ampliacion de La Planta de almacenamiento

FACULTA FACULTAD D DE CIE CIENC NCIAS IAS Y TECNO TECNOLOG LOG A INGENIERÍA INGENIERÍA EN GAS Y PETRÓL PETRÓL EO

PROYECTO PROYECTO DE GRADO: “INGENI INGENIERÍA ERÍA BÁSICA B ÁSICA PARA AMPLIACIÓN DEL SISTEMA SISTEMA

DE ALMACENAMIENTO Y CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA L A REFINERIA REFINERIA GUALBERTO GUALB ERTO VILL VILL ARROEL ARROEL ”

POSTULANTE: POSTULANTE: MÓNICA ARAOZ ROCHA TUTOR: ING. DIEGO DELGADILLO SANTA CRUZ – BOLIVIA 2016

“INGENIERÍA BÁSICA PARA AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL”

INDICE

.................................................. ..................................................... .................................................... ................................ ......1 CAPITULO I ....................... .................................................. .................................................... .................................................. ........................1 INTRODUCCIÓN ........................ 1.1. INTRODUCCIÓN.................................... INTRODUCCIÓN............................................................. ................................................... ................................. .......1 1.1.1. Antecedentes Antecedentes ......................... .................................................... ...................................................... ......................................... ..............2 1.2. DELIMITACIONES DEL PROYECTO .............................................................. ..............................................................4 1.2.1. Límite Geográfico Geográfico ................................. .......................................................... .................................................... ............................. .. 4 1.2.2. Límite temporal temporal ...................... ................................................. ...................................................... ......................................... ..............4 1.2.3. Límite sustantivo ..................................................................... ........................................................................................ ...................5 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................... ................................................... ..................................... ...........5 1.3.1. Formulación del del problema problema......................... ................................................... .............................................. ....................6 1.3.2. Sistematización del problema (DF-2 Diagrama Causa – Efecto) ...............6 1.4. OBJETIVOS ......................... ................................................... .................................................... .................................................. ........................9 1.4.1. Objetivo General ..................................................................... ........................................................................................ ...................9 1.4.2. Objetivos específicos ....................................................................... ................................................................................. ..........9 1.5. JUSTIFICACIONES.............. JUSTIFICACIONES......................................... ..................................................... ................................................. .......................9 1.5.1. Justificación Científica...................... ................................................ .................................................... ................................ ...... 9 1.5.2. Justificación Económica ............................................. ....................................................................... .............................. ....10 1.5.3. Justificación Social ............................................ ....................................................................... ....................................... ............10 1.5.4. Justificación Ambiental Ambiental ......................... ................................................... .................................................... ..........................10 1.5.5. Justificación Personal........................... Personal.................................................... .................................................... ...........................11 1.6. METODOLOGÍA.................................................. ........................................................................... ........................................... ..................11 1.6.1. Tipo de Estudio ..................................................... ................................................................................ ................................... ........11 1.6.2. Método de Investigación Investigación ...................... ................................................ .................................................... ..........................11 1.6.3. Fuentes de Información........................ Información.................................................. .................................................... ..........................11 1.6.4. Recopilación Recopilación de la Información Información ............................................................... .................................................................12 1.7. ESTRUCTURA TENTATIVA T ENTATIVA DEL PROYECTO ............................................. .............................................12

Mónica Araoz Rocha


................................................. ..................................................... .................................................... .............................. ....13 CAPITULO II ...................... ................................................. .................................................... ............................................... ......................13 MARCO TEORICO ...................... 2.1. Marco Teórico Conceptual Conceptual ......................... ................................................... .................................................... ..........................13 2.1.1. Tanques de almacena almacenamiento miento de Hidrocarburos................................... Hidrocarburos....................................... ....13 2.1.2. Tuberías Tuberías ......................... ................................................... .................................................... ................................................ ......................17 2.1.3. Tipos de fluidos .............. ......................................... ..................................................... ............................................... .....................21 2.1.4. Conceptos sobre s obre propiedades propiedades Físicas del Fluido........................ ..................................... .............25 2.1.5. Mecánica de Fluidos .................................................................... ................................................................................ ............27 2.1.6. Bombas Bombas Centrífugas. ....................... ................................................ .................................................... ............................... ....34 2.1.7. Bases para Diseño del Proyecto ....................... ................................................. ....................................... .............38 2.1.7.1. Almacenamiento Almacenamiento Controlado Controlado de GLP contam contaminado. inado. .............. .......................... ............38 2.1.7.2. Transferencia controlada del GLP Residual ...................................... ......................................40 2.1.7.3. Inyección controlada de GLP Residual Residual ........ .................................. ...................................... ............40 2.2. MARCO TEÓRICO REFERENCIAL ........................ .................................................. ....................................... .............45 2.3. MARCO TEÓRICO JURÍDICO ............................... .......................................................... ........................................ .............47 2.4. MARCO TEÓRICO HISTÓRICO .................................. ........................................................... .................................. .........48 ................................................ .................................................... .................................................... .............................. ....50 CAPITULO III ...................... ................................................. ..................................................... .................................................... .............................. ....50 INGENIERIA ...................... 3.1.

SITUACION OPERATIVA ACTUAL ...................... ................................................. ................................... ........51 3.1.1. GLP Residual Residual generado ........................ .................................................. ............................................ ..................51 3.1.2. Almacenamiento Almacenamiento y quema del GLP Residual..................................... Residual.....................................53

3.2. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA PARA EL PROYECTO ....................... ........................... ....57 3.2.1. Alternativa A ........................ ................................................... ...................................................... ................................... ........57 3.2.2. Alternativa B ........................ ................................................... ...................................................... ................................... ........57 3.2.3. Alternativa C ........................ ................................................... ...................................................... ................................... ........57 3.3. DISEÑO DE INGENIERIA BASICA ...................... ................................................ ....................................... .............61 3.3.1. Cálculo, Diseño Diseño y Selección de Tanques Tanques de de Almacenamiento............. Almacenamiento................. ....61 3.3.2. Cálculo y selección de de Tubería Tubería de Transferencia................................. Transferencia..................................... ....67 3.3.3. Cálculo y Selección Selección de Equipos Equipos de Transferencia Transferencia (Bombas) (Bombas) ...................70 3.3.4. Selección del del Inyector Inyector (DF-7) ....................... ................................................. ............................................ ..................79 Mónica Araoz Rocha


................................................ .................................................... .................................................... .............................. ....81 CAPITULO IV ...................... ................................................. .................................................... ............................................... ......................81 ANAL ANA L ISIS COSTO ...................... 4.1. Análisis Económico ...................... ................................................. ...................................................... ....................................... ............81 4.1.1. Capex (Capital Expenditures) Expenditures) ...................... ................................................ ............................................ ..................81 4.1.2. Opex (Operating Expense)........................................ Expense).................................................................. .............................. ....82 ................................................. ..................................................... .................................................... .............................. ....84 CAPITULO V ...................... .................................................... ............................... ....84 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................... 5.1. Conclusiones Conclusiones ........................ .................................................. .................................................... ................................................ ......................84 5.2. Recomendaciones Recomendaciones............................................................... .......................................................................................... ...........................86 .................................................. .................................................... ..................................................... ................................... ........85 ANEXOS ........................ ANEXO A-1 POSICION DE ANILLOS FIJADORES F IJADORES ....................... ............................................. ......................88 ANEXO A-2 CARACTERISTICAS GLP RESIDUAL ........................ .............................................. ......................89 ANEXO A-3 COMPONENTES DEL GLP (MEZCLA PROPANO Y BUTANO) ......90 SEGÚN NORMA ASTM D-2163........................ .................................................. .................................................... ..........................90 ANEXO A-3.1 INFORME DE LABORATORIO LABORATORIO – MUESTRA DE GLP..................91 ANEXO A-4 DIAGRAMA DE UBICACIÓN GENERAL ......................................... .........................................92 ANEXO A-5 REPORTES OPERATIVOS YPFB – T .............................................. ..............................................93 ANEXO A-6 REQUERIMIENTO SOBRE TENSION DEL MATERIAL ..................94 ANEXO A-7 COEFICIENTE SOBRE EFICIENCIA DE SOLDADURA..................95 ANEXO A-8 DATOS TECNICOS DE LOS TANQUES TIPO “SALCHICHA” ........ 96 ANEXO A-9 CRITERIO PARA LA VELOCIDAD EN LAS TUBERIAS ................... ...................97 ANEXO A-10 DATOS TECNICOS DE LA TUBERIA PARA TRANSPORTAR EL GLP RESIDUAL ...................... ................................................ .................................................... .................................................... ..........................98 ANEXO A-11 DIAGRAMA DE MOODY MOODY PARA DETERMINAR EL FACTOR DE FRICCION ...................... ................................................ ..................................................... ..................................................... .................................. ........99 ANEXO A-12 LONGITUD EQUIVALENTE EQUIVALENTE A PERDIDAS DE PRESION EN VALVULAS Y ACCESORIOS ............................ ..................................................... .................................................. .........................100 ANEXO A-13 DATOS TECNICOS DE LAS BOMBAS DE TRANSFERENCIA T RANSFERENCIA .. 101 ANEXO A-14 DATOS TECNICOS DEL INYECTOR ........................................... ...........................................102 Mónica Araoz Rocha


ANEXO A-15 COSTOS DE CAPITAL ................................................................. .................................................................103 ANEXO A-16 COSTOS DE OPERACIÓN ANUAL ..................... .............................................. .........................104 BIBLIOGRAFÍA ....................... ................................................. .................................................... .................................................. ........................105 GLOSARIO DE TERMINOS ........................................... ...................................................................... ..................................... ..........106

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INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. Trayecto OSSA-1 ............................................ ................................................................... ...................................... ............... 3 ............................ 4 FIGURA 2. Mapa de Ubicación “ Refinería Gualberto Villarroel”. ............................. FIGURA 3. Características Características de una tubería. .......................... ................................................. ................................. .......... 17 FIGURA 4. Pérdida de Presión cuando diám diámetro etro disminuye. ................................ ................................ 18 FIGURA 5. Pérdida de Presión cuando aumenta Longitud de la Tubería ............ ........ .... 19 FIGURA 6. Rugosidad Rugosidad en el diámetro interno de la tubería .................................. .................................. 20 FIGURA 7. Principales Principales compone componentes ntes y características características del GLP ........................... ........................... 22 FIGURA 8. Esquema Esquema Básico de una torre de destilación ...................................... ...................................... 24 FIGURA 9. Balance de energía para dos puntos de un fluido. .............................. 30 FIGURA 10. Diagrama Diagrama de Moody......................................... ............................................................... ................................. ........... 32 FIGURA 11. Partes de una bomba centrifuga. centrifuga. ............................. ................................................... ......................... ... 34 FIGURA 12. Tipos de inyectores .......................................... ................................................................. ................................. .......... 41 FIGURA 13. Esquema – Despacho Tipo de Lote de GLP a través del OSSA-1 ... 52 FIGURA 14. Esquema de Volúmenes por “un” Lote GLP a través del OSSA-1. O SSA-1. ... 52 FIGURA 15. Parque de esferas GLP - RGV............................................ .......................................................... .............. 54 FIGURA 16. Composición Composición porcentual de GLP Residual ....................................... 55 FIGURA 17. Gráfica para determinar tamaño Óptimo del Recipiente ................... 63 ............................................. ... 64 FIGURA 18. Dimensiones Tanque tipo: “Salchicha” .......................................... FIGURA 19. Disposición de los Tanques de Almacenamiento. Almacenamiento.............................. ............................. 64 FIGURA 20. Alturas Tanque, Bomba y línea de alimentación torre ................ ........ ............ .... 76

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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Com Composición posición aproximada aproximada de los crudos ............................................ .................................................. ...... 21 Tabla 2. Características Características según s egún clase de GLP. ................................................... ...................................................... ... 23 Tabla 3. Clases de Gasolinas............................................ ................................................................... .................................... ............. 24 Tabla 4. Tipo de flujo según No. Re .......................................... ............................................................... ............................ ....... 29 Tabla 5. Tipos de Energía según Bernoulli............................. Bernoulli.................................................... .............................. ....... 30 Tabla 6. Longitu Longitud d Equivalente Equivalente de accesorios .......................................... ........................................................ .............. 33 Tabla 7.Clasificación 7.Clasificación de Bombas Bombas Centrifugas ......................................... ....................................................... .............. 35 Tabla 8. Parámetros Parámetros del GLP Residual y en Inyección de Crudo.......................... .......................... 42 Tabla 9. Capacidad Capacidad de la Refinería Refinería Gualberto Villarroel........................................ Villarroel........................................ 42 Tabla 10. Capacidad y Producción de la Refinería Gualberto Villarroel ................ 43 Tabla 11. Volúmenes Volúmenes por Lote de GLP enviad enviado o .......................................... .................................................... .......... 53 Tabla 12. Tasa de GLP Contaminado generado x día - Proyectado a 20 años .... 55 Tabla 13. Tasa de GLP desperdiciado desperdiciado en Quem Quemador ador ........................................... ........................................... 56 56 Tabla 14. Tasa de GLP Recuperable x día - Proyectado a 20 años ..................... 56 Tabla 15. Ponderación Ponderación por Criterio........................................... .................................................................. ............................. ...... 58 .................................................................. .......... 58 Tabla 16. Ponderación Alternativa “A” . ........................................................ .................................................................. .......... 59 Tabla 17. Ponderación Alternativa “B” . ........................................................ Tabla 18. Ponderación Alternativ a “C”.......................................... ................................................................. ......................... .. 59 Tabla 19. Parámetros Parámetros para Autonomía del diseño ............ ................................... .................................... ............. 61 Tabla 20. Determinación Determinación del Volumen Volumen del tanqu tanque e ........................................... ................................................. ...... 62 Tabla 21. Relación Longitud / Diámetro Diámetro (F) ......................................... ........................................................... .................. 62 Tabla 22. Longitu Longitud d Mínim Mínima a del Tanque ......................... ............................................... ........................................ .................. 63 Tabla 23. Determinación Espesor mínimo del cuerpo - Tanque ”Salchicha” ......... ........ 65 Tabla 24. Determinación Espesor Mínimo del Casquete - Tanque “Salchicha”. ... 66 Tabla 25. Resumen requisitos mínimos - Tanque Tipo “Salchicha”. ..................... 66 Tabla 26. Tasa de Flujo del Sistema Sistema ......................................... .............................................................. ............................ ....... 67 Tabla 27. Diámetros de tubería Vs. Velocidad de flujo.......................................... .......................................... 68

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Tabla 28. Espesor mínimo requerido - Tubería Tubería ........................................... ..................................................... .......... 69 Tabla 29. Resumen requisitos mínimos – Tubería .............................. ................................................ .................. 69 Tabla 30. No. de Reynolds Reynolds para el Sistema ............................................ .......................................................... .............. 70 70 Tabla 31. Factor de Fricción .......................................... ................................................................. ........................................ ................. 70 Tabla 32. Pérdida de Presión por Fricción .............................................. ............................................................ .............. 71 71 Tabla 33. Pérdida de Presión por Diferencia Diferencia de Altura....................................... Altura.......................................... ... 72 Tabla 34. Longitud Equivalente en pies....................................... pies............................................................. ......................... ... 72 Tabla 35. Pérdida de Presión (Psi) por fricción en los accesorios......................... ......................... 72 Tabla 36. Pérdida de Presión en Sistema Sistema ........................................... ............................................................. .................. 73 73 Tabla 37. Energía mecánica entregada entregada al Fluido. ........................................... ................................................. ...... 74 Tabla 38. Energía suministrada a la Bomba............................................ ......................................................... .............. 74 Tabla 39. Flujo másico. ........................................................ ............................................................................... ................................. .......... 75 Tabla 40. Potencia requerida para la Bomba Bomba ................................................. ........................................................ ....... 75 Tabla 41. Caída de presión del Tanque a la succión de la Bomba ....................... ....................... 76 Tabla 42. Longitud equivalente x accesorios (Tanque - Bomba) ........................... 76 Tabla 43. Caída de Presión por fricción en accesorios (Tanque - Bomba) ........... 77 Tabla 44. Presión Total en la Succión de la bom bomba ba .............................................. .............................................. 77 Tabla 45. Presión Total en la Descarga de la l a bomba ......................................... ............................................ ... 77 Tabla 46. Diferencia de Presión Total expresada expresada en altura................................... ................................... 77 Tabla 47. NPSHA ............................................... ...................................................................... ............................................ ............................ ....... 78 Tabla 48. Características Características técnicas requeridas requeridas para la Bomba .............................. .............................. 78 78 Tabla 49. Datos de Entrada para cálculo del inyector ............................ ........................................... ............... 79 79 Tabla 50. Selección de Inyector ........................................ ............................................................. .................................... ............... 80 Tabla 51. Costo de Inversión CAPEX .......................................... ................................................................. ........................... 82 Tabla 52.Opex - Anual......................... Anual............................................... ............................................. ............................................ ..................... 82 Tabla 53. Opex – Periodo 20 años OPEX ........................................ ............................................................. ..................... 83 83

Mónica Araoz Rocha


CAPITULO I INTRODUCCIÓN

Mónica Araoz Rocha


CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1. INTRODUCCIÓN

EL GLP (Gas Licuado de Petróleo) es un producto secundario que se obtiene de dos maneras: por extracción del gas natural (Plantas de Gas) y del refinado de petróleo (Refinerías). En el Estado Plurinacional de Bolivia, los organismos encargados de producir y transportar el GLP son YPFB-Refinación y YPFB-Transporte YPFB-Transporte respectivamente. respectivamente. YPFB – Refinación, a la fecha ha logrado satisfacer la demanda interna de GLP en el territorio Nacional, llegando a generar inclusive excedentes disponibles para la exportación. (Incremento de producción). YPFB – Transporte, para poder cumplir con la demanda de los volúmenes requeridos en los distritos no productores, transporta el GLP haciendo uso, no solo de la red de gasoductos si no también la de oleoductos existentes en el País. (Falta infraestructura). La operación de despacho de GLP a través de oleoductos se realiza por lotes, utilizando tanto a la cabeza como a la cola del lote un “T apón Separador” o “Lote Separador”. Este tapón está constituido por una cantidad determinada de gasolina

liviana o LSR (por su sigla en inglés). Como es característico en la operación de despacho por lotes, una porción del GLP, tanto en la cabeza como en la cola, se mezcla con LSR, generando un volumen de GLP pesado contaminado que llamaremos GLP residual. Éste GLP residual, si no es reprocesado después de la recepción se convierte en un problema para su manipulación y almacenamiento.

Mónica Araoz Rocha

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Para deshacerse de este GLP residual y ante la falta de infraestructura adecuada, en la mayoría de los casos se destruye por venteo o quema en antorcha. Con ello, se desperdicia el enorme potencial de esta fuente de energía excepcional y además que éste hecho se desmarca de normativas legales ambientales y de seguridad vigentes. El GLP normalmente se licua a baja presión, facilitando su transporte y almacenamiento en estado líquido. El GLP residual, es un líquido contaminado con contenido alto de componentes de LSR y también una buena cantidad de componentes de GLP, lo que hace que tenga relativamente una alta tensión de vapor, complicando de ésta manera su almacenamiento en tanques atmosféricos convencionales para GLP. 1.1.1. Antecedentes

YPFB-R y YPFB-T tienen la firme intención para implementar proyectos que permitan la recuperación de GLP a partir del GLP residual recibido luego del despacho por lotes. YPFB –T realiza el transporte de GLP desde Santa Cruz de La Sierra hasta Cochabamba a través del OSSA-1 (Oleoducto Sica Sica – Arica 1), éstas éstas op operaciones eraciones de despacho generan un volumen de GLP residual de 120 a 150 M3 aproximadamente en 2 a 3 despachos por semana. El OSSA-1 se extiende desde la Terminal de YPFB-T Santa Cruz, ubicada dentro del predio de la Refinería “Guillermo Elder Bell” hasta la Terminal de YPFB -T Cochabamba, ubicada dentro del predio de la Refinería “Gualberto Villarroel”,

transportando principalmente petróleo crudo, petróleo reconstituido y GLP; tiene una longitud de 487 km. x 10” de diámetro con una capacidad máxima instalada de 33.500 BPD. El OSSA-1 es un oleoducto componente del Sistema Centro de YPFB- Transporte y cuenta con 4 estaciones de bombeo antes de llegar a la Terminal Cochabamba ( Ver FIGURA 1): Mónica Araoz Rocha

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“INGENIERÍA BÁSICA PARA AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL” 

Estación Estaci ón de Bombeo desde Terminal Santa Cruz



Estación Estaci ón de bombeo Samaipata



Estación Estaci ón de bombeo Oconi



Estación Estaci ón de bombeo Buena Vista

FIGURA FIGURA 1. Trayecto OSSA-1 (línea roja segm entada). entada). Fuente: ww w.hidrocarburo sboliv ia.com

La creciente demanda para proveer de GLP al sector Occidental del País hace que la cantidad de despachos por lote se incrementen, consecuentemente los volúmenes de GLP residual cada vez serán mayores. La Refinería “Gualberto Villarroel” (RGV) es la planta de refinación con mayor

capacidad para procesamiento de petróleo en el país, actualmente procesa 27.200 barriles de petróleo crudo por día (BPD). Construida en el año 1948 es la refinería más antigua de Bolivia y se encuentra ubicada en la ciudad de Cochabamba. Actualmente los volúmenes de hidrocarburos transportados por el OSSA-1 son recibidos en la RGV; luego del proceso de medición por densitometría son derivados a tanques de almacenamiento según el tipo de hidrocarburo o bien derivados al Oleoducto OSSA-2. Mónica Araoz Rocha

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EL GLP residual es almacenado en Tanques esféricos, esperando a ser enviados al proceso de quema, reduciendo a la vez la capacidad de almacenamiento para GLP limpio dentro de la refinería. 1.2. DELIMITACIONES DEL PROYECTO 1.2.1. Límite Geográfico

El proyecto se desarrollará en los predios de La Refinería “Gualberto Villarroel ” de YPFB Refinación S.A. y YPFB Transporte S.A., ambas ubicadas en la Avenida Petrolera Km 6 (Antigua carretera a Santa Cruz, Zona Valle Hermoso, Ciudad de Cochabamba). Ver FIGURA 2.

N

FIGURA 2. Mapa de Ubicación “Refinería Gualberto Villarroel”. Fuente: Portal web ANH

1.2.2. Límite temporal

La implementación del proyecto se realizará en el 2do semestre del 2015 y parte del 1er. Semestre 2016. Mónica Araoz Rocha

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1.2. 1.2.3. 3. Límite Límite s ustantivo ust antivo

El proyecto estará sustentado en principios de la Mecánica de Fluidos y Almacenaje de Hidrocarburos en lo que se refiere al diseño de la infraestructura necesaria y cumpliendo estándares de fabricación según normas internacionales. 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La insufic iente infraestructura infraestructura para control , almacena almacenamiento, miento, y dispo sición final de GLP residual que se genera por cada lote de GLP recibido en la Refinería “Gualberto Villarroel”. DF-1. Diagrama de Flujo de la situación actual FLUIDO TRANSPORTADO POR EL OSSA 1

PRINCIPALMENTE: CRUDO (CRUDO Y PETROLEO RECOSNTITUIDO)

LSR (GASOLINA LIVIANA) utilizada como tapón separador entre el Crudo y el GLP

LOTE DE GLP (Gas Licuado de de Petróleo)

SE GENERA GLP RESIDUAL, GLP contaminado por LSR, tanto a la cabeza como en la cola del lote de GLP

MEDICION TODOS LOS FLUIDO PASAN POR UN PROCESO DE MEDICION POR DENSITOMETRIA PARA SU POSTERIOR SEPARACION EN:

CRUDO

GLP Limpio

GLP RESIDUAL Contaminado

DERIVA AL OLEODUCTO OSSA 2


ALMACENAIMIENTO EN TANQUES TIPO ESFERA

DERIVA PARA ALMACENAMIENTO Y POSTERIOR COMERCIALIZACION INTERNA


PROCESO DE QUEMA

PROCESOS SOBRE LOS CUALES SE PLANTEA EL PROYECTO

Mónica Araoz Rocha

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1.3. 1.3.1. 1. For mulació n del prob lema

¿Con la implementación de un proyecto de ingeniería básica para ampliación del Sistema de Almacenamiento y Control de GLP residual se resolverá el problema que presenta actualmente la RGV de Cochabamba en la recepción, almacenamiento y disposición final de GLP residual? 1.3.2. Sistematización del problema (DF-2 Diagrama Causa – Causa – Efecto) Efecto) AMPLIACION DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y CONTROL DE GLP RESIDUAL PARA OPTIMIZAR SU

– REFINERIA “GUALBERTO VILLARROEL” DISPOSICION FINAL – REFINERIA

E1: Saturación del

sistema de almacenamiento de GLP

E2: Incremento en los volúmenes de GLP residual desperdiciado por quema

E3: Pérdidas económicas e Incumplimiento ante disposiciones legales

F1: Cuantificar

pérdidas en Volumen de GLP residual

F2: Determinar los recursos necesarios para los nuevos cambios a implementar.

F3: Recuperación

monetaria y adecuación a disposiciones legales vigentes

PROBLEMA

SOLUCION

Insuficiente infraestructura para control, almacenamiento, y disposición final de GLP residual por cada lote de GLP recibido en la

Realizar diseño de la infraestructura adecuada para control, almacenamiento e inyección que permita disposición final adecuada del GLP Residual

Refinería “Gualberto Villarroel”

C1: Obsolescencia de las instalaciones actuales

C2: Incremento en

C3: Ausencia de

A2: Diseño de la

la recepción de lotes de GLP

inversión en instalaciones acordes a estándares internacionales

ingeniería básica de las instalaciones con proyección a 20 años de operación.

PROBLEMA

A1: Análisis de condiciones actuales de operación y el tratamiento que se da al GLP Residual

A3: Análisis Económico para implementar el proyecto

SO LUCI ON

Causas Causas del d el Problema C1: Obsolescencia de las instalaciones actuales: La actual infraestructura de la

RGV no permite realizar inyección del GLP residual a la línea de alimentación principal de crudo. C2: Incremento en la recepción de lotes de GLP: Al incrementar la demanda de

GLP en el Sector Occidental, se incrementan los despachos por lotes de GLP. A mayor cantidad de envíos, mayor cantidad de GLP residual generado.

Mónica Araoz Rocha

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C3:

Ausencia

de

inversión

en

instalaciones

acordes

a

estándares

internacionales: Por diferentes factores político sociales, no se han realizado las

inversiones necesarias que permitan la infraestructura para evitar la quema del GLP Residual. PROBLEMA Insufic iente infraestructur infraestructur a para control, almacena almacenamiento miento y d ispo sició n final de GLP residual resid ual por po r cada lote de GLP recibido en la Refinería “Gualberto Villarroel” Villarroel” Efectos del Problema E1: Saturación del sistema de almacenamiento de GLP: El incremento de

volúmenes de GLP despachados hasta la RGV sumados a los de GLP Residual que se generan, exceden la capacidad de almacenamiento de la Refinería. E2: E2: Incremento Incremento en los volúmenes de GLP residual resid ual desperdi desperdi ciado por quema: al

no disponer de las instalaciones adecuadas para tratamiento del GLP residual y ante la demanda por falta de espacio solo resta la opción de quema. A mayor cantidad de envíos mayores volúmenes de GLP residual quemados. E3: Pérdidas económicas e Incumplimiento ante disposiciones legales: EL GLP

residual quemado en las antorchas representan una pérdida económica por el valor comercial que tiene éste energético en el mercado nacional e internacional. Incumplimiento a disposiciones legales sobre el tratamiento, recuperación y disposición que se le debe dar al GLP residual, siendo pasible a sanciones pecuniarias. Acc Ac c io nes a Reali zar A1: Análisis de condiciones actuales de operación y el tratamiento que se da al GLP

Residual: Relevar información estadística sobre las

instalaciones actuales

cuantificando los despachos de GLP y los volúmenes desperdiciados en el proceso de quema. Mónica Araoz Rocha

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A2: Dis eño de la ingen in genier iería ía b ásica ási ca y p ro yecci yec ci ón d e las l as c ond on d icio ic io nes actu ac tuale aless y a 20 años de operación: Realizar selección y diseño de las instalaciones adecuadas

bajo normas internacionales para almacenamiento y control del GLP residual hasta el punto de inyección en la línea de alimentación principal de crudo que va a la torre de destilación. A3: Análi An áliss is Eco nó mico mi co y legal: leg al: Realizar el análisis de costos estimando un tiempo

de producción a 20 años. SOLUCION Diseño de la infraestructura adecuada para control, almacenamiento e inyección, que permita una disposición final adecuada del GLP Residual Fines F1: Cuantificar pérdidas en Volumen de GLP residual: cuantificar el GLP que se

podría desperdiciar a 20 años en caso de continuar operando en las condiciones actuales. F2: F2: Determinar Determinar los recursos necesarios necesarios p ara los nuevos cambios a imp lementar: lementar:

En Base al diseño del proyecto, seleccionar la infraestructura necesaria para ampliar la capacidad de almacenamiento y transferencia de GLP residual, hasta inyectar a la línea de alimentación principal de la torre de destilación. destilació n. F3: Recuperación monetaria y adecuación a disposiciones legales vigentes:

Determinar Determinar los ingresos que pueden generar la comercialización del GLP recuperado; recuperado; ademá ademáss de cumplimiento a las disposiciones disposiciones legales vigentes.

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1.4. OBJ ETIVOS ETIVOS 1.4.1. 1.4.1. Obj Objetiv etivo o General

Realizar un diseño de ingeniería para ampliar la capacidad del sistema de almacenaje y control de GLP residual hasta la línea de alimentación principal de la torre de destilación en la RGV. 1.4. 1.4.2. 2. Objeti Objetivos vos específicos 

Analizar la instalación instalación y las condiciones condiciones operativas operativas actuales actuales del sistema sistema de despacho y recepción por lotes mediante reportes de YPFB Refinación y YPFB Transporte.



Analizar y evaluar las alternativas alternativas de solución mediante un estudio con parámetros de ponderación que permita determinar la alternativa más eficiente para la ampliación.



Realizar Realiz ar el diseño de de ingeniería para para seleccionar la infraestructura infraestruc tura adecuada que permita la ampliación del sistema de almacenaje y control de GLP residual re direccionándolo a la línea de alimentación de la torre de destilación.



Evaluar económicamente la implementación implementació n del proyecto.

1.5. JUSTIFICACIONES 1.5. 1.5.1. 1. Justif icació n Científica

La implementación implementaci ón del proyecto para la ampliación del sistema de almacenaje y transporte de GLP residual en la RGV permitirá: 

Establecer Establec er una base referencial en cuanto al GLP desperdiciado a partir del GLP que se contamina luego de cada despacho por lote que se realiza desde la Terminal Santa Cruz a la l a Terminal Cochabamba. Cochabamba.

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“INGENIERÍA BÁSICA PARA AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL” 

Dimensionar infraestructura e instalaciones en base a lineamientos teórico científico para una manipulación segura del GLP, que sirvan como referencia para la adecuación de otras refinerías en el País.

1.5.2. Justificación Económica

La implementación del proyecto permitirá monetizar los volúmenes de GLP que actualmente se están desperdiciando por falta de infraestructura adecuada. 1.5. 1.5.3. 3. Justific Jus tific ación Soci al

El presente proyecto tiene una importancia social ya que con su implementación podremos: 

Generar empleos empleos directos e indirectos indirectos de técnicos técnicos especializados especializados mientras dura la implem implementación entación de la infraestructura. infraestructura.



Contribuir con el GLP recuperado a incrementar en cierta medida la disponibilidad de GLP para su uso industrial o engarrafado futuro.

1.5.4. Justificación Ambiental

La implementación del proyecto permitirá: 

Evitar que se continúe quemando el GLP residual reduciendo el daño al medio ambiente. Si bien el GLP limpio es un energético “amigable” al ambiente, el GLP residual al contener gran porcentaje de gasolinas livianas emiten gases contaminantes luego del proceso de quema.



Realizar la manipulación del GLP residual en condiciones seguras reduciendo los riesgos de lesiones al personal y posibles derrames al ambiente o daños a las instalaciones. instalaciones.

Mónica Araoz Rocha

10


1.5. 1.5.5. 5. Justific Jus tific ación Personal

Con el presente proyecto de grado se aplicarán los conocimientos adquiridos durante mi formación académica con el fin de obtener el título académico en Gas y Petróleo de la Universidad de Aquino Bolivia “UDABOL”.

1.6. METODOLOGÍA 1.6. 1.6.1. 1. Tipo Tipo de Estud io

El presente proyecto es de carácter NO EXPERIMENTAL; debido a que no se manipulan las variables que originan la problemática. El tipo de estudio a ser desarrollado es de carácter transversal – descriptivo; transversal debido a que la recolección de datos es realizada en un momento único y descriptivo por que se describen ampliamente los principios y tecnología para la construcción. 1.6. 1.6.2. 2. Método Método de Investig ación

El proyecto empleará el método deductivo – analítico, porque se busca dar solución a un problema específico, además de poder analizar los beneficios adicionales que acompaña para el diseño de ingeniería básica para la ampliación de la capacidad de almacenaje y control del GLP residual en la refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba. 1.6. 1.6.3. 3. Fuentes Fuentes d e Informació n

Las diferentes fuentes de información que se utilizaron para la elaboración del proyecto son las siguientes: siguientes: 

Fuentes Fuentes de información primaria 

Consultas y entrevistas a Ingenieros de la Refinería “Gualberto Villarroel” .



YPFB – Transporte: Reportes operativos sobre volúmenes transportados por el OSSA-1.

Mónica Araoz Rocha

11




Fuentes Fuentes de información secundaria

Para la realización de éste proyecto, también se recurrió a libros especializados en Transporte y Almacenaje de hidrocarburos y tesis de grado relacionadas a proyectos de refinación en la RGV. 1.6. 1.6.4. 4. Recopilaci Recopilaci ón de d e la Informació n

Para llevar a cabo este trabajo se realizó una recopilación de toda la información disponible referente a las características del GLP, volúmenes transportados por el OSSA-1, procesos disponibles en la RGV, características de los principales equipos a utilizarse, operación y diseño de construcción de ductos y tanques de almacenamiento, también se recopiló información de empresas encargadas de los diferentes estudios complementarios a realizarse como: estudios geotécnicos, estudios de resistividad, estudios topográficos, y estudios geológicos, con la finalidad de realizar la clasificación de toda ésta información, a fin de dar la adecuada estructuración al tema planteado. 1.7. ESTRUCTURA TENTATIVA DEL PROYECTO Capítulo Capítulo I: Introducción Capítulo II: II: Marco Teórico Capítulo III: Ingeniería del Proyecto Capítulo Capítulo IV: IV: Análisis de Costos Capítulo Capítulo V: Conclusiones y Recomendaciones ANEXOS BIBLIOGRAFIA GLOSARIO DE TERMINOS

Mónica Araoz Rocha

12


CAPITULO II MARCO MA RCO TEORICO TEORICO

Mónica Araoz Rocha

“INGENIERÍA BÁSICA PARA AMPLIACIÓN D EL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO Y CONTROL CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL”

CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1. 2.1. Marco Marco Teóric o Conc eptual

El Diseño de Ingeniería para el proyecto de Ampliación del Sistema de Almacenamiento y Control del GLP Residual, involucra un número de pasos progresivos que en base a cálculos hidráulicos permitan determinar el tamaño óptimo de la infraestructura y las características de operación en función al tipo de fluido que se debe almacenar, transportar e inyectar. Los siguientes parámetros deben ser considerados dentro del marco teórico para el diseño del proyecto: 

2.1.1. Tanques de almacenamiento de Hidrocarburos



2.1.2. Tuberías



2.1.3. Tipos de fluidos



2.1.4. Conceptos sobre Propiedades Físicas Física s de un fluido. fluido.



2.1.5. Conceptos y ecuaciones sobre Mecánica de Fluidos.



2.1.6. Bombas Centrifugas



2.1.7. Bases para diseño del proyecto.

2.1. 2.1.1. 1. Tanques de almacenamiento d e Hidrocarb uros

El almacenamiento constituye un elemento de sumo valor en la explotación de los servicios de hidrocarburos ya que: 

Actúa como un pulmón/resorte entre producción y transporte para absorber las variaciones del consumo.



Permite la sedimentación de agua y barros barros del crudo antes de despacharlo por el oleoducto o a destilación.



Brindan flexibilidad flexibilidad operativa operativa a las refinerías. refinerías.



Actúan como punto de referencia en la medición medición de despachos de producto.

Mónica Araoz Rocha

13


Clasificación de Tanques de Almacenamiento

CLASIFICACION

TANQUE VERTICAL

POR SU CONTRUCCION

TANQUE HORIZONTAL

ESFERA

TECHO FIJO TECHO FLOTANTE INTERNO TECHO FLOTANTE EXTERNO A Presión Atmosférica (camiones) A Presión > Presión atmosférica (salchicha)

Doble pared (Criogénicos – GNL)

PRODUCCION POR SU USO

REFINERIA TERMINAL COMERCIAL RESERVA

CRUDO POR PRODUCTO

GASOLINAS GLP

CLASIFICACION DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

DF-3. DF-3. Clasificación de Tanques. Fuente: Presentaciones de la FIUBA

Almac Al mac enami ena mient ento o Sup S uperf erf ic ial de GLP GL P

Si se dispusiera almacenar GLP a presión atmosférica, se requerirían tanques que mantuvieran una temperatura de - 42˚C, con toda la complejidad que ello implica. Por ésta razón, se utilizan recipientes a presión con forma cilíndrica o esférica que trabajan a una presión interior de 250 psi aproximadamente y a temperatura ambiente. Los tanques cilíndricos, la ventaja fundamental que presentan, es que cuando se los saca de servicio se los puede inspeccionar visualmente a ambos lados de la chapa en su totalidad (piso de tanques). La línea de llenado ingresa al recipiente por la parte superior, y la de aspiración toma producto por la parte inferior. Como todo recipiente crítico a presión, deben contar con Mónica Araoz Rocha

14


doble válvula de seguridad independientes, doble sistema para la lectura de niveles independientes, dos medios independientes para la lectura de presión. Estos recipientes no utilizan VPV (Válvulas de Presión y Vacío) ni ningún otro sistema sistema para el vaciado o llenado. Esto se debe a que se trabaja con el equilibrio liquido-vapor del GLP que está contenido en su interior. Al bajar la presión (vaciado), más producto pasa a la fase vapor. Durante el llenado, el aumento de presión hace que el producto vuelva a la fase líquida. Los tanques que se van a utilizar en la implementación del proyecto son los cilíndricos tipo salchicha. El cálculo de volumen se realiza con la siguiente ecuación: Cálculo Volumen Tanque Tipo “Salchicha” (Ec. 1)

   =  ∗  ∗  + ( ∗  ∗ )

Dónde: = 3.141516 (adimensional) = radio del cilindro / semiesfera = Longitud del cilindro

  

Relación Longitud / Diámetro Tanque Tipo “Salchicha” (Ec. 1.1)

  = ∗∗

Dónde: = Presión (psi) = Margen por corrosión (pulg) = Tensión de fluencia del material (psi) = Eficiencia de junta soldada (adimensional)

  



Longitud Tanque Tipo “Salchicha” (Ec. 1.2) Dónde: = Volumen = Diámetro del recipiente

=  

 

Densidad y Factor de Llenado. La densidad de llenado está definida como la

relación porcentual entre el peso máximo del propano comercial en un recipiente y el peso de agua que dicho recipiente contendría totalmente lleno a 15,5 ºC, siendo en Mónica Araoz Rocha

15


consecuencia una función de la Gravedad Especifica del producto que está siendo almacenado. A temperatura ambiente, se adopta una relación de volúmenes de 0,85. Factor de llanado (Ec. 1.3)

    =.         = á      Cálculos de Espesor de pared. Se calcula el espesor, mediante el MANDATORY

APPENDIX 1, que es un equivalente a la ecuación UG-27 ecuación 1 del ASME VIII Div. 1; en base a la presión de diseño interna del tanque calculado: Espesor de pared del cuerpo: Calculo espesor de pared en el cuerpo del tanque (Ec. 2)

 ∗  +   = ∗−,∗

Dónde: t

cuerpo =

Espesor del cuerpo (m)

S = Tensión Admisible SA612 (psi)

P = Presión de operación del tanque (psi)

E = Eficiencia de Junta para el cuerpo (-)

R = Radio interior del cilindro (m)

t k = Espesor por corrosión

Espesor correspondiente correspondiente para la cabeza: Calculo espesor de pared en el casquete semi esférico (Ec. 3)

∗  = ∗∗−,∗ + 

Dónde:


S = Tensión Admisible SA 612 (psi) E = Eficiencia de Junta para el cuerpo (-)



t

cabeza =


Los recipientes deben ser protegidos adecuadamente contra la corrosión, contarán con protección catódica, para lo cual deberán quedar perfectamente aislados mediante correspondientes juntas de aislación. Mónica Araoz Rocha

16


Por otro lado para asegurar la integridad de los tanques de almacenamiento se deben respetar las distancias para colocación de anillos fijadores según el ANEXO A-1. 2.1.2. Tuberías

Una tubería es un conducto que cumple la función de transportar fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza el término oleoducto. oleoducto. Cuando el fluido transportado transportado es gas, se utiliza el término gasoducto. Las características físicas de la tubería afectan la forma como un fluido se comportará en un su interior. Específicamente, hay cuatro parámetros que se deben considerar en el diseño y selección (Ver FIGURA 3) : Diámetro interno de la tubería Longitud de la tubería Rugosidad de la superficie interna de la pared de la tubería Espesor de pared de la tubería

FIGURA FIGURA 3. Característic Característic as de una tubería. Fuente: Fundamentos para el Diseño de Oleoduct os

Diámetro interno de la tubería. En una tubería, la pérdida de presión debida a la

fricción está relacionada con el diámetro interno de la tubería ( ver FIGURA 4). Mónica Araoz Rocha

17


Cuando el diámetro interno de la tubería disminuye, la pérdida de presión debida a la fricción se incrementa drásticamente siempre y cuando el diámetro más pequeño al igual que el más grande esté manejando el mismo flujo. Esta es una importante consideración, no solo en el diseño sino también en el entendimiento de las características de operación de cualquier ducto.

FLUJO

FLUJO

FIGURA FIGURA 4. Incremento de la Pérdida de Presión c uando el diámetro dism inuy e. Fuente: Fuente: Fundamentos para el Diseño de Oleoductos

La selección del diámetro óptimo de la tubería que se utilizará en el proyecto, se realiza en base a la Norma API 14-E que establece un intervalo de máxima y mínima velocidad de flujo. (Velocidad de flujo máxima: 15 pie/seg. Velocidad mínima de flujo: 3 pie/seg). La velocidad de flujo está en función al caudal y ambas se pueden determinar con las siguientes ecuaciones: Calculo de la Tasa de Flujo (Caudal) del Sistema (Ec. 4) Dónde:

=∗

 = Caudal de flujo (m3/hora - GPM)  = Volumen (M3 – Galones)  = Tiempo de vaciado (horas – minutos) Calculo de la Velocidad de Flujo (Ec. 5)

Dónde:



 = .∗ 

Velocidad promedio de flujo (pie/seg)

Mónica Araoz Rocha

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 = Caudal de flujo (BPD)  = Diámetro Interno de la tubería (pulg) Longitud de la tubería. La longitud de un segmento de una tubería afecta la caída

total de presión a lo largo de ese segmento. Entre mayor sea la longitud de un segmento en un oleoducto, mayor será la caída total de presión a través de ese segmento, como se muestra en la Figura 5. En consecuencia, la pérdida de presión por fricción para una tasa de flujo dada varía directamente con la distancia entre dos estaciones.

FLUJO

FLUJO

FLUJO

FIGURA FIGURA 5. Incremento de la Pérdida de Presión Presión c uando aumenta la Longit ud de la Tubería. Tubería. Fuente: Fundamentos para el Diseño de Oleoductos

Rugosidad Interna de una Tubería. El factor de fricción es determinado

experimentalmente mediante la correlación del Número de Reynolds y la rugosidad relativa de la tubería con la fricción del fluido. A medida que la rugosidad de la pared interna de la tubería se incrementa, el factor de fricción aumenta, para condiciones de flujo turbulento. Usualmente, los factores de fricción son seleccionados de gráficas llamadas Diagramas de Moody , los cuales relacionan el factor de fricción, f, con los dos parámetros adimensionales, el Número de Reynolds, Re, y la l a rugosidad relativa de la pared interna de la tubería, e/D. Mónica Araoz Rocha

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La rugosidad relativa de la pared interna de la tubería es la relación de la rugosidad absoluta, e, y el diámetro interno, D, de la tubería. La FIGURA 6, Ilustra la rugosidad relativa.

FIGURA FIGURA 6. Rugosi Rugosi dad (protuberancias, imp erfeccion es) en el el diámetro i nterno de la tubería Fuente: Fundamentos para el diseño de Oleoductos

Más específicamente, la rugosidad relativa está definida como la relación de la rugosidad absoluta de la pared de la tubería (una medida de la altura promedio de las “protuberancias imperfecciones ” en la superficie de la pared de la tubería) y el

diámetro interno de la tubería: Rugosidad Relativa = e/D Dónde: e = Rugosidad absoluta de la superficie de la pared de la tubería (pulgadas) D = Diámetro interno de la tubería (pulgadas) Espesor p ara tuberías en sistemas de proceso .

El espesor mínimo de la pared da el espesor mínimo absoluto de una tubería o estructura para cargar su contenido. El espesor mínimo de la pared en el diseño se basa en la presión del contenido del recipiente o del tubo, la tensión admisible del material y el diámetro exterior de la tubería. El cálculo de espesor de tuberías se realiza según ASME B31.3 (American Society of Mechanical Engineers - ASME B31.3, 2008). Se determina según las siguientes ecuaciones:

Mónica Araoz Rocha

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Calculo Espesor pared Tubería (Ec. 6)

Dónde:

∗  = ∗∗∗+∗ +

 Espesor (pulg) = Presión de Diseño (Psi)  = Diámetro Externo (pulg)  Tensión Admisible del material (Psi)

 = Factor de calidad del material (-)  = Factor de reducción de junta soldada (-)  = Factor de Temperatura  = Tolerancia por corrosión

2.1. 2.1.3. 3. Tipos de flui dos

A continuación se describen algunas características de los fluidos que intervienen en el proceso de transporte y almacenamiento que abarca el presente proyecto: 

Crudo de Petróleo



Crudo Reconstituido Reconstituido o RECON



GLP



Gasolinas – Livianas o LSR

Crudo de petróleo . El petróleo crudo es la materia prima principal de la Industria de

Refinación del Petróleo, está constituido por una mezcla de diferentes tipos de hidrocarburos, cuyas moléculas se componen de Carbono e Hidrógeno, con un pequeño porcentaje de otros elementos conformando hidrocarburos de estructuras más o menos complejas como compuestos heterocíclicos de nitrógeno, oxígeno y azufre, compuestos órgano metálicos, además contiene sedimentos inorgánicos y agua. Ver Tabla 1.

Tabla 1. Composición aproximada de los crudos

Mónica Araoz Rocha

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Crudo Reconstituido. El crudo reconstituido o “recon” es una mezcla de dos

componentes: el crudo reducido y la nafta LSR – llamada también gasolina blanca – que son obtenidos como residuo de la destilación atmosférica en las plantas de refinación de petróleo. Gas Licuado de Petróleo (GLP). El Gas Licuado del Petróleo (GLP) es una mezcla

de hidrocarburos livianos, que se obtienen como productos de los procesos de refinación, de estabilización del petróleo crudo y de fraccionamiento de líquidos de gas natural, en condiciones atmosféricas es gaseoso y se licuan fácilmente por enfriamiento enfriamiento o comp compresión. resión. Ver FIGURA 7.

FIGURA FIGURA 7. Princ Princ ipales compo nentes y característic as del GLP. Fuente: http: //www.ref.pemex.com

Mónica Araoz Rocha

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Pueden ser de tres tipos: a) Mezcla de hidrocarburos del grupo C 3 (propano, propeno y propileno) b) Mezcla de hidrocarburos del grupo C 4 (butano, buteno, butileno) c) Mezcla de C 3 y C4 en cualesquiera proporciones, este último es el que generalmente es comercializado en Bolivia. Especifi caciones cacion es del GLP (Ver Tabla Tabla 2)

Características Cara cterísticas del Producto

Composición

Propano comercial

Butano comercial

Mezcla comercial de propano – but ano (*) (*) – but

Propano HD-5a

Principalmente

No menos del

Principalmente de

Principalmente

mezclas de propano -

90% propano,

propano y propeno

butano y buteno

propeno y butano -

no más de 5%

buteno

de propeno

Presión de vapor (máx.) A 100 ºF, psig

208

70

208

208

Temperatura de residuo volátil: en el 95% de la evaporación (máx.), ºF

-37

36

36

-37

2.5

-

-

2.5

-

2.0

2.0

-

Materia residual, residuos de evaporación de 100 mL (máx.), mL

0.05

-

-

0.05

Observación de manchas de aceite

pasa c

-

-

pasa c

no. 1

no. 1

no. 1

no. 1

15

15

15

10

Butano y más pesados, vol%

Pentano y más pesados, vol%

Corrosión, tira de cobre (máx.)

Volátiles de azufre (máx.), Granos / 100 pies cúbicos (*) Generalmente Generalmente comercializado en Bolivi a

Tabla 2. Característic Característic as según clase de GLP. Fuente: GPSA 2004

Mónica Araoz Rocha

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Gasolinas. Las gasolinas se obtienen en el proceso de refinación del petróleo ( Ver FIGURA 8), a partir de la destilación primaria y van desde C 5 hasta C10. Ver Tabla 3.

TIPO DE GASOLINA

Fracción CX

Estado a PT estándar

Corte de Destilación (ºF) Punto inicial

Gasolina Liviana (LSR)

C5

Líquido

200

Gasolina Mediana (MSR)

C 6 – C10

Líquido

200 a 320

Tabla 3. Clases de Gasolinas. Fuente: GPSA 2004

FIGURA FIGURA 8. Esquema Básico de una torre de destil ación. Fuente: http://ww w.ref.pemex.com

La gasolina ligera LSR es un producto de la destilación atmosférica con punto final de destilación (ASTM D-86) menor o igual a 330 ºF, cuyo ROM (Research Octane Number o Número de Octanaje) es igual a 69; para que pueda ser comercializada y utilizada como combustible debería tener un octanaje (ROM = 85).

Mónica Araoz Rocha

24


2.1. 2.1.4. 4. Conceptos sobre sob re prop iedades Físicas Físicas del Fluid o Fluido. Sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular carece de forma

propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. Densidad. Es la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ésta

ocupa. Densidad de un fluido (Ec. 7)

  = 

Las unidades frecuentemente utilizadas son: Kg/m3; lb/pie3; gr/cm3.

Gravedad Gravedad Específica. Es la relación del peso de un determinado volumen de líquido

al peso de igual volumen de agua en condiciones estándar (T= 60ºF, P= 1 atm). Gravedad Específica de un fluido (Ec. 8)

..=   

La gravedad específica será siempre adimensional. La densidad del agua en condiciones estándar es: 1000 kg/m3; 1 gr/cm3

E scala Baumé y la Densidad API. El Instituto Americano de Petróleo (API) linealizó la Escala utilizó para medir las densidades de los hidrocarburos, conocido como grados API: Densidad o Gravedad API (Ec. 9)

º= , .. −, Presión. Es la fuerza que se aplica sobre un área determinada Presión (Ec. 10)

=/ Unidades: N/m2 (Pa); lb/pulg2 (psi); atm (atmósferas); bar (bares).

Mónica Araoz Rocha

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Se debe tener clara la diferencia entre presión atmosférica, presión manométrica y presión absoluta: Presión absoluta (Ec. 11)

 = é + é La presión atmosférica varia según la elevación con respecto a un nivel de referencia. Normalmente éste nivel es el del mar. Presión Hidrostática. Es la presión en un punto de un recipiente que contiene un

fluido en reposo, depende de la altura o columna de líquido situada sobre él y de la gravedad específica de éste.

Presión Hidrostática (Ec. 12)

=∗∗ Unidades: P (Pascal), ρ ( Kg/m3),

g (m/s2), Z (m)

La presión hidrostática depende únicamente del fluido y de la altura, no de la forma, volumen, o el área del fondo del recipiente. Viscosidad. La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos. Está ligada a la

resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un esfuerzo de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el comportamiento entre fluidos y sólidos. Compresibilidad. La compresibilidad es el grado en el que cambia el volumen el

fluido con un cambio de presión. La bomba incrementa la presión en el ducto haciendo que el volumen del líquido disminuya o se comprima. La cantidad de compresión está directamente relacionada con la presión y la composición molecular del líquido. Cuando la presión disminuye a medida que el líquido corre hacia abajo en la tubería y se aleja de la bomba, el líquido vuelve a expandirse a su volumen original. Un líquido Mónica Araoz Rocha

26


más compresible como el GLP no responde a los cambios de presión tan rápido como uno menos compresible como el crudo. Presión de Vapor. La presión de vapor es la presión por encima de la cual el líquido

ya no se evapora, a una temperatura dada. La presión de vapor es un criterio especialmente importante cuando se manejan líquidos que contienen componentes volátiles. Presión de Vapor de Reíd. Método que se utiliza para determinar la presión de

vapor a 37.8 ºC (100ºF) de productos derivados de petróleo con punto de ebullición inicial superior a los 0ºC (32ºF). caracterización de mezclas Cromatografía. Es un método físico de separación para la caracterización complejas. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes. La cromatografía puede cumplir dos funciones básicas que no se excluyen mutuamente: 

Separar los componentes de la mezcla, mezcla, para obtenerlos más puros y que puedan ser usados posteriormente (etapa final de muchas síntesis).



Medir la proporción de los componentes componentes de la mezcla (finalidad analítica). En este caso, las cantidades de material empleadas suelen ser muy pequeñas.

Destilación Destilación (destilación (destilación fraccionada). Procedimiento de refinación consistente en la

separación de los componentes del petróleo crudo al calentar (diferencia de puntos de ebullición de los líquidos en la mezcla) y luego condensar las fracciones por enfriamiento. 2.1.5. Mecánica de Fluidos Caudal . Es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a través de una

sección trasversal a la corriente. Ver Ecuación No. 4 referida a Cálculo de la Tasa de Flujo (Caudal) del Sistema. Mónica Araoz Rocha

27


Flujo estacionario. estacionario. Las propiedades del fluido y las condiciones del movimiento en

cualquier punto no varían con respecto al tiempo. Una partícula de fluido, en un punto determinado, tiene siempre la misma velocidad independiente del instante en el que llegue a dicha posición. Ecuación de Continuidad. La ecuación de continuidad es un caso particular del

principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción. Como que el caudal es el producto de la superficie de una sección “A” del conducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubería se debe cumplir que: Ecuación de continuidad (Ec. 13)

 =  → ×˭  × Dónde: A: es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto. V: es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería

Se puede concluir que: como el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la misma proporción y viceversa. Es decir la velocidad en el estrechamiento aumenta de forma proporcional proporcional a lo que se reduce la sección. Variación del área con la velocidad de flujo (Ec. 14)

Dónde:

V = V1 ∗ AA1

A: es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto. V: es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería

Mónica Araoz Rocha

28


Numero de Reynolds. La interdependencia entre el diámetro de la tubería, la

viscosidad del líquido y la velocidad del flujo está definida por una relación matemática llamada el Número de Reynolds: (Re). Este número adimensional es un parámetro fundamental el cual juega un papel vital y frecuente en las ecuaciones de la hidráulica. El Número de Reynolds se usa para describir el tipo de flujo que muestra un líquido particular fluyendo a través de una tubería de una dimensión específica.

Calculo del Número de Reynolds (Ec. 15)

 =  ∗  ∗ 

Dónde:

 Diámetro Interno de la tubería (pies) = Velocidad de Flujo (Pie/seg)

 = Densidad del fluido (lb/pie3)  = Viscosidad dinámica del fluido (lbm/pie*seg)

El valor del número de Reynolds, N Re, determina el tipo de flujo en una tubería, el cual puede ser laminar, crítico o turbulento de acuerdo con los siguientes criterios: El flu flujo jo es: Laminar Crítico Turbulento

Para Re: Menor que 2000 Entre 2000 y 4000 Mayor que 4000

Tabla 4. Tipo de flujo según No. Re. Fuente: GPSA 2004

Determinación Determinación del Factor Factor de Fricción

El factor de fricción se determina a través del diagrama de Moody. El diagrama de Moody es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica del factor de fricción en función del Número de Reynolds y la rugosidad relativa de una tubería.

Mónica Araoz Rocha

29


Ecuación de Bernoulli. A continuación se enuncia la ecuación fundamental de la

dinámica de los fluidos, la Ecuación de Bernoulli: Ecuación de Bernoulli (Ec. 16)

 +  +  =  +  +     

P = Presión en el punto 1 - 2 (psi) ρ = Densidad del fluido (lb/pie3) V = Velocidad en el punto 1 - 2 (pie/seg2) g = aceleración de la gravedad en pie/seg2  = altura en el punto 1 – 2 (pies)

FIGURA FIGURA 9. Balance de energía energía para dos pu ntos de un flui do. Fuente: Transporte de Hidrocarburos Líquidos por Oleoductos Oleoductos y Poliductos. Poliductos.

La ecuación de Bernoulli dice que una partícula del fluido puede tener energía de tres formas: Energía por su posición : Energía por su movimiento : Energía por su compresión:

    

Tabla 5. 5. Tipos de Energía según Bernoulli . Fuente: Fuente: GPSA 2004 2004

O sea que, la partícula conserva su energía al pasar del punto 1, al punto 2; esto obviamente sucede en una situación ideal de flujo en la que no se presentan otras pérdidas de presión.

Mónica Araoz Rocha

30


Pérdidas de presión en una tubería. Es la pérdida de energía dinámica del fluido

debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. La Ecuación de Darcy permite determinar las pérdidas de presión en una tubería: Ecuación de Darcy para cálculo de

∆ de Presión Presión por fricción (Ec. 17)

 ∗∗∗   = ∗∗

  : Pérdida de presión por fricción en Psi  : Densidad en lb/pie : Factor de fricción Moody (adimensional) : Longitud en pies v : Velocidad de flujo en pie/seg : Diámetro interno de la tubería en pies : Aceleración de la gravedad en pie/seg 3

2

∆

Cálculo de de Presión por diferencia de Alturas (Ec. 18)

Dónde:

 −  ∆ = .∗∗ 

 = Gravedad Especifica del fluido (lb/pie3) = Altura del Punto 2 (pies)  Altura del Punto 1 (pies)

Mónica Araoz Rocha

31


FIGURA 10. Diagrama de Moody. Fuente: American Petroleum Institute - API RP 14E, 1991

Las pérdidas de presión por accesorios de tuberías se las pueden obtener a través de una tabla de equivalencias expresadas en longitud (metros o pies) y llevarlas a unidades de presión utilizando la ecuación de Darcy.

Mónica Araoz Rocha

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Tabla 6. 6. Longit ud Equivalente de accesor ios. Fuente GPSA Data Data Boo k 1981

Mónica Araoz Rocha

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2.1.6. Bombas Centrífugas.

La bomba centrífuga, también denominada bomba roto dinámica, es actualmente la máquina más utilizada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor en energía cinética o de presión de un fluido incompresible. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba. Debido a la geometría del cuerpo, el fluido es conducido hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete ( Ver FIGURA 11). Son máquinas basadas en la Ecuación de Euler.

FIGURA FIGURA 11. Partes Partes d e una bomb a centrifu ga. Fuente: Internet.

Las Bombas Centrífugas se pueden clasificar de diferentes maneras: 

Por la dirección dirección del del flujo en: Radial, Radial, Axial y Mixto. Mixto.



Por la posición del eje eje de rotación o flecha en: Horizontales, Verticales e Inclinados.



Por el diseño diseño de la coraza (forma) (forma) en: Voluta y las de Turbina. Turbina.



Por diseño de la coraza: Axialmente Axialmente Bipartidas Bipartidas y las Radialmente Radialmente Bipartidas. Bipartidas.



Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.

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34

“INGENIERÍA BÁSICA PARA AMPLIACIÓN D EL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO Y CONTROL CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL” TIPOS DE BOMBA

ORIENTACION Pie -montado Horizontal

Soporte en línea central

Acople f lexible lexible En línea vertical con el

Acople rígido

Acople cerrado

OH1 OH2

OH3

soporte de rodamiento

Radial

CODIGO

En línea vertical

OH4

En línea vertical

OH5

De alta velocidad orientada

OH6

integralmente

Bombas Centrifugas

1 & 2 Etapas Entre rodamientos

Partida Axialmente

BB1

Partida Radialmente

BB2

Partida Axialmente Multi etapas

Partida Radialmente Descarga a través de la

Suspendida

Simple carcasa

Verticalmente

columna Descarga Separada

Doble carcasa

BB3 Simple carcasa

BB4

Doble c arc asa

BB5

Difusor

VS1

Voluta

VS2

Flujo Axial

VS3

Eje de transmisión

VS4

Voladiza

VS5

Difusor

VS6

Voluta

VS7

Tabla 7.Clasificació 7.Clasificació n de Bom bas Centrifug as. Fuente: Fuente: API 610

Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura ”. La bomba centrifuga radial, con acople cerrado en línea vertical (OH5, Ver Tabla 7 ), tiene excelente desempeño en el trasvasado de gases licuados debido a su gran poder de succión. Es capaz de realizar el trasvasado a alta velocidad utilizando un bajo diferencial de presión y poca potencia de motor. Es decir las Ventajas son: 

No cavita



Altas velocidades velocidades de carga y descarga



Bajo consumo de energía debido al sistema de alineación de de la bomba que le permite trabajar sin esforzar el motor



Muy silenciosa

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35

“INGENIERÍA BÁSICA PARA AMPLIACIÓN D EL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO Y CONTROL CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL” 

Simple mantenimiento



Capacidad de trabajar con gas y líquido



Se recircula recircul a sola lo que le permite entregar solo liquido

Altu Al tu ra Dinámi Din ámica ca Total To tal.. Es la medida del incremento de energía impartido por la

bomba al fluido y es el resultado de la diferencia entre la altura total de descarga y la altura total de admisión. NPSHA (Net Positive Suction Head Available). Es la cabeza total de succión en

metros del líquido bombeado, depende del arreglo del sistema, debe ser siempre positiva, mayor o igual al NPSHR. NPSHR (Net Positive Suction Head Required). Está determinado por el fabricante

de la bomba y dependerá de factores como tipo de entrada al impeler, diseño del impeler, velocidad angular, caudal y tipo de fluido. Cálculo de NPSHA (Ec.19)

= −   +  −  +  Dónde:

= Presión en el tanque de almacenamiento = Presión de Vapor del Fluido = Presión proporcional a la altura del tanque respecto al nivel de la bomba  = Caída de presión por fricción de tubería  Caída de presión por fricción en accesorios =

Cálcul Cálcul o de la eficiencia mecánica de la bomba

La ecuación de balance de energía mecánica nos permite determinar la Energía Mecánica transferida al fluido: Cálculo de la Energía Transferida al Fluido (Ec. 20)

  1 −     1  = 1 ∗  −  ∗  + 2 − 2 +    −   Mónica Araoz Rocha

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Z1 = Altura del Punto 1 (pies) Z= Altura del Punto 2 (pies) Gc = Aceleración de la Gravedad (32.174 pie/seg2) V1 =Velocidad de flujo en el Punto 1 (pie/seg) V =Velocidad de flujo en el Punto 2 (pie/seg) P1 =Presion el Punto 1(Lbf/pie2) P =Presion el Punto 2 (Lbf/pie2)  =Densidad del Fluido (Lbm/pie3) ∑ F =Sumatoria de Fuerzas (Lbf-pie/Lbm)  = Energía Mecánica transferida al fluido ((Lbf-pie/Lbm) Todo equipo mecánico presenta una eficiencia fraccionaria, la cual establece relación entre la energía mecánica que la bomba suministra al fluido y el trabajo axial suministrado a la bom bomba: ba: Cálculo de la Energía suministrada suministrada a la Bomba Bomba (Ec.21)

 = −/ Dónde:

= Energía mecánica que la bomba suministra al fluido (ft*lbf/lbm) = Eficiencia fraccionaria (adimensional) = Energía o trabajo axial suministrado a la bomba (ft*lbf/lbm) Cálcul Cálcul o de la potencia de la Bomba

La ecuación de Potencia de un equipo según (Geankopolis, 1998) en su capítulo N°2 Principios de Transferencia de Momentos Lineal y Balances Globales tiene las siguientes variables Cálculo de la Potencia de la Bomba (Ec. 22)

=∗/

Dónde:

= Potencia requerida para la bomba (hp) = Velocidad de flujo másico (Lbm/seg) = Energía o trabajo axial suministrado a la bomba (ft*lbf/lbm) Mónica Araoz Rocha

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Cálculo Flujo Másico (Ec. 23)

=∗ Dónde:

= Caudal (pie3/seg) = Densidad del Fluido (Lbm/pie3) = Flujo másico (Lbm/seg) 2.1. 2.1.7. 7. Bases Bases p ara Diseño del Proyect o

La infraestructura será diseñada en conformidad a las Leyes Bolivianas, a Normas Bolivianas e Internacionales y prácticas comúnmente aceptadas y aplicables a la actividad de Refinación, así como los requisitos y requerimientos propios de la Refinería Gualberto Villarroel y de YPFB Refinación S.A. (YPFB-R). El diseño técnico de las instalaciones estará en base a parámetros teóricos sobre la clase de fluido que se precisa almacenar, transportar e inyectar, tomando en cuenta las características propias del GLP (elevado TVR), se tomarán en cuenta las condiciones desde donde procede y hasta dónde va a ser inyectado. El diseño incluye optimizar el proceso de selección del equipamiento y de las instalaciones (capacidad de almacenamiento, rendimiento de la bomba, diámetro de tuberías, selección de inyectores). Descrip Descrip ción Teórica Teórica d el Proyecto Almac Al macena enami mient ent o Co ntro nt ro lad o de d e GLP c ontam on tamin inad ado o.

El GLP contaminado o GLP residual del OSSA-1 se almacenará en forma controlada en nuevos tanques tipo “salchicha” instalados por YPFB -T dentro del predio de la

RGV. (VER ANEXO A-4). La fabricación e instalación de los tanques de recepción para el contaminado del OSSA-1 corresponde a YPFB-T. Sin embargo, YPFBR hará las operaciones de transferencia desde estos tanques para procesar el contaminado.

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En los nuevos tanques se instalarán i nstalarán válvulas válvulas de bloqueo lo más cerca que sea posible a los tanques tanques cerca a la brida de conexión. No se instalará válvula de retención (check) en la línea de salida de los tanques hacia la succión de las bombas de transferencia. Esto a fin de maximizar el NPSHA para las bombas y evitar el potencial de problemas problemas futuros con la actuación de la válvula check y las l as bombas aguas abajo. Las bombas de transferencia deben ser paradas automáticamente en caso de bajo nivel (LALL) en los tanques. A fin de evitar que el contenido de los tanques se estratifique, periódicamente se utilizarán las bombas de transferencia para hacer una recirculación al tanque y mezclar su contenido en forma homogénea. Para éste efecto, se incluirá en los tanques: inyectores, para asegurar la mezcla homogénea de su contenido. Estos inyectores deben ser diseñados considerando un nivel mínimo en el tanque y así minimizar la acumulación de electricidad electricidad estática en los mism mismos. os. Los tanques contendrán una cantidad apreciable de componentes de LSR, por lo cual los gases de alivio que se produzcan a raíz de un posible evento de fuego externo serán muy pesados. En este sentido, éste alivio de hidrocarburos pesados debe ser enviado hacia el quemador y no directamente a la atmosfera. Durante un incendio, a medida que transcurra el tiempo los gases aliviados se volverán más pesados, causando un riesgo elevado si se ventean directamente a la atmósfera. Debido a que se ha notado que el contaminado arrastra productos pesados que se depositan en el fondo de los tanques, se debe proyectar hacia el interior del tanque la conexión de salida de GLP contaminado. Los parámetros de Presión y Temperatura del GLP residual (contaminado) se describen más adelante en la Tabla No.8. Se instalará un dique de contención alrededor de los tanques de contaminado. Dado que el contaminado es muy pesado y en caso de una fuga hacia la atmosfera tendrá relativamente poca vaporización, el dique debe contener como mínimo un 85% del volumen total de uno de los tanques. Mónica Araoz Rocha

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Transferencia con trolada tro lada del del GLP Residual Residual

YPFB-R instalará los equipos requeridos para hacer la transferencia y también operará los mismos. YPFBR deberá coordinar con YPFB-T para realizar la operación de transferencia del contaminado. La intención es transferir el contaminado en forma continua, mientras dura el proceso de inyección a la unidad de crudo. Sin embargo, es posible también transferir en lotes de contaminado periódicamente, cada 30 a 45 minutos. El flujo de transferencia es controlado mediante una válvula de control de flujo aguas abajo de la bomba. Se incluirá una recirculación a los tanques para poder mantener el flujo mínimo que sea requerido por la bomba. También se incluye otra recirculación para permitir, periódicamente y en forma manual, una operación de mezcla en los tanques de contaminado, de esta forma poder asegurar que en los tanques se tenga una mezcla homogénea. La operación de transferencia de contaminado deberá ser suspendida en forma automática en caso de un paro de la Unidad de Crudo. Inyección controlada de GLP Residual

La inyección de contaminado debe realizarse en un punto cercano a la descarga de las bombas de carga de crudo existentes, aguas arriba del tren de intercambio de calor. En el ANEXO A-4 se ilustra dentro de las instalaciones el punto donde se realizará la inyección. Para éste propósito, se incluirá un inyector en un ángulo de 90° apuntando en dirección transversal al flujo de crudo. El contaminado entra a la línea de crudo por la parte superior o lateralmente, terminando en el centro de línea de la tubería de 8" que transporta el crudo a la torre de destilación. La instalación de una válvula de retención evitará contra flujo en la línea de transferencia. La operación de inyección de contaminado deberá ser suspendida en forma automática en caso de un paro de la Unidad de Crudo. Es recomendable utilizar inyectores que optimicen una inyección homogénea como los que se muestra en la FIGURA 12.

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PUNTO DE FIJACION

INYECCION HOMOGENEA HOMOGENEA

INYECCION NO HOMOGENEA

FIGURA FIGURA 12. Tipos d e inyector es. (Fuente: (Fuente: Catálogo Welker)

Los volúmenes de inyección son relativamente bajos, las operaciones tanto del ducto como la unidad de crudo estarán ligadas durante el periodo que dure la inyección. Los parámetros de Presión y Temperatura en el punto de inyección se detallan en la Tabla No. 8. El impacto que la inyección de contaminado tendría en la operación de la

Unidad de Crudo, particularmente en el tren de intercambio de calor y el horno, causará variaciones en los parámetros de operación, los cuales tendrán que ser ajustados durante la operación de inyección. De igual forma se deben ajustar parámetros de operación ya que el incremento de livianos (componentes (componentes del GLP) tendría efecto efecto tanto en lla a parte superior de la columna de destilación atmosférica, como en las unidades posteriores que procesan los livianos.

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Tabla 8. 8. Parámetros Parámetros del GLP Residual y en Inyecci ón de Crudo . Fuente YPFB-R YPFB-R

Refinería Refinería Gualbert Gualberto o Villarr oel

Con una capacidad actual para procesar 27.500 barriles por día de petróleo crudo (BPD), la Refinería Gualberto Villarroel es la planta de refinación refinación con mayor capacidad de procesamiento de petróleo en el País. Durante la gestión 2012 se puso en marcha del Nuevo Horno 1H-1001A a partir del cual se logra incrementar la carga de 25.300 a 27.500 BPD. Esta refinería, posee una Unidad de Reformación Catalítica de 8.137 BPD, para incrementar el octanaje de la gasolina media para la preparación de gasolina especial y una planta de Lubricantes para la producción de Aceites Base y Aceites Lubricantes Automotrices e Industriales con una capacidad de producción de 2200 m3/mes. Unidades

Capacidad Máxima BPD

Torre Atmosférica Atmosfér ica U-27250

27.500

Reformación

8.137

Vacío I

2.200

Tabla 9. 9. Capacidad de la Refinería Gualberto Villarroel. Fuente: YPFB Refinació Refinació n

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Informaci ón - Refinería Gualberto Villarro el Ubicación

Ciudad de Cochabamba

Principales Productos

Gasolinas, Diesel, aceites, grasas, parafinas, lubricantes y productos para asfalto.

Capacidad instalada

27.500 BBL/DIA

Destilación atmosférica

27.000 BBL/DIA

Destilación al vacío

1.800 BBL/DIA

Reforma catalítica

8.170 BBL/DIA

Destilación propano

190 BBL/DIA

Tabla 10. 10. Capacidad Capacidad y Producció n de la Refinería Gualberto Gualberto Vi llarroel. Fuente: port al de la ANH.

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DF- 4 Diagr Diagrama ama Flujo - Pro Proceso ceso s en la RGV RGV

El Diagrama de Flujo DF-5, describe el proceso de refinación del crudo desde la carga hasta los productos refinados. Así mismo se ilustra en color azul el recorrido y tratamiento que recibirá el GLP residual desde la inyección hasta su recuperación como producto utilizable. ALIMENTACION

GAS DE REFINERIA INYECCION GLP RESIUDAL

DE CRUDO

Butano e Inferiores

UNIDAD DE RECUPERACION DE GASES

PROPANO

GAS LICUADO DE PETROLEO Gasolina NO estabilizada / GLP Residual

DEBUTANIZADORA GASOLINA LIVIANA Gasolina Liviana Pentano y Superiores

Destilado Liviano

Destilado Medio UNIDAD

UNIDAD DE ALQUILATOS E ISOPENTANOS

GASOLINA DE AVIACION

SPLITER

Gasolina Media

UNIDAD DE REFORMACION CATALITICA

GASOLINA ESPECIAL

KEROSENE JET FUEL

DE CRUDO

Destilado Pesado

DIESEL OIL

Crudo Reducido

CRUDO RESONSTITUIDO A PLANTA DE LUBRICANTES

DF-5. Procesos en la RGV y proyectado para el GLP Residual. Fuente: Elaboración propia.

Es importante mencionar que la RGV incrementará en un futuro inmediato su capacidad de procesamiento en 12.500 BPD llegando a +/- 40.000 BPD, ésta ampliación favorecerá la implementación del proyecto permitiendo la inyección de mayores volúmenes de GLP residual.

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2.2. MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

Las normas internacionales para la construcción de tanques son: 

ASTM: American American Society for Testing Materials Materials



API: American American Petroleum Petroleum Institute



NFPA: National National Fire Protection Association

Normas y códigos de diseño a) Tanques de almacenaje Para el cálculo, diseño y construcción de estos equipos existen varias Normas y Códigos, pero las más difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las del American Petroleum Institute (API), siendo los estándares aplicables los siguientes: API Stand Stan d ard 620 : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados

en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 psig y a temperaturas no superiores a 93°C. API Standa Stan dard rd 650: es la norma que fija la construcción de tanques soldados para el

almacenamiento de petróleo. La presión interna al que puede estar sometido es de 15 psig y una temperatura máxima de 90 C. Con estas características, son aptos para ˚

almacenar la mayoría de productos producidos en una refinería. API Es peci pe ci fic fi c ació aci ó n 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en

el campo para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre 75 y 1500 m3. API Es peci pe ci fic fi c ació ac ión n 12F: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en

taller para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre 13.5 y 75 m3.

Mónica Araoz Rocha

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API Standa Stan dard rd 653: es aplicable a la inspección, reparación, alteración desmontaje y

reconstrucción

de

tanques

horizontales

o

verticales,

basándose

en

las

recomendaciones del STD API 650. Recomienda también la aplicación de las técnicas de ensayos no destructivos aplicables, estos estándares cubren el diseño, fabricación, inspección, montaje ensayos y mantenimiento de los mismos y fueron desarrollados para el almacenaje de productos de la industria petrolera y petroquímica. API 2510 : Instalaciones para almacenaje de GLP

Las normas, estándares y códigos internacionales establecidos para el diseño, construcción y operación a aplicarse en el ducto, serán las siguientes: ANSI: “American National Standards Institute”, ANSI B36.10, para el diseño y

especificaciones especificaciones de tuberías, válvulas y accesorios. l íneas. as. API 5L : Especificaciones para tuberías de líne API 6D : Especificaciones de válvulas para ductos. ASTM : “American Society for Testing and Materials”, normas para análisis físicos y

químicos de todos los metales básicos y aleaciones usadas en la construcción de válvulas, cañerías, accesorios. AGA : “American Gas Association”, AGA 7, para el diseño e instalación de sistemas de

medición de gas. NACE RP 0169: Control de corrosión externa de sistemas de tuberías metálicas

enterradas o sumergidas. Código Códi go ASME ASME VIII VIII – Sec. – Sec. II: Diseño de recipientes a presión Código Códi go ASME ASME IX – IX – Div. Div. I: Soldadura ASME B31.3 B 31.3: Tuberías de Procesos

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ASME B16.5 B 16.5: Pipe Flanges and Flanged Fittings AISC: (Instituto Americano de Herramientas de Construcción, especificación para

diseño Fabricación y Erección de herramientas de estructuras para construcción). AWS: Sociedad Americana de Soldadura ASME B.36.1, B .36.1, 36.3, 36.4, 36.9: Instalación de Tuberías. ASME B16.5: B 16.5: Tuberías bridas y accesorios de bridas API 520/521 : Diseño de sistemas de alivio de presión. API 2510A : Sistema de Seguridad para almacenaje de GLP API 610: Bombas Centrífugas 2.3. MARCO TEÓRICO JURÍDICO

El proyecto se diseña en estricto cumplimiento de las siguientes normativas legales aplicables en Bolivia: Ley de d e hidro hid rocarb carb uro s 3058, 3058, D.S. D.S. 2822 28223 3 de 17 de mayo de 2005 Refinación

Para la actividad de refinación de hidrocarburos se otorgará la Licencia Administrativa, previo el cumplimiento cumplimiento de requisitos legales, técnicos, económicos económicos y administrativos. Para la actividad de Refinación, se determinarán por el Ente Regulador los márgenes para los productos refinados, utilizando métodos analíticos, conforme al Reglamento y bajo los siguientes siguientes criterios: -

Asegurar la continuidad continuidad del servicio, bajo el principio principio de eficiencia eficiencia económica.

-

Permitir a los operadores, bajo una administración racional, prudente y eficiente, percibir los ingresos suficientes para cubrir todos sus costos.

-

Incentivar Incentiv ar la expansión de las unidades de proceso proceso y de servicios para garantizar la seguridad energética.

Mónica Araoz Rocha

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Refinación e Industrialización ARTÍCULO ARTÍCUL O 13º (Pol ítica íti ca d e Indus Ind ustr trial ial izac ión ió n d e Hid ro carb ca rb uro ur o s). s) . CAPÍTULO II Comercialización en el Mercado Mercado Interno Ley del d el medio ambiente ambi ente 1333, 1333, de 23 23 de marzo 1992 

Ambiente, de 27 de abril de 1992, que Artíc Ar tíc ulo ul o 73 de la Ley 1333 de Medio Ambiente, señala como obligatorio implementar planes de contingencias para evitar derrames de hidrocarburos y otros productos contaminantes.



Artíc Ar tíc ulo ul o 112 de la Ley 1333, indica que el que deposite, vierta o comercialice

desechos industriales líquidos sólidos o gaseosos poniendo en peligro la vida humana y/o siendo no asimilables por el medio ambiente, o no cumpla las normas sanitarias y de protección ambiental, sufrirá la pena de privación de libertad de hasta dos años. Una sanción que, sin duda, amerita también una reflexión. 

Reglamento ambiental para el sector hidrocarburos, D.S. 24335

Reglamento Reglamento de Gas Comb Combust ustible ible , D.S. 28311 de 26 de agosto de 2005. Reglamento de Quema de Gas Natural, D.S. 28312 de 26 de agosto de 2005. 2.4. MARCO TEÓRICO HISTÓRICO

En el año 1949, se inicia la construcción de la primera fábrica de separación de crudo en Bolivia, la RGV, con capacidad para procesar 6.500 barriles/día. En el año 1953, comenzó la construcción de la industria de lubricantes. Y la capacidad de procesamiento fue ampliada para 12.500 barriles/día en 1967. En 1979, las unidades originales dejan de funcionar y fueron substituidas por el nuevo Complejo de Refinación, con una capacidad de producción de 27.500 barriles/día para la Unidad de Petróleo Crudo y 8.160 barriles/día para la Reformación Reformación de Naftas y la producción de carburantes y solventes. Fue instalada también una nueva fábrica de procesamiento de lubricantes. Mónica Araoz Rocha

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En diciembre de 1999, después del proceso de privatización de las refinarías bolivianas, todo ese complejo paso a ser administrado por su nueva nueva propietaria, la Empresa Boliviana de Refinación S.A., cuya socia mayoritaria, Petrobras Bolivia, actúa como socia operadora. La unidad que producía 12.500 barriles/día fue reactivada, reactivad a, y la capacidad de producción aumentada para 40.000BPD. La producción de esta refinería es destinada principalmente a los departamentos de La Paz, Cochabamba, Oruro, Beni y Pando y a la exportación de lubricantes básicos a los mercados de Perú, Chile, Argentina y Paraguay. En 2001, la unidad de producción de aceites, grasas, parafinas, lubricantes y productos para asfalto recibió la certificación ISO 9001, versión 2000, lo que aumentó la calidad de sus productos. En agosto de 2003, la Refinería Gualberto Villarroel comenzó a producir el LUBRAX. En la busca incesante y continua de mejoría de sus productos y de su gestión, la refinería implementó los procesos de gestión total de seguridad, del medio ambiente y de salud, de acuerdo con las normas ISO 14001 y BS 8800. Actualmente, la empresa está trabajando intensamente para obtener la certificación SA 8000 de Responsabilidad Social. YPFB Refinación R efinación S.A., es una empresa boliviana que forma parte de YPFB Corporación, ejerce un papel esencial actuando en el rubro de refinación de petróleo. Opera y administra las dos refinerías más grandes de Bolivia, Refinería Guillermo Elder Bell (Santa Cruz de la Sierra) y Refinería Gualberto Villarroel (Cochabamba). El 12 de mayo de 2007, YPFB Refinación S.A. se consolida a través del D.S. 29128, mediante el cual se establece que Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos (YPFB), adquiere el 100 % del paquete accionario de las dos refinerías del país, conformando de esta manera YPFB Refinación S.A.

Mónica Araoz Rocha

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CAPITUL CAPITUL O III INGENIERÍA INGENIERÍA DEL PROYECTO PROYECTO

Mónica Araoz Rocha


CAPITULO III INGENIERIA Diagrama de Flujo Flujo de la situaci ón Actual Ac tual (DF-1) (DF-1)

En el Diagrama de Flujo DF-1, las celdas en color verde ilustran el recorrido del GLP Residual en la condición actual. Es decir desde el OSSA-1 hasta el Quemador de la RGV.

FLUIDO TRANSPORTADO POR EL OSSA 1

PRINCIPALMENTE: CRUDO (CRUDO Y PETROLEO RECOSNTITUIDO)

LSR (GASOLINA LIVIANA) utilizada como tapón separador entre el Crudo y el GLP

LOTE DE GLP (Gas Li cuado de Petróleo)

SE GENERA GLP RESIDUAL, GLP contaminado por LSR, tanto a la cabeza como en la cola del lote de GLP

MEDICION TODOS LOS FLUIDO PASAN POR UN PROCESO DE MEDICION POR DENSITOMETRIA PARA SU POSTERIOR SEPARACION EN:

CRUDO

GLP Limpio

GLP RESIDUAL Contaminado



ALMACENAIMIENTO EN TANQUES TIPO ESFERA



PROCESO DE QUEMA


DF-1. Diagrama de Flujo de la Situación Actual. Fuente: Elaboración propia

Mónica Araoz Rocha

50


El Diseño e Ingeniería Básica del proyecto para ampliación del Sistema de Almacenamiento y Control de GLP Residual en la R efinería “ Gualberto Villarroel” se desarrolla bajo la siguiente secuencia: Diagrama d e Flujo (DF-5)

3.1.

SITUACION SITUACION OPERATIVA ACTUAL

3.1.1. GLP Residual generado

Los diferentes envíos a través del OSSA- 1 se agrupan en "baches" o “lotes” de gran volumen. Los productos con similar densidad (Crudo o crudo RECON) se bombean uno detrás de otro, sin separación física alguna, minimizando al máximo la presencia de interface entre productos.

Para trasportar un Lote de GLP entre dos Lotes de Crudo, es necesario utilizar gasolina liviana (LSR) como separador de estos dos productos, en cualquier caso éstos deben permanecer empaquetados durante todo el trayecto, hasta la terminal en RGV, esto permite controlar que la interface entre productos sea mínima.

Mónica Araoz Rocha

51


La FIGURA 13, ilustra la interface entre el GLP y la LSR tanto a la cabeza como a la cola del Lote. CABEZA

COLA

CRUDO

GLP

LSR

CONTAMINADO

GLP

LOTE DE GLP

LSR

CONTAMINADO

CRUDO

FIGURA 13. Esqu Esqu ema – ema – Despacho Despacho Tipo d e Lote de GLP a través del OSSA-1

El GLP Residual o GLP contaminado corresponde a la mezcla de GLP-LSR y el volumen de LSR remanente en el ducto. El total de este volumen corresponde a la suma de los ítems del 1 al 4 y se ilustra en la FIGURA 14:

CABEZA

COLA

CRUDO

LSR

GLP CONTAMINADO

1 3,60 M3

LOTE DE GLP

GLP CONTAMINADO

3

2

6,15 M3

6,15 M3

LSR

CR UDO

4 3,60 M3

12,30 M3

7,20 M3

19,50 M3

FIGURA 14. 14. Esquema de Volúmenes por “un” Lote de G LP a través del OSSA-1. OSSA-1. Fuente: www.ypfbtransporte .com .

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En Base a Reportes Operativos de YPFB-T (Ver ANEXO A-5), referidos a transporte y recepción de GLP y Lotes de separación, se confecciona la Tabla No. 11 detallando los promedios de volúmenes transportados por cada Lote:

DETERMINACION DE VOLUMEN GENERADO X LOTE DE GLP ENVIADO TIPO DE FLUIDO 1. LOTE SEPARADOR (LSR) A LA COLA

CANT CA NTID IDAD AD

UNID UN IDAD AD

COMENTARIOS

3,6

M3

Solo co mpuesto mpuesto por Gasolina Liviana (LSR), libre de GLP

2. GLP CONTAMINADO A LA COLA

6,15

M3

Mezcla de GLP y gasolina liviana (LSR)

3. GLP CONTAMINADO A LA CABEZA

6,15

M3

Mezcla de GLP y gasolina liviana (LSR)

3,6

M3

Solo co mpuesto mpuesto por Gasolina Liviana (LSR), libre de GLP

19,5

M3

Volumen total de gasolina liviana (LSR) + GLP residual generado por Lote

4. LOTE SEPARADOR (LSR) A LA CABEZA VOLUMEN TOTAL

Tabla 11. 11 . Volúmenes generados por Lo te de GLP enviado enviado elaborado en base a partes operativos d e transporte Fuente: www.ypfbtransporte.com

3.1. 3.1.2. 2. Almacenamiento y q uema del GLP GLP Resid Residual ual

Actualmente l a Refinería “Gualberto Villarroel” no cuenta con Tanques de Almacenamiento destinados exclusivamente para almacenar el GLP contaminado / residual que resulta del transporte de GLP a través del OSSA-1. En forma transitoria se utilizan las esferas TK-2935 y TK-2936 del parque de esferas ( Ver FIGURA 15). La ocupación de estas esferas, resta espacio para almacenamiento de GLP limpio. El volumen de GLP residual almacenado, se elimina a través del proceso de quema en el quemador de la planta. La manipulación del GLP residual por su alto TVR, requiere un especial grado de seguridad industrial para la recepción, almacenamiento y transporte hasta el quemador, requisitos que en ocasiones no se cumplen, generando situaciones de riesgo para el personal y las instalaciones.

Mónica Araoz Rocha

53


FIGURA 15. 15. Parque d e esferas GL P - RGV. Fuente YPFB-R

GLP limpio desperdici ado en el el quemador

El Volumen de GLP limpio que se desperdicia en el quemador, se determina sobre la base del análisis a una muestra de Fluido contaminado; análisis cromatográfico del GLP Residual así como la destilación D-86 del residual que se utilizó en el diseño básico. Ver ANEXO A-2, Características del GLP Residual.

El GLP transportado habitualmente a través del OSSA-1 tiene la composición Mixta de Propano y Butano. Se toma como referencia la Norma ASTM D-2163 como marco de referencia para la composición de GLP. Ver ANEXO A-3 y ANEXO A-3.1. En Base al análisis cromatográfico descrito en el ANEXO A-2, en la FIGURA 16 se ilustra porcentajes estimados de GLP y LSR que componen el GLP Residual contaminado.

Mónica Araoz Rocha

54


DETERMINACION DE VOLUMEN DE GLP DESPERDICIADO X LOTE DE GLP ENVIADO TIPO DE FLUIDO


UNID UN IDAD AD

COMENTARIOS

En base a cromatografía realizada al Volumen TOTAL de GLP Residual contaminado + LSR recibidos en la RGV, se determina los siguientes porcentajes de mezcla (VER ANEXO A-2 Y A-3):

OTROS; 2%

GLP; 35% LSR; 63%

GLP

35

%

LSR

63

%

6,83

M3

VOLUMEN TOTAL GLP DESPERDICIADO

Volumen total de GLP que se desperdicia en el quemador por cada lote de GLP enviado

FIGU FIGURA RA 16. Composici Compo sición ón porc p orc entual de GLP Resid Resid ual

Tasa de GLP Residual Generado (Proyectado a 20 años) Considerando cinco (5) periodos de cuatro (4) años cada uno y con incrementos de 15% en la tasa de flujo de GLP contaminado por cada periodo, se genera la Tabla 12: Vol GLP PERIODO

Contaminado (BPD)

ACTUAL

52, 5

Periodo 1 2017 - 2020

52, 5

Periodo 2 2021 - 2024

60,4

Incremento 15% Periodo 3 2025 - 2028

68,2


76,1


84,0

Incremento 15%

Tabla 12. 12 . Tasa de GLP Contaminado Contaminado generado x día - Proyectado a 20 años Fuente: Elaboración propia

Actualmente se realiza un promedio de envíos de 3 Lotes por semana, en la Tabla 13 se muestra la tasa de GLP desperdiciado por cada Lote expresado en BPD, barriles por día de GLP y Kilogramos masa de GLP por día: Mónica Araoz Rocha

55


DESCRIPCION Volumen Total generado de GLP contaminado x lote No. de Lotes enviados x semana Volumen enviado por semana

Volumen de Contaminado enviado x Día

Volumen de GLP recuperable x Día (35% del Volumen Contaminado)

Densidad del GLP

UNIDAD

122,64

Bbl

3

(-)

367,91

Bbl

Volumen de GLP contaminado contaminado x 3 Lotes

52,5

BPD

Volumen de GLP co ntaminado ntaminado generado x día

Es la sumatoria del volumen de GLP contaminado generado tanto a la cabeza como a la cola del un Lote de GLP Actualmente Actualmente se realizan a través del OSSA1 envío envío de 3 Lo tes por semana

Volumen de GLP Limpio recuperable x día. El 35% se determina determina 18,40

BPD

en base a cromatografía rea lizada al Volumen de de GLP contaminado + LSR recibidos en la R GV.

(-)

0,56

Masas de GLP recu perable x Día

COMENTARIOS

VALOR

313,6

Kg/día

Densidad promedio de GLP limpio

Masa de GLP recuperable para comercialización y que actualmente se desperdicia en el proceso de quema.

Tabla 13. 13 . Tasa de GLP desperdiciado en Quemador Fuente: Elaboración propia.

Tasa de GLP limpio desperdic iado en el q uemador uemador (Proyectado (Proyectado a 20 años)

Considerando el incremento de la tasa de GLP por cada periodo, se tiene la Tabla 21 correspondiente a la Tasa de GLP recuperable por periodo: PERIODO AC TUAL Periodo 1 2017 - 2020 Periodo 2 2021 - 2024 Incremento 15% Periodo 3 2025 - 2028 Incremento 15% Periodo 4 2029 - 2032 Incremento 15% Periodo 5 2033 - 2036 Incremento 15%

Vol GLP Recuperable BPD/día 18,4 18,4

21,1

23,9

26,6

29,4

Tabla 14. 14 . Tasa de GLP Recuperable Recuperable x día - Proyectado a 20 años Fuente: Elaboración propia.

Mónica Araoz Rocha

56


3.2. SELECCIÓN SELECCIÓN DE DE ALTERNATIVA PARA EL PROYEC PROYECTO TO

Para la ampliación del sistema de Almacenamiento y Transporte de GLP Residual se evaluaron las siguientes alternativas: 3.2.1. Alternativa A

Ampliación de la Capacidad de almacenamiento implementando Tanques esféricos sin incrementar equipos de bombeo. 3.2.2. Alternativa B

Ampliación de la Capacidad de almacenamiento implementando Tanques horizontales (Tipo Salchicha) + equipos de bombeo. 3.2.3. Alternativa C

Implementación de Tanques acumuladores intermedios y equipos de bombeo de menor capacidad. Análi An áliss is de Múlti Múl ti pl e Criter Cri terio io 1. CRITERIOS COSTO DE IMPLEMENTACION COSTO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO TIEMPO DE IMPLEMENT I MPLEMENTACION ACION IMPACTO AMBIENTAL SEGURIDAD INDUSTRIAL VOLUMEN DE GLP RECUPERADO 2. PONDERACION Muy poco importante Poco importante Importancia Media Algo Importante Muy Importante

Mónica Araoz Rocha

1 2 3 4 5

57


3. ASIGNACION DE PONDERACION A CADA CRITERIO CAPACIDAD DE OPERACIÓN COSTO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTACION COSTO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIEN TO TIEMPO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTACION IMPACTO AMBIENTAL SEGURIDAD INDUSTRIAL VOLUMEND DE GLP RECUPERADO

5 2 4 2 4 5 4

4. SATISFACCION DE CADA ALTERNATIVA Extra bajo Muy bajo Bajo Poco bajo Medio Poco Alto Alto Muy Alto Extra Alto

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabla 15. 15. Ponderación Ponderación p or Criterio. Fuente: Elaboración propia

5. PONDERACION ALTERNATIVA "A" CRITERIOS CAPACIDAD DE OPERACIÓN COSTO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTACI ON COSTO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIE NTO TIEMPO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTACI ON IMPACTO AMBIENTAL RIESGO OPERACIONAL VOLUMEN DE GLP RECUPERADO

POND.

ALT. A

A > capacidad > satisfacción

5

7

35

A < costo > satisfacción

2

3

6


4

3

12

A < tiempo > satisfacción

2

3

6

A < Impacto > satisfacción satisfacció n

4

4

16

DESCRIPCION Capacidad de almacenamiento Alta Alto costo de fabricación de las Esferas Alto costo de mantenimiento

No disponibilidad de las Esferas E sferas Puede ocurrir quema de GLP Insegura manipulación del GLP

A < Riesgo > satisfacción satisfacci ón

5

3

15 Posibles pérdidas de GLP

A > recuperación recuper ación > satisfacción satisfacci ón

4

4

16 106

Tabla 16. Ponderación Alternativa “A”. Fuente: Elaboración propia.

Mónica Araoz Rocha

58


6. PONDERACION ALTERNATIVA "B" CRITERIOS CAPACIDAD DE OPERACIÓN COSTO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTACI ON COSTO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIE NTO TIEMPO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTACI ON IMPACTO AMBIENTAL RIESGO OPERACIONAL VOLUMEN DE GLP RECUPERADO

POND.

ALT. B

DESCRIPCION

A > capacidad > satisfacción

5

7

35

Capacidad de almacenamiento almacenamien to Alta


2

5

10

Costo de implementación implement ación aceptable

A < costo > satisfacción satisfacci ón

4

6

24

Costo de Mantenimiento Mantenimie nto aceptable


2

6

12

Se cuenta con disponibilidad disponibi lidad local

A < Impacto > satisfacción satisfacció n

4

7

28

Evita quema de GLP


5

7

35

Reduce el riesgo de manipulación manipul ación


4

7

28

Mayor GLP recuperado

172 Tabla 17. 17 . Ponderación Alternativa “B”. Fuente: Elaboración propia.

7. PONDERACION ALTERNATIVA "C" CRITERIOS CAPACIDAD DE OPERACIÓN COSTO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTA CION COSTO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIE NTO TIEMPO DE IMPLEMENTACION IMPLEMENTA CION IMPACTO AMBIENTAL RIESGO OPERACIONAL VOLUMEN DE GLP RECUPERADO

POND.

ALT. C

DESCRIPCION

A > capacidad > satisfacción satisfacció n

5

3

15

Capacidad de almacenamiento almacenamient o


2

7

14

Menor costo de Implementación Implementació n


4

6

24

Menor costo de mantenimiento mantenimien to


2

6

12

Se cuenta con disponibilidad disponibi lidad local

A < Impacto > satisfacción satisfacci ón

4

4

16

Puede ocurrir quema de GLP


5

3

15

Insegura manipulación manipulaci ón del GLP


4

4

16

Posibles Posibl es pérdidas de GLP

112 Tabla 18. Ponderación Alternativa “C”. Fuente: Elaboración propia.

Por lo tanto, del análisis de las tablas de ponderación, se ha podido comprobar que la mejor Alternativa según los criterios adoptados, es la Alternativa “B”: Ampliación de la Capacidad de almacenamiento implementando Tanques horizontales (Tipo Salchicha) más equipos de bombeo.

Mónica Araoz Rocha

59


Diagrama de Flujo pro yectado (DF-6) (DF-6)

En el Diagrama de Flujo DF-4, las celdas en color verde ilustran el recorrido del GLP Residual proyectado, se delimita el alcance del proyecto y se describen los procesos posteriores a la inyección del GLP Residual a la línea de crudo. Así mismo en fondo rojo los procesos que quedarían sin efecto. AMPLIACION DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE GLP RESIDUAL PARA OPTIMIZAR SU DISPOSICION FINAL – REFINERIA

“GUALBERTO VILLARROEL”

ALCANCE DEL PROYECTO

GLP CONTAMINADO (GS MAYOR 0.57 Y MENOR A… ..

ALMACENAIMIENTO ALMACENAIMIENTO EN ESFERAS

1. ALMACENAMIENTO CONTROLADO DE GLP CONTAMINADO EN TANQUES NUEVOS

2. TRANSPORTE CONTROLADO DEL GLP CONTAMINADO (DESDE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO HASTA EL PUNTO DE INYECCION)

PROCESO DE QUEMA

3. INYECCION DE GLP CONTAMINADO CONTAMINADO A LA LINEA DE ALIMENTACION DE CRUDO


4. TRATAMIENTO DEL GLP CONTAMINADO EN UNIDAD DE PROCESAMIENTO DEL CRUDO (HORNO / TORRE DE DESTILACION)

5. CUANTIFICACION Y ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO DEL GLP RECUPERADO

6. COMERCIALIZACION DEL GLP RECUPERADO

Mónica Araoz Rocha

60


3.3.

DISEÑO DE INGENIERIA B ASICA

3.3. 3.3.1. 1. Cálcul Cálcul o, Diseño y Selecció Selecció n de Tanques Tanques de Almacenamiento Auto Au to no mía de d e dis di s eño

Según parámetros para para diseño, se requiere una autonom autonomía ía para llenado del Sistema de 3 días , así no sobresaturar la capacidad nominal máxima del horno 1H-1001A y poder dar continuidad operativa ya que éste es un ducto que trabaja las 24 horas del día según reportes de YPFB T. Por lo tanto el Volumen Total de contaminado de GLP se adecúa en función a un tiempo mayor según Tabla No. 19: AUTONOMIA DEL DISEÑO VARIABLE Vol GLP Residual Día s de autono mía

CANTIDAD CANTID AD UNID UNIDAD AD DESCRIPCION 19,5 M3 Volumen total generado como Contaminado de GLP 3 D Días de autono mía para almacenamiento del sistema

V-adicional

10

M3

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO

68,5

M3

Volumen considerado como adicional de GLP de otros unidades (mantenimiento/paro, etc) Volumen de almacenamiento para 3 dias

Tabla 19. 19. Parámetros Parámetros para Autonom ía del dis eño. Fuente: Fuente: ww w.ypfbtr ansporte .com

En base a los datos plasmados en la Tabla No. 19 , se tiene como resultado un volumen total de contaminado de GLP a almacenar x cada 3 días de: V Almacenamiento

68,50

M3

Determinación Determinación del Volumen p ara el Tanque Tanque de Almacenamiento.

Si bien la Normativa Legal vigente dispone un máximo llenado para los tanques de almacenamiento de GLP no mayor a 85% del volumen, considerando que el volumen a ser almacenado corresponde a un contaminado rico en GLP (TVR alto y por lo tanto sensible a pasar de fase líquida a vapor), por condiciones de seguridad y experiencia del personal operativo de YPFB Refinación, el recipiente debe ser llenado hasta un máximo del 60%. En base a éste criterio el volumen total del tanque debe ser ( Ver Tabla 20): Mónica Araoz Rocha

61


CALCULO VOLUMEN DEL TANQUE VARIABLE


UNID UN IDAD AD

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO

68,5

M3

Margen de seguridad

60

%

Volumen del Tan que

114

M3

DESCRIP CION Volumen de a lmacenamiento para 3 dias El tanque debe ser llenado hasta un 60 % de su capacidad Volumen qu e debe tener el tanqu e a utilizar

Tabla 20. 20. Determin Determin ación d el Volumen del tanque. Fuente: www.ypfbtransporte.com

Determinación Determinación del Tamaño Tamaño Ópti mo del d el Tanque Tanque

Para construir un recipiente de cierta capacidad optimizando la cantidad de material que se va a utilizar, debe determinarse determinarse la relación correcta de la longitud l ongitud al diámetro. diámetro. La relación óptima de la longitud al diámetro (F) puede hallarse mediante el uso de la Ecuación 1.1.: DETERMINACION DE LA RELACION LONGITUD / DIAMETRO (F) Ec. 1.1

= VARIABLE P

CANT CA NTID IDAD AD 250

UNID UN IDAD AD PSI

tk

0,1358

pulg

S

50000

PSI

E F

0,85 0,0433

(-) (-)

 ∗∗ DES CRIP CION 8. Presión de diseño. Dato o btenido btenido de Tabla No. 8. Margen por corrosión. *tk conseguido conseguido en base a dato experimental de un tanque ya existente, del cual se obtuvo que Tk = 0.862mm en 5 años por lo tanto Tk =3.45 mm será en 20 años que es el ciclo de vida del siguiente proyecto Tension de fluencia del material. Obtenido del ANEXO A-6 Eficiencia de las soldaduras soldaduras (eficiencia de junta soldada). SegúnANEXO Según ANEXO A-7

Relación Longitud - Diámetro

Tabla 21. Relación Longitud / Diámetro (F). Fuente: ASME Sec. VIII

Con el Volumen del tanque (114 M3) Calculado en Tabla 20 y el valor de “F” calculado en la Tabla 21, se determina el Diámetro recomendado utilizando la Figura 16:

Mónica Araoz Rocha

62


FIGURA FIGURA 17. Gráfica Gráfica p ara determinar tamaño Óptimo del Recipiente . Fuente: ASME Sec. VIII

Con el dato de Diámetro (10.4 pies) obtenido de la Figura 17, se determina la Longitud mínima del recipiente utilizando la Ecuación 1.2. (Ver Tabla 22): DETERMINACION DETERMIN ACION DE LA LONGITUD DEL RECIPIENTE (Ec. 1.2) 1.2) Longitud del Recipiente =

VARIABLE V D L D L


UNID UN IDAD AD

114

M3

4025,91

pie3

 

DESCRIPCION Volumen del recipiente

10,4

pies

Diámetro interior del recipiente. recipiente. Dato Obtenido Obtenido de Gráfica .

47,39

pies

Largo total del recipiente en pies

3,17 14,44

M M

Diámetro interior del recipiente en Metros Largo total del recipiente en metros

Tabla 22. 22. Longitud Mínima del Tanque

Mónica Araoz Rocha

63


Dimensiones Mínimas Mínimas r ecomendadas para Tanque Tanque Tipo Salchic Salchic ha DIMENSIONES MINIMAS DEL TANQUE TIPO "SALCHICHA" 14,42 m 11,07 m

,

FIGURA 18. Dimensiones Tanque tipo: “Salchicha”

Para lograr autonomía en el diseño se ha decidido contar con 2 tanques de almacenamiento de igual capacidad, de tal forma que uno pueda ser utilizado como respaldo (back up) del otro. De ésta forma no afectar la continuidad de la operación de inyección de GLP residual a la torre de destilación en caso de desperfecto o mantenimiento de uno de los tanques. Observar Figura No. 17 donde se simula el emplazamiento de ambos tanques:

FIGURA FIGURA 19. Disposici ón de los Tanques de Almacenamiento 400-A 400-A y 400-B. 400-B. Fuente: Elaboración propi a.

Mónica Araoz Rocha

64


Cálculo Cálculo d e Espesores por pr esión interna

Una vez determinado el volumen requerido a almacenar del GLP contaminado, se procede a determinar los espesores adecuados para soportar las presiones internas del sistema. En base a la Norma ASME VIII Div. I, se calcula el espesor necesario tanto para el cuerpo del cilindro como los casquetes semiesféricos: Espesor del Cuerpo Calculo espesor de pared en el cuerpo del tanque (Ec. 2)

 ∗  +   = ∗−,∗

Dónde: t

cuerpo =

S = Tensión Admisible SA612 (psi)






CALCULO ESPESOR DEL CUERPO - TANQUE TIPO "SALCHICHA"(Ec.2)

 =

VARIABLE P


 ∗ , ∗

+ 

UNID UN IDAD AD DESCRIP CION Presion de diseño. Dato obtenido de Tabla No. 8 Psi Radio interio r del cilindro m Tensión de f luencia del material. Obtenido del ANEXO A-6 Psi

S

1,675 50000

E

1

(-)

tk

0,00345

m

r

 ∗

Eficiencia de las soldaduras soldaduras (eficiencia de junta soldada). Según ANEXO A-7 *tk conseguido en base a dato experimental experimental de un tanque ya existente, del cual se obtuvo que Tk = 0.862mm en 5 años por lo tanto Tk =3. 45 mm será en 20 años que es el ciclo de vida del siguiente siguiente proyecto

t cuerpo

0,0118 11,8

m mm

Espesor del cuerpo mínimo requerido para evitar deformacion del material en el cilindro.

Tabla 23. 23. Determinación Determinación del Espesor míni mo del cuerpo - Tanque Tipo ”Salchicha”.

Mónica Araoz Rocha

65


Espesor del Casquete Casquete Semiesférico Semiesférico

Calculo espesor de pared en el casquete semi esférico (Ec. 3)

∗  = ∗∗−,∗ + 

Dónde: t

cabeza =

S = Tensión Admisible SA 612 (psi)






CALCULO ESPESOR DE CASQUETE SEMI ESFERA - TANQUE TIPO "SALCHICHA"(Ec.3)

 =

VARIABLE P R


E

1,675 50000 0,85

tk

0,00345

S

 ∗  ∗  ∗ , ∗

+ 

UNIDAD UNID AD DESCRIP CION Psi Presión de diseño. Dato obtenido de Tabla No. 8 Radio interio r de la semi esf era m Psi (-)

Tensión de f luencia del material. Obtenido del ANEXO A-6 Ef iciencia de las soldaduras (ef iciencia de junta so ldada). Según ANEXO A-7 *tk dato conseguido en base a prueba prueba ex perimental perimental de un tanque tanque ya existente,

m

del cual se obtuvo que Tk = 0.862mm en 5 años por lo tanto Tk =3.45 mm será en 20 años que es el ciclo de vida del siguiente proyecto

0,0084 8,4

t cabeza

m mm

Espesor mínimo requerido para evitar deformación del material en el casquete semiesférico.

Tabla 24. 24. Determinación Determinación del Espesor Mínimo del Casquete - Tanque Tipo “Salchicha”.

Selecció Selecció n del Tanque REQUERIMIENTOS MINIMOS - TANQUE DE ALMACENAMIENTO Volumen

114

M3

Capacidad Mínima del tanque

Largo óptimo del Tanque

14,4

m

Longitud óptima del Tanque

Diámetro óptimo del Tanque

3,17

m

Diámetro óptimo del Tanque

Espesor pared cuerpo

11,8

mm

Minimo espesor recomendado

Espesor pared casquete

8,4

mm

Minimo espesor recomendado

Tabla 25. 25. Resumen Resumen requisi tos m ínimos - Tanque Tipo “Salchicha”.

En el ANEXO A-1 se especifican las dimensiones a las cuales se debe colocar los anillos de fijación para el pontaje de los tanques de almacenamiento. Mónica Araoz Rocha

66


En el ANEXO A-8 se especifican las características de los tanques seleccionados para implementar en el proyecto, las mismas superan los requisitos mínimos establecidos en la Tabla 25. 3.3. 3.3.2. 2. Cálcul Cálcul o y selecc ión de d e Tubería de Transferencia Tasa de fluj o del Sist ema

Según requisito de la Empresa (YPFB Refinación) se requiere que el tanque de almacenamiento sea vaciado en un tiempo de 7 horas, éste tiempo garantizará que en un turno de 8 horas sea vaciado totalmente el tanque. La hora adicional es considerada para el encendido de los equipos y apertura de las válvulas. Considerando un máximo volumen a vaciar equivalente al 85% de 114 M3, son 97 m3 que corresponde al nivel Alto-Alto del Tanque de Almacenamiento. Con la Ec. No.4, podem podemos os calcular la tase de flujo: Calculo de la Tasa de Flujo (Caudal) del Sistema (Ec. 4)

=∗

Dónde:

 = Caudal de flujo (m3/hora - GPM)  = Volumen (M3 – Galones)  = Tiempo de vaciado (horas – minutos) TASA DE FLUJO DEL SISTEMA VARIABLE T Vhh Q

CANT CA NTID IDAD AD UN UNID IDAD AD COMENTARIOS 7 ho ras Tiempo de vaciado del tanque dentro de un turno de 8 horas 97 M3 Nivel de vaciado que corresponde al 85% lleno del tanque 13,84 M3/hora Caudal o Tasa de flujo del sistema 60,91 GPM

Tabla 26. Tasa de Flujo del Sistema

Mónica Araoz Rocha

67


Determinaci Determinaci ón d el Diámetro Diámetro Óptimo - Tubería Tubería

La Norma API RP 14E indica que la velocidad de flujo no debe exceder de 15 pie/s (para no tener pérdidas por erosión y presión excesivas) y no sea menor de 3 pie/s (para eliminar la deposición de sólidos en la línea). En base al ANEXO A-9 A -9 y haciendo uso de la ecuación Ec. 5, se procede a calcular las velocidades de flujo a diferentes posibles diámetros de tubería para el sistema. Calculo de la Velocidad de Flujo (Ec. 5)

 = .∗ 

Dónde:

 Velocidad promedio de flujo (pie/seg)  = Caudal de flujo (BPD)  = Diámetro Interno de la tubería (pulg) VELOCIDADES DE FLUJO RECOMENDADAS SEGUN API 14-E (Ec. 5)

 = VARIABLE

CANTIDAD

UNIDAD

Q d

2090,45

BPD pulg

Vmax

15

, ∗  COMENTARIOS Caudal del Sistema (en BPD) Diámetro Interno de la Tubería (en pulgadas)

API RP 14-E Pto. 2.3. C riterios riterios de dimensionamiento p ara líneas de líquido

Vmin

3

pie/seg

pie/seg

Para las líneas de transporte de líquidos líquidos en una sola fa se de un recipiente a presión a otro por diferencial de presión, la velocidad de flujo no debe exceder de 15 pie/seg para reducir al mínimo mínimo vibraciones por delante de la válvula de control. La velocidad de flujo no debe ser inferior a 3 pie/seg para minimizar minimizar la deposición de arena o de otros sólidos.

VARIACION DE LA VELOCIDAD V ELOCIDAD DE FLUJO F LUJO SEGÚN DIFERENTES DIAMETROS DE TUBERIA SELECCIONADOS ID Vel Diam. Nom. * OD * Espesor * COMENTARIOS (pulg)

(pulg)

(pulg)

(pulg)

(pie/seg)

DN1: 1,5" DN2: 2" DN3: 2,5" DN4: 3"

1,9 2,375 2,875 3,5

0,145 0,154 0,203 0,216

1,61 2,067 2,469 3,068

9,678 5,871 4,115 2,665

Diámetro Nominal 1, Cumple API 14-E Diámetro Nominal 2, Cumple API 14-E Diámetro Nominal 3, Cumple API 14-E Diámetro Nominal 4, NO Cumple API 14-E

* Datos obtenidos del ANEXO A-10 Tabla 27. 27. Diámetros de tubería Vs. Velocidad d e flujo según A PI 14-E, 14-E, Punto 2.3

Mónica Araoz Rocha

68


De acuerdo a la Tabla 27 se puede evidenciar que la tubería cuyo Diámetro Nominal es de 3” (DN4) queda al margen por la especificado en API 14 -E Sección 2 punto 2.3,

referente a la velocidad de flujo. Ver anexo A-10. Cálcul Cálcul o del Espesor Espesor Mínimo Mínimo - Tubería Calculo Espesor pared Tubería (Ec. 6)

∗  = ∗∗∗+∗ +

Dónde:

 = Factor de calidad del material (-)  = Factor de reducción de junta soldada (-)  = Factor de Temperatura  = Tolerancia por corrosión

 Espesor (pulg) = Presión de Diseño (Psi)  = Diámetro Externo (pulg)  Tensión Admisible del material (Psi)

DETERMINACION DEL ESPESOR MINIMO PARA LA TUBERIA (Ec.6)

 =

 ∗  ∗( ∗ ∗ ∗)

P

450,00

psi

D

2,375

pulg

+

Presion Interna de Diseño Diametro externo seleccionado. (DN2)

S

35000

Psi

Tensión de fluencia del material A-106

E

0,850

(- )

Factor de calidad del material

W

0,85

(- )

Y

0,40

(- )

Factor de reducción de junta soldada Factor de Temperatura Tolerancias por corrosión

c t

0,02

(- )

0,0620

pulg

1,57

mm

Espesor Mínimo requerido

Tabla 28. 28. Espesor míni mo requerido - Tubería

Selecció Selecció n de d e la Tubería

En base a lo calculado en las Tablas precedentes ( Tabla 27 – Tabla 28) y de acuerdo a la disponibilidad en el mercado local, la tubería seleccionada para el proyecto, debe tener las siguientes siguientes características: RESUMEN DE REQUERIMIENTOS MINIMOS PARA L A TUBERIA DN OD

2 2,375

pulg pulg

Diámetro Diámetro Nominal Diámetro Externo (Cumple con API 14-E)

Espesor de pared

0,154

pulg

Cumple con el mínimo requerido ( > 0,0620 )

ID

2,067

pulg

Diámetro Diámetro Interno (Cum ple con API 14-E)

Tabla 29. 29. Resumen Resumen requisi tos m ínimos – Tubería – Tubería

Mónica Araoz Rocha

69


En el ANEXO A-10 se especifican las características de la tubería seleccionada para implementar en el proyecto, las mismas cumplen con los requisitos mínimos establecidos en la Tabla No. 29. 3.3. 3.3.3. 3. Cálcul Cálcul o y Selecci Selección ón de d e Equip Equip os de Transferencia (Bombas) Determinación del Número de Reynolds Calculo del Número de Reynolds (Ec. 15)

 =  ∗  ∗ 

Dónde:

 Diámetro Interno de la tubería (pies) = Velocidad de Flujo (Pie/seg)

 = Densidad del fluido (lb/pie3)  = Viscosidad dinámica del fluido (lbm/pie*seg)

DETERMINACION DEL No. DE REYNOLDS (Ec.15)

 = ,  ∗

VARIABLE Q

C ANTIDAD

UNIDAD

2088,29

BPD

 ∗ ∗

C OMENTARIOS Ca uda l del Sistema (en BPD)

GS

0,53

(-)

D

2,067

pulg

Gravedad Especifica del fluido (Dato obtenido del ANEXO A-2.1)

µ

0,4845

cp

Viscosida d diná mic a del fluido (en c entipo ise)

Nr e

102710,33

(-)

Adimensional

Diametro Interno de la Tubería (Pulgadas)

Tabla 30. 30. No. de Reynolds para el Sistema

Con el No. De Reynolds calculado en la Tabla No. 30 , más el factor de rugosidad de la tubería, determinamos el Factor de Fricción utilizando el diagrama de MOODY. (Ver ANEXO A-11 A -11) DETERMINACION DEL FACTOR DE FRICCION VARIABLE

C ANTIDAD

UNIDAD

COMENTARIOS Factor de fricción determinado según diagrama diagrama de Moo dy (American (American

Ffriccion

0,0290

(-)

Petroleum Institute - API RP 14E, 1991) se utiliza el N° de Reynolds y Tipo de tubería tubería (en éste caso 2" y acero al carbono) para ingresar con el coeficiente de rugosidad pre determinado.

Tabla 31. 31. Factor Factor de Fricció n

Mónica Araoz Rocha

70


Pérdid Pérdid a de Presión po r Fricción Fricc ión en la tubería

∆

Cálculo de Presión por Fricción (Ec. 17)

Dónde:

  ∗  ∗  ∗   ∆  =  ∗∗

 = Densidad del fluido (lb/pie3)   = Factor de Fricción (adimensional)  Longitud de la Tubería (pies)

 Velocidad de Flujo (Pie/seg)  = Diámetro de la Tubería (pies) = Aceleración de la gravedad (pie/seg2)

CALCULO CAIDA DE PRESION POR FRICCION EN LA TUBERIA (Ec.17 )

Δ

= Pf =

Ff riccion L V D Gc

33,07 0,0290 3613,81 5,870 0,172 32,17

lb/pie3 (-) pies pie/seg pie pie/seg2

ΔPf

74,93

Psi

ρ

 ∗  ∗ ∗    ∗  ∗ ∗ Densidad del fluido Facto r de Friccion Mo ody Lo ngitud desde las Bo mbas hasta el punto de inyección Velocidad de Flujo Diametro Interno de la Tubería Aceleración de la gravedad Pérdida de Presión en el Sistema debido a la longitud y fricción en Tubería

Tabla 32. 32. Pérdida Pérdida de Presión por Fricció n

Variación Variación d e la presión po r d iferencia de altura altura

∆

Cálculo de de Presión por diferencia de Alturas (Ec. 18)

Dónde:

 −  ∆ = .∗∗ 

 = Gravedad Especifica del fluido (lb/pie3) = Altura del Punto 2 (pies)  Altura del Punto 1 (pies)

Mónica Araoz Rocha

71


CALCULO CAIDA DE PRESION POR DIFERENCIA DIFERENCIA DE ALTURA (Ec. 18 )

Δ Pz =

, ∗ ∗( ) 

GS

0,53

(-)

Z2

8628,600

pies

Altura del punto No. 2

Graveda d Específic a del f luido

Z1

8707,350

pies

Altura del punto No. 1

ΔPz

-18,09

Psi

Pérdida de Presión en el Sistema debido a la diferencia de Altura. Al tener pendiente positiva la ΔPf sale negativa.

Tabla 33. 33. Pérdida Pérdida de Presión por Diferencia de Altur a.

Pérdida Pérdida de Presión por Fricción en Válvulas y accesorios

Para poder calcular la perdida de presión por fricción en los accesorios, se debe determinar previamente la longitud equivalente que representa la cantidad y tipo de accesorios instalados a lo largo de la línea. Ver ANEXO A-12 A- 12: CALCULO CAIDA DE PRESION POR FRICCION EN VALVULAS Y ACCESORIOS DETERMINACION DE LA LONGITUD EQUIVALENTE X ACCESORIOS AC CES ORIO Válvula esférica 2" Válvula Check 2" Codo 90º Radio L argo 2"

L ONG. EQ. (PIES) 70 17 3

CANTIDAD 9 1 15

TOTAL LO LONG. E EQ QUIVALENTE (P (PIES) 630 17 45

COMENTARIOS Abierta al 100%

692

PIES

TOTAL LONGITUD EQUIVALENTE

Tabla 34. Longit ud Equivalente en en pies.

Con el dato obtenido en la Tabla No. 34 y haciendo uso de la Ec. 17, podemos determinar la pérdida de presión por fricción en los accesorios: CALCULO CAIDA DE PRESION POR FRICCION EN LOS ACCESORIOS (Ec. 17) Δ

Pfa =

Ff riccion L V D

33,07 0,0290 692 5,870 0,172

lb/pie3 (-) pies pie/seg pie

Gc

32,17

pie/seg2

ΔPfa

14,35

Psi

ρ

 ∗  ∗ ∗    ∗  ∗ ∗ Densidad del fluido Facto r de Friccion Moo dy Lo ngitud Equivalente, dato o btenido de Tabla No . 34 Velocidad de Flujo Diametro Interno de la Tubería Aceleración de la gravedad Pérdida de Presión en el Sistema debido a la fricción ocasionado por los accesorios

Tabla 35. 35. Pérdida Pérdida de Presión (Psi) por fricci ón en los accesorio s

Mónica Araoz Rocha

72


Balance Total de Pérdi Pérdidas das de Presión en el Sistema PERDIDA TOTAL DE PRESION EN EL SISTEMA

  = Δ Pf + ΔPz ΔPf

74,93

+ ΔPfa

Psi

Caida de presión por fricción en la tubería

ΔPz

-18,09

Psi

Variacion de presion por diferencia de altura

ΔPfa

14,35

Psi

Variacion de presion por diferencia de accesorios

Total ΔP

71,20

P si

Pedida Total de P resión en el Sistema

Tabla 36. Pérdida de Presión en Sistema

Ecuación de Balance de Energía Mecánica Mecánica

Cálculo de la Energía Transferida al Fluido (Ec. 20)   1 −  + 1 −   −    = 1 ∗  −  ∗ +    2 2 

Z1 = Altura del Punto 1 (pies) Z= Altura del Punto 2 (pies) Gc = Aceleración de la Gravedad (32.174 pie/seg2) V1 =Velocidad de flujo en el Punto 1 (pie/seg) V =Velocidad de flujo en el Punto 2 (pie/seg) P1 =Presion el Punto 1(Lbf/pie2) P =Presion el Punto 2 (Lbf/pie2)  =Densidad del Fluido (Lbm/pie3) ∑ F =Sumatoria de Fuerzas (Lbf-pie/Lbm)  = Energía Mecánica transferida al fluido ((Lbf-pie/Lbm)

Mónica Araoz Rocha

73


Cálculo de la Energía Mecánica Suministrado Suministrado al al Fluido (Ec. 20)

Ws =  ∗

 

−  ∗

 

+

 

−

 

 

+(



V2

5,87

pie/seg

Velocidad de flujo en el punto 2

V1

0,00

pie/seg

Velocidad en el punto 1 es igual a cero

32,17

pie/seg2

Gc Z2

8628,600

Z1

8707,350

P2 P1 ρ

ΣF

Ws

pies

450,00 64800,00 139,00 20016,00

pies Psi lbf/pie2 Psi lbf/pie2

33,07 71,20

lb/pie3 Psi

310,01

-1586

) - Σ F F

Aceleración de la gravedad Altura del punto No . 2 Altura del punto punto No . 1 Presió n de llegada a la línea de alimentación de crudo. TABLA No. 8 Tensió n de Vapor del f luido. ANEXO A-3.1 Densidad del fluido Pedida Total de Presión en el Sistema. TABLA No. 36

lbf - pie/lbm

Pérdida Pérdida de Presión expresada en U nidades de Energia. Se multiplican los PSI x 144 y se divide entre la Densidad expresada en lb/pie3

lbf-pie/lbm

Energía Mecánica transferida al fluido

Tabla 37. Energía mecánica entregada al Fluido.

Energía suminist sumi nist rada a la Bomba

Cálculo de la Energía suministrada suministrada a la Bomba Bomba (Ec.21)

 = −/ Dónde:

= Energía mecánica que la bomba suministra al fluido (ft*lbf/lbm) = Eficiencia fraccionaria (adimensional) = Energía o trabajo axial suministrado a la bomba (ft*lbf/lbm)

Cálculo de la Energía suministrada suministrada a la Bomba Bomba (Ec. 21 )

Wp =

 

Ws

- 1586

lbf - pie/lbm

Energía Mecánica transf erida al f luido

n

0,65

(- )

Ef iciencia f raccio naria de la Bomba (adimensional)

Wp

2439,90

lbf-pie/lbm

Energía o Trabajo Axial suministrado a la Bomba

Tabla 38. 38. Energía suminis trada a la Bo mba.

Mónica Araoz Rocha

74


Cálculo del Flujo Másico

Flujo Másico (Ec. 23)

=∗ Dónde:

= Caudal (pie3/seg) = Densidad del Fluido (Lbm/pie3) = Flujo másico (Lbm/seg) Cálculo del Flujo Másico (Ec. 23 )

Fm = Q * ρ Q

0,1359

pie3/seg

ρ

33,07

lb/pie3

Fm

4,4956

Lbm/seg

Caudal de f lujo Densidad del fluido

Flujo masico

Tabla 39. 39. Flujo másic o.

Cálcul Cálcul o de la Potencia de la Bomb a

Cálculo de la Potencia de la Bomba (Ec. 22)

=∗/

Dónde:

= Potencia requerida para la bomba (hp) = Velocidad de flujo másico (Lbm/seg) = Energía o trabajo axial suministrado a la bomba (ft*lbf/lbm)

Cálculo de la Potencia requerida para la Bomba (Ec. 22 )

Potencia = (Fm * Wp) / 550 Fm

4,4956

Lbm/seg

Wp

2439,90

lbf - pie/lbm

Potencia

19,9

HP

Flujo masico Energía o Trabajo Axial suministrado a la Bomba

Potencia requerida para la Bomba

Tabla 40. 40. Potencia requerida para la Bo mba

Mónica Araoz Rocha

75


En base al resultado obtenido se requiere una bomba con una potencia mínima de 20,00 HP, considerando una eficiencia del 65 % del equipo. Cálcul Cálcul o de la Altura de Presió Presión n de la Bomba

P1

H1

P2 Z1

Z2

FIGURA FIGURA 20. Alturas d el Tanque, Bomba y la línea de alimentación d e la torre de destilación. (Fuente Portal ANH) CALCULO CAIDA DE PRESION POR FRICCION DESDE EL TANQUE A LA SUCCION DE LA BOMBA (Ec.17 )

Δ

Pf = =

 ∗  ∗ ∗    ∗  ∗ ∗

Ff riccion L V D Gc

33,07 0,0290 8,53 5,870 0,172 32,17

lb/pie3 (-) pies pie/seg pie pie/seg2

ΔPf

0,2

Psi

ρ

Densidad del fluido Facto r de Friccio n Moo dy Altura desde la succio n de la Bo mba hasta el Nivel del tanque Velocidad de Flujo Diametro Interno de la Tubería Aceleración de la gravedad Pérdida de Presión hasta antes del ingreso a la Bomba

Tabla 41. 41. Caída Caída de presión d el Tanque Tanque a la suc ción de la Bomba CALCULO CAIDA DE PRESION POR FRICCION EN VALVULAS Y ACCESORIOS (del tanque a la bomba) DETERMINACION DE LA LONGITUD EQUIVALENTE X ACCESORIOS AC CES ORIO Válvula esférica 2"

L ONG. EQ. (PIES) 12,0

TOTAL L ONGITUD EQUIVALENTE

CANTIDAD 2

TOTAL L ONG. EQUIVALENTE (PIES) 24

COMENTARIOS Abierta al 100%

24

Tabla 42. 42. Longitud equivalente x accesori os (Tanque - Bomba)

Mónica Araoz Rocha

76


CALCULO CAIDA DE PRESION POR FRICCION EN LOS ACCESORIOS DESDE EL TANQUE A LA BOMBA 33,07

lb/pie3

Ff riccion L V D

5,31 0,0290 24 5,870 0,172

lpg (-) pies pie/seg pie

Gc

32,17

pie/seg2

ΔPfa

0,5

Psi

ρ

Densidad del fluido Factor de Friccio n Moo dy Lo ngitud Equivalente, dato obtenido de Tabla No. 42 Velocidad de Flujo Diametro Interno de la Tubería Aceleración de la gravedad Pérdida de Presión debido a la fricción ocasionado por los acc esorios

Tabla 43. 43. Caída Caída de Presión Presión por f ricci ón en accesori os (Tanque - Bomba) PRESION TOTAL EN LA SUCCION DE LA BOMBA Z2

8629

pies

Z1

8707

pies

P1

139,00

Psi

2,6000

m

8,5306

pies

H1

Altura del punto No . 2 Altura del punto No . 1 Presió n en el tanque de almacenamiento Altura entre el Nivel del Tanque y la Bomba

PH1

1,951

Psi

Presió n propo rcional a la altura del tanque respecto al nivel de la bo mba

Pf 1

-0,2

Psi

Caída de presión po r fricció n de tubería

Pf 2

-0,5

Psi

Caída de presión po r fricció n en accesorio s

PS

140

Psi

Presión Total en la Succión

Tabla 44. 44. Presión Total en la Succi ón de la bo mba

PRESION REQUERIDA EN LA DESCARGA DE LA BOMBA P2

450

Psi

ΔPf

71

Psi

Presión de llegada a la línea de alimentación de crudo. TABLA No. 8 Caída de presión por accesorios, fricción y altura

Pd

521

P si

P resión Requerida a la descarga

Tabla 45. 45. Presión Total en la Descarga de la bom ba DIFERENCIAL DE PRESION TOTAL Pd

521,2

Psi

Presión Requerida a la descarga

PS

140

Psi

Presión Total en la Succión Presión Diferencial Total

Pdt Ht

381

Psi

1665

pies

508

m

Altura Equivalente a la Presión Diferenc ial Total

Tabla 46. 46. Diferencia de Presión Tot al expresada en altura

Mónica Araoz Rocha

77


Altu Al tu ra d inámi in ámica ca d is po nib ni b le (NPSHA)

Cálculo de NPSHA (Ec.19)

=  −  +  −  +  Dónde:

= Presión en el tanque de almacenamiento = Presión de Vapor del Fluido = Presión proporcional a la altura del tanque respecto al nivel de la bomba  = Caída de presión por fricción de tubería  Caída de presión por fricción en accesorios =

CALCULO DE LA NPSH disponible P1

139,00

Psi

Presión en el tanque de almacenamiento

PH1 Pf 1

1,951

Psi

Presión pro po rcio nal a la altura del tanque respecto al nivel de la bomba

-0,2

Psi

Caída de presión por fricció n de tubería

Pf 2

-0,5

Psi

Caída de presión por fricció n en accesorio s

Pvap

-139

Psi

Presión de Vapor del Fluido

NPS Ha

1,277

Psi

5,58

pies

NPS H disponible del sistema

Tabla 47. NPSHA

Selección de Bombas REQUISITOSS MINIMOS PARA LA SELECCIÓN DE LAS BOMBAS REQUISITO Pot Ht NPHSa

20,00 1665,000 5,6

HP pies pies

Minimia potencia requerida Altura o presión de carga El NPHSr debe ser menor al NPSHa

Tabla 48. 48. Características Características t écnicas requeridas p ara la Bomba

El ANEXO A-13 A- 13, describe el tipo de bombas que se implementará en el proyecto.

Mónica Araoz Rocha

78


3.3.4. 3.3.4. Selección Selecci ón del Inyecto r (DF-7) (DF-7) FLUJOGRAMA PARA SELECCIÓN DE INYECTORES

CAUDAL

VELOCIDAD

AREA - DIAMETRO

PERDIDA DE CARGA

DATOS DE ENTRADA PARA CALCULO Y SELECCION DE INYECTOR VARIABLE Densidad (ρ)

Caudal (Q) radio 1 (r1) Area 1 (A1) Velocidad (V1) Presió n 1 (P1)

radio 2 (r2) Area 2 (A2) Gravedad (Gc)

Valor 33,07 0,53 60,97 3846,61 1,0335 2,62509 3,36 21,65 5,87 178,92 450 3102,6

Unidad lb/pie3 gr/cc GPM cm3/seg pulg cm pulg2 cm2 pie/seg cm3/seg PSI kPa

0,125 0,3175 0,05 0,32 32,17

pulg cm pulg2 cm2 pie/seg2

Comentario Denisdad del fluido. Constante. Caudal de flujo co nstante. Radio de la tubería Area de la sección de la tubería Velocidad de flujo dentro de la tubería Presió n antes del Inyector

Radio del Inyector Area de la sección del Inyecto r Valor de la gravedad co nstante

Tabla 49. 49. Datos Datos d e Entrada para cálculo del i nyector

Selección del diámetro en función a la pérdida de carga, aplicando la Ec. No. 14 de Continuidad y Ec. No. 16 de Bernoulli:

Mónica Araoz Rocha

79


CALCULO DE LA VELOCIDAD DE FLUJO F LUJO A TRAVES DEL INYECTOR (Ec.14 ) Ecuación de continuidad:

= Despejando V2: 

=



CALCULO DE LA PRESION A TRAVES TRAVES DEL INYECTOR INYECTOR (Ec.16 ) Ecuación de Bernoulli: Bernoulli:

Despejan Despejando do P2:

  =  +

 

(  )

CALCULO DE PERDIDA D E PRESION PARA DIFERENTES DIAMETROS DE INYECTOR Diam. Inyector (PULG)

Area Inyector (A2) (pulg2)

Diam. Tubería (PULG)

Area Tubería (A1) (pulg2)

V1 (pie/seg)

V2 (pie/seg)

Presión 1 P1 PSI

Presión 2 P2 PSI

1/4 1/2 3/4 1

0,049 0,196 0,442 0,785

2,07 2,07 2,07 2,07

3,36 3,36 3,36 3,36

5,87 5,87 5,87 5,87

401,27 100,32 44,59 25,08

450,00 450,00 450,00 450,00

- 124,50 414,32 443,14 447,99

ΔP

(P1-P2) 574,5 35,7 6,9 2,0

Tabla 50. 50. Selección de Iny ector

De acuerdo a lo descrito en la Tabla 50, el Inyector a seleccionar y para no tener una caída de presión mayor a 8 PSI, debe ser mayor a ¾ de pulgada de diámetro. El ANEXO A-14 A -14, describe el tipo de inyector que se implementará en el proyecto.

Mónica Araoz Rocha

80


CAPITULO IV ANÁ A NÁL L ISIS COSTO

Mónica Araoz Rocha


CAPITULO IV ANAL ANA L ISIS COSTO

El análisis de costos del proyecto será desarrollado siguiendo el siguiente flujo grama (DF-8) 4.1. ANALISIS ECONOMICO

4.1.1. CAPEX

4.1.2. OPEX

COSTO DE INVERSION

COSTO DE OPERACION

4.1. Análisis Económico

El estudio económico que se realiza en el proyecto está encaminado a la estimación de los costos de inversión, costos de operación que representa la implementación de éste proyecto. 4.1.1. Capex (Capital Expenditures)

El costo de inversión (Capex) ha sido desarrollado en base a cotización directa con los proveedores, las empresas especializadas en un servicio en particular y las planillas de presupuesto para actividades laborales en campo tanto de YPFB-T como de YPFB-R. Se han considerado como orden de referencia trece puntos, sobre los cuales se realiza relevamiento de los costos de inversión para el proyecto. Se tiene estimada la implementación del proyecto para la Gestión 2016. En la Tabla No. 51 se detalla cada ítem. (Ver ANEXO A-15 A -15 )

Mónica Araoz Rocha

81


VARIABLE

Sub total (USD)

1. Ingeniería

35.670,99

2. Logísti Log ística ca

63.290,90

3. Obras civiles

57.468,75

4. Obras mecánicas 5. Obras eléctricas 6. Obras de instrumentación

36.813,24 29.002,75 9.932,45

7. Obras de sistema sistema de comunicaciones c omunicaciones

7.945,96

8. Pruebas 9. Obras especiales 10. Protección catódica

13.243,27

11. Comisionado y puesta en marcha 12. Data Book 13. Provisión de equipos

26.518,84

459.371,52

TOTAL

805.841,94

11.025,00 27.208,28

28.350,00

Tabla 51. 51. Costo de Inversión CAPEX

4.1.2. 4.1.2. Opex (Operating (Operatin g Expens e)

Los costos operativos han sido elaborados en base a la planilla de actividades laborales y cotización directa con empresas de servicios especiales. En la Tabla 52, se muestra un resumen de las variables sobre los costos de operación (OPEX) anual. VARIABLE

1. Mantenimiento 2. Protección Catódica 3. Calibración instrumentos y HMI TOTAL

Sub Total USD

20200 2260 6200 28660

Tabla 52.Opex - Anual

Se han establecido 20 años como el tiempo de vida útil del proyecto, esto en base a los tiempos de vida útil adoptados para proyectos petroleros. Los costos de operación se calculan a partir de la Gestión 2017.

Mónica Araoz Rocha

82


Se han asumido los siguientes supuestos: 

La totalidad de los costos de mantenimiento se incrementan cada año en un porcentaje de 7% según el promedio de la inflación en Bolivia de los últimos 20 años (Ministerio de Economías y Finanzas, 2012).



El uso de los recursos (herramientas, personal, equipos, etc.) se consideran considera n constantes en todos los años.

La Tabla 53 presenta el resumen de los costos de operación total por los 20 años: 2. Protección Catòdica (USD)

3. Calibración instrumentos y HMI (USD)

AÑO

GESTION

1. Mantenimiento (USD)

0

2016

0

0

0

1

2017

20200

2260

6200

7%

28660

2

2018

21614

2418

6634

7%

30666

3

2019

23127

2587

7098

7%

32813

4

2020

24746

2769

7595

7%

35110

5

2021

26478

2962

8127

7%

37567

6

2022

28332

3170

8696

7%

40197

7

2023

30315

3392

9305

7%

43011

8

2024

32437

3629

9956

7%

46022

9

20 2025

34707

3883

10653

7%

49243

10

2026

37137

4155

11398

7%

52690

11

2027

39736

4446

12196

7%

56379

12

2028

42518

4757

13050

7%

60325

13

2029

45494

5090

13964

7%

64548

14

2030

48679

5446

14941

7%

69066

15

2031

52086

5827

15987

7%

73901

16

2032

55732

6235

17106

7%

79074

17

2033

59634

6672

18303

7%

84609

18

2034

63808

7139

19585

7%

90532

19

2035

68275

7639

20956

7%

96869

20

2036

73054

8173

22422

7%

103650

OPEX ACUMUL ACUMULADO ADO (USD)

Infl.

Sub Total USD 0

1.174.930,81

Tabla 53. Opex – Opex – Periodo Periodo 20 años OPEX

Mónica Araoz Rocha

83


CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Mónica Araoz Rocha

“INGENIERÍA BÁSICA PARA A MPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL”

CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. 5.1. Conclus iones ion es 1. Por cada lote de GLP enviado actualmente desde Santa Cruz de La Sierra

a la RGV a través del OSSA-1, se generan 19.5 M3 de GLP Residual. 2. La media de envíos por lotes es Tres veces por semana haciendo un

volumen de 58.5 M3 semanales, al incrementar el número de envíos se incrementa el GLP residual. 3. El GLP Residual se almacena en tanques esféricos y luego se quema en la

antorcha de la RGV, del volumen total quemado se desperdicia un 35% de GLP limpio. 4. Luego de analizar distintas alternativas de infraestructura, en base a un

análisis multicri multicriterio terio y ponderado se ha seleccionado selecci onado la Alte Al tern rnat ativ iva a B Ampliación de la Capacidad de almacenamiento implementando dos Tanques horizontales (Tipo Salchicha) de 114 M3 cada uno, más dos equipos de bombeo acorde a los requerimientos para trasferencia de GLP. Para la selección se ponderó principalmente: 

Alta capacidad de almacenamiento



Aceptable costo de implementación implementació n y mantenimiento.



Disponibilidad Disponibili dad inmediata.



Se evita quema de GLP residual



Reducir riesgos por manipulación



Mayor recuperación recuperación de GLP limpio.

5. Por las características físicas del GLP, la infraestructura del proyecto

requiere cumplir ciertas requisitos técnicos mínimos, en el Capítulo III Ingeniería se han determinado los mismos. En los ANEXOS descritos más abajo se incluyen los datos específicos calculados para cada elemento:

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84






Tanques Tipo Salchicha (Ver ANEXO A-8) Capacidad:

114 M3

Largo Total: Total:

14.42 m

Diámetro:

3.17 m

Número Tanques:

2

Bombas de Transferencia (Ver ANEXO A-13) Potencia:

20 HP

NPSHA:

5.58 pies

Presión de carga:

1665 pies

Número Número de Bombas: 2 unidades





Tubería Tuber ía de Transferenc ia (Ver ANEXO ANEXO A-10) Diámetro Nominal:

2 pulgadas

Espesor de pared: Longitud:

>0.154 pulgadas (SCH-40) 3613.8 pies

Inyector Inyect or (Ver ANEXO ANEXO A-14) Diámetro Diámetro orif icio :

¾ pulgada

Caída Caída de presión :

< 8 PSI

6. Tomando en cuenta que para el año No. 20 se tiene la Máxima Tasa de

Flujo de GLP contaminado equivalente a 13.4 M3/día. Se tiene que: 

La Base de diseño utilizada para dimensionar el tanque de almacenamiento de capacidad de 114 M3 permite capacidad suficiente antes de llegar al margen de seguridad de llenado.



La bomba de transferencia de 20 HP, está diseña diseñada da para un caudal ddee trabajo de (60.1 GPM), caudal suficiente para realizar el vaciado del tanque de almacenamiento en tiempo y forma.

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85

“INGENIERÍA BÁSICA PARA A MPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y CONTROL DEL GLP RESIDUAL EN LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL” 

Se ha seleccionado selec cionado la tubería de 2 pulgadas e inyector inyect or con diámetro de ¾ pulgadas.

7. La Inversión a realizar asciende a 805.841,94 USD, la misma al no ser tan

elevada, no requiere de crédito bancario y se la puede realizar con recursos de la misma RGV. 8. Si se realiza un estudio económico arrojara indicadores financieros

favorables en cuanto a la generación de utilidades a lo largo de los 20 años de vida del proyecto para otros sectores como YPFB Refinación y YPFB Comercialización. Situaciones que hacen favorable económicamente realizar el proyecto. 9. La RGV con la implementación del presente proyecto da cumplimiento a

una disposición legal emitida por la ANH referente a inadecuado tratamiento de contaminados de GLP. Evitando de esa forma ser pasible a sanciones pecuniarias mayores. 5.2. 5.2. Recomendacio nes 1. Se deberá tener especial cuidado y control cuando se realice la inyección

del GLP contaminado a la línea de alimentación de crudo de la RGV, es muy probable que se tengan que ajustar algunos parámetros de operación. 2. El inyector a instalar en el línea de alimentación de crudo se recomienda

sea tipo retráctil así se facilita la limpieza en caso de taponamiento. 3. Se recomienda instalar dispositivos electro - automáticos para que: o

La Inyección de GLP contaminado se corte si la refinería sufre algún paro de emergencia durante la inyección.

o

Instalar un presostato que active las bombas de transferencia transferenci a por diferencial de presión ente los tanques de almacenamiento y el punto de inyección.

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86


4. Se recomienda analizar la instalación de 2 inyectores, dejando uno como “by - pass” en caso de taponamiento del otro inyector.

5. Se recomienda analizar en un posterior estudio el impacto de las plantas

separadores de líquido de Rio Grande y Gran Chaco en el ducto OSSA-1 (mayor producción de GLP y gasolina liviana). 6. Se recomienda analizar la implementación del presente proyecto en otras

Refinerías del País respecto a mejorar el tratamiento que se le da al GLP contaminado.

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87


ANEXOS ANEXOS

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ANEXO A-1 A -1 POSICION DE ANILL OS FIJADORES FIJA DORES

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88


ANEXO A-2 A -2 CARACT CAR ACTERISTICAS ERISTICAS GLP GL P RESIDUAL CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DEL GLP RESIDUAL (CONTAMINADO) (CONTAMINADO)

ANALISIS CROMATOGRAFICO

Destilación ASTM D-86 del Residual (5% contaminado)

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Destilación ASTM D-86 del contaminado

89


ANEXO A-3 A -3 COMPONENTES DEL GL P (MEZCLA PROPANO Y BUTANO) B UTANO) SEGÚN NORMA ASTM D-2163

GLP Generalmente Generalmente Comercializado Comercializado en Bolivia

COMPONENTES DEL GLP SEGUN NORMA ASTM D 2163

2%

Isopentano

0%

Buteno

15%

Isobutano

30%

n-Butano

6%

Propeno

45%

Propano

2%

Etano 0

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0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

90


– MUES ANEXO A-3.1 A -3.1 INFORME DE LAB ORATORIO ORAT ORIO – MUESTRA TRA DE GLP GL P

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91


ANEXO A-4 A -4 DIAGRAMA DIAGRA MA DE UBICACIÓN UB ICACIÓN GENERAL

YPFB-T Ubicación Tanques Salchichas (Nuevos) + Bombas de transferencia

YPFB-R Punto de inyección a línea de alimentació alimen tación n a Torre

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92


ANEXO A-5 A -5 REPORTES OPERATIVOS OPERAT IVOS YPFB – YPFB – T T

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93


ANEXO A-6 A -6 REQUERIMIENTO SOBRE TENSION DEL MATERIAL MA TERIAL

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94


ANEXO A-7 A -7 COEFICIENTE SOBRE EFICIENCIA DE SOLDADUR SOL DADURA A

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95


T IPO “SALCHICHA” ANEXO A-8 A -8 DATOS TECNICOS DE LOS TANQUES TIPO

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96


ANEXO A-9 A -9 CRITERIO PARA L A VELOCIDAD VEL OCIDAD EN LAS L AS TUBERIAS TUB ERIAS

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97


ANEXO A-10 DATOS DAT OS TECNICOS T ECNICOS DE L A TUBERIA TUB ERIA PARA TRANSPORTAR TRANSPORT AR EL GLP GL P RESIDUAL

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98


ANEXO A-11

DIAGRA MA DE MOODY PARA DETERMINAR EL FACTOR FACT OR DE

FRICCION

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99


ANEXO A-12

L ONGITUD EQUIVALENTE EQUIVAL ENTE A PERDIDAS DE PRESION EN

VALVULAS Y ACCESORIOS

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100


ANEXO A-13 A -13 DATOS TECNICOS DE LAS L AS BOMBA B OMBAS S DE TRANSFERENCIA

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101


ANEXO A-14 A -14 DATOS DAT OS TECNICOS DEL DEL INYECTOR

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102


ANEXO A-15 A -15 COSTOS DE CAPITAL CAPIT AL Precio VARIABLE

Unidad

Cantidad

Unitario (USD)

Precio

Sub total

Parcial (USD)

(USD)

1. Ing eniería eniería Ingeniería Básica y de Detalle

35.670,99 Gl obal

1

35.670,99

35.670,99

Movilización

Gl obal

1

18.085,22

18.085,22

Levantamiento de Preventivas y Pl an de Restauración

Gl obal

1

8.118,46

8.118,46

Instalación de Campamento de Construcción

Gl obal

1

8.371,86

8.371,86

Instalación área almacejando de tubería y obrador

Gl obal

1

6.350,00

6.350,00

Desmovilización

Gl obal

1

22.365,36

22.365,36

m2

525

13,99

7.344,75

2. Logística

63.290,90

3. Obras civiles Nivelación y limpi eza área de construcción construcción

57.468,75

Soportes para tubería de 2"

pi eza

285

45,00

12.825,00

Fundaciones tanques tanques de alivi o

Gl obal

1

16.842,00

16.842,00

Construcción Construcción escaleras metálicas

Gl obal

1

2.691,00

2.691,00

Construcción Construcción muros de contención bombas de GLP

Gl obal

1

4.556,00

4.556,00

Construcción Construcción aceras de acceso

Gl obal

1

3.210,00

3.210,00

Restauración

Gl obal

1

10.000,00

10.000,00

Montaje Montaje pi ping de prefabricados

Gl obal

1

19.642,50

19.642,50

4. Obras mecánicas

36.813,24

Desfile de tuberías - Revestimiento y ensayos no destructivos

Gl obal

1

3.935,48

3.935,48

Montaje Montaje de tanques de ali vio

Gl obal

1

8.475,00

8.475,00

Interconexión de equipos

Gl obal

1

4.760,26

4.760,26

Instalación de conduits

Gl obal

1

7.151,36

7.151,36

Cableado e interconexión

Gl obal

1

4.370,28

4.370,28

Instalación del sistema de energía eléctrica

Gl obal

1

5.562,17

5.562,17

Instalación del sistema de aterramiento

Gl obal

1

2.781,09

2.781,09

instalación del sistema de iluminación externa

Gl obal

1

2.781,09

2.781,09

Instalación del siste ma de Parrarayos

Gl obal

1

6.356,77

6.356,77

Instalación de instrumentos en Campo

Gl obal

1

3.972,98

3.972,98

Instalación Equipos de control

Gl obal

1

5.959,47

5.959,47

Gl obal

1

7.945,96

7.945,96

Gl obal

1

13.243,27

13.243,27

5. Obras eléctricas

29.002,75

6. Obras de instrumentación instrumentación

9.932,45

7. Obras de sistema de comunicac iones Obras del sistema de comunicaciones comunicaciones

7.945,96

8. Pruebas Pruebas Hidrostática y de Secado

13.243,27

9. Obras especiales

11.025,00

Cruce de caminos secundarios, y caminos de acceso

m

200

22,50

4.500,00

Cruce de otros ductos

m

150

43,50

6.525,00

10. Protección catódica

27.208,28

Ingeniería de detalle si stema de protección catódica

Gl obal

1

3.616,27

3.616,27

Provisión de equipos y materiales

Gl obal

1

9.136,00

9.136,00

Instalaciones de equipos y sistema

Gl obal

1

4.210,00

4.210,00

Provisión e instalación de Test Points

Punto

13

398,71

5.183,24

Comisionado y Puesta en marcha del sistema

Gl obal

1

5.062,77

5.062,77

Precomisionado y comisionado del sistema inte grado

Gl obal

1

5.425,00

5.425,00

Barrido de aire y presurización sistema inte grado

Gl obal

1

21.093,84

21.093,84

Gl obal

1

28.350,00

28.350,00

Tanque de Aliv ios GLP 113 m3

pi eza

2

179.109,20

358.218,40

Tubería ND 2" ASTM A-106

pi eza

167,00

29,36

4.903,12

Bomba de GLP ND 2"

pi eza

2

13.350,00

26.700,00

Válvulas bola ND 2"

pi eza

10

615,00

6.150,00

Provisión de materiales mecánicos

Gl obal

1

63.400,00

63.400,00

11. Comisionado y puesta en marcha

26.518,84

12. Data Book Data Book y Planos Conforme Construído

28.350,00

13. Provisión de equipos

TOTAL

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459.371,52

805.841,94

103


ANEXO A-16 A -16 COSTOS DE OPERACIÓN ANUAL A NUAL VARIABLE

Unidad

Precio Unitario (USD)

Cantidad

Precio Parcial (USD)

Sub total (USD)

Sub Total USD

Frecuencia/año

1. Mantenimiento

20200

Aplanadora

m2

2000

7

14000

Pintado señalización Mano de obra

Global

1

1000

1000

Global

2

2500

Logística de transpo rte

5000

km

2

100

200 20200

2. Protección Catòdica Mano de obra

2

500

1000

Materiales

Global

1

1200

1200


km

2

30

60 2260

3. Calibración instrumentos instrumentos y HMI

2260 6200

Global

1

2500

2500


Global

2

300

600 3100

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1

Mano de obra

20200 2260

Global

TOTAL

1

2

6200 28660

104


BIBLIOGRAFÍA 

American Petroleum Petroleum Institute - API RP 14E, 1991. 1991. API RP 14E - Recommended Practice for Design and Installation of Production Piping Systems. Quinta ed.

s.l.:s.n. 

American Society of Mechanical Mechanical Engineers Engineers - ASME B31.3, 2008. Process Piping, Asme Code for Pressure Pressure Piping, Piping, B31.3-2008. B31.3-2008. Three Park Avenue, New York: s.n.



Estrada, I. J. M. L., 2001. Diseño y Cálculo de Recipientes Sujetos a Presión. 2001 ed. s.l.:s.n.

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Gas Processors Processors Suppliers Suppliers Association Association - GPSA, 2004. Engineering Data Book Volumes I&II. 11 ed. Tulsa, Oklahoma: s.n.

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Geankoplis, C. J., 1998. Procesos de Transporte y Operacion Unitarias. Tercera ed. D.F. México: Compañía Editorial Continental S.A. - CECSA .

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Gonzales, W., 2009. Apuntes Apuntes Transporte Transporte y Almacenamiento Almacenamiento de Hidrocarburos, Hidrocarburos, Cochabamba: Cochabamba: Universidad Uni versidad Privada Boliviana.



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

YPFB Transporte, 2013. Oleoducto Sica Sica Arica I - OSSA1. s.l.:s.n.

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105


GLOSARIO DE TERMINOS API: American Petroleum Institute (Instituto Americano de Petróleo) ASME: American Society of Mechanical Engineers. Sociedad Americana de Ingenieros

Mecánicos. and Materials Materials (Sociedad Americana Americana de Ensayos y ASTM: American Society for Testing and Materiales) Cavitación: Fenómeno que puede ocurrir en la línea de flujo de una bomba cuando la

presión absoluta se iguala a la presión de vapor del líquido a la temperatura de flujo. En tales condiciones, se forman burbujas las cuales posteriormente implosionan cuando la presión sobrepasa la presión de vapor del líquido. Conversión. Transformación de los productos intermedios de cara a adecuar la

producción a la demanda existente y/o mejorar sus propiedades. Cracking catalítico : consiste en la descomposición termal de los componentes del

petróleo en presencia de un catalizador, con el propósito de craquear hidrocarburos pesados y convertirlos en hidrocarburos livianos de cadena corta cuyo punto de ebullición se encuentra por debajo de los 221 °C. Dichos catalizadores se presentan en forma granular o micro esférica Cracking o craqueo : romper las moléculas grandes de hidrocarburos en otras más

pequeñas con el fin de aumentar los productos ligeros y volátiles. Craqueo (Agrietamiento ): En el refino de petróleo los procesos de craqueo

descomponen las moléculas de hidrocarburos más pesados (alto punto de ebullición) en productos más ligeros como la gasolina y el gasóleo. Destilación atmosférica.- La destilación atmosférica, es la destilación que se realiza a

una presión cercana a la atmosférica. Utilizada para extraer los hidrocarburos presentes de forma natural en el crudo, sin afectar a la estructura molecular de los componentes.

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106


Destilación es la operación de separar, mediante vaporización y condensación en los

diferentes componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de las l as sustancias ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volum volumen, en, aunque sí en función de la presión. Gasol Gasol ina Natural – Hidrocarburos líquidos recuperados del Gas Natural que van desde

la molécula de iso-pentano en adelante (C5+) los cuales pueden ser enviados a una refinería para combinarse con el crudo y de esta manera incrementar la producción de Gasolinas Automotrices. GLP – Gas Licuado de Petróleo, término referido a la mezcla de proporciones

combinadas de propanos y butanos (C3s-C4s) los cuales son gases a condiciones atmosféricas pero son licuados a presión para su almacenamiento y venta para uso domiciliario. GPSA: Gas Processors Suppliers Association (Asociación de procesadores y

proveedores de gas) Horno Horn o 1-h-1001/A 1-h-1001/A: Unidad de control de crudo de la Refinería Gualberto Villarroel Isomerización : La Isomerización se refiere a la reorganización química de los

hidrocarburos de cadena lineal (parafinas), por lo que contienen ramificaciones unidas a la cadena principal (isoparafinas). (isoparafinas). Lay- Out: Plano de ubicación de los elementos. Light Straight Straight Run L SR: Gasolina virgen o primaria (Light straight run) Límite de inflamabilidad .- Límites de concentración superior e inferior de un gas

inflamable, sobre o debajo de los cuales no ocurre propagación de la llama en contacto con una fuente de ignición. Los límites inflamables son calculados a temperatura y presión ambiente en el aire.

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NGL: Natural Gas Liquids o Líquidos del Gas Natural, término referido a los

hidrocarburos hidrocarburos líquidos asociados al Gas Natural. NPSHA: (Net Positive Suction Head Available) Es la altura absoluta total de succión

disponible, en el orificio de succión, referida al punto de referencia, menos la altura por presión de vapor del líquido, a la temperatura de flujo. Para bombas reciprocantes incluye la altura por aceleración. La NPSHA depende de las características del sistema, sistema, las propiedades del líquido y las condicion c ondiciones es de operación. NPSHR: (Net Positive Suction Head Required) La presión mínima requerida en el

puerto de succión de la bomba para mantener la bomba sin cavitación. OSSA-1: Oleoducto Sicasica – Arica 1 que comprende el tramo desde Santa Cruz de

La Sierra hasta Cochabamba. RECON (Crudo Reconstituido): Mezcla de crudo reducido, obtenido como residuo de la

destilación atmosférica con gasolina blanca obtenida en las plantas de separación de los campos y en las l as refinerías. Reformado catalítico : Es un proceso químico utilizado en el refino del petróleo. Es

fundamental en la producción de gasolina. Luego de desulfurar y pasar por la unidad de reformado el producto líquido se estabiliza en una columna dedicada al efecto, separándose en ella el gas y gas licuado del petróleo (GLP) que salen por cabeza y el reformado, que sale por fondo. Se alimenta de naftas ligeras para producir aromáticos y gasolinas. El rendimiento en GLP está entre un 5 – 10%. RVP: Reid Vapor Pressure, Presión de Vapor Reid (Ver TVR) Tensión de Vapor Reid TVR, presión generada por los vapores desprendidos de una

columna de líquidos, el cual es un indicador de la volatilidad del líquido en cuestión. Petrolíferos Fiscales Bolivianos – Refinación. YPFB-R: Yacimientos Petrolíferos Yacimientos Petrolíferos Petrolíferos Fiscales Fi scales Bolivianos – Transporte. YPFB-T: Yacimientos

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108

ampliacion de La Planta de almacenamiento

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