo de los valores de diseño. La comparación entre la composición del LGN en el caso diseño y la composición de LGN en el funcionamiento actual presentó poca diferencia. El funcionamiento actual del tren C difiere en altos porcentajes de desviación del caso diseño, sin embargo cumple con las especificaciones del LGN y gas residual La propuesta ante un bajo GPM del gas de entrada al tren de proceso es evaluar el horno lateral 15-0604 de la torre desetanizadora. El requerimiento energético para el proceso de extracción caso diseño es de 308,67 MMBtu/h. 1. Realizar un plan de mantenimiento mayor para la instrumentación de dicho tren de proceso, en el cual se tome en cuenta:
El medidor de flujo 02_FI_0902.
El medidor de temperatura 02_TI_1201 a la descarga de la bomba 17-0601 A/B.
El medidor de temperatura de tope de la desetanizadora 02_TI_1305, ya que está dañado
El medidor del diferencial de presión 02_PDI_1303, del intercambiador criogénico 15-0605/0606.
El medidor de temperatura 02_TI_1304, del intercambiador criogénico 15-0605/0606.

2. Realizar una simulación rigurosa de las cajas frías, 15-0601, 15-0602/03, 15-0605/06, porque el simulador de procesos Aspen Hysys versión 7.1, solo utiliza ecuaciones de energía básicas para definir el comportamiento de este equipo, sin tomar en cuenta las dimensiones físicas y las limitantes que ella anexa al estudio.

3. Evaluar el sistema de facilidades de entrada al tren de proceso, ya que por diseño la temperatura del gas de entrada puede llegar a 130 ºF, pero operacionalmente no puede sobre pasar los 105 ºF.

4. Realizar una evaluación de los equipos rotativos, donde se estudie la proximidad entre la curva de surge y la de operación actual, ya que hay equipos que registran una eficiencia mayor al 90%. Guía para la selección de métodos termodinámicos para sistemas de hidrocarburos (Rondón, 1995) Criterios de la simulación Caso Diseño •La ecuación de estado utilizada para modelar el proceso de extracción de líquidos del gas natural del tren “C” fue Peng Robinson (PR).
•La simulación esta hecha para el escenario de operación caso normal, con un GPM de 2,12.
•El modelo de simulación esta diseñado para reproducir el modo de operación con la válvula Joule Thompson (JT) cerrada.
•En el modelo solo se representa el recorrido del gas de proceso, por ende no están incluidos los sistemas auxiliares de regeneración con trietilenglicol (TEG), regeneración de tamices moleculares, aceite caliente, aire de instrumentos, sistema de agua contra incendios y alivio y venteo.
•El modelo no toma en cuenta la cantidad de gas residual que se extrae para emplearse como gas combustible o de regeneración.
•El gas natural se saturó de agua mediante un arreglo compuesto por la operación unitaria “MIXER”, utilizada para unir la corriente de hidrocarburos con la corriente de agua, y la operación unitaria “SEPARATOR”, para eliminar las trazas de agua libre que se pudieron formar en el gas de alimentación al proceso.
•El depurador de entrada, el tanque separador de entrada al expansor y los tanques de succión de los turbocompresores, se simularon con la operación unitaria “SEPARATOR”, mediante el uso de separadores verticales bifásicos.
• Los filtros separadores y filtros de polvillo se simularon con la operación unitaria “SEPARATOR”, mediante el uso de separadores horizontales bifásicos con valores de caída de presión a la entrada. Criterios de la simulación Caso Diseño •Tanto la torre contactora con trietilenglicol 16-0501, como los tamices moleculares 16-0502 A/B/C están representados por una operación unitaria denominada “COMPONENT SPLITTER”
•Las divisiones de las corrientes (gas de entrada a las cajas frías 15-0601 y 15-0602/03, desvío de la corriente de mezcla bifásica hacia la válvula Joule Thompson FV-0201 A, desvío de gas residual hacia la válvula TV-1304, desvío de gas residual hacia la válvula LV-1302, gas residual de entrada a los separadores de succión de los turbocompresores 16-0606 A y 16-0606 B) fueron simuladas con la operación unitaria “TEE” que se encarga de dividir la cantidad de flujo según la distribución que se le especifique, en este caso según lo especificado por diseño.
•Los intercambiadores criogénicos (cajas frías): 15-0601 (gas-gas), 15-1602/03 (líquido-gas-líquido) y 15-0605/06 (condensador de tope de la torre rectificadora y de la torre desetanizadora) se simularon con la operación unitaria “LNG Exchanger”, cuyas caídas de presión alimentadas son las encontradas en las hojas de proyecto del tren “C”.
•Las eficiencias de los equipos rotativos (bombas, turbo-expansor, pre-compresor y turbo-compresores), se calcularon en el modelo creado, mediante la alimentación de las variables de temperatura, presión y/o flujo, a la succión y/o descarga de los equipos, según la situación requerida en cada caso, esto con la finalidad de evaluar el comportamiento de las eficiencias.
•Se simuló el expansor con la operación unitaria “EXPANDER” asociado mediante la potencia producida por este al pre-compresor (simulado por la operación unitaria “COMPRESSOR”).
•Se asumieron seis (6) platos teóricos en la torre rectificadora y veintiocho (28) platos teóricos en la torre desetanizadora para modelar el proceso del tren “C”.
•Se utilizó la operación reciclo “RECYCLE” para completar el circuito de la torre rectificadora y de la torre desetanizadora. Esta unidad del simulador HYSYS v.7.1, es colocada en aquellos casos donde el sistema es un circuito cerrado para converger los valores del sistema que se desea simular.
•Los turbocompresores de gas residual fueron simulados con la operación unitaria “COMPRESSOR” sin tomar en cuenta las turbinas asociadas.
•Los enfriadores, se simularon con la operación unitaria “COOLER”.
•Las bombas se simularon con la operación unitaria “PUMP”
•No se consideraron pérdidas de calor en las tuberías. Procedimiento del método heurístico de ensayo y error.
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