Deshidratacin Con TEG

Extracción de Líquidos del Gas Natural

PRODUCTOS

1

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D ES H C ID O R N AT TE C G IÓ N

FA CI LI D EN D AD E ES TR AD A

SERVICIOS AUXILIARES

INTEGRADOS

Deshidratación con Teg CIED


Deshidratación con TEG

• Introducción • Descripción del proceso • Equipos mayores • Ecuaciones y condiciones de diseño • Comportamiento de una planta de deshidratación en condiciones normales • Perturbación del funcionamiento normal de la planta de deshidratación. Corrección de los factores perturbadores • Funcionamiento crítico del subsistema o de un equipo mayor dentro del subsistema • Paradas de emergencia dentro de los márgenes de flexibilidad del subsistema • Respuesta dinámica del subsistema ante cambios de las variables operacionales • Referencias bibliográficas


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Deshidratación con TEG

Introducción

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La planta deshidratadora está constituída por dos equipos mayores básicos: una Absorbedora en la cual, por contacto, en contracorriente, a baja temperatura y alta presión, el TEG pobre absorbe la humedad del gas de alimentación, y una Regeneradora en la cual el TEG rico cede el agua a alta temperatura y baja presión, regresando luego a la primera unidad para reiniciar el ciclo Secado/Regeneración.



Descripción del proceso

Recorrido del gas de alimentación

El gas húmedo (1) (ver Figura No.1) circula a través del separador de entrada (2) donde se desprende de algunas impurezas, entra a la absorbedora justamente a su punto de rocío. inicia su recorrido ascendente (3), se pone en contacto con el TEG pobre que a su vez desciende desde el tope de la columna (4), se seca durante el ascenso y deja finalmente la unidad por su parte superior (5), como gas seco. Esta corriente intercambia calor con el TEG pobre (10), siendo su temperatura final, 108ºF. Glicol pobre T = 107°F

Gas tratado 10 T = 108°F

Vapor

T = 218°F

TC

7 5

4

Regenerador

T = 227°F

Al quemador

Gases de escape

TC

T = 275°F Absorbedor

TC FC

Glicol rico LC

3

LC

2

A combustible

6

LC

T = 400°F

1 LC

T = 100°F 8

T = 100°F Gas de alimentación

LC

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Tanque de venteo

FIGURA No. 1 Planta deshidratadora con TEG (1)

Sigue


4


Descripción del proceso (continuación) Recorrido del glicol

El TEG rico sale del fondo de la absorbedora (6) a 100ºF, a través de una válvula reguladora reduce su presión, desprendiendo en consecuencia los hidrocarburos que haya absorbido en la columna. A su paso por el tope de la chimenea del regenerador (7) circula en un serpentín que actúa como condensador de glicol, pasando posteriormente a un tanque de venteo (8) en donde se separan los gases desorbidos. Del tanque de venteo el TEG rico se filtra e intercambia calor con el TEG pobre procedente del tanque de almacenamiento (9), y luego, mediante bombeo, alimenta al regenerador a 275ºF. La temperatura en esta unidad crece considerablemente para promover la separación de TEG (11) del vapor de agua. El calor se suministra al regenerador mediante un rehervidor a fuego directo, que usa gas combustible. El TEG regenerado (pobre) pasa del regenerador al acumulador (12), y de éste al tren de intercambiadores mediante bombeo. Se alimenta al tope de la regeneradora para repetir toda la secuencia de secado de la corriente contínua del gas de alimentación y de regeneración para conformar su uso en un lazo cerrado de flujo.

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Equipos mayores

Columna absorbedora

Parámetros de operación

Mechurrio

• Te = Temperatura de entrada del gas.

Gas seco

• Ts = Temperatura de salida del gas.

TEG pobre

• F = Flujo de gas de entrada. • p = Presión en la torre absorbedora.

Separador Gas húmedo

TEG rico

FIGURA No. 2 Columna absorbedora

Función

La columna absorbedora es un equipo de transferencia de masa a elevada presión y baja temperatura, en contracorriente, cuyo fin es transferir la humedad del gas de alimentación al TEG en una geometría de etapas verticales, formada por platos de Campanas de Burbujeo o por Empaque Estructurado.

Justificación

El separador de entrada a la absorbedora tiene por objeto separar las dos fases que puedan estar presentes en la alimentación: la fase líquida es pequeña y puede contener impurezas concentradas. La fase gaseosa es mayor y constituye el fluido de trabajo principal. En casos de emergencia, el gas puede ser desviado al mechurrio directamente a la salida de este separador. Sigue


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Equipos mayores (continuación) Columna absorbedora (cont.)

Justificación (cont.)

El gas deshidratado de salida contribuye a bajar la temperatura del TEG pobre en una etapa de intercambio de calor, debido a que mientras más baja sea la temperatura del glicol pobre, tanto mejor el desempeño de la absorbedora. El TEG rico sale a elevada presión de la columna absorbedora pero ésta presión debe ser reducida debido al régimen de operación de la regenadora, ya que ésta debe trabajar a baja presión y elevada temperatura para promover eficazmente la separación TEG / agua.

Regeneradora de glicol

Parámetros de operación

• Te = Temperatura de entrada. • Ts = Temperatura de salida.

TEG pobre TEG rico

• F = Flujo de gas de entrada. • p = Presión en el regenerador. Regenerador

• QC = Carga calórica en el condensador.

Tanque “Flash”

Gas combustible

Tanque de almacenamiento

• QH = Carga calórica en el rehervidor. Función

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La regeneración del glicol consiste en la recuperación de su condición de agente deshidratador en el proceso de secado del gas húmedo, mediante la acción de alta temperatura a baja presión.



Equipos mayores (continuación) Regeneradora de glicol (cont.)

Justificación

• El TEG rico y frío, se usa como refrigerante en el condensador de tope del Regenerador, en una operación crítica para economizar TEG. Ella requiere una temperatura de compromiso (218ºF) que permita la condensación del glicol pero no del vapor de agua, para lograr así su separación completa. • El tanque de venteo se requiere para separar los vapores de hidrocarburos absorbidos junto con la humedad en la columna, una vez que la corriente ha sido precalentada en el condensador y su presión ha sido bajada considerablemente. • El intercambiador de calor TEG rico-Teg pobre se requiere para introducir la economía de calor que hace el proceso exitoso. • El rehervidor, a base de gas combustible, es necesario para lograr las elevadas temperaturas exigidas en el Regenerador para alcanzar las condiciones que aseguren eficiente separación entre TEG y agua.


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Ecuaciones y condiciones de diseño

Absorbedor

Caudal del gas a condiciones  Po Qo  Q1 =   de operación (Ref. 2, pág.  Zo To  131). Condiciones Normales

x

 Z1 T1    P1 

Condiciones de Operación

Po: presión a condiciones normales, 14,7 lpca. Qo: caudal de diseño a condiciones normales, en pies cúbicos a 14,7 lpca y 60°F. Zo: factor de compresibilidad a condiciones normales, adimensional. To: temperatura a condiciones normales, 520 °R. P1: presión a las condiciones de trabajo de la planta, lpca. Z1: factor de compresibilidad a condiciones de operación, adimensional. T1: temperatura actual o de operación, °R. Obsérvese que el caudal al cual se hace referencia, está medido a condiciones normales (14,7 lpca y 60°F). El que se utiliza a los efectos del diseño es el caudal a las condiciones de presión y temperatura a las cuales se trabaja. Por ejemplo 100 MM de pcnd (1.157,4 pie3/seg.) de un gas de gravedad específica G = 0,6, a 90°F, 1000 lpca, quedará reducido a 15,66 pie3/seg., cuando se verifica el caudal real a las condiciones de operación. (Ref. 2, pág. 131). Sigue

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Ecuaciones y condiciones de diseño (continuación) Absorbedor (cont.)

Caudal del gas a condiciones El área transversal del separador será el cociente entre el caudal real (15,66 pie3/seg.) y la velocidad crítica del fluido dentro de la unidad. de operación (cont.) Velocidad crítica del gas dentro de la torre, Vc

Fórmula de Souders y Brown (Ref. 2, pág. 316)

Vc = F. K

( ρl - ρg )

ρg

F: factor de eficiencia, sugerido por la GPSA. K: constante de Souders y Brown ρL: densidad del líquido, lbs /pie3 ρg: densidad del gas a condiciones de operación, lbs/pie3 La velocidad crítica del gas dentro del absorbedor, es la velocidad mínima que se puede utilizar sin que se produzca arrastre de líquido, cualquier valor por encima de ella produciría arrastre del glicol fuera del absorbedor. Es, por lo tanto, una velocidad límite. Está determinada por las densidades, a condiciones de operación, de los fluidos que se separan y una constante K ( Constante de Souders y Brown) que, originalmente es teórica, pero que se ha venido modificando por el criterio de los diversos fabricantes. En Data Book se sugiere usar un valor de K=0,36 y sustraerle 0,01 por cada 100 lpc de incremento de la presión. Para absorbedores de glicol o de amina este factor debe ser multiplicado por 0,6 - 0,8 (Ref. 4, pág. 7-7). Sigue


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Contenido de agua en el gas. W = Wc1 - Wc2 (cantidad de agua retenida) Wc1 : contenido del agua en el gas de entrada, en lbs/MMpcn Wc2 : contenido del agua en el gas deshidratado, en lbs/MMpcn La cantidad de agua retenida por el glicol, en esencia, es la diferencia entre el contenido de agua en el gas de alimentación menos la cantidad de agua que transporta después de deshidratado. Varias consideraciones deben tenerse en cuenta: • A los efectos del diseño, se considera que el gas que llega a la planta está saturado con agua. El contenido de agua depende de la presión y la temperatura. • El contenido de agua, a la salida, es condición del diseño. Es normal que se hable de 5 a 7 lbs/MM pcn en el gas tratado. • Las variaciones de la presión y la temperatura de la alimentación alteran el contenido de agua en el gas y, por lo tanto, se deben ajustar las condiciones de operación de la planta. Sigue

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Glicol requerido según diseño

qTEG = ( W ) x ( R ) W: cantidad de agua retenida por el glicol. R: relación agua-glicol Es común que, en los diseños de deshidratadoras de TEG, se hable de 3 gals. TEG/lb pie3; no obstante otras condiciones deben tenerse presente: • A mayor número de platos en el absorbedor, menor será el requerimiento de glicol para lograr un descenso determinado del punto de rocío. • Al aumentar el galonaje por encima de 3 gals/lb pie3 es muy baja la ganancia y el punto de rocío tiende a ser constante. • El uso de gas de despojamiento tiende a profundizar la deshidratación con muy buena eficiencia.


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Ecuaciones y condiciones de diseño (continuación) Tanque de venteo

• Dimensionamiento del tanque de venteo

Q Gas Q Hid Q Teg FIGURA No. 4 Tanque de venteo

Tanque de venteo: separador horizontal trifásico con tiempo de retención de 30 a 45 minutos Parámetros a considerar: Qg: gas absorbido por el glicol en el absorbedor, en pie3/seg. pcn: gas de TEG, aproximadamente se considera 1 pcn/gal. Qhid: hidrocarburos que se consideran en el absorbedor, en pie3/seg. • El tanque de venteo se diseña como un separador horizontal trifásico. Debe estar en condiciones de retener el caudal de glicol que circula en 30 a 45 minutos (Ref. 2, pág. 212) • Se diseña para separar el gas que ha sido absorbido en el absorbedor, cuando el glicol entra en contacto íntimo con el gas; aproximadamente un pie cúbico por galón de glicol. • Adicionalmente se debe prever el espacio necesario para retener los hidrocarburos líquidos que se puedan condensar en el absorbedor. La norma de PDVSA para el diseño de separadores sugiere la necesidad de reservar una altura de un pie por cada una de las fases.

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Ecuaciones y condiciones de diseño (continuación) Regenerador

• Balance de energía en el regenerador T = 218 °F

Rehervidor T = 275 °F

T = 400 °F

FIGURA No. 5 Regenerador

Las condiciones de la regeneración se determinan por la temperatura del fluido en el rehervidor, a la presión de la torre. La torre de regeneración se encarga de devolverle al glicol la capacidad de absorción; trabaja a la temperatura de burbujeo del glicol, a la presión de la torre que, por lo general, es atmosférica o muy cercana a la presión atmosférica. En el caso del TEG, esta temperatura es igual a 4000F. Sigue


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Ecuaciones y condiciones de diseño (continuación) Regenerador (cont.)

Cuando el vapor se separa de la solución tiene una composición aproximada del 42% de TEG y 58% de agua. Cuando llega al tope de la torre, el vapor está formado prácticamente por agua con 99,5% de pureza. No obstante, ello indica que, el agua que se retira del gas, arrastra consigo un 0,5% p/p de TEG. El vapor, formado por glicol y agua, se va despojando del TEG a medida que asciende en la torre. El despojamiento es beneficiado por un serpentín colocado en el tope del regenerador, el cual facilita el reflujo. Las pérdidas de glicol aumentan a medida que sube la temperatura en el tope de la torre.

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Comportamiento de una planta de deshidratación en condiciones normales

Operación de la planta. Parámetros en condiciones normales

1. Operación del absorbedor • El gas de alimentación llega a la planta en las condiciones previstas en el diseño (Caudal del gas, presión y temperatura del gas de alimentación, composición prevista, no lleva petróleo ni otras impurezas en suspensión). • El separador de entrada trabaja eficientemente a la presión indicada y con el caudal previsto. Tiene suficiente capacidad para el almacenamiento de baches de líquido. • El glicol pobre entra a la torre de absorción 10°F por encima de la temperatura del gas de alimentación y con la concentración debida (Ej. 98,7 % p/p) • El gas tratado sale según las especificaciones, con el punto de rocío del agua deseado (Ej. 30 °F) • No hay arrastre de condensados ni formación de espuma en el contactor. 2. Tanque de venteo • El tanque de venteo funciona eficientemente. Tiene suficiente volumen para el almacenamiento de glicol y los condensados; los niveles funcionan de manera apropiada. • El gas combustible se retira del separador horizontal y se utiliza en la planta. • El sistema de drenaje de condensados trabaja eficientemente. Sigue


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Comportamiento de una planta de deshidratación en condiciones normales (continuación) Operación de la planta. Parámetros en condiciones normales (cont.)

3. Torre de regeneración • La temperatura del glicol en el rehervidor está en el nivel deseado ( Máxima 400°F para el TEG ) • No se ha observado taponamiento ni incrementos de presión en la torre. • El glicol está limpio. No se observa en el sistema la presencia de parafinas, asfaltenos ni petróleo. • El serpentín instalado en el tope del regenerador, trabaja de manera eficiente. El "by pass" está conectado. • Las pérdidas de glicol son del orden de 0,1 gal/MM pcn en toda la planta. • El vapor de agua que sale del regenerador se mueve verticalmente hacia arriba. No se observa lluvia de glicol en los alrededores de la torre. 4. Equipos auxiliares • El galonaje se corresponde con una tasa de circulación de 3 gals de TEG/lb. de H2O drenada del gas. • No hay ripios de corrosión ni otros sólidos en suspensión en el glicol. El glicol luce traslúcido. • Los filtros se cambian regularmente cuando alcanzan una pérdida de presión de 15 lpc.

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Comportamiento de una planta de deshidratación en condiciones normales (continuación) Condiciones de arranque de la planta

1. Establecer la circulación del glicol en la planta • Arranque el sistema de bombeo del glicol que va al absorbedor. • Cuando aparezca el fluido en el fondo del absorbedor, ponga el controlador del nivel del fondo en servicio activo, para que el líquido pueda fluir hacia el tanque de venteo. • Cuando la solución aparezca en el tanque de venteo, ponga el controlador de nivel en servicio, para que el fluido pueda fluir hacia el regenerador. 2. Etapas para iniciar el calentamiento del rehervidor • Cuando se observe el nivel de líquido en el regenerador, ponga el nivel en servicio, para que el líquido siga fluyendo hacia el tanque de abastecimiento. • Después de estabilizar la circulación en la planta, abra la fuente de calor en el rehervidor. • Ponga en servicio los intercambiadores. 3. Abra lentamente la entrada de gas a la planta • Empiece a introducir, de manera gradual, el gas a la torre de absorción. • Verifique los niveles de líquido, temperaturas, presiones y caudales hasta estabilizar las condiciones del proceso. • Mantenga un registro permanente de los parámetros significativos del proceso. Estos datos le serán muy útiles para localizar las fallas.


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Comportamiento de una planta de deshidratación en condiciones normales (continuación) Variables críticas en el proceso de arranque del sistema

1. La circulación se debe establecer a plenitud antes de iniciar el calentamiento del glicol o la entrada del gas. 2. El gas debe entrar lentamente al sistema • Si se precipita, el gas romperá los sellos líquidos de los bajantes y el glicol no llegará al fondo de la torre. • El exceso de gas en el sistema, con respecto a las condiciones del diseño o el caudal normal a presiones bajas aumentará la velocidad y formará espuma mecánica. El glicol saldrá de la torre produciendo pérdidas económicas. 3. Cuando el arranque se produzca después que la planta entre en funcionamiento, verifique que no haya quedado glicol sucio en los filtros, porque se volvería a degradar.

Secuencia operacional en la parada de la planta

1. Cierre el combustible del rehervidor 2. Mantenga las bombas hasta que la temperatura baje, aproximadamente, a 200 °F • Si apaga las bombas, conjuntamente con la circulación de glicol, el fluido quedará sobrenadando sobre los tubos de fuego y podría quemarse. Al arrancar la planta observará que el glicol se ha degradado. 3. Reduzca gradualmente la entrada de gas al sistema. Evite cambios innecesarios en el absorbedor y en las tuberías. 4. Al despresurizar la planta se puede proceder por la salida de gas en el absorbedor. Hágalo lentamente, así evitará las pérdidas de glicol.

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Perturbación del funcionamiento normal de la planta de deshidratación. Corrección de los factores perturbadores

Variables operacionales

• Presión. • Temperatura. • Caudal del gas y de la solución. • Composición de la carga. • Composición de la solución de amina. • Contaminantes del sistema. • Factores que se aprecian por simple inspección.

Factores perturbadores y su corrección

Presión

El gas de alimentación tiene una presión especificada en el diseño. El incremento o descenso de este parámetro afecta el funcionamiento de la planta. • Incremento de la presión del gas de la alimentación. El incremento de la presión, está limitado por el espesor de los materiales y demás especificaciones de los equipos. El operador debe estar plenamente consciente de este límite. Con el uso, los materiales sufren un desgaste que se debe medir regularmente, a fin de especificar la nueva presión límite de la operación. Las presiones elevadas, más allá de las especificadas, conducen a la explosión y parada súbita de la planta. Sigue


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Perturbación del funcionamiento normal de la planta de deshidratación. Corrección de los factores perturbadores (continuación) Factores perturbadores y su corrección (cont.)

Presión (cont.)

Este parámetro afecta a los equipos ubicados en la entrada del sistema ( separador de entrada, torre de absorción, separador de salida e intercambiador de calor del glicol pobre) R: Se debe volver la presión a las condiciones de operación o diseño. • Descenso de la presión del gas de alimentación. El descenso de la presión en el gas de la alimentación incrementa la velocidad del gas dentro del absorbedor, con los riesgos que a continuación se enumeran: ♦

Se puede romper el extractor de niebla del separador.

♦

Se puede romper el extractor de niebla del absorbedor.

♦

Se produce espuma mecánica dentro de la torre.

Pérdidas de glicol en el absorbedor que, a su vez, afectan las instalaciones ubicadas aguas abajo de la planta de deshidratación. Por ejemplo las cajas frías. Posible rotura o caída de los platos del absorbedor. R: Cuando resulte obligante descender la presión del sistema se debe bajar el caudal proporcionalmente. Los altibajos de la presión afectan la planta de manera sustancial. Sigue

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Presión (cont.)

• Diferencial de presión en los filtros. Este parámetro sirve para indicar el momento en que los filtros se han tapado. Al llegar al máximo de la diferencial de presión permitida, se deben cambiar los elementos ( Ej. 15 lpc ) El cambio frecuente de los filtros indica que hay un continuo ensuciamiento del glicol. Ello incide negativamente en la economía de la planta. En Sta. Bárbara, citado a título de ejemplo se deben cambiar los filtros ( 110, en total ) dos veces por semana. R: Los elementos de los filtros se deben cambiar antes de que colapsen. Cuando la presión del filtro se mantenga baja y constante, verifique que no se haya olvidado instalar el elemento filtrante. • Diferencial de presión en las torres. Este parámetro permite verificar el momento en que se empieza a producir espuma en el subsistema: torre de absorción o de regeneración. Sigue


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Presión (cont.)

La espuma puede ser mecánica ( cuando la genera una velocidad excesiva ) o química ( cuando se produce por contaminación con productos químicos ) R: Verifique, mediante un análisis del fluido, si se trata de espuma mecánica o de carácter químico. Haga los correctivos que correspondan.

Temperatura

• Del gas de la alimentación. La temperatura del gas de alimentación es un indicador de posibles problemas en la planta. Cuando está alta, el contenido de agua en el gas aumenta y, por lo tanto, el gas se sale de especificaciones. R: Si fuere posible restituya la temperatura del gas a las condiciones normales de la operación. • Del glicol en el rehervidor. Cada tipo de glicol tiene su propio diagrama de fases. Y se usa tomando en cuenta sus características. El TEG tiene un punto de burbujeo de 400°F, a presión atmosférica. Sigue

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Temperatura (cont.)

La temperatura de burbujeo del TEG en el rehervidor suele ser aproximadamente igual a 400°F, y la máxima temperatura que puede aceptar: 404°F. Si se incrementa por encima de este límite, se puede degradar, lo cual obliga a cambiarlo. Cuando la temperatura es menor la pureza del glicol pobre disminuye y se hace ineficiente el proceso de deshidratación. El glicol debe entrar a la torre de absorción lo más puro que sea posible. Recomendaciones: Evite que la temperatura del TEG descienda por debajo de la condición normal de operación para que el glicol pobre se mantenga dentro de las especificaciones. Trabajando con TEG en condiciones normales se puede alcanzar una pureza del 98,7 % p/p sin gas de despojamiento. Con el uso de gas de despojamiento, se puede llegar a purezas del 99,5% p/p. El proceso Drizo, anuncia una pureza del 99,99% p/p y el sistema Golfinger, promete el 99,9% de pureza sin el uso de gas de despojamiento (Gas Conditioning and Processing, Vol. 2, Pág. 336). Sigue


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Temperatura (cont.)

• Temperatura del glicol en el tope de la torre de regeneración. Para que la planta trabaje es necesario que tenga una temperatura de tope mayor de 212°F ( a presión atmosférica ). Es común que la operación se realice con temperaturas de 215°-218°F. Con estos cifras se pueden esperar pérdidas de TEG en el orden del 0,4% por peso con respecto a la cantidad de agua que ha sido retirada del gas (Ingeniería de Gas. Principios y Aplicaciones, pág. 301) Cuando la temperatura del tope aumenta, se incrementan también las pérdidas de glicol. R: Cuando las pérdidas de glicol sean muy altas verifique que el tope de la torre está a una temperatura cercana a los 215°F. Compruebe que el serpentín de enfriamiento esté activo. Asegúrese que no esté roto el serpentín de enfriamiento. • Diferencial de temperatura en los intercambiadores. Cuando los intercambiadores de calor se empiezan a romper, aparecen elementos indicadores de desajuste en el sistema. Sigue

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Temperatura (cont.)

Pudieran producirse pérdidas considerables de glicol, en la torre de regeneración al romperse el serpentín del tope del regenerador. Cuando se rompe el intercambiador de calor glicol pobre - glicol rico, se pierde la pureza del glicol regenerado. Incide en este comportamiento la presión más alta de las dos corrientes. Cuando se rompe el intercambiador de calor glicol pobre - gas, se pudieran incrementar las pérdidas de glicol R: Si tiene posibilidades de tomar muestras del glicol, antes y después de los intercambiadores, compruebe que no cambie la composición. Los cambios de la composición le indicarán la posibilidad de una rotura. • Temperatura del glicol a la entrada del regenerador. La temperatura del glicol pobre, al llegar al absorbedor debe estar 10 a 15°F por encima de la temperatura del gas de alimentación, para evitar condensación y arrastre de condensados. El gas se empobrece y baja de precio. La presencia de condensados se debe drenar en el tanque de venteo, para evitar que lleguen al regenerador. Sigue


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Temperatura (cont.)

Si llegan al rehervidor, se podría producir una expansión violenta, con lo cual se producen perturbaciones adicionales. Pérdida del glicol. Rotura del empaque del regenerador. Posible incendio. R: Mantenga la temperatura del glicol pobre, a la entrada a la torre de absorción, 10° a 15° por encima de la temperatura del gas de la alimentación.

Caudal

• Del gas de la alimentación. El incremento del caudal de la alimentación, implica un aumento proporcional del galonaje y, a su vez, de la energía que alimenta el rehervidor. R: Si aumenta el caudal del gas que debe tratar, verifique la capacidad de bombeo disponible. Cuando el sistema llegue a su límite, use gas de despojamiento.

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Composición

• Del gas de la alimentación. Los cambios de la composición de la carga que más pueden afectar el funcionamiento de la planta son los siguientes: cambio en el contenido de agua en el gas de la alimentación, incremento en el contenido de gas ácido y aumento del GPM o riqueza del gas. Cambio en el contenido de agua del gas. El incremento en el contenido de agua en el gas obliga a aumentar, proporcionalmente, el galonaje y la carga energética del rehervidor. No hacer los ajustes correspondientes, implica que el gas se saldrá de las especificaciones. R: Controle, de manera permanente, el contenido de agua a la entrada y a la salida de la planta. Implante los correctivos que sean necesarios. Incremento del GPM en el gas de alimentación. Cuando el gas de la alimentación tiene un porcentaje muy alto de componentes pesados aumenta la tendencia a producir condensación de los hidrocarburos lo cual, a su vez, facilita la formación de espuma. Como consecuencia el gas se sale de especificaciones. Sigue


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Composición (cont.)

• R: No interesa quitarle al gas los componentes pesados. Intente trabajar con temperaturas ligeramente más altas para evitar la producción de condensados. Mantenga la diferencia de temperatura con el glicol pobre. Si, al aumentar la temperatura, se produce algún incremento del punto de rocío debe mejorar la eficiencia del rehervidor. Después de intentar llevarlo a la máxima temperatura operacional el uso de gas de despojamiento es la alternativa más sencilla. • Contenido de agua del gas tratado. El gas tratado debe salir con un contenido de agua previamente especificado. Por ejemplo 5 a 7 lbs/MM de pcn. También se suele hablar del punto de rocío - al agua - que corresponde a determinada carga de agua por millón de pies cúbicos, medidos a condiciones normales. Ej. 30°F. Cuando aumenta el contenido de agua en el gas deshidratado se dice que el gas se ha salido de las especificaciones. El incremento del contenido de agua en el gas de alimentación, obliga a aumentar el galonaje para tender a buscar las especificaciones del diseño. Sigue

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Cuando el galonaje está al máximo lo más común es el uso del gas de despojamiento, el cual se inyecta entre 2,0 y 10,0 pcn/gal. (I.G., P y A., Ref. pág. 307). De esa manera se incrementa la pureza del glicol y se obtiene un descenso del punto de rocío más alto. Obviamente, si se enfría el gas de alimentación antes de que entre al separador, se reduce el contenido de agua y se resuelve el problema. • Composición del vapor de agua a la salida del regenerador. La composición del vapor de agua a la salida del regenerador es, aproximadamente del 99,5% por peso de agua y 0,5% de TEG. Con esta composición el vapor de agua que sale del regenerador tenderá a salir verticalmente. Cuando la columna se inclina ello indica que transporta mucho glicol o que están aumentando las pérdidas del deshidratante. Las razones que pueden producir las pérdidas de glicol, son las siguientes: ♦

Temperatura del tope del regenerador demasiado elevadas.

♦

Posible rotura del serpentín en el tope de la torre.

♦

Presión de la torre muy alta.

♦

El By-pass del serpentín quedó conectado. Sigue


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• Composición del gas de despojamiento. Como gas de despojamiento se utiliza el mismo gas de la planta. Puede usarse el gas sin tratamiento, no obstante, el gas tratado es mejor.

Factores que se aprecian por simple inspección y que permiten corregir las perturbaciones de la planta

La temperatura del gas que llega a la planta. Cuando el gas que llega a la planta aumenta la temperatura, la planta de amina, colocadas aguas arriba podría estar trabajando mal. El humo del vapor de agua, a la salida del regenerador. Cuando la columna de humo tiende a caer las pérdidas de glicol son muy altas. La apariencia del glicol. El glicol se pone negro en contacto con el aire o por la presencia de oxígeno en el subsistema. Así mismo, los contaminantes alteran su composición y, por lo tanto, su comportamiento. A medida que elementos extraños se concentran se va cambiando la composición y el glicol deja de trabajar como de él se espera. Los olores, alrededor de la planta. Cuando la temperatura del rehervidor es demasiado alta el glicol se quema. Los olores del ambiente indican tal situación. Sigue

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Perturbación del funcionamiento normal de la planta de deshidratación. Corrección de los factores perturbadores (continuación) Factores que se aprecian por simple inspección y que permiten corregir las perturbaciones de la planta (cont.)

La caída de presión en los filtros. La máxima caída de presión en los filtros es de 15 a 20 lpc, luego colapsan y se rompen. Cambios continuos de los elementos filtrantes implica lo siguiente: • Presencia de parafinas o asfaltenos. • Presencia de sales en exceso. • Sólidos en suspensión. • Posibilidad de que exista corrosión excesiva en la planta. Costos elevados de la operación. Corrección de los factores perturbantes


Al final de cada tipo de perturbación se han indicado, cuando ello aplica, el correctivo que debería imponerse. En muchos casos la solución es obvia.

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Funcionamiento crítico del subsistema o de un equipo mayor del subsistema

Condiciones críticas de funcionamiento de la planta de deshidratación

Fallas de electricidad

Son una de las causas más frecuentes de los paros de planta. El impacto económico se puede apreciar mediante un registro permanente de la producción perdida por cada una de las causas que producen los paros. La cuantificación de este parámetro reflejará los beneficios económicos que se derivan del control del suministro de energía.

Pérdidas excesivas de glicol

Toda planta de deshidratación con TEG, tiene un consumo de glicol estimado en 0,1 gals./MM pcn (0,38 lts./MM pcn). Cuando las pérdidas alcanzan cifras muy superiores a ésta, se puede estimar el gasto que se está produciendo a un costo de USD 1,2/litro, para el TEG. La cifra resultante indicará la conveniencia de esforzarse por corregir el funcionamiento errático de la planta. Adicionalmente, se deben considerar las perturbaciones que se producen aguas abajo del subsistema.

Cambios y pérdidas de alimentación

La caída del suministro de gas a la planta, obviamente representa pérdidas de producción. Por ello es conveniente reducir el impacto colocando varias alternativas de suministro, de tal manera que se pueda minimizar el impacto. Sigue

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Funcionamiento crítico del subsistema o de un equipo mayor del subsistema (continuación) Condiciones críticas de funcionamiento de la planta de deshidratación (cont.)

Cambios y pérdidas de alimentación (cont.)

Los cambios en la composición producen alteraciones que afectarán la economía y el comportamiento de la planta. Las dietas ricas en componentes pesados, si bien es cierto aportan mayor cantidad de líquido al mercado, también introducen perturbaciones que - entre otras cosas - tienden a sacar el gas de especificaciones. Un aspecto que altera la operación normal en las instalaciones. Las dietas pobres obligan a presurizar las plantas cuyo diseño sigue la tecnología típica empleada en Santa Bárbara. Estas alteraciones pudieran llevar a paros no programados.

Pérdida del bombeo

Es normal que las plantas tengas bombas de relevo instaladas para suplir las fallas temporales y garantizar el mantenimiento preventivo. No obstante, si llegara a fallar el bombeo de glicol, obviamente se cancelaría el servicio correspondiente a la deshidratación del gas, con los subsiguientes problemas que se derivan en las instalaciones aguas abajo, diseñadas para trabajar con un contenido mínimo de agua. En tales circunstancias ello obligaría al paro de la planta con la subsiguiente reducción en la producción. Sigue


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Caída del rehervidor

El rehervidor en la planta de TEG, es uno de los equipos claves en el tratamiento del gas natural. La rotura del rehervidor, los descensos de temperatura con respecto a la condición de funcionamiento normal, producen un glicol con alto contenido de agua y el gas se sale de especificaciones. Los depósitos de sales sobre los tubos de fuego crean tortas de sal que almacenan grandes cantidades de energía. Al parar la planta, si simultáneamente se detiene el bombeo, se pudiera quemar el glicol, que queda depositado en el rehervidor. Ello obligaría a cambiar la carga completa de glicol en la planta.

Rotura de algunos de los equipos vitales

Dentro de los parámetros de inspección obligada, está la medición de la corrosividad en las instalaciones y el desgaste prematuro del espesor de pared en tuberías y recipientes. La rotura de algún equipo vital que obligue a parar la planta es un problema indeseable. Sigue

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Gas fuera de especificaciones

Punto de rocío elevado. El objetivo de una planta de deshidratación con TEG es la reducción del punto de rocío a los límites tolerables por las especificaciones del proceso. El gas destinado a los gasoductos para satisfacer el mercado interno acepta un punto de rocío al agua de 148 ppmv. El gas para propósitos criogénicos debe salir de la planta con 0,1 ppmv. Esto obviamente presenta la rigidez con que se deben satisfacer las especificaciones dependiendo del uso que se le vaya a dar al gas tratado. Cuando el gas se sale de especificaciones, el punto de rocío al agua se eleva, lo cual origina la caída de las turbinas - diseñadas para trabajar con gas completamente deshidratado - y obviamente la producción se detiene.

Emanaciones tóxicas al ambiente

A pesar de las regulaciones ambientales existentes en el país, en materia de calidad del aire, todavía existen muchas descargas atmosféricas con productos tóxicos (NOx, SOx, H2S, CO, CO2, aromáticos ) que, en otros países, son penalizados en forma contundente. Los controles ambientales han obligado al uso de patentes que garantizan una mejor calidad de los residuos y mejor protección para el ambiente (DRIZO, “Coldfinger”). Esto, a su vez, habla de un mayor galonaje de glicol en la planta y costos más elevados para el tratamiento del gas natural. Sigue


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¿Cómo evitar llegar a las condiciones críticas?

• Trata de garantizar el suministro de la electricidad a la planta. Los paros no programados son muy costosos. • La pérdidas de glicol se pueden evitar con la debida observación de los cambios en las condiciones normales de funcionamiento y la introducción de los correctivos correspondientes. • Es conveniente que el gas no llegue a la planta por una sola vía. Se deben mantener activas otras alternativas, de tal manera de que siempre pueda mantener la carga mínima necesaria para alimentar la planta. • Mantenga una porcentaje representativo de la capacidad de bombeo, siempre disponibles, con el fin de sustituir la caída de alguna de las bombas y facilitar el mantenimiento. • La vigilancia de las condiciones de trabajo del rehervidor es vital para el funcionamiento continuo de la planta. • Garantice un buen programa de mantenimiento preventivo. Revise periódicamente el desgaste de los materiales y programe el reemplazo. • Vigile la corrosividad en el sistema.

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Funcionamiento crítico del subsistema o de un equipo mayor del subsistema (continuación) Equipos o elementos de la planta en donde pueden presentarse condiciones críticas

• Bombas y compresores • Rehervidor • Intercambiadores de calor • Absorbedor


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Paradas de emergencia dentro de los márgenes de flexibilidad del subsistema

Situaciones que requieren paradas de emergencia

• Casos genéricos: u

Cuando no llega gas de alimentación a la planta.

u

Pérdida de la potencia ( fallas en la electricidad )

u

Rotura de la tubería que alimenta la planta.

u

Caída del sistema de bombeo, cuando no hay reemplazo.

u

Pérdida del rehervidor.

u

Rotura del serpentín en el tope del rehervidor.

• Situaciones específicamente señaladas en los catálogos, clasificadas en tres niveles diferentes, dependiendo del diseño. u

Parada de nivel I. Perturbaciones en uno de los trenes.

Causas para una parada a nivel I: ∗ Detección de fuego. ∗ Parada desde la sala de control. ∗ Parada desde el campo en facilidades de entrada. ∗ Baja presión de líquidos hacia el tanque de venteo. ∗ Alto nivel de líquidos en el "slug catcher" de facilidades de entrada. ∗ Baja presión de gas a los aeroenfriadores. ∗ Muy alto nivel de líquido en los separadores ∗ Muy alta temperatura en el gas de entrada en los separadores. Sigue

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Paradas de emergencia dentro de los márgenes de flexibilidad del subsistema (continuación) Situaciones que requieren paradas de emergencia (cont.)

u

Parada de nivel II. Se detienen los sistema a causa de perturbaciones en alguno de los sistemas. Para cada tren es posible la activación manual de la parada. Deshidratación parada a nivel II Parada desde la sala de control o desde el campo. ∗ Muy bajo nivel de líquido en la torre contactora de glicol. ∗ Parada del sistema de regeneración. ∗

u

Parada de nivel III. En casos extremos como la interrupción del servicio eléctrico; de los servicios principales o la detección de un incendio o fuga de gas, la parada deberá iniciarse de manera manual. Parada completa de la planta. Tren A y B. Deshidratación nivel III ∗ Detección de fuego. ∗ Fallas eléctrica en los equipos que funcionan con electricidad. ∗ Muy alto nivel en el separador de gas combustible. ∗ Muy baja presión del gas combustible.

Acciones que, de manera progresiva, conducen a la parada de la planta

• Ensuciamiento del glicol. • Taponamiento de los platos o del empaque en el absorbedor y/o en el rehervidor. • Acumulación de sales en los tubos de fuego del rehervidor. • Rotura de los intercambiadores de calor. • Presencia de productos tóxicos que degradan el ambiente.


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Paradas de emergencia dentro de los márgenes de flexibilidad del subsistema (continuación) Operaciones que pueden evitar la parada de emergencia

1. Se deben tomar previsiones para alimentar la planta con gas procedente de varias fuentes. Ello indica que, en caso de que alguna de las corrientes falle, se puede apelar a la fuente alterna. 2. Se deben tomar todas las previsiones posibles para que los fallas en la electricidad no sean un factor que obligue a parar la planta. 3. La inspección continua de espesores de pared, grado de corrosividad en las instalaciones, el mantenimiento de las válvulas y demás herramientas de seguridad, garantizan el funcionamiento de la planta. 4. El mantenimiento óptimo de los registros, con los parámetros fundamentales de la planta, garantiza la mayor eficiencia operacional. • Se debe evitar que el glicol se ensucie o se degrade. • Reducir al mínimo posible los cambios abruptos de los parámetros fundamentales. 5. El descenso de la presión de los líquidos hacia el tanque de venteo puede deberse al mal funcionamiento de la válvula colocada a la salida del absorbedor, la cual regula la presión del glicol rico hacia el tanque de venteo o a la caída de la presión en el absorbedor. 6. El descenso o caída de la presión en los aeroenfriadores, ubicados antes del absorbedor de glicol, tiene su origen en el mal funcionamiento de las bombas o en la caída del sistema de bombeo. Sigue

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Paradas de emergencia dentro de los márgenes de flexibilidad del subsistema (continuación) Operaciones que pueden evitar la parada de emergencia (cont.)

7. Cuando los niveles de líquido en el "slug catcher", ubicado a la entrada de la planta o antes del contactor de glicol, indican un nivel de líquido muy alto, se deben verificar las razones por las cuales está llegando a la planta un contenido tan alto de líquidos. 8. Pudiera tratarse de una falla en el drenaje de los líquidos retenidos en los recipientes: falla de la válvula que descarga los líquidos y/o obstrucción de la salida. En ocasiones los asfaltenos crean núcleos sólidos que taponan completamente las trampas. 9. Las temperaturas elevadas del gas en los separadores ubicados a la entrada de la planta pudiera originarse por las siguientes causas: • Fallas de los equipos ubicados aguas arriba del separador. • Cuando el gas entra al absorbedor de amina, ubicado aguas arriba de la planta de glicol, con demasiada violencia, se rompen los sellos de líquido en los bajantes. Eso hace que el líquido no baje al fondo del recipiente, la reacción se produce en el tope de la torre y - gracias a que se trata de una reacción exotérmica - el incremento de temperatura en el tope es muy alto. El gas se caliente y llega con muy alta temperatura al absorbedor de glicol.


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Respuesta dinámica del subsistema ante cambios de las variables operacionales

El gas que se procesa en un subsistema llega a éste con determinadas características de composición, tasa de flujo, temperatura y presión. El rango de variación que de esas variables acepta el subsistema, o la planta en general, depende de las condiciones establecidas en su diseño. Los valores así fijados para estas variables constituyen el conjunto de Variables Operacionales dentro de los cuales se prevé obtener el mayor rendimiento en el procesamiento de una dieta dada. Durante el tiempo de operación de la planta, el rango de variación de las variables es manejado mediante los correspondientes mecanismos de control, de cuyas respuestas depende el que las perturbaciones, dadas por los cambios, se transmitan a otros equipos y subsistemas, provocando nuevos cambios que debidamente controlados conducen a la restauración de la condición normal de operación. Este estado dentro del cual se presenta estas condiciones es conocido como respuesta dinámica. A continuación se expresa en forma simplificada la secuencia de la repuesta dinámica del subsistema ante los tipos de perturbaciones más importantes a la entrada del mismo. Sigue

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Respuesta dinámica del subsistema ante cambios de las variables operacionales (continuación)

Condición

Llega gas de alimentación con presión por debajo del límite de diseño 1

Respuesta dinámica

El sistema de control mantiene el flujo constante

2

Aumenta la velocidad del gas dentro del separador

Aumenta la velocidad del gas dentro del absorbedor

3

4

5

6

Aumenta la velocidad del gas dentro del separador

Aumenta la velocidad del gas dentro del absorbedor

2

7

El sistema de control disminuye el flujo hasta que se restituye la presión

Se produce arrastre de glicol

Refiérase a la figura No. 6

Sigue


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Condición

Llega gas con contaminantes (sulfuro de hidrogeno, asfaltenos, etc..)

Respuesta dinámica

Se degrada el glicol, aumenta el ensuciamiento por corrosión

Requiere cambio frecuente de los filtros y reposición del glicol

2

3

1


Condición

Llega gas con contaminantes (sulfuro de hidrogeno, asfaltenos, etc..)

Respuesta dinámica

Correctivo

Aumenta la temperatura de fondo del regenerador y se craquea el TEG

2

1 3

Se disminuye el flujo de aceite caliente al rehervidor

Aumenta la temperatura del tope del regenerador y se pierde glicol


Sigue

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Condición

Respuesta dinámica

Correctivo

Disminuye la carga térmica al rehervidor de fondo del regenerador

Aumenta el contenido de agua en el glicol

El gas tratado sale de especificación

1

2

3

Disminuye el nivel de glicol en los tubos del rehervidor

Se craquea el glicol y disminuye su eficiencia

1

2

Se restablece la carga térmica al rehervidor con el control de flujo de aceite caliente

Actúa el sistema de control de nivel de TEG


Sigue


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Condición

Respuesta dinámica

Llega gas con alta temperatura

El sistema de control de temperatura se activa

Aumenta la temperatura del gas tratado

Aumenta el contenido de agua en el gas a tratar proporcionalmente al cambio de temperatura

El gas sale fuera de especificación

1

2

3

4

5

1 Se restablece la temperatura

7

6

Se aumenta la carga térmica del rehervidor

Se aumenta el galonaje El gas entra en especificación

5


Sigue

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Condición

Respuesta dinámica

Aumenta la presión en el absorbedor Llega gas de alimentación con presión por encima del límite de diseño

1

3 Se activa el alivio

Se restituye la presión en el absorbedor

2

4

1 Se restituye la presión en el sistema


Sigue


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Condición

Llega gas de alto GPM

1

Respuesta dinámica • Aumenta la producción de condensados dentro del absorbedor • Aumenta la formación de espuma

Aumentan las pérdidas de glicol

Se depositan condensados en el tanque de venteo

2

3

4

7

6

5

Se factura el empaque

Se producen pérdidas de glicol e hidrocarburos por el tope del regenerador

Los condensados llegan al rehervidor y se expanden violentamente generando condiciones críticas de operación


Sigue

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Gas tratado

7

2

3 Vapor

T = 107°F

3

TC

6

3

6

1

5

3

2 7

Al quemador TC

Gases de escape

3

2

4

7

TC

5

1

4

FC LC

2

2

2 LC

2

A combustible

1

5 Gas de alimentación

2

3

LC

6

2

LC

1

1

1 1

4

LC

1 3

FIGURA No. 6 Deshidratación con TEG. Respuesta dinámica


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Referencias Bibliográficas

Deshidratación con TEG CIED


Referencias bibliográficas

1.

Marcías Martínez •

Deshidratación del Gas Natural.

•

Ingeniería de Gas, Principios y Aplicaciones. Ingenieros Consultores, S.R.L. Maracaibo - Venezuela.

•

Diseño Conceptual de Separadores. Ingenieros Consultores, S.R.L. Maracaibo - Venezuela.

2.

Gas Processing Association. Engineering Data Book, 1987.

3.

Ballar, D. y Manning, W.

“Boost Heat - Transfer System Performance”, Chemical Engineering Progress. (Noviembre 1990) 4.

Cabanellas, G.

Diccionario Enciclopédico de Derecho Usual, Buenos Aires, Ed. Heliasta 5.

Canavos, G. •

Probabilidad y Estadística, México, McGraw - Hill Interamericana de México S.A.

•

Léxico de la Industria Venezolana de los Hidrocarburos, Caracas, Ediciones Cepet 1994


52


Referencias bibliográfica (continuación) 6.

Green, G. y Farber, R.

Introduction to Security, Los Angeles , California, U.S.A. Security World Publishing Co. Inc. 1978 7.

Petróleos de Venezuela, S.A.

Gerencia Corporativa de Prevención y Control de Pérdidas. Normas Corporativas de Prevención y Control de Pérdidas, Caracas 1994 8.

Real Academia Española

Diccionario de la Lengua Española, Vol. II, Madrid, España Calpe 9.

Congreso Nacional República de Venezuela, Congreso Nacional, Código de Comercio, Caracas, Imprenta Nacional

53


Deshidratacin Con TEG

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