Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Separadores Simulación de Procesos en ASPEN HYSYS Ica – Dicie Diciembre mbre 201 20 11
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Introducción: •
En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser una herramienta de apoyo para el diseño de procesos químicos y además su uso se está extendiendo en las instituciones de formación de ingenieros químicos.
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La simulación de procesos juega un papel muy importante en la industria química, como una herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Objetivos: •
Esta Presentación tiene como objetivo transmitir al público la importancia de conocer el alcance de los softwares de simulación (entre ellos el ASPEN HYSYS) tanto en estado dinámico como estacionario, para así facilitar el desarrollo y evaluación de diferentes tipos de procesos con dichas herramientas.
• Así mismo, tomamos como ejemplo el caso de la evaluación de
desempeño de separadores trifásicos para explicar los pasos neceserios para una evaluación completa de un caso particular.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Softwares de Simulación: Son herramientas que nos permiten facilitar el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales.
Entre los principales tenemos: • ASPEN HYSYS • PRO II • APEN PLUS • CHEMCAD
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Ventajas del uso de softwares de simulación: • • • • •
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La simulación no interfiere en sistemas del mundo real. Es un proceso relativamente eficiente y flexible. Hace posible analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real. Permite al diseñador examinar rápidamente varias configuraciones de planta. Permite la experimentación en condiciones que podrían ser peligrosas en el sistema real. Reduce el tiempo de diseño de una planta.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Desventajas del uso de softwares de simulación: Un buen modelo de simulación puede resultar bastante costoso; a menudo el proceso de desarrollar un modelo es largo y complicado para su validación. • Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en el computador. • Cada modelo de simulación es único. Las soluciones e inferencias no son usualmente transferibles a otros problemas. • Se requiere gran cantidad de corridas para encontrar “soluciones óptimas”. •
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Aplicación de Softwares de simulación: • • • • •
Detección de cuellos de botella en la producción. Predicción de los efectos de cambio en las condiciones de operación y capacidad de la planta. Optimización de las variables de proceso. Optimización del proceso cuando cambian las características de los insumos y/o las condiciones económicas del mercado. Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Aplicación de Softwares de simulación: • Análisis de nuevos procesos para nuevos productos. • • • • •
Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas. Análisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos. Optimización para minimizar la producción de desechos y contaminantes. Entrenamiento de operadores e ingenieros de procesos. Investigación de la factibilidad de la automatización de un proceso.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Mapa de Ruta:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Simulación en estado Estacionario: Permiten evaluar diferentes alternativas de configuración del proceso y/o determinar la sensibilidad de las variables claves del proceso con respecto a cambios factibles en el proceso; la cual desarrolla modelos estáticos, que están descritos generalmente por ecuaciones algebraicas lineales y no lineales, por lo que la simulación de estos modelos no requiere la evaluación de ecuaciones diferenciales, lo cual facilita su solución y pueden resolverse manualmente. En todo caso la computación ayudará a hacer los cálculos con mayor rapidez.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Simulación en Estado Dinámico: •
La simulación Dinámica puede ayudar a mejor el diseño, optimizar y operar procesos. Las plantas nunca están en estado estacionario. Los disturbios de la carga y del medio ambiente, el mal intercambio de calor y la degradación catalítica continuamente afectan las condiciones de un proceso estable.
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El comportamiento de los sistemas de procesos es mejor estudiado usando una simulación dinámica. Con la simulación dinámica se puede confirmar que la planta puede producir el producto deseado en una forma que sea seguro y fácil de operar. Definiendo detalladamente las especificaciones de los equipos, en la simulación dinámica, se puede verificar que los equipos funcionen como se espera en una situación real de planta también se optimizar el diseño de control sin afectar negativamente la
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Con la simulación dinámica se puede investigar: – Optimización de Procesos. – Optimización en el Control de la Operación de Procesos. – Evaluación de la seguridad de Procesos. – Transiciones entre la Condiciones de Operación de un Proceso. – Condiciones de Arranque y Parada de Plantas.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
Por otro lado, el modelo dinámico usa diferentes forma de ecuaciones de conservación que se relacionan por cambios que ocurre en más tiempo. Las ecuaciones de materia, energía y balance de composición incluyen una expresión adicional “acumulación” que es un diferencial con respecto al tiempo. Ecuaciones no diferenciales puede ser formulada para aproximar las conservaciones principales; ya que, un método de solución analítica no existe.
•
Por consiguiente, la integración numérica se usa para determinar el comportamiento del proceso en distintas pasos de tiempo. La más pequeña etapa de tiempo, Lo más cerrado al cálculo de la solución complementa la solución analítica, ya que, esto adquiere un rigor de contrarrestar por un cálculo adicional en un tiempo requerido para simular la misma cantidad de pasar en tiempo real. Un razonable compromiso es archivado por usar las más larga etapa posible de tamaño, mientras se mantiene un aceptable grado de precisión sin conseguir inestabilidad.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Separadores Trifásicos: Pueden presentar múltiples alimentaciones. También presentan una salida de la fase gaseosa, una salida de fase líquida ligera y otra de la fase liquida pesada; según sea la composición del a carga.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Separadores Ideales vs. Separadores Reales: En los separadores ideales se asume una completa separación entre las fases liquidas y la fase gaseosa. En la realidad, la separación no es perfecta: cada una de las fases puede estar incluida en las otras, dependiendo del arrastre que se de en la operación. En años recientes se ha incrementado el uso de internos como almohadillas de mallas, paquetes de paletas, vertederos, etc; en los recipientes con el objetivo de reducir el arrastre en cada una de las fases.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Ventajas de los Separadores Reales: Los separadores reales ofrecen las siguientes ventajas: •
Opción de determinar el arrastre según la composición de la carga o las especificaciones de diseño del separador.
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Opción de predecir el efecto de la dispersión de fases en la carga, condiciones de la carga, geometría del recipiente y los dispositivos de entrada y salida para la disminución del arrastre.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Datos requeridos para la simulación del separador: •
Flujo, Composición, Presión y Temperatura de la corriente de entrada.
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Geometría del recipiente: Diámetro y Longitud del Recipiente.
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Caracterización de Accesorios: Altura y posición del vertedero, Dispositivo a la entrada del recipiente y a la salida del gas del recipiente, ubicación y diámetro de las boquillas.
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Definición de la correlación utilizada para el cálculo del arrastre a la salida de las corrientes.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Parámetros de la Correlación a tener en cuenta para las Evaluaciones: • • • •
• • •
Factor del tiempo de residencia del liquido % de Eficiencia del Dispositivo de Entrada del Separador % de dispersión del aceite en el agua % de dispersión del agua en el aceite % de dispersión del gas en el agua % de dispersión del gas en el aceite Tipo de dispositivo de salida del gas
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SIMULACIÓN DE UN SEPARADOR TRIFÁSICO
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores • Datos Ingresados al Simulador: Composición de la Carga
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Datos ingresados al simulado: Datos del equipo
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Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Datos a Especificar:
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Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Datos a Especificar:
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Verificación del Balance de Materia y Energía:
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Verificación del Balance de Materia y Energía:
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Verificación del Balance de Materia y Energía:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
Elaboración de Hoja de Resultados:
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Elaboración de Hoja de Resultados:
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Elaboración de Hoja de Resultados:
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Elaboración de Hoja de Resultados:
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Elaboración de Hoja de Resultados:
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Elaboración de Hoja de Resultados:
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Elaboración de Hoja de Resultados:
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Elaboración de Hoja de Resultados:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
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Dimensionamiento de Válvulas:
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Dimensionamiento de Válvulas:
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Dimensionamiento de Válvulas:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
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Transición del Estado Estacionario al Estado Dinámico:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
Elaboración de los Registros Gráficos:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Elaboración de los Registros Gráficos :
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Elaboración de los Registros Gráficos :
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Elaboración de los Registros Gráficos :
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Simulación en Estado Dinámico:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Análisis de Resultados:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Análisis de Resultados:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Verificación del Balance de Materia y Energía:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Verificación del Balance de Materia y Energía:
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores ¿Qué más se podría hacer? •
Evaluación hidráulica en las tuberías comprometidas.
•
Evaluación y ajuste de parámetros de control en el proceso.
•
Evaluación de cada separador a diferentes condiciones.
•
Simulación de otras unidades existentes en la planta.
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CASOS DE ESTUDIO
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1er Caso de Estudio: Variación del Flujo Másico de entrada de Crudo y Agua al Separador vs. % de BSW de Entrada.
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2do Caso de Estudio: Variación del Flujo Másico de entrada de Crudo y Agua al Separador vs. % de BSW de Salida.
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3er Caso de Estudio: Variación del % de eficiencia del dispositivo de entrada y % de dispersión del agua en el crudo en la carga vs. % de BSW de salida.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
46 667 lb/hr de crudo y 400 000 lb/hr de agua (BSW in = 89.55 %) BSW de Salida- Caso 3A
70 60 50 40
BSW, % 30 20 10 0 5
Dispersión, %
5 1
1 9 1 7 C C 5 C 3 C Eficiencia, 5 1 C 2 C
0.00-10.00
10.00-20.00
20.00-30.00
40.00-50.00
50.00-60.00
60.00-70.00
%
30.00-40.00
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
58 333 lb/hr de crudo y 500 000 lb/hr de agua (BSW in = 89.55 %) BSW de Salida- Caso 3B
70 60 50 40
BSW, % 30 20 10 0 5
Dispersión, %
5 1
1 9 1 7 C C 5 C 3 C Eficiencia, 5 1 C 2 C
0.00-10.00
10.00-20.00
20.00-30.00
40.00-50.00
50.00-60.00
60.00-70.00
%
30.00-40.00
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores •
70 000 lb/hr de crudo y 600 000 lb/hr de agua (BSW in = 89.55 %) BSW de Salida- Caso 3C
70 60 50 40
BSW, % 30 20 10 0 5 10 15 20 25 1
C
Dispersión, % 0-10
10-20
20-30
1 9 1 7 C C 5 C 3 C Eficiencia, % C
30-40
40-50
50-60
60-70
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Conclusiones: •
La utilización de softwares de simulación como herramienta para análisis de procesos facilitan el trabajo del Ingeniero Procesista siempre y cuando se realice un correcto análisis de la data, del proceso y de la capacidad del simulador para realizar dicho Proceso.
•
Se debe de tener un conocimiento previo del alcance del simulador para cada caso y/o proceso diferente. Un mismo simulador a veces no es efectivo para diversos tipos de evaluaciones.
•
En ciertas ocasiones, se requiere utilizar la capacidad del software de simulación en el estado dinámico para realizar ciertas evaluaciones. En otras ocasiones, es más conveniente realizar dichas evaluaciones con la herramienta “Casos de Estudio” del simulador en el estado estacionario.
Utilización del software ASPEN HYSYS como herramienta para la simulación de Separadores Recomendaciones: •
Disponer de manuales para facilitar el uso de softwares de simulación y/o una capacitación específica en tópicos específicos.
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Tener un conocimiento previo del proceso a evaluar y de la posibilidad de realizar dicha evaluación en algún software de simulación.
