INGENIERIA CONCEPTUAL BASICA Y DE DETALLE En el diseño de Procesos, es importante conceptualizar adecuadamente las diversas etapas del diseño desde la idea hasta la implantación del Proceso. También es importante tener claro el nivel de exactitud de las diversas evaluaciones económicas que se van originando.
I.
ENFOQUE CLASICO Ingeniería Conceptual
Ingeniería Básica
Ingeniería de Detalle.
Procura, construcción, construcció n, comisionamiento. comisionam iento.
La relación entre ellos se ve en el llamado Engineering Lifecycle que se muestra a continuación:
Ingeniería Conceptual. En esta ingeniería se establecen metas y necesidades y se fijan las bases para el desarrollo de la Ingeniería Básica. En esta etapa se elaboran los documentos documentos básicos: Manual de Diseño, Balance Balance de Materia y el Diagrama de Procesos.
Ingeniería Básica. En esta etapa se genera la información necesaria para fijar las especificaciones y datos necesarios para la Ingeniería de Detalle. Cuando se realiza la ingeniería básica se generan documentos en diferentes especialidades de ingeniería como: procesos, mecánica, civil, eléctrica, instrumentación, etc. Se generan numerosos documentos, entre ellos: Lay Out General, Descripción de la Planta, Diagramas de Tuberías e Instrumentación (P&ID), especificación de principales equipos, Memoria
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de Cálculo de Proceso e Hidráulica, especificación de sistemas de control, listado de instrumentos, planos de clasificación de área, planos de arquitectura, etc. En el Perú Osinergmin el año 2013 indicó (para el caso de Refinerías) que la Ingeniería Básica permitía producir los siguientes documentos: Planos de Distribución con arreglo de planta, Diagrama de Bloques de Procesos (PBD corresponde a ingeniería conceptual), Diagrama de flujos de Procesos (PFD corresponde a ingeniería conceptual), Diagramas de Tuberías e Instrumentos (P&ID), selección de materiales, hoja de datos de equipos, lista de equipos, hojas de datos de instrumentos, balance de servicios auxiliares, estudio de suelos. Muy recientemente el DS-039-2014 (Reglamento para la protección Ambiental en las Actividades de Hidrocarburos) ha definido al Estudio de Factibilidad como el nivel de información de un proyecto a nivel de Ingeniería Básica a través del cual se pueden establecer los aspectos técnicos fundamentales del mismo como: localización, área, dimensiones principales, tecnología, etapas de desarrollo, calendario estimado de ejecución, puesta en marcha y organización, que permite evaluar los impactos ambientales y establecer las medidas de mitigación que se requiera implementar.
Ingeniería de Detalle. Consiste en convertir la información de proceso provista por el paquete de ingeniería básica en el diseño detallado de la planta, de tal manera que permita la compra y/o construcción de sus elementos constitutivos y su montaje, en forma lógica y cumpliendo los requerimientos técnicos del proceso. Durante esta etapa, tienen un papel muy importante las disciplinas de mecánica, electricidad, civil, instrumentación. Un listado referencial de algunos de los documentos que se elaboran es: Actualización de P&ID; Actualización de Listado de Instrumentos, Diagramas de Lazos de Control, Planos de Ubicación de Instrumentos, Lista de materiales, Planos detallados por especialidad, Especificaciones de Construcción, programa Ejecución de Proyecto, Manual de Operaciones, Estimado de Costos.
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II.
OTRA METODOLOGIA II.1
DISEÑO DE PROCESOS CONCEPTUAL /ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD (FEL-0 / FEL-1 / PRE-FEED) Cuando se evalúa una nueva planta, o una expansión importante en un proceso, suelen existir preguntas del tipo ¿Es técnicamente factible? ¿Cuál es la mejor configuración del proceso? ¿Debería ser por lotes o continuo? ¿Cuánto costaría? La respuesta a este tipo de preguntas se obtiene empleando la denominada Ingeniería Conceptual. Este tipo de ingeniería (que se considera un arte a cargo de ingenieros con experiencia) permite identificar y luego acotar las opciones técnicas para un objetivo de procesos específico. Una vez identificadas las opciones técnicas viables, se realiza una evaluación económica. Sobre la base de los méritos técnicos, la confiabilidad del sistema, la economía (inversión en capital fijo y costos operativos), y otros factores se va mostrando cómo el diseño del proceso futuro debería desarrollarse, hasta que del análisis conceptual se identifican las opciones técnicas viables. En este punto, se debe desarrollar un diseño conceptual del proceso que incluye diagramas de flujo de procesos preliminares, balances de masa y energía, una lista de los equipos mayores y un estimado grueso de orden de magnitud para los costos. También se debe identificar los riesgos potenciales asociados con el diseño de manera que puedan superarse antes de la etapa siguiente del Proyecto. Se reconoce que este trabajo denominado “ key front end Work” tiene un fuerte impacto en el proyecto y en el funcionamiento final del proceso. Si el trabajo no se hace adecuadamente el proyecto podrá presentar problemas, sin importan cuan buena sea la ingeniería de detalle, la construcción y gestión de proyectos posterior.
FEL 0 – Fase de Identificación (Diseño Conceptual de Procesos o Estudios de Tamizado ( Screening)) Cuando se analizan oportunidades de proyectos industriales, es importante evaluar oportunidades de manera consistente para propósitos de comparación. La base para la primera puerta de decisión es un estudio o proceso conceptual diseño estudio de detección de alto nivel. En este nivel, el trabajo consiste en identificar procesos de conversión química por medio de caminos de reacción (Reaction paths) o por el empleo de tecnologías licenciadas. De esta manera se van reduciendo las opciones hacia una o más opciones, identificando los principales equipos, desarrollando diagramas de flujo del bloque y generando un estimado de costos de capital de Orden de Magnitud ($1 MM, 10 MM, 100 MM, etc.).
FEL 1 – Fases de Evaluación (Appraisal) y Selección (Evaluación de Alternativas Y Diseño de Procesos Preliminar)
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Evaluación (Appraisal. Evaluación de Alternativas) Durante la fase de evaluación del proyecto se desarrolla una serie de alternativas de proceso y se lleva a cabo evaluaciones preliminares: económica, de riesgo e incertidumbre. Por ejemplo se decide entre proceso por lote versus continuo, uso de diferentes tecnologías de separación (extracción y destilación, filtración de presión frente a una centrífuga), etc. Los procesos más prometedores se llevan a la fase de selección
Selección (Preliminary Process Design) El objetivo de la fase de Selección es identificar un proceso para que pase a la siguiente fase de diseño. Se requiere seleccionar y desarrollar un solo esquema de procesos en esta fase. Una vez seleccionado el esquema de procesos, se hacen cálculos y dimensionamiento de ingeniería de modo de permitir una estimación de costos en el rango de – 30% a +50%. Los entregables en esta fase suelen incluir: Bases de Diseño Preliminar de Procesos, Sumario de las Evaluaciones de las Alternativas de Proceso, Simulación de Procesos Preliminar y Data de los Balances de Materia y Energía, Diagramas de Flujo Proceso Preliminar (PFD), Lista Preliminar de Equipos, Condiciones Preliminares de Servicio de Equipos Mayores, Estimación Preliminar de Costo de inversión en Capital Fijo y Costo Operativo (+50% / 30%), Sumario riesgos de Proceso, Listado preliminar de Materia Primas y Servicios del Proceso.
II.2
DISEÑO DE PROCESOS DETALLADO Diseño de Procesos Detallado Schedule A, FEL-2 / FEL-3 / FEED, o Paquete de ingeniería Básica Una vez que la configuración ha sido claramente definida se puede preparar un paquete de diseño de procesos
FEL-2 Paquete de Diseño de Procesos El Paquete de Diseño de Procesos o Front End Engineering Design (FEED) establece el conjunto específico de condiciones de proceso y equipos necesario para alcanzar el nivel de confiabilidad, eficiencia y seguridad requeridos. En esta fase de diseño se establece la dirección para el resto del proyecto. Al finalizar esta fase, se logra una estimación de costos para el proyecto en el rango + 40% / - 20%. Cuando el Diseño se completa, se suele tener especificado: Especificaciones de materia prima; Requerimientos de capacidad de planta; Especificaciones del producto; Parámetros Críticos de la Planta; Especificaciones de Servicios disponibles; Requisitos de rendimiento de operaciones unitarias; cumplimiento de Regulaciones de procesos; todas los objetivos operacionales y restricciones establecidas por los propietarios/operadores /ingenieros de planta. Entregables Típicos para un Paquete FEL-2 (Process Engineering Deliverables for FEL-2 package) pueden incluir los siguientes: Bases del Diseño de Procesos; Balances de Materia y 4
Energía (M&EB); Diagrama de Flujo de Procesos (PFDs); Descripciones de Procesos; Balance de Servicios y Diagrama de Flujo de Servicios (UFDs); Diagramas Preliminares de Tuberías e Instrumentos (P&IDs); Descripción del Control de Procesos; Lista Preliminar de líneas/ tuberías; Lista Preliminar de instrumentos; Lista de Equipos de Proceso; Lista Preliminar de Tie-in; Hojas de Datos de Equipos de Proceso; Hojas de Datos de Instrumentos del Proceso; Reportes del Diseño Hidráulico.
FEL-3 Paquete de Diseño de Procesos Detallado El Paquete de Diseño de Proceso Detallado (PDP), al que se refieren a veces como el paquete de diseño de ingeniería básica (BED), se refiere a un paquete completo de diseño de procesos que incluye toda la información necesaria requerida por la empresa de ingeniería o construcción que realice la Ingeniería de Detalle (Puede ser una empresa de EPC)pueda realizar la ingeniería de la planta (se especifican detalles como el tipo de acero estructural, edificios, cableados, detalles de tuberías, aislamientos, selección de modelo/proveedor de equipos, etc.) Existen Diseños de Procesos Detallados tanto para los procesos y operaciones dentro del Límite de Batería (Inside Battery Limits: ISBL) como para los procesos y operaciones Fuera del Límite de Baterías (Outside Battery Limits: OSBL). Además de actualizar los entregables del FEL-2, normalmente en al Fase FEL-3 se agregan los siguientes documentos, diagramas, planos y especificaciones: Disposición de Planta; Requisitos Preliminar de construcción; Descripción general del sitio del proyecto; Presupuesto en base a cotizaciones de proveedores para los equipos y partes principales; Filosofías de diseño de proceso; Base de diseño para Sistemas de Alivio; Hojas de Datos para hojas de datos para Válvula de Alivio; Diagramas de Selección de Materiales (MSDs) y especificaciones de tuberías (Piping Class); Lista de Tie-in; Identificación de fuente de potencia y ubicación; Diagramas Unifilares; Requisitos de almacenaje y manipulación para materias primas y productos; Sumario de efluentes y emisiones de Proceso; Análisis de Riesgos (PHA, HAZOP, etc.); Procedimientos operativos preliminares; Plan preliminar de control de calidad; Programa preliminar del proyecto. Al finalizar esta Fase del proyecto se puede realizar estimados de costos del mismo en el rango +25%/-15%.
II.3
INGENIERIA DETALLE (EPC.- INGENIERIA PROCURA CONSTRUCCION) La Fase de la Ingeniería de Detalle produce paquetes de información con suficiente detalles como para permitir el inicio de la construcción. Usualmente la especialidad de civil empieza tan temprano como sea posible esta Fase. También se producen aquí estimados pero se realizan, pero se hacen con el propósito de controlar la fase de la construcción antes que mejorar la calidad de la información financiera. En esta fase se emiten los contratos de construcción del equipo mayor del proyecto y se emiten los dibujos detallados de los vendedores los que se emplean para 5
completar diseños y planos de piping, eléctricos y de instrumentación. Se completan luego los Process Hazards Reviews. Cuando se recibe las ofertas de construcción se revisan los costos y estos son aprobados por el propietario y luego se procede a la construcción, luego de obtener los permisos correspondientes.
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