06 - Plantas Criogenicas de Gas Final 1

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PLANTAS PLA NTAS CRIOGENICAS CRIOGENICAS

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PLANTAS CRIOGENICAS DE GASOLINA. TABLA TAB LA DE CONTENIDO CONTENIDOS. S. INTRODUCCION. I. DESCRIPCION DEL PROCESO. II. EQUIPOS EN UNA PLANTA CRIOGENICA. A. Equipo deshidratador. B. Turbina-compresor. C. Intercambiadores Intercambiado res de calor. D. Demetanizadora. E. Sistema de refrigeración. refrigeraci ón. F. Tuberías y recipientes. III. PRINCIPIOS DEL PROCESO CRIOGENICO. A. Secciones funcionales de una planta criogénica. B. Efecto de la temperatura y la presión en la recuperación de hidrocarburos. C. Calor latente de vaporización. vaporizaci ón. D. Teoría de la expansión de gas. E. Balance de materia. F. Demetanizadora. 1. Control de temperatura del fondo. IV. EXPANSOR-COMPRESOR. A. Control de la turbina B. Control del compresor. 1. Control anti oscilación. oscilaci ón. C. Sellos. D. Control verdadero. E. Sistema de lubricación. F. Instrumentos de seguridad Turbina-compresor. Turbina-com presor. V. Control de la planta criogénica. A. Control del demetanizadora. B. Control de las alimentaciones. alimentaciones . VI. OPERACIÓN. A. Arranque. 1. Secado (dryout). 2. Arranque en vacio. 3. Arranque de la turbina. Establecer flujo de gas en el sello. Arranque de la lubricación. Arranque del compresor. Arranque del enfriador de la turbina. Manual de operación. 4. Apagado de la turbina. B. Supervisión Supervis ión de rutina en operación. C. Operación de apagado de la turbina. VII. PROBLEMAS.


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PLANTAS CRIOGENICAS DE GASOLINA. TABLA TAB LA DE CONTENIDO CONTENIDOS. S. INTRODUCCION. I. DESCRIPCION DEL PROCESO. II. EQUIPOS EN UNA PLANTA CRIOGENICA. A. Equipo deshidratador. B. Turbina-compresor. C. Intercambiadores Intercambiado res de calor. D. Demetanizadora. E. Sistema de refrigeración. refrigeraci ón. F. Tuberías y recipientes. III. PRINCIPIOS DEL PROCESO CRIOGENICO. A. Secciones funcionales de una planta criogénica. B. Efecto de la temperatura y la presión en la recuperación de hidrocarburos. C. Calor latente de vaporización. vaporizaci ón. D. Teoría de la expansión de gas. E. Balance de materia. F. Demetanizadora. 1. Control de temperatura del fondo. IV. EXPANSOR-COMPRESOR. A. Control de la turbina B. Control del compresor. 1. Control anti oscilación. oscilaci ón. C. Sellos. D. Control verdadero. E. Sistema de lubricación. F. Instrumentos de seguridad Turbina-compresor. Turbina-com presor. V. Control de la planta criogénica. A. Control del demetanizadora. B. Control de las alimentaciones. alimentaciones . VI. OPERACIÓN. A. Arranque. 1. Secado (dryout). 2. Arranque en vacio. 3. Arranque de la turbina. Establecer flujo de gas en el sello. Arranque de la lubricación. Arranque del compresor. Arranque del enfriador de la turbina. Manual de operación. 4. Apagado de la turbina. B. Supervisión Supervis ión de rutina en operación. C. Operación de apagado de la turbina. VII. PROBLEMAS.


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INTRODUCCION Criogénico proviene de la palabra griega crio que significa muy frio. Las plantas criogénicas criogénicas de gasolina son aquellas que operan a temperaturas por debajo de -75°C (-100°F). Cuando el gas se refrigera hasta estas temperaturas, la mayoría del etano, prácticamente todo el propano y los hidrocarburos pesados se licuaran. Los líquidos formados, pueden ser separados después por una serie de torres fraccionadoras en, etano, propano, butano y gasolina natural. Antes de 1965, las plantas de refrigeración refrigeraci ón por absorción, fueron usadas para recuperar el etano y los componentes pesados del gas. Las plantas más eficientes de absorción recuperaban cerca del 40% de etano y 95% de propano e hidrocarburos pesados del gas. Una comparación de recuperación de hidrocarburos del gas en plantas de absorción y criogénicas se muestran en la tabla. Puedes observar de la tabla, que la principal diferencia entre los dos tipos de plantas, es la recuperación de etano. La planta criogénica recupera de 2-3 veces más que una planta de absorción.


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El etano puede ser usado como alimentación de materia prima a plantas petroquímicas para hacer glicoles y plásticos; o puede ser vendido como combustible gas con metano. En algunos casos el etano incrementa el valor del gas porque el etano rinde 75% más que el metano, en cuanto a calor, cuando este se quema. Usualmente, el etano es usado mas como alimentación de materia prima en petroquímicas que como combustible gas, así que es deseable económicamente separarlo del metano. Las plantas criogénicas tienen menos equipos de proceso –sin absorbedores , pero tienen más equipo mecánico- turbinas de gas y compresores- más que una planta absorción de aceite pobre. El proceso criogénico es el modo más económico refiriéndose a recuperación de un gran porcentaje de etano e hidrocarburos pesados de la alimentación de gas. Las plantas de refrigeración por absorción, pudieran ser más económicas para la recuperación de propano e hidrocarburos pesados de la alimentación de gas cuando no se desea recuperar etano.


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DESCRIPCION DEL El proceso simplificado, a través de una planta criogénica se muestra en la figura de la siguiente pagina. El gas de entrada. Fluye a través de un deshidratador donde casi el 100% de humedad es retirada del gas para evitar congelamientos a medida que el gas se enfría. El gas sale del deshidratador y se divide en dos corrientes. Cerca de la tercera parte del gas entrante, fluye hacia el calentador de producto, al rehervidor de fondo y del rehervidor lateral en la demetanizadora (DeC 1). El resto del gas de entrada fluye y pasa a través del intercambiador Gas-Gas, donde es enfriado con el gas proveniente de la demetanizadora. Cuando se enfría el gas, algo de los hidrocarburos condensan. El gas de entrada del rehervidor de la demetanizadora, se une a la proveniente del intercambiador Gas-Gas, y la corriente combinada entra al separador de expansión, donde el líquido condensado cae al fondo y fluye a la demetanizadora. La temperatura en este punto es de -45 a -50°C (-50°F a -60°F). El gas del separador pasa a través de la turbina, donde su temperatura es reducida aproximadamente hasta 90°C (-130°F). Una condensación adicional de hidrocarburo ocurre cuando la temperatura del gas es reducida en la turbina. La corriente combinada de gas-liquido de la turbina entra en la parte superior de la demetanizadora, el cual es básicamente un separador. La fracción de liquido gotea hacia el fondo y fluye hacia abajo de la


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PROCESO

demetanizadora, donde el metano es evaporado del liquido. El gas frio fluye por la parte superior de la demetanizadora y pasa a través del intercambiador Gas-Gas, donde enfría la entrada de la corriente de gas. Después el gas fluye a través del compresor que es manejado por la turbina. El gas que deja la Turbina-Compresor entra al compresor de gas residual en donde su presión es aumentada hacia la tubería de salida del gas. El producto del fondo de la demetanizadora es una mezcla de metano, propano, butano y gasolina natural. Siendo bombeado hacia un calentador y posteriormente hacia las líneas de salida o a un sistema fraccionador para separar cada uno de los componentes. El proceso descrito podría ser aplicable a plantas en donde la recuperación de etano e hidrocarburos pesados es menos del 10% del total de gas entrante. Cuando la recuperación de etano e hidrocarburos pesados es mayor del 10% la adición de refrigerante es necesaria para enfriar el gas hasta la temperatura deseada, con el fin de recuperar 70-90% de etano e hidrocarburos pesados del gas. El proceso es similar al que se discutió previamente. La diferencia principal es que el gas entrante es enfriado previamente al entrar a la turbina en dos intercambiadores GasGas y un enfriador que usa propano como refrigerante. Las válvulas de control mostradas en los diagramas de flujo, tienen las letras FO o FC entre ellas. Estas son abreviaciones de falla abierta o falla ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!


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cerrada las cuales son posiciones que las válvulas toman ante la .

pérdida

de

presión

de

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aire

DISEÑO ORTLOFF

Otro proceso, fue desarrollado por la corporación Ortloff, Midland, Texas. La diferencia principal es en su diseño, es que en lugar de que todo el gas del separador por expansión, fluya hacia la turbina, cerca del 25% fluye a través de un recirculador de condensados y el resto entra a la turbina. La porción que entra al recirculador de condensados, es enfriado cerca de -90°C(130°F) con gas frio de la parte superior de la demetanizadora, la presión de gas en el reflujo de El efecto neto del diseño Ortloff es incrementar la recuperación de etano

condensados es aproximadamente la presión del gas de entrada. A esta presión la corriente del gas de entrada condensa completamente. Cuando la presión de esta corriente liquida es reducida a la presión de la demetanizadora en la válvula de control de flujo, algo de liquido se vaporiza, lo que resulta que enfría la porción liquida cerca de los -105°C (-160°F). Este líquido frio sirve como reflujo en el demetanizadora. Entra por la parte superior de la torre. en un 10-25% a un costo relativamente bajo de la planta. La desventaja es que la energía ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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adicional de compresión (y combustible) se requieren para compensar la pérdida de energía en el compresor que


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ocurre cuando 1/4 de la entrada al separadora por expansión es desviado a la turbina. El diseño Ortloff se puede usar también en sistemas de refrigeración. El flujo hacia el chiller (enfriador) es similar a este diagrama.

.

A. Equip o d esh id rat ado r d e gas .

El gas que entra en una planta criogénica contiene vapor de agua así como el aire tiene humedad. Casi todo el vapor de agua debe ser retirado del gas previamente a que su temperatura sea reducida en la planta criogénica. La humedad es

retirada en un sistema desecador por absorción. El sistema tiene dos o más torres similares a las mostradas debajo. Las torres contienen material que retira el vapor de agua del gas. Los materiales podrían ser tamices moleculares, o una combinación de ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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alú ina y ta mices moleculares. En ambos casos, el gas fl ye a tra vés de l torre hasta que e ta no reti ara más vapor de agua del gas. El ual pas hasta ntonces a una t rre regeneradora seca, y la torre que habí a estado etirando apor de a gua

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es puesta en servici o de rege eración para sec r este. a opera ión del sistema de secad o por a sorción desecant es desc rito en el manual titulado; Proceso e Deshidratación molecular por tamic s.

. Turbin -Compresor. La turbina- compreso r es un dispositivo p ra enfria r el gas de entr da y r compri ir el gas de sali a. La tur ina es una simple de gas. Su construcción s lo contr ario a u compres r centrífu go. El gas de alta presión entra a lo que s ría nor almente la d scarga del compresor, y fluye al revés en la turbina y sale en lo que normalm nte seri la succ ión del c mpresor. La tem eratura presión del gas de sali a son me nores qu a la entr ada

de la tur ina. La t emperatur a en la turbina p dría llega r a ser h sta de -115°C (- 75°F) así que deb de ser fabricada de metale s que resi stan las bajas tem peraturas. El compr sor es de tipo conv ncional centrífugo que se e ncuentra ontada en la mis ma flecha de la tur ina. La energía r equerida por el co presor es la mi ma que da la t rbina a medida q e el gas pasa a tr vés de ella.

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C. Intercambiador es de calor.

En una planta criogénica el gas es enfriado a temperaturas tan bajas como -115°C (-175°F). Los intercambiadores de calor son usados para recuperar de la corriente de gas de residuo de baja temperatura y transferirlo a la corriente del gas entrante. Cerca del 85 al 95% del enfriamiento de la corriente de gas entrante ocurre en los intercambiadores de calor. Deben operar con una alta eficiencia esto con el fin de enfriar el gas hasta su más baja temperatura y recuperar líquidos. Algunos intercambiadores de calor operan a temperaturas

extremadamente bajas, lo cual requiere en su construcción el uso de metales especiales como aluminio o acero inoxidable. Los intercambiadores pueden ser convencionales como: tubo y coraza, placa-aletas de aluminio o una combinación de los dos. El tipo placa-aletas tiene más eficiencia que el de tipo tubo y coraza. Los placa-aletas son los menos costosos en servicios de temperaturas debajo de -50°C(-60°F). La desventaja es que estos actúan como filtros ´ para retirar partículas solidas de la corriente de materia que pasa a través de ellos porque los espacios en ellos son muy pequeños.

Antes de que un intercambiador sea puesto en servicio, la tubería y equipo debe ser limpiada a todo lo largo de partículas

solidas, se deben instalar filtros en la corriente de entrada de la planta para retirar el absorbente y otro material solido del gas.


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D. Demetanizadora

La demetanizadora es un tipo de torre fraccionadora usada para retirar el metano del los hidrocarburos líquidos que condensan a medida que el gas se enfría. La parte superior de la torre es usualmente más larga en cuanto a diámetro, que la parte inferior. Es un separador que divide la corriente de entrada gas/liquido de la turbina. El líquido cae al fondo y fluye en una porción fraccionada dentro del recipiente y el gas fluye saliendo por la parte superior. La parte fraccionada de la torre generalmente contiene cerca de 30 platos con capuchas de burbujeo o válvulas. El líquido fluye a través de cada plato y se derrama sobre el plato siguiente. El vapor de gas fluye desde el fondo de la torre

ascendiendo y burbujeando a través del líquido en cada plato. Los vapores del gas caliente ebullen al metano del líquido en cada plato. Los productos de la torre son metano gas en la parte superior y liquido desmetanizado como producto en el fondo. Un rehervidor y un calentador lateral proveen el calor necesario para ebullir al metano del líquido, fluyendo a través de cada plato en la torre. Algunas desmetanizadoras tienen varias secciones empacadas en lugar de platos. El empaque tiene la misma función de servicio que los platos –Mezclar el gas que asciende con el liquido que desciende, ebullir y retirar el metano del liquido.


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Los anillos de aluminio podrían también ser usados para empacar. Un distribuidor de liquido debe de ser utilizado en la parte superior de cada sección empacada tener una distribución uniforme de liquido a través del la empaquetadura. E. Sistema de refrig eración.


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una alta concentración de etano e hidrocarburos pesados en la corriente de entrada. Propano usualmente se utiliza como refrigerante en el sistema. El sistema incluye un enfriador (chiller), compresor, condensador y un economizador para minimizar la energía requerida para manejar el compresor.

El sistema de refrigeración es utilizado en plantas donde se tiene

El sistema de refrigeración se encuentra descrito en más detalle en el manual titulado REFRIGERACION MECANICA.

Un diagrama de flujo de un sistema de refrigeración se muestra debajo.


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F. Tuberías y recipi entes.

El equipo utilizado en servicios de bajas temperaturas debe estar hecho de metales especiales los cuales soportaran las bajas temperaturas a las que será expuesto el metal. Si el acero fue utilizado para un servicio de bajas temperaturas este se volverá frágil y se romperá como cristal.

El acero mantiene su dureza a temperaturas debajo de -29°C (20°F), y puede ser tratado especialmente con calor para hacerlo resistente a temperaturas de -46°C (-50°F). A temperaturas bajas, se debe alear níquel al acero esto con el fin de evitar que se vuelva quebradizo. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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El níquel es el ingrediente principal del acero inoxidable. Un alto contenido de níquel se requiere a bajas temperaturas. El aluminio también puede ser utilizado a bajas temperaturas. Recipientes y tuberías deben de estar hechos del metal apropiado para soportar las temperaturas a las cuales serán expuestos. Esto es de interés particular cuando se hacen modificaciones a una instalación


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existente. Cuando una tubería nueva es instalada esta debe de ser del material apropiado para resistir las temperaturas a las cuales será expuesta y debe también ser compatible con metales a los que serán unidos, particularmente si la nueva tubería es soldada a una existente. La siguiente tabla indica los metales aceptables para servicios de baja temperatura.

Problema 1. Relaciona cada elemento en la columna derecha con el elemento correcto en la columna de la izquierda. __1. Deshidratación de gas enfriado __ 2. Cambiadores de calor __3. Turbina-compresor __ 4. Demetanizadora __ 5. Sistema de refrigeración. salida al gas entrante __ 6.- Tuberías contenido

a. Retirar C 1 que se licua cuando el gas es b. Retirar humedad del gas. c. Usar acero con níquel debajo de -50°C d. Enfriamiento y compresión de gas. e. Transferencia de refrigeración del gas de f. enfriar el gas de entrada con alto C 2 +


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III. PRINCIPIOS DE LOS PROCESOS CRIOGENICOS. A. Secc io nes func io nal es una planta criog énica

de

Una planta criogénica tiene cuatro secciones funcionales: 1. Deshidratación para retirar el vapor de agua 2. Enfriamiento y expansión para licuar parte del metano. 3. Demetanización para retirar el metano que se licua. 4. Compresión para elevar la presión de gas a las tuberías de salida principal. Si el gas de entrada contiene sulfuro de hidrogeno o más del 2% de dióxido de carbono, una quinta sección será necesaria para tratar el gas o el producto liquido con el fin de retirar las impurezas. La unidad deshidratadora retira el vapor de agua del gas de entrada así que no se congelara cuando el gas se enfrié.Los compresores que son utilizados para levar la presión del gas de salida hasta la de salida principal de gas son centrífugos convencionales o del tipo pistón, compresores reciprocantes. Los compresores son manejados por turbinas de gas o por motores de gas. La operación de estos equipos se cubre en el manual titulado

COMPRESORES CENTRIFUGOS Y COMPRESORES TIPO PISTON. La sección de enfriamiento es el corazón de una planta criogénica. El gas puede ser enfriado en cuatro formas: 1. Por intercambio de calor con gas frio. 2. Por refrigeración. 3. Por la reducción de presión. 4. Por retiro de energía del gas en una turbina. El sistema de refrigeración que usa propano como refrigerante puede ser utilizado para enfriar el gas a -40°C (-40°F). A temperaturas debajo de esta, etano o etileno es usado para refrigerar y el sistema es muy costoso. Otro sentido de bajar la temperatura al gas es simplemente reducir su presión a través de una válvula de reducción de presión. La temperatura caerá aproximadamente 1°C por cada 125 kPa (1°F por cada 10 psi de caída de presión). La reducción de presión requiere recompresión así que su costo es alto.


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B. Efecto de la temperatura y presión en recuperación de hidrocarburos.

El gas natural producido de los pozos petroleros es una mezcla de muchos hidrocarburos. La mayoría de los hidrocarburos tienen gran valor como componentes naturales que como combustible gas. La tabla debajo muestra una composición típica de gas y su uso comercial que los hacen mucho más rentables. Puedes ver de la tabla que todos los hidrocarburos excepto el metano pueden ser elevados en valor si pueden ser retirados del gas. Etano e hidrocarburos pesados cambiaran de gas a líquido si la temperatura es bajada. La corriente entera se licuara a presión de 2410 kPa (350psi) y a una temperatura de -100°C (-150°F). Cuando el gas es enfriado para licuar algunos hidrocarburos contenidos en este, algo de metano también se licua. Esto es indeseable, porque el único metano valioso es el que se encuentra en estado de vapor y que sirve de combustible. Consecuentemente cualquier metano que condense debe ser retirado de los otros hidrocarburos. Seguidamente el costo de retirar el


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metano será menor si la cantidad de metano a retirar es poca. Así, un criterio en diseño y operación de una planta criogénica es que licuar tanto etano e hidrocarburos pesados como sea posible, y minimizar la cantidad de metano que también condensara. La cantidad de metano que condensa acompañado a medida que el gas es enfriado depende directamente de la presión y la temperatura a la cual opera el sistema. Las graficas en las siguientes paginas indican la cantidad de metano y etano que condensara a varias temperaturas y presiones del gas teniendo la composición mostrada debajo. Decimos que queremos operar la planta para recuperar la máxima cantidad de etano y la mínima cantidad de metano. Mire el ejemplo 1 en la pagina 13. Este muestra las temperaturas y presiones de operación que dan como resultado 80% de condensación de etano del gas. Notaras que menos metano condensara a menor presión que a mayores presiones. La desventaja de operar a una baja presión es que el gas de debe de re comprimir otra vez para dar salida al gas, el cual usualmente esta alrededor de 5500kPa (800psi).


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Observa el ejemplo 3 en la siguiente página. Suponiendo que la capacidad de la demetanización es 20% del metano de la corriente de gas. Con la finalidad de incrementar la recuperación de etano, y no condensar más de 20% de metano, será necesario operar la sección de enfriamiento a una presión y temperatura baja. La recuperación de etano puede variar desde 42% a 92% variando la presión en la sección de enfriamiento de 5520 a 138º kPa (800 a 200 psi). Como ya dijimos operar a una baja presión requiere más compresión para elevar la presión del gas a la tubería de salida. En algún punto el valor del etano incrementado que condensa a baja presión, es igual al incremento del costo de comprimir el gas a la presión de la línea. Las curvas de condensación nos indican la cantidad de propano y


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de hidrocarburos pesados que condensan del gas cuando este se enfría. En una planta criogénica, 9098% del propano licuan, y 100% de butano y gasolina licua cuando al menos 60% del etano condensa. El punto de esto es, que cambiar presiones y temperaturas de operación para recuperar más o menos etano tendrá pequeño efecto en el volumen de propano e hidrocarburos pesados que condensan porque casi 100% de estos condensaran a pesar del C 2 recuperado.



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Unidades SI 1

2

3

Cuando el gas es refrigerado a temperatura de: A la presión de: % C1 que condensa % C2 que condensa Volumen de C1 que condensa de un volumen de 100 veces gas Volumen de C2 que condensa de un volumen de 100 veces gas Cuando el gas es refrigerado a una temperatura de: A la presión de % de C1 que condensa % de C2 que condensa Volumen de C1 que condensa de un volumen de 100 veces gas Volumen de C2 que condensa de un volumen de 100 veces gas Cuando el gas es refrigerado a la temperatura de: A una presión de:

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Unidades inglesas.

‐100°C

‐88°C

‐66.5°C

‐148°F

‐126°F

‐88°F

1380kPa 12% 80%

2760kPa 24% 80%

5520kPa 50% 80%

200psi 400psi 12% 24% 80% 80%

10.6

21.2

44

10.6

21.1

44

5.6 ‐90°C

5.6 99°C

5.6 ‐107°C

5.6 ‐130°F

5.6 ‐146°F

5.6 ‐161°F

1380kPa 5% 53% 4.5

1380kPa 10% 78% 8.9

1380kPa 20% 92% 17.8

200psi 200psi 5% 10% 54% 78% 4.5 8.9

200psi 20% 92% 17.8

3.7

5.5

6.4

3.8

5.5

6.4

‐107°C

‐86°C

‐60°C

‐160°F

124°F

‐75°F

1380kPa

2760kPa

5520kPa

20 psi

400psi

800psi

20%

20%

20%

20%

20%

20%

92%

75%

42%

92%

75%

42%

17.8

17.8

17.8

17.8

17.8

17.8

6.4

5.3

2.9

6.4

5.3

2.9

800psi 50% 80%

% de C1 que condensa % de C1 que condensa Volumen de C1 que condensa de un volumen de 100 veces gas Volumen de C1 que condensa de un volumen de 100 veces gas

Metano el cual condensa con los otros hidrocarburos es retirado de la mezcla en la demetanizadora. La cantidad de metano que puede ser removida en la demetanizadora dependerá directamente del diámetro de la torre y del número de platos que esta tenga. En cualquier caso la demetanizadora tiene una cantidad

máxima de metano que podrá retirar de la alimentación. Desde que la cantidad de metano que puede ser retirada es fijada por la dimensión de la demetanizadora, el único modo de aumentar la recuperación de etano sin recuperar metano es operar la sección de refrigeración a baja temperatura y presión.


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Problema 2 La presión de operación en la demetanizadora de una planta criogénica es 13800 kPa (200 psi) si la condensación de C 2 en la turbina es 90%, la condensación de C1 será __________%; la temperatura de salida de la turbina será ____°. C. Calor latente de vapori zación.

Hasta este punto, hemos indicado que todo lo que es necesario hacer para licuar hidrocarburos es una simple reducción de la temperatura. Esto es parcialmente cierto; para que cualquier gas cambie a líquido, su calor latente de vaporización o simplemente calor latente, debe ser retirado del gas. El calor latente de los hidrocarburos a temperaturas criogénicas es cercano a 465 Kj/Kg (200 Btu/lb). Este calor debe de ser retirado por cada kg (lb) de gas antes de que este cambie a líquido. Para poder enfriar el gas 1°, debemos retirar cerca de 2.72 kJ/kg (0.65Btu/lb) de calor. El calor retirado del gas enfriado es llamado supercalor. Una vez que el gas es enfriado a la temperatura con la cual condensara, el calor latente debe después ser retirado con el fin de cambiar el gas a líquido. La magnitud del calor latente es ilustrada con el siguiente ejemplo. Arriba, podrás ver que el porcentaje de calor latente (16%) es casi lo mismo que el porcentaje de gas que condensa (15%). En las plantas criogénicas el gas es enfriado hasta su temperatura de condensación. La cantidad de líquido que se forma depende de la cantidad de calor

latente que es retirado. Si el calor total retirado en el ejemplo de arriba es 99% de lo mostrado, el líquido que condensara será de 1% menos o 14% en lugar de 15% lo cual es 7% de reducción en la producción de líquido. El calor es retirado de la entrada de gas en un intercambiador de calor, la turbina y un enfriador (chiller) si este se encuentra instalado. Para hacer máximo el producto líquido, las unidades de remoción de calor deben operar para retirar todo el calor que sean capaces de sacar. Uno de los defectos de las plantas criogénicas es que no hay capacidad de diseño para retirar exceso de calor. En otras palabras, si un intercambiador de calor falla en el rendimiento que debería otros intercambiadores o turbinas están inhabilitadas para compensar la pérdida en la eficiencia del intercambio. El resultado neto es una reducción de producto líquido. No se construyen equipos auxiliares de remoción de calor en la planta porque esto requeriría unidades refrigeradoras capaces de refrigerar el gas a una temperatura cerca de 100°C (-150°F). El costo de esta unidad haría toda la planta criogénica poco económica.


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Temperatura del gas entrante.

Total de temperatura cambiada Peso de gas (súper‐calor) Calor latente de vaporización Peso de liquido (15% de gas) Calor latente a retirar Total de calor a retirar % de calor que es latente


Unidades SI 2.72 kJ/kg 35°C ‐101°C 35 + 101 =136°C

Unidades inglesas 0.65 Btu/lb 95°F ‐150°F 95 + 105 =245°F

1 kg 1 x 2.72 x 136 370 kJ 465 kJ/kg 0.15 kg 0.15 x 465 =440 kJ 70 + 370 =440 kJ (70/440) x 100 =16%

1 lb 1 x 0.65 x 245 159 Btu 200 Btu/lb 0.15 lb 0.15 x 200 = 30 Btu 30 + 159 =189 Btu (30/189) x 100 = 16%

En la sección previa, hablamos que el efecto neto de refrigerar en la planta es retirar calor latente para condensar producto líquido. La turbina es capaz de retirar suficiente calor latente para recuperar cerca del 10% de la corriente de gas. A. Teor ía de ex pan si ón de g as. Gas sobre la temperatura absoluta y una presión sobre el cero absoluto contiene energía interna. No podemos ver la energía, pero sabemos que existe porque esta producirá trabajo. La energía se encuentra contenida en un gas en forma de calor, presión o velocidad.

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Una de las leyes básicas de la ciencia es que la energía contenida en un fluido no puede ser creada o destruida. Así, si energía es agregada o retirada de un fluido como el gas, debe de haber un cambio en el contenido de calor (temperatura), presión o velocidad. La curva debajo y la que se encuentra en la siguiente página indican la energía interna en gases naturales comunes a varias temperaturas y presiones. La energía por velocidad no se muestra en las curvas porque la velocidad de entrada del gas y la de salida que deja el compresor o la turbina es casi la misma.


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Gas es enfriado en una planta criogénica hasta una temperatura de 40°C (-40°F), en unos intercambiadores gas-gas. Su presión es 5500 kPa (800psi). Estas


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condiciones de presión y temperatura son el punto A sobre las curvas. Si la presión del gas es disminuida con estrangulación o una válvula de reducción hasta una presión de 1400 ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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kPa (200psi), la temperatura del gas caerá a -72°C (-100°F). Esto se representa con el punto C sobre las curvas. Notaras que la energía interna del gas no cambia cuando su presión es disminuida. La razón de esto es que no hay calor entrando o saliendo a la válvula de reducción de presión, y no se está realizando trabajo para girar una turbina o algún otro dispositivo, así que la energía interna del gas tiene que mantenerse. La caída de temperatura ocurre cuando la presión es reducida esto es conocido como el efecto JouleThompson. (J-T) Suponga que el gas en el punto A pasa a través de una turbina, la cual está conectada a un compresor así que la energía puede ser retirada del gas fluyendo a través de la turbina y .

usándola para mover el compresor. En este caso la energía entregada por el gas es indicada por la línea punteada A-B. Esta es una línea de compresión y expansión. Esta representa la máxima cantidad de energía que puede ser retirada del gas cuando su presión es reducida desde el punto A al punto B. La misma cantidad de energía es requerida para comprimir el gas del punto B al punto A. La temperatura del gas en el punto B es -108°C (163°F) que es 36°C (63°F) más bajo que el punto C. Decimos que la energía requerida para comprimir gas desde el punto B al A fue la misma que la retirada en la turbina cuando su presión fue reducida desde el punto A al B. esto es teóricamente correcto

En la práctica, los compresores y las turbinas se encuentran en un 80% de eficiencia, así que cuando la presión cae desde el punto A al punto B en la turbina, el compresor acoplado a esa

turbina proporcionara solo una porción de energía requerida es requerida para elevar la presión del gas del punto B al punto A.

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La tabla de la página 18 resume los efectos en la temperatura del gas con la reducción de presión y la energía removible por una turbina. Observe la energía interna contenida en el gas en los puntos A y C. esta es 800 kW por millón m 3/d (29.5 hp por MMcf/d) menos en el punto B que en el punto C. Cuando esta cantidad de energía es retirada del gas a la presión y temperatura en el punto C, el gas se enfriara a la temperatura del punto B. El gas se enfriara su temperatura desde el punto A hasta el punto C, simplemente mediante la reducción de su presión. Se enfriara a la temperatura del punto B bajando su presión y retirando energía. La diferencia en la temperatura entre los dos puntos B y C es el efecto neto de refrigeración por remover energía del gas en la turbina. Si el gas fluye a través de una turbina que no esté conectada a nada, su temperatura será la del punto C. de cualquier forma si la turbina está conectada a un compresor, y la máxima energía es retirada del gas para mover el compresor, la temperatura de salida del gas de la turbina será la mostrada en el punto B. Si el compresor


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acoplado a la turbina no está completamente cargado, la temperatura del gas que deja la turbina caerá entre los puntos B y C. Así, para obtener la más baja temperatura de salida del gas de la turbina, el compresor debe estar completamente cargado. Las graficas de las páginas anteriores indican la temperatura teórica de salida del gas de una turbina a una presión conocida, cuando la presión y temperatura del gas de entrada a la turbina también son conocidas. En la practica la temperatura de salida de la turbina no será tan fría como las mostradas en las graficas porque la corriente que deja la turbina es una mezcla de gas y liquido, y el calor de vaporización dada por la porción de gas que condensa en la turbina resultara en la elevación de la temperatura total del la corriente. Si no ocurre condensación, la temperatura de salida de la turbina será cercana a la temperatura mostrada en las graficas. De cualquier forma, cada porcentaje de gas que se licua en la turbina incrementara la temperatura del gas cerca de 1.7°C (3°F)

EJEMPLO. 10% del gas condensa cuando su presión es reducida desde el punto A al punto B sobre las graficas de las páginas 16 y 17. Determinar la temperatura del gas de salida de la turbina. Temp. De gas de salida del a turbina (punto B). -108°C -163°F Porcentaje de gas que condensa. 10% 10% Elevación de temp. Debido a la condensación. 1.7x10=17°C 3x10=30°F Temp. De salida del gas y liquido de la turbina -108+17=-91° -163+30=-133°F


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Problema 3. a. Para condensar hidrocarburos de una corriente de gas por enfriamiento, dos formas de calor deben de ser retiradas. Estas son:___________ y ________________. b. Gas que entra a una turbina a -50°C y 6300 kPa (-60°F) y 900psi). Su presión de salida es 200 kPa (315psi). Si el compresor esta 100% cargado, la temperatura teórica del gas que abandona la turbina es _______ °. Si 8% del gas condensa, la temperatura de salida del gas es: _____________ °. c. Si el gas fluye a través de un compresor, la temperatura que sale de la turbina es: __________ °. d. La energía de la turbina es_________. E.- Balanc e de materia.

La corriente de materia que entra a una planta criogénica es gas. Las corrientes de salida son gases y liquidas. El efecto neto de la planta es condensar algo de gas. Como aprendimos recientemente, el calor de vaporización debe de ser retirado del gas para poder condensarlo. El punto en el cual el calor es retirado del sistema es la turbina. La energía en forma de calor retirada del gas a medida que su presión en reducida y

G. Demetanizadora.

El liquido que condensa cuando la entrada de gas en enfriada es una

la energía es retirada para mover el compresor es el mismo calor que es retirado para condensar a líquido el producto. En este hecho, la cantidad de condensación está limitada por la cantidad de enfriamiento que la turbina es capaz de producir. En la mayoría de las plantas, la turbina es capaz de retirar suficiente calor para condensar cerca de 10% del gas de entrada. Si el gas tiene más del 10% de etano e hidrocarburos pesados, refrigeración debe de ser suministrada para condensar producto adicional.

mezcla butano metano todos

de metano, etano, propano, y gasolina. El volumen de en el líquido es mayor que los demás hidrocarburos ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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combinados. El metano debe de ser retirado de los demás hidrocarburos para que estos tengan un valor comercial. La demetanizadora (DeC 1) es una torre fraccionadora en donde el metano es vaporizado de la mezcla de hidrocarburos líquidos. Metano gas es el producto de la parte superior, y los otros hidrocarburos líquidos son el producto de fondo. Su diferencia de la mayoría de las torres fraccionadoras es que esta tiene dos o más corrientes de entrada en lugar de una simple alimentación que es

común en la mayoría de las torres fraccionadoras.

La alimentación principal viene del separador de expansión. Un sistema de control de nivel en el separador

regula el flujo de líquido. Este entra a la cerca de la mitad de la torre. La porción liquida entra a la torre y fluye

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En adición, el calor para vaporizar el metano de la alimentación es proporcionado en re-hervidores en el fondo y también a un lado de la torre donde una fraccionadora común, solo tiene solo un re-hervidor en el fondo. Una demetanizadora típica (DeC 1) se muestra debajo. Solo 10 platos son mostrados en el dibujo, a pesar de ello una torre usualmente tiene cerca de 35 platos o empaquetadura. El diagrama de flujo es como sigue:


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a través de la sección empacada o de los platos en la torre. El gas que sube en cada plato vaporiza el metano del líquido, así que cuando el líquido alcanza el fondo de la torre, la mayor parte de metano ha sido evaporada. El calor para evaporar el metano del líquido que va cayendo, viene del fondo por el rehervidor y por un rehervidor lateral. El líquido entrante al rehervidor lateral es retirado cerca 1/3 hacia la parte superior de la torre. Este pasa a través del rehervidor, donde toma calor del gas de entrada que pasa por el lado tubos del rehervidor. Algo del líquido se vaporiza cuando este se calienta. La corriente que sale del rehervidor retorna a la torre por la parte inferior del plato de donde fue retirado. El líquido del plato de fondo fluye hacia el rehervidor en el fondo, donde es calentado por gas de entrada, lo cual resulta en algo de vaporización. El gas que se forma fluye hacia la parte superior de la torre, y el líquido que continúa es el producto de fondo el cual es enfriado. Este es bombeado a través de un calentador para recuperar la refrigeración en la corriente. Desde el calentador este fluye a una tubería o una torre fraccionadora para separarlo en etano, propano, butano y gasolina. El flujo de producto es regulado con un sistema de control de nivel. La fracción vapor de la corriente del separador por expansión que entra a la DeC1 fluye hacia arriba. Esta burbujea a través del empaque o liquido en cada plato. La mayoría del C2 e hidrocarburos pesados en el gas son condensados por el líquido en los platos, así que el gas que deja el plato de la cima es mayoritariamente metano. Este fluye hacia la sección


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de separación en la parte superior de la torre. La corriente de salida de la turbina también entra al separador. Esta es una mezcla de líquido y de gas. El gas se combina con gas proveniente del plato superior y sale de la torre en la parte superior y pasa a través de un intercambiador gasgas, de compresores y deja la planta. El liquido contenido en la corriente del la turbina cae al fondo del separador y fluye hacia el plato superior de la torre. Este sirve como reflujo a la torre. 1. Sistema de control de temperatura de fondo de la demetanizadora. El metano es vaporizado del líquido que entra a la DeC 1 por adición de calor a la torre en los rehervidores lateral y de fondo. La cantidad de calor transferido en los rehervidores es controlado regulando el flujo del fluido calentador (gas de entrada) que pasa a través del rehervidor. Diferentes diseñadores de plantas usan varios métodos para controlar el flujo del gas calefactor. El dibujo de la página 21 muestra un controlador de temperatura en el fondo de la demetanizadora que regula el flujo de gas que pasa a través del rehervidor de la demetanizadora. Si la temperatura en la demetanizadora cae, el control de temperatura mandara la señal de abierta a la válvula dejando pasar más gas a los rehervidores y viceversa. El control de temperatura es establecido por el operador de planta hasta el punto que resulte en el producto de fondo una mínima cantidad de metano en el etano de producto. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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Es importante reconocer no es particularmente el gas no es un buen medio de calentamiento, y varios minutos serán necesarios para notar cualquier cambio en la temperatura después de que el flujo de gas que pasa a través de los rehervidores cambie. El sistema de control de la temperatura de fondo de la demetanizadora desvía una porción del gas de entrada al calentador del fondo de la demetanizadora y a los rehervidores. El resto de la corriente del gas de entrada pasa a través de un intercambiador gas-gas. La caída de presión a través del intercambiador de calor es usualmente 35-70 kPa (5-10 psi).En otras palabras la presión de salida es menos que la presión de entrada. La porción del gas de entrada que pasa a los intercambiadores de la demetanizadora pasa por varios intercambiadores de cualquier forma el resto del gas de entrada pasara a través de solo un intercambiador gasgas. El resultado neto es que la caída de presión del gas que fluye a través de los intercambiadores de la demetanizadora es considerablemente más que lo que flujo a través de los intercambiadores gas-gas. Consecuentemente debe de haber alguna restricción en la línea a los cambiadores gas-gas esto para forzar al gas a fluir a los cambiadores de la demetanizadora. Esta restricción es frecuentemente una válvula de mariposa en la línea de gas a los cambiadores gas-gas, la cual cerrara lo suficiente para forzar al gas a fluir a través de los cambiadores de la demetanizadora. Si la válvula de mariposa se mueve más hacia la posición de abierta, el


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gas entrante se moverá hacia los cambiadores gas-gas, y podría no haber suficiente volumen fluyendo a la demetanizadora para proporcionar el calor para la torre. Cuando esto ocurre la temperatura del fondo de la demetanizadora caerá o descenderá. La válvula de control de temperatura abrirá completamente. La caída de presión a través de la válvula de mariposa es usualmente 70-140 kPa (10-20 psi).Esta es la presión requerida para forzar algo del gas de entrada a fluir a los cambiadores de la demetanizadora. La caída de presión debe de estar formada con el gas de residuo de los compresores, el cual requiere combustible adicional para manejar el compresor. Para mantener el costo de re compresión al mínimo, la mariposa debe de cerrarse solo lo suficiente para forzar al gas a fluir a través de los rehervidores de la demetanizadora. Si se cierra demasiado, resultara una caída alta de presión, lo que incrementara la energía (y combustible) requeridos por el compresor para compensar las pérdidas de presión a través de la válvula. El procedimiento para posicionar la válvula de mariposa en la línea principal de gas es abrir completamente la válvula y después cerrarla lentamente hasta la válvula de control de temperatura sea 50% de abertura al flujo normal de la planta. Sera necesario cambiar la posición de la válvula de mariposa a flujos altos o bajos de gas. En algunas plantas el control de temperatura de fondo de la demetanizadora, regula dos válvulas como las mostradas en el dibujo de la pagina 4. Si la temperatura del ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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fondo cae, el controlador abre las válvulas de control en la línea de gas a los rehervidores, y cierra la válvula de control en la línea de gas al cambiador gas-gas. Los rehervidores y el calentador de producto podrían tener líneas de bypass en la línea de calentamiento de gas para manualmente derivar (bypass) algo de gas de tal modo que reduce la cantidad de calor transferido en los intercambiadores. Estas válvulas te permiten cambiar el calor adicionado a la torre desde el rehervidor de fondo al rehervidor lateral o viceversa. En general el rehervidor de fondo es el punto preferido de adicionar calor y el rehervidor lateral es el punto de ajuste. En otras palabras, mantener el máximo flujo de gas a través del rehervidor de fondo y ajustar el calor de entrada en el rehervidor lateral por puentear (bypass) algo de gas alrededor de este. Como previamente mencionamos, una porción del gas entrante es usada como medio de calentamiento en la demetanizadora. Durante las condiciones climáticas frías, la temperatura de gas podría no ser lo suficientemente alta para proporcionar el calor necesario para evaporar el metano del producto en el fondo. En estas ocasiones calor se agrega a la entrada del gas en calentador de ajuste. En este intercambiador, el gas es calentado con vapor, aceite caliente o gas caliente. Un sistema de control de temperatura regula el flujo de calor para calentar el gas de entrada lo suficiente con el fin de proporcionar suficiente calor a la demetanizadora.


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La razón de usar gas de entrada como recurso de calentamiento para la demetanizadora es para recuperar la refrigeración en las corrientes frías en la demetanizadora. Consecuentemente el calor transferido en el calentador de ajuste debería ser mantenido hasta el mínimo. Un exceso de calor transferido de 465 KJ resultara en la pérdida de 1kg de producto líquido. (Un exceso de calor transferido de 200 Btu resultara en la pérdida de 1lb de producto líquido). RESUMEN DE LOS PRINCIPIOS DEL PROCESO CRIOGENICO 1. Para condensar parte de la corriente de gas, esta debe ser enfriada hasta su temperatura de condensación, y después su calor latente debe ser retirado. 2. Un compresor enfría gas, bajando su presión y retirando energía del gas. La energía retirada del gas es usada para mover el compresor acoplado a la turbina. El enfriamiento máximo en la turbina ocurrirá a la máxima reducción de presión (presión mínima del gas de salida) y cuando el compresor acoplado a la turbina está completamente cargado. 3. La energía calorífica retirada del gas en una turbina y/o en un sistema de refrigeración es aproximadamente igual a la energía latente calorífica retirada del producto líquido fura de la demetanizadora. Para obtener más producto liquido. Mas energía de ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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calentamiento debe de ser intercambiador de refrigeración retirada en la turbina y/o e bus (chiller). sistema de refrigeración. 5. Más de la mitad del total de 4. Cerca del 85% de la líquido que condensa cuando refrigeración de gas ocurre en el gas es refrigerado, es un intercambiador de calor metano, el cual es retirado de gas-gas y en los rehervidores otros hidrocarburos en la de la demetanizadora. El resto demetanizadora. ocurre en la turbina y/o en Problema 4 a. ¿En qué pieza del equipo es retirado el metano de otros hidrocarburos que condensan a medida que el gas es refrigerado?_____________________________________________ b. La cantidad de refrigeración en una turbina depende directamente___________________________________________________________ c. ¿La mayoría del enfriamiento de gas ocurre en que equipo? d. ¿Qué fluido es utilizado para el proceso de calentamiento en la desmetanizadora?_______________________________________________________ IV. TURBINA-COMPRESOR

La turbina de gas es una modificación de la turbina de vapor, que han sido utilizadas para manejar bombas, generadores y otros equipos de rotación por muchos años. De cualquier forma no fue hasta los años 60´s que una turbina de alta eficiencia fue desarrollada. La primera planta comercial criogénica fue instalada en 1965 con un prototipo de turbina que apuntaba a ser exitosa. Desde entonces casi todas las plantas de proceso han sido de un diseño criogénico. Las turbinas disponibles hoy en día pueden recuperar arriba del 85% de energía dada por el gas a medida que su presión es reducida.

Esta energía es trasmitida a un eje acoplado a los impulsores de la turbina. El eje puede ser acoplado a cualquier dispositivo de rotación, como una bomba, compresor, un generador, etc En plantas típicas criogénicas un compresor es acoplado al eje de la turbina. El compresor también, solo tiene un simple impulsor o rueda. Este gira a la misma velocidad de la turbina. Gas de alta presión entra en la turbina y es dirigido hacia fuera de la extremidad de los platos de la turbina, causando que esta gire. El gas fluye del centro del impulsor y sale de la turbina a baja presión. La velocidad de rotación de la turbina puede ser en exceso de 50 000rpm, dependiendo del volumen de gas entrante en la unidad, y la caída de presión que tiene el gas mientras fluye a través de la unidad (presión de entrada menos presión de salida). ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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Un alto caudal y una alta caída de presión resulta en una velocidad alta

de la turbina y obviamente una salida de energía alta.

La energía desarrollada en el eje de rotación de la turbina es usada para manejar un compresor de simple impulsor acoplado al otro extremo del eje. Gas de baja presión entra en el centro del impulsor y la descarga es retirada del extremo de los platos impulsores a una presión de 1.3 veces de la presión de succión.

presión cierra las mamparas y restringe el flujo de gas que entra a la turbina. En este acontecimiento el

A. CONTROL DE LA TURBINA.

El diagrama de flujo contrario indica un sistema de control típico en la turbina. La válvula de puenteo (bypass) es normalmente referida como la válvula JT (JouleThompson). La presión de salida desde el controlador de presión entra a las mamparas del actuador, el cual opera a una presión de 20-60 kPa (39 psi). Este no comienza a abrir hasta que las mamparas de ajuste se encuentran completamente abiertas. En este punto, la turbina está completamente cargada. Si el gas fluye con la turbina completamente cargada, no es suficiente mantener presión, la presión en la línea de salida caerá, y la presión de salida desde el controlador de presión se incrementara. Cuando la presión

La turbina es controlada, para mantener una presión constante en algún punto del sistema regulando el flujo de gas a la turbina. El flujo de gas es incrementado por la apertura de mamparas localizadas a la entrada de gas en los impulsores de la turbina. En el dibujo de la siguiente pagina, el control de presión en la de la línea de salida, manda la señal a las mamparas para abrir o cerrar, esto con el fin de mantener constante la presión de salida. Si la presión de salida cae, el control abre las mamparas y permite mas paso de gas a través de la turbina. Inversamente si el flujo decae la presión aumenta, el control de

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flujo de gas a la turbina no es suficiente para mantener la presión, una válvula de puenteo (bypass) abrirá y permitirá pasar un exceso de gas a través de esta.


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desde el controlador de presión excede 60 kPa (9 psi) la válvula JT comenzara a abrir y el gas pasara en la línea de puenteo (bypass). El controlador de presión que regula la capacidad de la turbina se encuentra localizado frecuentemente en la demetanizadora, lo cual es esencialmente lo mismo que si estuviese en la línea de salida de la turbina. Otras plantas controlan la capacidad de la turbina manteniendo una presión constante en la entrada de la planta o en la succión del compresor. A pesar de la localización del controlador, el sistema es un control de “rango dividido” en el cual la mitad de los controladores de presión de salida, opera las mamparas de la turbina y la otra mitad opera las válvulas de puenteo o derivación (bypass). De acuerdo a como el gas fluye a través de la turbina, su temperatura es bajada y cerca del 10% de la corriente condensa. El liquido que forma no tiene efecto determinante en la turbina. Si la corriente gaseosa de entrada a la turbina contiene partículas solidas de suciedad o desechos, o contiene humedad que congelara a bajas temperaturas en la unidad, pude resultar en un serio daño a la maquina. A las altas velocidades de la maquina, la presencia de materiales sólidos – desechos o hielodesgastara rápidamente los impulsores y la carcasa.


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Una malla es normalmente instalada en la línea de entrada de gas a la turbina para retirar partículas solidas de la corriente de gas. La humedad es retirada del gas por deshidratación en la parte inicial de la planta. B. Control Turbina Compresor. Como ya dijimos previamente, queremos el compresor completamente cargado, esto para retirar la máxima cantidad de energía desde el gas que fluye a través de la turbina y de tal modo bajar su temperatura tanto como sea posible. La energía requerida por un compresor centrífugo es sobre todo dependiente del flujo de gas hacia la maquina. Mas poder obviamente se requiere a un alto caudal de flujo. Así, el compresor sobre el eje de la turbina debería operar con el flujo máximo de gas. El impulsor del compresor de tal forma que la maquina será completamente cargado en las condiciones de diseño de flujo de gas, presión y temperatura de entrada a la planta. Si las condiciones de proceso no están al diseño, el compresor podría no estar completamente cargado. En esta situación el flujo de gas hacia el compresor es incrementado por la recirculación desde la descarga del compresor hasta la succión de este. El sistema de control de oscilación se usa para regular la tasa de recirculación como se muestra en la siguiente página.


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La velocidad de la turbina no debería cambiarse cuando el gas hacia el compresor es aumentado y el compresor no está completamente cargado. El flujo de reciclo es aumentado gradualmente en hasta que no existan cambios en la temperatura de salida de la turbina o la caída de velocidad pare. En este punto, el flujo de reciclo es bajo hasta que la velocidad regrese a la normalidad. El compresor debe estar

completamente cargado y el máximo enfriamiento de gas (y recuperación de C2) debe de ocurrir. Esto podría darte la apariencia de que la velocidad de la turbina se debe bajar cuando el flujo de gas hacia el compresor es incrementado. Esto no es necesario en el caso de que cuando se necesite menos energía para manejar el compresor, la capacidad de energía desde la turbina retirara del gas.

La curva de expansión en las páginas 16 y 17 indican la máxima cantidad de energía que puede ser retirada del gas a medida que su presión es reducida. A medida que la energía es retirada del gas, la temperatura del gas es bajada. Así, a medida que el compresor es cargado por incremento flujo en el reciclo de gas, la temperatura de gas saliente de la turbina caerá. La temperatura de salida del compresor estará a su mínimo cuando el compresor se encuentre completamente cargado.

En este punto, incrementar el flujo de recirculación de gas al compresor sobrecargara la turbina y la velocidad caerá. Para resumir el control del compresor: el flujo de gas recirculado es aumentado gradualmente hasta que la energía requerida para manejar el compresor iguala la máxima energía que puede ser retirada del gas en la turbina. En este punto, la temperatura del gas que sale de la turbina será la mínima. Un flujo adicional de gas recirculado al

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compresor reducirá la velocidad de la


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maquina

controlador de flujo. El punto establecido en el control de flujo es

1. Control anti oscilación del compresor.

A un flujo bajo de gas hacia el compresor centrifugo, la oscilación ocurrirá. La oscilación es gas fluyendo en reversa a través del compresor, lo cual puede dañar gravemente la unidad. La oscilación es prevenida manteniendo flujo hacia el compresor por encima del punto de oscilación. El sistema de control oscilatorio incluye una línea de recirculación y una válvula de control la cual es posicionada por un

posicionado manualmente por el operador arriba del flujo de oscilación, el cual es normalmente 65% del flujo de diseño para el compresor. El flujo total hacia el compresor es detectado por el controlador de flujo, y si este se encuentra debajo del punto establecido, el controlador mandara una señal de aire a la válvula de control oscilatoria para ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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abrir y permitir que el gas recircule de la descarga a la succión. Si el flujo de entrada de gas es 50% del diseño, y establecimiento del punto de oscilación en el control será 65%, el controlador de presión, abrirá

la válvula de control oscilatorio para que 15% del flujo de diseño pasa a través de la línea de reciclo. El flujo total de gas que fluye hacia el compresor es 65% del cual 15% es recirculado.

El sistema de control de oscilación también es usado para cargar el compresor como se describió en la sección previa.

Un empaque es un dispositivo para prevenir que gas o líquido bajo alta presión tenga fuga hacia el punto de menor presión. Un ejemplo común es un sello mecánico usado en las bombas centrifugas que previenen fugas de liquido bajo presión dentro de la bomba hacia fuera de esta. Los sellos mecánicos no son usados en la turbina porque el aceite para lubricar el empaque puede entrar en la turbina y solidificarse a baja temperatura causando serios daños a la maquina. Sellos de tipo laberinto son utilizados en las turbinas y compresores para reducir el flujo de gas a alta presión que fuga a los puntos de baja presión. Un sello de laberinto es una serie de dientes que están maquinados en los impulsores y sellan los anillos separando entre el final de cada diente y el eje, aproximadamente 50-100 micrones (0.002-0.004 pulgs.). El laberinto

C. Sellos. La presión en una típico turbinacompresor se muestran en el dibujo de la pagina 31. La presión más alta se encuentra en la entrada de la turbina. La sección de la turbina compresor está conectada con una cubierta en común así que si llega a existir una fuga, el gas de alta presión que entra a la turbina podría fugarse hacia el compresor. El gas del compresor es gas de residuo de la demetanizadora. Así cualquier fuga que ocurra resultara en un simple puenteo (bypass) entre la turbina y la demetanizadora. Así, una de las funciones del sistema de sellos es prevenir que gas de alta presión entrante a la turbina tenga fuga hacia el compresor.

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actúa como un dispositivo reductor de presión. El gas se encuentra a más alta presión en un lado del laberinto que en el otro. Una pequeña cantidad de gas a alta presión fuga a través de cada diente en el sello. A medida que pasa a través de un diente a otro diente, su presión es reducida y su volumen aumenta. Cuando este alcanza el diente final, se encuentra a la más baja presión y al más largo volumen. La separación entre cada diente y el eje permitirá solo un pequeño flujo de volumen de gas. Así, hay un flujo continuo de gas a través del sello de laberinto, pero es una pequeña cantidad. Una leve cantidad de desgaste en el laberinto


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dentado obviamente incrementara la cantidad de gas que fuga a través del sello. Los sellos de laberinto se muestran en el siguiente dibujo y se tabulan debajo. Como puede ver en el dibujo de abajo, la presión más baja es aquella de la carcasa entre la turbina y el compresor. El gas que fuga a través del sello de laberinto en la turbina y el compresor fluyen hacia la carcasa. Este gas entra al depósito de aceite lubricante, el cual es venteado a la succión del compresor. Así la presión en la carcasa será la misma a la de succión en el compresor.


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Si gas frio de la turbina fuga hacia la carcasa, este puede enfriar el depósito de aceite lubricante al punto que este perderá sus propiedades de lubricación. Para prevenir que esto ocurra, un sistema de sellado es utilizado que sirve como barrera entre la turbina y el depósito de aceite lubricante. El sello de gas es gas limpio seco a presiones de 350 kPa (50 psi) por encima de la presión de salida de la turbina. Este es inyectado entre dos sellos de laberinto en el eje de la turbina. Desde que esta presión es más alta que en la parte trasera de los impulsores de la turbina, algunos sellos de gas fugaran a través del sello de laberinto (numero 2) y terminara en la salida del gas en la turbina.


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Algunos sellos de gas también fugan a través del sello de laberinto (sello 3) en la carcasa entre la turbina y el compresor. Los sellos de gas deben de estar por lo menos a 350 kPa (50 psi) por encima del gas de salida de la turbina. El sello de gas debe estar limpio y seco y aproximadamente a temperatura ambiente. Un filtro se incluye usualmente en la línea de gas para retirar las partículas solidas de este. El gas de salida de la planta es frecuentemente utilizado como recurso de sello de gas. El sello de gas es introducido en la turbina antes de que esta arranque, y mantenido durante la operación. Un regulador de presión se incluye en la línea de sello de gas para ajustar la presión.


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D. Control de impulsió n. En cualquier dispositivo centrifugo, el desarrollo del impulso tiende a mover el eje hacia un extremo o el otro. Si este se moviera lateralmente a lo largo de su eje axial, los impulsores podrían tocar la carcasa y rápidamente desgastarse. En una turbina-compresor, cojinetes rotatorios en cada extremo del eje previenen el movimiento lateral. De cualquier forma, las fuerzas de impulsión a través de cojinetes debe de ser controladas a un nivel moderado para prevenir que los cojinetes fallen y existan serios daños a la maquina. La fuerza de impulsión es debida a la diferencia de presión en la succión y descarga que actúa en la parte frontal y trasera del impulsor. Observe el impulsor de la turbina en el dibujo siguiente. Gas de alta presión entra en la punta del impulsor, y fuga a través del laberinto en el sello del impulsor hacia la cara trasera y ejerce una fuerza hacia la izquierda. Gas de baja presión es


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impulsado por enfrente o la izquierda del impulsor. Para poder neutralizar el empuje en el impulsor de la turbina, el gas que fuga a través del sello de laberinto en la cara trasera del impulsor fluye a la línea de salida del gas, así que la presión en la parte trasera es levemente mayor a la presión de salida. Un fabricando, tiene orificios en el impulsor los cual permite al gas bajo presión detrás del impulsor, fluir a través de los orificios a la línea de salida del gas. Los orificios en el impulsor están localizados de tal forma que la presión detrás de los platos sea 175 kPa (25 psi) arriba de la presión de salida de la turbina. Otros fabricantes entuban el gas detrás del plato hacia la línea de salida del gas. En cualquier caso, la fuerza de impulsión del impulsor en la turbina es parcialmente neutralizada. La presión de gas detrás de los impulsores es levemente más que aquella en la cara frontal, así que una fuerza de impulsión moderada es ejercida a través de la turbina.


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La fuerza de impulsión en el compresor se encuentra en dirección contraria. La presión de succión es impuesta en la cara frontal o derecha del impulsor y la presión de descarga actúa a contra la parte trasera o cara izquierda. La fuerza de impulsión es hacia la derecha. El sistema de control de impulsión regula la fuerza de impulsión en el final del compresor es lo mismo que en el final de la turbina. La fuerza de impulsión del compresor es frecuentemente regulada con un pistón que actúa como válvula de control en la cual la presión en cada lado del pistón es aquella presión del cojinete sobre cada extremo del eje. Si el eje se mueve levemente en una dirección, la presión del cojinete se aumentara en un cojinete y caerá en el otro, lo cual causara el movimiento del pistón así que más o menos gas detrás del impulsor fluirá a través de la válvula de control y así igualara la presión de los cojinetes. El dibujo previo muestra este sistema. Por ejemplo, si la fuerza de impulsión en el compresor (a la derecha) es más que en la turbina, el eje se moverá a la derecha la separación al cojinete de la derecha reducirá y la presión de aceite en el cojinete se incrementara. Al mismo tiempo, la separación a la izquierda del cojinete incrementara, y la presión de aceite disminuirá. El efecto neto es que el pistón actuador abrirá la válvula de control de movimiento, lo cual liberara algo de la presión detrás del impulsor del compresor y bajar su fuerza de impulsión. Si el sistema de control de impulsión llega a fallar, y la válvula de control cierra, resultara una gran fuerza de


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impulsión a través del compresor hasta el extremo, lo cual puede causar que falle el cojinete del compresor. Cualquier tipo de falla en el cojinete en el equipo rotatorio a 25 000 rpm o mas puede traer serios daños. Así, el sistema de balanceo de impulsión debe ser cuidadosamente vigilado y mantenido adecuadamente. Si el arreglo de neutralización de impulso en la turbina falla debido a los orificios en los impulsores de la turbina, la fuerza de impulsión desarrollada será muchos más grande que lo que el sistema de control puede manejar. Alta fuerza de impulsión a través de la turbina resulta en un rápido daño al sistema de impulsión de la turbina. Un apagado por alta impulsión ocurre en esta situación para prevenir que la maquina tenga daños. E. Sistema de lubr icació n.

Compresor-turbina tiene un cojinete en cada extremo del eje. Este debe de ser continuamente lubricado con aceite lubricante limpio del tipo apropiado a la temperatura apropiada. La lubricación para un periodo corto de tiempo puede resultar en una falla en el cojinete el cual podría resultar en un serio daño hacia la maquina. El sistema de lubricación de aceite, se muestra en el dibujo de abajo. Las presiones mostradas son típicas para una planta en la cual la demetanizadora opera a una presión de 1750 kPa (250 psi). El diagrama de flujo es como sigue: Aceite desde el depósito entra en una de las bombas, la cual está habilitada ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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para elevar su presión varios miles de kPa (varios miles de psi). Una válvula de control en la línea de descarga de la bomba libera el exceso de presión a través de una línea de exceso que regresa al acumulador. El aceite de la bomba entra a la válvula de control de temperatura que permite puentear (bypass) .

el aceite al enfriador, para mantener una temperatura constante. El aceite después fluye a través de uno de los filtros para retirar partículas solidas y entrar al cojinete en cada extremo del eje. El aceite fluye fuera de los cojinetes y cae al fondo de la carcasa, fluyendo por gravedad al depósito y el ciclo se repite

La válvula de control en la línea de excesos, es posicionada por un controlador de “presión diferencial”. El cual es programado para mantener la presión de aceite entrante a los cojinetes cerca de 1050 kPa (150 psi) más alta que la presión de aceite que sale de los cojinetes. Esta diferencia de presión asegura un flujo adecuado de aceite lubricante a los cojinetes y viceversa. Una bomba secundaria se encuentra provista, la cual se encenderá automáticamente en el caso que la presión en el sistema caiga debido a la falla en la primera bomba.

Las bombas de aceite de lubricación, son manejadas normalmente por motores eléctricos. Si una falla de energía ocurre, los motores obviamente se detendrán, y la turbina compresor se apagara por baja presión de aceite. Para proporcionar lubricación a los cojinetes durante el periodo de paro, un tanque presionado lleno con aceite, es utilizado, el cual permitirá fluir al aceite desde el tanque hasta los cojinetes cuando las bombas de aceite paren. El tanque presurizado tiene una membrana la cual es inflada por una

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presión levemente mayor que la del depósito de aceite. Mientras la bomba de aceite este operando, el depósito de aceite llenara con aceite el sistema de presión. La presión comprimirá la membrana. Si ambas bombas de aceite lubricante paran, la presión del aceite caerá y el aceite fluirá fuera del tanque a los cojinetes. El depósito de aceite opera a la presión de succión del compresor. Una línea de venteo conecta el depósito con la línea de succión del compresor. El sello de gas o el gas de descarga del compresor, el cual fuga a través de los laberintos del sello hasta la carcasa y a través del cojinete, fluye al depósito de aceite y sale en el venteo a la succión del compresor. Una bobina de calefacción es instalada en el depósito de aceite para usar en climas fríos, o en la poca probable posibilidad de que gas frio de la turbina fugue al depósito. El escudo térmico mostrado en el dibujo anterior es una placa de plástico detrás de los impulsores de la turbina la cual aísla el metal de la carcasa del gas de baja temperatura que pasa a través de la turbina. Sin la el escudo aislante, la temperatura en el cojinete de la turbina podría enfriarse hasta el punto que el aceite lubricante se solidificara y el cojinete fallara rápidamente. La temperatura de entrada del aceite lubricante a los cojinetes debería de ser cerca de 38°C (100°F). El aceite no solamente lubrica los cojines, si no también retira liberando del calor de la fricción cuando las caras del


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cojinete rozan una con la otra. Así, la temperatura del aceite drenado al depósito debería ser mayor que la temperatura del aceite entrante al cojinete. Si la temperatura del aceite drenado al depósito es menor que la temperatura de aceite entrante a los cojinetes, es indicativo de que gas frio de la turbina fuga a la carcasa. Esto puede ser el resultado de: 1. El flujo de gas en el sello ha parado. 2. Uso excesivo en sello de laberinto del impulsor en la turbina, lo cual resulta en más fuga de gas a través del sello que en los orificios, de lo que el impulsor puede manejar. La presión detrás del impulsor se incrementara por encima de la presión del sello de gas, y este fluirá a través de los sellos de laberinto en el eje de la turbina a la carcasa enfriando el aceite lubricante. Si Una temperatura baja en el aceite es causada por el paro de flujo a los sellos de gas, la situación puede ser corregida retornando el flujo de gas a su tasa de flujo normal. La temperatura del aceite debería subir a su punto normal si este es el problema. Mantener una lubricación adecuada de los cojinetes en la turbina de expansión es esencial para prolongar la vida de la maquina. Las recomendaciones de los fabricantes deben de ser seguidas en la selección del tipo de aceite a usar, y la temperatura del aceite debe de ser cuidadosamente controlada por ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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ajuste de la cantidad de refrigerante en el enfriador, o usando el calentador en el depósito. Los filtros de aceite deben ser vigilados rigurosamente y los cambios de los elementos cuando la caída de presión a través del filtro indicaran que este está tapado con suciedad. El aceite debe de ser probado mensualmente en sus cualidades de lubricación, y reemplazado cuando 10% de deterioro es alcanzado. En ausencia de pruebas mensuales, Este debe ser reemplazado a intervalos de tres a seis meses. F. Dispositivos de seguridad de la turbinacompresor


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Debido a que la turbina opera a muy altas velocidades con pequeñas tolerancias entre las partes móviles, La irregularidades leves pueden causar serios daños a la maquina. Los siguientes dispositivos de seguridad son instalados en la mayoría de las unidades Turbinacompresor los cuales apagaran estas unidades. La unidad es pagada cerrando una válvula en la línea de entrada del gas a la turbina. En la mayoría de las instalaciones, un panel anunciador es proporcionado, el cual suena una alarma e indica la causa de apagado. La causa debe obviamente ser corregida antes que reinicie la maquina

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Problema 5. Relaciona cada concepto en la columna de la derecha con el concepto apropiado en la columna izquierda 1. Control de capacidad de la a. Gas seco y limpio a turbina. temperatura de 350 kPa (50psi) arriba de la presión del gas de salida de la turbina. 2. Control de carga del compresor b. Apagado de máquina. 3. Apertura de válvula J-T c. Presión de succión del compresor. 4. Sello de gas d. Reciclo de gas en el compresor. 5. Control de impulsión e. El flujo de gas es mayor del que la turbina puede manejar. 6. Deposito de aceite a presión. f. Regular la presión detrás del impulsor en el compresor 7. Baja presión de aceite g. Mamparas guía.

V. CONTROL DE UNA PLANTA CRIOGENICA. La planta criogénica es controlada para producir el máximo volumen de producto líquido de una calidad aceptable al mínimo costo de operación. El volumen de producto líquido dependerá de la temperatura a la cual el gas es enfriado en los cambiadores y en la turbina. Más producto resultara a bajas temperaturas. Las bajas temperaturas son logradas retirando la máxima cantidad de energía calorífica del gas en la turbina. La máxima energía es retirada en él la turbina por: 1. Cagar completamente el compresor acoplado a la turbina incrementando el flujo de gas al compresor a través de la línea de puenteo (bypass). 2. Despresurizando la línea de gas que fluye a través de la turbina tanto como sea posible.

Mantener alta la presión del gas que en entra a la turbina y la más baja presión del gas que sale de la turbina. La presión de salida en la turbina es la misma presión que en la demetanizadora. Así, operar la demetanizadora a su mínima presión resultara en una baja temperatura de gas que abandona la turbina, lo que resultara en la máxima recuperación de producto. Bajar la presión de la demetanizadora, no solo bajara la temperatura de salida de la turbina, sino que también bajara la temperatura a través de la planta. Bajas temperaturas se presentara a la entrada del separador por expansión, los rehervidores de la demetanizadora, y la parte superior de la demetanizadora. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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El principal costo de operación de una planta criogénica es el gas combustible al residuo de gas del compresor. Bajar la presión en la demetanizadora resultara en un mayor requerimiento de energía y combustible del gas de residuo en el compresor para elevar la presión del gas a la línea de salida. Consecuentemente, la válvula de recuperación de producto adicional por baja de presión en la demetanizadora debe preparada contra el combustible adicional requerido por el gas de residuo en el compresor para compensar la reducción de presión en la demetanizadora. La mayoría parte de producto incremento en la recuperación, la cual resulta de bajar la presión de la demetanizadora, es el etano. El valor de metano debe de ser conocido esto para optimizar la operación de la planta criogénica. El valor de gas combustible debe también ser conocido. El procedimiento para determinar la presión de operación de la demetanizadora que resultara en las máximas ganancias económicas, el siguiente: 1. Determinar el flujo de producto y el gas de residuo del compresor a la presión normal de


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operación de la demetanizadora. Bajar presión de la demetanizadora a 35-70 kPa (5-10 psi) y medir la cantidad de producto líquido y residuos de combustible 2. de gas en el compresor. Calcular el incremento en la producción y gas combustible, y determinar ya sea el incremento en la producción es más importante que el incremento de combustible. 3. Continuar con la reducción de la presión hasta el punto que el incremento en el costo del combustible en el compresor sea más que el incremento del valor en el etano recuperado, o hasta que el residuo del compresor sea cargado. A. Con tr ol de la Demetanizadora. La calidad del producto líquido es determinada por el contenido de metano. Como dijimos previamente, el contenido de metano permitido del DeC1 en el producto de fondo es usualmente 1-2% del contenido de etano. Podría ayudar en la operación de la demetanizadora, pensar que tiene dos productos. – metano en la salida superior, y etano en la salida del fondo. Desearíamos tener 0% de etano saliendo en la parte superior en el metano de ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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producto y 0% de metano saliendo en el etano producto por el fondo. De cualquier forma no podemos operar económicamente con 0% de etano en el producto de la parte superior. Podemos minimizar la cantidad de etano en el producto de la parte superior reteniendo la máxima cantidad de metano en el producto del fondo. Así, el punto importante en la operación de la demetanizadora es tener la máxima cantidad de metano

en el producto de fondo el cual es usualmente 1-2% del etano contenido en el producto de fondo. El contenido de metano contenido en el producto de fondo es controlado cambiando el punto establecido (set point) en el control de temperatura del fondo de la torre el cual regula la cantidad de calor agregado a la torre en los rehervidores. Aumentar el punto establecido en el controlador de temperatura bajara el contenido de metano en el producto del fondo

Así, aumentando las temperaturas del fondo bajara el metano contenido en el producto de fondo y también bajara el volumen total del producto de fondo. A la inversa, bajar las temperaturas del fondo incrementara el

contenido de metano e incrementara el volumen total en el producto de fondo. La temperatura apropiada en el fondo de la demetanizadora es el punto más bajo que resulta en el producto líquido,

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teniendo la máxima concentración de metano. Con el fin de determinar el contenido de etano y metano en el producto de fondo, algunos análisis de reconocimiento serán necesarios. Un cromatografo de proceso es a veces instalado el cual indica la cantidad relativa de metano y etano en el producto del fondo. La concentración de metano debería ser mantenida cerca de su máximo, ajustando la temperatura del fondo de la demetanizadora. Si el producto de fondo tiene demasiado metano, la temperatura se debe aumentar. Cuando el analizador de fondo no está trabajando, la densidad relativa o gravedad específica del gas que sale por la parte superior de la demetanizadora es usualmente utilizado como un indicador de la cantidad de producto liquido en el fondo de la torre. Un incremento en la gravedad especifica de la torre por encima del gas, indica un incremento en el contenido de etano el cual es resultado de la alta temperatura en el fondo. Al contrario, un decremento en la densidad relativa indica menos etano, lo cual indica una baja temperatura de fondo. El efecto del contenido de etano en la densidad relativa por encima del gas en la demetanizadora es: un cambio de 1% de etano en el gas afectara su densidad relativa


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0.005. Si la densidad relativa de por encima del gas aumenta de 0.610 a 0.615, el contenido de etano en el gas habrá incrementado 1%. Esto quizá se vea como una pequeña cantidad, Pero esto representa cantidades de 10%20% del total de etano recuperado. Por ejemplo, si el gas de entrada contiene 8% etano, un incremento de 1% de etano en el gas de residuo representa 1/8 (12%) del etano total que entra a la planta. Otro método para estimar el cambio en el etano contenido en el gas de la demetanizadora es medir el valor de calor del gas con un calorímetro. Un 1% de incremento en el contenido de etano aumentará su valor calorífico de 280 kJ/m 3 (7.6Btu/cu ft). Como previamente se menciono, el máximo producto se obtiene cuando la demetanizadora opera a la más baja presión. Cuando la presión es bajada, la succión en el compresor de gas de residuo, es también reducida, lo cual incrementa la energía requerida para el compresor de gas residuo. La presión mínima en la demetanizadora es aquella a la cual el compresor de residuo está completamente cargado. Cundo la presión de la demetanizadora es cambiada, la temperatura del fondo también debe de ser cambiada. Las graficas de la página anterior indican los ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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grados de los cambios en la temperatura de fondo cuando

la presión es cambiada.

B. Control de las corrientes alimentadoras. Hay dos sistemas de control que afectan a la demetanizadora:

que manda una señal a una válvula de control que abre o cierra cuando el nivel es alto o cae. Una banda proporcional establecida en el controlador de nivel, determinara la cantidad de movimiento de las válvulas cuando hay un cambio en el nivel. Una banda baja establecida –decir 10%resultara en un movimiento completo de la válvula de control (abierta completamente o cerrada) con un pequeño cambio en el nivel. El separador por expansión, también sirve como un tanque oscilador para demetanizadora

1. El control de nivel del Separador por expansión, el cual provee la alimentación principal a la demetanizadora. 2. El controlador de presión que regula la capacidad de la turbina. Un sistema de control de nivel también incluye un controlador

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Con el fin de estabilizar la operación de la demetanizadora, es necesario tener una alimentación constante, Así, para mantener una alimentación constate el controlador de nivel, en el separador debe de ser establecido (set) con una alta banda proporcional -60% a 75%- así pues siendo el flujo a la demetanizadora bastante constante. El mismo principio aplica al sistema de control de presión que controla la posición de las


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Resumen de con trol en u na planta c riogénica. 1. El gas de entrada será enfriado hasta su más baja temperatura, y la máxima condensación de hidrocarburos ocurrirá cuando la presión de salida de la turbina se encuentra al mínimo y el compresor acoplado a la turbina está completamente cargado. 2. La presión de salida de la turbina es la misma que en la demetanizadora. El máximo producto liquido resulta de operar la demetanizadora a su mínima presión

mamparas en la turbina. Una baja banda abrirá completamente o cerrara las mamparas con un leve cambio de presión en el punto de control. Esto resultara en un alto 3. Bajar la presión de la o bajo flujo a través de la demetanizadora turbina a la demetanizadora. Un incrementara la carga (y flujo contante a la combustible) en el demetanizadora es deseable compresor de gas residual. esto para estabilizar su 4. La demetanizadora debe operación. Así, una alta banda de ser operada para que el de proporción debe de ser contenido de metano en el establecida en el controlador de producto de fondo sea temperatura. Esto resultara en cercano al máximo, el cual un flujo más constante de gas es usualmente 1-2% del de la turbina a la contenido de etano. demetanizadora. Problema 6. Bajar la presión del DeC 1 resultara en (encierre en un circulo la respuesta correcta): a. El volumen de producto liquido incrementara/ decrecerá/ se mantendrá igual. b. El combustible del compresor de gas residual incrementara/ decrecerá/ se mantendrá igual. c. La temperatura en el separador por expansión incrementara/ decrecerá/ se mantendrá igual. d. La temperatura del fondo de DeC 1 debe de incrementarse incrementara/ decrecerá/ se mantendrá igual. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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A. Ar ranq ue. BARRIDO Si la planta es apagada y algunos equipos se encuentran abiertos para inspección o reparación, estos deben de ser purgados y

El barrido es normalmente acompañado por circulación como se muestra en la figura debajo. El compresor de gas de residuo es operado para mantener la circulación. El deshidratador de gas entrante es también operado para retirar humedad del gas. presión normal del gas fue utilizada durante el barrido, será


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barridos, antes de arrancar nuevamente para prevenir la posibilidad de congelamiento. Previamente a barrer, el equipo debe de ser drenado y el aire purgado de la planta, preferentemente con nitrógeno.

necesario bajar la presión del gas de entrada a la demetanizadora para evitar hacer estallar las válvulas de relevo en los recipientes. Bajar la presión del gas dará por resultado el enfriamiento de este, y si hay presente humedad, hidrato puede formarse y bloquear el flujo de gas secador. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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Otra razón por la cual se utiliza baja presión de gas durante el barrido es que la baja presión del gas mantendrá mas humedad que una alta presión en el gas. Así, menos tiempo será requerido para barrer la planta a baja presión que el que se requeriría a una alta presión. Si no hay barrido de la línea del compresor de gas de residuo al deshidratador, el gas de entrada es usado para hacer el barrido. Si el flujo a través de la planta se encuentra en su ruta normal. De cualquier forma la presión es reducida a la presión de la demetanizadora antes de entrar al deshidratador.


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La unidad Turbina-Compresor se bloquea y es puenteada en ambos extremos tanto de la turbina como del compresor durante el barrido. La unidad es purgada y barrida con sello de gas previamente al arranque. El procedimiento es. Descrito en la pagina 48. Hay tres fases generales durante el barrido: 1. Barrer el sistema principal de flujo de gas a través de los intercambiadores Gas-Gas 2. Barrer el sistema de flujo de gas a través de los rehervidores en la demetanizadora. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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3. Barrer la porción baja de la demetanizadora. La secuencia de barrido es como sigue: 1. Barrer el sistema principal de flujo de gas a través de los intercambiadores GasGas a. Cerrar las válvulas a la entrada y salida de tanque separador por expansión y la TurbinaCompresor. b. Abrir completamente la válvula JT. c. Abrir válvula en la línea de entrada del gas a los rehervidores de la demetanizadora. d. Cerrar la válvula de control de temperatura en la línea de entrada de gas a los rehervidores de la demetanizadora. e. Arranque el compresor de gas de residuo y el


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deshidratador, y circule gas de barrido a través del sistema. Todo el gas fluirá a través de los intercambiadores GasGas. f. Después de que el flujo de gas es estable, abra la válvula de control de nivel en el separador por expansión así el gas fluirá a través de la línea de líquido desde el separador a la demetanizadora. Podría ser necesario cerrar levemente la válvula JT con el fin de forzar el flujo de gasa través de la línea de liquido desde el separador por expansión a la demetanizadora g. Mantener el flujo de gas a través de esta sección del sistema hasta que sea barrida.



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2. Barrer el sistema de flujo de gas a través de los rehervidores en la demetanizadora. a. Abrir la válvula de control de temperatura en la línea de gas a los rehervidores de la demetanizadora. b. Cerrar la válvula en la línea de entrada de gas a los intercambiadores. Todo el gas fluirá a través de los rehervidores de la demetanizadora. c. Mantener el flujo hasta que el sistema este barrido. 3. Barrer la porción baja de la demetanizadora. Algunas plantas tienen una línea de barrido instalada en el fondo de la demetanizadora la cual puede ser utilizada para circular gas a través de la torre y barrerla. Si no hay una línea instalada, la demetanizadora debe de ser barrida venteando gas desde el fondo de esta, cada uno de los rehervidores laterales deben de ser venteados para retirar cualquier humedad en el lado carcasa de los intercambiadores. El caudal de flujo de gas a través de la demetanizadora durante el secado debe ser solamente una fracción del total del flujo de gas que se circula. Si la corriente entera de gas fuera circulada a través de la demetanizadora, este podría dañar el empaque o los platos de la torre. El analizador de humedad en la unidad deshidratadora es utilizado para determinaciones cuando la fase

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de barrido ha sido completada. El analizador está conectado al gas de residuo que deja el compresor, esto indica que la cantidad de humedad contenida en el gas que fluye a través de la planta. El barrido es completado cuando el contenido de humedad se estabiliza alrededor del contenido de humedad del gas que deja el deshidratador. 1. Enfriamiento. Cuando el barrido se completo, la temperatura puede ser bajada y el arranque puede comenzar. La temperatura es bajada en dos pasos: 1. Enfriamiento parcial con el apagado de la turbina y usando el efecto refrigerador de la válvula JT en la línea de puenteo de la turbina. 2. Arrancar la turbina y llevar la temperatura por debajo de lo normal. En las páginas 16 y 17, discutimos la caída de la temperatura, la cual ocurre cuando la presión del gas es reducida. Durante la fase inicial del enfriamiento de la planta, la reducción de la presión la cual es normalmente ocurre a través de la turbina toma lugar a través de la válvula JT. Esto dará como resultado una caída de temperatura significante en el gas. En hecho, la caída de temperatura es suficiente para condensar cerca de 30% de la producción de liquido normal de aquella con la turbina operando. El enfriamiento comienza inmediatamente después de que el barrido es completado. El controlador ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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de presión de la demetanizadora es puesto en servicio para regular la posición de la válvula JT. El gas de entrada continúa fluyendo, y la salida de gas del compresor de residuo de gas es dividida en dos líneas de salida. En este punto, la entrada de gas debe fluir a través del intercambiador intercambiador Gas-Gas al inicio del enfriamiento. La válvula de control de temperatura en la línea de gas que va a los rehervidores de la demetanizadora es cerrada. La temperatura en el sistema frio lentamente comenzara a decrecer, y liquido se comenzara a formar en el separador por expansión. Cuando el nivel en el separador alcanza su punto normal, el sistema de control de nivel es puesto en funcionamiento para permitir que el liquido fluya hacia la demetanizadora. En un tiempo corto, nivel de líquido aparecerá en el fondo de la demetanizadora. En este punto, el controlador de temperatura en el fondo de la demetanizadora es puesto en funcionamiento y algo de gas de de entrada entrada es dividido dividido a través través de la válvula de control de


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temperatura a los rehervidores de la demetanizadora para proporcionar calor a la torre y vaporizar el metano contenido en el producto líquido entrante a la torre. La bomba de producto es también arrancada La temperatura en el separador por expansión es la guía para determinar cuándo arrancar la turbina. La turbina no es puesta en servicio en tanto la temperatura no ha caído. De cualquier forma cuando la temperatura de salida del separador sale a su punto más bajo. El máximo enfriamiento usando la válvula JT ha sido alcanzado. En este punto la turbina es puesta en servicio. Referencia en las siguientes páginas se encuentra, para el arranque de la turbina. El expansor y la Turbina-Compresor son puestos lentamente en servicio hasta que la temperatura en la sección fría alcanza su punto normal de operación. Para cuando esto sucede, todo el gas debe de estar fluyendo a través de la turbina y nada a través de la válvula JT. La planta está en modo de operación normal, instrumentos y controles deben de estar revisados para la prueba final.


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Problema 7 Un paro de 30 segundos ha ocurrido por falla de energía, el cual ha dejado fuera la planta. Se arranca nuevamente tan pronto como la energía es restablecida. a. ¿Es necesario realizar un barrido en la planta?_________________ planta?_____________________. ____. b. ¿Es necesario enfriar la planta?___________________ planta?_________________________________. ______________.


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3. Arrancando la turbina

Después que las temperaturas y los niveles han sido establecidos con todo el gas fluyendo a través de la válvula JT, la turbina es puesta en servicio. El arranque de la turbina incluye tres fases: 1. Drenar y purgar las carcasas de la turbina y el compresor. 2. Establecer el flujo en los sellos de gas. 3. Establecer la circulación circulación de aceite lubricante. 4. Comenzar el flujo de gas hacia la turbina. Previamente a arrancar la maquina, lo siguiente debe de ser revisado: Las válvulas de entrada y salida de la turbina deben estar cerradas. Las válvulas de succión del


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compresor y la descarga podrían o no estar cerradas. El gas esta fluyendo a través de la válvula JT en la línea de la turbina, y a través de la línea de puenteo en el compresor 1. Turbina-Compresor Turbina-Compresor se encuentren funcionando. Verificar luces de alarma para ver que los dispositivos de paro están en el estado de arranque. 2. Verificar que el sello de gas adecuado está habilitado. 3. Verificar que el depósito de aceite contiene la calidad adecuada en el aceite, y que el gas lubricante enfriador se encuentra en servicio. Si el enfriador es de tipo aéreo , el ventilador debe de estar operando. Si hay agua fría, esta debe estar fluyendo a través de la unidad.


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a. Establecer el flujo en el sello de gas.

1. Abrir las válvulas de drene en la turbina y el compresor y drenar liquido en cada uno. Abrir las válvula de venteo en el depósito de aceite lubricante. 2. Lentamente abrir la válvula en la línea del sello de gas y permita que fluya el gas del sello fuera de las válvulas de drene en la turbina y el compresor y en el depósito de aceite. 3. Después de que las cubiertas y el depósito han sido purgados, cierre las válvulas drene en las cubiertas del compresor ya la turbina, y después cierre la válvula de venteo en el


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tanque de aceite de lubricación. 4. Abra las válvulas de succión y descarga del compresor. 5. Establezca el flujo normal en los sellos de gas. b. Arranque del sistema de aceite lubricante. 1. El sistema de aceite lubricante tiene dos bombas, cada una con un interruptor MANUAL/APAGADO/AUTO . Durante la operación normal, una bomba se encuentra operando, con la posición MANUAL y la otra bomba de relevo se encuentra en posición AUTO. La bomba de relevo arrancara automáticamente si la presión aceite ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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lubricante cae durante la operación. Es un buen procedimiento establecer cada bomba en posición manual y observar la presión de descarga después de que esta ha sido arrancada para asegurarse que ambas bombas están operando satisfactoriamente. 2. Después de que la circulación de aceite lubricante ha sido establecido, revisar presiones y temperaturas en el sistema de aceite lubricante para su operación normal. La temperatura del aceite lubricante que fluye desde la cubierta al depósito debe


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estar alrededor de 38°C (100°F). Si la turbina esta fría cuando se arranca, el aceite lubricante podría congelarse debajo de su punto normal de operación. En este caso, revisar que el calentador en el depósito de aceite esta encendido, y que el controlador de la temperatura del aceite lubricante esta puenteando aceite al enfriador. Mantener en circulación suficiente el aceite lubricante para calentarlo a su punto normal de operación. Abrir las válvulas de drene en la cubierta del compresor y en la turbina para observar que no hay aceite lubricante no fuga en la unidad


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c. Arr anque de la unid ad

Las válvulas en la descarga y succión del compresor deben estar abiertas. 1. La estación de carga de la turbina se apaga el regulador de presión de aire así la presión de salida es cero. El control de las mamparas de presión manométrica, PG-1, en el dibujo, debe leerse 0. El controlador de presión de salida manométrica de la DeC1, PG-2, debe leerse 60-100 kPa (9-15 psi). 2. Mover la válvula de 3 vías a la posición MANUAL. En este punto la posición de las mamparas en la turbina son reguladas por ajuste de la presión de aire en el regulador de presión. 3. Abrir la válvula de salida de la turbina. 4. Abrir la válvula de entrada de la turbina. En este punto, una pequeña cantidad de gas fluirá a través de la turbina porque el controlador de las mamparas no detendrá positivamente todo el flujo de gas a la unidad. 5. Lentamente incremente la velocidad de la turbina aumentando la presión de aire al controlador de la paleta. Esto es hecho aumentando la presión de aire fuera de la presión del regulador en la estación.


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Turbin a-Compresor. 6. Tanto como la presión hacia el controlador de las mamparas aumente, mas gas fluirá a través de la turbina y su velocidad se incrementara. Al mismo tiempo el flujo de gas a la válvula JT caerá, y la presión de salida desde el control de presión de la demetanizadora caerá. Las dos presiones manométricas indicando presión en el controlador de las mamparas y presión desde el controlador de la demetanizadora localizado en la estación de carga de la turbina. A medida que la presión de aire al controlador de las mamparas aumenta, la presión de salida desde el controlador de la presión caerá. Cuando las dos presiones son iguales, la válvula de tres vías se posicionada en AUTO, y el controlador de la presión en la demetanizadora regula el control de la posición de las mamparas en la turbina. En este punto todo el gas debe estar fluyendo a través de la turbina y la válvula JT debe cerrarse. 7. Tan pronto como el impulsor comienza a rotar, la presión de descarga aumentara y cerrara la válvula de retencion en la línea de puenteo (bypass), y el compresor estará en servicio.


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El tiempo para llevar la turbina hasta la velocidad normal de operación dependerá de si la planta esta fría al tiempo del arranque. Si la planta está caliente, el tiempo para llevar la turbina hasta su velocidad completa deben haber varias horas para permitir el enfriamiento gradual. d. Procedimi ento de arranque en frio de la turbina.

Arranque en frio de la turbina puede ocurrir en el re arranque después de una interrupción eléctrica, lo cual detendrá las bombas de aceite lubricante mandando esta baja presión de aceite al dispositivo de paro de la turbina. Precauciones especiales se deben de tener cuando se arranca una turbina en frio para prevenir serios problemas a la maquina. Si una interrupción de energía ocurre, y las bombas de aceite lubricante se detienen, la lubricación durante el apagado de la turbina vendrá desde presión del sistema. Esto proporcionara lubricación durante el apagado, pero no proveerá un flujo continuo de aceite lubricante mientras la unidad se está apagando. Sin aceite fluyendo a través de los cojines, la carcasa de la turbina y el impulsor lentamente enfriaran el eje y el


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cojinete en la turbina al final del eje. En cuestión de minutos, el aceite lubricante en el cojinete se podría congelar así que no habiendo aceite de lubricación fluyendo hacia el cojinete cuando las bombas de aceite lubricante arranquen. En esta situación, es necesario calentar el cojinete con vapor o con agua caliente hasta que la temperatura del cojinete sea lo suficiente alta para que el aceite lubricante circule a través de este. El siguiente es un procedimiento para un arranque frio cuando la temperatura del cojinete es 15°C (60°F) o debajo: 1. Arranque el flujo en el sello de gas. Asegúrese de que la válvula de descarga del compresor está abierta así habiendo una salida para el sello de gas. 2. Revisar de vista que el calentador en el tanque de aceite lubricante haya encendido si la temperatura del aceite esta debajo de 35°C (95°F). 3. Arranque la bomba de aceite lubricante, y circule aceite hasta que su temperatura sea por lo menos 25°C (80°F). 4. Cuando la temperatura del cojinete de la turbina aumenta 20°C (70°F), arranque la turbina utilizando el procedimiento de la sección previa. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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e. Operación manual de la turbina.

Si surge la situación de que quieres operar la planta con algo de gas fluyendo a través de la turbina y el resto a través de la válvula JT, será necesario operar la turbina por control manual. El procedimiento para cambiar de control automático a manual es el siguiente: 1. En la estación de carga de la turbina, ajuste la presión de aire del regulador de presión, así siendo la misma que a la salida del controlador de presión de la demetanizadora, (PG-1 igual PG-2). 2. Mueva la válvula de 3 vías a la posición manual. La capacidad de la turbina ahora está controlada con el control de presión. A medida que bajes la presión desde el regulador, la mamparas en la turbina lentamente cerraran, y menos gas fluirá a través de la unidad. Al mismo tiempo, la presión en la demetanizadora comenzara a caer, lo cual incrementara la presión de salida desde el controlador de presión y abra la válvula JT. Hay un tiempo de retraso antes de que el controlador de presión en la demetanizadora reaccione al cambio de flujo a través de la turbina. En otras palabras, cuando el flujo a través de la turbina es reducido por la caída de presión al controlador de las mamparas puede tomar varios minutos presionar la demetanizadora, para tener caída así que el


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controlador de presión mandara la señal de abierta a la válvula JT. Así , el ajustar la presión en el controlador de las mamparas debe hacerse lentamente para impedir las fluctuaciones de presión en la demetanizadora. 4. Apagado de la turb ina.

La turbina puede ser apagada por dos métodos: 1. Presionando el botón de paro en el panel de control, lo cual cerrara la válvula de entrada a la turbina. La maquina se parara poco a poco en un corto tiempo cuando el flujo de gas se detiene. La presión en la demetanizadora comenzara a caer, y el controlador de presión mandara señal de abierta a la válvula JT. El flujo de gas hacia el compresor pasara por la línea de punteo (bypass) cuando los impulsores del compresor paren de girar. 2. Ponga la turbina en control manual usando el procedimiento previamente descrito y reduzca la presión hacia el controlador de las mamparas a cero. En este punto las mamparas están cerradas, pero algo de gas pasara las mamparas y la turbina continuara girando a bajas RPM. La válvula de entrada entonces es cerrada para detener la rotación. Después de que la turbina deja de girar, las bombas, las bombas de aceite lubricante se detienen y después el sello de gas también. Si la unidad debe ser abierta para su inspección o reparación, las válvulas en la salida de la turbina y en la línea ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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de ntrada ( ucción) d el compr sor así como la descarga deben estar cerr das. Si se espera arranca nuevam nte en n tiempo corto de tiempo, es bue a práctic a dejar la bomba de acei e lubrica te correr, y al gas fluir por el sello. T anto tiem o este el gas fluy ndo en l sello d e gas d la unidad, la válvula de descarga del compresor debe ser abierta, o al gún otro medio debe de ser provisto ara disponer del g as de sell o que ent a a la unidad. De otra for a, la pre ión en la carcas de la t rbina po ría incr mentarse hasta aquella de fuente en el s llo de gas .

A. Ve ificacione op rativa.

de

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rutina

Las erificacio es r tinarias operativa de ualquier unidad procesad ra incluy n la obs rvación de varios instrum ntos y c ontroles para obs rvar si a ocurrido algún cambio e previas l cturas. Si se nota un cambio, las c usas de en ser determina das y co regidas antes de que la c ondición deteriore mas el sistema y pueda fin lizar en u paro. La posición d e las válv las de control, q e es el p rcentaje a cual las válvul s de cont ol se enc entran abiertas, s otro pu to, el cual debe ser revisa do rutinari amente.

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Frecuentemente, un cambio en el sonido o ruido que el equipo hace es mejor indicativo de problemas, mejor que las lecturas de temperaturas o presiones manométricas en los equipos. Los siguientes son algunas de las observaciones rutinarias más importantes que se deben realizar en las plantas criogénicas: 1. Temperatura, presión y flujo volumétrico de entrada. 2. Temperatura en la salida y entrada de los intercambiadores Gas-Gas. 3. Temperatura en el separador de expansión. 4. Nivel en el separador de expansión. 5. Temperaturas en el lado tubo y coraza de los rehervidores de la demetanizadora. 6. Temperatura en el fondo de la demetanizadora. 7. Nivel en el fondo de la demetanizadora. 8. Relación Metano/Etano en el producto liquido. 9. Presión en la demetanizadora. 10. Temperatura en la cima de la demetanizadora. 11. Presión del aceite lubricante y temperatura en la turbina. 12. Presión del sello de gas y flujo en la turbina. 13. Presión en cojinete de la turbina. 14. Presiones en descarga y succión de la TurbinaCompresor. 15. Caída de presión a través del filtro de aceite lubricante. 16. La caída de presión en la turbina a través de la pantalla de entrada.


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B. Operación con la turbin a apagada.

Cuando la turbina es apagada, la planta puede continuar operando y produciendo cerca de la tercera parte de la producción normal de líquido. La caída de presión que normalmente ocurre a través de la turbina tendrá lugar en la válvula JT y algo de congelamiento de gas ocurrirá. Esta situación es referida frecuentemente como operación válvula JT. El flujo de gas durante el apagado de la turbina se muestra en el dibujo siguiente. La principal diferencia entre este flujo y el flujo normal es que todo el flujo de gas a través de la válvula JT en la línea de puenteo (bypass) alrededor de la turbina, y el gas que normalmente fluye hacia el compresor, pasa a través de la línea de puenteo (bypass) alrededor del compresor directamente al gas de residuo del compresor. La temperatura a través de la planta se encontrara en el punto máximo. El volumen de liquido producido será alrededor de un tercio de aquella con la turbina operando. Esto puede requerir reiniciar los controladores de nivel en el separador de expansión y en el fondo de la demetanizadora. La temperatura de fondo en la demetanizadora tendrá que ser incrementada porque el líquido producto contendrá bajas cantidades de etano y propano. Si un analizador en el producto del fondo reinicia el controlador de la temperatura en la base de la demetanizadora, el sistema de control automáticamente cambiara la temperatura del fondo hasta el punto requerido para tener la cantidad deseada en producto de fondo. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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Después del apagado de la turbina, se requerirán varias horas para estabilizar temperaturas y niveles en la planta. Una de las razones de tomar cierto periodo de tiempo para estabilizar las temperaturas, particularmente en la demetanizadora es que el gas caliente que fluye en los rehervidores no es muy buen material de transferencia de calor y un tiempo considerable es requerido para estabilizar las temperaturas después de que la alteración ha ocurrido.


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La planta puede operar indefinidamente con la turbina fuera de servicio. De cualquier forma, la capacidad será ligeramente baja, porque la energía del compresor de gas residual, que normalmente sumistrada por la turbina-compresor, debe de hacerse solo con el compresor lo cual reducirá su capacidad Sera necesario elevar la presión de la demetanizadora para hacer que incremente la presión suministrada por el compresor sobre la turbina


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SOLUCION DE PROBLEMAS La mayoría de los problemas en una planta criogénica resultaran en un congelamiento o bien una reducción en el volumen de producto liquido, o la cantidad de producto no apegado a las especificaciones –conteniendo mucho metano. El primer paso en la solución de problemas es revisar que los instrumentos que indican el problema, indique correctamente y estos no estén fallando. El procedimiento para solución de problemas es revisar cada una de las posibles causas hasta que la culpable sea encontrada. Varios problemas operativos pueden ser eliminados si pueden ser identificados tan pronto como una irregularidad en el sistema ocurra y se tome una acción inmediata de corrección. Uno de los mejores indicadores de una operación apropiada o no apropiada de la planta es aquella de la temperatura en el separador por expansión. Esta temperatura debería seguir siendo constante en tanto que el flujo de gas de entrada y la composición sean constantes. Un cambio en la temperatura del separador usualmente indica que un problema se está presentando. Un aumento en la temperatura del separador por expansión, es usualmente debido a una de las causas siguientes: 1. Un congelamiento en el intercambiador de calor. 2. Bloqueo del rehervidor de la demetanizadora. 3. La válvula JT se encuentra abierta y el gas se


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encuentra puenteando (bypassing) la turbina. 4. Un problema en la turbina. 5. Aumento en la temperatura del gas de entrada. Las causas más comunes para una temperatura fría en el separador-expansor son: 1. Temperaturas de congelamiento. 2. El sistema de control de temperatura de fondo en la demetanizadora no permite el suficiente flujo de gas al intercambiador de la demetanizadora. Los síntomas y procedimientos de solución para cada uno de los problemas que previamente se vieron, se enlistan en detalle en las siguientes páginas. A. Temperaturas de nieve. Nieve es un nombre dado para una situación en la cual la temperatura se baja y se enfría el separador-expansor, la salida de la turbina y la parte superior de la demetanizadora. Las temperaturas son normales o altas en el fondo de la demetanizadora y el flujo de producto de fondo es menos. El líquido es aparentemente arrastrado a la parte superior de la demetanizadora en lugar de fluir por la parte inferior de la torre. ¡Soluciones Integrales Que Dan Resultado!

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La nieve es causada por un congelamiento en la demetanizadora, debajo del punto en que el liquido que entra al recipiente proveniente del Separador-expansor. El material de congelamiento es dióxido de carbono CO 2. Este tiene una propiedad única y poco común de otros componentes: este cambia de hielo a líquido cuando es enfriado. A presión atmosférica el gas se congela cuando este es refrigerado a -57°C (70°F). Para poder licuar el CO 2 congelado se debe de enfriar a temperatura de -78°C (-109°F). Cuando el CO 2 fluye a través de una turbina, su temperatura es reducida debajo de su punto de fusión, así que existe como liquido. Este entra en la parte superior de la demetanizadora, y fluye hacia debajo de la torre. Conforme fluye hacia abajo es calentado,


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y en el algún punto, cambia de liquido a solido y gradualmente se acumulara hasta el punto que restrinja el flujo de liquido hacia debajo de la torre. TEMPERATURAS DE NIEVE.

Las temperaturas de fusión y el congelamiento, anteriormente mencionada son para el CO 2 puro a presión atmosférica. Debe de haber algo diferente en la presión de la demetanizadora y el la concentración del CO2. El congelamiento por CO 2 no es usualmente un problema en tanto su concentración en el gas entrante a la planta sea debajo del 2%. La nieve es corregida, calentando el sistema encima del punto de congelamiento del CO 2, el cual es de -57°C (70°F). Esto usualmente puede hacerse apagando la turbina


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B. Bloqueo de los rehervidores en la demetanizadora. El liquido fluye por gravedad desde la torre demetanizadora a través del rehervidor lateral o de fondo. El líquido descendiente se colecta en una bandeja de chimenea. Este líquido fluye a través del rehervidor, en donde su temperatura es elevada lo suficiente como para evaporar algo de esta corriente, y la combinación de esta corriente liquidovapor regresa a la torre debajo de la bandeja de chimenea. El nivel de líquido en la chimenea proporciona el cabezal de presión necesario para superar la caída de presión en la tubería y en el rehervidor. Si la caída de presión en la tubería y en el rehervidor es más que la altura de líquido en la bandeja de chimenea, el nivel de líquido aumentara alrededor de la chimenea y un desbordamiento dentro de la porción baja de la torre.


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El efecto neto del desbordamiento de liquido en la chimenea es puentear (by-pass) el rehervidor. Esto dará como resultado menos calentamiento a la entrada de la demetanizadora, el contenido de metano en el producto de fondo se incrementara. Otro efecto de un rehervidor bloqueado es que la entrada de gas la cual provee el proceso de calentamiento en el rehervidor no es enfriada tanto como normalmente se hacía, debido a que algo de líquido frio el cual regularmente atraviesa los pasos del intercambiador es desbordado en la bandeja de chimenea. Esto da como resultado menos enfriamiento de la corriente de gas entrante, lo cual incrementara la temperatura en la entrada de gas lateral, bajara la cantidad de liquido condensado y alimentado a la demetanizadora


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Una manera de eliminar este problema es inyectando una corriente de gas dentro de la línea de liquido en la salida de el rehervidor. La acción de empuje del gas debería restablecer normalmente el flujo de líquido al rehervidor y detener el derramamiento hacia debajo de la chimenea. Después las temperaturas regresan a la normalidad, lo cual indicara que la acción de empuje del gas está funcionando, el flujo de gas inyectado debe de ser lentamente reducido hasta que no fluya gas. La inyección de gas debe de ser con gas caliente el cual no contiene hidrocarburos pesados. El gas de salida del compresor es frecuentemente una fuente de inyección de gas hacia un rehervidor tapado. A. CONGELAMIENTOS.

Si la unidad deshidratadora a la entrada de la planta no se encuentra retirando suficiente humedad del gas, la formación de hielo ocurrirá a medida que el gas es enfriado en los intercambiadores. Cuando la formación de hielo ocurre en un intercambiador, la entrada de gas no es enfriada tanto como lo normal, la temperatura a la salida del intercambiador se elevara. Adicionalmente, la caída de presión a través del intercambiador aumentara porque algunos tubos se comenzaran a tapar con hielo restringiendo el flujo de gas.


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El hielo puede ser retirado inyectando metanol en el intercambiador. El metanol es un anticongelante el cual baja el punto de congelamiento del agua. Este derretirá el hielo que se ha formado, y también prevendrá la formación de hielo a medida que la humedad condensa cuando el gas es enfriado en el intercambiador. Para derretir el hielo, el metanol debe de ser llevado por el flujo de gas. Si los tubos o los pasos por la placa de choque en el intercambiador estar completamente bloqueados con hielo, la inyección de metanol no será de beneficio porque este podría no llegar hasta el hielo. Entonces será necesario calentar el intercambiador para derretir el hielo. Usar la inyección de metanol para prevenir congelamientos es una medida de síntoma-amenaza. La solución permanente es mejorar la eficiencia de la unidad deshidratadora en la corriente de gas que entra a la planta. Algo del metanol el cual es inyectado en los intercambiadores se depositara en los tubos del fondo del intercambiador y deberá de ser drenado en el siguiente paro de planta. Esto es de preocupación particular en los rehervidores de la demetanizadora, porque muy poca transferencia de calor ocurrirá en los tubos llenos con metanol, así los rehervidores podrían no transferir suficiente calor para la demetanizadora para su apropiado funcionamiento.


06 - Plantas Criogenicas de Gas Final 1

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