TYRO - Completo (1)

uop MANUAL DE ENTREN AM IENTO • TWIN YOUR

REÍ IÍ1OY OPERATORS'

DVr© Copyright © 1978 UOP Inc. Derechos Reservados

El material contenido en este volumen no debe ser copiado ni reproducido en modo alguno sin permiso por escrito de la UOP Inc. UOP Inc. Des Plaines, Illinois U.S.A.

Impreso en U.S.A.

ÍNDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.

NATURALEZA DEL PETRÓLEO UNIDADES DE MEDIDA TERMINOLOGÍA TUBERÍAS VÁLVULAS RECIPIENTES ACCIONAMIENTOS. UNIDADES MOTRICES ACOPLAMIENTOS, ENGRANAJES Y CORREAS BOMBAS COMPRESORES INSTRUMENTACIÓN EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR ACEITES COMBUSTIBLES (FUEL OIL), COMBUSTIBLES GASEOSOS Y SISTEMAS DE ANTORCHA HORNOS TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS CALDERAS DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO TANQUES DE ALMACENAMIENTO EQUIPOS VARIOS DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA DESTILACIÓN A VACIO OXIDACIÓN DE ASFALTOS CRACKING TÉRMICO (VISBREAKING) TRATAMIENTO CON AMINAS TRATAMIENTO DE EFLUYENTES ACUOSOS DESALADORES ELECTROSTÁTICOS UNIDAD DE SUMINSTRO DE HIDROGENO

MANUAL DE ENTRENAMIENTO TRdlN YOUR ReflMCRY OPERATOR1)

NATURALEZA DEL PETRÓLEO

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

1-1

NATURALEZA DEL PETRÓLEO (NATURE OF PETROLEUM) Como Se Formó El Petróleo

La historia del petróleo empezó hace mucho tiempo Deberíamos retroceder miles o millones de años. En realidad, algunos científicos creen que su historia comenzó hace unos 440.000.000 de años, hacia el principio de la era Primaria o Paleozoica. En aquel tiempo la Tierra era un lugar extraño y desértico. Una gran parte del mundo estaba cubierto de agua. En la tierra había muchos volcanes activos, pero no había vida vegetal ni animal. Las circunstancias eran diferentes bajo el agua y a lo largo de las playas marinas. Billones de diminutos animales y plantas pululaban estas aguas y, cuando murieron, sus cuerpos se hundieron en el fango en el fondo del mar. Conforme pasaron los años, más fango procedente de los ríos que fluían al mar se asentó sobre las plantas y animales muertos. Los restos de animales, plantas y fango se compactaron hasta quedar firmemente unidos, poco a poco convirtiéndose en una capa rocosa. En aquellos días, la corteza de la Tierra sufrió muchos cambios, fue sacudida por grandes terremotos y en algunos lugares la capa rocosa surgió sobre el nivel del mar, dando lugar a tierra firme. Un largo tiempo después, quizás después de millones de años, la capa rocosa se hundió nuevamente en el mar. Los ríos acarrearon arena, guijarros y tierra al mar cubriendo la capa rocosa. Nuevamente pedacitos de animales y plantas se mezclaron con el fango y la arena. A través de los tiempos estos sedimentos fueron firmemente apretados y formaron una nueva capa rocosa. El proceso de sucesivos levantamientos y hundimientos se repitió una y otra vez dando lugar a docenas y docenas de capas roc'osas.

Origen De Un Yacimiento Petrolífero

Gradualmente a través de millones de años, un asombroso acontecimiento ocurrió. De alguna forma los residuos de animales y plantas en las rocas fueron calentados y apretados hasta convertirse en gotas de petróleo. El mismo proceso desconocido que formó el petróleo produjo también gas natural. El petróleo y el gas natural se encuentran frecuentemente juntos. El petróleo y el gas se acumularon en pequeños espacios o poros de ciertas clases de rocas tales como areniscas. Las gotas de petróleo fueron retenidas en los poros, de igual forma que el agua en una esponja.

1-3

En algunos lugares de la tierra, pequeñas cantidades de aceite surgieron hacia la superficie a través de grietas en las rocas. En algunos casos este aceite sobrenadaba en la superficie de ríos y lagunas; en otros sitios se formó una substancia dura, negra y breosa. El aceite recogido de ríos y lagos fue usado para fines medicinales, mientras que el material negro y duro conocido como brea o pez (pitch) se utilizó para antorchas y para el calafateado de cascos de veleros. Por primera vez en el año 1850 se obtuvo el petróleo por perforación. Desde entonces el desarrollo en la exploración y en el refino del petróleo, secundado por la producción de substancias químicas derivadas, ha cambiado la economía y el modo de vida de la mayoría del mundo. Qué Es El Petróleo?

El petróleo toma su nombre de dos palabras latinas — PETRA (roca) y OLEUM (aceite). De hecho, al inicio de la industria petrolera, el petróleo fue frecuentemente llamado "ROCK OIL" (aceite de piedra). Este nombre sin duda se originó debido a que el petróleo usualmente se encontraba en formaciones rocosas. El petróleo no es un elemento o un compuesto uniforme; más bien es una mezcla compleja de un enorme número de compuestos químicos, generalmente llamados hidrocarburos. En su estado natural, su apariencia varía desde un líquido claro blanquecino de consistencia muy liviana, a un color castaño o verdoso, hasta llegar a un material asfáltico pesado casi sólido de coloración negra. Los hidrocarburos son los componentes básicos más importantes de los compuestos orgánicos. Los hidrocarburos son llamados así porque están constituidos principalmente por los elementos hidrógeno y carbono. También se encuentran pequeñas cantidades, entre el cero y el cinco por ciento, de azufre, oxigeno y nitrógeno, dependiendo de su origen. Los porcentajes de carbón e hidrógeno en los petróleos de todas las partes del mundo'no varían de forma muy marcada: el porcentaje de carbón varia entre 83 y 87 y el de hidrógeno entre 11 y 14. La mezcla de hidrocarburos en el petróleo es usualmente considerada como mezcla homogénea, lo que significa que cada galón o cada litro tiene las mismas propiedades físicas y separación de fases normalmente no ocurre durante el almacenafe. Sin embargo, en condiciones anormales, puede haber producción de gas y separación de ceras parafínicas, asfaltos, breas y componentes resinosos.

1-4

Tipos De Petróleo

Generalmente se clasifica el petróleo en tres tipos, que son: 1. Base Parafínica 2. Base Mixta 3. Base Asfáltica Esta clasificación está fundamentada en las relativas cantidades de ceras parafínicas y de asfalto en el petróleo. El petróleo de Arabia Saudita, por ejemplo, está clasificado como de base mixta.

Ser/es de Hidrocarburos

Los compuestos hidrocarbonados que se encuentran en petróleos pertenecen a varias series o familias de hidrocarburos. Familia o Serie

Tipo

Parafinas

Cadenas de carbón sin ramificaciones.

Iso-parafinas

Cadenas de carbón ramificadas.

Olefinas

Cadenas de carbón con dobles enlaces insaturados.

Nafténicos (Parafinas Cíclicas) Aromáticos

Cinco o seis átomos de carbono en un anillo. Seis átomos de carbono en un anillo con tres dobles enlaces conjugados.

Qué Es Un Átomo?

Un átomo es la partícula más pequeña que se obtiene en la división de un elemento por medios químicos. Cada átomo tiene las mismas propiedades químicas del elemento.

Qué Es Una Molécula?

Una molécula es la partícula más pequeña de una substancia que se puede obtener por medios físicos tal que todavía retenga las mjsmas propiedades de la substancia. Una molécula está formada de uno o más átomos que están combinados químicamente. Las moléculas de elementos pueden tener solamente un átomo, pero muchas veces, como en el caso de la mayor parte de elementos gaseosos, las moléculas tienen dos átomos iguales. Moléculas de un solo elemento son, por ejemplo: Carbono-C, Azufre-S, Hierro-Fe, Oxígeno-O2, Hidrógeno-H2, Cloro-CI2, etc.

1-5

Qué Es Un Compuesto Químico?

Cuando los átomos de dos or más elementos se combinan químicamente, forman una molécula de una substancia totalmente diferente denominada un compuesto químico. Los elementos se combinan en proporciones ponderales definidas. Estas relaciones están determinadas directamente por el número de átomos de cada elemento que están presentes en las moléculas de un compuesto. Un ejemplo de un compuesto químico es la sal común (Na Cl). En este caso, un átomo de sodio (un metal) se combina con un átomo de cloro (un gas) para formar una molécula de cloruro de sodio o cloruro sódico (un sólido cristalino). Debe quedar claro que una mezcla interna de dos elementos, sin una reacción química, es una mezcla y no un compuesto químico. Un buen ejemplo de esto podría ser el resultado de la mezcla íntima de finas limaduras de hierro con azufre en polvo sin que exista enlace químico entre los átomos.

Qué Es Una Fórmula Química?

Una fórmula química es la representación de un compuesto químico usando los símbolos de los elementos para indicar el número de átomos de cada elemento que forman la molécula. Un simple ejemplo es la fórmula del agua, H 2 O, que representa la combinación química de dos átomos de hidrógeno (H) con uno de oxígeno (O). Hoy se conocen 104 elementos diferentes cuyas combinaciones pueden formar un sinnúmero de compuestos. Si nos imaginamos cuantas palabras pueden formarse con un alfabeto de veinte y seis letras se puede pensar luego cuantos compuestos químicos pueden formarse con un número tan grande de elementos.

Parafinas Normales

Los hidrocarburos de esta serie tienen todos los átomos de carbono ordenados en líneas rectas o cadenas. La serie se inicia con el Metano que tiene solamente un átomo de carbón y cuatro átomos de hidrógeno: METANO CH4 Fórmula Estructural

ETANO C2 H6

Fórmula Estructural

H H-C-H H HH H-C-C-H i i HH

Las parafinas son compuestos estables y se los describe como "saturados". Se puede observar que en las fórmulas estructurales cada átomo de carbono está asociado con cada uno de los cuatro átomos contiguos por una sola línea que representa un enlace químico. Cada átomo de cada elemento tiene un número de enlaces que deben empalmar con otro átomo contiguo para que el compuesto sea estable.

1-6

Este número de enlaces (llamados valencias) puede variar de uno a siete. Cuando todas estas uniones tienen lugar a través de enlaces únicos como en el caso de las parafinas, el compuesto se llama saturado. Cuando uno o más de estos enlaces no está saturado el componente se llama insaturado. El hidrocarburo de cadena más larga conocido, tiene alrededor de 70 átomos de carbono. Sin embargo, compuestos hidrocarbonados con más de 50-60 átomos de carbono raramente se encuentran en el petróleo. Nótese que a medida que el número de átomos de carbono aumenta, el compuesto se hace más pesado y el punto de ebullición y el peso específico aumentan también. Los compuestos con más de 17 átomos de carbono son sólidos a temperatura ambiente y presión atmosférica. El hecho de que cada hidrocarburo tiene su propio punto de ebullición diferente constituye el principio de la separación física del petróleo por medio de destilación y fraccionamiento. Los hidrocarburos contenidos en un petróleo se utilizan aproximadamente de la siguiente forma: NOTA: Los subíndices en los compuestos enumerados a continuación indican el número de átomos de carbono. Esto se hace para simplificar el método de indicar los grupos de compuestos que tienen el mismo número de átomos de carbono. de C, a C3 (Metano, etano, etileno, propano, propileno, etc.) como combustible de refinería y carga a otras unidades de proceso. C4 (Butano, butileno, isobutanos, etc.) para ajustar la volatilidad de las gasolinas y como carga a otras unidades de proceso. de C5 a C 12 (Réntanos, pentenos, isopentanos, hexano, hexenos, isohexanos, etc.) como gasolina. de C13 a C 25 Como kerosene, gas oil, diesel fuel, etc. de C 25 a C 70 Como varios aceites, lubricantes, y ceras.

1-7

Iso-Parafinas

Una parafina que tiene una o más cadenas ramificadas se llama una iso-parafina. Un ejemplo de este tipo con cuatro átomos de carbono es: HHHH H-C-C-C-C-H HHHH H H-C-H H

H

H-C-C-C-H

Butano normal Punto de ebullición Gravedad específica

C 4 H, 0 -0.6°C 0.600

Isobutano Punto de ebullición Gravedad específica

C 4 H, 0 -11.7°C 0.579

HHH

Aunque los dos hidrocarburos arriba anotados tienen la misma fórmula (C4H10), son diferentes compuestos químicos y tienen diferentes propiedades como se nota al revisar sus puntos de ebullición y pesos específicos. Conforme se aumenta el número de átomos de carbono es fácil observar que se puede tener mayor número de isoparafinas. Por ejemplo, el hexano (C6H14) puede existir en cinco estructuras diferentes.

Hidrocarburos Olefínicos

La estructura de los hidrocarburos olefínicos es similar a la de los compuestos parafínicos, con la diferencia de que un par de átomos de carbono está unido por un doble enlace. Los compuestos hidrocarbonados con uno o más doble enlaces se llaman insaturados. Esta estructura insaturada contribuye a que los compuestos sean más reactivos que las parafinas. En otras palabras, los componentes insaturados son menos estables y exhiben mayor reactividad química. Algunos ejemplos de olefinas simples son:

H H H-C=C-H

H HH

H HHH

H-C=C-C-H

H-C=C-C-C-H

H

Etileno (Eteno)

Propileno (Propeno) C3H6

H H

Bu ti le no (Buteno-1) C4H8

NOTA: El nombre de todas las olefinas termina en "ENO", mientras que los de las parafinas terminan en "ANO". De esta manera la terminación especifica indica si el compuesto es saturado o insaturado.

1-8

D; - Olefinas

Cuando hoy dos enlaces dobles en la estructura de cadena, se tiene una di - olefina. El nombre de estos compuestos siempre termina en "DIENO". Algunos ejemplos de di - olefinas son:

H HH H H-¿=C-C=C-H

H HHH H H-C=C-C-C=C-H H

BUTADIENO-1,3

PENTADIENO-1,4

Las diolefinas son más reactivas que las olefinas; son indeseables en la gasolina porque reaccionan entre si formando compuestos gomosos pesados. Sin embargo, estas propiedades facilitan el que sean utilizadas en la obtención de resinas de petróleo. Estas resinas son similares a una brea seca y se utilizan en la fabricación de pinturas y cubiertas de asfalto. Es interesante anotar aquí que el butadieno se obtiene a partir de una mezcla de butanos y butilenos y se utiliza para fabricar caucho sintético.

ALGUNOS HIDROCARBUROS DE LA FAMILIA DE LAS PARAFINAS FORMULA

ESTRUCTURA

CH4

H-C-H

PESO ESPECIFICO*

ESTADO**

PUNTO DE EBULLICIÓN**

H METANO

0.415

GAS

-161.7°C

0.546

GAS

-88.9°C

0.585

GAS

-42.2°C

0.600

GAS

-0.6°C

0.630

LIQUIDO

36.VC

H

HH ETANO

C2H6

H-C-C-H

HH

HHH PROPANO

C3H8

H-C-C-C-H

HHH HHHH BUTANO

C4H10

H-C-C-C-C-H

HHHH HHHHH I

PENTANO

C5H12

I

I

I

I

H-C-C-C-C-C-H HHHHH

* EL PESO ESPECIFICO (O GRAVEDED ESPECIFICA) ESTA DETERMINADO A TEMPERATURAS EN LAS QUE SE ESTE EN FORMA LIQUIDA ** A TEMPERATURA Y PRESIÓN ATMOSFÉRICA *** A PRESIÓN ATMOSFÉRICA uop 220-1-1

1-9

Acetilénicos (Enlaces Triples)

Los compuestos de triple enlace se llaman acetilénicos. El miembro más simple de esta clase, conocido ordinariamente como acetileno, se utiliza en quemadores y en soldadura autógena.

ACETILENO

C2H2

Químicamente, los nombres de los acetilénicos terminan en "INO". Así, el nombre químico del acetileno es etino.

Ciclo-Parafinas (Ñafíenos)

Estos son compuestos saturados que usualmente tienen cinco o seis átomos de carbono dispuestos en un anillo de la siguiente manera:

\_>

\ CICLOPENTANO

CICLOHEXANO

Estos compuestos cíclicos a menudo se conocen como nafténicos. Los que tienen cinco o seis átomos de carbono son muy estables. Los anillos de siete u ocho átomos de carbono no son muy estables y rara vez se encuentran en el petróleo. El ciclohexano se encuentran en el petróleo en grandes cantidades, particularmente en los llamados crudos nafténicos tales como los del Este de Texas. Estos compuestos cicloparafínicos pueden tener cadenas laterales: Ejemplo:

C-C

Metil — Ciclohexano

C-C

Dietil — Ciclohexano

Los ciclohexanos y ciclopentanos se encuentran en cantidades considerables en las gasolinas provenientes de fracciones del petróleo. Tienen un octanaje cercano a 80 y son sólo moderadamente aptas para gasolina regular. Sin embargo, son valiosos debido a que pueden convertirse en hidrocarburos aromáticos con un octanaje cercano a 100 o más elevado. Estas gasolinas constituyen la carga para un reformador catalítico.

1-10

Hidrocarburos Aromáticos

El nombre de aromáticos proviene del olor característico que tienen estos compuestos. Tienen una estructura de seis carbonos, similar a la de las ciclo-parafinas, pero son insaturados, teniendo tres doble-enlaces conjugados. La producción de grandes cantidades de aromáticos ha sido muy importante debido al incremento en la demanda de combustible de alto octanaje para automóviles y gasolinas de aviación. Los aromáticos también han ido adquiriendo mayor importancia en la fabricación de productos químicos. Los aromáticos se consideran muchas veces como parte de la familia del "benceno", porque el benceno es el compuesto aromático más simple.

H

C-H

H ^ BENCENO

FORMULA SIMPLIFICADA

Se puede observar fácilmente que el benceno puede formarse a partir de ciclohexano removiendo un átomo de hidrógeno de cada átomo de carbono. Estas relaciones ocurren en varios procesos catalíticos que se utilizan actualmente en la refinación del petróleo. Se considerará esto con más detalle posteriormente. Muchos otros compuestos aromáticos diferentes pueden obtenerse del benceno. Algunos hidrocarburos aromáticos son: PUNTO DE EBULLICIÓN (A PRESIÓN ATMOSFÉRICA)

Benceno

-CH3

Tolueno (Metil benceno)

1-11

80.1°C

PUNTO DE EBULLICIÓN (A PRESIÓN ATMOSFÉRICA) C2H5 Etilbenceno

135.7°C

para-Xileno (1,4-dimetil benceno)

138.4°C

CH3

CH I CH

3

Cumeno (Isopropilbenceno)

1,2,4-trimetil benceno

151.2°C

170.1°C

CH3

Aromáticos Bicídicos

Se encuentran en las porciones del petróleo pertenecientes al kerosene y fuel oil. El compuesto más simple de estos hidrocarburos aromáticos biclclicos (doble anillo) es el naftaleno.

C10H8 Naftaleno

1-12

MANUAL DE ENTRENAMIENTO TMIN VOUB RCHMeRV OP€MTORS

UNIDADES MEDIDA

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

2-1

UNIDADES DE MEDIDA (UNITS OF MEASUREMENT) Tiempo

Las unidades de tiempo están basadas en el año, el cual está dividido en 12 meses. Cada mes está dividido en semanas de siete días. Cada día consta de 24 horas, cada hora de 60 minutos y cada minuto de 60 segundos. Los años, meses y días del año son numerados y nombrados con el objeto de indicar alguna fecha. Las horas del dfa están numeradas de 1 a 12 a.m. (mañana) para las 12 horas comenzando a media noche y desde 1 a 12 p.m. (tarde) para las 12 horas comenzando a medio día. Para una simplificación adicional, el tiempo militar va de 1 a 24 horas, comenzando a media noche. Esto elimina el a.m. y el p.m. Este método se simplifica aún más cuando se usa una cifra de 4 dígitos, los dos últimos dígitos indican el número de minutos después de la hora. Luego 1320 horas es 1:20 p.m., 0140 es 1:40 a.m. y 1900 horas es 7 p.m.

Temperatura

En la escala centígrada (Celsius) que se usa por todo el mundo el punto de congelación del agua es 0°C y el punto de ebullición del agua es 100°C. Algunos países usan la escala Fahrenheit en la que el punto de congelación del agua es 32°F y el punto de ebullición es 212°F. La mayor parte de cálculos que involucran temperaturas están basados en un tercer tipo de escala, la escala absoluta. En esta escala, la temperatura más fría posible se designa por 0° y luego las escalas se ajustan convenientemente con la escala Fahrenheit o Centígrada. Una comparación entre Fahrenheit y Fahrenheit absoluta (Rankine), Centígrada y Centígrada absoluta (Kelvin) aparece en la figura. Para convertir temperaturas Fahrenheit a Centígrado o viceversa, las fórmulas son: Centígrado a Fahrenheit; 9/5 (0C)+32°=°F. Fahrenheit a Centígrado; 5/9 (°F-32°)=°C. Fahrenheit a Fahrenheit absoluto (Rankine) °F + 460° = °R, °Rankine Centígrados a Centígrado absoluto (Kelvin) °C + 273° = °K, °Kelvin

2-3

Cuando son frecuentes las conversiones, es preferible utilizar tablas de conversión:

FAHRENHEIT

RANKINE CENTÍGRADO (FAHRENHEIT ABSOLUTO)

KELVIN (CENTÍGRADO ABSOLUTO)

212C

672° 100° Ebullición del agua

373°

32C

492° 0° Congelación del agua

273°

0°

460°

-460°

0°

-18°

-273°

255°

0°

Cero absoluto

Presión

Las unidades de presión más corrientes son el kilogramo por centímetro cuadrado y la libra por pulgada cuadrada. Esta expresión significa que, en una área dada, un número indicado de kilogramos o libras ejerce una fuerza normal a dicha superficie. Para la superficie de la tierra al nivel del mar, la presión atmosférica típica es 1,033 kg/cm2 o 14,7 libras/plg2. Es posible y corriente tener presiones por encima y por debajo de la presión atmosférica. Una bomba de vacio puede ser usada para evacuar el aire de un recipiente, dejando una presión más baja que la atmosférica. Bombeando más aire dentro de la llanta de un automóvil incrementa la presión por encima de la presión atmosférica. Indicadores de presión corrientes (manómetros) indican cero cuando la presión es la presión atmosférica. Cualquier lectura de presión en estos instrumentos es realmente la presión por encima de la atmosférica; no la presión total absoluta. Por consiguiente tales lecturas se dan en kilogramos por centímetro cuadrado manométricos (kg/cm2). La presión total es en kg/cm2 absolutos. Para convertir la presión medida por el instrumento en presión absoluta se utiliza la siguiente fórmula: Presión absoluta = Presión manométrica + 1,033 kg/cm2.

2-4

Para convertir presión en el sistema métrico a presión en el sistema Inglés se utiliza la siguiente conversión: 1 kg/cm2 760 mm Hg 760 mm Hg 760 mm Hg

Densidad Y Peso Específico (Gravedad Específica)

= 14,2 Ibra/pulg2 (psi) = 14,7 Ibra/pulg2 (psi) =1 atm = 29,9 pulg Hg

La densidad se define como el peso (masa) de una substancia por unidad de volumen. En el sistema métrico el centímetro cúbico es la unidad de volumen y el gramo la unidad de peso. Si un centímetro cúbico de hierro, madera, plomo y agua son pesados, se verá que tienen diferentes pesos. Un centímetro cúbico de agua pesa 1 gramo, así que la densidad del agua puede expresarse como un gramo por centímetro cúbico. El peso de un cuerpo puede ser calculado si se conoce la densidad de dicho material. Una vez encontrado el volumen en centímetros cúbicos, se multiplica por la densidad en gramos por centímetro cúbico para dar el resultado que será el peso del objeto. La densidad de algunos sólidos en gramos por cm3: g/cm3

Oro Mercurio Plomo Hierro

19,3 13,5 11,4 7,7

g/cm3 Aluminio Madera Hielo

2,6 0,8 0,9

Madera y hierro tienen densidad variable y la cifra indica solamente la magnitud de la densidad. La densidad de algunos líquidos: g/cm3 Acido sulfúrico Agua de mar Agua fresca

2,00

1,03 1,00

g/cm3 Kerosene Gasolina

0,80 0,75

La densidad de algunos gases: g/cm3

g/cm3 Aire Oxígeno Nitrógeno

0,0012 0,00134 0,00118

2-5

Monóxido de carbono Hidrógeno

0,00117 0,000085

El peso específico (o gravedad específica) es la razón entre el peso de un objeto y el peso de un volumen equivalente de agua. Por ejemplo, un cm3 de un cierto tipo de hierro pesa 7,4 veces más que un cm3 de agua; por tanto el peso del cm3 de hierro es 7,4 g. El peso de cualguier objeto puede calcularse multiplicando el volumen por la gravedad específica y por la densidad del agua. Nótese que la gravedad especifica del agua es 1,00 y que el agua pesa 1,00 g por centímetro cúbico. Resulta por tanto que la gravedad específica de un objeto es numéricamente igual a su densidad en gramos por centímetro cúbico. Las densidades de los gases para fines prácticos se comparan a menudo con la del aire a presión atmosférica, en vez de con la del agua, tal como se hace con líquidos y sólidos. Con aire como referencia comparativa, la "gravedad específica" de los gases enumerados en la página anterior es: Aire Oxígeno Nitrógeno

1,00 1,120 0,983

Monóxido de carbono Hidrógeno Butano

0,979 0,071 2,004

La gravedad en grados Baumé es una escala que usa el agua salada como referencia en vez de agua fresca. Se usa en refinerías para determinar la gravedad de ácidos y álcalis solamente. La gravedad API es usada en la mayor parte de casos en la industria petrolera. Grad. Baumé =

— Grav. esp.

130

La gravedad API usa el agua como patrón a la que se le atribuye una Gravedad API 10°. Cuando la gravedad específica aumenta, la gravedad API disminuye. Crudo con una gravedad 42° API tiene una gravedad especifica de 0,82. La gravedad específica de los crudos norteamericanos comúnmente varía entre 0,768 y 0,996, es decir de 52,6° a 10,5° en la escala API. Las lecturas API están normalizadas a una temperatura de 60°F y, si se toman a cualquier otra temperatura, deberán ser transformadas a 60° para su uso correcto. Existen tablas para esta transformación en el boletín "API Standard 2500" y en muchos manuales de ingeniería.

2-6

Las fórmulas de conversión son las siguientes:

141,5

Grad. API =

Grav. Esp.

- 131,5

141,5

Grav. Esp. =

API + 131,5

Conversión De Unidades De Volumen

Los siguientes factores de conversión se utilizan cuando se cambia del Sistema Inglés al Métrico o viceversa. 1 metro cúbico (m3) = 6,29 barriles (bbl) 1 metro cúbico (m3) = 35,3 pies cúbicos 3,79 litros = 1 galón U.S. (gal) 28,3 litros = 1 pie3

Calor

La transformación de energía de una forma a otra o la transferencia de energía de un cuerpo a otro generalmente requiere alguna fuerza impulsora. Por ejemplo, si una barra caliente se coloca en contacto con una fría, la primera se enfriará y la segunda se calentará. El calentamiento es una indicación de la energía interna del material. La fuerza impulsora que produce una transferencia de energía interna se llama temperatura, y aquella forma de energía que se transfiere de un cuerpo a otro como resultado de una diferencia de temperatura se llama calor. Por ejemplo, si se aplica una llama a un vaso de agua la diferencia de temperatura entre la llama y el agua hace que el calor fluya hacia el interior del agua aumentando asi su temperatura. Si la temperatura de un gramo de agua aumenta un grado centígrado, decimos que una caloría más de energía térmica ha sido añadida al agua. El concepto de transferencia de calor es de vital importancia en los procesos de refinación.

2-7

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

cYn© ^^Mirt

YOUR R€f INGRY

TERMINOLOGÍA

uop Process Division UOP Inc.

3-1

TERMINOLOGÍA (TERMINOLOGY) En la refinería cada grupo de trabajo usa palabras propias a su desempeño. A continuación se enumeran algunas de las más corrientes.

Análisis De Laboratorio Corrientes

1. COLOR SAYBOLT — Es una prueba usada para determinar el color de las gasolinas y los aceites de combustión. La escala va de 30 para las gasolinas a -16 para combustibles de hornos. 2. COLOR UNION A.S.T.M. — Una prueba para determinar el color de los combustibles de hornos y productos pesados. La escala va desde O para combustibles claros hasta 8 para combustibles obscuros. 3. DENSIDAD API — Una escala arbitraria del Instituto Americano del Petróleo para medir la densidad de los petróleos. 4. DENSIDAD BAUMÉ — Una unidad de medida del peso específico usada en la Industria Química. Nosotros la utilizamos para sosa cáustica y ácidos. 5. DESTILACIÓN A.S.T.M. — Es un procedimiento normalizado de la Sociedad Americana para Pruebas de Materiales (American Society for Testing Materials) para determinar el margen de ebullición de los destilados del petróleo. 6. NUMERO DE OCTANO — Es una prueba para determinar las propiedades antidetonantes de una muestra de gasolina. Se realiza por medio de la combustión de una muestra en un motor de gasolina y comparando los resultados con los obtenidos con un combustible de referencia (iso-octano, de número de octano 100 y heptano normal, de número de octano 0). El número de octano es el porcentaje de iso-octano y heptano que iguala el comportamiento de la mezcla. 7. PESO ESPECIFICO (gravedad específica) — La razón del peso del volumen de un cuerpo al peso de un volumen igual de alguna substancia patrón. En el caso de líquidos y sólidos el patrón de referencia es agua y en el caso de gases el patrón es el aire. 8. PRESIÓN DE VAPOR REÍD — Es una prueba que indica la volatilidad de un líquido, midiendo la presión generada en un recipiente cerrado a una temperatura dada (70°F).

3-3

9. PUNTO DE FLUIDEZ — Es una prueba que determina la temperatura más baja a la que el combustible fluye cuando ha sido enfriado bajo condiciones especificadas. 10. PUNTO DE INFLAMACIÓN — Una prueba designada para la determinación de la temperatura a la que los productos del petróleo forman vapores en cantidades suficientes para formar una mezcla que se inflame momentáneamente cuando se pasa una llama por encima. 11. VISCOSIDAD — Es una propiedad que cuantifica la fricción interna o la resistencia a fluir. Se mide por el número de segundos necesarios para que una muestra pase a través de un orificio o abertura patrón a una temperatura especifica. Nomenclatura Del Equipo

1. ABSORBEDORA — Es una torre o columna en la que se ponen en contacto gases que suben y líquidos que bajan de tal manera que parte del gas pueda ser absorbido por el liquido. Por ejemplo, una planta de gas tiene una torre que absorbe propano y butano contenidos en la carga de gases. 2. ACANALAMIENTO — Flujo a través del equipo de proceso cuando la mayor parte del fluido fluye preferencialmente a través de ciertas porciones del lecho o equipo y evita el paso por otras porciones debido a mala distribución, coquización, etc. 3. ACEITE DE ABSORCIÓN — Es el aceite usado en una torre de absorción. Normalmente se usan kerosenos o aceites de calefacción doméstica. 4. ACUMULADOR — Es un recipiente para el almacenamiento temporal de un líquido o un gas. Normalmente usado para recoger suficiente material para proveer una carga de reflujo continua. 5. AGUA DE ALIMENTACIÓN — Es el agua suministrada a una caldera de vapor para reponer las pérdidas por evaporación y purgas. 6. AISLANTE — Un material aplicado al equipo para evitar la transferencia de calor. 7. ALTURA MANOMETRICA — Es la presión ejercida por un fluido debido a la altura a la que se halla la superficie del fluido por encima del punto en el que se toma la presión. La presión de descarga de una bomba está a veces relacionada a la altura de succión. 8. AMARGO — Un fracción de petróleo o un gas que posee un olor hediente a causa de la presencia de mercaptanos o de sulfuro de hidrógeno. También llamado Agrio o Acido.

3-4

9. ATOMIZADOR — Es una tobera o boquilla usada para producir una lluvia fina de combustible de tal manera que el combustible entre en íntimo contacto con el aire en la cámara de combustión. 10. BAJANTE (Downcomer) — El conducto o tubo de rebose en una torre de destilación a través del cual el líquido procedente de un plato entra y es distribuido en el plato inferior. 11. BARRIL — Unidad corriente para la medida de líquidos en la industria de refinación de petróleos. Contiene 42 galones americanos o 35 galones británicos medidos a 60°F. 12. BATERÍA — Es un conjunto de equipos operando como una unidad. 13. BOMBA — Es una máquina para desplazar un líquido a base de tomar energía de alguna otra fuente y transmitírsela al líquido. Tipos comunes son: a) Centrífuga: Una bomba en la cual el movimiento del fluido se lleva a cabo primordialmente por acción de la fuerza centrífuga (acción de rotación). Sin válvulas. b) Multi-etapa: Una bomba centrífuga que tiene 2 o más impulsores montados en el mismo eje. La descarga desde un impulsor se conduce a la succión del impulsor siguiente. Este tipo se usa para obtener una presión diferencial más alta entre la succión y la descarga. c) Reciprocante: Es un tipo de bomba de desplazamiento positivo que consiste en un émbolo o pistón que se mueve hacia atrás y adelante dentro de un cilindro. El líquido es bombeado en ambos desplazamientos de cada carrera en una bomba de doble acción. El líquido es bombeado únicamente cuando el pistón se está moviendo en una sola dirección (por cada carrera) en una bomba de acción simple.

3-5

d) Duplex: Una bomba reciprocante que tiene dos o más cilindros para liquido, cada uno de los cuales tiene su accionamiento individual. Las bombas dobles tienen una presión de descarga más estable que las bombas simplex. e) Simplex: Es una bomba reciprocante que tiene un cilindro para líquidos con su respectivo accionamiento. Generalmente usada en lubricadores, inyección de productos químicos, etc. f) Rotatoria: Una bomba de desplazaimento positivo con una carcasa fija que contiene uno o más elementos rotatorios consistentes de engranajes, levas, tornillos, aletas o modificaciones de estos elementos. Es apropiada para el bombeo de líquidos viscosos o cuando se requiere un vacío elevado. 14. CABEZA — Extremo desmontable de un intercambiador, de una columna, o de un tanque. 15. CABEZAL DE TUBOS (Colector) — Un colector común al que dos o más tuberías están conectadas. Los cabezales de tubos en un calentador tienen tapones que pueden ser removidos para su limpieza. 16. CABEZAL FLOTANTE — Es un cabezal del haz de tubos de un intercambiador de calor que no está unido a la carcasa a fin de permitir expansiones. 17. CAÍDA DE PRESIÓN (Pérdida de Carga) — Es la disminución en presión debida a la fricción que ocurre cuando un líquido o gas pasa a través de un tubo o recipiente a otra parte del equipo. 18. CALENDATOR U HORNO — Un horno usado para calentar petróleo o gas natural para una unidad. El lugar donde se colocan los quemadores se llama caja de fuegos (hogar) del horno. El fluido a ser calentado fluye a través de los tubos del calentador. Los tubos expuestos a las llamas están en la sección de radiación y los tubos calentados por los gases de combustión están en la sección de convección. 19. CARGA (Alimentación) — Alimentación a las unidades de proceso de la refinería. 20. CATALIZADOR — Es un material que aumenta o disminuye la velocidad de una reacción química sin cambiar su identidad química propia.

3-6

21. CAVITACIÓN — Es una condición en el interior de una bomba en la que el liquido que está siendo bombeado se vaporiza parcialmente debido a la temperatura, calda de presión, etc. Puede ser identificada por la operación ruidosa y la presión de descarga errática. Puede ocasionar desgaste en los impulsores o en la carcasa. Esto puede a menudo remediarse aumentando la presión en la bomba; usualmente elevando el nivel del líquido alimentado a la bomba, o disminuyendo la velocidad del flujo a través de ésta. 22. CEBADO — El llenado de una bomba con líquido a fin de desplazar vapores presentes y eliminar la tendencia a formar vapor o la pérdida de succión. 23. CICLÓN — Un recipiente cónico para separar sólidos y gases o líquidos y gases (o sólidos y líquidos) por medio de la acción centrífuga. 24. COMBUSTIBLE DE CALEFACCIÓN — Un aceite combustible liviano usado en sistemas de calefacción doméstica. 25. CONDENSADOR BAROMÉTRICO — Es un condensador que mantiene un vacío parcial en una torre de separación o en una turbina de vapor por medio de la condensación de los vapores por contacto directo con agua. 26. CONDENSADOR PARCIAL — Es un condensador que a veces se sitúa en cabeza de una torre para condensar sólo parte de los vapores de cabeza. 27. CORRIDA (Factor de Disponibilidad) — El período de tiempo que una unidad de proceso en la refinería permanece en producción. 28. CORTE — Una fracción de petróleo obtenida por destilación. 29. DEFLECTOR — Es una restricción parcial, generalmente una plancha o placa colocada para cambiar la dirección, para guiar el flujo, o para promover la mezcla dentro del equipo en el que se ha instalado. (Ejemplo: ver intercambiadores de calor.) 30. DIQUE (Muro) DE CONTENCIÓN — Son bancos de tierra o paredes de hormigón alrededor de tanques de almacenamiento u otro equipo que contenga combustible para prevenir la propagación del fuego en caso de incendio. 31. ESFERAS HORTON (Esferoide Horton) — Un tanque esférico patentado usado generalmente para el almacenamiento de líquidos bajo presión; tales como butano, isopentano, etc.

3-7

32. ESPACIO LIBRE — La distancia desde la parte superior de un recipiente hasta la superficie del liquido contenido en el mismo. 33. ESPUMA — Una preparación usada para extinguir el fuego. Consiste en dos soluciones que, sometidas a agitación, producen una espesa capa de espuma que cubre las superficies y sofoca el fuego. 34. ESTABILIZADORA — Una torre que separa hidrocarburos ligeros de la gasolina a fin de que ésta reúna las especificaciones de presión de vapor. 35. EYECTORES DE VACIO — Eyectores de vapor para extraer aire o gases no condensables. 36. FACTOR DE MEDICIÓN (Factor De Calibrado) — Es una constante numérica que debe ser multiplicada por el número de divisiones de medida para determinar el flujo a través de un medidor. 37. GASES DE CHIMENEA — Son gases provenientes de la combustión del combustible. Puesto que su poder calorífico ha sido substancialmente agotado, son descartados a través de la chimenea. Consisten principalmente en CO2, CO, O2, N2 y vapor de agua. 38. GAS INERTE — No reactivo, incombustible. En refinería es generalmente el nitrógeno o CO2 (dióxido de carbono), gases procedente de la combustión. 39. HAZ DE TUBOS — Un grupo de tubos paralelos fijos, tales como los usados en intercambiadores de calor. El haz de tubos incluye los espaciadores para los tubos, los deflectores y las barras espaciadoras. 40. HERVIDOR — Es una parte de la torre de fraccionamiento diseñada para suministrar todo o parte del calor para la torre. El liquido es extraído del fondo de la torre y calentado en el hervidor. Los vapores formados regresan a la torre. El líquido restante puede o no regresar a la torre. El calor puede ser proporcionado por circulación de aceites de transferencia de calor, fondos de alguna otra torre, o vapor. 41. HIDRÓMETRO — Un instrumento graduado usado en la determinación de densidad API o Baumé. 42. HIDROXIDO DE SODIO O SOSA CÁUSTICA (NaOH) — Lejía usada en el tratamiento de aceites.

3-8

43. HORNO DE TUBOS — Es un equipo de calefacción en el cual el calor se aplica al aceite o petóleo mientras que éste es bombeado a través de un serpentín o serie de serpentines o tubos dispuestos en una caja de fuegos u hogar apropiado. 44. IMPACTO DE LLAMA — Es el contacto de la llama con los tubos de un horno. Normalmente no se considera deseable. 45. IMPULSOR — Es la parte móvil de una bomba centrífuga o compresor que consiste en una serie de paletas acopladas a un eje central. 46. INHIBIDOR — Es un aditivo químico que se añade a los aceites para prevenir o minimizar reacciones indeseables tales como la oxidación o formación de gomas. Inhibidores se añaden también a torres de enfriamiento o a unidades de proceso para prevenir la corrosión. 47. INTERCAMBIADOR DE CALOR — Equipo de proceso con un haz tubular para llevar a cabo la transferencia de calor de un líquido de proceso caliente a otro relativamente más frío. 48. JUNTA DE EXPANSIÓN — Es un tipo de unión usado en tuberías que contiene una sección telescópica para amortiguar tensiones o un fuelle para absorber esfuerzos causados por contracciones o expansiones debidas a cambios de temperatura o a otras fuerzas. 49. LIMITE DE BATERÍA — El límite exterior asignado a un área o una unidad de batería. 50. MARTILLEO HIDRÁULICO (Golpe De Ariete) — Martilleo intenso y violento causado por bolsas de agua arrastradas por el vapor que fluye en las tuberías. (Llamado a veces también "golpe de ariete", aunque éste más correctamente es el impacto causado por una onda de choque que se propaga por el interior de una tubería llena de líquido.) 51. MEDIDOR — Cualquier instrumento de medida, tal como los usados para indicar el nivel en un tanque, para medir presión, etc. 52. MERCURIO — Es un elemento de color plateado, líquido a temperaturas ordinarias, usado extensamente en instrumentos: termómetros, manómetros, medidores, etc. Es mucho más pesado que el agua, teniendo una gravedad especifica de 13,5. 53. MOLÉCULA — Es la unidad más pequeña en que puede dividirse una substancia de manera que todavía retenga todas sus propiedades físicas y químicas.

3-9

54. ORIFICIO — Es un dispositivo de restricción para estrangular el flujo en una tubería. 55. PESO MOLECULAR — Es la suma de los pesos atómicos de los átomos en una molécula. Ejemplo: metano (CH4: Carbono 12, Hidrógeno 1) 12+ 4 = 16. 56. PISTÓN O ÉMBOLO — Un dispositivo cilindrico que tiene un movimiento reciprocante dentro de un cilindro, y que hace que el fluido entre y salga de él. 57. PLACA CIEGA — Disco de metal colocado entre bridas en una tubería para detener o impedir el flujo. Constituye una medida de seguridad durante las paradas o cuando se suelda o trabaja dentro del recipiente. 58. PLACA DE ORIFICIO — Es un instrumento que mide el flujo a través de una tubería por medio de la medición de la diferencia de presión antes y después de una placa con un orificio central. 59. PLOMO TETRAETILO — El tetraetilo de plomo es una substancia química que retarda la tendencia de la gasolina a inflamarse antes de tiempo mientras se incrementa la compresión en el interior de un motor de combustión interna. 60. PRECALENTAMIENTO — Es el calor añadido a un fluido antes de efectuar alguna operación con ese fluido. 61. PRESIÓN ESTÁTICA — Acción del peso del fluido sin movimiento. 62. PRODUCTO DE DESTILACIÓN PRIMARIA — Es un material producido por destilación del crudo sin apreciable cracking ni alteración de las moléculas en el producto. 63. PRODUCTO DULCE — Que tiene un buen olor. Prueba "Doctor" con resultados negativos. 64. PURGA — Es uria conexión provista de un acoplamiento y de una válvula situados en un lugar alto o bajo de una tubería o de un recipiente. Se usa para muestreo, drenaje de gas, agua, etc. 65. REACTOR — Es el recipiente en que toda o, al menos, la mayor parte de la reacción o conversión química se realiza. En la mayoría de las unidades éste es el recipiente en que se coloca el catalizador. 66. RECICLO — Es la circulación continua sin extracción de producto del sistema, o la parte de producto que regresa al sistema.

3-10

67. REFLUJO — Líquido que retorna a la torre de fraccionamiento para controlar la temperatura y aumentar la eficiencia de la separación. 68. REGULADOR DE TIRO (Damper) — Es un dispositivo para regular el flujo de gases en una chimenea. Controla la cantidad del exceso de aire en el horno. 69. SOBRECALENTADOR (Recalentador) — Es un aparato calentador (generalmente de tubos) que imparte a un material más calor que el requerido para la vaporización. 70. STRIPPER (Desorbedora) — Es un recipiente que remueve las fracciones ligeras de un corte lateral de la torre fraccionadora principal. Generalmente se inyecta vapor sobrecalentado al fondo del desorbedor para mejorar esta separación. También llamada columna de Agotamiento. 71. TAMBOR DE AMORTIGUACIÓN — Es un recipiente o acumulador que sirve para proveer una reserva del liquido que fluye a través de un sistema a fin de amortiguar las fluctuaciones de caudal. 72. TANQUE DE INTERMEDIOS — Es un tanque al cual el producto de la unidad es continuamente bombeado o desde el cual se bombea carga a la unidad. 73. TIRO FORZADO — El aire suministrado al horno, torre de enfriamiento o intercambiador, por medio de ventiladores o soplantes que fuerzan aire a través del equipo. 74. TIRO INDUCIDO — El aire suministrado al horno, torre de enfiramiento o intercambiador, por medio de ventiladores o soplantes que succionan aire a través del equipo. 75. TOMA — Una conexión que permite retirar producto líquido de un costado o del fondo de un recipiente. 76. TOMAMUESTRAS — Es un dispositivo para extraer muestras de aceite de un tanque a varios niveles. 77. TORRE ATMOSFÉRICA — Columna de destilación que opera a una presión cercana a la atmosférica. 78. TORRE DE FRACCIONAMIENTO — Recipiente cilindrico vertical usado en la separación de los componentes de una mezcla liquida por medio de destilación. 79. TUBO RAJADO — Una rajadura o grieta en un tubo de un calentador o un intercambiador debido a falla mecánica, corrosión o sobrecalentamiento. Una grieta en un tubo de un horno normalmente da lugar a un incendio.

3-11

80. TURBINA — Una máquina que desarrolla potencia sobre un eje gracias a la expansión del vapor en una serie de paletas curvadas del impulsor que está acoplado a un eje central. 81. VÁLVULA DE RETENCIÓN — Una válvula que permite el flujo del fluido solamente en una dirección, cerrándose automáticamente cuando se produce una inversión de flujo. 82. VÁLVULA DE SEGURIDAD — Es una válvula previamente ajustada para liberar una presión excesiva en un recipiente o sistema. También llamada Válvula de Escape. 83. VÁLVULA REGULADORA — Es una válvula que controla directamente el flujo de un líquido o gas a través de una linea. Normalmente es accionada por medio de algún instrumento que controla temperatura, presión, nivel o condiciones de flujo. 84. VAPOR DE INTROMISIÓN (Aire De Intromisión) — Formación de bolsas de aire o de vapor en una línea o bomba que provocan interrupción de flujo o pérdida de succión. 85. VAPOR EXHAUSTO — Vapor expandido de baja presión que ha accionado la turbina de una bomba, compresor o generador eléctrico. 86. VAPOR HÚMEDO — Vapor que contiene agua. 87. VAPOR SECO — Vapor de agua (generalmente de alta presión) que no contiene gotas de agua. 88. VAPOR SOBRECALENTADO — Vapor de agua calentado por encima de la temperatura de saturación a una presión dada. Generalmente usado en torres, calentadores, desorbedores, etc. 89. VARILLA MEDIDORA DE AGUA — Una varilla que se usa para medir la profundidad del agua decantada en el fondo de un tanque de hidrocarburos.

3-12

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OPGMTOK

TUBERÍAS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

4-1

TUBERÍAS (PIPING) Propiedades Físicas Del Material De Las Tuberías

TUBERÍAS — Existen muchas clases de tuberías fabricadas para diferentes condiciones de servicio. Generalmente las tuberías se clasifican en los siguientes grupos: a) De acuerdo con el material de fabricación: Hierro forjado Acero forjado Hierro fundido Cobre

Bronce Aluminio Acero inoxidable Plástico

b) De acuerdo con el método de fabricación: Fundido Sin costura Soldado c) De acuerdo con su resistencia: Número de cédula o espesor de la pared. El hierro forjado es de bajo contenido de carbono con alto contenido de silicio y se usa a veces para los tipos más comunes de sistemas de tubería tales como sistemas auxiliares: aire, vapor, agua, vapor de baja presión, etc. Se suelda fácilmente y tiene buena resistencia a la corrosión atmosférica. Este material no es adecuado para equipo de proceso. Las tuberías de hierro forjado pueden ser identificadas en la zona de almacenaje por medio de la pintura de color rojo en los extremos del tubo. El hierro fundido tiene un alto contenido de carbono y es de bajo costo. Tiene uso limitado en equipo de proceso. Tiene algunas aplicaciones en servicios auxiliares y se utiliza en partes interiores de equipos tales como impulsores de bombas. Es quebradizo al impacto. El acero al carbono es el material más común en plantas de proceso. Es el más usado en la mayoría de servicios con hidrocarburos a presión y temperaturas moderadas. Se usa acero al carbono pasivado cuando se requiere un acero de mejor calidad. Se utilizan aceros de baja aleación cuando ciertas condiciones de temperatura o corrosión dictaminan su uso. Un ejemplo podría ser 1 1/4% cromo, 1/2% molibdeno, usado por su resistencia al ataque de hidrógeno y resistencia moderada a la corrosión por azufre a altas temperaturas.

4-3

El acero inoxidable al 13% de cromo (tipo 410) se usa extensamente para el acabado interior de todas las válvulas y bombas de proceso. Se usan aceros inoxidables en varios servicios severos, dependiendo de las condiciones de presión, temperatura y corrosividad del fluido. La inspección de las tuberías, válvulas y accesorios se debe hacer visulamente para verificar la limpieza durante la construcción, y antes del arranque para constatar que el diámetro apropiado ha sido usado, que el número de cédula corresponde al de diseño, y de que se ha usado el tipo adecuado de válvulas, tapones, tapas de los tubos, drenajes, venteos, empaques, soportes de la tubería, distribuidores y materiales de construcción. Después de la inspección visual, se prueban los tubos para asegurar que no existen fugas. Generalmente se incluyen recipientes y otros equipos que operen a presiones similares. La mayoría de las pruebas se hacen con agua y se denominan pruebas hidrostáticas. El sistema a ser probado se llena con agua y todos los gases son venteados por el punto más alto. Antes de llenar columnas altas se debe tener cuidado con que el peso del agua no ejerza una presión en el fondo de la columna mayor que la presión de diseño. Un ejemplo sería una torre de crudo de 200 pies (61 m) diseñada para una presión interna de 50 psig. Suponiendo que la prueba se hace a 1,5 veces la presión de operación de 20 psig, o sea 30 psig, el agua en la torre llena por si sola ejercerá 86,7 psig de presión sobre el fondo de la columna, mientras que en el tope de la columna la presión será cero. Al establecer una prueba de presión en el tope de la columna de 30 psig, la presión en el fondo de la columna aumentará hasta 116,7 psig. Esta presión puede exceder tanto la resistencia a la presión que puede causar la ruptura del recipiente. En este caso se debe utilizar otro medio (líquido o gas) de prueba. En el caso de una torre de crudo, vapor es lo más adecuado. El operario debe observar si hay escapes de vapor que indiquen pérdidas del sistema. Cuando se usa agua, el operador debe observar si hay fugas de agua del sistema y la pérdida de presión hidrpstática. Otra forma de realizar la prueba es utilizando gas, generalmente aire, nitrógeno, o, en algunos casos, hidrógeno. Se unta una solución de jabón sobre los acoplamientos, soldaduras y bridas a fin de detectar burbujas que indiquen una fuga. En algunas ocasiones, las bridas se cubren con cinta adhesiva, se perfora la cinta con un alfiler y se unta la solución de jabón sobre este agujero. Si la brida tiene un escape, se formarán burbujas. Las fugas deben ser corregidas. Algunas veces los empaques deben ser cambiados. Para hacer esto, el sistema debe ser despresurizado. Si la unidad va a ser drenada, todos los recipientes probados deben ser venteados en el tope de la columna.

4-4

Cédulas De Tubería

Las cédulas de tubería son usadas por los ingenieros de diseño para seleccionar el tamaño adecuado del tubo para una aplicación determinada. Las cédulas de tubería permiten determinar la caída de presión, flujos y resistencias nominales a la presión y a la temperatura. Si el material del tubo es el mismo, un tubo de 1" de diámetro y de cédula 160 es mucho más recio que un tubo de 1" de diámetro y cédula 40, ya que el espesor de la pared es mayor. Sin embargo, se requeriría mucha más fuerza (caída de presión) para mantener el mismo flujo a través del tubo de 1" de diámetro de cédula 160, que a través del tubo de 1" de diámetro de cédula 40, ya que el diámetro interno del tubo de 1" de diámetro de cédula 40 es mayor. Debido a que un tubo de cédula dada funcionará satisfactoriamente bajo un conjunto de condiciones, pero no en otras, las cédulas de tubería deben ajustarse al diseño y debe evitarse el confundirlas o mezclarlas. Reemplace siempre un tubo de cédula 40 con un tubo de cédula 40.

4-5

DATOS PARA TUBERÍAS COME (COMMERCIAL WROUG CÉDULAS DE ESPE (SCHEDULE WAI Tamaño Nominal

0 « 3

•o 4i U

V

o fN J2 3 •o V4, (J

O f*5

_2 3 •o •^4» U

14 16 18 20 24 30 8.625 10.75 12.75 14

0.250 13.5 .125 182.25 2460.4 448400. 33215. 0.250 15.5 .291 240.25 3723.9 57720. 894660 . 0.250 17.5 1641309. .4583 306.25 5359.4 93789. 0.250 19.5 7414.9 144590. 2819500. .625 380.25 0.250 23.5 7167030. 304980 . .958 552.25 12977. 0.312 29.376 2.448 862.95 25350. 744288. 21864218. 0.250 8.125 0.6771 66.02 536.38 4359.3 35409. 1076.9 11038. 113141. 0.250 10.25 0.8542105.06 0.250 12.25 i l . 0 2 1 150.06 1838.3 ¡ 22518. 275855. 0.312 13.376 1.111 178.92 2393.2 32012. 428185. 0.312 15.376 1.281 236.42 859442 . 3635.2 55894. 0.312 17.376 1.448 301.92 91156. 1583978. 5246.3 2643352. 0.375 19.250 1.604 370.56 7133.3 137317. 0.375 23.25 1.937 540.56 6793832. 12568. 292205. 0.500 29.00 2.417 841.0 20511149. 24389. 707281 . 0.277 8.071 0.6726 65.14 4243.2 525.75 34248. 0.307 10.136 0.8447 102.74 1041.4 106987. 10555. 0.330 12.09 1767.2 1.0075 146.17 21366. ; 258304. 2326.2 0.375 13.25 1. 1042 j 175. 56 408394. 30821. 0.375 15.25 54084 . 1.2708 232.56 3546 . 6 824801 . 0.438 17.124 1.4270 293.23 1472397. 85984. 5021.3 0.500 19.00 1.5833 361.00 6859.0 2476099. 130321. 0.562 22.876 1.9063 523.31 11971. 273853. 6264703. 0.625 28.75 2.3958 826.56 23764. 19642160. 683201 . 0.269 0.0224 0.0724 0.0195 0.005242 0.00141 0.068 0.364 0.0303 0.0482 0.088 0.1325 0.01756 0.00639 0.493 0.0411 0.2430 0.091 0.1198 0.05905 0.02912 0.622 0.0518 0.109 0.3869 0.2406 0.1497 0.09310 0.4610 0.824 0.0687 0.679 0.3799 0.113 0.5595 1.210 1.270 0.133 1.049 0.0874 1.100 1.154 0.140 1.380 0.1150 1.904 3.625 5.005 2.628 10.82 1.610 0.1342 2.592 6.718 0.145 4.173 0.154 37.72 18.250 2.067 0.1722 4.272 8.831 91.75 2.469 0.2057 0.203 6.096 15.051 37.161 271.8 0.216 3.068 0.2557 28.878 88.605 9.413 562.2 0.226 3.548 0.2957 12.59 158.51 44^663 4.026 0.3355 16.21 262.76 1058. 0.237 65.256 648.72 3275. 5.047 0.4206 25.47 0.258 128.56 8206. 0.280 6.065 0.5054 36.78 223.10 1352.8 32380. 0.322 7.981 0.6651 63.70 508.36 4057.7 101000. 0.8350 100.4 1006.0 10080. 0.365 10.02 242470. 20306. 0.406 1 1 . 938 0.9965 142.5 1701.3 389340. 29666. 0.438 13.124 1.0937 172.24 2260.5 759375. 0.500 15.000 1.250 225.0 50625 . 3375.0 1368820. 0.562 16.876 1.4063 284.8 81111. 4806.3 2357244. 125320. 0.593 18.814 1.5678 354.0 6659.5 5929784. 262040. 0.687 22.626 1.8855 511.9 11583. 29113. 3725.9 0.406 7.813 0.6511 61.04 476.93 88110. 9.750 0.8125 95.06 0.500 926.86 9036.4 212399. 1571.4 18268. 0.562 11.626 0.9688 135.16 345480. 26962 . 2104.0 0.593 12.814 1.0678 164.20 683618. 46544. 3168.8 0.656 14.688 1.2240 215.74 1222982. 74120. 4492.1 0.750 16.500 1.3750 272.25 2095342. 6205.2 18.376 1.5313 337.68 114028. 0.812 5229036. 10741. 236994. 0.968 22.064 1.8387 486.82 0.000459 0.0462 0.00994 0.002134 0.215 0.0179 0.095 0.002513 0.119 0.302 0.0252 0.0912 0.0275 0.008317 0.01354 0.423 0.0353 0.1789 0.126 0.0757 0.03200 0.04852 0.546 0.0455 0.2981 0.1628 0.08886 0.147 0.2249 0.742 0.0618 0.5506 0.4085 0.3032 0.154 0.8765 0.8027 0.179 0.957 0.0797 0.9158 0.8387 3.409 1.633 1.278 0.1065 2.087 0.191 2.6667

l

/2

3

/4 1

l>/4

Cédula 40

1V2

U

2 2>/2 3 3i/2 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 8 10 12 14 16 18 20 24 l

| Cédula 80

d*

14 16 18 20 24 30 8 10 12 14 16 18 20 24 30 8 10 12 14 16 18 20 24 30 /4 /8

C3 3

d2

Pulgadas Pulgadas

3

•o 4<

"

Potencias del Diámetro Interior (en Pulgadas) '• " "~~ '"" 3 d d*

Pulgadas

'/8

X

Diámetro Interior d "" I)

Ruinadas

l

o vO

Diámetro Us pesor Exterior

/8 /4 /8

l

3

l

/2 /4 1 3

n/4

16 18 20 24 30 8.625 10.75 12.75 14 16 18 20 24 30 0.405 0.540 0.675 0.840 1.050 1.315 1.660 1.900 2.375 2.875 3.500 4.000 4.500 5.563 6.625 8.625 10.75 12.75 14.0 16.0 18.0 20.0 24.0 8.625 10.75 12.75 14.0 16.0 18.0 20.0 24.0 0.405 0.540 0.675 0.840 1.050 1.315 1.660

Pies

Área Transversal Interna ~~a ^4 pulg. 2 pies 2 143.14 0.994 188.69 1.310 240.53 1.670 298.65 2.074 433.74 3.012 677.76 4.707 51.85 0.3601 82.52 0.5731 117.86 0.8185 140.52 0.9758 185.69 1.290 237.13 1.647 291.04 2.021 424.56 2.948 660.52 4.587 0.355351.16 80.69 0.5603 114.80 0.7972 137.88 0.9575 182.65 1.268 230.30 1.599 283.53 1.969 411.00 2.854 649.18 4.508 0.057 0.00040 0.104 0.00072 0.191 0.00133 0.304 0.00211 0.533 0.00371 0.864 0.00600 1.495 0.01040 2.036 0.01414 3.355 0.02330 4.788 0.03322 7.393 0.05130 9.886 0.06870 12.730 0.08840 20.006 0.1390 28.891 0.2006 50.027 0.3474 78.855 0.5475 111.93 0.7773 135.28 0.9394 176.72 1.2272 223.68 1.5533 278.00 1.9305' 402.07 12.7921 47.94 0.3329 74.66 0.5185 106.16 0.7372 128.96 0.8956 169.44 1.1766 213.83 1.4849 265.21 1.8417 382.35 2.6552 0.036 0.00025 0.072 0.00050 0.141 0.00098 0.234 0.00163 0.433 0.00300 0.719 0.00499 1.283 0.00891

ERCIALES DE ACERO FORJADO GHT STEEL PIPE DATA) 'ESORES DE PARED ALL THICKNESS) Tamaño Nominal Pulgadas

Ce'dula 100

Cédula 80

iy2

o M C3

"5 •o l*

v

w

1 _w 3

•o

^4,

U

2 2V2 3 3V2 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 8 10 12 14 16 18 20 24 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 8 10 12 14 16 18 20 24 l

/2 /4 1 3

n/4

iy2 2

1 «

JU

2V2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24

Diámetro Interior D d Pulgadas Pulgadas Pulgadas Pies 1.900 0.200 0.1250 1.500 2.375 0.218 1.939 0.1616 2.875 0.276 2.323 0.1936 3.5 0.300 2.900 0.2417 4.0 3.364 0.2803 0.318 4.5 0.337 3.826 0.3188 5.563 0.375 4.813 0.4011 6.625 0.432 5.761 0.4801 8.625 0.500 7.625 0.6354 10.75 0.593 9.564 0.7970 12.75 0.687 0.9480 11.376 14.0 0.750 12.500 1.0417 16.0 0.843 14.314 1.1928 18.0 0.937 1.3438 16.126 20.0 1.031 17.938 1.4948 24.0 1.218 21.564 1.7970 8.625 0.593 7.439 0.6199 10.75 0.7762 0.718 9.314 12.75 0.843 11.064 0.9220 14.0 0.937 12.126 1.0105 16.0 1.031 13.938 1.1615 18.0 1.156 15.688 1.3057 20.0 1.281 17.438 1.4532 24.0 20.938 1.7448 1.531 4.50 0.438 3.624 0.302 5.563 0.500 0.3802 4.563 5.501 0.4584 6.625 0.562 0.5991 8.625 0.718 7.189 10.75 0.843 9.064 0.7553 12.75 1.000 10.750 0.8959 14.0 11.814 0.9845 1.093 16.0 1.1303 1.218 13.564 18.0 1.375 15.250 1.2708 20.0 1.500 17.000 1.4166 24.0 1.6980 1.812 20.376 0.812 0.5834 8.625 7.001 10.75 0.7292 1.000 8.750 12.75 0.8750 1.125 10.500 14.0 1.250 11.500 0.9583 16.0 13.124 1.438 1.0937 18.0 1.562 14.876 1.23% 20.0 1.750 16.5 1.3750 24.0 2.062 19.876 1.6563 0.840 0.187 0.0388 0.466 1.050 0.0512 0.218 0.614 1.315 0.250 0.815 0.0679 1.660 0.250 1.160 0.0966 1.900 0.281 1.338 0.1115 2.375 0.343 1.689 0.1407 2.875 0.375 0.1771 2.125 3.50 0.437 2.626 0.2188 4.50 3.438 0.2865 0.531 0.3594 5.563 0.625 4.313 5.189 0.4324 6.625 0.718 6.813 0.5677 8.625 0.906 10.75 8.500 0.7083 .125 12.75 .312 10.126 0.8438 14.0 .406 11.188 0.9323 16.0 12.814 1.0678 .593 1.2032 18.0 14.438 .781 20.0 16.064 1.3387 .968 24.0 19.314 1.6095 2.343

Área Transversal Interna

Potencias del Diámetro Interior (en Pulgadas)

Diámetro Kspesor Exterior

d2

d3

2.250 3.760 5.3% 8.410 11.32 14.64 23.16 33.19 58.14 91.47 129.41 156.25 204.89 260.05 321.77 465.01 55.34 86.75 122.41 147.04 194.27 246.11 304.08 438.40 13.133 20.82 30.26 51.68 82.16 115.56 139.57 183.98 232.56 289.00 415.18 49.01 76.56 110.25 132.25 172.24 221.30 272.25 395.06 0.2172 0.3770 0.6642 1.346 1.790 2.853 4.516 6.8% 11.82 18.60 26.93 46.42 72.25 102.54 125.17 164.20 208.45 258.05 373.03

3.375 7.290 12.536 24.389 38.069 56.006 111.49 191.20 443.32 874.82 1472.2 1953.1 2932.8 4193.5 5771.9 10027. 411.66 807.99 1354.4 1783.0 2707.7 3861.0 5302.6 9179.2 47.595 95.006 166.47 371.54 744.66 1242.3 1648.9 2495.5 3546.6 4913.0 8459.7 343.15 669.92 1157.6 1520.9 2260.5 3292.0 4492.1 7852.1 0.1012 0.2315 0.5413 1.561 2.395 4.818 9.5% 18.109 40.637 80.230 139.72 316.24 614.12 1038.3 1400.4 2104.0 3009.7 4145.3 7204.7

d«

¿»

°t , P«lg- 2 5.062 1.767 7.594 2.953 14.136 27.41 67.64 4.238 29.117 6.605 70.728 205.1 8.888 128.14 430.8 11.497 819.8 214.33 18.194 536.38 2583. 26.067 1101.6 6346. 45.663 3380.3 25775. 71.84 80020. 8366.8 101.64 16747. 190523. 122.72 24414. 305176. 160.92 41980. 600904. 204.24 67626. 1090518. 252.72 103536. 1857248. 365.22 216234. 4662798. 3062. 43.46 22781. 7526. 68.13 69357. %.14 14985. 165791 . 21621. 115.49 262173. 152.58 526020. 37740. 193.30 60572. 950250. 238.83 1612438. 92467. 344.32 192195. 4024179. 172.49 10.315 625.1 433.5 16.35 1978. 23.77 915.7 5037. 40.59 19202. 2671. 64.53 6750. 61179. 90.76 13355. 143563. 109.62 19480. 230137. 33849. 144.50 459133. 54086. 824804. 182.66 83521. 226.98 1419857. 326.08 172375. 3512313. 38.50 2402. 16819. 5862. 60.13 51291. 86.59 12155. 127628. 17490. 201136. 103.87 29666. 389340. 135.28 48972. 173.80 728502. 213.82 7^120. 1222981. 15&069. 3102022. 310.28 0.04716 0.002197 0.1706 0.2%1 0.1421 0.08726 0.5217 0.4412 0.35% 2.100 1.811 1.057 1.406 3.205 4.288 13.74 2.241 8.138 20.39 3.546 43.33 124.9 5.416 47.55 9.283 480.3 139.7 14.61 1492. 346.0 21.15 725.0 3762. 36.46 2155. 14679. 56.75 5220. 44371. 80.53 10514. 106461. 98.31 15668. 175292. 345482. 128.% 26961. Í63.72 43454. 627387. 202.67 66590. 1069715. 292.98 139152. 2687582.

A pies 2

0.01225 0.02050 0.02942 0.04587 0.06170 0.07986 0.1263 0.1810 0.3171 0.4989 0.7058 0.8522 1.1175 1.4183 1.7550 2.5362 0.3018 0.4732 0.6677 0.8020 1.05% 1.3423 1.6585 2.3911 0.07163 0.1136 0.1650 0.2819 0.4481 0.6303 0.7612 1.0035 1.2684 1.5762 2.2645 0.2673 0.4176 0.6013 0.7213 0.9394 1.2070 1.4849 2.1547 0.00118 0.00206 0.00362 0.00734 0.00976 0.01556 0.02463 0.03761 0.06447 0.1015 0.1469 0.2532 0.3941 0.5592 0.6827 0.8956 1.1369 1.4074 2.0346

UOP 220-4-1

Empalmes Roscados (Conexiones Roscadas)

Los empalmes roscados se usan primordialmente en líneas de servicio, tales como agua, aire de planta, aire de instrumentos, y en todas las conexiones hechas directamente a un instrumento, tales como tomas de las placas de orifico, medidores de presión, pozos de termopares y termómetros. Los tubos para conductos eléctricos son también roscados. Sin embargo, nunca deben intercambiarse con los accesorios roscados utilizados para fluidos de proceso. El uso de empalmes roscados está limitado por la habilidad de hacer un cierre libre de fugas en las roscas. Esto puede conseguirse, pero un empalme soldado es mucho más confiable, particularmente si una junta tiene que ser calentada y enfriada repetidamente. Un buen lubricante de roscas ayudará a sellar una junta roscada. Sin embargo, éste debe ser compatible con el proceso, ya que muchos lubricantes de roscas pueden contener compuestos que son venenos para los catalizadores. Un lubricante de roscas recomendado por la UOP es el FEL PRO C-100.

EMPALMES ROSCADOS SCREWED FITTINGS (ACCESORIOS, BRIDAS, UNIONES) (FITTINGS. FLANGES, UNIONS)

CODO 45

CODO 90°

CODO REDUCTOR

TAPA DE TUBO

UNION UNIVERSAL

TAPÓN

BRIDA ANSÍ

ACOPLADOR SOLDADO

CODO DE UNION

REDUCTOR INTRODUCIDO

MANGUITO (BUSHING) HEXAGONAL

CRUZ

ACOPLADOR ROSCADO

T(TE)

LATERAL 45°

BRIDA DE UNION HIDRÁULICA UOP 220-4-2

4-9

Tipos De Empalmes Soldados

Aunque las tuberías se usan para contener y dirigir el flujo de los fluidos desde un recipiente a otro, normalmente en línea recta, se usan varios accesorios de empalme para cambiar la dirección del flujo. Algunos de los accesorios más comunes son: CODOS Codo de radio grande — Se usa para cambiar la dirección del flujo gradualmente hasta 90 grados. Codo de radio corto — Se usa para cambiar la dirección del flujo rápidamente a 90 grados. Codo de 45 grados — Se usa para cambiar la dirección del flujo solamente 45 grados. T — Se usa para proporcionar un flujo lateral desviado del flujo principal. Depende del sistema de válvulas. Cruz — Se usa para proporcionar más de un flujo lateral con respecto al flujo principal, dependiendo del sistema de válvulas. Lateral de 45° — Usado para proporcionar un flujo lateral con respecto al flujo principal, dependiendo del sistema de válvulas. Este accesorio generalmente se fabrica localmente durante el montaje. Codos de retorno — Se usan para cambiar la dirección del flujo en 180°. Generalmente se usan en hogares de hornos y de calderas.

4-10

.Y LATERALES DE 45° (ELLS, TEES, CROSSES, AND 45° LATERALS

CODO DE 45° CODO DE RADIO GRANDE

"T" (TE) SOLDARLE

CODO DE RADIO CORTO

CRUZ SOLDARLE

LATERAL DE 45°

CODOS DE RETORNO

CODO DE RETORNO DE RADIO CORTO

CODO DE RETORNO DE RADIO GRANDE

UOP 220-4-3

4-11 .

Empalmes Reductores

Un empalme de reducción es aquél que tiene la abertura de un extremo más grande que la del extremo opuesto. Cuando se especifican los accesorios de reducción, la abertura más grande se da primero, seguida de la abertura más pequeña. Los tamaños de las aberturas laterales se dan entonces comenzando por la más grande. Por ejemplo, una cruz 4" x 3" x 2" indica que el diámetro se reduce de 4" a 3" y que la abertura lateral es de 2". Asimismo, una T 4" x 4" x 3" indica una parte recta de 4" y una rama lateral de 3".

ACCESORIOS DE REDUCCIÓN (REDUCING FITTINGS)

CODO DE REDUCCIÓN DE RADIO GRANDE

EMPALME REDUCTOR CONCÉNTRICO

T" (TE) SOLDABLE DE REDUCCIÓN

CRUZ SOLDABLE CON REDUCCIONES LATERALES

4-13

EMPALME REDUCTOR

LATERAL DE 45° CON REDUCCIÓN UOP 220-4-4

Métodos De Conexión De Tubos Con Bridas

Las bridas se utilizan para conectar o sellar secciones de tubería. Se construyen de tal forma que se puedan instalar o quitar piezas del equipo sin cambiar la tubería. Existen siete tipos básicos de bridas, denominadas: de cuello soldado, de tubo introducido, traslapadas, roscadas, de tubo encajado y soldado, de orificio y bridas ciegas. Las bridas de cuello soldado se distinguen de los otros tipos por el estrechamiento gradual del cuello y por la suave transición de espesores en la región del extremo de la brida soldado con el tubo. Las bridas de este tipo son preferidas para condiciones de servicio severas. Las bridas de cuello soldado son particularmente recomendadas para manejar líquidos explosivos, inflamables o costosos. Las bridas de tubo introducido (slip on) son preferidas a las bridas de cuello soldado por su bajo costo inicial y por no requerir precisión durante el corte de la tubería. Sin embargo el coste final resulta casi igual al del tipo de cuello soldado. Su resistencia a la presión interior es de unos 2/3 la de las de cuello soldado y su resistencia a la fatiga es de sólo 1/3 relativa a las de cuello soldado. Las bridas de tubo introducido (slip on) se limitan a servicios moderados donde no haya choques o variaciones extremas de presión o de temperatura. Las bridas roscadas, hechas de acero, se destinan a aplicaciones especiales. Su principal mérito reside en el hecho de que pueden ser ensambladas sin soldadura. Las bridas roscadas son inadecuadas para condiciones que involucren cambios de temperatura o esfuerzos de torsión de cualquier magnitud, particularmente bajo condiciones cíclicas en cuyo caso fugas a través de las roscas pueden ocurrir en relativamente pocos ciclos de calentamiento o esfuerzo. Las bridas de tubo encajado y soldado (socket weld), inicialmente fueron desarrolladas para su uso en tuberías de alta presión y de pequeño diámetro. Puede lograrse un acabado muy pulido en la parte interna de la tubería. Durante los últimos años la brida de tubo encajado y soldado se ha transformado en la de uso más común en plantas químicas, sobre todo cuando se pule la soldadura interna.

4-14

MÉTODOS DE CONEXIÓN DE TUBOS CON BRIDAS (METHODS OF CONNECTING PIPE TO FLANGES)

BRIDA DE CUELLO SOLDADO

BRIDA DE TUBO ENCAJADO Y SOLDADO

BRIDA ROSCADA

ORIFICIO DE DERRAME

BRIDA DE TUBO INTRODUCIDO

BRIDA TRASLAPADA UOP 220-4-5

4-15

Métodos De Acoplamiento De Bridas

Las BRIDAS TRASLAPADAS se usan principalmente con juntas traslapadas de extremos acampanados. El costo combinado del sistema es aproximadamente un tercio más alto que el de las bridas de cuello soldado. Un uso importante de las bridas de junta traslapada en sistemas de tubería de acero al carbono o aceros de baja aleación es en servicios que requieren frecuentes desmantelamientos para inspección y limpieza. El uso principal de las bridas traslapadas, sin embargo, es en tuberías resistentes a la corrosión cuando puede usarse un material resistente a la corrosión para el extremo acampanado y acero al carbono para la brida. Esto reduce considerablemente el costo de la conexión puesto que los materiales resistentes a la corrosión son más caros. LA CARA ALZADA es la más común de las caras empleadas con bridas de acero. El alto de la cara es de 1/16" para bridas de 150 y 300 Ibs. y de 1/4" para todas las otras presiones. La cara es acabada a máquina con ranuras concéntricas o espirales (aproximadamente 1/64" de profundidad y aproximadamente 1/32" entre surcos) para sostener el empaque a presión. Puesto que ambas bridas de un par son idénticas no hay problemas al almacenarlas o ensamblarlas. Las bridas de cara alzada generalmente se instalan con empaques de anillos planos de anchura igual a la de la cara alzada, pero cuando se usan empaques planos metálicos, el ancho del empaque debe extenderse hasta los orificos de los pernos. CARAS MACHO Y HEMBRA — Están normalizadas en tipos grande y pequeño. La cara hembra es de 3/16" de profundidad y la cara macho de 1/4" de altura y ambas poseen un acabado liso puesto que el diámetro externo de la cara hembra sirve para situar y retener el empaque. Como puede verse, el ancho de la superficie de contacto tanto de la brida de cuello soldado como de la brida de cara alzada es mayor que en la brida roscada. Se notará este efecto especialmente en bridas roscadas instaladas en tuberías de tamaño corriente. CARAS LENGUA-RANURA — Están también normalizadas en dos tipos grande y pequeño. Difieren de las bridas machohembra en que el diámetro interno de la lengua-ranura no se extiende hasta el hueco de la brida, así que el empaque es retenido entre sus diámetros interior y exterior. Esto evita que el empaque entre en contacto con el fluido erosivo o corrosivo de la línea. El tamaño reducido de la lengua-ranura proporciona un área de empaque mínima, dando como resultado una carga mínima de compresión del empaque y la más alta eficiencia de junta posible con empaques planos.

4-16

CARA CON ANILLO DE JUNTA — Son las más costosas caras normalizadas pero también las más eficientes, ya que la presión interna actúa sobre el anillo incrementando así la fuerza de sellado. Las dos bridas del par son iguales reduciéndose asi los problemas de almacenamiento y de ensamblaje que existen con las juntas macho-hembra y lenguaranura. Debido a que las superficies de contacto con el empaque están por debajo de la cara de la brida, las caras con anillo de junta son, de todas las caras, las menos propensas a sufrir daño en el manejo o montaje. La ranura de fondo plano está normalizada. Tanto empaques de anillo ovalado como de anillo octogonal pueden ser usados en este tipo de ranura. Solamente pueden usarse empaques de anillo ovalado en ranuras de fondo redondo. Nunca se deben usar cementos sellantes en una junta de anillo. La junta de anillo y el empaque deben ser limpiados perfectamente y luego frotados con un aceite ligero. La superficie de asiento debe ser de metal a metal. Los compuestos sellantes fluirán hacia afuera a altas temperaturas y cualquier efecto sellante por ellos creado se perderá, con lo que la junta será incapaz de sellar. Mucha atención debe prestarse al código de cada anillo ya que éste describe la aleación del metal del anillo. Vea las especificaciones de tubería de la UOP para la unidad en la que usted esté trabajando para verificar que se use la aleación apropiada. CARAS PLANAS — Son una variante de las caras alzadas y a veces se fabrican rebajando a máquina 1/16" de la cara alzada en las bridas de 150 Ibs. y 300 Ibs. Se emplean principalmente para acoplar válvulas y accesorios de hierro fundido de 125/250 libras. Una brida de acero de cara plana permite emplear un empaque cuyo diámetro externo iguala al de la brida o puede ser tangente a los huecos de los pernos. De esta manera se minimiza el peligro de rotura de la brida de hierro fundido cuando se ajustan los pernos.

4-17 .

MÉTODOS DE ACOPLAMIENTO DE BRIDAS (METHODS OF MATING FLANGES)

JUNTA TRASLAPADA

CARA ALZADA

CO

MACHO Y HEMBRA DE CUELLO SOLDADO

MACHO Y HEMBRA ROSCADOS

JUNTA DE ANILLO DE ASIENTO OVAL

LENGUA Y RANURA

BRIDA DE ANILLO DE JUNTA OCTOGONAL CON EMPAQUE DE ANILLO OVAL U OCTOGONAL

BRIDA CON ANILLO DE JUNTA

ANILLO DE EMPAQUE OVAL

ANILLO DE EMPAQUE OCTOGONAL

ASIENTO PARA ANILLO DE EMPAQUE OCTOGONAL

Accesorios Especiales

Las bridas ciegas se usan para tapar los extremos de las tuberías, válvulas y aberturas de los recipientes a presión. Considerando la presión interna y la carga de los pernos, las juntas ciegas, particularmente las de gran tamaño, son las que están más altamente tensionadas de todos los tipos de bridas ASA. Sin embargo, en comparación con otras bridas, tienen a su favor el hecho de que no requieren aguantar tensiones de línea causadas por el sistema de tubería. Cuando exista la posibilidad de que se presenten severos golpes de ariete se deberían emplear cierres hechos de tapa soldada.

(SPECIAL FITTINGS)

TAPASOLDABLE

BRIDA DE REDUCCIÓN

BRIDA CIEGA

4-19

UOP 220-4-7

Bridas De Orificio

Las bridas de orificio se usan extensamente con los medidores de orificio para medir el flujo de líquidos y de gases. Son básicamente iguales a las bridas normalizadas de cuello soldado excepto que están provistas de perforaciones radiales en el anillo de la brida para tomas de medición y pernos adicionales que actúan para separar las bridas durante inspección o reemplazo de la placa de orificio.

CONJUNTO DE LA BRIDA DE ORIFICIO (ORIFICE FLANGE MANIFOLD) LENGÜETA

PLACA DE ORIFICIO EMPAQUE

EMPAQUE SOLDADURA DE SELLADO

SOLDADURA DE SELLADO

DIRECCIÓN DEL FLUJO

TOMA DE BAJA PRESIÓN

TOMA DE ALTA PRESIÓN VÁLVULA DE BYPASS

A LA CELDA DE PRESIÓN DIFERENCIAL

A LA CELDA DE PRESIÓN DIFERENCIAL

UOP 220-4-8

4-20

Tubos Venturi

Los Venturis se utilizan para medir flujos en servicios especiales cuando las placas de orificio no son adecuadas debido a condiciones de proceso. Un Venturi consiste en un trozo de tubería del mismo diámetro que el del sector precedente con una estrangulación gradual a una garganta de diámetro inferior, seguida por una expansión al diámetro original. Vienen provistos de conexions para tomas de presión y la medida del flujo se hace de forma idéntica a la de las placas de orificio.

VENTURI (VENTURI) TAPONES SOLIDOS

DIRECCIÓN DEL FLUJO

CONEXIÓN DE ALTA PRESIÓN

CONEXIÓN DE BAJA PRESIÓN

VÁLVULA DE BYPASS

AL MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL

AL MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL

4-21

UOP 220-4-16

Empaques

Excepto por los tubos unidos por soldadura y las uniones roscadas, la mayoría de las juntas deberán ser embridadas y el acoplamiento de las dos bridas debe ir sellado con un empaque para impedir escapes. Los empaques se fabrican de varios materiales tales como asbesto, caucho, plásticos y casi todos los metales y aleaciones. Para bridas de hierro fundido de 125 a 250 Ibs., los pernos de la brida deben ir a través del empaque. Esto se hace para impedir la rotura de la quebradiza brida de hierro fundido. Este tipo de brida se usa con agua y en algunos servicios de vapor. Las bridas restantes, de 150 Ib. o más, usan empaques centrados dentro de los pernos de la brida, pero nunca obstruyendo el diámetro interior de la tubería. El material empleado en la confección del empaque determina en que servicios se le puede utilizar. Los empaques hechos de asbesto compactado con otros materiales ligadores tales como papel, cauchos, plásticos, etc., no se usan cuando la temperatura excede de los 250°C, o con hidrocarburos, o cuando los fluidos del proceso puedan disolver el ligador. Los empaques metálicos más comúnmente usados consisten en dos láminas metálicas con una capa de asbesto entre las dos. Las caras metálicas del empaque pueden ser lisas o acanaladas. Otro tipo de empaque que puede ser usado en casi todos los servicios es el de espiral. Ésta es una espiral de metal con dos anillos de retención, uno interior y otro exterior. Se añade asbesto o teflón entre cada espiral para garantizar el sellado entre los empaques. Los empaques de anillo impiden fugas del fluido de proceso bajo las condiciones más severas, y se usan extensamente en servicios de alta presión de hidrógeno incluso a altas temperaturas. Este tipo de empaque puede ser usado solamente con bridas diseñadas para este tipo de empaque.

x

Todos los empaques deben ser adecuadamente instalados y todas las bridas deben ser adecuadamente apretadas de tal forma que el empaque, que es más blando que la brida, se comprima uniformemente.

4-22

EMPAQUES (GASKETS) EMPAQUES CON REVESTIMIENTOS DE METAL Y EMPAQUES DE LAMINA METÁLICA ACANALADA PARA BRIDAS DE CARA ALZADA TIPO DE BRIDA

TAMAÑO DE LA

150#

300»

4000

900#

600»

1500»

2500*

TAMAÑO DE LA

I.D.

O.D.

O.D.

O.D.

O.D.

O.D.

O.D.

O.D.

1 12

1

1-7/8

2-1 /8

2-1 ,'8

2-1 /8

2-1 12

2-1 12

2-3/4

1 12

3/4

1-5/16

2-1 14

2-5/8

2-5/8

2-5/8

2-3/4

2-3/4

3

3/4

1

1-1/2

2-5/8

2-7 IB

2-7/8

2-7/8

3-1 /8

3-1 18

3-3/8

1

1-1/4

1-7/8

3

3-1 14

3-1 14

3-1 14

3-1 12

3-1 12

4-1 /8

1-1 14

1-1/2

2-1 /8

3-3/8

3-3/4

3-3/4

3-3/4

3-7/8

3-7/8

4-5/8

1-1/2

2

2-7/8

4-1 /8

4-3/8

4-3/8

4-3/8

5-5/8

5-5/8

5-3/4

2

2-1 12

3-3/8

4-7/8

5-1 /8

5-1 /8

5-1 /8

6-1 12

• 6-1/2

6-5/8

2-1 12

3

4-1 /4

5-3/8

5-7/8

5-7/8

5-7/8

6-5/8

6-7/8

7-3/4

3 1 12

4-3/4

6-3/8

6-1 12

6-3/8

6-3/8

4

5-3/16

6-7/8

7-1 /8

7

7-5/8

8-1 /8

8-1 14

9-1 14

5

6-5/16

7-3/4

8-1 12

8-3/8

9-1 12

9-3/4

10

11

5

6

7-1 12

8-3/4

9-7/8

9-3/4

10-1/2

11-3/8

11-1/8

12-1/2

6

3 3-1 12

4

8

9-3/8

11

12-1 /8

12

12-5/8

14-1 /8

13-7/8

15-1 14

8

10

11-1/4

13-3/8

14-1/4

14-1/8

15-3/4

17-1 /8

17-1/8

18-3/4

10

12

13-1/2

16-1 /8

16-5/8

16-1/2

18

19-5/8

20-1 12

21-5/8

14

14-3/4

17-3/4

19-1/8

19

19-3/8

20-1 / 2

22-3 / 4

14

12

16

16-3/4

20-1 / 4

21-1/4

21-1/8

22-1 14

22-5 / 8

25-1 14

16

18

19-1/4

21-5/8

23-1 / 2

23-3/8

24-1 /8

25-1 / 8

27-3/4

18

20

21

23-7/8

25-3 / 4

25-1 12

26-7/8

27-1 / 2

29-3/4

20

24

25-1 / 4

28-1 / 4

30-1 12

30-1 / 4

31-1/8

33

35-1 / 2

24

NÚMEROS DEL ANILLO PARA BRIDAS CON ANILLO DE JUNTA TAMAÑO DE TUBERÍA 150#

300# 400# 600#

1/2

3/4

-

-

1

1-1 A 1-1/2

2

2-1/2

3

3-1/2

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

24

R15 R17 R19 R22 R25 R29 R33 R36 R40 R43 R48 R52 R56 R59 R64 R68 R72 R76

R11 R13 R16 R18 R20 R23 R26 R31* R34 R37 R41 R45 R49 R53 R57 R61 R65 R69 R73 R77

900#

R12 R14 R16 R18 R20 R24 R27 R31

-

1500#

R12 R14 R16 R18 R20 R24 R27 R35

-

R39 R44 R46 R50 R54 R58 R63 R67 R71

2500#

R13 R16 R18 R21 R23 R26 R28 R32

-

R38 R42 R47 R51 R55 R60

R37 R41 R45 R49 R53 R57 R62 R66 R70 R74 R78

-

-

-

R75 R79

-

-

NOTAS 1.

TODAS LAS DIMENSIONES ESTÁN EN PULGADAS. EL SÍMBOLO 9 INDICA LIBRAS.

2.

LAS DIMENSIONES DEL REVESTIMIENTO DE METAL Y DE LA HOJA DE EMPAQUE ESTÁN DE ACUERDO CON EL APÉNDICE E. FIGURA 7 DE LA A.S.A. B16.5.

*

EL NUMERO DEL ANILLO PARA BRIDAS TRASLAPADAS DE 3" DE DIÁMETRO ES R30. UOP 220-4-9

4-23

PERNOS (BOLTS) ESPÁRRAGOS PARA BRIDAS CON JUNTAS DE ANILLO 400*

3001*

150*

600*

DE LA

No.

TAMAÑO

No.

TAMAÑO

No.

1 12

4

1/2x3

4

1/2x3

4

1/2x3

3/4

4

5/8x3-1/2

4

5/8x3-1/2

4

5/8x3-1/2 5/8x3-1/2

No.

TAMAÑO

TAMAÑO

1

4

1/2x3

4

5/8x3-1/2

4

5/8x3-1/2

4

1-1/4

4

1/2x3-1/2

4

5/8 x4

4

5/8 x4

4

5/8 x4

1-1/2

4

1/2x3-1/2

4

3/4x4

4

3/4x4-1/2

4

3/4x4-1/2

2

4

5/8 x4

8

5/8x4-1/2

8

5/8x4-1/2

8

5/8x4-1/2

2-1 12

4

5/8 x 4

8

3/4 x5

8

3/4 x5

8

3/4 x 5

3

4

5/8 x 4

8

3/4x5

8

3/4 x5

8

3/4 x5

3-1 12

8

5/8 x 4

8

3/4 x 5

8

7/8x5-1/2

8

7/8x5-1/2

4

8

5/8 x 4

8

3/4x5-1/2

8

7/8 x6

8

7/8 x6

5

8

3/4x4-1/2

8

3/4x5-1/2

8

7/8 x6

8

1 x 6-1 / 2

6

8

3/4x4-1/2

12

3/4x5-1/2

12

7/8x6-1/2

12

1 x7

8

8

3/4x5

12

7/8x6-1/2

12

1 x7

12

1-1 18 x8

1-1/4x8-1/2

10

12

7/8 x 5

16

1 X 7

16

1-1 /8 x 8

16

12

12

7/8 x 5

16

1-1/8x7-1/2

16

1-1/4x8

20

1-1/4x9

14

12

1 x6

20

1-1/8x8

20

1-1/4x8-1/2

20

1-3/8x9-1/2

16

16

1 x6

20

1-1/4x8

20

1-3/8x9

20

1-1 12 x 10

18

16

1-1/8x6-1/2

24

1-1/4x8-1/2

24

1-3/8x9

20

1-5/8 x 11

20

20

1-1/8x6-1/2

24

1-1/4x9

24

1-1 12 x10

20

1-5/8x11-1/2

24

20

1-1/4x7

24

1-1/2x10

24

1-3/4x11

24

1 - 7 / 8 x 13

900* TUBE.*.

No.

TAMAÑO

1 12

4

3/4 x 4-1 / 2

3/4

4

1

4

1-1 M 1-1 12

1500*

TitT

2500*

TAMAÑO

No.

TAMAÑO

4

3/4x4-1/2

4

3/4 x5

3/4 X 4-1 12

4

3/4x4-1/2

4

3/4x5

7/8x5

4

7/8 x5

4

7/8x5-1/2

4

7/8 x5

4

7/8x5

4

1 x6

4

1 x 5-1 / 2

4

1 x 5 - 1 12

4

1-1/8x7

2

8

7/8 x 6

8

7/8 x6

8

1 x7

2-1 12

8

1 «6-1/2

8

1 x 6 - 1 12

8

1-1/8x8

3

8

7/8x6

8

1-1 /8 x7

8

1-1 M x 9

3-1/2

4

8

1-1/8x7

8

1-1/4x8

8

1-1 12 x 10-1 12

5

8

1-1/4x7-1/2

8

1-1 12 x10

8

1-3/4x12-1/2

6

12

1-1/8x8

12

1-3/8x10-1/2

8

2x14

8

12

1-3/8x9

12

1-5/8x12

12

2x15-1/2

10

16

1-3/8x9-1/2

12

1-7/8x13-1/2

12

2-1 / 2 x 20

12

20

1 - 3 / 8 x 10

16

2x15-1/2

12

2-3/4x22

14

20

1-1/2x11

16

2-1 M x17

16

20

1-5/8x11-1/2

16

2-1/2x18-1/2

18

20

1-7/8x13-1/2

16

2 - 3 / 4 x 20-1 12

20

20

2x14

16

3 x 22

24

20

2-1 12 x 18

16

3-1 / 2 x 25-1 / 2

NOTAS 1.

TODAS LAS DIMENSIONS ESTÁN EN PULGADAS UOP 220-4-10

4-24

EMPAQUES (GASKETS) EMPAQUES NO METÁLICOS PARA BRIDAS DE TUBOS TAMAÑO DE LA TUBERÍA

125#C.I./150#F.S. 150#F.S. 250#C.I. 300#F.S. CARA PLANA TOTAL CARA ALZADA CARA ALZADA CARA ALZADA I.D.

O.D.

1/2

27/32

1-7/8

3/4

1-1/16

2-1 /4

1-5/16

2-5/8

1-5/16

I.D.

O.D.

1

1-5/16

4-1 14

I.D.

O.D.

I.D.

O.D.

27/32

2-1 /8

1-1/16 2-7 IB

1-5/16

2-5/8 2-7/8

1-1/4

1-21 132

4-5/8

1 -21 / 32

3

1 -21 / 32

3-1/4

1-21 132

3-1 14

1-1/2

1-29/32

5

1 -29 / 32

3-3/8

1 -29 / 32

3-3/4

1-29/32

3-3/4

2

2-3/8

6

2-3/8

4-1 /8

2-3/8

4-3/8

2-3/8

4-3/8

r

2-1 12

2-7/8

7

2-7/8

4-7/8

2-7/8

5-1 /8

2-7/8

5-1/8

3

3-1 12

7-1 12

3-1 12

5-3/8

3-1 12

5-7/8

3-1 12

5-7/8

3-1 12

4

8-1 12

4

6-3/8

4

6-1 12

4

6-1 12

4

4-1 12

9

4-1 12

6-7/8

4-1 12

7-1 /8

4-1 12

7-1 IB

5

5-9/16

10

5-9/16

7-3/4

5-9/16

8-1 12

5-9/16

8-1/2

6

6-5/8

11

6-5/8

8-3/4

6-5/8

9-7/8

6-5/8

9-7/8

8

8-5/8

13-1/2

8-5/8

11

8-5/8

12-1/8

8-5/8

12-1/8

10

10-3/4

16

10-3/4

13-3/8

10-3/4

14-1/4

10-3/4

14-1/4

12

12-3/4

19

12-3/4

16-1 /8

12-3/4

16-5/8

12-3/4

16-5/8

14

14

21

14

17-3/4

14

19-1 /8

14

19-1/8

16

16

23-1 / 2

16

20-1 / 4

16

21-1 14

16

21-1/4

18

18

25

18

21-5/8

18

23-1 / 2

18

23-1 / 2

20

20

27-1 / 2

20

23-7/8

20

25-3 / 4

20

25-3/4

24

24

32

24

28-1 / 4

24

30-1/2

24

30-1 / 2

30

30

38-3 / 4

30

37-1 / 2

36

36

46

36

44

42

42

53

42

50-3/4

48

48

59-1 / 2

48

58-3 / 4

NOTAS 1.

TODAS LA DIMENSIONES ESTÁN EN PULGADAS. EL SÍMBOLO # INDICA LIBRAS

2.

LOS TAMAÑOS DE LOS EMPAQUES ESTÁN DE ACUERDO CON LA NORMA A.S.A. B 16.21

3.

I.D. = DIÁMETRO INTERNO; O.D. = DIÁMETRO EXTERNO UOP 220-4-11

4-25

Tapas Ciegas De Acero, Recomendadas Para Uso Temporal

Muchas veces es necesario instalar temporalmente tapas ciegas en líneas de proceso o de servicio para efectuar trabajos de reparación o simplemente por conveniencia durante la operación normal. Es importante que estas tapas temporales sean del espesor apropiado para que puedan resistir de forma segura la presión ejercida en la línea. Debe recalcarse que la información contenida en la tabla siguiente es para TAPAS TEMPORALES SOLAMENTE. La tubería debe ser diseñada e instalada incluyendo un "DUTCHMAN" de espesor igual a una tapa ciega normal en cualquier junta embridada de tuberías rígidas donde la junta no pueda ser removida fácilmente y donde sea necesario bloquear el flujo. Las tapas de acero al carbono no deben ser usadas en servicios corrosivos. Todas las tapas corroídas o picadas deben ser descartadas.

4-26

NOMOGRAMA PARA CALCULAR EL ESPESOR DE TAPAS CIEGAS (ALIGNMENT CHARTS FOR FRYING PAN BLANKS) 1000 900 800 700

- - 60"

600

- - 50"

3" 2-3/4" 2-1/2" 2-1/4" 2" 1-3/4" 1-1/2" 1-1/4"

--40"

- - 30"

UJ

CO

D

24" 22" 20" 18"

16" 14" UJ + 12" O

-t 4-10

--

500

--

400

-- 300

1" 7/8" 3/4"

--

200

U

5/8"

f,

-- 1/2" O g

tc UJ

+3/8"

100

-- 8"

Q.

-- 1/4"

o -£7) UJ

o 6"

<

-J -- 3/16" UJ

5"

80

K Q. --

60

--

40

--

20

-- 4" UJ

0. -- 3"

+ 1/16" NOTAS: 1. USADA CON BRIDAS DE CARA ALZADA DE DOBLE MACHO

-- 2"

-- 1/32"

2. EL MATERIAL ES ACERO AL CARBONO 3. PARA TAPAS CIEGAS USADAS TEMPORALMENTE 4. CUANDO EL ESPESOR REQUERIDO DE LA TAPA CIEGA CAE ENTRE CUALQUIER PAR DE VALORES CONSECUTIVOS, USE SIEMPRE EL VALOR MAS GRANDE DE ESTOS DOS

10 UOP 220-4-12

4-27

Soporte De Resorte

El soporte de resorte se usa para sostener tubería que pueda cambiar de posición debido a la expansión o a la contracción del tubo o del recipiente al cual el tubo se acopla, cuando la temperatura de los fluidos del proceso cambia. Si el tubo estuviera soportado de forma rígida, la gran fuerza creada por la expansión de los tubos y de los recipientes podría partir el soporte rígido o causar la desconexión del tubo y del recipiente en la junta embriada, con el escape de fluido correspondiente. Esta situación implicaría una parada de producción involuntaria. El resorte de la suspensión sostendrá el tubo de tal manera que éste se pueda mover hacia arriba y hacia abajo, mientras que la varilla que conecta el resorte con el tubo le permitirá moverse hacia atrás y hacia adelante dado que la varilla está sobre un pivote. Los soportes de resorte se suministran desde la fábrica y se instalan con un pasador de seguro. El pasador se remueve después de haber completado la instalación y las pruebas hidráulicas. Una suspensión de resorte que fue diseñada para soportar un tubo de vapor nunca debe ser usada con un tubo lleno de líquido sin colocar nuevamente el pasador de seguro. El peso adicional del líquido puede dañar o cambiar el ajuste de la suspensión de resorte. En la figura se muestra una suspensión de resorte con su pasador de seguro.

SUSPENSIÓN DE RESORTE PARA TUBOS (PIPE SPRING HANGER)

PASADOR DE SEGURO

SUSPENSIÓN DE RESORTE

4-29

Soportes De Tubería

En general, nunca se soporta una tubería rígidamente. (Una excepción puede ser un tubo que esté sujeto a vibración y que nunca esté sujeto a cambios de temperatura que no sean los de la temperatura ambiente.) Los siguientes son algunos de los métodos usados para soportar tubería y que, no obstante, permiten que el tubo se mueva.

Zapatas De Tubería

Se usan conjuntamente con la estructura de tubos. Tienen la forma de T, con la T invertida. La parte horizontal de la "T" descansa sobre la estructura para soporte de tubos. El extremo vertical de la "T" está soldado al tubo. Cuando el tubo se expande, la sección horizontal de la "T" se desliza sobre la estructura para soporte de tubos, pero todavía soportando el tubo. En algunos casos, debido a la excesiva expansión o a un diseño impropio la zapata del tubo puede deslizarse fuera de la estructura soporte de tubos. Si esto ocurre notifique a su supervisor inmediatamente de tal forma que la zapata del tubo puede ser reinstalada o alargada. En cualquier caso, el tubo puede ser soportado temporalmente.

Soporte A Ras Del Suelo

Los haces de tuberías para válvulas de control o para bombas, a menudo se extienden a pocos pies sobre el suelo. Se suelda un tubo en los codos del haz de tubos. Se suelda un plato base en el extremo opuesto del tubo que descansa en el suelo permitiendo que el haz de tubos se mueva con la expansión pero, no obstante, soportando el peso del mismo.

Pernos "U'

Los soportes de tubos con pernos "U" se usan flojos para guiar el tubo, pero permitiéndole que se deslice. Sin embargo, cuando el perno "U" está ajustado, puede mantener rígido el tubo y en algunos casos esto es deseable. Generalmente, el sentido común permitirá ver si un tubo está sujeto a alguna forma de expansión ocasionada por la elevación de temperaturas en el tubo o en el recipiente al cual se conecta, y esto determinará la configuración correcta. Cuando dude, reporte la situación a su supervisor.

4-30

SOPORTE DE TUBERÍA (PIPE SUPPORTS)

, ASIDERO DEL RECIPIENTE , ESCUADRA DE SOPORTE

, ASIDERO DEL RECIPIENTE , ESCUADRA DEL SOPORTE

PERNO "U" STANDARD

ABRAZADERA DEL

SOPORTE ASIDERO DEL SOPORTE

ASIDERO DEL SOPORTE

ZAPATAS DE TUBERÍAS (PIPE SHOES) INSTALACIÓN

BARRA

ZAPATA

ZAPATA VIGA SOPORTE

T

L- VIGA SOPORTE

CORTE EL TUBO DE SOPORTE DE MANERA QUE SE ADAPTE AL CONTORNO DEL CODO. (EVITE QUEMAR CON EL SOPLETE UN AGUJERO A TRAVÉS DEL CODO)

TUBO .

VENTEO

TUBERÍA CORRIENTE SOLDADA DE 1 1/2" A 8'

3'-0" MAX.

ZAPATA ACOPLAMIENTO DE ACERO FORJADO

\ VIGA SOPORTE

PLATO BASE UOP 220-4-14

4-31

HERRAMIENTAS (TOOLS) Llave De Tubo

Las llaves de tubo están diseñadas para proporcionar el agarre y palanca requeridos para introducir y apretar tubo roscado desde 1/8" a 3" dentro de empalmes roscados. Las llaves de tubo vienen en varios tamaños desde 9" a 36". Este número indica la longitud del mango. Aún cuando las llaves de tubo son ajustables para varios tamaños de tubos, el margen es limitado para cada tamaño de llave.

Llave Inglesa

Una llave de extremo abierto de abertura ajustable que se usa para apretar o aflojar las tuercas de los pernos roscados.

Llave De Extremo Abierto (Llave De Boca)

Vienen en varios tamaños y longitudes y cada tamaño se emplea con un tamaño de tuerca dado.

Llave De Extremo Cerrado (Llave De Copa)

En principio, es la misma que una llave de extremo abierto excepto que esta llave encierra completamente a la tuerca.

Llave De Clavija

Pueden ser de extremo abierto o cerrado. El mango termina en punta. Este mango se usa para alinear las bridas, de manera que los pernos puedan ser insertados a través de los huecos.

Llave De Martillo

Es una llave de extremo abierto o cerrado con un mango corto cuadrado hecho de acero forjado. Se emplea para ajustar o aflojar tuercas de los pernos roscados en bridas de gran tamaño. La llave y la tuerca son giradas golpeando el mango cuadrado de la llave con un mazo o martillo.

Mazo (Marro O Combo)

Es una pieza de acero forjado de forma alargada con una cara cuadrada fijada al extremo de un mango de madera. El extremo metálico se llama la cabeza y viene en varios pesos.

Alicates

Una herramienta de agarre usada para girar o sostener pequeños objetos tubulares. El diseño del mango permite incrementar la palanca.

Alicates De Extensión (Alicates Ajustables)

Alicates ajustables con mangos largos para proporcionar mayor brazo de palanca sobre el objeto que está siendo girado o sostenido. Los alicates de extensión pueden proporcionar la palanca necesaria para abrir válvulas pequeñas que no puedan ser abiertas con la mano.

4-33

Destornillador

Una varilla de acero que se estrecha gradualmente hasta formar una hoja plana en un extremo y fijada dentro de un mango en el extremo opuesto. La hoja se inserta dentro de la ranura en la cabeza del tornillo. Girando el destornillador el tornillo puede ser introducido o sacado de la madera o del metal. Se usa también para ajustar tapones roscados en una tuerca o en otros objetos roscados.

Destornillador "Phillips" (Destornillador Estrella)

En principio, el destornillador Phillips es lo mismo que el destornillador corriente excepto que la hoja del extremo tiene la forma de cruz aguzada hasta terminar en punta. La forma de cruz de la hoja proporciona más área de contacto con la hoja de la cabeza de un tornillo pequeño.

Llaves Hexagonales Son pequeñas llaves en forma de "L". El contorno exterior (Llaves "Alien") es cuadrado o hexagonal y se ajusta dentro de un tornillo cuya cabeza tiene un hueco de forma cuadrada o hexagonal. Se utilizan muy a menudo para tornillos fijos. Martillo De Bola

Un extremo de la cabeza de metal del martillo es plano y se usa para golpear cinceles, punzones, etc. El otro extremo es redondo y se usa para abollonar metales.

4-34

HERRAMIENTAS (TOOLS)

LLAVE DE TUBO

LLAVE INGLESA

ALICATES DE EXTENSIÓN (ALICATES AJUSTABLES)

ALICATES DE PRESIÓN

ALICATES

LLAVES DE CLAVIJA

LLAVES DE EXTREMO ABIERTO (LLAVES DE BOCA)

LLAVES DE EXTREMO CERRADO (LLAVES DE COPA)

DESTORNILLADOR

irr

DESTORNILLADOR PHILLIPS (DE ESTRELLA)

LLAVES HEXAGONALES

MAZO (MARRO O COMBO)

MARTILLO DE BOLA

UOP 220-4-15

4-35

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OPeMTORÍ

VÁLVULAS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

5-1

FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS VÁLVULAS (THE PRINCIPAL FUNCTIONS OF VALVES) Abrir Y Cerrar El Flujo

Éste es el servicio para el cual las válvulas se usan generalmente. Las válvulas de compuerta son excelentes para este servicio. El diseño de su asiento, al abrirse, permite que el fluido se mueva a través de la válvula en línea recta con una restricción al flujo y una pérdida de presión mínimas.

Regulación O Ajuste Del Flujo

La regulación o ajuste del flujo se hace más fácilmente con válvulas de asiento o de ángulo. El diseño de su asiento causa un cambio de dirección del flujo a través de la válvula, con lo que se incrementa la resistencia al flujo en la válvula. La construcción del disco de las válvulas de asiento y de ángulo permite una mejor regulación del flujo. Estas válvulas se usan raramente en tamaños mayores de 12 pulgadas, debido a la dificultad en abrir y cerrar las válvulas grandes contra la presión.

Prevención De Flujo Inverso (Contraflujo)

Las válvulas de retención o válvulas unidireccionales (válvulas "check") ejecutan la sola función de evitar o impedir la inversión de flujo en las tuberías. Vienen en dos tipos básicos: de balanceo y de levantamiento. El flujo mantiene estas válvulas abiertas; la graveded y el flujo inverso las cierran automáticamente. Como regla general, las válvulas de retención de balanceo se usan con válvulas de compuerta; las válvulas de retención de levantamiento con válvulas de asiento.

Escape De Presión

Calderas y otros equipos que pueden ser dañados por presiones excesivas deben estar equipados con válvulas de seguridad. Generalmente son válvulas lastradas con un resorte tarado que se abren automáticamente cuando la presión excede el límite para el cual la válvula está calibrada. Estas válvulas se conocen como: válvulas de seguridad y válvulas de descarga. Las válvulas de seguridad se usan generalmente para vapor, aire y otros gases. Las válvulas de descarga se usan generalmente para líquidos.

5-3

Válvulas De Compuerta (Válvulas De Atajadera)

Las válvulas de compuerta son las más extensamente usadas en tubería industrial. Esto es porque muchas válvulas se usan sólo como válvulas de cierre para cortar totalmente o abrir totalmente el flujo. Ésta es la única función para la cual se recomiendan las válvulas de compuerta. Como se ve en la figura, el fluido se mueve a través de la válvula de compuerta en Knea recta. Esta construcción ofrece pequeña resistencia al flujo y reduce la calda de presión al mínimo. El disco de compuerta, accionado por el vastago roscado y un volante, sube y baja en ángulo recto respecto a la dirección del flujo y se aprieta contra dos superficies de asiento para cortar el flujo. Las válvulas de compuerta son preferidas para servicios que no requieren operación frecuente y donde el disco se mantiene totalmente abierto o totalmente cerrado. No son prácticas para ajustar el flujo. Con el tipo usual de válvula de compuerta, una regulación cuidadosa del flujo es imposible. La velocidad del flujo contra una parte del disco puede causar vibración y chirridos, dañando las superficies de asiento. Además, cuando se estrangula el flujo, el disco está sujeto a severas pérdidas de metal por erosión. Una válvula de compuerta normalmente requiere más giros (más trabajo) para abrirla completamente. Además, a diferencia de las válvulas de asiento, el volumen de flujo a través de la válvula no está en relación directa con el número de vueltas del volante. Puesto que la mayoría de las válvulas de compuerta usadas tienen discos en forma de cuña triangular con un par de asientos que terminan en forma semejante, recubrir o reparar las superficies de asiento no es una operación sencilla.

5-4

VÁLVULA DE COMPUERTA (VÁLVULA DE ATAJADERA) (GATE VALVE) TUERCA DE LA MANGA DEL YUGO

VOLANTE

YUGO MANGA DEL YUGO BRIDA DEL AJUSTE DE LA EMPAQUETADURA

PERNOS DEL AJUSTE DE LA EMPAQUETADURA

AJUSTE DE LA EMPAQUETADURA

GUIA DEL VASTAGO EN EL BONETE

EMPAQUETADURA CAJA DE EMPAQUETADURAS

VASTAGO BONETE

PERNOS DE UNION DEL BONETE

ANILLOS DE ASIENTO EN EL DISCO

DISCO ANILLOS DE ASIENTO EN EL CUERPO CUERPO

UOP 220-5-1

5-5

Válvulas De Asiento A diferencia del asiento perpendicular en las válvulas (Válvulas De Tapón de compuerta, el asiento en las válvulas de globo es paralelo O Válvulas De a la línea de flujo. Todo el contacto entre el asiento y el Globo) Y . disco termina cuando el flujo empieza. Esto es más Válvulas De Ángulo ventajoso para un ajuste más eficiente del flujo, con menor pérdida de metal por erosión del asiento. La relación directamente proporcional entre la abertura del asiento y el número de vueltas del volante es una característica distintiva de las válvulas de globo tipo tapón, que permite estrecha regulación del flujo por el número de vueltas del volante. Un desplazamiento pequeño del disco — se requieren pocas vueltas para operar las válvulas de globo — ahorra considerable tiempo y trabajo asi como desgaste en las partes de la válvula. Cualquier desgaste ocurrido como resultado de uso frecuente o severo presenta menos problemas de mantenimiento que en las válvulas de compuerta. Asientos y discos en la mayoría de válvulas de globo pueden repararse sin remover la válvula de la tubería. Las válvulas de globo no se recomiendan cuando la resistencia al flujo y la calda de presión pueden resultar excesivas, pero son generalmente ideales para regulación y se prefieren cuando se requieren ajustes de flujo frecuentes.

5-6

VÁLVULA DE ASIENTO (VÁLVULA DE GLOBO) (VÁLVULA DE TAPÓN) (GLOBE VALVE) VASTAGO VOLANTE TUERCA DEL VOLANTE

TUERCA DE LA EMPAQUETADURA

EMPAQUETADURA

AJUSTE DE LA EMPAQUETADURA

CAJA DE EMPAQUETADURAS

BONETE

ANILLO DEL VASTAGO EN EL DISCO

ANILLO DE UNION DEL BONETE

ARANDELA DEL SEGURO

DISCO

ANILLO DE ASIENTO EN EL CUERPO

CUERPO

UOP 220-5-2

5-7

VÁLVULA DE ÁNGULO (ANGLE VALVE)

VOLANTE

TUERCA DEL VOLANTE

VASTAGO

TUERCA DE LA EMPAQUETADURA

ANILLO DEL VASTAGO EN EL DISCO

EMPAQUETADURA BONETE

DISCO

CUERPO

UOP 220-5-3

5-8

Válvula De Compuerta De Vastago Ascendente Con Roscado Exterior Y Yugo

En esta construcción el vastago roscado permanece fuera del cuerpo de la válvula tanto si ésta está abierta como cerrada. La rosca del vastago no está sujeta a los fluidos de la línea que pueden dar lugar a corrosión, erosión, sedimentos, etc. Esta construcción también permite una lubricación conveniente de la sección roscada del vastago. El vastago ascendente muestra en un instante la posición del disco. Debe proveerse espacio adecuado para el vastago ascendente cuando la válvula está abierta y el vastago debe estar protegido contra daños cuando la válvula se abre.

VÁLVULA DE COMPUERTA DE VASTAGO ASCENDENTE (RISING STEM GATE VALVE) TUERCA DE LA MANGA DEL YUGO

YUGO MANGA DEL YUGO

VASTAGO CLAVIJA DEL DISCO ANILLO DEL VASTAGO

DISCO ANILLO DEL •" DISCO ANILLO DEL CUERPO UOP 220-5-4

5-9

Válvula De Compuerta De Vastago No Ascendente Con Roscado Interno

El vastago gira con el volante pero no se eleva cuando el disco se levanta. Ideal cuando el espacio disponible para el vastago es limitado. Puesto que el vastago solamente gira cuando se opera, se minimiza el desgaste de la empaquetadura.

VÁLVULA DE COMPUERTA DE VASTAGO NO ASCENDENTE (NON-RISING STEM GATE VALVE) VOLANTE

rrn BRIDA DEL AJUSTAEMPAQUETADURAS AJUSTAEMPAQUETADURAS

EMPAQUETADURA

BOQUILLA DEL DISCO CAJA DE EMPAQUETADURAS

CARA DEL DISCO

rrn

-— BONETE VASTAGO

RIBETES GUIAS FUNDIDOS EN EL CUERPO\

DISCO CUERPO

ANILLO DE ASIENTO EN EL CUERPO

UOP 220-5-5

5-10

Válvulas De Algunas veces se denominan válvulas sin retorno. Una Retención (Válvulas válvula de retención evita el flujo inverso o el contraflujo Unidireccionales) en una tubería.

Válvulas De Retención De Pistón

Las válvulas de retención de pistón dependen de la gravedad para su operación. Cuando hay flujo hacia arriba, el pistón se levanta de su asiento pero es retenido en la válvula por guías. Si se produce flujo inverso, el pistón es forzado hacia abajo sobre su asiento y bloquea cualquier ulterior flujo inverso. La válvula de retención de pistón tiene una caída de presión más alta que la de una válvula de retención de balanceo.

Válvulas De Retención De De Bola

Las válvulas de retención de bola son similares a las válvulas de retención de pistón. El pistón simplemente es reemplazado por una bola.

Válvulas De Retención De Balanceo

Dado que el fluido fluye a través del cuerpo de la válvula aproximadamente en línea recta, las válvulas de retención de balanceo ofrecen menor resistencia al flujo que las válvulas de retención de levantamiento. Las válvulas de retención de balanceo se utilizan por tanto en todos los servicios de presión, y especialmente en líneas de líquidos. El disco está soportado por un gozne en su punto más elevado y descansa sobre un asiento pulido en una pared interna inclinada. El disco se balancea libremente en un arco, desde la posición totalmente cerrada a una que permite un flujo sin obstrucciones. La válvula se mantiene abierta por el flujo, por lo que el tamaño de la abertura varía con el caudal. La gravedad y el flujo inverso empujan el disco hacia su asiento, con lo que se impide el flujo inverso. El flujo a través de las válvulas de retención de balanceo es en línea recta y sin restricciones en el asiento, de forma similar al de una válvula de compuerta. Esta similitud en el efecto sobre el flujo es la razón por la que generalmente se usan válvulas de retención de balanceo en combinación con válvulas de compuerta.

5-11

VÁLVULA DE RETENCIÓN DE PISTÓN (PISTON CHECK VALVE) ANILLO DE UNION A LA TAPA

TAPA

ANILLO DE ASIENTO EN EL CUERPO

DISCO

CUERPO

VÁLVULA DE RETENCIÓN DE BALANCEO (SWING CHECK VALVE) PASADOR DEL GOZNE

PERNOS DE LA TAPA

JOl

TAPA CARA DEL DISCO TUERCA

GOZNE DEL DISCO

DISCO ANILLO DE ASIENTO EN EL CUERPO

CUERPO UOP 220-5-6

5-12

Diseño Básico De Las Válvulas De Retención De Levantamiento

El flujo a través de una válvula de retención de levantamiento sigue un curso tortuoso a través de un orifico en una pared horizontal en la cual el disco se asienta. El disco está equipado con una pequeña guía, usualmente arriba y abajo, que se mueve verticalmente en guías moldeadas en la tapa y en la pared del puente. El disco se asienta debido al flujo inverso o a la gravedad cuando no hay flujo, y puede moverse libremente dependiendo de la presión que actúa sobre él. Se recomiendan válvulas de retención de levantamiento para vapor, aire, gas, agua y servicio general de vapor. En tubería vertical, la válvula de retención de levantamiento normal no podría operar por lo que se ha diseñado una válvula de retención de levantamiento vertical para este servicio.

VÁLVULA DE RETENCIÓN HORIZONTAL DE LEVANTAMIENTO (HORIZONTAL LIFT CHECK VALVE)

ANILLO DEL ASIENTO GUIA

VÁLVULA DE RETENCIÓN VERTICAL DE LEVANTAMIENTO (VERTICAL LIFT CHECK VALVE)

ANILLO DEL ASIENTO GUIA

5-13.

Válvulas De Retención O "Válvulas Sin Retorno" (Stop-Check)

Estas válvulas de retención o válvulas "sin retorno" como son frecuentemente llamadas, se encuentran en calderas en donde dos o más unidades están conectadas al mismo cabezal. Automáticamente impiden el flujo inverso del cabezal si una caldera falla por cualquier causa. Simplifican el trabajo de poner fuera de servicio una caldera o de poner en marcha una caldera fría. También protegen al personal de reparación e inspección contra flujo inverso de vapor si la válvula del cabezal se abre accidentalmente. Ninguna planta de calderas múltiples debe estar sin válvulas de este tipo.

VÁLVULAS DE RETENCIÓN O VÁLVULAS STOP-CHECK (STOP-CHECK OR NON RETURN VALVES)

ORIFICIO DE PURGA

ANILLO DE ASIENTO EN EL CUERPO ORIFICIO DE DESCARGA UOP 220-5-8

5 14

Válvula De Aguja

Las válvulas de aguja están diseñadas para dar un control fino del flujo en tuberías de diámetro pequeño. Su nombre se deriva de la forma del disco cónico aguzado y del asiento semejante. Vienen en modelos de globo y de ángulo, en bronce y acero, y encuentran aplicación en vapor, aire, petróleo, gas, líquidos ligeros, fuel oil, y servicios similares. Las roscas del vastago son más finas de lo usual, de tal manera que puedan realizarse finos ajustes de flujo.

VÁLVULA DE AGUJA (NEEDLE VALVE)

VASTAGO TUERCA DE LA EMPAQUETADURA

DISCO ASIENTO CUERPO

UOP 220-5-9

5-15

Caja De Empaquetaduras (Prensaestopas)

Las cajas de empaquetaduras están diseñadas para sellar el vastago de la válvula e impedir fugas. Los prensaestopas convencionales usan una variedad de materiales de empaquetadura; los más comunes están formados de trenzas de asbesto conteniendo un lubricante apropiado. La empaquetadura tiene que efectuar un sello hermético sin pegarse al vastago. Conforme la empaquetadura se gasta, debe comprimirse ajustando el seguidor del prensaestopas o la tuerca del prensaestopas para reducir cualquier fuga. Eventualmente se requerirá su reemplazo.

AjustaEmpaquetaduras Con Tuerca

Constituyen los tipos convencionales de tuercas de empaquetaduras con ajusta-empaquetaduras movible. El ajusta-empaquetaduras tiene un pequeño labio en el filo superior de tal manera que puede ser sacado con la punta de un destornillador si se queda aprisionado en el fondo.

AjustaEmpaquetaduras Con Perno

Este es representativo de un ajusta-empaquetaduras convencional con un prensaestopas que contiene empaquetadura. Para mantener la empaquetadura bajo una presión constante, dos pernos roscados accionan el seguidor del ajusta-empaquetaduras. Si comienza a perder por el ajusta-empaquetaduras, se comprime más la empaquetadura. Debe tenerse cuidado de no atascar el vastago por presión excesiva. La empaquetadura requiere reemplazo, de vez en cuando.

AjustaEmpaquetaduras Tipo Linterna

Algunas veces, el área de linterna está entubada para circular un fluido de enfriamento, si la válvula está en servicio caliente. En algunos servicios de alta presión, la válvula está entubada para eliminar cualquier exceso de líquido que pase a través de la primera parte del empaque. En los servicios denominados de fluidos sucios o lodosos, se usa un líquido de lavado en el espacio de linterna de tal manera que el vastago esté limpio, pasando a la última sección de empaquetadura para efectuar un mejor cierre y reducir su desgaste.

AjustaEmpaquetaduras De Tipo De Inyección

En este tipo de ajusta-empaquetaduras, la inyección de un compuesto sellante puede ser llevada a cabo mientras la válvula está en operación. Hay una válvula de retención de bola en el ajusta-empaquetaduras, pero, por seguridad, se sitúa otra válvula normalmente entre la válvula de retención y el punto de inyección. Para añadir compuesto sellante saque el tornillo de ajuste, añada compuesto sellante, y entonces vuelva a poner el tornillo de ajuste. Abra la válvula pequeña y atornille el tornillo de ajuste hasta que la fuga cese. Cierre la válvula pequeña. Compuesto sellante adicional puede ser entonces añadido al depósito de reserva.

5-16

Reempaquetado de las Válvulas

Aunque algunos fabricantes mantienen que sus válvulas sellan con respecto a la empaquetadura cuando están totalmente abiertas, no creemos que haya suficiente margen de seguridad en esta práctica, asi que recomendamos que cualquier válvula deberá ser reempaquetada sólo cuando la linea está despresionada al 100% en ambos lados de la válvula. Algunas veces, sin embargo, hay circunstancias que obligan al reempaquetado de una válvula mientras está en servicio. Estos casos tienen que ser considerados individualmente y el supervisor de la refinería tiene que especificar entonces las precauciones especiales de seguridad que tienen que observarse.

5-17

DISEÑOS DE CAJAS DE EMPAQUETADURAS (STUFFING BOX DESIGNS) AJUSTA-EMPAQUETADURAS CON PERNO

AJUSTA-EMPAQUETADURAS CON TUERCA

SEGUIDOR DEL AJUSTAEMPAQUETADURAS

EMPAQUETADURAS

EMPAQUETADURA TÍPICA

TIPO LINTERNA TIPO DE INYECCIÓN. SEGUIDOR DEL AJUSTAEMPAQUETADURA EMPAQUETADURA ANILLO LINTERNA UOP 220-5-10

5-19

Válvulas De Seguridad Y De Descarga Protegen Contra La Sobrepresión

Las válvulas de seguridad y de descarga vienen en una variedad de diseños para impedir daños al equipo por medio de la descarga de sobrepresiones accidentales. Este exceso de presión puede desfogarse a la atmósfera o descargarse a algún punto de presión más baja en el sistema. La mayoría de válvulas de seguridad y de descarga son operadas por la acción de un resorte calibrado para permitir la descarga predeterminada. En lugar de un resorte también pueden utilizarse palances lastradas o combinaciones de palanca y resortes. En cualquier caso, el lastrado de la válvula se ajusta de manera que se obtenga un grado preciso de control. Una nomenclatura confusa es un problema en esta área. Los nombres "seguridad" y "descarga" son frecuentemente usados indistintamente. En realidad existe una verdadera e importante diferencia entre estos dos tipos, por lo que sus nombres deben ser usados apropiadamente.

Válvulas De Seguridad

Las válvulas de seguridad son para fluidos compresibles — vapor y otros gases. Esta compresibilidad demanda un desfogue rápido de la sobrepresión. Así, las válvulas de seguridad tienen asientos y tapones que se abren rápidamente en caso de sobrepresión, desfogando a flujo total. Pueden descargar vapor directamente a la atmósfera o a un sistema de recuperación si se trata de un gas tóxico o costoso.

5-20

VÁLVULA DE SEGURIDAD (SAFETY VALVE)

RESORTE DEL DISCO PRINCIPAL

PIERNA DE CONTRAPRESIÓN

DISCO AUXILIAR DISCO PRINCIPAL

FLUJO DE DESCARGA

ANILLOS DE ASIENTO

PRESIÓN DE PROCESO

5-21

UOP 220-5-11

Válvulas De Descarga (Válvulas De Alivio)

Las válvulas de descarga manejan fluidos no compresibles — líquidos tales como agua y aceites. Una descarga inmediata de flujo total no es necesaria puesto que una pequeña cantidad de flujo reduce la sobrepresión de forma apreciable. Así, los asientos y tapones se abren y se cierrran lentamente y descargan a un sistema de baja presión a fin de recuperar el líquido.

VÁLVULA DE DESCARGA (VÁLVULAS DE ALIVIO) (RELIEF-VALVE)

PERNO DE AJUSTE

RESORTE VASTAGO

ESCAPE

DISCO

ANILLOS DEL ASIENTO PRESIÓN DE PROCESO

5-22

UOP 220-5-12

Válvulas Balanceadas

En las válvulas convencionales de seguridad y de descarga la contrapresión ayuda al resorte a mantener el disco en la posición cerrada. Mediante el uso de fuelles especiales posicionados alrededor del resorte, las fuerzas de la contrapresión son eliminadas y la válvula se abrirá a la presión predeterminada independientemente de la contrapresión. En ningún caso debe efectuarse el ajuste de la válvula de descarga o de seguridad mientras la válvula está instalada. Todos los ajustes deben ser hechos en el taller donde puede verificarse si la válvula se abre a la presión correcta y se cierra nuevamente cuando la presión baja a un valor especificado.

VÁLVULA BALANCEADA (BALANCED VALVE)

FUELLES

PROTECTOR DE LOS FUELLES

DESCARGA DE PRESIÓN

PRESIÓN DE PROCESO

5-23

UOP 220-5-13

Válvulas Macho (Válvulas De Tapón o Espitas)

El tapón es troncocónico y tiene perforaciones transversales que son similares a las aberturas en el cuerpo de la válvula. El acabado del cuerpo está pulido para que se adapte al tapón troncocónico. La válvula se mueve de completamente abierta a completamente cerrada en un cuarto de vuelta. Se inyecta grasa alrededor del tapón para que actúe como agente sellante y como lubricante.

VÁLVULA MACHO (ESPITA) (PLUG VALVE) CONEXIÓN PARA ENGRASE

EJE POLIGONAL PARA PALANCA O VOLANTE AJUSTA EMPAQUETADURAS

VÁLVULA DE RETENCIÓN DEL SELLO

ANILLOS "O"

CUBIERTA

EMPAQUE RANURAS SELLANTES

CUERPO

TAPÓN

CÁMARA SELLANTE UOP 220-5-14

5-24

Válvulas De Bola

La bola, lastrada con un resorte, tiene sus partes alineadas con las partes del cuerpo de la válvula. El resorte mantiene la bola en contacto íntimo con los asientos para dar un cierre hermético. El resorte también compensa los desgastes de la bola. Una válvula de bola va de abierta a cerrada en un cuarto de vuelta. En el tipo de válvula de bola ilustrada, la bola y el asiento en forma de cuña pueden ser removidos sin retirar la válvula de la tubería.

VÁLVULA DE BOLA (BALL VALVE)

PALANCA MANUAL PARA GIRO DE 1/4 DE VUELTA

RESORTE

ASIENTO EN FORMA DE CUÑA COMPENSA EL DESGASTE DEL ASIENTO

ENTRADA SUPERIOR PARA MANTENIMINETO

ASIENTOS FROTADORES PARA LIMPIEZA DE LA VÁLVULA ASEGURANDO CIERRE HERMÉTICO

UOP 220-5-15

5-25

Válvulas De Pie

El objetivo de las válvulas de pie es el de mantener un nivel de liquido en la succión de una bomba centrífuga de levantamiento. También actúan como filtros y detienen partículas indeseables que podrían entrar a la succión de la bomba. Trabajan de forma parecida a las válvulas de retención.

VÁLVULAS DE PIE (FOOT VALVES) VÁLVULA DE PIE DE DISCO DE BRONCE VÁLVULA DE PIE DISCO DISCO

UOP 220-5-16

5-26

Válvulas Para Descarga De Purgas (Slowdown)

Estas válvulas se usan en calderas. Note el sistema de doble válvula. La segunda válvula soporta el trabajo de expansión y por lo tanto sufre desgaste, mientras que la otra se usa para cierre hermético. Estas válvulas están montadas en ángulo a fin de que el líquido que fluya lave cualquier depósito formado en los asientos de la válvula.

VÁLVULA DE PURGA DE CALDERAS (BLOWDOWN VALVE)

FLUJO

VÁLVULA DE CIERRE HERMÉTICO

VÁLVULA DE EXPANSIÓN

DESCARGA

5-27

UOP 220-5-17

Válvulas De Diafragma

Se utilizan en líneas que manejan fluidos corrosivos. Un diafragma reemplazable se usa en lugar de la compuerta o tapón para regular o cortar el flujo. El diafragma separa las partes metálicas de los productos corrosivos; como no hay empaquetadura, no hay problema de fugas. Si se observa una fuga en el vastago, es señal de que el diafragma está perforado. Las partes mostradas son típicas de las válvulas operadas con volante manual. Estos esquemas ayudan a identificar y especificar las partes individuales. Las válvulas de diafragma constan de tres componentes principales: cuerpo, diafragma y bonete.

VÁLVULA DE DIAFRAGMA (DIAPHRAGM

VALVE)

VOLANTE MANUAL

DIAFRAGMA

CUERPO

PLATO DE DEDOS UOP 220-5-18

5-28

Válvulas De Seguridad Para Indicadores De Nivel (Válvulas Tipo "Gauge Cock")

Estas válvulas desempeñan un papel muy importante en la seguridad de una unidad de proceso. Si un indicador de vidrio armado con este tipo de válvula se rompe cuando el vastago de la válvula esté en la posición totalmente abierta, la repentina caída de presión hace que la bola de acero inoxidable se mueva hacia el asiento. Esto detiene el flujo de hidrocarburos y evita situaciones peligrosas.

VÁLVULA "GAUGE COCK1 (GAUGE COCK — GAUGE VALVE) BOLA DE RETENCIÓN DE ACERO INOXIDABLE

ANILLO REPULIBLE REEMPLAZABLE

CONEXIÓN DEL INDICADOR DE NIVEL

CONEXIÓN AL RECIPIENTE

VARILLA PARA PRESIONAR LA BOLA

CUERPO FORJADO

VASTAGO DE ACERO INOXIDABLE UOP 220-5-19

5-29

Boca De Agua Contra Incendios (Hidrante)

La boca de agua contra incendios se opera con una llave o palanca especial. Cuando se gira la válvula a la posición totalmente abierta, el tapón baja y permite que la presión total de la Ifnea principal actúe sobre la hidrante. El tapón desconecta la hidrante de la linea principal y abre los huecos de drenaje permitiendo que la hidrante se drene. La boca de agua contra incendios no debe operarse en posición medio abierta ya que esto permitirla el flujo de la linea principal a los drenajes. Si sucede esto, el flujo de agua a alta presión puede destruir las fundaciones. NOTA: Los empalmes de las mangueras contra incendios tienen un roscado especial distinto del roscado corriente de tuberías.

5-30

BOCA DE AGUA CONTRA INCENDIOS (HIDRANTE) (FIRE HYDRANT)

ROSCADO ESPECIAL PARA CONEXIÓN CON LA MANGUERA CONTRA INCENDIOS. NO ES EL ROSCADO CORRIENTE DE TUBERÍA

DRENAJES DE LA BOCA DE AGUA

UOP 220-5-24

5-31

Válvulas De Control

Se aplica presión de aire de instrumentos a un lado del diafragma que presiona contra un resorte de mucha resistencia. El movimiento del diafragma se transmite directamente al tapón de la válvula por una varilla. El diafragma y el resorte están diseñados de tal manera que el tapón de la válvula vaya de abierto a cerrado (o de cerrado a abierto) con una presión de aire sobre el diafragma de 15 a 3 psig (o de 3 a 15 psig.) Para cambiar la posición de la válvula es necesario cambiar la presión del aire. Las válvulas se clasifican en: válvulas de acción directa y válvulas de acción inversa. Acción directa: se abren cuando se aumenta la presión del aire. Acción inversa: se cierran cuando se aumenta la presión del aire. La mayoría de las válvulas pueden ser cambiadas de acción directa a acción inversa. Se especifica la válvula de acción directa o inversa en el diseño de una planta para que, en caso de fallo, la válvula se quede en una posición segura tanto para el equipo como para el personal.

5-32

VÁLVULA DE CONTROL DE ASIENTO DOBLE (CONTROL VALVE) (DOUBLE SEATING) ENTRADA DEL AIRE DE CONTROL DIAFRAGMA

RESORTE VASTAGO DEL RESORTE

VASTAGO DEL TAPÓN

CERRADO

AJUSTA EMPAQUETADURAS

ABIERTO - EMPAQUETADURA

ANILLO DE LINTERNA BONETE ANILLO DEL ASIENTO SUPERIOR

TAPÓN ANILLO DEL ASIENTO INFERIOR

CUBIERTA DEL TAPÓN DIRECCIÓN DEL FLUJO UOP 220-5-20

5-33

Válvulas De Mariposa

Una válvula de mariposa consiste en un disco, a veces llamado veleta o aleta, un eje y el respectivo cuerpo. El eje está soportado en cojinetes y está sellado con alguna forma de empaquetadura. Las válvulas de mariposa se usan normalmente en situaciones de control donde no se requiere un cierre hermético. Pueden ser operadas manualmente, pero a menudo son operadas por alguna forma de accionador.

VÁLVULA DE MARIPOSA (BUTTERFLY VALVE) MOTOR ACCIONADOR

EMPAQUETADURA

CUERPO

DISCO

UOP 220-5-21

5-35

Válvulas De Escape Atmosférico

Una válvula de escape atmosférico es una válvula de seguridad para la descarga del vapor expandido de una turbina de condensación. Normalmente opera bajo una presión negativa (vacío parcial). Si, por alguna razón, el equipo productor del vacío falla, la válvula de escape atmosférico se abre y permite que el vapor se escape a la atmósfera. Cuando se arranca una turbina de vapor de condensación, se atornilla hacia abajo el collar del vastago de la válvula de escape atmosférico para asegurar que el disco opere libremente. Se produce un sellado por agua para asegurar que no haya infiltración de aire al sistema. Una vez que la turbina de vapor de condensación total está operando satisfactoriamente, el disco de la válvula se mantiene en su posición por efecto del vacío. El sellado por agua debe mantenerse entre el disco y el asiento del cuerpo. El nivel de esta agua puede observarse a través del visor de vidrio. El mejor método es el de mantener un flujo continuo de agua con un rebose que pueda ser fácilmente observado. Con el collar del vastago en la posición baja, un cambio de presión a una presión positiva hace que el disco se abra.

5-36

VÁLVULAS DE ESCAPE ATMOSFÉRICO (ATMOSPHERIC RELIEF VALVE)

VASTAGO

ENTRADA DEL AGUA

CUERPO

COLLAR DEL VASTAGO VISOR DE VIDRIO PARA EL NIVEL DE AGUA

ALA ATMOSFERA

ENTRADA \ DISCO DE LA VÁLVULA

UOP 220-5-22

5-37

Válvulas Deslizantes

Las válvulas deslizantes que se mencionan aquí son las usadas en las unidades de cracking catalítico fluidizado. Estas válvulas operan a temperatura y condiciones de corrosión muy severas, por lo cual debe hacerse una selección muy cuidadosa de los materiales de construcción. Hay válvulas con un solo disco y existen también válvulas con dos discos. Cada disco es normalmente operado por un accionador hidráulico independiente, o con un volante manual engranado para operación de emergencia en caso de falla hidráulica. Para extender la vida de la válvula, el lado del disco que recibe el flujo, la garganta de entrada y todas las superficies internas tienen un revestimiento refractario reforzado con malla hexagonal. Para la operación correcta de las válvulas deslizantes, el espacio entre los discos y las guías es muy importante. Si el intervalo es demasiado grande, se producirá una fuga de catalizador que dará lugar a severa erosión. Si el espacio es demasiado pequeño, el disco se atascará en la guía cuando la temperatura aumente. Desgaste mecánico por rozamiento es otra posibilidad cuando el espacio es demasiado pequeño.

5-38

VÁLVULA C (SLIDE1

PUNTO DE DEL LUBI EMPAQUETADURA

FLl

CILINDRO ACCIONADOR HIDRÁULICO

PUNTO DE PURGA DE AIRE O VAPOR VASTAGO DE LA VÁLVULA

DISC< LAVA

5-

DESLIZANTE E VALVE)

E INYECCIÓN IBRICANTE

MALLA HEXAGONAL REFRACTARIA

PUNTO DE PURGA DE AIRE O VAPOR LUBRICACIÓN

:><

EMPAQUETADURA COS DE ALVULA

5-39

UOP 220-5-23

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OP6MTOIK

RECIPIENTES

uop PrOCeSS Division UOPInc

6-1

RECIPIENTES (VESSELS) Un recipiente es un elemento del equipo en el que se pueden acumular líquidos. Un recipiente de almacenamiento se llama tanque. Un tanque puede contener materias primas, tales como petróleo, que serán cargadas a la unidad de crudo. Este tanque entonces se llama tanque de carga de la unidad de crudo o tanque de alimentación de la unidad de crudo. En algunos casos el petróleo debe ser mantenido caliente, por lo que el tanque deberá tener un calentador tal como, por ejemplo, un serpentín de vapor, y aislamiento en su pared exterior. Un tanque de carga es por tanto un recipiente que contiene la alimentación o la carga de la unidad hasta que ésta se halle lista para recibirla. Otros recipientes permiten la entrada y salida continua del liquido. Examinemos, por ejemplo, el recipiente llamado fraccionador de crudo (conocido también como torre de destilación atmosférica, torre atmosférica de crudo, etc.). El fraccionador de crudo está constantemente recibiendo alimentación (petróleo) y se sacan continuamente los productos, de manera que siempre hay un balance de líquido y vapor en el recipiente. El tiempo que se tarda en separar los productos de un barril de alimentación se llama tiempo de residencia. El fraccionador procesa el petróleo a presiones y temperaturas que le permiten refinarlo en productos útiles y de valor. Los productos de la torre de crudo pueden ir a recipientes llamados tanques intermedios, que los almacenarán hasta que puedan ser usados como alimentación o carga a otro proceso. Los productos finales están contenidos en recipientes llamados tanques de producto terminado. Otros recipientes a lo largo de la refinería llevan a cabo otras funciones de proceso y de servicios auxiliares. Tales recipientes se enumeran a continuación: 1. Acumuladores — Reciben los vapores condensados provenientes de las columnas fraccionadoras y proporcionan una reserva de líquido para la succión de las bombas de reflujo y de producto neto de cabeza. En algunos casos, los gases incondensables son descargados del acumulador bajo control de presión. Algunos acumuladores tienen también botas separadoras de agua para el drenaje de pequeñas cantidades de agua. Los acumuladores generalmente tienen una buena capacidad de amortiguamiento.

6-3

2. Separadores — Separan grandes cantidades de gas de grandes cantidades de líquido. 3. Separador de líquidos — Generalmente, es un pequeño recipiente que permite que se separen pequeñas cantidades de líquido de una corriente gaseosa. 4. Tambor de amortiguamiento—Un tambor de amortiguamiento disminuye el efecto de un flujo irregular en el proceso. El nivel de líquido en el tambor de amortiguamiento puede variar, pero el flujo desde el tambor es relativamente constante. 5. Reactores — Los reactores normalmente contienen un catalizador; generalmente formado por pequeñas esferas o tabletas. El reactor retiene brevemente la corriente de proceso mientras está en contacto con el catalizador en condiciones que permitirán obtener los cambios de composición deseados. 6. Absorbedores — Generalmente, tienen la misma apariencia externa de una columna fraccionadora. Sin embargo, en una columna de absorción se usa una corriente de proceso para absorber porciones de otra corriente de proceso por contacto íntimo entre ambas corrientes. Fraccionador De Crudo

El petróleo llega a una refinería conteniendo todos los productos finales en su forma natural o cruda. Algunos de los productos finales solamente tienen que ser separados de los otros componentes y endulzados para convertirse en productos terminados tales como kerosene, combustible diesel, aceites de calefacción doméstica e industrial, combustibles de motores de propulsión a chorro, propano y butano. Otros componentes y, en algunos casos (dependiendo de las condiciones del mercado), algunos de los componentes antes mencionados, se convertirán en materias de alimentación a varios procesos de refinería en donde su estructura molecular es reordenada. En algunos casos, se producen productos más ligeros a partir de materias de alimentación más pesadas; por ejemplo, la gasolina a partir de gasoil. En otros casos se producen productos más pesados a partir de materias más ligeras, tal como en la producción de gasolinas a partir de butano y propano, por polimerización. Fuera del gas natural y de algunos condensados ligeros del gas natural, hay muy pocos hidrocarburos usados en el hogar o en la industria que no hayan sido separados del petróleo por procesamiento en una torre de fraccionamiento de crudo. La torre de fraccionamiento de crudo se usa para separar en fracciones los hidrocarburos que tienen puntos de ebullición similares. Los hidrocarburos que hierven a baja temperatura

6-4

ascienden a la cabeza del fraccionador, mientras que los hidrocarburos con puntos de ebullición intermedios ascienden a la mitad del fraccionador y los hidrocarburos con puntos de ebullición elevados permanecen en el fondo del fraccionador. El calor es la forma de energía que eleva la temperatura de los hidrocarburos hasta sus puntos de ebullición y que evapora los líquidos por ebullición. El calor usado en el fraccionador de crudo se suministra a través del calentador de carga y de los intercambiadores de calefacción que cruzan diferentes corrientes del proceso. Para separar los varios productos entre sí, el líquido debe ser calentado y vaporizado, condensado y revaporizado varias veces, de manera que cada vez la separación de los productos es mayor. Para esto, los ingenieros de diseño han creado corrientes de reflujo y reflujos circulantes. Un reflujo circulante es una corriente caliente de líquido que sale de la columna y es bombeada a través de las carcasas de intercambiadores de calor, mientras que los líquidos fríos que deben ser calentados son bombeados a través de los tubos de los intercambiadores de calor. De esta forma, el ingeniero de diseño conserva la energía calorífica dentro del proceso y también provee una corriente de reflujo enfriado. El líquido caliente que ha sido removido del fraccionador y enfriado en los intercambiadores de calefacción se retorna al fraccionador de crudo para servir de reflujo. Como reflujo, enfriará los hidrocarburos vaporizados ascendentes, procedentes de los platos más bajos y los vapores que condensen serán revaporizados por otros vapores calientes ascendentes en el fraccionador. Este enfriamiento, condensación, calentamiento y revaporización van constantemente purificando y destilando los productos hidrocarburados deseados. Se crea otro reflujo con parte del líquido obtenido por condensación de los vapores calientes que salen de la cabeza del fraccionador. Este reflujo permite el enriquecimiento en compuestos ligeros del producto obtenido en cabeza de la columna. Se sacan varios productos de la torre de crudo a diferentes alturas. Estos productos se llaman cortes laterales y se usan como alimentación a unas columnas pequeñas llamadas strippers (desorbedores o despojadores).

6-5

FRACCIONADOR DE CRUDO (CRUDE FRACTIONATOR) VENTEO SALIDA DE VAPORES

REFLUJO

SALIDA DE REFLUJO CIRCULANTE

SALIDA DE KEROSENO RETORNO DE VAPORES DEL STRIPPER DE KEROSENO REFLUJO CIRCULANTE DE GASOIL (GASÓLEO) RETORNO DE VAPORES DE GASOIL (GASÓLEO)

SALIDA DE GASOIL (GASÓLEO)

ALIVIO DEL DESALADOR

ALIMENTATION VAPOR DE AGUA LC-LG ROMPEDOR DE VÓRTICE CORRIENTE DE ENFRIAMIENTO SALIDA DE FONDOS UOP 220-6-1

6-6

Descripción De La Torre Fraccionadora De Crudo

Los fraccionadores de crudo son, generalmente, las torres de mayor altura y diámetro de la refinería. Fenómenos naturales, tales como huracanes, terremotos y condiciones del terreno, pueden limitar la máxima altura (aproximadamente unos 275 pies u 84 m). Los diámetros están usualmente limitados por el método de transporte usado para enviar la torre (unos 13 pies por ferrocarril o 16 pies por barco). Este diámetro puede ser sobrepasado si el recipiente es fabricado en secciones y armado en la refinería. En donde no hay estas limitaciones, el ingeniero de diseño debe seleccionar las dimensiones apropiadas para la torre de crudo, basado en el caudal de carga y el número de separaciones requeridas. El espaciamiento de los platos es generalmente de unos 2 pies (60 cm). Se deja un espacio de 5 a 7 pies (1,5 a 2 m) para las salidas laterales y de 3 pies (90 cm) en la cabeza de la columna para evitar la salida de liquido en cabeza. En el fondo de la columna se deja libre un espacio de 7 pies (2 m) para variaciones de nivel. Después de que el ingeniero de diseño ha determinado el número de platos requeridos para un buen fraccionamiento, el número de platos acumuladores requeridos para las salidas laterales y el tiempo de residencia, se determinan la longitud y el diámetro apropiados de la torre de crudo. Puesto que la torre de crudo debe procesar un gran número de compuestos, varios de los cuales son de tipo corrosivo, la torre de crudo requerirá una forma diferente de metalurgia y de diseño a varias alturas. La cabeza de la columna está diseñada para bajas temperaturas; así, las bridas de las boquillas pueden ser de clase 150# y hechas de acero al carbono. Si embargo, bajas temperaturas permiten la condensación de compuestos corrosivos; por lo cual, el interior de la columna debe estar recubierto con monel u hormigón. Los primeros cuatro platos están hechos de monel. Los primeros platos acumuladores para salidas laterales están hechos de monel o de acero al carbono, recubierto con hormigón. La mitad de la columna donde la corrosión no es tan severa, es usualmente de acero al carbono o de acero al carbono pasivado. Los platos están hechos de acero al carbono y las válvulas de los platos de 12% Cr para prevenir oxidación. La sección del fondo de la columna puede estar recubierta con acero inoxidable con 11% a 13% de Cr para prevenir corrosión a altas temperaturas. Para altas temperaturas se aumenta la resistencia de las bridas de las boquillas a 300i# y se utiliza acero con 1 a 1-1/4%Cr y 1/2%Mo. La composición del metal de los empaques de las bridas también debe ser modificada. Los platos de fraccionamiento son generalmente de tipo válvula, y pueden ser simples o multipaso, dependiendo del caudal a través de la columna a varias alturas. El plato del fondo tiene una bajante con trampa para impedir que el vapor

6-7

by-pase el plato. Todas las otras bajantes están selladas por el nivel del líquido mantenido en el plato por los vertederos. Los platos acumuladores no tienen válvulas ni aberturas, excepto chimeneas o elevadores de vapor. Esto permite que el líquido se acumule en la salida lateral y que el vapor suba por la chimenea o elevador a la zona por debajo del próximo plato de fraccionamiento. Se usan distribuidores para todas las corrientes que entran a la columna, tales como alimentación, reflujo y vapor de agotamiento. Las boquillas de las mirillas de vidrio tienen una pantalla para vapores y las líneas del fondo tienen un rompedor de vórtices para impedir que el gas salga a la succión de las bombas de fondos. En la mayoría de las operaciones en las torres de crudo, la máxima temperatura del líquido deseada, es aproximadamente de 700°F (370°C). Por encima de esta temperatura puede ocurrir la descomposición térmica o cracking (craqueo) con producción de olefinas.

Strippers De Los Cortes Laterales Del Fracc/onador De Crudo (Desorbedores O Columnas De Agotamiento)

El líquido sacado lateralmente de la torre de crudo entra a una columna de agotamiento a través de una boquilla lateral sobre el plato N° 1 (plato superior). La alimentación se distribuye y orienta a fin de que líquido no sea arrastrada con el gas de cabeza. Un stripper de corte lateral tiene generalmente cinco platos de tipo válvula, de acero al carbono, siendo las válvulas de acero inoxidable con 12%Cr. Para obtener la calidad de un producto deseada, deben satisfacerse las especificaciones del punto final (PF), o punto final de ebullición (PFE). Esto se controla balanceando los caudales de extracción y de reflujo interno de la torre de crudo. También debe satisfacerse el punto inicial de ebullición (PIE). Esto se hace en el stripper mediante vapor de agotamiento. Introduciendo vapor seco en un líquido caliente decrece su presión parcial y, por lo tanto, reduce la temperatura a la cual el líquido hierve. Así, sin necesidad de añadir más calor en el stripper, pero usando vapor de agotamiento, se elimina del producto la cantidad deseada de ligeros y se obtiene el PIE deseado. Los materiales usados en el diseño de los strippers son iguales a los de las salidas de los cortes laterales correspondientes en la columna de crudo. Los strippers pueden estar montados uno sobre el otro sobre una base a prueba de incendios o uno al lado del otro a nivel del suelo. En cualquier caso, todos deben tener bombas para productos de fondos y retornos de gases de cabeza hacia la torre de crudo.

6-8

STRIPPER DE KEROSENO (ZONA SUPERIOR) (KEROSINE STRIPPER (TOP) )

STRIPPER DE GASOIL (ZONA INFERIOR) (GAS OIL STRIPPER (BOTTOM) ) VENTEO SALIDA DE VAPORES (RETORNO A LA TORRE DE CRUDO) KEROSENO DE LA TORRE DE CRUDO

VAPOR DE AGOTAMIENTO

LC LG

VENTEO SALIDA DE VAPORES (RETORNO A LA TORRE DE CRUDO) GASOIL (GASÓLEO) DE LA TORRE DE CRUDO

SUCCIÓN DE LA BOMBA (KEROSENO A LA BOMBA DE KEROSENO)

VAPOR DE AGOTAMIENTO

LC LG ROMPEDOR DE VÓRTICE

SUCCIÓN DE LA BOMBA (GASÓLEO A LA BOMBA DE GASÓLEO)

6-9

Fracc/onador De Vacío

La función de una torre de vacío es la de fraccionar hidrocarburos que hierven a más de aproximadamente 700°F (370°C) en la columna de crudo. En la columna de vacío la presión puede ser reducida hasta alrededor de 1,0 psia (libras/plg.2 absolutas) debajo del plato de ceras de slop. Esto representa una reducción total en la presión absoluta de 28,7 psi con respecto a la del fondo de la torre de crudo. Esta gran diferencia de presión facilita el que una gran cantidad de hidrocarburos se evapore en la torre de vacío, mientras que se mantiene una temperatura de fondo que no excede, por ejemplo, de unos 730-780°F, dependiendo del tipo de crudo. Para ayudar a producir asfaltos de penetración adecuada, puede inyectarse vapor de agotamiento en la bota del fondo de la columna para reducir la presión parcial del líquido del fondo. El fondo de la torre de vacío es de diámetro más reducido en la parte inferior para disminuir el tiempo que el líquido del fondo permanece a una elevada temperatura. También se provee una línea de entrada de aceite de enfriamiento (quench) para proteger las bombas de fondos. La línea de alimentación de la torre de vacío es muy grande en comparación con las lineas de alimentación de la mayoría de los fraccionadores. Esto se debe a que la baja presión causa la vaporización de casi toda la alimentación de la columna de vacío. Esta situación requiere un dispositivo especial llamado distribuidor tangencial, el cual imparte una dirección espiral a la alimentación y evita daños al equipo situado por encima del distribuidor, debido a la rápida expansión de la alimentación al entrar en la torre de vacío a baja presión. Las partes internas de la columna de vacio están diseñadas para dar una caída de presión mínima. El acumulador de ceras de slop, la rejilla, y las mallas de eliminación de gotas son las únicas partes internas que se extienden completamente a lo ancho de la sección total de la columna. La rejilla y las mallas son dispositivos de coalescencia para remover partículas líquidas arrastradas por el rápido ascenso de los gases. Se usan distribuidores tipo spray para ayudar a la coalescencia en la rejilla y en las mallas. Una columna de vacío no tiene platos, sino bandejas laterales. Sus ribetes exteriores están perforados y reforzados con un enrejado metálico. Las bandejas laterales están traslapadas y proveen en efecto de cascada al líquido condensado. Los gases calientes pasan a través de la cascada para revaporizar los componentes de más bajo punto de ebullición del líquido. Los platos acumuladores están diseñados para proveer un líquido libre de gases a la succión de las bombas de los cortes laterales. Los venteos de las bombas retornan a la columna para permitir la eliminación de

6-11

incondensables de la bomba durante el arranque. Esto ayuda a arrancar la bomba. Cuando la bomba está operando adecuadamente, el venteo debe ser cerrado. La sección de cabeza de la columna de vacío es de diámetro más reducido porque el caudal que circula a través de la cabeza de la columna es mucho menor que por los cortes laterales. De hecho, la presencia de demasiados ligeros en la alimentación o de ligeros formados por la descomposición térmica de los fondos, producirá una sobrecarga en los eyectores que producen y mantienen la baja presión en la columna de vacío. Las columnas de vacío están diseñadas para soportar una presión interna de 50 psig (3,5 kg/cm2) y una presión absoluta externa de 14,7 psia (760 mm Hg). Para reforzar las paredes del recipiente que trabaja entre estas dos presiones, se usan anillos de refuerzo. Estos son anillos soldados alrededor de la columna y espaciados a pocos pies entre sí. Los materiales de construcción usados en el diseño de las torres de vacío son, para la sección más baja, acero al carbono pasivado recubierto con una capa de acero inoxidable con 11-13%Cr. El acumulador de ceras está hecho de acero inoxidable con 12%Cr y la pared del acumulador está recubierta con hormigón. La rejilla está construida de acero inoxidable 304. La malla eliminadora de nieblas superior está hecha de monel. Las bandejas laterals N° 13 y 14 están construidas de acero inoxidable con 12%Cr. El resto está construido de acero al carbono. Los diseños de columnas de vacío para diferentes severidades de corrosión pueden permitir la eliminación del recubrimiento de aleación y algo de las aleaciones en algunas bandejas y acumuladores.

6-12

COLUMNA DE VACIO (VACUUM COLUMN) SALIDA DE GASES

VENTEO

-VÁLVULA DE SEGURIDAD

REFLUJO DE GASOIL DE VACIO LIGERO

MALLA DE ELIMINACIÓN DE NIEBLAS

LC&LG REGISTRO (PASO DE HOMBRE) SALIDA DE GASOIL DE VACIO LIGERO

REFLUJO DE GASOIL DE VACIO PESADO

LC&LG SALIDA DE GASOIL DE VACIO PESADO ROCIÓ DE GASOIL DE VACIO PESADO

TI

MALLA

RETORNO DE CERAS

REJILLA

SALIDA DE CERAS

DISTRIBUIDOR TANGENCIAL

ALIMENTACIÓN

ENTRADA DE VAPOR RETORNO DEL VENTEO DE LA BOMBA

ENFRIAMIENTO ROMPEDOR DE VÓRTICE

LIC

SALIDA DE FONDOS

6-13

UOP 220-6-3

Columna Estabilizadora

Una columna estabilizadora es un tipo de columna fraccionadora muy sencilla, usada generalmente para controlar la presión de vapor de la gasolina por fraccionamiento de una parte predeterminada de C4 (butano) que sale con los productos de cabeza. La cantidad de butano remanente en la gasolina determina la presión de vapor de ésta. El TRC bajo el plato N° 19 controla la temperatura existente entre los platos N° 19 y N° 20, por variación de la cantidad de combustible quemado o de fluido de calentamiento usado en el hervidor del fondo. Esto ayuda a mantener una cantidad constante de butanos en la gasolina y una presión de vapor dentro de las especificaciones, siempre y cuando la composición de la alimentación sea constante. El material de construcción de la columna estabilizadora es acero al carbono pasivado, y el recipiente está diseñado para presiones elevadas de 19 kg/cm2 a 270°C (270 psig a 518°F). A esta presión, el producto de cabeza de bajo punto de ebullición permanece en forma líquida en el acumulador de cabeza, el cual trabaja a 38°C (100°F). Todos los platos son de un solo paso y están construidos de acero al carbono, con válvulas de acero inoxidable al 12%Cr. La columna es de diámetro más reducido por encima del plato de la alimentación, debido a la pequeña cantidad de productos de cabeza comparada con la de los productos de fondo.

6-14

ESTABILIZADORA (STABILIZER) GAS DE CABEZA A CONDENSADORES

VENTEO

RETORNO DEL REFLUJO

TI-TRC

ALIMENTACIÓN

TI-TRC

LCErLG

RETORNO VAPORIZADO DEL CALENTADOR

REGISTRO ROMPEDOR DE VÓRTICE

SALIDA DEL LIQUIDO ESTABILIZADO

SOPORTE

UOP 220-6-4

6-15

Acumulador De Productos De Cabeza

Todas las columnas de fraccionamiento tienen acumuladores de productos de cabeza para recibir los gases de cabeza condensados. El acumulador de cabeza de la estabilizadora es el típico acumulador con bota de agua. Como una guía aproximada de diseño, el acumulador de cabeza tiene ei mismo diámetro que la columna. Generalmente la longitud entre las tangentes del acumulador es tres veces el diámetro. La entrada mostrada tiene un distribuidor ranurado para permitir una adecuada distribución de fases mixtas. Este acumulador permite que el agua sedimente en la bota, sin la asistencia de un dispositivo de coalescencia. La línea de salida de hidrocarburos tiene un tubo vertical retenedor. El tubo vertical permite que se forme un pequeño nivel líquido correspondiente a un volumen considerable de agua que puede acumularse y alcanzar un nivel máximo en el acumulador antes de que salga por la línea de salida de la fase orgánica. Hay boquillas embridadas para las tomas del visor del nivel de vidrio y del control de nivel para la fase hidrocarburada. Puesto que en este acumulador la cantidad de agua que se recoge por hora en la bota es poca, hay solamente bridas para el visor de nivel de vidrio en la bota de agua, por lo que el agua deberá ser drenada manualmente. Hay una boquilla de salida de gas para permitir que los gases incondensables vayan al sistema de antorcha o a algún otro sistema de recuperación, posiblemente al sistema de gas combustible de refinería. En general, la salida debería ir al sistema de gas combustible de refinería, con un by-pass en el controlador de presión, para permitir el envío del gas a la antorcha si fuera necesario. Si el sistema es de condensación total, el controlador de presión de la columna está en la corriente de los gases de cabeza antes del condensador. El acumulador de productos de cabeza tiene una boca de registro de 16". En este recipiente hay un by-pass de gases calientes. Éste está previsto para el caso en que los gases de cabeza se condensen totalmente. Puesto que la presión de vapor del líquido acumulado en este caso puede a veces ser demasiado baja para mantener una adecuada presión en el acumulador, parte de los gases calientes deben by-pasar el condensador a fin dé aumentar la presión en el acumulador. De otra manera, la bomba de reflujo podría ser incapaz de retornar el líquido a la columna y el control de presión de la columna y la operación del condensador de cabeza serían inestables. Hay un rompedor de vórtice en la línea de salida de hidrocarburos para proteger las bombas de producto neto de cabeza y de reflujo. También hay una salida para drenaje del recipiente. El material de construcción de este recipiente es el mismo usado en la construcción de la columna estabilizadora, o sea acero al carbono pasivado. La presión interna de diseño del acumulador de cabeza mostrado en la figura es de 19

6-16

kg/cm 2 (270 psig). La temperatura de diseño es de 120°C (248°F). La temperatura de diseño del acumulador de cabeza es mucho más alta que su temperatura de operación, puesto que el acumulador debe estar diseñado para soportar temperaturas que pudiesen alcanzarse si el condensador fallase.

ACUMULADOR DE PRODUCTOS DE CABEZA DEL ESTABILIZADOR (CON BOTA DE AGUA) (STABILIZER OVERHEAD RECEIVER) (WITH WATER BOOT)

ENTRADA

BY-PASS DE GASES CALIENTES

LC-LG

SALIDA DE GAS

ROMPEDOR DE VÓRTICE

TUBO RETENEDOR MONTURA DEL SOPORTE

SALIDA DE HIDROCARBUROS SALIDA DE AGUA

6-17

UOP 220-6-5

Columna Desbutanizadora

Los desbutanizadores se usan en la refinería para eliminar C4 (butanos) y materiales más ligeros de grandes corrientes de hidrocarburos. La ventaja de eliminar productos ligeros es que las columnas que siguen al desbutanizador, pueden operar a presiones mucho más bajas. El desbutanizador propio debe operar a una presión razonablemente alta para mantener los butanos en forma líquida, de tal manera que puedan bombearse a la columna como corriente de reflujo. La presión interna de diseño del desbutanizador mostrado en la figura es de 19 kg/cm 2 (270 psig). La columna está diseñada para una temperatura relativamente alta de 315°C (600°F). Un típico ejemplo del efecto del uso de un desbutanizador sobre los recipientes que le siguen, sería la presión de operación de un despentanizador a baja presión. Una vez que el líquido alimentado al desbutanizador ha sido desbutanizado, el líquido de fondos va a un despentanizador como alimentación. El despentanizador puede operar entonces a sólo 20 psig, o aproximadamente 1,5 Kg/cm 2 . Si hubiese butano presente en la alimentación, esta columna debería ser operada a una presión mucho más alta a fin de mantener un reflujo líquido. Si el desbutanizador no estuviera presente, los butanos escaparían con toda probabilidad al sistema de gas combustible, pero, debido al desbutanizador, los butanos permanecen líquidos y pueden ser bombeados al almacenamiento, usados como alimentación para otras unidades, o pueden ser separados y vendidos como producto final. Como puede verse en nuestro esquema del desbutanizador, la mitad inferior de la columna debajo del punto de alimentación contiene platos de dos pasos. La mitad superior tiene platos de un solo paso, y esto indica que hay una cantidad mucho mayor de hidrocarburos yendo hacia el fondo de la columna que hacia la cabeza. Además, la cabeza de la columna es de diámetro más reducido. Este desbutanizador particular tiene una boquilla de salida lateral al hervidor y, como podemos ver, bajo el plato 30 hay un plato acumulador con chimenea. Esto, junto con la posición de la boquilla de retorno del hervidor, garantiza un adecuado suministro a la bomba del hervidor. El líquido de salida del fondo de la columna puede salir por sí mismo debido a la alta presión de la columna, o puede ser bombeado. Sin embargo, si el control de nivel del fondo se cerrase por cualquier causa, hay la posibilidad de que el hervidor empezase a vaciarse. El pozo de salida al hervidor debe estar siempre lleno a rebosar y la posición de la válvula de control de nivel siempre debe indicar que la salida de líquido de la columna está parcialmente abierta. De esta manera se puede tener la certeza de que el pozo del hervidor está rebosando.

6-19

Este desbutanizador es una columna de 30 platos. Los platos de la columna están hechos de acero al carbono, con válvulas de acero inoxidable con 12%Cr. Hay una línea de reflujo que va a la cabeza de la columna encima del plato N° 1 y un punto de alimentación bajo el cuello de la columna. Hay un plato trampa entre el último plato de un solo paso y el primer plato de doble paso, de tal modo que el líquido en la bajante se distribuya sobre el plato en lugar de ir directo a la bajante del plato de dos pasos. En el plato N° 30 hay dos trampas en la bajante a fin de impedir que cualquier gas que suba por la chimenea bypase el plato y suba por la bajante. Generalmente, se tiene una mampara en la brida de la toma superior del indicador de nivel de vidrio y del controlador de nivel, y hay un rompedor de vórtice en la línea de salida de fondos para proteger la bomba si la hay.

6-20

DESBUTANIZADOR (DEBUTANIZER) VENTEO

SALIDA DE VAPOR

REFLUJO

TI & TRC ALIMENTACIÓN

RETORNO DEL HERVIDOR

SALIDA AL HERVIDOR

LC& LG

ROMPEDOR DE VÓRTICE SALIDA DE LIQUIDO UOP 220-6-6

6-21

Fracc/onador Productos

De

El fraccionador de productos está diseñado para tomar alimentación desulfurizada, hidrocraqueada y desbutanizada, y, de forma similar a la de la columna de crudo, su función es la de separar una alimentación de multicomponentes en varios productos terminados y productos para alimentar a otras unidades de la refinería. Es generalmente una columna muy alta. Tiene 52 platos de los cuales los primeros 30 son platos de dos pasos y los 22 restantes son de un solo paso. La razón de esto es que en las reacciones de hidrocracking, una alimentación pesada se descompone en componentes más ligeros. Si la unidad de hidrocracking opera de forma apropiada, habrá una mayor cantidad de materiales ligeros que pesados en la alimentación a la columna. La alimentación entra a la columna entre los platos 46 y 47, casi al fondo de esta columna de 52 platos. Los platos por debajo de la sección de alimentación son platos de agotamiento. Los platos por encima de la sección de alimentación son platos de enriquecimiento. Los platos de salida de cortes no son platos acumuladores como los usados en la torre de crudo, sino platos de 2 pasos con un pozo de extracción. La bajante del plato superior descarga en el pozo asegurando que el mismo esté siempre lleno. Bajo cada plato de extracción, las bajantes tienen una trampa, de tal manera que no hay posibilidad de que los gases suban por las bajantes si el plato está operando ligeramente seco. Empezando por la cabeza de la columna, hay la boquilla de gases de cabeza, y, puesto que la alimentación a la columna está razonablemente desbutanizada, estos gases deberían ser pentanos o hidrocarburos de cinco átomos de carbono (C5). La próxima boquilla es la línea de entrada de reflujo. El reflujo viene del acumulador de cabeza en donde los gases condensados han sido recolectados. El reflujo de retorno de nafta es la próxima boquilla, seguida por la de los gases de nafta que retornan del agotador de nafta. El agotador es similar al agotador de la unidad de crudo, excepto que el agotador de nafta tiene un hervidor y no tiene punto de inyección de vapor de agotamiento. La próxima conexión es la de la línea de salida de naftas por la que el líquido va al agotador de nafta bajo control de nivel. Luego viene el retorno de gases del agotador de kerosene. La siguiente boquilla está en el plato 30 y es la salida de keroseno al agotador. Este agotador también tiene hervidor sin vapor de agotamiento. La próxima es el retorno de los gases del agotador de diesel que retornan de su agotador respectivo. Luego hay una salida en el plato 40. Ésta es la salida de diesel y el pozo de salida es un plato de un solo paso. La bajante descarga en el pozo, el cual, una vez lleno, rebosa al plato. La próxima boquilla es la de alimentación entre los platos 46 y 47, y luego, bajo el plato 52 (el último plato), hay la del gas de agotamiento. El gas de agotamiento en esta columna es el hidrocarburo procedente del acumulador de

6-23

cabeza el cual se usa en lugar de vapor, puesto que el vapor podría introducir agua en los productos, y en algunos casos esto no es deseable. Los fondos del fraccionador se reciclan al reactor de hidrocracking y de nuevo se descomponen en productos más ligeros. El control de las especificaciones del producto del fraccionador de productos es similar al de la torre de crudo. La cantidad retirada controla el punto final. Un caudal de salida más baja dará un punto final más bajo. Sin embargo, en un agotador de la torre de crudo, el punto inicial de ebullición se controla por la cantidad de vapor de agotamiento que se introduce en el agotador. En el caso del fraccionador de productos hay un hervidor, asi que el punto inicial de ebullición es controlado por la cantidad de aceite de calefacción que pasa por el hervidor. Si uno desea elevar el punto inicial de ebullición, se aumenta la cantidad de aceite de calefacción que pasa por el hervidor, lo cual a su vez aumenta la cantidad de gases generados en el agotador. Si se desea bajar el punto inicial de ebullición, se reduce el caudal de aceite de calefacción en el hervidor. En el caso del sistema de nafta, el reflujo se introduce en el plato N° 9 y la salida es en el plato N° 14. Este reflujo permite utilizar algo del calor contenido en esta corriente por intercambio con otras correntes de proceso, y también ayuda al ajuste de los cortes en los productos más ligeros (afecta el grado de fraccionamiento). Se podría mantener constante la salida de nafta, aumentar el reflujo al plato N° 9, y con toda probabilidad bajar el punto final de la nafta producida, así como elevar el punto inicial de ebullición. Asi, tanto el reflujo, como la salida de nafta, como el calor del hervidor del agotador, desempeñan una función en el ajuste de la calidad del producto. El fraccionador de productos es un recipiente de baja presión. Su presión interna de diseño es de 3,5 kg/cm2 (50 psig) pero la temperatura es algo elevada. Está diseñado para 350°C (660°F). Puesto que el material que se alimenta al fraccionador de productos ha sido desulfurizado, el material de construcción es acero, al carbono y todos los platos son del mismo material. Sin embargo, las válvulas de los platos están hechas de acero inoxidable al 12%Cr debido principalmente a que las válvulas de acero al carbono pueden corroerse durante períodos de paro y podrían atascarse cuando se circula vapor de agua para purgar la columna.

6-24

FRACCIONADOR DE PRODUCTOS (PRODUCT FRACTIONATOR) VENTEO

GASES DE CABEZA REFLUJO

RETORNO DE NAFTA

GASES DE NAFTA REGISTRO

SALIDA DE NAFTA

GAS DEL AGOTADOR DE KEROSENO

GAS DEL AGOTADOR DE DIESEL SALIDA DE KEROSENO

SALIDA DE DIESEL AL AGOTADOR

ALIMENTACIÓN

VAPOR DE AGOTAMIENTO

CONEXIONES PARA LC-LG

SALIDA DE FONDOS

6-25

Columna Absorbedora Saturada

La función de la columna absorbedora saturada es la de eliminar los hidrocarburos C4 de una corriente gaseosa rica, compuesta de hidrocarburos de C, a C4. El gas ha sido previamente endulzado en un abosrbedor de DEA. (dietanolamina). Los hidrocarburos ligeros son absorbidos en un aceite pobre tal como la gasolina. El gas rico entra por el fondo del absorbedor y asciende a través de 30 platos de válvulas. El aceite pobre entra en la cabeza del absorbedor y baja a través de 30 platos de válvulas. Mientras que el gas está en contacto con el aceite pobre, todo el butano normal es absorbido junto con una gran cantidad de isobutano y algo de propano. El gas pobre sale por la cabeza conteniendo metano, etano, propano, isobutano y cantidades extremadamente pequeñas de butano normal e isopentano. Algo de pentano normal e hidrocarburos C6 y más pesados (C6+) pueden ser arrastrados. El arrastre no debería ser mayor del 3%molar. El gas pobre puede ser usado como gas combustible de refinería o como alimentación a un reformador de hidrógeno. El aceite rico es enviado a una unidad de concentración de gases en donde es despojado de todos los hidrocarburos C3 y C4. Materiales de Construcción — El recipiente absorbedor está construido de acero al carbono pasivado y está diseñado para 16 kg/cm 2 a 90°C (225 psig a 200°F). Hay 30 platos de acero al carbono con válvulas de acero inoxidable con 12%Cr. El absorbedor de la figura es de 0,6 metros (2,0 pies) de diámetro. Dado que sería imposible trabajar en una torre tan pequeña, los platos están unidos con varillas y se bajan dentro de la columna. El fondo de la columna está ensanchado para proveer un registro y para facilitar la amortiguación de oscilaciones en el nivel del líquido.

6-26

ABSORBEDOR (ABSORBER) SALIDA DE LOS GASES

VENTEO

MALLA ELIMINADORA DE NIEBLAS

ENTRADA DEL LIQUIDO

LC-LG

ENTRADA DEL GAS

ROMPEDOR DE VÓRTICE SALIDA DEL LIQUIDO

6-27

Absorbedor MEA

Se usa monoetanolamina (MEA) en muchos procesos de absorción. En este ejemplo particular el absorbedor es una torre de relleno. El relleno es de monturas Intalox de porcelana semicirculares, las cuales proveen una gran cantidad de área superificial efectiva para el contacto entre el gas y el liquido con un mínimo de resistencia al flujo del líquido y del gas. Este ejemplo particular de absorbedor MEA está diseñado para remover CO2 de la corriente de gas efluyente de un reformador de hidrógeno. Hay tres lechos, cada uno soportado por una rejilla hecha de porcelama, igual a la de las monturas Intalox. Hay un registro debajo del soporte de cada lecho y un registro encima del lecho superior. Este último es para instalar e inspeccionar la malla eliminadora de nieblas y el distribuidor de la alimentación. Debajo de cada rejilla hay un re-distribuidor. Encima de cada rejilla hay un registro u orificio de mano (hand-hole), de tal manera que la rejilla pueda ser inspeccionada. Cuando se llena la torre con relleno, la caída del relleno se amortigua haciéndolo asentarse dentro de una torre previamente llena de agua. Cada lecho, empezando con el del fondo, se llena con 3 ó 4 pies de agua y el relleno se deja caer dentro del agua. La cantidad de agua sobre las monturas debería ser aproximadamente de 3 a 4 pies. Cuando las monturas caen lentamente hacia abajo, se intercalan y se compactan dando una cantidad máxima de área superficial con la mínima caída de presión. A veces hay problemas debidos a la rotura de las monturas. Hay un tamiz en el fondo del absorbedor MEA colocado sobre la línea de salida, a fin de retener trocitos de porcelana que pudieran ir a la succión de la bomba. Para preparar la puesta en marcha de la columna, se funde la MEA y tanto el absorbedor como el agotador (desorbedor o stripper) se llenan con una cierta cantidad de MEA. Se establece la circulación de alimentación en la cabeza y de salida en el fondo del absorbedor. El gas rico en CO2 viene de otra unidad precedente, se alimenta al fondo del absorbedor, y se pone en contacto con la MEA que desciende a través de las monturas. El CO2 es absorbido en la MEA. El gas limpio sale a través de la malla, la cual elimina cualquier MEA arrastrada, y luego sale por la salida de la cabeza de la torre de MEA como producto terminado. La MEA luego va a una columna agotadora (desorbedor) donde el CO2 es desorbido, y se circula de nuevo a la torre MEA. Ocasionalmente la MEA tiene que ser cambiada o repuesta debido a pérdidas. La MEA debe almacenarse en forma fundida de tal manera que esté lista para ser bombeada cuando se requiera. Sin embargo, no puede permitirse que la MEA esté demasiado caliente, puesto que tiene un olor muy desagradable y podría causar problemas en áreas pobladas.

6-29

La torre de MEA está diseñada para una presión de unos 19 kg/cm2 (270 psig). La temperatura de diseño es alta; en este caso particular es de 345°C (650°F). En esta unidad el gas de alimentación viene de un metanador que opera a altas temperaturas, aunque el gas ha sido enfriado en un intercambiador intermedio de recuperación de calor. El absorbedor de MEA no tiene por que funcionar a 650°F, pero si el intercambiador fallase, el hidrógeno de alimentación podría entrar el absorbedor a temperaturas muy altas por lo cual el absorbedor debe estar diseñado para el caso hipotético de posible fallo.

6-30

ABSORBEDOR MEA DE LA PLANTA DE H2 (H2 PLANT MEA ABSORBER) SALIDA DEL GAS MALLA ELIMINADORA DE NIEBLA ENTRADA DE MEA DISTRIBUIDOR DE LA ALIMENTACIÓN

- REGISTRO DE MANO

SOPORTE RELLENO DE MONTURAS INTALOX DE 1 1/2" REGISTRO DE MANO

REDISTRIBUIDOR

REGISTRO DE MANO LC- LG

ENTRADA DEL GAS REGISTRO CONO CON ORIFICIOS DE 1/4" ROMPEDOR DE VÓRTICE SALIDA DE MEA

6-31

UOP 220-6-9

Separador De Alta Presión

Prácticamente todas las unidades catalíticas que tienen una corriente de gas de reciclo, tendrán un separador de alta presión. Éstos están diseñados principalmente para separar hidrógeno de hidrocarburos. El hidrógeno luego va a la succión del compresor de reciclo. Los hidrocarburos pasan al tren de fraccionamiento. Uno de los componentes básicos de un separador de alta presión es una malla usada como eliminadora de nieblas (demister) la cual está generalmente construida de monel. Está soportada en un deflector (baffle) en la cabeza del separador para coalescer o eliminar las gotitas de hidrocarburos de la corriente de gas. Hay un distribuidor de entrada, generalmente localizado en la parte media del recipiente, que ayuda a distribuir el gas uniformemente a través de todo el recipiente. Hay un indicador de nivel de vidrio a media altura del recipiente para mostrar el nivel de hidrocarburos y un indicador de nivel de vidrio en el fondo para mostrar el nivel de agua. Los controladores de nivel controlan los caudales de agua y de hidrocarburos que salen del separador de alta presión. El nivel de líquido en el fondo del separador es importante. Algunos de los separadores de alta presión operan a una presión mucho más alta que la del próximo recipiente que le sigue. La alta presión en el separador, particularmente en unidades de hidrocracking que operan a presiones de hasta 2000 psi, podría perderse si, por cualquier razón, el nivel de líquido no se mantuviese en el fondo del recipiente. Esto puede causar problemas graves en los recipientes que vienen a continuación. La línea de salida, si va a una bomba, generalmente tiene un rompedor de vórtice. En los casos en que el líquido sale del recipiente bajo presión propia no se requiere rompedor de vórtice. En unidades de desulfuración y de hidrocracking, hay sistemas para lavar con agua los enfriadores que preceden al separador de alta presión. El agua tiene que ser eliminada del hidrocarburo a fin de reducir la carga en el equipo aguas abajo, tal como en el separador de baja presión o en el tambor de evaporación a baja presión (flash drum). Para esto, se instala un deflector a la mitad del recipiente, se coloca una malla en la otra mitad del recipiente aproximadamente a un tercio de la distancia desde el fondo del recipiente, y se instala un deflector vertical desde el deflector horizontal. Este deflector soporta una malla vertical que se extiende casi hasta el fondo del recipiente. Puesto que con toda probabilidad el agua contendrá componentes corrosivos, el fondo del tanque debe estar revestido con metal u hormigón. La línea de salida de hidrocarburos tiene un tubo retenedor que se extiende por encima de las mallas para la coalescencia del agua. Esto asegura que, aunque se tenga un nivel de agua, el agua no irá a la salida de hidrocarburos. El agua que sale del

6-33

fondo del separador puede ser enviada a un desorbedor de compuestos sulfurados y a continuación tratada para eliminar restos de H,S y de NH3 antes de descargarla en un río o de enviarla a una unidad de tratamiento de efluyentes acuosos. Hay también un conjunto de platos y de bajantes en el separador de alta presión de las unidades de desulfuración y de hidrocracking, de tal manera que, durante la regeneración, los productos de combustión puedan ser eliminados de la corriente gaseosa del gas de reciclo. Los platos permiten el contacto apropiado. Cuando se usan platos, se inyecta el agua directamente en el separador de alta presión, donde se pone en contacto con el gas de reciclo ascendente. Los productos de combustión son absorbidos y eliminados por el fondo del separador de alta presión y la corriente puede ir a una unidad de purificación de agua. Una unidad de hidrocracking que opere a alta presión, tendrá típicamente una presión de diseño de 135 kg/cm2 (2000 psig). La temperatura de diseño del separador mostrado es de 120°C o, aproximadamente, de 250°F. Puesto que habrá algunos productos corrosivos, el recipiente debe estar hecho de acero al carbono pasivado. Todas las mallas están hechas de monel. El fondo de la torre, como se mencionó antes, está revestido con hormigón, así como el tubo retenedor (standpipe). Una de los detalles interesantes del separador de alta presión de una unidad de hidrocracking, es el hecho de que tiene cabezas semiesféricas. La mayoría de los recipientes, de hecho todos los recipientes, de los que hemos hablado previamente, están construidos con cabezas elípticas de excentricidad 2:1. La cabeza semiesférica puede ser construida con un espesor mucho menor (mucho más delgada) que una cabeza elíptica 2:1 para una presión de diseño equivalente.

6-34

SEPARADOR DE ALTA PRESIÓN (HIGH PRESSURE SEPARATOR) SALIDA DE GAS REGISTRO

MALLA RETENEDORA DE NIEBLA

ENTRADA DE AGUA (CON BRIDA CIEGA)

ENTRADA TUBO RETENEDOR

MALLA DE COALESCENCIA

LC- LG

REVESTIMIENTO DE HORMIGÓN

SALIDA DEL AGUA

SALIDA DE HIDROCARBUROS UOP 220-6-10

6-35

Tambor De Evaporación A Baja Presión (Tambor De Flash)

La función de un tambor de evaporación a baja presión (tambor de flash) es la de eliminar hidrógeno y otros gases ligeros disueltos en los hidrocarburos debido a la alta presión en el recipiente precedente al tambor de evaporación a baja presión. El recipiente precedente al tambor de evaporación, puede operar a unas 2000 psig y a una temperatura de 130°F. El tambor de evaporación a baja presión opera a 100 psig y 125°F. Aunque hay una pequeña caída de temperatura, con una caída de presión cercana a 1900 psig, se puede esperar que la mayoría del hidrógeno se desorba del líquido que entra al tambor de evaporación a baja presión, y con esto se reduzca la cantidad de hidrógeno que podría ir al desbutanizador. Así, sin calor de fraccionamiento ni de ebullución, una gran cantidad de gases indeseables son evaporados del líquido. El tambor de evaporación a baja presión, al menos durante la regeneración en la unidad de hidrocracking, tiene que soportar la presencia de algunos materiales corrosivos. El recipiente está hecho de acero al carbono pasivado y tiene un revestimiento de hormigón de aproximadamente 3/4" de espesor en la mitad inferior del recipiente. El tubo retenedor vertical (standpipe) para la salida de hidrocarburos está hecho de monel así como el rompedor de vórtice. Hay una gran cantidad de agua que sale de este recipiente. Por ello, hay un control de nivel y un indicador de nivel de vidrio en la bota de agua. El agua se bombea de la bota del agua, por lo que hay un rompedor de vórtice en la salida del agua. Puesto que los materiales que van a esta bota son corrosivos, la bota está embridada al recipiente a fin de que pueda ser desmontada y reemplazada con otra nueva cuando la corrosión del metal sea excesiva. Dentro del acumulador hay una malla de monel de 12" (0,3 m) de espesor. Esta malla sirve para dos propósitos: uno, ayudar a la retención de gotitas de hidrocarburos arrastradas en la corriente gaseosa y provocar su coalescencia y retorno; y otro, coalescer las gotas de agua, separándolas del hidrocarburo a medida que éste pasa a través de la malla retenedora. La bota de agua está dimensionada de tal manera que pueda ser utilizada como un registro para inspeccionar la malla retenedora en el lado aguas abajo de la'malla, y hay otro registro colocado aguas arriba para la inspección de este lado de la malla. Hay un distribuidor para gas e hidrocarburos en la línea de entrada. Hay una línea de salida de gas y una línea para la válvula de escape, puesto que cualquier sobrepresión en el sistema normalmente se descarga en este punto. Hay boquillas embridadas para el indicador de nivel de vidrio y para el control de nivel de la fase orgánica.

6-36

TAMBOR DE EVAPORACIÓN A BAJA PRESIÓN (TAMBOR FLASH DE BAJA PRESIÓN) (LOW PRESSURE FLASH DRUM)

ENTRADA

VÁLVULA DE SEGURIDAD REGISTRO

9> CO -vj

SALIDA DE GAS LC-LG ROMPEDOR DE VÓRTICE TUBO RETENEDOR REVESTIMIENTO DE HORMIGÓN

MALLA DE COALESCENCIA

BOTA DE AGUA LC-LG

SALIDA DE HIDROCARBUROS LÍQUIDOS SALIDA DEL AGUA

UOP 220-6-11

Reactor Típico De Un Solo Lecho Con Flujo Axial Hacia Abajo

1. Presión de diseño — 30 kg/cm 2 , 425 psig. 2. Temperatura de diseño de la carcasa — 400°C, 750°F. 3. Limitaciones en la presión y temperatura de regeneración—3,5 kg/cm2 a 525°C, 50 psig a 977°F. 4. Materiales de construcción. A. Externos 1. Carcasa y cabezas de acero aleado con 0,5% de molibdeno. El interior de la carcasa y de las cabezas está revestido con acero inoxidable con 11a 13%Cr. El revestimiento tiene un espesor de 3,2 mm o 1/8". 2. Todas las bridas son F-1 de 300# con empaque de anillo. F-1 indica que la brida está hecha de acero aleado conteniendo 1/2%de molibdeno. La ranura para el empaque de anillo es de fondo plano y está acabada con un depósito de soldadura de acero inoxidable de 3,2 mm o 1/8" de espesor. 3. Todas las boquillas están recubiertas con una capa de 3,2 mm o 1/8" de acero inoxidable con 11-13%de cromo. B. Internos El material usado en la construcción de las partes internas es acero inoxidable. Acero inoxidable 18-8 se usa generalmente para los tamices. Excepción de lo antes mencionado, es el distribuidor de entrada. El constructor puede escoger el tipo de acero inoxidable, que contendrá cromo, níquel y titanio, o 18%de cromo, y 11%de níquel y cobalto. 5. Descripción de las partes internas del reactor. A. Distribuidor de entrada La brida de la cabeza del distribuidor de entrada está colocada entre las dos bridas de entrada y está sujetada firmemente por un anillo de asbesto trenzado comprimido entre la brida del codo y la brida del distribuidor de entrada. El distribuidor consta de una rejilla que contiene cincuenta y seis orificios de 12,7 mm o 1/2" de diámetro, igualmente espaciados en círculos concéntricos. La rejilla del distribuidor está colocada encima de una serie de tres conos, cada uno un poco más pequeño que el siguiente. Los conos introducen la corriente de gas de proceso de tal manera que el gas de proceso es distribuido sobre el diámetro total del lecho de catalizador.

6-38

B. Tamiz de la Boquilla de Salida Hay un tamiz en el cabezal del fondo, construido con una placa de acero inoxidable de 6,4 mm o 1/4" de espesor en forma de cono truncado. Las ranuras en la pared del cono son de 1/4" x 1". Este tamiz permite el paso libre del gas de proceso pero retiene el material cerámico de soporte del catalizador de 19 mm o 3/4" de diámetro que rodea al tamiz. C. Boca de descarga del catalizador Hay una boca de descarga de 102 mm o 4" de diámetro colocada en la cabeza inferior. La boca tiene una brida de empaque de anillo con una brida ciega, excepto cuando se descarga el catalizador. Instalada en la boca de descarga hay una válvula de descarga y una extensión de la boquilla, llena con bolas de cerámica de 6,34 mm o 1/4" de diámetro, que se extiende a través del material de soporte del catalizador de tal manera que el catalizador puede ser sacado del reactor sin perturbar el material de soporte del catalizador. D. Material de Soporte del Catalizador La cabeza inferior del reactor está llena de bolas cerámicas de 19 mm o 3/4" de diámetro hasta un nivel de 152 mm o 6" encima del extremo superior del tamiz en forma de cono truncado. Sobre la capa de bolas de cerámica, hay una capa de 102 mm o 4" de bolas de cerámica de 6,3 mm o 1/4" de diámetro. Sobre esta capa hay otra capa de 102 mm o 4" de soporte del catalizador de 3,2 mm o 1/8" de diámetro. Para reactores de flujo axial hacia abajo que tengan un diámetro superior a 8", las capas de soporte de catalizador de 1/4" y 1/8" de diámetro tienen 6" de espesor. E. Canastas distribuidoras (Cestos distribuidores) El catalizador descansa sobre la capa de soporte de 3,2 mm o 1/8" de diámetro. Poco a poco se eleva el nivel del catalizador hasta que falten 304 mm o 12" para el nivel deseado y entonces se colocan las canastas distribuidoras. Siete canastas grandes en un círculo de 380 mm o 15" de radio y tres canastas pequeñas en un círculo de 152 mm o 6" de radio. En el círculo de 152 mm (6") de radio, las tres canastas deben estar espaciadas 325 mm (12,75") entre centros. En el círculo de 380 mm o 15" de radio, las 7 canastas deberán tener una distancia de 344 mm (13,5") entre centros. Luego se añaden y se nivelan los 304 mm (12") de catalizador restantes. Sobre el catalizador se pone una capa de 75 mm (3") de bolas de cerámica de 6,3 mm (1/4") de diámetro. Sobre ésta se coloca una capa de 75 mm (3") de bolas de cerámica de 19 mm (3/4") de diámetro. Las canastas distribuidoras largas y cortas tienen

6-39

en su parte interior diámetros de 18" y de 14" respectivamente y una longitud de 22" y de 17". El fondo está cerrado con un tamiz y en la parte alta hay un plato del calibre N° 12. El alambre del tamiz es de 1,6 mm (1/16") de diámetro y el orificio del tamiz es de 1 mm (0,042").

6-40

REACTOR DE UN SOLO LECHO CON FLUJO AXIAL HACIO ABAJO (SINGLE BED DOWN FLOW REACTOR) ENTRADA

DISTRIBUIDOR DE ENTRADA

CANASTAS DISTRIBUIDORAS

BOLAS DE CERÁMICA

CATALIZADOR

BOLAS DE CERÁMICA

1/8" 1/4" 3/4"

2 BOCA Y VÁLVULA DE DESCARGA DEL CATALIZADOR

SILLA DE ELEFANTE Y SU TAMIZ SALIDA

6-41

UOP 220-6-12

Reactor De Pared Caliente De Lecho Múltiple Y De Flujo Axial Hacia Abajo

1. Presión de diseño típica del reactor: 155,0 kg/cm 2 , 2200 psig. 2. Temperatura del diseño del reactor: 440°C, 824°F. 3. Materiales de construcción. a) Externos La carcasa, cabezas, boquillas y bridas del reactor están construidas de aleación que contiene 2-1/4%cromo, 1% molibdeno. Los recipientes pueden ser hechos de placa o forjados. b) Internos Todas las partes internas del reactor, incluyendo tuercas, pernos y tamices son de acero inoxidable tipos 316L, 347,0321. c) La carcasa y las cabezas están usualmente revestidas con una capa superpuesta de 10 + 2 pasos de soldadura de acero inoxidable tipo 347. 4. Descripción de las partes externas a) Ambas cabezas del reactor, superior e inferior son semiesféricas, debido a los requerimientos de operación a alta presión. b) El reactor tiene una boquilla de entrada de 508 mm o 20" de diámetro y una boquilla de salida de 254 mm o 10" de diámetro. Hay 14 boquillas en el lado del reactor, 12 son boquillas de termopozos de 50,0 mm (2") de diámetro y dos son boquillas de entrada de corrientes de enfriamiento de 152 mm o 6" de diámetro. En la cabeza inferior hay una boquilla de descarga del catalizador de 152 mm o 6" de diámetro. 5. Descripción de las Partes Internas del Reactor a) Suspendido de la brida de entrada hay un distribuidor de entrada diseñado con una rejilla que contiene 68 orificios de 19 mm (3/4") de diámetro, igualmente espaciados en círculos concéntricos. Suspendidos de la rejilla hay tres conos truncados concéntricos que distribuyen la corriente de proceso de entrada uniformemente sobre todo el plato distribuidor de entrada. b) Plato Distribuidor de Entrada — El plato distribuidor de entrada contiene 100 tubos verticales, igualmente espaciados, de 62,5 mm (2-1/2") de diámetro y 225 mm (9") de largo. El extremo superior de los tubos está cerrado y los lados

6-42

de la parte superior tienen ranuras en ángulo de 45°. A 38 mm (1-1/2") del extremo inferior del tubo y a 25,4 mm (1") del plato hay 4 orificios igualmente espaciados de 9,6 mm (3/8") de diámetro. Dado que la alimentación está formada por dos fases, líquido y gas, el liquido podría mojar solo partes del catalizador y causar canalización de flujo en el reactor, por lo que es necesario diseñar el reactor a fin de impedir que esto ocurra. El gas de proceso entra por las ranuras en el lado superior del tubo. Cualquier líquido que pueda separarse del gas de proceso se recoge en los platos colocados alrededor de los tubos. Cuando se alcanza un nivel de aproximadamente 21 mm (7/8"), el líquido entra en los tubos a través de los orificios laterales de 9,6 mm (7/8") de diámetro. El líquido que se mezcla con la corriente de gas es pulverizado en finas gotitas y distribuido a través de la primera capa de catalizador. Con la excepción de cuatro orificios de 6,4 mm (1/4") de diámetro, el plato no permite el paso de líquido. El espacio entre la parte interna del reactor y la circunferencia exterior del plato está sellado con asbesto trenzado de 25,4 mm (1") de grueso. c) Lechos de catalizador — En el reactor hay 3 lechos de catalizador. Los lechos superior y medio están soportados en una rejilla cubierta con un tamiz de malla de 9 x 9-1/2. El tamiz está cubierto por una capa de material de soporte del catalizador de 3,2 mm (1/8"). Sobre el material de soporte del catalizador hay una entrada de gas de enfriamiento. Cada entrada de enfriamiento consta de un tubo cabezal de 76 mm (3") de diámetro que divide al recipiente horizontalmente. Hay 13 tubos distribuidores laterales, igualmente espaciados, a ambos lados del cabezal y a un ángulo de 90° con el mismo. El cabezal y los tubos laterales tienen orificios igualmente espaciados para mejorar la distribución del gas de enfriamiento. El propósito de esta entrada de gas de enfriamiento es el de distribuir hidrógeno frío uniformemente en el gas caliente de proceso para reducir la elevación de temperatura causada por la reacción exotérmica en el lecho superior del catalizador. d) Platos redistribuidores — Debajo de las rejillas de soporte del catalizador, hay un plato redistribuidor, diseñado de la misma manera que el plato distribuidor de entrada sobre el lecho superior. Este plato redistribuye uniformemente el gas de proceso a los lechos inferiores. Sin embargo, dado que sería imposible descargar el catalizador de los lechos superior y medio a través de las rejillas de soporte, tamices y platos redistribuidores, se insertan tres boquillas de descarga del catalizador a través del plato de redistribución y del tamiz y rejilla de soporte. Cuando se descarga el catalizador de los lechos inferiores, el catalizador de los lechos superiores fluye a través de estas boquillas y se saca por la boqulla existente en la cabeza inferior.

6-43

e) Tamiz de la canasta de salida—Hay un tamiz en la canasta de salida de 456 mm (18") de diámetro externo por 354 mm (14") de altura que se asienta sobre guías insertadas en la tubería de salida. La canasta está diseñada para permitir el libre paso de la corriente de proceso y retener el material de soporte de catalizador de 19 mm (3/4") de diámetro que rodea la canasta. Encima de la parte superior de la capa de material de soporte de 19 mm de diámetro hay otra capa de 10 mm (4") de material de soporte de 6,4 mm (1/4") de diámetro. Sobre esta capa se coloca todavía otra de 101 mm (4") de material de soporte de 3,2 mm (1/8") de diámetro. Estas capas de material de soporte sostienen el lecho inferior de catalizador en el reactor. Para reactores de diámetro superior a 8 pies, el espesor de las capas de soporte de 1/4" y 1/8" se aumenta hasta 6" (15 mm).

6-44

REACTOR DE LECHO MÚLTIPLE Y FLUJO AXIAL (MULTI BED DOWN FLOW REACTOR)

REGISTRO Y ENTRADA PLATO DISTRIBUIDOR DE ENTRADA

TAMIZ DE SOPORTE DEL CATALIZADOR POZOS DE TERMOPARES (TERMOPOZOS)

PLATO REDISTRIBUIDOR

ENFRIAMIENTO (QUENCH)

PLATO REDISTRIBUIDOR

CARCASA EXTERIOR

REVESTIMIENTO INTERIOR

BOQUILLA DE DESCARGA DEL CATALIZADOR

SALIDA

6-45

Reactor De Flujo Radial

NOTA: Con la excepción de las dimensiones, éste es un reactor representativo de los reactores de lecho fijo, de flujo radial y de paredes calientes. 1. Presión de diseño típica: 40 kg/cm2, 570 psig. 2. Temperatura de diseño típica de las paredes del reactor: 525°C, 977°F. 3. Materiales de construcción a) Cuerpo y cabezas: A-387 Gr. II. Este código del material indica que la carcasa y las cabezas del reactor están hechas de una aleación de acero que contiene 1-1/4%de cromo y 1/2%de molibdeno. Las bridas y las tuberías también están hechas de la misma aleación de acero pero el código de las bridas es F-11 y el de la tubería es P-11. La brida tiene una junta de anillo con una ranura de fondo plano. El código para el empaque de anillo es F-5, lo que significa que el empaque contiene 5%cromo y 1/2%molibdeno. Todos estos materiales dan excelentes resultados a presiones y temperaturas altas. b) Los materiales usados en la construcción de las partes internas del reactor, con muy pocas excepciones, pertenecen a dos clases: 1. Cualquier parte interna que esté soldada a la pared del recipiente será generalmente de acero inoxidable 405 conteniendo de 11 a 13%de cromo. La excepción es el collar de guía de la tubería central perforada, el cual es de acero inoxidable 316 L. 2. Las partes internas restantes del recipiente son de acero inoxidable 316. Una excepción es el anillo de expansión de las placas de media caña (scallops), el cual es de acero A387 Gr. 11, que contiene 1-1/4%de cromo y 1/2%de molibdeno. Todos las pernos son de aleación con 11-13%de cromo. c) La cabeza inferior (fondo) del reactor debe estar recubierta con ladrilló refractario. 4. Descripción de las partes internas a) El distribuidor de entrada está diseñado para cambiar la dirección del flujo entrante, de dirección axial (hacia abajo) hacia los lados (radial). La parte superior del distribuidor de entrada tiene una brida que está mantenida firmemente entre las bridas de la boquilla de entrada por compresión contra un anillo de asbesto trenzado colocado entre la brida del distribuidor de entrada y la de la boquilla del reactor.

6-46

b) Placa deflectora Es un deflector horizontal suspendido de la cabeza superior del reactor y provisto de un registro de acceso. c) La mampara contiene el cierre y espacio muerto de catalizador y dirige la corriente de gas de proceso hacia el tubo central. d) Las placas de media caña (scallops) son secciones cilindricas ranuradas, cortadas a lo largo de la generatriz del cilindro, y presionadas herméticamente contra la pared interna de la carcasa del reactor. El extremo inferior de las medias cañas descansa en un anillo de soporte situado en el fondo del reactor. Los extremos superiores de las medias cañas están sostenidos por una varilla sujetadora y están abiertos para permitir la entrada del gas de proceso. El gas es distribuido por medio de las medias cañas a lo largo de la altura total del lecho del catalizador. El número de medias cañas varía según el diámetro de la carcasa del reactor. Un reactor de 1,5 m (5 pies) de diámetro contiene 20 medias cañas. Las ranuras en las medias cañas son demasiado pequeñas para permitir que el catalizador pase por ellas. Cuando se carga el catalizador no se debe permitir que éste caiga dentro de las medias cañas. e) El tubo central es esencial para la distribution uniforme del gas de proceso a través del lecho de catalizador. El gas de proceso sale de las medias cañas, circula horizontalmente a través del lecho de catalizador, y pasa a través de agujeros perforados en el tubo central, el cual está dispuesto verticalmente en el reactor y se extiende a través de todo el lecho catalítico. El número y tamaño de los agujeros en el tubo central es cuidadosamente calculado por el ingeniero de diseño para dar la mejor distribución del gas de proceso a través del lecho catalítico. Los agujeros perforados en el tubo central son de diámetro mayor que el diámetro de las partículas de catalizador. Para evitar las pérdidas de catalizador, el tubo ce/itral está envuelto con una malla o tamiz. Los agujeros de la malla tienen aproximadamente 1 mm de diámetro, de tal manera que el catalizador no puede pasar a través del tamiz. f) Cubierta del tubo central: Si se desea operar una unidad de reformado catalítico a capacidades más bajas que las de diseño por un prolongado período de tiempo, una menor cantidad de catalizador será requerida. Si se descarga parte del catalizador para mantener una distribución apropiada a través del lecho, se coloca una cubierta sobre un tramo del tubo central, a partir de su extremo superior. La cubierta y la parte correspondiente cubierta del tubo central se llaman la

6-47

"cubierta del tubo central". Cuando se extiende la cubierta debe extenderse también la mampara exterior a fin de preservar el flujo lineal de la corriente del gas de proceso. g) Manga del tubo central: En el centro de la cabeza inferior del reactor se suelda una manga o tubo a la cabeza. El diámetro interno de la manga es 3,2 mm (1/8") más grande que el diámetro exterior del fondo del tubo central, el cual se acomoda dentro de la manga y descansa sobre un asiento formado en la cabeza inferior del reactor. Este asiento debe estar limpio antes de que el tubo central sea colocado dentro de la manga. El interior de la manga está acabado en su extremo superior de tal forma que una pieza de asbesto trenzado pueda taponar este espacio para evitar la fuga de catalizador entre la manga y el tubo central. h) Boquilla de descarga del catalizador: En la cabeza inferior de cada reactor hay una boquilla de descarga de catalizador de 102 mm de diámetro. Excepto cuando se está descargando el catalizador, la boquilla debe estar tapada con una brida ciega. Dentro de la boqulla hay una válvula. La boquilla atraviesa la carcasa del reactor y el revestimiento de ladrillo refractario hasta el lecho del catalizador. La parte superior de la boquilla está llena de bolas de cerámica de 1/4" (6,4 mm) de diámetro hasta el nivel del ladrillo refractario.

6-48

REACTOR DE FLUJO RADIAL (RADIAL FLOW REACTOR)

DEFLECTOR (PLACA)

DISTRIBUIDOR DE ENTRADA

MAMPARA

CUBIERTA DEL TUBO CENTRAL

NIVEL DE CATALIZADOR

TUBO CENTRAL MEDIA CANA PERFORADA

TAMIZ DEL TUBO CENTRAL

VÁLVULA DE DESCARGA DEL CATALIZADOR

REVESTIMIENTO DE LADRILLO REFRACTARIO

ASBESTO TRENZADO

ASBESTO TRENZADO

UOP 220-6-14

6-49

Carga De Catalizador Al Reactor De Flujo Radial

La cantidad de catalizador a ser cargada debe ser determinada por la refinería. Sin embargo, hay algunos detalles importantes que conciernen al operador. Éstos se enumeran a continuación: 1. Los bidones de catalizador deben estar tapados hasta que se carguen en los reactores. El catalizador nunca debe estar expuesto a la lluvia o a la intemperie. 2. Nunca deben mezclarse catalizadores distintos. Los bidones de los distintos catalizadores deben almacenarse e identificarse separadamente. 3. Debe llevarse un registro exacto de cada bidón cargado en el reactor. 4. No debe permitirse que ningún objeto extraño, tal como tuercas para cierre de los bidones, pernos, empaques, alambres de sellado, herramientas, etc., entre en el reactor junto con el catalizador. Observe lo siguiente si usted toma parte en la carga del catalizador: — El catalizador nunca debe caer libremente a más de un metro de altura. — El reactor debe llenarse de manera que la superficie del catalizador siempre permanezca horizontal y bien nivelada. Evite montones! — Nunca camine sobre el catalizador a menos que esté usando raquetas en sus zapatos para distribuir su peso. — Use una máscara contra el polvo para evitar que el polvo del catalizador entre en sus pulmones. Lávese con grandes cantidades de agua cuando haya concluido su jornada laboral. — Asegúrese que el catalizador es cargado hasta el nivel adecuado y que el lecho ha sido nivelado con una regla. — Si se quiere una muestra del catalizador fresco, tome una pequeña cantidad (25 ce) de cada bidón cuando éstos se vierten en la tolva de carga. Guárdela en una bolsa de plástico sellada o en una botella. No deje la muestra expuesta al aire. Nunca la exponga a la humedad. Identifique adecuadamente la muestra marcando la bolsa o recipiente. — Cubra el extremo superior de las medias cañas de tal manera que no les entre catalizador durante la carga. Antes de quitar esta cubierta y antes de colocar las bolas de cerámica en el espacio muerto entre la mampara y las medias cañas, limpie con un cepillo el catalizador que pueda estar adherido a

6-50

la mampara deflectora, luego coloque 50 mm de bolas de cerámica de 6,3 mm de diámetro entre la mampara y las medias cañas. Sobre esta capa de bolas de 6,3 mm de diámetro, ponga otra capa de 250 mm de espesor de bolas de cerámica de 19 mm de diámetro. — Asegúrese de que el distribuidor de entrada ha sido colocado antes de cerrar el reactor. — El catalizador que caiga al suelo o en plataformas debe ser barrido y recogido en un bidón vacío marcado "barridos". Este catalizador recogido es de valor y puede ser recuperado. NOTA: Nunca entre en un reactor a menos que se haya asegurado de que no corre riesgo y la entrada esté permitida. Si el reactor no tiene la cantidad suficiente de oxígeno para la respiración se corre peligro de muerte.

Descarga Del Catalizador Del Reactor De Flujo Radial

1. Normalmente, antes de la descarga se tendrá que realizar el quemado del carbón del catalizador. Esto elimina el carbón, los gases de hidrocarburos y las piritas del catalizador. Si el catalizador no ha sido regenerado, averigüe cuales son las técnicas de seguridad para la descarga. 2. Los lechos de catalizador deben ser enfriados a 40°C approximadamente antes de la descarga. 3. Los conductos de descarga se conectan a la boquilla de descarga después de que la brida ciega y el empaque de anillo han sido retirados. 4. Se saca la válvula de descarga de la boquilla de descarga, lo que permite que las bolas de cerámica salgan y vayan a pasar a un recipiente separado. 5. El flujo del catalizador es regulado con una válvula en el conducto de descarga. 6. El catalizador debe ser descargado en bidones de catalizador limpios. Los bidones de catalizador de la UOP son extra fuertes. 7. Cada bidón debe tener un empaque y una tapa abrazadera empernada. 8. De cada bidón que ha sido descargado del reactor se debe tomar una muestra de 25 ce. El área de descarga bajo el reactor debe estar barrida y limpia antes de empezar la descarga. El catalizador que caiga al suelo debe ser recogido y colocado en un bidón de "barridos" para después retornarlo con el resto del catalizador.

6-51

9. Un bidón de catalizador contiene aproximadamente 100 kg. El peso de tara del bidón es el peso del bidón, más el peso del empaque, más el de la tapa abrazadera y del perno y tuerca de la tapa abrazadera. El peso de tara más el del catalizador es igual al peso bruto de bidón. Por ejemplo: Peso de tara Peso neto de catalizador Peso bruto

= 22,5 kg = 100,0 kg = 122,5 kg

Se debe llevar un registro del peso de tara, peso neto y peso bruto de cada bidón.

6-52

Preparación, Arranque Y Paro De Recipientes Y Sistemas Relacionados

Después de que un recipiente ha sido construido y erigido, las partes internas han sido instaladas por el contratista, y el recipiente ha sido inspeccionado, el operador comenzará a realizar las operaciones finales de preparación del recipiente. Si se trata de una columna fraccionadora, existen bocas de registro en cada plato, las cuales permiten e! acceso a la columna y facilitan el trabajo de mantenimiento. Una vez que el trabajo ha sido realizado, estos registros tienen que ser sellados y el operador debe asegurarse de que han sido colocados y sellados apropiadamente. Primero, sin embargo, el operador debe inspeccionar cada plato para comprobar que restos cualesquiera, papel, herramientas, linternas etc., hayan sido removidos y que los platos estén limpios. El operador debe cerciorarse de que varillas de soldadura, tuercas, pernos, piezas de madera, basura, y otros objetos hayan sido removidos del fondo de la columna. Una vez que el interior de la columna ha sido inspeccionado completamente, las bocas de registros exteriores son cerradas. El operador debe tener cuidado de asegurarse de que los contratistas hayan limpiado minuciosamente las caras de las bridas, eliminado la herrumbre y removido cualquier aspereza de las caras, de que el empaque esté instalado, y de que las bridas estén empernadas y ajustadas herméticamente. Una vez que la columna esté completamente cerrada el siguiente paso consiste en una prueba hidrostática con un código de prueba, en el que los factores de temperatura y presión están calculados, o una prueba de fuga de líquido en la que no se considera el factor temperatura. Normalmente se presiona la unidad hasta la presión deseada, llenádola con agua, siempre y cuando por supuesto las fundaciones puedan soportar este peso. Si se pide al operador que llene la columna con agua, su supervisor debe indicarle que equipo debe estar incluido en la prueba hisdrostática junto con el recipiente. Es posible que parte del equipo deba ser excluido de la prueba hidrostática debido a ser incapaz de soportar la presión. El equipo no incluido en la prueba hidrostática debe ser aislado con juntas ciegas, y esto incluye las válvulas de descarga. Cuando se llene la columna con agua, la columna debe ser venteada en cabeza para remover todo el aire. La columna entonces se llena completamente hasta que rebose agua por el venteo; la válvula de venteo entonces se cierra y posiblemente se tapona. Generalmente no existe otro punto de venteo más alto excepto quizás por un venteo en la línea de salida de productos de cabeza, la cual deberá ser también cerrada. El contratista o el personal de mantenimiento procederá entonces con la prueba hidrostática. Cuando la prueba se haya realizado, el agua deberá ser drenada. El operador que esté asignado al drenado de un recipiente, debe primero abrir el venteo de cabeza y luego puede proceder al drenaje por el fondo de la columna. Sin embargo, el drenaje debe llevarse a cabo

6-53

lentamente, ya que normalmente la tubería de venteo es de 1" y la de drenaje es de 10". El operador debe cerrar la línea de 10" parcialmente de tal manera que el cuadal volumétrico de salida del agua no sea mayor que el de entrada de aire al recipiente, con lo que se impide la formación de vacío en el recipiente. Muchas columnas no están diseñadas para vacío y podrían reventar y desplomarse debido al drenaje simplemente porque el operador se ha olvidado de abrir el venteo. Si la válvula de venteo ha sido taponada, asegúrese con certeza de que el tapón ha sido removido y de que la válvula está abierta. Si es posible, no se fie de un solo venteo, abra dos o tres a fin de asegurarse de que la columna esté venteándose. En algunas partes de las tuberías conectadas al recipiente, han sido colocadas bridas para aislar la sección sometida a prueba hidrostática de las otras secciones que no pueden ser sometidas a la presión de prueba. Estas bridas tienen que ser removidas y contadas. Inserte un empaque nuevo entre las bridas y, por supuesto, vuelva a colocar los pernos y ajúsfelos herméticamente. La siguiente fase de la operación es el lavado con agua. No permita nunca que el agua de lavado de las líneas vaya a parar a recipientes, ya que, si hay suciedad en las tuberías, ésta podría ir al recipiente, intercambiadores, hornos, etc. El supervisor a cargo del drenaje del recipiente debe cuidar que el operador drene por líneas específicas, digamos una línea de succión de la bomba después de que la brida de la bomba haya sido abierta. Sin embargo, asegúrese de que el agua sucia de lavado no entre en la bomba. Prosiga con el lavado hasta que el agua de lavado de la línea de succión salga limpia. Todas las líneas de alimentación, líneas de retorno de alimentación de calderas, líneas de reflujo, líneas de salida de cortes laterales, etc. deben ser desconectadas y lavadas separadamente con agua para aseguarse de que estén absolutamente limpias. Entonces deben ser reempacadas y reempernadas. Luego se colocan tamices en las bridas de la succión de todas las .bombas, se llena el fondo del recipiente hasta un cierto nivel y se circula agua a través del hervidor, retornándola por la línea de vapor. También puede ponerse agua en el acumulador de productos de cabeza, bombeando entonces el agua a través de la línea de reflujo. Puede incluso dejarse la columna llena con el agua de la prueba hidrostática, y se deja entonces drenar el agua por todas las líneas conectadas a la columna. Cuando la columna está llena de agua, puede permitirse que el agua rebose en el acumulador de cabeza y regrese a la columna a través de la línea de reflujo, con las bombas de reflujo funcionando.

6-54

En la etapa de lavado con agua y de prueba de las bombas, hay otros aspectos que deben tenerse en consideración. El supervisor probablemente le dirá al operario que todas las válvulas de control deben ser removidas completamente de la línea, puesto que el lavado con agua no se realiza a través de esta clase de equipo. Tal como se dijo antes, ciertos equipos deben ser bloqueados durante la prueba hidrostática porque no podrían soportar la presión de prueba. Uno de estos equipos son las válvulas de descarga o de escape. Debe asegurarse de que las bridas ciegas hayan sido removidas de las válvulas de descarga. La operación de válvulas accionadas por motor eléctrico también presenta problemas. Un motor eléctrico diseñado para proveer la potencia suficiente para bombear hidrocarburos (y puede que el hidrocarburo pese sólo un 60%del peso del agua) estaría sobrecargado en la operación con agua a menos que se tomen las precauciones necesarias. El motor eléctrico no puede suministrar suficiente potencia para bombear agua al mismo caudal de diseño que para bombear hidrocarburos, así que la descarga de una bomba centrífuga debe ser cerrada parcialmente hasta que el motor opere con un amperaje seguro (de diseño o menor). Usualmente, un electricista coloca un amperímetro alrededor de los cables conductores que salen del estator del motor e informa al operador de cual es el amperaje circulante. La válvula de descarga de la bomba se cierra hasta que el amperímetro indique una corriente inferior al amperaje de diseño, indicado en la placa de identificación del motor. Usando este método el motor no se sobrecargará. (El motor debe estar provisto de desconectado automático en caso de sobrecarga.) Debe asegurarse también de que la bomba no se recaliente. Las placas de orificio generalmente no se incluyen en el lavado con agua o prueba de bombas, sino que se instalan después de que estos preliminares han sido completados. Durante el lavado con agua todos los puntos bajos de drenaje y conexiones de cualquier tipo deben ser abiertos para asegurarse de que no están taponados y de que el agua que sale es razonablemente clara. Ésta es una buena oportunidad para desatascar drenajes, venteos y puntos similares en donde pueda haberse acumulado suciedad. Si no se hace ahora, puede que luego uno tenga que desatascarlos con hidrocarburos en la línea, lo qual puede presentar problemas de seguridad. Durante el lavado con agua, se prueban las bombas. Este es el momento de observar las bombas para comprobar su lubricación y ver que no haya recalentamiento ni cavitación debido a la obturación de los tamices colocados en la succión de las bombas. Debe informar a su supervisor de cualquier

6-55

ruido extraño y recalentamiento anormal que Ud. observe. Generalmente las bombas son relevadas cada 4 horas a base de un sistema de rotación a través de una bomba de reserva. Cada bomba debería operarse de 12 a 24 horas. Si la bomba está ligeramente desalineada o tiene algún defecto, aquí es cuando debe ser observado. Por supuesto, cualquier bomba que empieza a cavitar o tiene problemas serios de vibración o calentamiento debe pararse inmediamente. Esto generalmente no presenta problema alguno a menos que se esté bombeando de un recipiente a otro y que la bomba tome la succión del otro recipiente. Cuando esto ocurra, el sistema entero tiene que ser parado hasta que la bomba haya sido reparada o hasta que pueda arrancarse la bomba de recambio. El lavado con agua da al operador una excelente oportunidad para aprender como se operan las válvulas y ver que las bombas estén bombeando apropiadamente y que los niveles de los indicadores de nivel estén en su debida posición. ¡Note: los flotadores de los controles de nivel indicarán un valor más alto con agua que con hidrocarburos! Hay algunas piezas del equipo que generalmente no se lavan con agua, por ejemplo: reactores de reformado catalítico y las líneas de succión de los compresores. Estos equipos usualmente son tratados con ácido o por abrasión con perdigones previamente a la puesta en marcha. Los sistemas de aceite de los compresores usualmente son acidificados y no lavados con agua. Las líneas de vapor, generalmente se calientan lentamente con vapor; entonces se abren las válvulas de admisión y descarga de vapor, permitiéndose un barrido con un caudal elevado de vapor a través de las líneas de vapor; Las líneas de aire se barren de forma similar con aire. No tiene sentido lavarlas con agua, ya que ésta podría afectar a los instrumentos. Las lineas de gas combustible constituyen otro sistema que tiene que ser barrido con vapor y luego secado con aire comprimido antes de admitir gas combustible. Debe tenerse cuidado de no arrastrar suciedad ni orín a las boquillas de los quemadores o mecheros. Las boquillas deben desconectadas antes.de barrer las líneas y luego se reinstalan en los quemadores. Una vez que el operador se ha asegurado de que la línea esté limpia, puede dar un barrido con vapor a través del quemador, si así lo desea. Un punto que debe ser tomado en cuenta, cuando se está circulando agua en un sistema pequeño y cerrado, es que no hay manera de eliminar el calor generado por la bomba, por lo que el líquido se calienta gradualmente. Esto puede dar lugar a evaporación y producir cavitación. Si se detecta una elevación de temperatura, notifique a su supervisor a fin de recibir instrucciones de como afrontar el problema o pare la bomba durante un rato, deje enfriar el sistema, y póngala nuevamente en marcha.

6-56

Una vez que la bomba ha sido probada con agua y el lavado de la línea ha sido completado el problema siguiente es el de desalojar el agua del sistema, y esto es muy importante. Si quedase agua en el sistema, ésta podría penetrar en hervidores calientes y equipos similares durante el arranque produciendo daños de consideración. Así que, antes de purgar la unidad y de cargar aceite y gases de hidrocarburos, debe asegurarse con absoluta certeza de que no queda agua en el sistema. Para ello, el operador debe asegurarse de que todos los puntos altos de venteo y todos los puntos bajos de drenaje estén abiertos y de que toda el agua haya sido drenada. El operador debe recorrer las líneas y tuberías tratando de visualizar si hay algún punto donde puedan quedar bolsas de agua. Si no hay posibilidad de drenar estas bolsas, habrá que buscar alguna manera de desalojar el agua totalmente del sistema. Un área que presenta gran dificultad es la de los calentadores; especialmente los de paso múltiple. Si cada paso de un calentador de paso múltiple tiene una válvula de control o una válvula manual o siquiera una brida, puede entonces barrerse cada paso separadamente con aire. Todos los otros pasos pueden ser cerrados o bloqueados temporalmente con bridas ciegas. Pero si hay, digamos, cuatro pasos con una entrada comúm, un barrido con aire sólo desalojará el líquido de uno de los pasos sin eliminar el agua de los otros tres. En este caso, las líneas de gas combustible tendrán que ser puestas en operación, la unidad tendrá que ser aprobada para servicio, restringiendo ciertas áreas para soldaduras, y, entonces, tomando las precauciones necesarias, deben encenderse los quemadores a llama muy baja y gradualmente evaporar el agua de todos los pasos. Usualmente no se necesita una llama alta, ya que basta una llama baja para evaporar el agua. El supervisor deberá dar al operador instrucciones claras y oportunas para llevar a cabo el secado de los calentadores e intercambiadores de hornos. La siguiente etapa en la preparación de un recipiente es la de desalojar el aire, de tal manera que cuando se alimenten hidrocarburos, las líneas del recipiente, cabezales de líneas, acumuladores de productos de cabeza, enfriadores, condensadores, etc., no tengan oxígeno presente que podría crear una atmósfera explosiva. Esto puede hacerse de una o dos maneras. Puede utilizarse un gas inerte como N 2 ; sin embargo, a menudo N2 no es disponible o es demasiado costoso. Otro procedimiento más común es el de utilizar vapor. Si las calderas están listas para operar, las líneas de vapor han sido barridas y están limpias de suciedad, y todas las trampas han sido reinstaladas en el sistema (las trampas deben haber sido desconectodas previamente para evitar acumulación de suciedad durante el barrido de los cabezales de vapor y del sistema de condensado) y están funcionado, entonces el

6-57

sistema está listo para el purgado a vapor. Usualmente, la UOP pondrá una conexión para vapor en la descarga de las bombas de los hervidores. Se acopla una manguera de vapor a esta conexión, y se desaloja el líquido por la línea del calentador, a través del calentador y entrando en el recipiente por la línea de retorno de vapores del calentador. Puede recogerse algo de condensado en el fondo de la columna, por lo que deberá tenerse abierto un drenaje para permitir la salida del condensado al desagüe. El vapor de agua asciende por la columna, hasta que finalmente sale por el venteo de cabeza. Este venteo puede cerrarse, permitiéndose que el vapor salga a través de los enfriadores de agua o de aire para condensación de los productos de cabeza. Naturalmente, no es deseable la presencia de agua de enfriamiento en los condensadores ni que esté operando el ventilador en los enfriadores de aire (aerorefrigerantes). Algunas veces los enfriadores con aire tienen que ser cubiertos con una lona, tablero o cartón, de tal manera que no circule aire a través del enfriador que pudiera condensar el vapor. (¡Cuidado! Cuando se circule vapor a través de cualquier intercambiador, especialmente condensadores enfriados con agua, asegúrese de que el lado del agua esté venteándose, de modo que el aumento de temperatura causado por el vapor no pueda presionar este lado del intercambiador y causar grandes daños en el equipo). El vapor entra en el acumulador de productos de cabeza el cual se ventea para desalojar el aire. Debe ventearse el vapor por la parte superior de las mirillas de vidrio y por los venteos en los puntos altos de los condensadores enfriados por agua o por aire. Además, deben ventearse los indicadores de nivel (mirillas de vidrio) de la columna, si los materiales de construcción lo permiten, y todos los puntos altos del sistema. Debe permitirse también que el vapor regrese por la línea de reflujo, ventee a través del drenaje del sistema de válvulas en E, y vaya a la bomba de reflujo a través del by-pass alrededor de la válvula de control. Yendo en la otra dirección, se barre con vapor desde el acumulador de productos de cabeza hacia abajo hasta la bomba de reflujo, de tal manera que cada línea sea purgada. El operador, en cuanto le sea posible, debería mantener todos los venteos abiertos. El operador debe tomarse su tiempo resiguiendo todas las salidas de las líneas para asegurarse de que todos los sistemas han sido perfectamente purgados con vapor. Algunas veces el vapor tiene que seguir una tubería tan larga para ir de la bomba del hervidor al calentador del hervidor y luego regresar a la columna, que puede condensar y acumularse en los codos en U de los calentadores verticales. En tal caso, se puede encender un quemador a bajo fuego en el calentador para vaporizar este condensado y asi ayudar a

6-58

mantener el calentador libre de condensado. Algunas veces el calor de las llamas piloto basta. En otros calentadores, puede encenderse un quemador. Si se enciende solo un quemador y el calentador tiene más de uno, en otras ocasiones los demás quemadores deberían ser encendidos en rotación. Un método usado para determinar si se ha eliminado el aire de un recipiente, consiste en tomar un recipiente o bomba tomamuestras y conectar una salida en T a la cabeza de la bomba de muestreo. En la sección recta de la T ponga un medidor de vacío. Deje salir vapor de la columna purgando a través de la bomba, luego cierre la válvula en la bomba y la válvula en la columna. Sumerja la bomba en agua. Una vez que todo el vapor se haya condensado, debería haber un buen vacío en la bomba, provisto que no haya ninguna fuga. Si el vacío llega hasta 725 mm de mercurio, puede suponerse que el sistema está razonablemente libre de aire. Esta es una forma de verificarlo. Otra manera de verificarlo consiste en tomar muestras y analizarlas en un analizador de oxígeno portátil para ver si hay algo de aire en las muestras. Una vez que todo el aire ha sido sacado del recipiente y el recipiente está caliente por efecto de la purga con vapor, si el suministro de vapor ha sido cortado, el recipiente se enfriará. Si el venteo se cerrase, se crearía un vacío en el sistema, pero si los venteos se dejasen abiertos se succionaría aire con lo que debería repetirse todo el trabajo anterior. Lo que se debe hacer es ir cerrando lentamente todos los venteos y dejar una baja presión de vapor en el sistema, quizás unas 25 Ibs/pulg2, dependiendo de la presión de diseño del recipiente o sistema. El supervisor deberá dar instrucciones de cual debe ser la presión utilizada en cada sistema particular. Con presión de vapor en el sistema el operador deberá verificar si hay fugas. Una vez que todas las fugas han sido encontradas y tapadas, se debe aliviar toda la presión de vapor de la columna. Una vez que ésta ha sido aliviada, la columna todavía se enfriará. Para evitar que entre aire en el sistema a través de un venteo abierto, o que se forme un vacío cuando los venteos estén cerrados, permita la entrada de gas combustible para presionar la columna hasta que alcance la presión del sistema de gas combustible. Esto mantendrá una presión positiva constante en la columna. Algunas veces, la presión del sistema de gas combustible es más alta que la presión para la cual fue diseñada la columna. En este caso, se deberá tener cuidado de no presionar la columna a una presión que haga que las válvulas de descarga se abran. En este tipo de columna, introduzca gas combustible lentamente y, a medida que la columna se enfríe, continúe introduciendo gas combustible para mantener una presión positiva en la columna. Cuando la columna alcance la temperatura ambiente, se puede llevar la presión hasta aproximadamente 0,7 kg/cm 2 (10 psig) y cerrar la entrada de gas combustible.

6-59

Una vez el sistema se encuentra a la presión de gas deseada y cada uno de los recipientes y equipo relacionado están en equilibrio, se procederá a purgar (drenar) el agua otra vez por los puntos bajos de venteo y drenaje. Cuando se ha purgado toda el agua libre deben reponerse los tapones en todos los drenajes. El operador puede todavía necesitar algún venteo en la cabeza para la puesta en marcha así que puede dejar alguno destapado durante cierto tiempo. La unidad ahora está lista para la introducción de hidrocarburos. Durante el arranque y puesta en marcha el operador trabajará directamente bajo las órdenes de su supervisor immediato y él le informará que nivel deberán tener las columnas, en que orden debe arrancarse el equipo, etc. Confiamos que con esto se haya dado una idea de como se prepara la planta para el arranque y que precauciones deben tomarse. Esto no significa que el operador sea responsable por todas las operaciones, pero él debe estar al corriente de que es lo que se está haciendo y reconocer que el supervisor está presente para indicarle y ayudarle tanto como le sea posible. Por supuesto, informe a su supervisor de cualquier cosa que le parezca anormal y manténgale al corriente de que es lo que se está haciendo en cada instante. El paro de una columna puede ser tan difícil como el arranque si no se realiza adecuadamente. Cuando se corta el calentamiento de la columna, los gases pueden condensar y producir el vacío. Las columnas que no están diseñadas para vacío pueden reventar y derrumbarse. Así, una vez que la presión de la columna esté por debajo de la presión del sistema de gas combustible, el operador puede comenzar a introducir gas combustible en la columna. En la mayoría de los casos hay una válvula de by-pass alrededor de la válvula de control de presión. La válvula de control de presión de la columna, generalmente, envía gas combustible hacia el sistema de gas combustible desde el acumulador de productos de cabeza. Así, abriendo este by-pass, el gas combustible del sistema de gas combustible puede retornar y llenar la columna. Dependiendo del volumen de gas eh todo el sistema de gas combustible, es deseable hacer esto lenta y cuidadosamente. Debe evitarse que caiga la presión del sistema de gas combustible y se apaguen los quemadoresres de los hornos y calentadores que están operando. Algunas veces, cuando no se dispone de gas combustible, es posible balancear la presión con la de otras columnas que están todavía operando, así que la columna pueda enfriarse sin peligro. Una vez que la columna ha sido enfriada, todo el líquido recogido en el fondo de la columna puede ser transferido a los tanques de "slop", a otras columnas, o a otras unidades, y los hidrocarburos pueden ser drenados por todos los puntos bajos.

6-60

Columnas donde hay hervidores internos deben tener los drenajes abiertos a fin de drenar el líquido de los hervidores hacia el fondo de donde será drenado fuera de la columna. En general, cuando el operador ha removido todo el hidrocarburo posible de las columnas, éstas pueden ser otra vez barridas con vapor. Si la columna en su interior tiene presión de gas combustible dentro de ella, se puede sacar el gas hacia el cabezal del sistema de antorcha. Sin embargo, se llegará a un punto en el cual, si se continúa enviando vapor a la antorcha, ésta puede apagarse. Por lo tanto, después de un período de tiempo razonable, gases ligeros tales como metano e hidrógeno, pueden ventearse a la atmósfera, dependiendo de las regulaciones locales contra la contaminación atmosférica. Esto no debe hacerse con gases pesados, tales como propano y butano, que pueden acumularse a nivel del suelo y causar explosiones. Se puede continuar barriendo con vapor las columnas hasta que todos los gases de hidrocarburos hayan salido de ellas. El condensado recogido en el fondo de las columnas contendrá cantidades considerables de aceite y por lo tanto este aceite debe ser enviado a las piscinas de agua contaminada con aceite, de donde pueden ir a un separador donde se recupera el aceite del agua. Luego, el agua puede descargarse en un rio o corriente natural sin ninguna contaminación de hidrocarburos. Con la columna barrida y libre de todos los hicrocarburos (comprobar con un explosímetro) se puede permitir la entrada de aire. Por lo tanto, el operador puede cortar el vapor y permitir que el aire entre por los venteos y llene la columna. Las columnas entonces, deben ser sopladas con ventiladores para asegurarse de que todos los gases tóxicos de cualquier tipo son eliminados del sistema. Ingenieros de seguridad deben muestrear el gas que sale por los venteos y por otros puntos a lo largo de la columna para confirmar que la columna se encuentra en condiciones seguras y que la atmósfera es respirable. Cuando la columna es abierta, se verificará otra vez que hay la adecuada cantidad de aire para la respiración de las personas dentro de la columna. Nunca debe entrarse en un recipiente sin las guarniciones de seguridad y sin que haya alguien afuera vigilando la cuerda a la que Ud. está atado. Trabaje siempre con un compañero fuera de la columna que mantenga contacto constante con Ud., de tal manera que si le ocurre algo anormal dentro de la columna, el hombre de afuera pueda pedir ayuda o sacarlo del recipiente. NUNCA entre en un recipiente sin que haya alguien vigilando afuera de la boca de registro!

6-61

MANUAL DE ENTRENAMIENTO YOUP B€f IM€BY OPtífllORS

ACCIONAMIENTOS. UNIDADES MOTRICES

uop Process Division UOP Inc.

7-1

TURBINAS DE VAPOR (STEAM TURBINE) Turbinas De Vapor

Las turbinas son máquinas capaces de realizar trabajo. Se usan ampliamente en las refinerías para el suministro de potencia. Se usan para accionar bombas centrífugas, compresores de gas, soplantes de aire, ventiladores y generadores eléctricos. Cada turbina está diseñada para un propósito específico y desarrolla una potencia específica. Los principios básicos para el diseño de una turbina son siempre los mismos, aunque generalmente cuanto mayor es la turbina, más complicada es. La turbina de vapor opera a base del mismo principio que el molino de viento, o la rueda de paletas movida por un flujo de agua que proviene de un río. En una turbina de vapor, el vapor pasa a través de una tobera pequeña a gran velocidad y empuja las aspas o alabes montados en un rotor. La fuerza del vapor hace que el rotor gire y esta fuerza desarrollada puede accionar una bomba o un compressor, o generar electricidad.

Tipos De Turbinas

TURBINAS DE IMPULSIÓN — En una turbina de impulsión el vapor es dirigido desde las toberas hacia los alabes montados en un disco giratorio. La caída de presión se produce únicamente a través de la tobera y la presión en los alabes permanece constante. TURBINAS DE REACCIÓN — En las turbinas de reacción el vapor se expande en anillos alternos de alabes fijos y de alabes móviles. La caída de presión se efectúa tanto en los alabes fijos como en los alabes móviles. Las turbinas pueden ser o sólo de impulsión o de una combinación de impulsión y reacción. Las turbinas simples en la mayoría de los casos son del tipo de impulsión. Las turbinas se clasifican también por las condiciones a las que sale el vapor de la máquina. a) Turbina de condensación: Es aquélla en la cual el vapor exhausto sale a una presión inferior a la presión atmosférica. b) Turbina no condensante: Es aquélla en la cual el vapor exhausto sale a una presión por encima de la presión atmosférica.

7-3

Principios De Operación De Una Turbina De Impulsión Típica

El vapor se expande en la tobera la cual le dirige hacia los alabes montados en el borde del primer disco giratorio o rodete. El flujo del vapor cambia a una dirección axial, a medida que pasa a través de los alabes. Entonces unos alabes estacionarios redirigen el vapor al segundo juego de alabes. En este sistema la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética de velocidad y luego en trabajo mecánico.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DE UNA TURBINA DE IMPULSIÓN NO CONDENSANTE (PRINCIPLES OF OPERATION OF A NON CONDENSING IMPULSE TYPE TURBINE) TOBERA DE VAPOR ALABES MÓVILES

DIRECCIÓN DE ROTACIÓN

nf-

ALABE ESTACIONARIO

ALABES ¿^

MÓVILES

ENTRADA A LA TOBERA

VELOCIDAD I

DESCARGA J DE LA TURBINA ^

RELACIÓN PRESIÓN VELOCIDAD DEL VAPOR A TRAVÉS DE UNA TURBINA DE IMPULSIÓN

7-5

VISTA

DIAGRAMATICA DE LOS ELEMENTOS INTERNOS DE UNA TURBINA

Turbina De Vapor Típica

El vapor entra en la válvula del regulador o gobernador después de haber pasado a través del filtro y de la válvula de estrangulamiento. La posición de la válvula del gobernador determina que cantidad de vapor se admite en la cámara de vapor y las toberas. Cuando el vapor pasa a través de las toberas, su velocidad se incrementa a valores muy altos. Entonces el vapor rápidamente entra en la primera fila de alabes donde parte de la energía se usa para mover el rodete. Los alabes inversores estacionarios sirven para invertir la dirección del flujo de manera que el vapor entrará en la dirección apropiada a la segunda fila de alabes móviles. En la segunda fila de alabes móviles se extrae más energía del vapor. Finalmente el vapor sale de las turbinas a través de la tubería de salida del vapor exhausto. La carcasa está sellada a la entrada del eje por medio de varios anillos segmentados de carbón los cuales se mantienen en su lugar por medio de unos resortes de retención. En eje está soportado en chumaceras lubricadas o en cojinetes de bolas. El gobernador y su articulación controlan la posición de la válvula del regulador o gobernador. Si la carga aumenta, la turbina tenderá a disminuir de velocidad. La acción de los contrapesos y del resorte del gobernador, transmitidos a través de la articulación, abren más la válvula de vapor permitiendo que entre más vapor, con lo que la turbina se mantiene a una velocidad fija. Una reducción en la carga tiene el efecto contrario. El ajustador manual de velocidad se usa para fijar la velocidad a la cual la turbina debe trabajar. El mecanismo de disparo de emergencia se construye y se ajusta de modo que corte el suministro de vapor accionando una válvula de cierre rápido cuando la velocidad pasa de un valor predeteminado. La mayoría de los mecanismos de disparo por exceso de velocidad están regulados para operar entre 10% y 15% por encima de la velocidad de operación. Se han conocido casos en los cuales los rotores de la turbina se han destrozado debido a sobrevelocidades.

7-6

TURBINA DE VAPOR TÍPICA (TYPICAL STEAM TURBINE) ALABES O PALETAS DE LA TURBINA VÁLVULA CENTINELA

PALANCA DE DISPARO

CONJUNTO DEL PASADOR DE DISPARO POR SOBREVELOCIDAD

/ / /

CONJUNTO DEL GOBERNADOR D E CONTRAPESOS

EMPAQUETADURA DE ANILLOS DE CARBÓN VAPOR DE SELLOS

AJUSTADOR DE VELOCIDAD

VAPOR DE FUGA EJE DE LA TURBINA

tásTi H n nfe^i ra QE

DRENAJE DE LA CARCASA

SALIDA DEL VAPOR ALABE GUIA O ESTACIONARIO

ENTRADA DE VAPOR

VÁLVULA DE ESTRANGULACIÓN

Rodamientos Y Lubricación

El eje del rotor debe girar libremente pero el movimiento axial del eje debe ser muy pequeño, de otra manera se dañarían los alabes del rotor. Para mentener el eje en la posición correcta, se usan rodamientos. Estos pueden ser chumaceras o cojinetes antifricción de rodillos o de bolas. El rodamiento más comúnmente usado en turbinas pequeñas es la chumacera en la cual se emplea metal Babbit como superficie de rodamiento. El metal Babbit es una aleación de estaño, antimonio y plomo. Como esta mezcla de metales tiene un punto de fusión bajo, la temperatura máxima de un rodamiento hecho de este material es importante, y no debería ser operado a más de 75°C. La temperatura normal de operación debería estar alrededor de los 55°C. En la mayoría de las turbinas pequeñas se emplea una forma simple de lubricación de la chumacera mediante un anillo de lubricación. Este anillo es holgado y gira con el eje. A medida que éste gira, arrastra aceite desde el depósito al rodamiento. En turbinas pequeñas el depósito de aceite no está enfriado por agua y el calor generado se disipa a la atmósfera. A medida que aumenta el tamaño de la turbina, la cantidad de calor generado es mayor, por lo cual los depósitos de aceite están enfriados con agua. En las turbinas más grandes se emplea un sistema de lubricación forzada. Éstos tienen entonces bombas de recambio de aceite lubricante, filtros de aceite, un depósito grande de aceite y un enfriador de aceite independiente. En estos tipos de turbina se establece la circulación del aceite lubricante antes de que la turbina sea puesta en marcha y se deja funcionar después de que la turbina ha sido parada para enfriar los rodamientos.

Suministro De Vapor

El suministro de vapor a una turbina debe estar libre tanto de condensado como de cualquier líquido, pues éste causaría una rápida erosión de'los alabes del rotor. Ésta es una de las razones por las que el vapor generado es sobrecalentado. La condensación en las líneas de vapor aumenta con la distancia desde la caldera. Se instalan trampas de vapor a lo largo de la línea para extraer el condensado a medida que éste se forma. Para reducir la posibilidad de entrada de condensado en las turbinas, todas las tomas de vapor se hacen por la parte superior de las líneas de distribución de vapor.

7-8

Válvulas De Seguridad

A menos que la carcasa de la turbina esté diseñada para soportar la presión total de suministro, debe estar protegida por alguna forma de dispositivo de seguridad. Normalmente se coloca una válvula de seguridad en la línea que está entre la admisión y la válvula de bloqueo. Se acoplan válvulas centinelas a la carcasa de las turbinas que están diseñadas para resistir la presión del vapor. La válvula centinela deja escapar vapor para advertir que existe presión excesiva, pero no es lo suficientemente grande para liberar tanto vapor que se reduzca rápidamente la presión en la carcasa.

7-9

DETALLES DE LA LUBRICACIÓN DE UNA TURBINA (DETAILS OF TURBINE BEARING LUBRICATION) ^~ rV-"""^

m CARCASA DE RODAMIENTOS

VÁLVULA CENTINELA

ALABES MÓVILES ANILLOS DE CARBÓN CON RESORTES DE RETENCIÓN CARCASA DE LOS RODAMIENTOS SELLOS DE ACEITE

GOBERNADOR

ENTRADA DE VAPOR "X

ANILLOS DE LUBRICACIÓN DEPOSITO DE ACEITE

DESCARGA DEL VAPOR DRENAJE DEL VAPOR DE SELLO

Se//os Y Empaquetaduras De Las Turbinas

Cuando la presión en el interior de una turbina es más alta que la presión atmosférica, algo de vapor se fuga a lo largo del eje. La fuga de vapor reduce la potencia desarrollada y aumenta el consumo de vapor. En algunos casos una presión más baja que la presión atmosférica en el interior de la turbina puede provocar una admisión de aire a lo largo del eje. Esto tiende a elevar la presión de la turbina y puede causar corrosión. Por lo tanto ambas formas de fuga deben ser eliminadas al máximo. Para minimizar estas fugas se emplea un sistema de empaquetaduras, pero en vez de las empaquetaduras que se usan en una bomba o en el prensaestopas de una válvula, el empaquetado usado en las turbinas se compone de anillos de carbón o de sellos de laberinto. Los anillos de carbón tienen la forma de segmentos sostenidos entre sí por medio de resortes de retención. Una vez instalados no es posible ajusfarlos. Los sellos de laberinto consisten en un número de tiras delgadas, circulares y de borde afilado, soportadas en la carcasa y posicionadas de tal manera que el espacio entre el eje y el borde de estas tiras es muy pequeño. Una vez que estas tiras han sido acopladas no es posible ajustarías. Ninguno de estos sellos sella completamente el vapor, así que, en las turbinas no condensantes, está previsto que después de un número de anillos o de secciones de laberinto, el vapor se fugue a la atmósfera. En las turbinas que operan a vacío, conocidas como turbinas de condensación, se agrega vapor de sellos. El vapor de sellos impide el ingreso de aire hacia el interior de la turbina a base de mantener una presión ligeramente positiva en la cámara de sellos, la cual minimiza la fuga de vapor por los sellos hacia el interior de la carcasa de la turbina.

7-12

EMPAQUETADURA Y SELLO BÁSICOS (BASIC GLAND AND SEAL) VAPOR DE SELLO

ANILLOS DE CARBÓN CON RESORTES

DESCARGA DE f VAPOR DE SELLO

ANILLOS DE CARBÓN CON RESORTES DE RETENCIÓN

SELLO SIMPLE DE LABERINTO

TURBINA DE VAPOR - VAPOR DE SELLO RESORTE DE RETENCIÓN

CAJA DE EMPAQUETADURAS

CAJA DE ^X EMPAQUETADURAS ANILLOS DE CARBÓN BE -fi-H L^ANI

ÍHHHH! EJE DE LA _JT~ TURBINA "^

1,11

\Xj f

i

\ U

TURBINA

11 Ifl

1

\f \

\rs

y

i ^

DESCARGA DE VAPOR DE SELLO HACIA EL DRENAJE

Ir EJE DE LA TURBINA

i^

i.

VÁLVULA DE CONTROL / Y DE PASO

<

=a^¥^0 'W •"• /í

VÁLVULA DE ALIVIO ^k • *

r

^^H & / /Y / y

f MANÓMETRO

ENTRADA DE VAPOR

7-13

^-

DESCARGA DE VAPOR DE SELLO HACIA EL DRENAJE UOP 220-7-4

Gobernadores (Reguladores)

Básicamente los sistemas de regulación (gobernadores) de una turbina controlan el flujo de vapor para mantener una velocidad constante aún cuando varíe la carga. El gobernador de velocidad más simple y familiar para turbinas pequeñas es el de contrapesos de acción directa. En el diagrama se puede ver que en la posición de arranque con los contrapesos en reposo, la válvula del gobernador está abierta. A medida que la válvula principal de vapor se abre lentamente, el eje de la turbina comienza a girar. A medida que la rotación aumenta, los contrapesos se levantan y separan debido a la fuerza centrífuga, comprimiendo así el resorte del gobernador. Esto hace que la barra de articulación del gobernador se mueva ajusfando la abertura de la válvula de vapor y controlando la velocidad al valor requerido. Para fijar la velocidad al comienzo de la operación, se regula el ajustador de velocidad, el cual fija el brazo de palanca de la articulación que actúa sobre la válvula de estrangulamiento. Se mide entonces la velocidad con un tacómetro. Si la velocidad de la turbina aumentase, los contrapesos serían lanzados hacia afuera. Esto comprimiría el resorte del gobernador y cortaría el suministro de vapor hacia la turbina, reduciendo así su velocidad. Entonces los contrapesos descienden ajustando la articulación y permitiendo el paso de más vapor hacia la turbina con lo que eventualmente se alcanza el equilibrio.

7-14

POSICIONES DE LOS CONTRAPESOS DEL GOBERNADOR (FLYBALL GOVERNOR POSITIONS) RESORTE DEL GOBERNADOR AJUSTADOR DE VELOCIDAD CONTRAPESO

EJE DE LA TURBINA

CONDICIONES INICIALES

ARTICULACIÓN DELGOBERNADOR

VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO TOTALMENTE ABIERTA RESORTE DEL GOBERNADOR

CONTRAPESO

EJE

VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO FLOTANDO

A VELOCIDAD DE OPERACIÓN NORMAL RESORTE DEL GOBERNADOR CONTRAPESO

EJE

A EXCESO DE VELOCIDAD VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO CERRADA

UOP 220-7-5

7-15

Válvulas Manuales Las turbinas pequeñas y medianas tienen una o varias — Incrementadores toberas que están permanentemente abiertas sin De Potencia volantes manuales. Estas toberas dirigen el vapor de alta velocidad hacia los alabes del rotor de la turbina, haciendo que éste gire. La mayoría de las turbinas pequeñas y medianas también tienen dos o tres toberas operadas manualmente, normalmente localizadas en la parte inferior de la carcasa de la turbina. Cuando una turbina está operando a carga normal, con la válvula del gobernador totalmente abierta y no alcanza su velocidad normal de operación, entonces deben abrirse estas toberas manualmente una a una mientras se comprueba la velocidad de la turbina. Al abrir las toberas la cantidad de vapor que incide en los alabes del rotor aumenta. Estas toberas deben estar totalmente abiertas o totalmente cerradas. Si después de haber abierto las toberas manuales, la velocidad no aumenta, o peor aún, se reduce, la falla podría ser debida a una presión de descarga del vapor exhausto más alta que la presión de diseño. Estas toberas operadas manualmente sólo deben ser operadas cuando la turbina gira a una velocidad inferior a la normal.

DETALLES DE LAS VÁLVULAS MANUALES E INCREMENTADORES DE POTENCIA Y SU LOCALIZACION (DETAILS OF HAND VALVE, HORSE POWER INCREASER & LOCATION) VÁLVULA CENTINELA CARCASA GOBERNADOR

-!

V

PALANCA DE REPOSICIÓN DEL MECANISMO DE DISPARO / POR EXCESO DE VELOCIDAD 7

CORTE TRANSVERSAL DE UNA VÁLVULA MANUAL

ENTRADA 'DE VAPOR VÁLVULAS MANUALES VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO DEL GOBERNADOR

VISTA DEL EXTREMO DE UNA TURBINA DE VAPOR TÍPICA

7-16

Mecanismo De Disparo Por Exceso De Velocidad

En condiciones normales de operación el gobernador regula la velocidad de la turbina, pero es posible que el gobernador falle y la velocidad aumente hasta llegar a causar daños a la turbina, y en algunos casos pueda poner en peligro la seguridad del personal. Para impedir esto, cada turbina está equipada con un mecanismo de disparo por sobrevelocidad, el cual corta completamente el suministro de vapor si por alguna razón la velocidad excede el valor máximo de exceso de velocidad permitido. En un mecanismo simple de disparo por sobrevelocidad, el accionador consiste en un peso que se mantiene dentro del eje por medio de un resorte. A velocidades normales el accionador permanece en el interior del eje. Si la turbina se acelera, la fuerza centrífuga vence la tensión del resorte y el accionador es forzado hacia afuera donde golpea el gatillo de disparo, el cual a su vez libera el mecanismo que corta el suministro de vapor a la turbina. El mecanismo de disparo por sobrevelocidad tiene que ser reposicionado después de que la turbina se ha parado.

Indicadores De Velocidad — Tacómeíros

Existen varios tipos de indicadores de velocidad conocidos como tacómetros. Tres tipos son los más comúnmente usados: A. DE ACOPLAMIENTO DIRECTO — Es aquél en el cual el tacómetro se acopla directamente al eje de la turbina. B. DE IMPULSOS MAGNÉTICOS — Los impulsos magnéticos del eje son recogidos por un dispositivo sensor y la velocidad se indica en un dial con una escala graduada. C. DE LENGÜETAS DE VIBRACIÓN — Este tipo de tacómetros se usa para medir la velocidad por medio de vibraciones. Este tacómetro se adosa a la palanca del gobernador o algún otro acoplamiento externo que dé la máxima vibración. Este punto debe ser localizado experimentalmente. Cuando este tipo de tacómetro se coloca en el punto de mayor, vibración, se indica la velocidad en el dial por medio de una de las lengüetas vibradoras. Después de que una turbina ha sido reparada por mantenimiento, se debe comprobar su velocidad con un tacómetro cuando esté a carga, y luego ajustada a su velocidad correcta. Velocidades demasiado bajas no permiten el desarrollo de la potencia requerida. VELOCIDAD — Las turbinas pequeñas están diseñadas para operar a una velocidad constante. Ésta es normalmente la misma velocidad que la de los motores eléctricos, de tal manera que tanto las bombas accionadas por vapor como eléctricamente puedan utilizar las mismas bombas de recambio.

7-17

MECANISMO DE DISPARO POR SOBRE VELOCIDAD, VÁLVULA Y ARTICULACIÓN (OVERSPEED TRIP, VALVE & LINKAGE) PALANCA DE DISPARO MANUAL ACCIONADOR PARA EL DISPARO DE SOBREVELOCIDAD

PALANCA DE DISPARO PALANCA DE REPOSICIÓN

•vi

PALANCA EN POSICIÓN DISPARADA

—L

00

VÁLVULA DE DOBLE ASIENTO

FILTRO

EJE DE LA TURBINA

ENTRADA DE VAPOR VÁLVULA DEL GOBERNADOR

ASIENTO DE LA VÁLVULA

OPERACIÓN DE TURBINAS DE VAPOR (OPERATION OF STEAM TURBINES) Un procedimiento de operación que puede ser usado para la mayoría de las turbinas de vapor incluye lo siguiente: Arranque

1. Comprobar que el nivel del aceite lubricante sea el adecuado. Si la turbina tiene una bomba auxiliar de aceite, arrancarla y observar la presión del aceite. 2. Abrir las purgas en las líneas de entrada y salida y permitir que se purgue todo el condensado. 3. Abrir todos los drenajes de la carcasa. 4. Examinar todas las líneas de agua de refrigeración para asegurarse de que el agua esté circulando. 5. Abrir la válvula de salida del vapor. 6. Abrir la válvula de estrangulamiento ligeramente, para admitir un poco de vapor. Permitir que la turbina se caliente adecuadamente. 7. Abrir la válvula de estrangulamiento lo suficiente para comenzar a rodar la turbina e inmediatamente escuchar cualquier sonido de rozamiento o chasquido. Se debe llamar a un especialista para que investigue y corrija cualquier sonido anormal antes de que se intente operar la turbina. También examinar el anillo de aceite para verificar si está lubricando los rodamientos. Ver si se sobrecalientan los rodamientos. 8. Cerrar los drenajes cuando haya la certeza de que todas las partes drenadas estén libres de agua y que la turbina se ha calentado lo suficiente para impedir la acumulación de agua adicional. 9. Abrir la válvula de estrangulamiento para incrementar gradualmente la velocidad. Sin embargo, la mayoría de bombas multietapa de productos calientes, deben ser arrancadas rápidamente. Por esto las turbinas que las operan constituyen una excepción a esta práctica. A medida que la velocidad de operación se aproxima, asegurarse de que el gobernador toma control. Esto puede hacerse observando el movimiento del sistema de la válvula del gobernador. 10. Cuando el gobernador haya tomado control, abrir la válvula de estrangulamiento.

7-19

Operación

1. Las observaciones periódicas de los niveles de aceite en los rodamientos y la detección de cualquier sonido o vibración anormal permiten al operador corregir muchas fallas antes de que se tornen serias. 2. Muchas turbinas están equipadas con válvulas manuales para controlar parte del flujo de vapor que va a las boquillas. Cada válvula individual debe estar totalmente abierta o totalmente cerrada. Estas turbinas deben ser operadas con el menor número posible de válvulas manuales abiertas que permitan mantener la carga. Operando de esta manera se utiliza el vapor más económicamente. 3. El mecanismo de disparo por sobrevelocidad es proporcionado por los fabricantes de la turbina con el objeto de proteger al personal y al equipo. Ocasionalmente, se inhabilita el mecanismo de disparo por sobrevelocidad, atándole con alambres. Esta práctica viola las reglas de seguridad y el sentido común. 4. Ajustar la presión del vapor de sellos ocasionalmente para impedir el acceso de vapor desde la purga hacia los pedestales del rodamiento. Esto contaminaría el aceite y corroería los rodamientos. 5. Ocasionalmente observar la operación de los anillos de aceite de los rodamientos. Ver también el color del aceite de lubricación. El aceite de lubricación de turbinas a veces se torna negro y gomoso. Si esto ocurre, pedir a un maquinista que drene el aceite y lo reemplace con aceite nuevo.

Paro

1. Accionar manualmente el mecanismo de disparo por sobrevelocidad. Esta es la forma más fácil de parar la turbina y a la vez se comprueba la operación del mecanismo de disparo por sobrevelocidad. 2. Cerrar la válvula de estrangulamiento. 3. Reposicionar el mecanismo de disparo, dejándolo en la posición correcta para el próximo arranque. 4. Cuando el eje de la turbina se haya detenido, cerrar la válvula de descarga y abrir totos los drenajes entre la válvula de estrangulamiento y la válvula de descarga. Cualquier acumulación de agua en la carcasa causará la corrosión en la rueda de alabes o rodete y en el interior de la carcasa. Un rodete corroído hará que la turbina vibre en el próximo arranque. La corrosión de la tobera y de los alabes reduce la eficiencia de la turbina.

7-20

5. Cortar el agua de enfriamiento. 6. Abrir la purga de la carcasa de la turbina.

Calentamiento De La Turbina

Excepto en los casos de emergencia, una turbina de vapor debe ser calentada antes de ser puesta en servicio.

Turbinas En "Stand-By" De Relevo Automático

Las turbinas en "stand by" (en espera) deberían estar girando lentamente. La velocidad de rotación lenta es crítica ya que la velocidad de la turbina debe ser lo suficientemente rápida para lubricar las chumaceras, pero si gira demasiado rápidamente pero por debajo de la velocidad de operación normal, la bomba podría trabarse debido al calor generado en los anillos de desgaste de la bomba porque el flujo en el extremo de la bomba es insuficiente para enfriar los anillos de desgaste. Se debe tener en cuenta que cuando la turbina se pone en operación, después de que ha sido calentada, debe entrar en operación tan rápidamente como sea posible para reducir la posibilidad de que se trabe la bomba. La velocidad de rotación lenta se obtiene por medio de una pequeña línea de by-pass de vapor alrededor de la válvula de control. La válvula automática de vapor es accionada mediante una toma instalada en la línea de descarga de la bomba operada por motor, de tal modo que cuando la presión cae bajo un nivel prefijado, la válvula de vapor se abre y la turbina se acelera hasta alcanzar la velocidad de operación.

Turbinas De Reacción

En una turbina de impulsión la expansión tiene lugar a través de las toberas, mientras que en una turbina de reacción, la expansión tiene lugar en los alabes del rotor. Para mantener la expansión a través de los alabes tan eficientemente como sea posible, cada conjunto de alabes rotativos o estacionarios tiene un sello, normalmente de tipo laberinto. Los alabes son de forma diferente a los de las turbinas de impulsión. Como es normal que el vapor entre inicialmente a la turbina a través de una tobera, comercialmente no existe una turbina que sea 100%de reacción. Turbinas de reacción normalmente son una combinación de turbinas de impulsión y de reacción. La primera etapa es una etapa de impulsión seguida por etapas de reacción.

7-21

TURBINAS DE REACCIÓN (REACTION TURBINES) DIRRECCION DEL VAPOR DIRRECCION DEL VAPOR

DIRECCIÓN DE ROTACIÓN

DIRECCIÓN DE ROTACIÓN

ALABES DE IMPULSIÓN

ALABES DE REACCIÓN

VELOCIDAD DEL VAPOR

TURBINA DE REACCIÓN RELACIÓN PRESIÓN - VELOCIDAD ANILLO DE LOS ALABES TIRAS DE SELLO

TIRAS DE SELLO TAMBOR DEL ROTOR

LOS BORDES DEL ANILLO ENVOLVENTE FORMAN LAS TIRAS SELLANTES

HILERA DE TOBERAS DE REACCIÓN DETALLES DE SELLOS ENTRE ETAPAS

7-22

Turbinas De Condensación

Estas turbinas son una combinación de las turbinas de impulsión y de reacción. Debido a su diseño estas turbinas expanden el vapor a una baja presión absoluta. Debido a que la expansión se efectúa a una presión inferior a la presión atmosférica, se requieren sellos de aire y eyectores de vacío. Estas turbinas son más complicadas y producen más potencia que las turbinas tratadas previamente en este capítulo y se usan en la refinería normalmente para accionar generadores o compresores. Para obtener la máxima potencia de salida de la turbina de condensación se aumenta considerablemente el tamaño de los alabes hacia el extremo de salida del vapor exhausto de la máquina. Esto se debe a que se tienen que expandir volúmenes más grandes de vapor a través de los alabes de la turbina a presiones cada vez más bajas. Existe la posibilidad de que se presenten problemas de erosión debido a las gotas de agua presentes en el vapor a baja presión. Las turbinas de condensación se controlan generalmente con gobernadores hidráulicos.

Arranque

1. Repasar el libro de instrucciones de operación de la máquina, en la parte concerniente al arranque. 2. Comprobar el nivel de aceite en el depósito de aceite y en el gobernador de velocidad. Examinar la condición del aceite. 3. Observar la condición externa general de la unidad. 4. Desenergizar el solenoide que opera la válvula de descarga de aceite, para cerrar la válvula. 5. Suministrar aceite al sistema de lubricación de la turbina e iniciar la circulación. 6. Reposicionar el disparo por baja presión de aceite, tirando hacia arriba la palanca manual del émbolo del tapón. 7. Reposicionar la válvula de disparo hidráulico localizada en la caja de rodamientos en el lado del vapor, empujando hacia abajo la tapa de la válvula hasta que la válvula de disparo hidráulico se reposicione. Observar que el aceite del cilindro de disparo mueva la palanca de disparo hasta que ésta quede en su posición apropiada. 8. Abrir todas las válvula de la línea de drenaje de la válvula de estrangulamiento del disparo, cámara de vapor y carcasa. 9. Iniciar la circulación de agua en el condensador de superficie. 10. Cebar y arrancar la bomba de condensado.

7-23

11. Arrancar los eyectores de aire en el condensador de superficie. Típicamente, para el arranque se proporciona un eyector más grande denominado eyector de arranque, debido al gran volumen de aire que debe ser removido. 12. Normalmente, no se debe intentar arrancar la turbina hasta que se obtenga un vacío mínimo de 10". Si es necesario, cerrar las válvulas de la línea de drenaje. 13. Reposicionar la válvula de estrangulamiento del disparo. Abrir la válvula rápidamente, pero no totalmente; de esta manera el acceso repentino de vapor hace que el rotor empiece a girar. Ajustar la válvula de estrangulamiento del disparo de tal manera que el rotor mantenga su posición a una velocidad que no exceda las 500 R.P.M. 14. Cerrar las válvulas de la línea de drenaje cuando por éstas empiece a salir el vapor y no condensado, si no se cerraron ya en la etapa 12. 15. Escuchar sonidos anormales que puedan indicar fricción u otro problema interno. Si se detecta cualquier problema, parar la turbina, determinar la causa y remediarla. Si no se detecta ningún problema continuar con la etapa 16. 16. Poner el sistema de sellos en operación de acuerdo con las instrucciones del fabricante. En ningún caso se debe admitir vapor de sello a las empaquetaduras cuando el rotor no esté girando. 17. Mantener la velocidad a aproximadamente 500 R.P.M. hasta que el rotor y la carcasa se hayan calentado. El tiempo requerido para el calentamiento puede variar, pero será de aproximadamente media hora. El operador experimentado rápidamente se familiarizará con la unidad y entenderá sus requerimientos. Durante este período de calentamiento examinar los rodamientos para detectar sobrecalentamientos y, comprobar la temperatura del aceite que sale del enfriador de aceite. Si esta temperatura excede la temperatura recomendada por el fabricante del enfriador, admitir agua de enfriamiento para enfriarla; si esto no ocurre, esperar hasta que la turbina llegue a su velocidad de operación. La temperatura del aceite que sale de los rodamientos debería ser aproximadamente de 140°F y nunca debería exceder los 175°F. 18. Diparar manualmente la válvula del disparo hidráulico, operando el disparo manual localizado delante de la caja de rodamientos en el lado del vapor. Observar que se cierre la válvula de estrangulamiento del disparo. Reposicionar la válvula del disparo, abrir la válvula de estrangulamiento del disparo y regresar a la velocidad de 500 R.P.M. No permitir que el rotor se llegue a detener.

7-24

19. Comprobar el vacío, el cual debería ser cercano al valor estimado. No intentar subir la velocidad de la turbina con menos de 20" de vacío. 20. Abrir lentamente la válvula de estrangulamiento del disparo, incrementar gradualmente la velocidad hasta casi llegar a la velocidad crítica. Comprobar la vibración y el ruido de la unidad. Pasar y superar la velocidad crítica con un mínimo de demora, llevar la velocidad hasta un punto donde el gobernador de velocidad asuma el control. 21. Abrir totalmente la válvula de estrangulamiento del disparo, entonces cerrarla al menos un cuarto de vuelta para evitar que se atasque. Si en cualquier instante de este período de aceleración se detecta vibración severa o ruido, reducir la velocidad inmediatamente y operar a 500 R.P.M. para más calentamiento adicional. Si no se detecta ningún ruido o vibración anormales verificar la operación del gobernador de velocidad conforme éste asuma el control. 22. Subir la velocidad al valor deseado. 23. Admitir agua al enfriador de aceite, si aún no se había hecho y ajustar el flujo de agua para mantener la temperatura recomendada por el fabricante del enfriador (aproximadamente 120°F). 24. Ajustar el sistema de sellos para las condiciones de operación. Parada De La

1. Reducir la carga al mínimo.

Unidad 2. Disparar manualmente la válvula hidráulica de disparo que cierra la válvula de estrangulamiento. 3. Parar el sistema de sellos. 4. Parar los eyectores de aire del condensador principal. 5. Parar la bomba de condensado. 6. Parar la circulación de agua en el condensador principal. 7. Abrir todas las válvulas de la línea de drenaje desde la válvula de estrangulamiento del disparo, la cámara de vapor y la carcasa. 8. Observar las presiones del aceite conforme la unidad se detiene. 9. Suministrar aceite a la turbina durante al menos una hora después de que el rotor se ha detenido.

7-25

10. Cuando el suministro de aceite a la turbina se ha suspendido, examinar el dispositivo de disparo por baja presión de aceite. 11. Parar la circulación de agua al enfriador de aceite. 12. Examinar los sellos y la válvula de estrangulamiento del disparo para verificar que existe un cierre hermético. El vapor no debe fugarse dentro de la carcasa cuando la turbina está parada. 13. Si la turbina va a estar parada por un tiempo suficientemente largo como para que ésta alcance la temperatura ambiente, dejar en servicio los eyectores de aire del condensador principal por lo menos veinte minutos, para secar la turbina mientras ésta está caliente. Precauciones

1. El arqueamiento del eje o la desviación de la carcasa puede ocurrir si se permite que el rotor esté parado en presencia del calor. Un eje arqueado es el resultado de una mala operación y puede transformarse en un serio problema. Básicamente un eje puede arquearse o la carcasa desviarse como resultado de las siguientes condiciones: a) Cuando la turbina está fría: Si la turbina está fría, el abrir cualquier válvula de vapor (válvula de estrangulamiento, válvula de vapor de sello, válvula de entrada de baja presión) puede ocasionar un arqueamiento del eje o una desviación de la carcasa si el rotor no comienza a girar en unos pocos minutos después de que la válvula de vapor ha sido abierta. b) Cuando la turbina está caliente: Cuando el rotor de una turbina caliente se detiene, éste se arqueará en unos pocos minutos tanto si las válvulas de vapor mencionadas en (a) están abiertas como cerradas. Para impedir el arqueamiento del eje, el rotor debe ser rodado continua y lentamente, o girado 180° cada pocos minutos. Si un rotor de una turbina caliente ha dejado de girar a los pocos minutos después del paro, o si se ha admitido vapor durante unos minutos a una turbina fría, se debe poner especial cuidado en detectar fricción en las empaquetaduras o vibraciones cuando el rotor se vaya a operar nuevamente. Si se presentan rozamientos internos, parar la turbina hasta que ésta se haya enfriado suficiente y uniformemente para evitar el arqueamiento del eje o la desviación de la carcasa. Este enfriamiento puede requerir ocho (8) horas o más según el

7-26

tamaño de la turbina. Un ligero arqueamiento del eje o desviación de la carcasa puede ocasionar una vibración excesiva sin que esté acompañada de fricción interna; esto puede ser corregido operando la turbina a una velocidad de aproximadamente 100 R.P.M. hasta que el arqueamiento del eje o la desviación de la carcasa desaparezcan y la máquina opere uniformemente. 2. En aquellas turbinas donde se admite vapor de sello a las empaquetaduras, se debe tener especial cuidado en que este vapor no entre mientras el rotor esté parado y que el vapor de sellos se corte tan pronto como la turbina se dispare y antes de que el rotor se llegue a detener. En las turbinas cuyos rotores se fabrican contrayendo los rodetes de los alabes en el eje, falta de cuidado en la operación del vapor del sellos podría dar como resultado que el rodete más cercano al sistema de sellos se llegase a aflojar. 3. Se debe impedir el ingreso de agua a la turbina. Un poco de agua puede arruinar los alabes, diafragmas, chumaceras, etc. Arrastres de agua pueden ser el resultado de un nivel de agua muy alto en las calderas, fluctuaciones violentas en el nivel del agua en la caldera, excesivo arrastre de agua de la caldera en forma de espuma, líneas de vapor mal drenadas antes de arrancar la turbina, contraflujo desde las líneas de extracción debido a un drenado inapropiado, etc. En una tubería de vapor diseñada correctamente, la toma de la línea de suministro de vapor a lalurbina se hace por la parte superior del cabezal y la instalación adecuada de una pierna de agua con una trampa de vapor respectiva, en el extremo del cabezal, pueden impedir que los arrastres de agua provenientes de la caldera entren en la turbina. 4. Remover todos los restos de soldadura, virutas, depósitos y suciedad de la línea de vapor. Esto se puede hacer soplando la tubería con vapor de alta presión. Una mala limpieza de la línea de vapor a la turbina puede dañar seriamente las válvulas, alabes y boquillas.

7-27

TURBINA DE CONDENSACIÓN TÍPICA (TYPICAL CONDENSING TURBINE) Las turbinas de condensación se emplean donde se desea una potencia máxima a partir de un flujo estrangulado de vapor, se dispone de agua de condensación y y no hay necesidad de vapor de calentamiento. Este diseño combinado de impulsión y reacción tiene una etapa de impulsión y 36 etapas de reacción. Dos chumaceras soportan el rotor sólido con sus pistones de balance. El aro de alabes soporta los alabes fijos de las 25 primeras etapas de reacción. La cámara de vapor integral contiene válvulas de un solo asiento, accionadas por un mecanismo de palancas.

00

UOP 220-7-9

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UNA TURBINA VAPOR TÍPICA DE CONDENSACIÓN (SCHEMATIC DIAGRAM OF A TYPICAL CONDENSING STEAM TURBINE UNIT) REGULADOR (GOBERNADOR)

VAPOR DE ALTA PRESIÓN

DESCARGA DE LA TURBINA

VÁLVULA DE ALIVIO ATMOSFÉRICA

ACOPLAMIENTO AL EQUIPO ACCIONADO

EYECTOR DE ARRANQUE EYECTOR PRINCIPAL

-vi CO

VAPOR DRENAJE DE CONDENSADO AGUA DE ENFRIAMIENTO

ENFRIAMIENTO CONDENSADOR DE SUPERFICIE CONDENSADO AL EDIFICIO DE CALDERAS BOMBA DEL CONDENSADOR DE SUPERFICIE

POZO CALIENTE

UOP 220-7-10

MOTORES ELÉCTRICOS (ELECTRIC MOTORS) En una refinería moderna los motores eléctricos proporcionan la mayor parte de la potencia consumida por bombas, compresores, ventiladores, etc. Se fabrican muchos tipos de motores eléctricos. Cada motor tiene ciertas características de arranque, carga que soporta y velocidad. En una refinería se emplean dos tipos de motores: los de A.C. (corriente alterna) y los de D.C. (corriente continua). Los motores de D.C. se usan únicamente en aplicaciones especiales, tales como en áreas en las cuales no se tiene una fuente constante de energía y por lo tanto tienen que autoabastecerse de la misma. Debido a las diferencias en la potencia, los motores pueden requerir voltajes diferentes. Normalmente la mayoría de las refinerías tienen dos o tres fuentes de energía. Por ejemplo: a) Para motores de hasta 200 HP un suministro de 440 voltios. b) Para motores por encima de los 200 HP un suministro de 4160 voltios. En la mayoría de los casos, se usan motores trifásicos de inducción, pero hay algunos casos en los que se especifica el uso de motores sincrónicos. Los motores sincrónicos se usan para grandes soplantes, compresores y bombas centrífugas, las cuales son sensibles a ligeros cambios de velocidad, on en aplicaciones que requieren un alto consumo de potencia. Sin embargo, la selección de un motor accionador puede estar influenciada por el efecto que éste tendrá en el factor de potencia de la planta. El factor de potencia es la relación entre la onda de corriente y la onda de voltaje en un circuito de A.C. Un factor de potencia (fp) está en atraso o adelanto cuando la onda de corriente está en adelanto o retraso con relación a la onda de voltaje. El objetivo en una refinería es el de tener un fp total, cercano a la unidad, ya que un fp atrasado o adelantado no es eficiente. Un fp bajo (menor que la unidad) es perjudicial por muchas razones, especialmente por el alto costo que debe pagar la refinería por la energía consumida. Los motores de inducción tienen un factor de potencia pobre, pero proporcionan factores de potencia aún peores cuando se reduce la carga. Los motores sincrónicos tienen factores de potencia que van de 0,8 a 1,0 y generan un factor de potencia

7-31

adelantado a cargas reducidas. De ahí que, aunque los motores sincrónicos tienen un costo inicial más alto que los motores de inducción, un estudio de la situación del fp de toda la refinería puede dictaminar su uso en ciertos lugares, especialmente para soplantes, compresores y bombas centrífugas de gran tamaño. Normalmente se acepta que un motor tenga una elevación de temperatura permitida de 60°C sobre la temperatura ambiente sin que sufra ningún problema serio. A causa del calor generado en el motor debido a la alta corriente de arranque, en la mayoría de los motores se especifica el número de arranques que pueden realizarse en una hora. Esto no significa que en casos de emergencia no puedan hacerse más arranques, pero esto podría significar que los arranques y las paradas innecesarias serían perjudiciales para el motor. En áreas de alta humedad se proveen calentadores dentro del motor para mantener el aire en el interior de los motores parados a una temperatura mayor que la del ambiente, impidiendo así que la humedad penetre en el motor cuando cambia la temperatura. Probablemente la causa principal de fallo de un motor es debida al fallo de los cojinetes por: a) Mala alineación del motor y del equipo que está accionado, dando lugar a un empuje desequilibrado sobre los cojinetes. Esto normalmente puede ser detectado por la alta temperatura de los cojinetes o por los consumos de corriente más altos que los normales. Si esto se detecta, el motor debería ser cambiado y examinado tan pronto como sea posible. %

b) Falla de lubricación. Al igual que en cualquier otro elemento del equipo, los cojinetes deben ser examinados para asegurarse de que la lubricación sea la recomendada. Tipos De Motores Eléctricos

MOTORES SINCRÓNICOS — Un motor sincrónico de A.C. (corriente alterna.) opera a una velocidad específica, independiente de la carga del motor. Desde una fuente exterior se suministra corriente continua a los devanados de D.C. en el motor. Esto crea un campo magnético en el rotor el cual es eléctricamente independiente del campo del estator. La velocidad sincrónica de un motor dado es la velocidad de rotación del campo de su estator. Así, si el campo del estator está girando a 1.800 R.P.M., la velocidad sincrónica es de 1.800 R.P.M. y la velocidad del motor se mantendrá a 1.800 R.P.M. incluso si la carga cambia.

7-32

MOTORES DE INDUCCIÓN — Los motores de inducción se llaman así debido a que en este tipo de motores se transmite la energía del estator al rotor por inducción electromagnética. No existen conexiones eléctricas entre el estator y el rotor. El distintivo característico del motor de inducción es que el rotor debe operar a una velocidad ligeramente menor que la del campo del estator para que el motor pueda funcionar. Esta diferencia de las velocidades se denomina desplazamiento. Aunque el motor proporciona velocidades bastante constantes, cargas pesadas hacen que el desplazamiento del rotor se incremente, reduciendo la velocidad del rotor e induciendo una corriente elevada en el rotor. Los motores de inducción pueden ser monofásicos o polifásicos. Más del 90% de los motores usados en la industria son motores trifásicos de inducción. MOTORES DE JAULA DE ARDILLA — El tipo más común de los motores de inducción usados en una refinería es el motor trifásico de "jaula de ardilla". El rotor de un motor de jaula de ardilla consiste en una serie de barras de cobre, colocados en un núcleo de hierro, del cual están convenientemente aisladas. En los extremos del rotor los alambres o barras de cobre están soldados a dos anillos. El rotor puede girar libremente en el estator. El estator está formado por un conjunto de electroimanes, colocados en forma cilindrica. Los electroimanes reciben energía de una fuente exterior y, debido a aplicarse corriente alterna trifásica al estator, se genera un campo magnético rotatorio. La velocidad de rotación de este campo está dada por la frecuencia (número de ciclos por segundo) de la corriente eléctrica. El campo magnético rotatorio en el estator induce una corriente eléctrica en los alambres conductores o barras del rotor el cual crea un campo magnético que sigue la rotación del campo magnético del estator.

7-33

PARTES INTERNAS DE MOTORES ELÉCTRICOS (ELECTRIC MOTOR INTERNALS)

ANILLOS TERMINALES

CONDUCTORES O BARRAS DE COBRE ROTOR DE UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA ROTOR ESTATOR

PLATO TERMINAL ROTOR Y ESTATOR DE UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA BOBINAS DEVANADAS (ALIMENTADAS CON CORRIENTE CONTINUA) ANILLOS DESLIZANTES

DEVANADOS DE LA JAULA DE ARDILLA (CORRIENTE INDUCIDA) ROTOR DE UN MOTOR SINCRÓNICO

7-34

UOP 220-7-11

Arranque Del Motor

El método de arranque de los motores eléctricos grandes de más de 200 HP varía en todas partes. Sin embargo, los motores están normalmente especificados para arrancar sin carga; por ejemplo, si el motor mueve una bomba, la válvula de descarga deberá estar cerrada. En los EE.UU. el método normal de arranque de una bomba grande es a plena corriente de carga. Esto significa que no se utilizan sistemas para reducir el alto flujo de la corriente de carga. En Europa, en un gran número de casos, debido a que el suministro de energía es diferente, es normal utilizar un sistema para reducir la elevada corriente de arranque. Los dos métodos más comúnmente usados son (1) arranque con reactancia y (2) el método estrelladelta. En el primero, la reactancia está formada por una resistancia en cada línea de entrada la cual reduce la corriente de arranque. En el método estrella-delta, el devanado del estator está conectado primero en estrella, luego cuando el rotor ha llegado a cierta velocidad, se cambia la conexión del devanado a conexión delta y la carga de arranque se reduce por 0,577 del voltaje de la línea. Este cambio tiene lugar a una velocidad predeterminada del motor y el paso de estrella a delta se realiza automáticamente. Una vez que el motor alcanza su velocidad de operación, el motor se conecta a su carga normal de operación.

Circuitos De Algunos motores están equipados con circuitos Reaceleración Y de reaceleración, de tal manera que en caso de una falla Reestablecimientos de energía de corta duración, el motor se mantenga en Automáticos servicio. Sin embargo, es práctico tener estos circuitos solamente en determinadas bombas importantes, ya que en caso de tenerlas en todas las bombas, la corriente de sobrecarga sería tan grande que podría originar una falla de energía. Debido a los problemas de distribución, es normal que cada refinería tenga su propia secuencia prioritaria de arranque después de cualquier fallo de energía. Esta práctica debe seguirse a fin de no someter a esfuerzos innecesarios el sistema de suministro de energía.

Carcasas De Los Motores Eléctricos

Existen varios tipos de carcasas y la selección depende de la localización del motor en la refinería. La clasificación de la localización está definida por el A.P.I, y depende de la distancia desde el motor hasta una fuente de vapores inflamables. Los tipos de carcasa para motores eléctricos que se usan más comúnmente son: a) Motor totalmente cerrado enfriado con ventilador. En este tipo el motor se encuentra totalmente cerrado y está equipado con un ventilador para su enfriamiento exterior.

7-35

b) Motor a prueba de explosión es aquél que está diseñado y construido para resistir una explosión dentro de su carcasa sin causar la ignición de cualquier gas inflamable que pueda encontrarse en el área circundante. Protección De Sobrecarga

A medida que se aplica carga al motor, se requiere más energía a fin de que el motor continúe operando a su velocidad normal. Por ejemplo, cuando un motor se diseña para operar una bomba que fue diseñada para bombear 200 barriles por hora de un hidrocarburo de peso específico 0,72, y se cambia el servicio de la bomba, como puede ocurrir en las pruebas de puesta en marcha, y se emplea para bombear agua con un peso específico de 1,0, la carga extra podría ser en muchos casos causa suficiente para que el motor se queme. Esto sucede porque la corriente extra para la potencia requerida origina un calentamiento excesivo en los conductores de los devanados del motor que puede fundir el aislamiento y producir un corto-circuito. A fin de impedir este problema, se agrega un relay de sobrecarga. Éste normalmente consiste en un tramo de conductor instalado fuera de la línea principal de alimentación de la bomba. Así, conforme el consumo de energía se incrementa, la corriente a través de este relay también aumenta. Esto origina un calentamiento en el relay que da lugar a un disparo térmico que desconecta el motor. No es posible arrancar nuevamente el motor si su temperatura no ha descendido a su valor normal y el relay ha sido reposicionado. Si una bomba va a bombear un líquido que tiene un peso específico mucho más alto que el de diseño, la descarga de la bomba debe ser cerrada hasta que la carga del motor se reduzca a su valor normal.

7-36

MOTOR TÍPICO (TYPICAL MOTOR) VENTILADOR EXTERNO CÁNCAMOS DE ALZADO

PURGA DE GRASA

ENTRADA DE AIRE

GRASERO DEFLECTOR INTERNO DE AIRE VENTILADOR INTERNO

EJE •vi ¿O

RANURAS DEL ROTOR ENTREHIERRO RANURAS DEL ESTATOR

SALIDA DE AIRE

UOP 220-7-12

Diagnóstico De Problemas

LOS motores eléctricos cuidados adecuadamente y sin abuso, prestarán un largo servicio libre de problemas. Al operar un motor eléctrico se deben evitar las siguientes prácticas defectuosas: 1. El jugar con el botón de arranque producirá picaduras en los contactos, lo cual hará necesario su reemplazo. Notificar al electricista si el motor no arranca como es debido. 2. Falta de mantenimiento y limpieza ocasionará la acumulación de polvo y suciedad alrededor del motor que acabará por penetrar en los cojinetes y en el devanado del estator. 3. Nunca se debe permitir que el agua moje un motor eléctrico. El agua puede destruir el aislamiento del devanado del estator. 4. El equipo de arranque para los motores de la planta incluye dispositivos que abren el circuito y detienen los motores en el caso de que baje el voltaje o se produzca una sobrecarga. El objeto de estos dispositivos es el de proteger los motores y no debe interferirse con su operación. Si un motor se para y no puede ser reestablecido en servicio normal notificar al supervisor.

Caso / — Arranque Del Motor

A) Gira en sentido contrario — Un electricista debe reconectar dos de las tres líneas de suministro de energía.

Sin Carga B) Hace ruidos cuando gira — Cojinetes defectuosos; reparar en el taller. C) Gira a baja velocidad y no es posible elevar su velocidad — Varias causas posibles deben ser examinadas en el taller por un especialista en motores. Caso // — El Motor

A) El interruptor se recalienta.

Está Operando Y Se Aplica Carga

1. Capacidad insuficiente del interruptor. Se puede remediar colocando uh interruptor de la capacidad adecuada. 2. Carga excesiva. Esto se puede remediar simplemente bajando la carga al valor prescrito. B) Rotura de los fusibles. 1. Capacidad insuficiente del fusible. Se puede reparar colocando un fusible de la capacidad adecuada. 2. Sobrecarga. Puede ser tratada de acuerdo con lo descrito en (A).

7-38

C) Recalentamientos 1. Sobrecarga. 2. Varios problemas eléctricos que deben ser analizados por un especialista. D) La velocidad baja de repente 1. Sobrecarga 2. Problemas eléctricos. Caso /// — El Motor Si el motor gira libremente, se tienen varias posibilidades No Arranca tales como: rotura del devanado del estator, rotura del Estando Sin fusible, falla del interruptor de contacto, etc. Consultar con Carga un electricista. Primero observar si el rotor gira libremente, y si cuando se conecta el interruptor se produce un zumbido.

7-39

MOTOR DIESEL (DIESEL ENGINE) Ciclo Diesel

Los motores diesel se diferencian de los otros motores de combustión interna de varias maneras. Las relaciones de compresión son más altas que las de los motores con bujías de encendido. La carga que entra a la cámara de combustión a través de las válvulas de admisión es solamente aire sin mezcla de combustible. Los inyectores reciben combustible a presión procedente de la bomba del combustible y lo introducen en cada cámara de combustión al tiempo preciso, en iguales cantidades y en las condiciones apropiadas para su combustión. El encendido del combustible se produce por el calor del aire comprimido en la cámara de combustión. Se entenderá con mayor facilidad el funcionamiento de los elementos del motor, si se conoce lo que sucede en la cámara de combustión durante cada una de las cuatro etapas del pistón en el ciclo. El orden en que se suceden es: etapa de admisión, etapa de compresión, etapa de explosión y etapa de expulsión. ETAPA DE ADMISIÓN — Durante la etapa de admisión, el pistón se mueve hacia abajo con las válvulas de admisión abiertas y las válvulas de expulsión cerradas. La carrera de descenso del pistón permite la entrada de aire desde el exterior al cilindro a través de las válvulas de admisión abiertas. La carga de entrada está compuesta solamente de aire sin mezcla de combustibles.

H

ETAPA DE COMPRESIÓN — Al final de la etapa de admisión, las válvulas de admisión se cierran y el pistón sube iniciando la etapa de compresión. Las válvulas de expulsión también permanecen cerradas. Al final de la etapa de compresión, el aire en la cámara de combustión ha sido forzado por el pistón a ocupar un espacio de alrededor de un quinceavo (1/15) del volumen ocupado al comienzo de la etapa. Por lo tanto la relación de compresión es de 15 a 1, porporcional a la presión a la que el aire fue comprimido en la cámara de combustión. La compresión del aire a un pequeño volumen causa la elevación de la temperatura del mismo. Hacia el final de la etapa de compresión la presión del aire en el cilindro sobre el pistón es de aproximadamente 35 a 40 kg/cm 2 (500-575 psig) y su temperatura es de unos 540°C (1000°F).

7-41

Durante la última parte de la etapa de compresión y antes de la etapa de explosión, se inyecta una pequeña cantidad controlada de combustible. Inmediatamente después de la inyección de combustible a la cámara de combustión, éste se enciende por efecto del calor del aire comprimido y empieza la combustión. ETAPA DE EXPLOSIÓN — Cuando el pistón alcanza el final de la carrera de compresión, la combustión del combustible causa un incremento adicional de la presión en el cilindro. A medida que se agrega más combustible prosigue la combustión, los gases se calientan y se expanden aún más, lo que hace que el pistón sea empujado hacia abajo y contribuya a la rotación del cigüeñal. Durante la etapa de explosión, el pistón se mueve hacia abajo y tanto las válvulas de admisión como las de expulsión permanecen cerradas. ETAPA DE EXPULSIÓN — Durante la etapa de expulsión, la válvula de admisión está cerrada, las válvulas de expulsión se abren y el pistón empieza a ascender. Al ascender el pistón, los productos de la combustión son forzados a salir de la cámara de combustión a través de las válvulas de expulsión. La apropiada operación del motor depende de dos cosas: primero, compresión para el encendido y, segundo, que el combustible se mida y se inyecte a los cilindros en la cantidad adecuada en el tiempo preciso.

Bomba De Combustible

La bomba de combustible está acoplada a un eje común el cual acciona el compresor, la bomba de combustible, el regulador y el eje del tacómetro. Este eje está accionado por el motor a través del tren de engranajes y gira a la velocidad del cigüeñal del motor. La bomba está compuesta de dos unidades principales: 1. Una bomba de engranajes que bombea el combustible desde el tanque de suministro al regulador a través de un filtro de combustible. 2. El regulador que controla el flujo de combustible desde la bomba de engranajes, así como la velocidad máxima y la velocidad del motor a vacío (en ralentí).

Reguladores Hidráulicos

Los reguladores hidráulicos se usan en equipos de suministro de energía estacionarios, en donde es conveniente mantener una velocidad constante con cargas variables. El regulador hidráulico en la figura usa aceite lubricante bajo presión como medio de energía. El regulador varía la presión del aceite para aumentar o disminuir el suministro de combustible. Un resorte de oposición acoplado al sistema de palancas del gobernador actúa oponiéndose a la fuerza centrífuga de los contrapesos.

7-42

A fin de tener una operación estable, se introduce una caída de velocidad en el sistema de regulación, entendiéndose por caída de velocidad la característica de disminuir la velocidad con el aumento de la carga. La magnitud de esta caída depende de las especificaciones del motor y se puede ajustar fácilmente para cubrir un margen de aproximadamente de 0,5 a 7%. Suponiendo que se aplique repentinamente al motor una cierta carga adicional, la velocidad disminuirá, los contrapesos serán forzados hacia dentro y descenderá el émbolo de la válvula piloto. Así se admitirá aceite a presión que levantará el émbolo. El movimiento del émbolo se transmite al eje terminal por medio de una palanca. La rotación del eje terminal se transmitirá a través de una palanca a la bomba de combustible, la cual aumentará la alimentación de combustible al motor.

Inyectores

El inyector introduce combustible en el interior de cada cámara de combustión (cilindro) y combina las funciones de medición, distribución e inyección (ver fig. 3). El inyector contiene una válvula de retención de bola. Cuando el émbolo del inyector se mueve hacia abajo, cubre los orificios de alimentación. El impulso de una onda de presión cierra la válvula de retención y al mismo tiempo atrapa una cantidad de combustible en la copa del inyector. Al continuar el movimiento del émbolo hacia abajo, se inyecta este combustible en la cámara de combustión, se descubren los orificios de drenaje y la bola de la válvula se levanta de su asiento. Esto permite el flujo libre del combustible a través del inyector y del drenaje para fines de enfriamiento.

Sistema De Lubricación

Los motores diesel se lubrican a presión. La presión es suministrada por una bomba de engranajes localizada en el depósito de aceite del motor. Se monta en la bomba un regulador para controlar la presión del aceite de lubricación. En la cabeza del filtro de aceite de flujo total se provee una válvula de by-pass, como seguro contra la interrupción del flujo a causa de suciedad o de algún elemento taponado (ver fig. 4). 1. El aceite se alimenta a la bomba de lubricación a través de un tubo de succión ranurado. 2. El aceite fluye a través del regulador de presión, a través de un filtro de flujo total (y a través de un enfriador enfriador cuando lo hay) y a través de pasajes perforados. 3. El aceite fluye a las distintas partes móviles del motor a través de perforaciones en el bloque, cabeza del cilindro, árbol de levas, cigüeñal, accesorios de movimiento, balancines, etc. 4. Los cojinetes de las bielas se lubrican a través de pasajes perforados en el cigüeñal.

7-43

SÍStemB De Refrigerac/Ón

El agua se circula mediante una bomba centrífuga montada en el extremo frontal del motor y accionada por correas desde el eje del cigüeñal. El agua circula alrededor de las camisas del cilindro y a través de la cabeza del cilindro. Dentro de la cabeza el agua circula por las ranuras de cobre del inyector, lo cual ayuda a la disipación de calor en el sistema de inyección. Las conexiones de descarga de las cabezas están interconectadas. El motor tiene termostatos con los cuales se controla su temperatura de operación. El líquido refrigerante es agua de refrigeración de la turbina (ver fig. 5).

Sistema De Aire

El aire debe entrar siempre a través de un filtro (o de un silenciador). El filtro puede montarse sobre el motor o sobre el equipo asociado. Los filtros, según el servicio del motor, pueden ser: de baño de aceite, de elemento de papel o de tipo combinado. De aquí se envía el aire directamente al "manifold" de entrada.

Compresor De Aire

El compresor de aire es una unidad de un solo cilindro accionada por medio del eje del cigüeñal y elementos accesorios. El aceite de lubricación se recibe desde el sistema de lubricación del motor a través de perforaciones. La cabeza del cilindro se enfría mediante el mismo líquido de enfriamiento del motor. Los compresores de aire reciben aire prefiltrado del sistema de admisión de aire del motor a través de una tubería especial. Las etapas de operación son las siguientes (ver fig. 6): ADMISIÓN DE AIRE — El aire es absorbido por el compresor a través de un filtro independiente o desde el sistema de aire del motor después de los filtros o silenciadores. Cuando el pistón desciende, se produce un vacío parcial en el cilindro. La diferencia entre la presión atmosférica y la presión del cilindro obliga a abrir la válvula de admisión, permitiendo que el aire fluya hacia el interior del cilindro. Cuando el pistón ha alcanzado el punto más bajo de su carrera, la presión del resorte es la suficiente para vencer la menor diferencia de presión y empuja la válvula contra su asiento cerrándola. COMPRESIÓN — Cuando el pistón comienza su carrera ascendente, el incremento de presión del aire en el cilindro y en la cabeza, hace que se abran las válvulas de descarga. Entonces el aire comprimido fluye a través de las válvulas abiertas hacia el tanque de aire a medida que el pistón continúa su carrera ascendente. En la carrera descendente del pistón la válvula de expulsión se cierra y la válvula de admisión se abre excepto durante el período de descarga. DESCARGA — Cuando la presión en el tanque de aire llega a un nivel predeterminado, se aplica presión de aire sobre la parte superior de la cubierta del descargador por medio de un

7-44

regulador del compresor. Esta presión empuja la cubierta hacia abajo, mantiene la válvula de admisión abierta durante un ciclo sin efecto de bombeo para impedir que el aceite pase hacia la cámara de compresión, y sella los conductos de admisión. Cuando la presión en el tanque de aire desciende, la cubierta retorna a su posición superior y las secuencias de admisión y de compresión se repiten nuevamente.

FIGURA 1

REGULADOR

HIDRÁULICO

(HYDRAULIC GOVERNOR) (AL AUMENTAR CARGA DECRECE LA VELOCIDAD) (LOAD ON - DECREASED SPEED) TORNILLO PARA AJUSTE DEL LIMITE INFERIOR

PALANCA FLOTANTE

EJE DE AJUSTE DE VELOCIDAD

PISTÓN DE EMPUJE

BRAZO DEL CONTRAPESO

CABEZA DEL CONTRAPESO

ENTRADA DEL ACEITE HIDRÁULICO

ACOMPLAMIENTO DEL EJE

7-45

UOP 220-7-13

FIGURA 2

REGULADOR HIDRÁULICO (HYDRAULIC GOVERNOR) (AL DISMINUIR CARGA INCREMENTA LA VELOCIDAD) (LOAD OF - INCREASED SPEED) TORNILLO DE AJUSTE DE CAÍDA DE VELOCIDAD

TORNILLO PARA AJUSTE DEL LIMITE INFERIOR EJE DE AJUSTE DE VELOCIDAD

PALANCA TERMINAL ASIENTO DEL RESORTE COJINETE DE EMPUJE AXIAL PISTÓN DE EMPUJE

CONTRAPESO

EMBOLO DE LA VÁLVULA PILOTO

ENTRADA DE ACEITE HIDRÁULICO

ACOMPLAMIENTO DEL EJE DRENAJE DE ACEITE

7-46

FIGURA 3

INYECTOR (INJECTOR) (CICLO DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE) (FUEL INJECTION CYCLE)

MEDICIÓN

NO.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

PRE-INYECCION

INYECCIÓN

NOMENCLATURA

NO.

COPA RETENEDOR DE LA COPA CUERPO EMBOLO BUZO VÁLVULA DE RETENCIÓN MALLA ENTRADA DE COMBUSTIBLE ORIFICIO RESORTE

10 ' 11 12 13 14 15 16 17

7-47

PURGA

NOMENCLATURA BARRA DE CONEXIÓN SALIDA DE COMBUSTIBLE ANILLO "O" PALANCA DEL BALANCÍN TORNILLO DE AJUSTE VARILLA DE EMPUJE ACOPLAMIENTO LEVA U t OP 220-7-15

FIGURA 4

FLUJO DEL ACEITE DE LUBRICACIÓN (LUBRICATING OIL FLOW) LEVANT A-VALVULAS COMPRESOR DE AIRE

EJE DEL BALACIN PISTON

BALACINES VARILLA PARA MEDIR EL NIVEL DEL ACEITE

ENSAMBLAJE DE VÁLVULAS VÁLVULAS —

EJE DE LEVAS

FILTRO DE ACEITE LUBRICANTE

BOMBA DE ACEITE LUBRICANTE

CIGÜEÑAL

UOP 220-7-16

7-48

FIGURAS

FLUJO DE LIQUIDO REFRIGERANTE (COOLANT FLOW) AL RADIADOR

RETORNO DEL REFRIGERANTE DEL COMPRESOR DE AIRE PASO PARA EL AGUA

TERMOSTATO BY-PASS DE AGUA CONDUCTOS DE AGUA DE LA CABEZA CAMISA DE AGUA BOMBA DE AGUA

DEL RADIADOR

UOP 220-7-17

7-49

FIGURA 6

COMPRESOR DE AIRE (AIR COMPRESSOR)

1 CONEXIÓN DE AIRE DEL REGULADOR 2 VÁLVULA DESCARGADORA 3 ENTRADA DE AIRE 4 VÁLVULA DE ADMISIÓN 5 VÁLVULA DE EXPULSIÓN 6 LIQUIDO REFRIGERANTE

UOP 220-7-18

7-50

DESCRIPCIÓN DE UNA TURBINA DE GAS (DESCRIPTION OF A GAS TURBINE) Es muy común encontrar una turbina de gas como parte de las instalaciones de generación de energía. Dichas instalaciones contienen todo el equipo necesario para realizar la conversión de un combustible dado a energía eléctrica del voltaje y frecuencia que demanden los requerimientos de la planta. Además de la turbina propiamente dicha tenemos los tableros de control, sistema de alimentación de energía eléctrica y, en ciertas ocasiones, los respectivos transformadores. Ya que forma parte del sistema de generación eléctrica, la turbina de gas es uno de los equipos motores más importantes de la refinería. La turbina de gas es un accionador primario rotativo cuyos principios de funcionamiento son análogos a los de una turbina de vapor. En vez de utilizar vapor como fuerza motriz, aquí se usan aire y gases a alta temperatura provenientes de una cámara de combustión que pasan a través de toberas dirigidas a las paletas o alabes del rotor. Los gases se expanden rápidamente y empujan dichos alabes produciendo la rotación del eje y cualquier equipo que esté acoplado a él. En las turbinas de gas se aspira el aire de la atmósfera, se filtra y libra de partículas sólidas y se le dirige a la aspiración de un compresor axial. Se realiza la compresión de este aire y se le inyecta a una cámara de combustión en donde una chispa eléctrica inicia la combustión del combustible que también se inyecta en esta cámara. Sólo se requiere cierta porción del aire para sustentar la combustión, pero en todo caso el aire remanente y los gases productos de la combustión se calientan debido al calor generado por el quemado del combustible. Como se mencionó anteriormente, estos gases a alta presión y temperatura pasan a la sección de la turbina donde al expandirse generan la fuerza motriz que hace girar la turbina. Luego los gases son descargados a la atmósfera. Todo los equipos montados en una turbina de gas tienen un eje común. En orden de instalción éstos son: 1) Motor de arranque (diesel o eléctrico) 2) Convertidor de par motor. 3) Sistema de engranajes y accesorios 4) Compresor axial 5) Turbina de gas

7-51

6) Engranajes reductores de velocidad 7) Acoplamiento al generador eléctrico 8) Generador 9) Excitatriz Con excepción del motor de arranque y del convertidor de par motor todo el equipo es accionado por la turbina de gas. De manera general la secuencia de arranque es como sigue: 1) Deberán estar en servicio los sistemas de calentamiento y refrigeración del aceite de lubricación y activados los sistemas de control que controlan dichos sistemas. 2) El nivel de aceite en el tanque deberá ser el apropiado. 3) El sistema de agua de refrigeración debe ser operacional y debe tenerse suficiente reserva de agua de refrigeración. 4) El sistema de combustible primario debe ser puesto en servicio desde el punto de almacenaje o suministro hasta la válvula de control del sistema propiamente dicho. 5) Si existe, se deberá hacer lo mismo que en número (4) con el sistema auxiliar de combustible. 6) Para el arranque es común utilizar LPG, destilado o diesel según el sistema. Asegúrese de que las venas de vapor de las líneas de combustible estén en servicio, sobre todo cuando se utiliza LPG. NOTA: Usualmente no se utiliza crudo para el arranque, en todo caso puede ser utilizado como combustible auxiliar en caso de emergencia. 7) Si el motor de arranque es diesel, asegúrese de que exista la cantidad de combustible suficiente para el arranque. Verificar el sistema de lubricación del motor. 8) Desconectar el sistema eléctrico del sistema de distribución de energía del generador. 9) Arrancar la bomba de lubricación de emergencia. Si no se tiene corriente alterna, entonces lo común es utilizar un motor a batería. Inspeccionar el sistema de lubricación y eliminar cualquier cantidad de gas que exista en el sistema. Revisar el sistema de enfriamiento de este circuito para asegurarse de que esté listo para ponerlo en servicio.

7-52

10) Una vez que esté en funcionamiento el sistema de lubricación, se procede a girar el eje unas cuantas veces para asegurarse de que no exista interferencia mecánica de ninguna índole. Si todo ha procedido satisfactoriamente hasta este punto la turbina está lista para arrancar. 11) Cuando se acciona el botón de arranque se inicia la siguiente secuencia: A) El engranaje de trinquete comienza a hacer girar el eje. B) El motor del eje inicia la rotación del eje. El motor diesel es puesto en marcha por un motor eléctrico de puesta en marcha que se desembraga automáticamente cuando el motor diesel arranca. C) El sistema de embrague conecta la turbina de gas y el motor de arranque hace girar a todo el sistema. D) Una vez que comienza a girar todo el eje, se desconecta el engranaje de trinquete. E) El equipo acelera hasta la velocidad de ignición. Se inicia el proceso de combustión en la cámara. Se notará un aumento de temperatura hasta 260°C o más. Continúa acelerando hasta alcanzar la velocidad a la cual el sistema se autoabastece de combustible. F) El sistema de arranque es desconectado por el convertidor de par motor aunque seguirá funcionando durante unos 5 minutos adicionales hasta enfriarse, luego cesará de funcionar por completo. G) La turbina continuará acelerando lentamente a una velocidad correspondiente a un aumento aproximado de 3°C por minuto en los gases de escape. Continuará esta aceleración hasta que se alcance una velocidad de rotación (RPM) adecuada. En este punto el sistema de control de velocidad tomará control por medio de la regulación de la cantidad de combustible que se inyecta a la cámara de combustión. H) Una vez que la turbina gira a una velocidad que haga posible la generación de electricidad de 50 ó 60 Hz se pueden conectar el generador y la excitatriz al panel de distribución. En este punto se controla el voltaje de salida por medio de la excitatriz.

7-53

12) Paro de la turbina: A) Desconectar el generador del panel de distribución. B) Parar la sección turbina. C) Una vez que la turbina a desacelerado lentamente hasta pararse, conectar el engranaje de trinquete y seguir haciéndola girar hasta que el eje se enfríe. Este período de enfriamiento puede ser considerable. El objetivo de esta operación es evitar que el eje se deforme debido al calor. Si esto sucediera, en el próximo arranque el equipo estaría totalmente desalineado y produciría vibración excesiva que causaría graves daños al sistema. Naturalmente los procedimientos descritos son generales y siempre se deberá tomar como fuente principal de información los manuales del equipo específico con el cual se va a trabajar.

7-54

VISTA LATERAL DE UNA TURBINA DE COMBUSTIÓN DE GAS (SIDE VIEW GAS COMBUSTION TURBINE) SECCIÓN DEL COMPRESOR

SECCIÓN DE COMBUSTIBLE ESTATOR DEL COMPRESOR TOBERA DEL COMBUSTIBLE

MOTOR DIESEL DE ARRANQUE PANEL DE MEDICIÓN 1

en

ENSAMBLAJE DE LA TURBINA

ENTRADA DE AIRE ALTERNADOR DE INDUCCION^X

ENGRANAJES

UOP 220-7-19

t

VISTA SUPERIOR DE UNA TURBINA DE GAS (TOP VIEW GAS COMBUSTION TURBINE) ENTRADA DE AIRE

ENGRANAJES AUXILIARES 1 Oí

MOTOR DIESEL DE ARRANQUE

SILENCIADOR CÁMARAS DE COMBUSTIÓN GENERADOR SALIDA

UOP 220-7-20

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

ACOPLAMIENTOS ENGRANAJES Y CORREAS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

8-1

ACOPLAMIENTOS (COUPLINGS) En la industria petrolera se utilizan bombas y compresores para mover líquidos y gases. Sin embargo, las bombas y compresores son movidos por otras máquinas llamadas máquinas motrices o accionadoras. Existen varios tipos de accionadores que producen energía mecánica de diferentes maneras. Por ejemplo: un motor eléctrico y un motor de combustión interna. La fuerza producida por una máquina motriz puede ser utilizada para accionar una bomba o un compresor. Para conseguir esto se utiliza un acoplamiento, el cual transmite la fuerza desde una máquina a otra. La manera más simple de acoplar máquinas consiste en montar ambas sobre el mismo eje. Si dos máquinas están sobre el mismo eje se dice que están acopladas de forma directa. Acoplando dos ejes es un método común de transferir fuerza o par motor desde una máquina a otra. El mecanismo que une dos ejes separados constituye un acoplamiento. Cada uno de estos métodos de acoplar máquinas tiene sus ventajas y desventajas. Las unidades acopladas o montadas sobre el mismo eje son más compactas y más fáciles de alinear. Si la instalación va a ser permanente y no es necesario cambiar la máquina motriz, es preferible usar una unidad de este tipo. Reemplazar una máquina motriz es mucho más fácil si se tiene una unidad de acoplamiento. Si se desea que las bombas tengan accionadores intercambiables se deberá utilizar algún sistema de acoplamiento. Acoplamientos Rígidos

Para unir dos ejes de una unidad simple se utiliza un acomplamiento rígido. Puede ser del tipo brida o del tipo manga. El tipo manga'es de diámetro más pequeño, pero el tipo brida es mucho más fácil de desconectar. Los acoplamientos rígidos se utilizan en equipos muy pequeños ya que no proporcionan compensación por falta de alineación o por desplazamientos longitudinales, lo cual no resulta práctico en la mayoría de las aplicaciones.

8-3

Acopiamientos Flexibles

Las combas, comoresc' 1 "?? y máquinas motrices tienen «ríes muv ngidos v es a menudo imposible mantenerlos perfectamente alineados. Rc-t^c máauinas están normalmente acopiadas con acopiamientos flexibles. Ei acoplamiento • .;-„. s ¡ene ai menos una parte que puede doblarse o moverse. La figura muestra un acoplamiento flexible simple. Se coloca un caucho pulido duro o bloque plástico entre las dos bridas. Ya que no pueden doblarse mucho, estos acoplamientos transfieren par motor entre las dos máquinas muy eficientemente. Los movimientos axiales y radiales son controlados mediante cojinetes. Los acoplamientos flexibles pueden ser ajustados para distintos grados de expansión o de falta de alineación. Cuando una máquina está a velocidad de régimen, su eje puede tender a un leve desplazamiento hacia atrás o hacia adelante mientras gira. Este desplazamiento se denomina vaivén. También, cuando la temperatura del eje aumenta, el eje se expande. Esta expansión y contracción también causa vaivén. Para compensar estos desplazamientos la parte flexible del acomplamiento está hecha de placas metálicas delgadas. Si el vaivén ocurre, las placas se pandean (encorvan). Esta ligera relajación de las placas permite el vaivén. Se muestra en la figura inferior la posición de estas placas metálicas en el acoplamiento.

ACOPLAMIENTO RÍGIDO (RIGID COUPLINGS)

UOP 220-8-1

8-4

ACOPLAMIENTO FLEXIBLE SIMPLE AMORTIGUADO (CUSHIONED SINGLE-ENGAGEMENT FLEXIBLE COUPLINGS)

UOP 220-8-2

ACOPLAMIENTO DE ANILLOS METÁLICOS LAMINADOS (LAMINATED METAL RING COUPLINGS) ANILLO METÁLICO LAMINADO

EJE IMPULSADO

EJE IMPULSOR UOP 220-8-3

8-5

Acoplamientos De Engranaje

El acoplamiento de tipo engranaje es el más usado en la actualidad en la industria del petróleo. El acoplamiento de engranajes consiste en un engranaje montado en el extremo de cada eje. La manga que recubre el engranaje tiene dientes en la parte interior, los cuales calzan con el engranaje que está sobre el eje. Para facilitar su desmontaje la manga está hecha de dos secciones. Las mitades de la manga se unen por medio de pernos. Este tipo de acoplamiento puede compensar la falta de alineación y el vaivén. Se le debe mantener bien lubricado puesto que existe contacto metal a metal en los engranajes.

ACOPLAMIENTO DE ENGRANAJE GEAR COUPLING (VISTA LATERAL) (SIDE VIEW) DOS CUBOS El cubo es presionado y acunado a cada eje. Cada cubo está ranurado con ranuras cortadas a una distancia máxima del extremo de! eje.

ACOPLAMIENTO DOBLE

TAPÓN DEL ACEITE MANGUITO FLOTANTE Un casquillo flotante con ranuras internas va montado sobre los dos cubos. Las ranuras de la manga encajan permanentemente con las ranuras de cada cubo.

Con dos series de ranuras, una a cada lado del manguito flotante. La desalineación de los ejes se compensa por la posición neutra del manguito entre los dos cubos del eje.

DESPLAZAMIENTO LATERAL Entre la carcasa y el cubo hay un espacio bastante amplio que per mite el desplazamiento lateral de cada eje. Como que la carga está soportada por la película de aceite, no hay contacto metal a metal. De ahí que aún bajo cargas máximas el eje (Iota con poca resistencia.

\

CHUMACERAS CARGA SOPORTADA POR EL ACEITE Al localizar la superficie que soporta la carga a una distancia máxima de los terminales del eje. la desalineación entre las ranuras se reduce a 1/10 de la desalineación entre los ejes, haciendo que el error entre las caras motrices sea tan pequeño que no se rompa la película de aceite.

NIVELES DE ACEITE El acoplamiento se llena con aceite cuando e s t á parado (nótese al tapón de aceite). Cuando gira la fuerza centrífuga distribuye el aceite tal que las ranuras están continuamente sumergidas en aceite.

8-6

El casquillo es arrastrado sobre cojinetes de anillo localizados directamente sobre la linea de centros transversal en las caras ranuradas de los tubos (superficies de carga). Esto elimina las oscilaciones y las vibraciones consecuentes.

UOP 220-8-4

ACOPLAMIENTO DE ENGRANAJE (GEAR COUPLING) (VISTA DE UN EXTREMO) (END VIEW) FLEXIBILDAD Cada conjunto de ranuras engrana alrededor de toda la circunferencia formando una unidad. La unidad gira como una pieza única. El juego angular y lateral se permite entre las caras de las ranuras.

PERFECTAMENTE ALINEADO

DESALINEACIÓN DESCENTRADA

DESALINEACIÓN ANGULAR

DESALINEACIÓN DESCENTRADA Y ANGULAR PELÍCULA DE ACEITE La presión centrífuga creada por la rotación forma una película de aceite entre las ranuras la cual amortigua la potencia transmitida y elimina todo contacto metal a metal. Si no hay contacto metal a metal no hay desgaste.

UOP 220-8-5

8-7

Transmisión Por Correas En "V"

Una correa en "V" es un mecanismo simple para transmitir potencia entre dos ejes paralelos. Se monta una polea acanalada en cada eje. Los lados de la polea forman una ranura. La correa en V se monta ajustada a esta ranura. La transmisión por correas en V puede también utilizarse para variar la velocidad de los ejes. La razón de la velocidad entre los dos ejes depende del diámetro de las poleas. Cuando la polea del equipo accionado es de mayor diámetro, su velocidad es menor. La correa transmite potencia por medio de su fricción con los lados de la ranura en la polea. Cuando la correa resbala no transfiere toda la potencia desde una máquina a la otra, causando una pérdida de potencia y excesivo desgaste de la correa en V. Para ayudar a eliminar el deslizamiento, se puede aumentar la tensión de la correa en V, incrementando la distancia entre los dos ejes o usando más correas en paralelo, lo cual reduce la carga sobre cada una de éstas. Con menor carga por banda, las posibilidades de resbalamiento disminuyen. Una correa en V consiste en tres secciones: tensión, fuerza y compresión. Cada sección tiene una misión diferente. La sección de tensión debe extenderse cuando la correa pasa alrededor de la polea. La sección de tensión está hecha de caucho relativamente blando. A medida que la banda pasa alrededor de la polea, la sección de compresión se comprime dentro de la ranura. Esta sección es de un caucho relativamente duro para soportar fuerza y desgaste. Cuando la banda pasa alrededor de la polea, la sección de tensión se extiende y la de compresión se acorta. El tamaño de la sección de fuerza no cambia. Un ajuste cuidadoso de las transmisiones por correas en V minimiza el desgaste. Las dos poleas deben estar perfectamente alineadas. La banda debe tener suficiente tensión de manera que no resbale a plena carga. Una banda floja que resbala en las poleas produce un chillido. Esto causa pérdida de potencia y genera calor que acaba por desgastar la correa. Una banda que es demasiado ajustada empuja el eje hacia un lado causando el desgaste de los cojinetes. Se necesita más potencia para mover la transmisión y la correa puede romperse fácilmente. Una correa en V bien instalada normalmente experimenta un pandeo igual a su espesor por cada cuatro pies (120 cm) de distancia entre ejes. Si la distancia fuese de dos pies (60 cm) el pandeo debería ser igual a la mitad del espesor de la correa, etc.

8-8

La luz de una transmisión por banda en V es la distancia entre los centros de las poleas. La tensión de una correa en V no puede ser comprobada mientras la unidad está funcionando. Nunca se debe usar pasta o lubricante en las correas en V ya que ablanda y debilita las correas. Para disminuir el resbalamiento, podemos incrementar la tensión, disminuir la carga, o usar una transmisión multi-banda. Cuando se instala una correa nueva, debe ser examinada después de unas cuantas horas de trabajo, a fin de darle su tensión apropiada, puesto que las bandas nuevas pueden alargarse un poco al principio. Cuando cualquier banda de una polea múltiple está gastada, se debe reemplazar todo el juego de correas.

CORREAS EN "V" UOP 220-8-6

8-9

Tren De Engranajes

Un engranaje trabaja como una llave mecánica: cuanto mayor es el engranaje mayor es el par motor que puede transmitir. Pero un engranaje pequeño puede ser construido para transmitir tanta potencia como un engranaje grande a base de hacerlo girar más rápidamente. Una alta velocidad o un momento angular elevado también corresponde a un mayor par motor. La velocidad es también un aspecto indicativo de la potencia. La potencia producida en una máquina motriz es una combinación de par motor y velocidad. Toda máquina tiene una velocidad a la cual opera mejor dependiendo de cuanto par motor o velocidad sea necesario. Cuando la velocidad óptima de la máquina motriz y del equipo movido es la misma, no se necesita un tren de engranajes. Pero cuando las dos velocidades óptimas difieren se necesita un engranaje para efectuar un cambio de velocidad. El cambiador de velocidad o tren de engranajes permite que ambas piezas del equipo operen a velocidades óptimas. Un tren de engranajes es una serie de engranajes endentados entre sí. Un tren de engranajes consta de dos o más engranajes que permiten la conversión de velocidad a par motor. Cuanto mayor es la diferencia entre el número de dientes de los dos engranajes, mayor es la conversión entre par motor y velocidad. Cuando ambos engranajes tienen el mismo diámetro y número de dientes no se produce conversión de par motor y velocidad. Cuando los engranajes son de distinto tamaño, el de menor tamaño normalmente se llama piñón y el de mayor tamaño se llama simplemente una rueda dentada. El piñón gira a alta velocidad pero con un par motor bajo, la rueda mayor gira a menor velocidad pero desarrolla un par motor más elevado. Dos ruedas de engranaje giran en direcciones opuestas; si se utiliza un número impar de ruedas, tanto la primera como la última giran en la misma dirección. Las ruedas intermedias no tienen ningún efecto en el cambio de velocidad.

8-10

Engranajes Rectos

Ejes paralelos pueden estar conectados por medio de engranajes rectos. Los dientes de los engranajes rectos son paralelos a las líneas de centros de los ejes. Cuando los dientes de estos engranajes se endentan, se ponen en contacto por todo el ancho del área. Los engranajes rectos son relativamente baratos, pero muy ruidosos.

HELICOIDAL

RECTO UOP 220-8-7

Engranajes Heíicoloidales

Los dientes de un engranaje helicoloidal tienen su cara cortada en ángulo. Por ello, los dientes son mucho más grandes que los de los engranajes rectos. Puesto que los dientes son más grandes, tienen más área de contacto para engranarse. El engranaje ocurre con un movimiento deslizante, de modo que la transmisión es silenciosa.

Engranajes Heíicoloidales Dobles

Estos engranajes tienen los dientes cortados en dos ángulos opuestos sobre la misma cara. Se llaman a veces engranajes dobles helicoidales en forma de espina de pescado. Estos engranajes desarrollan fuerzas de empuje en dos direcciones opuestas con lo que la fuerza de empuje sobre el diente en una dirección anula la fuerza de empuje en la otra dirección.

HELICOIDAL DOBLE UOP 220-8-8

8-11

Engranaje De Tornillo Sin Fin

Cuando se requiere una conversión muy grande de velocidad a par motor, se utiliza un mecanismo de engranaje con tornillo sin fin. En lugar de una serie de dientes, el tornillo sin fin tiene un diente continuo semejante a un tornillo roscado. La transmisión por tornillo sin fin puede ser utilizada para convertir velocidad a par motor pero no para convertir par motor a velocidad. La máquina motriz debe estar conectada al tornillo sin fin y el equipo a la rueda dentada. Por cada revolución del tornillo sin fin la rueda dentada gira un ángulo equivalente a un diente.

EJE MOTRIZ

TORNILLO SIN FIN UOP 220-8-9

8-12

Engranajes Para Ejes Perpendiculares

Los engranajes cónicos o angulares se usan cuando se tienen ejes perpendiculares entre sí. Los dientes, rectos o helicoidales, están cortados sobre una de las caras de la rueda biselada a un ángulo determinado. Un engranaje cónico helicoloidal gira más suavemente que un engranaje cónico de diente recto. A veces estos engranajes se utilizan simplemente para acoplar dos ejes perpendiculares sin necesidad de cambiar velocidad ni par motor. En este caso ambas ruedas son del mismo tamaño y tienen el mismo número de dientes.

ENGRANAJES PARA EJES PERPENDICULARES (GEARS FOR PERPENDICULAR SHAFTS)

ENGRANAJE TÍPICO (TYPICAL GEAR)

UOP 220-8-10

8-13

MANUAL DE ENTRENAMIENTO TMIN YOUR ReflMfcRY OPERATOR1.

BOMBAS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

9-1

BOMBAS CENTRIFUGAS (CENTRIFUGAL PUMPS) La función básica de una bomba es la de transferir líquido de un recipiente a otro. Una bomba realiza este trabajo impartiendo energía al líquido. La energía de movimiento se transforma en energía de presión en la bomba. Una bomba centrífuga debe tener siempre alimentada la succión para trabajar eficientemente. Cuando se diseña la bomba, las condiciones en la succión constituyen la base de los cálculos. La presión de succión viene determinada por la presión hidrostática sobre la línea de succión ejercida por el líquido a bombearse. El líquido entra en el ojo del impulsor aproximadamente a la presión de succión de diseño. La rotación del impulsor entonces lanza el líquido rápidamente hacia afuera del impulsor para acumularse en la carcasa de la bomba, llamada voluta. Este efecto causado por la rotación del impusor a su vez reduce la presión en el ojo del impulsor facilitando la entrada de más líquido a la sección donde se encuentra el impulsor. El objeto de una bomba es el de aumentar la presión de un líquido y facilitar su transferencia a otro recipiente.

9-3

Fundamentos De Una Bomba Centrífuga

Para entender como opera una bomba centrífuga vamos a analizar las partes de una bomba simple. En primer lugar tenemos un impulsor en la carcasa (voluta). Cuando el impulsor gira, el líquido es forzado hacia la voluta. Note que la curva de las aspas va en sentido opuesto a la dirección de rotación. a) Cuando el líquido incrementa su presión en la voluta, se crea una carga desequilibrada en los cojinetes del eje, la cual se conoce como empuje radial. Para reducir este efecto se utiliza un divisor de flujo. Este sistema se denomina carcasa con voluta doble. b) La carcasa tipo difusor constituye otro método de contrarestar el empuje radial. Se puede ver que el difusor es un anillo estacionario con aspas situado alrededor del impulsor, el cual convierte la velocidad en presión, a lo largo de todo el impulsor sin tener un alto empuje radial desequilibrado en un punto. Existen varias clases de impulsores: a) Impulsor abierto b) Impulsor semi-abierto (con un lado cubierto) c) Impulsor cerrado (con dos lados cubiertos). Note las varias vistas del lado del impulsor, las cuales muestran como el diseño del impulsor puede afectar la presión de descarga.

9-4

IMPULSORES (IMPELLERS) BOMBAS CENTRIFUGAS (CENTRIFUGAL PUMPS) CARCASA IMPULSOR

PALETA

FUERZAS RADIALES

DIVISOR DE FLUJO

CARCASA DE DOBLE VOLUTA CON DIVISOR DE FLUJO

ABIERTO

ANILLO ESTACIONARIO DIFUSOR CON PALETAS ALREDEDOR DEL IMPULSOR

PARCIALMENTE ABIERTO

ALTA VISTA LATERAL DE UN IMPULSOR CERRADO

DIFUSOR

CERRADO

MEDIA

BAJA

PRESIÓN DESARROLLADA POR DIFERENTES ABERTURAS DE LAS PALETAS UOP 220-9-1

9-5

Empuje Axial

Cuando el accionador (motor o turbina) de la bomba es puesto en marcha, se produce un empuje axial a lo largo del eje en dirección hacia la parte delantera. Cuando se alcanzan las condiciones normales de operación, el impulsor está balanceado axialmente debido a la acción que la presión ejerce en las dos caras del impulsor. Cualquier esfuerzo residual de empuje es absorbido por los cojinetes de empuje axial. Para reducir el desequilibrio causado por cualquier alta presión que actúe sobre la parte posterior del impulsor, se aplica uno de los siguientes métodos: 1. Añadiendo aletas en la parte posterior del impulsor. 2. Con un orificio en el impulsor que permita el retorno del liquido a la aspiración.

EMPUJE AXIAL DEL MOVIMIENTO DEL ACCIONADOR (AXIAL THRUST FROM MOTION OF DRIVER)

ACCIONADOR

ORIFICIO FIJO CÁMARA DE BALANCE DEL EMPUJE

PRESIÓN DE DESCARGA

PALETA ESTA FUERZA BALANCEA EL EMPUJE DEL MOTOR ORIFICIO VARIABLE (VARIA CON LA PRESIÓN EN EL REVERSO DEL IMPULSOR) PRESIÓN DE ASPIRACIÓN

EMPUJE AXIAL DEL MOTOR AGUJERO

9-7

Caja De Empaquetaduras

1. Para evitar las pérdidas del líquido bombeado a lo largo del eje, se usa una empaquetadura o sello. Puede ser un prensaestopa o un sello mecánico. 2. Para prevenir el desgaste del eje de la bomba se utiliza una camisa. Tanto la caja de empaquetaduras como el sello mecánico sufren desgaste alrededor de la zona de sellado. Este fenómeno se llama estregamiento. Por lo general se utiliza alguno forma de cierre de anillo tipo "O". 3. Cuando se tiene cierre por empaquetaduras, estas consisten en un conjunto de aros montados en el eje. Estos anillos pueden ser individuales o recortados de una trenza de empaquetadura. Hay distintos tipos de materiales, tales como: asbestos grafitados, o cintas trenzadas de Metal Babbit (metal blanco blando; una aleación de estaño y cobre) que envuelven un ánima de asbesto. 4. En el centro de la caja de empaquetadura normalmente existe un anillo linterna. Su objeto es el de crear un sitio para proveer enfriamiento y lavado de la caja de empaquetadura. El líquido tiene que ser compatible con el líquido bombeado. Por ejemplo, en la bomba de crudo, si el líquido de lavado tiene un bajo punto de inflamación y hay excesiva pérdida dentro de la bomba a lo largo del eje, se puede afectar la calidad final del producto que se está bombeando.

9-8

CAJA DE EMPAQUETADURAS (STUFFING BOX) AGUJERO DE BALANCE

ANILLOS DE DESGASTE

LAVADO O ENFRIAMIENTO ENFRIAMIENTO (QUENCH)

IMPULSOR

__l-

SEGUIDOR DEL AJUSTAEMPAQUETADURAS

MANGA DEL EJE

ANILLO LINTERNA

EMPAQUES TÍPICOS (TYPICAL PACKING)

ASBESTO CUBIERTO

ANILLOS PREFABRICADOS

9-9

ASBESTO GRAFITADO

UOP 220-9-3

Sellos Mecánicos

En general las bombas centrifugas tienen un sello mecánico. Éste impide las fugas de líquido de proceso hacia el exterior; un sello mecánico opera con dos partes: una rotativa que va incorporada al eje y apretada por medio de resortes contra otra estacionaria. Las caras rotatoria y fija deben ser planas para asegurar un sello eficiente. La parte estacionaria es normalmente de carbón y está fijada en la brida del sello con un anillo "O". La parte rotativa es normalmente de acero inoxidable; no está unida al eje o camisa, sino que, gracias a uno o varios resortes, se mantiene apretada contra la cara estacionaria. Se utiliza una junta de cierre, que puede ser de varios tipos, entre la parte rotativa y el eje. Normalmente esta junta es un simple sello en "O". Existen también sellos dobles para trabajos especiales. El desarrollo del cierre mecánico ha ocurrido a base del desarrollo de los materiales, los cuales pueden ser estelita (stellite), tungsteno y cerámica, junto con una superficie de desgaste de carbón. Por lo tanto, la vida de los sellos mecánicos ha sido mejorada notablemente. Los inconvenientes en las juntas "O" constituyen un problema de menor escala debido a la existencia de materiales tales como: vitón, teflón, y silicona, dependiendo del servicio. Un buen sello tiene que tener caras planas y la presión debe estar distribuida uniformemente. Dicha distribución se logra utilizando resortes dobles. El liquido de lavado del sello se toma de la brida de descarga de la bomba a través de un separador ciclónico, para asegurarse de que el líquido de lavado entre limpio en el sello. El lavado del sello mantiene limpios los resortes asegurando su buen fundionamiento. El enfriamiento del sello (quench) se realiza con agua, la cual circula alrededor de la brida del sello, para condensar los vapores que hayan podido escaparse al exterior y puedan ser peligrosos. La tubería de condensado va a un lugar seguro.

9-10

SISTEMA TÍPICO DE SELLO MECÁNICO (TYPICAL MECHANICAL SEAL ARRANGEMENT) GARGANTA PARA FLUJO DE LAVADO

CARA ROTATORIA .ANILLO "O" _GARGANTA PARA QUENCH

cmnm

-ANILLO "O" RESORTE, MANGA DEL EJE

TORNILLO DE RETENCIÓN

/

CARA FIJA

DRENAJE DEL QUENCH

SUPERFICIE DE SELLO

SELLO MECÁNICO SIMPLE (SINGLE MECHANICAL SEAL) SUPERFICIE DE SELLO

TORNILLO DE RETENCIÓN ANILLO "O" EXTERIOR

CARA ESTACIONARIA

SELLO MECÁNICO DOBLE (DOUBLE MECHANICAL SEAL) RESORTE SELLO DE ANILLO "O"

SELLO DE ANILLO "O"

SELLO DE ANILLO "O'

9-11

Cojinetes Y Gaya De Cojinetes

Para que el eje esté centrado y gire con mínima fricción se monta en cojinetes. Los cojinetes controlan el empuje radial y axial. Para mantener la operación eficiente de los cojinetes se los lubrica y aisla de la atmósfera. En bombas centrífugas simples, se usan normalmente cojinetes de bolas montadas en una caja que tiene un nivel constante de aceite mantenido usualmente por una botella de aceite de lubricación. Note como los cojinetes difieren en construcción y que el cojinete de empuje axial es un cojinete doble llamado comúnmente de-espalda-aespalda. Los cojinetes están lubricados por medio de un anillo elevador de aceite que gira con el eje. Debido al mayor diámetro del anillo con respecto al eje, el anillo está parcialmente sumergido en el aceite, el cual lo impregna y se propaga a lo largo del eje, formando una película que se extiende hasta los cojinetes. Los alojamientos de los cojinetes están mantenidos a presión atmosférica por un venteo en el tope de la caja. Si la bomba es para servicio caliente (más de 175°C) el alojamiento de cojinetes se enfría por medio de agua.

CAJA DE COJINETES (BEARING BOX) SELLO DE ACEITE

VENTILACIÓN Y LLENADO

COJINETE RADIAL

SELLO DE ACEITE

NIVEL NORMAL DE ACEITE ANILLO DEFLECTOR

COJINETE DOBLE DE EMPUJE AXIAL

ACOPLAMIENTO

ANILLOS ELEVADORES DE ACEITE PARA LUBRICAR COJINETES UOP 220-9-7

9-13

Cojinetes De Manguito (Chumaceras O Muñoneras)

Estos cojinetes son de metal blanco y se utilizan en bombas de servicio pesado. A causa del bajo punto de fusión del metal blanco, la caja de rodamientos o cojinetes está enfriada con agua y está provista de un termómetro.

Cojinetes Tipo "Kingsbury"

Estos cojinetes están hechos también de metal blanco y se utilizan para absorber el empuje axial del collar de empuje del eje.

Lubricación

En la mayor parte de los casos, la lubricación de estos tipos de cojinetes se realiza con una bomba por la cual se circula aceite alrededor de los cojinetes proveniente de un depósito de reserva y enfriado por agua para mantener una temperatura constante. Se usa también un calentador para calentar el aceite hasta la temperatura de operación antes de la puesta en marcha de la bomba.

9-14

TIPOS DE COJINETES (TYPES OF BEARINGS)

CARAS DEL COJINETE

CHUMACERA NORMAL

VISTA SECCIONAL DEL COJINETE DE EMPUJE "KINGSBURY" SUPERFICIE DE METAL BLANCO DEL COJINETE

ANILLO BASE "-- k. PLATOS DE ^NIVELACIÓN" v ZAPATAS< COLLARÍN DE — EMPUJE

COJINETE DE EMPUJE TIPO "KINGSBURY"

y *i 'j ^\ í ^^

~1

^,

— ^

f

s<

Ñ

^

—

UOP 220-9-8

9-15

Bomba Típica De Una So/a Etapa

Ésta es una bomba de una sola etapa. Es uno de los tipos más comunes de bombas centrífugas. Puede ser utilizada para una gran variedad de líquidos tanto de elevado peso especifico (tales como crudo o agua) como de bajo peso específico (tales como butano o propano). Pueden ser empleadas dentro de un amplio margen de temperaturas y presiones. Estas bombas permiten el uso de agua de enfriamiento en camisas (chalecos) de refrigeración o la adición de líquido de enfriamiento (quench) al sello. La bomba de la figura no está equipada ni con camisa ni con quench, por lo que se puede deducir que no es una bomba para servicio caliente. La conexión de barrido o lavado al sello tampoco está conectada, así que se supone que la bomba trabaja con fluidos limpios. De hecho, es un tipo de bomba utilizada para condensados. La bomba consta de: I. Eje de bomba — una pieza pulida de acero. 3. Acoplamiento con espaciador — para conectar bomba y accionador. 3. Anillo deflector externo — para evitar la contaminación del lubricante con producto, en caso de que falle el sello. 4. Empaque de cabeza — para evitar pérdidas por la carcasa (carcasa divida). 5. Chaveta (chavetero) del impulsor — para fijar el impulsor en el eje. 6. Impulsor — para aplicar la fuerza al líquido, tal como se discutió previamente. 7. Carcasa — para contener el líquido, tal como se vio al principio. 8. Cojinete de bolas radial — para equilibrar el empuje radial y retener el eje en su posición. 9. Base para bomba y accionador — hecha de acero y rellenada con cemento para eliminar vibración en la fundación. 10. Sello de aceite — para impedir pérdidas a lo largo del eje. II. La camisa (manga) del eje — es reemplazable e impide el desgaste del eje en la región del sello. Esta camisa está fabricada de tal manera que pueda alojar el sello.

9-16

12. Anillo elevador de aceite — acarrea el aceite del sumidero de aceite a los cojinetes. 13. Cojinete de bolas de empuje axial — para balancear el empuje axial y fijar el eje en su posición. 14. Anillo deflector interno — para evitar que se rocíe aceite hacia afuera de la caja de cojinetes. 15. Caja de cojinetes — donde se montan los cojinetes de empuje radial y axial para soportar el eje; actúa también como depósito de reserva del lubricante para la lubricación de los cojinetes. 16. Anillos de desgaste para la carcasa y el impulsor — éstas son partes reemplazables lubricadas por una película de líquido de proceso; el espacio libre (tolerancia) entre los anillos de desgaste controla el volumen de líquido que circula, desde la descarga hacia la succión, el cual ayuda a equilibrar el empuje axial. Cuando los anillos de desgaste se desgastan, pueden ser reemplazados y la eficacia de la bomba retorna a su estado original. 17. El sello mecánico — impide las fugas de líquido a lo largo del eje.

9-17

BOMBA CENTRIFUGA DE UNA ETAPA (SINGLE STAGE CENTRIFUGAL PUMP) SALIDA DEL REFRIGERANTE DESCARGA / SELLO / MECÁNICO

CARCASA DE VOLUTA

CONEXIÓN PARA LAVADO DEL SELLO

IMPULSOR

COJINETE RADIAL ANILLO ELEVADOR DEFLECTOR DE ACEITE VENTEO DE LA CAJA DE COJINETES COJINETE DE EMPUJE AXIAL

to 00

SUCCIÓN ACOPLAMIENTO EJE

CAJA DE COJINETES ANILLOS DE DESGASTE DRENAJE DE LA CARCASA BOTELLA DE NIVEL DE ACEITE

ENTRADA PARA EL REFRIGERANTE MANGA DEL EJE

ANILLO DEFLECTOR

UOP 220-9-9

OPERACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS (OPERATION OF CENTRIFUGAL PUMPS) El operador puede prolongar la vida de sus bombas centrifugas y disminuir la frecuencia de mantenimiento y los costos si sigue cuidadosamente los procedimientos de arranque y parada. Procedimiento De Arranque

1. El operador deberla verificar donde sea aplicable. a) Que esté en servicio la alimentación de agua de enfriamiento. b) Que esté en servicio la alimentación de agua al chaleco o camisa de refrigeración de la bomba. c) Que esté en servicio el enfriamiento del motor. d) Que esté en servicio el líquido de lavado del empaque. e) Que esté en servicio la corriente de enfriamiento del sello. f) Que la lubricación de la bomba y los cojinetes del motor tenga el tipo correcto de lubricante y que los niveles de aceite sean correctos. g) Si es posible, gire el eje de la bomba. h) Verifique que la alimentación de energía eléctrica esté disponible y que el sistema de interruptores y de protección esté en posición de trabajo. i) Si el accionador es una turbina, compruebe que la turbina esté disponible y a punto. j) Si la bomba es para servicio caliente, tome el tiempo necesario para calentar la bomba y asegúrese de que la bomba esté a la temperatura de proceso. 2. Arranque — partiendo de la posición en que la succión y la descarga estén completamente cerradas. a) Verifique que esté cerrado el drenaje de la carcasa de la bomba. b) Compruebe que el venteo de la bomba esté cerrado. c) Ponga en servicio el medidor de presión. (Abra la válvula.)

9-19

d) Abra lentamente la válvula de succión y eleve la presión en la carcasa. Entonces ventee cualquier gas de la carcasa hasta que ésta esté llena de líquido. Una vez llena, abra totalmente la válvula de succión. e) Gire ligeramente el volante para abrir la válvula de descarga. Si la bomba es para servicio caliente, se la debe calentar. Esto significa que debe haber algún medio de bypasar la válvula de retención (válvula "check"), tal como un pequeño orificio taladrado en la válvula de retención o una pequeña Knea que by-pase la válvula de retención. NOTA: Depende de la práctica de la refinería, pero en muchos casos la bomba de recambio para cualquier servicio debería dejarse con la válvula de succión abierta, y la bomba bajo presión de succión. Desde luego esta práctica no elimina la necesidad de llevar a cabo las verificaciones de rutina antes del arranque de la bomba. No existe excusa para no comprobar los niveles de aceite, agua de enfriamiento, etc. antes del arranque de la bomba. 3. Con la válvula de descarga apenas abierta, arranque la bomba si está accionada eléctricamente; si está accionada por turbina se debe tener cuidado en seguir los pasos recomendados para el arranque de una turbina. 4. Mire la presión en el medidor acoplado en la descarga para ver si sube a su valor normal. Si el motor de la bomba tiene un amperímetro compruebe la carga. Si la carga del motor es mayor que la normal o si no hay presión de descarga, averigüe la razón. Si estas condiciones subsisten, pare la bomba e informe a su supervisor. 5. Si la presión es normal y la carga del motor es normal abra la válvula de descarga lentamente. 6. RECUERDE REVISAR LA BOMBA REGULARMENTE, especialmente la lubricación de cojinetes, calentamiento y ruidos anormales. Procedimiento

1. Cierre la válvula de descarga.

De Parada 2. Pare la bomba. 3. Según cual sea la razón por la que la bomba fue parada, lleve a cabo cualquier instrucción que pueda haberle sido dada. 4. Si es necesario desmontar la bomba y trabajar en ella, asegúrese de que esté debidamente aislada del proceso, de manera que no exista peligro alguno para los mecánicos.

9-20

CONDICIONES NORMALES DE OPERACIÓN (NORMAL PUMPING OPERATIONS)

Venteo De Bombas

Todas las bombas centrífugas requieren venteo antes del arranque para remover cualquier gas que esté en la carcasa. Se debe proceder con cautela para evitar que escape a la atmósfera o al alcantarillado una cantidad excesiva de hidrocarburos. BAJO NINGUNA CIRCUNSTANCIA DEBERÍA DEJARSE ABIERTO Y SIN ATENCIÓN UN VENTEO O DRENAJE.

Cuando se ventean hidrocarburos ligeros a la atmósfera se deben tener en cuenta las condiciones del viento y la ubicación de los hornos. Siempre que sea posible, se debe ventear al sistema de antorcha.

Filtros De La Succión De Las Bombas

Durante el arranque, se utilizan filtros en todas las succiones de las bombas para retener impurezas arrastradas en la tubería. El filtro debe estar localizado en tal forma que, si es necesario cambiarlo, las impurezas no caigan dentro de la succión de la bomba.

Cavitación

La causa principal de este fenómeno es una condición de succión inadecuada, especialmente en las bombas con filtro incorporado en la succión. Los filtros deberán ser examinados si ocurre cavitación. En columnas donde hay gran diferencia en el punto de ebullición entre el producto de cabeza y el de fondo, la cavitación ocurre algunas veces durante el arranque. También puede ocurrir cuando se trata de ajustar las condiciones de operación si se produce mezcla de los productos de cabeza y de fondo dando lugar a la vaporización de productos ligeros en la bomba. El único camino a seguir es que el operador en la sala de control logre ajustar la columna a sus condiciones normales de operación y se eliminen los productos ligeros del fondo.

Fallo De La Bomba De Alimentación Al Horno De Fuego Directo

La parada de dicha bomba puede ser causada por cavitación, fallo de energía eléctrica, o fallo del vapor. En cualquier caso se produce una emergencia que requiere, previa notificación del supervisor, una parada immediata del horno. Notifique a su supervisor INMEDIATAMENTE si hay problemas de esta naturaleza.

Agua De Lavado Al Equipo De Proceso

En algunos casos, por ejemplo durante el lavado con agua, se utilizan las bombas para este servicio. Los requerimientos de potencia de la bomba aumentan según el incremento de peso específicio. Esto significa que la carga en el motor será más alta que su valor de diseño. Todo motor tiene su placa de

9-21

identificación donde se puede leer el máximo amperaje. Si el motor no lleva un amperímetro incorporado, se debe utilizar un amperímetro portátil. La válvula de descarga deberá ser cerrada hasta que la lectura en el amperímetro no exceda del valor límite. Si no se toman estas precauciones, el motor se disparará por sobrecarga y no puede ser puesto en marcha hasta que se reajuste el mecanismo de disparo ("reset"). Estos disparos repentinos pueden causar serios daños al motor. En bombas grandes de varias etapas, si se usa agua como líquido de lavado, se debe tener mucho cuidado de no cerrar excesivamente la válvula de descarga de tal manera que el caudal de agua sea insuficiente para enfriar los anillos de desgaste. Esto podría hacer que la bomba se atascase.

El Efecto De La Circulación En Los Anillos De Desgaste

Hay un flujo continuo de líquido desde la descarga hasta la succión en el interior de la bomba. Sin embargo, ésta es una pequeña fracción del volumen total que se está bombeando. Este líquido enfría y lubrica los anillos de desgaste. Si la bomba está girando con la válvula de succión cerrada, no existe suficiente líquido para lubricar y remover calor de los anillos de desgaste, y la bomba se atascará. Si la bomba está girando con la descarga cerrada y la succión abierta por un largo período de tiempo, se genera una cantidad excesiva de calor que puede vaporizar el fluido que pasa a través de los anillos de desgaste y puede ser otra causa para un agarre o atasco de dichos anillos, dañando a la bomba. En cualquier caso, en estas condiciones se trabaja con una cantidad excesiva de empuje radial sobre el impulsor.

Lubricación De La Caja De Cojinetes

El nivel correcto de aceite en la caja de cojinetes viene asegurado por la botella de nivel de aceite. Se debe controlar el nivel de aceite en la botella continuamente.

Cambio De Bombas Centrífugas

Suponiendo que la bomba P1 está en servicio y la bomba P2 debe ser puesta en marcha, se procede así: 1. Arrancar la bomba de relevo P2, de acuerdo con el procedimiento descrito hasta el punto número cinco; la bomba ha sido arrancada y la presión de descarga es normal. 2. Cuando se abre la descarga de la bomba P2, cerrar lentamente la descarga de P1 para evitar variaciones bruscas de caudal. Cuando la válvula de descarga de P2 está totalmente abierta y la descarga de P1 totalmente cerrada y la bomba P2 trabaja satisfactoriamente, parar el motor de P1. 3. Seguir cualquier instrucción especial para cerrar las válvulas, etc. en P1.

9-22

SISTEMA TÍPICO DE BOMBAS PRINCIPAL Y DE RELEVO ACCIONADAS CON MOTOR (TYPICAL MOTOR/MOTOR SPARE PUMP ARRANGEMENT) DESCARGA

f ró co

SÍMBOLOS M = MOTOR P = BOMBA

SUCCIÓN UOP 220-9-10

Cambio Automático De Bombas

Puede ser turbina-motor o motor-motor; esto significa que la bomba de relevo debe permanecer en la siguiente posición: a. Válvula de succión y descarga abiertas. b. Todas las líneas de enfriamiento deben estar abiertas. La lubricación debe ser comprobada regularmente. c. La línea que transmite la presión desde la descarga de la bomba que está en operación hasta el sensor deberá permanecer abierta. d. Si la bomba de relevo está accionada por turbina, las purgas (trampas) de vapor deben ser examinadas para ver que no haya condensado en la turbina. La turbina debe estar girando lentamente todo el tiempo. El método de puesta en marcha se define como aquél en el que, si la presión en la descarga de la bomba principal, disminuye, se genera una señal que activa un relay y entonces: a) En el caso de que la bomba de relevo esté accionada por motor eléctrico, el dispositivo acciona el mecanismo de arranque del motor. b) Si la bomba de relevo está accionada por turbina, el relay actúa sobre la válvula de admisión de vapor a la turbina. Como el dispositivo sólo acciona el motor o la turbina de la bomba de relevo, se debe examinar y parar la bomba principal. Si la bomba de relevo debe ser parada, debe dejarse funcionando en la posición de relevo y se debe reposicionar el relay para dejarlo en posición de operación automática.

9-24

SISTEMA TÍPICO DE BOMBA ACCIONADA CON MOTOR Y BOMBA DE RELEVO ACCIONADA CON TURBINA PARA OPERACIÓN AUTOMÁTICA (TYPICAL MOTOR — AUTO CUT — IN TURBINE SPARE PUMP ARRANGEMEN D DESCARGA

BY-PASS PARA EL CONTROL DE GIRO LENTO

VAPOR 11.3 kg/cm2

PG

ATMOSFERA SALIDA DE VAPOR 3.5 kg/cm2

SÍMBOLOS M = MOTOR P - BOMBA T = TURBIN/

SUCCIÓN

Bomba Centrífuga De Ocho Etapas

Debido al alto empuje axial desarrollado por esta bomba, se disponen los impulsores en posición opuesta alternada. Note como se transmite el fluido de la cuarta a la quinta etapa. Debido a! balance del empuje axial por medio de los propios impulsores, los cojinetes de empuje pueden ser de bolas en vez del tipo "Kingsbury", lubricados por medio de un baño de aceite en vez de utilizar un sistema de lubricación a presión. El diseño de impulsores opuestos es el método más usado para disminuir el empuje axial en las bombas de etapas múltiples, debido a su bajo costo.

9-25

BOMBA CENTRIFUGA DE OCHO ETAPAS CON IMPULSORES OPUESTOS (8 STAGE CENTRIFUGAL PUMP WITH OPPOSED IMPELLERS)

PARA LAVADO DEL SELLO

ANILLOS DE DESGASTE

REFRIGERACIÓN (QUENCH) PARA EL SELLO

VENTILACIÓN CANAL DE CRUCE PALETA GUIA DE SUCCIÓN

DIFUSOR ANILLOS DE DESGASTE

ANILLO DEFLECTOR CO

ro

SELLO DE ACEITE CAJA DE COJINETES TRASERA

CAJA DE COJINETES EN EL LADO DEL ACCIONAMIENTO

DESCARGA

CANAL DE CRUCE DESDE LA DESCARGA DE LA 4a ETAPA A LA SUCCIÓN DE LA 5a ETAPA UOP 220-9-12

Bomba Centrífuga De Varias Etapas Con Tambor De Balanceo

La bomba del ejemplo es equivalente a once bombas de una sola etapa en serie, pero con una carcasa común. Se utilizan difusores a la descarga de cada impulsor para guiar el líquido a la succión del siguiente. Cada impulsor está provisto de un juego de anillos de desgaste. La presión de descarga de esta bomba normalmente es de 180 Kg/cm2 (2560 psig). El tambor de balanceo está conectado por un lado a la descarga y por el otro a la succión. Este tambor ayuda a contrarestrar el empuje axial entre la descarga y la succión y, además, hace que la presión en el sello de la descarga sea la presión de succión. Para el empuje axial residual debe usarse un cojinete de empuje axial apropiado. Nótese los diversos tipos de cojinetes empleados en esta bomba: los extremos del eje están soportados en cojinetes radiales de manguito mientras que el cojinete de empuje es un cojinete doble tipo "Kingusbury". Nótese también que el aceite de lubricación se suministra a través de una bomba independiente que debe ser arrancada antes de poner en marcha la bomba principal. La bomba está provista también de termómetros para observar la temperatura de los cojinetes, la cual no debe superar los 70°C.

9-28

BOMBA DE VARIAS ETAPAS CON TAMBOR DE BALANCEO (MULTI-STAGE PUMP WITH BALANCING DRUM) DESCARGA LINEA DE BALANCEO A LA PRESIÓN DE SUCCIÓN

SUCCIÓN i

TAMBOR DE BALANCEO ENTRADA DEL AGUA A DE REFRIGERACIÓN

,

UNA ETAPA LABERINTO DIFUSOR i

LAVADO DEL SELLO ¥ i\j co

TERMÓMETRO

QPI 1 1

i

COLLAR DE EMPUJE AXIAL

COJINETE DE MANGUITO

SELLO MECÁNICO IMPULSOR

CARCASA

COJINETE DE MANGUITO

SISTEMA "KINGSBURY" UOP 220-9-25

Bomba De Una Etapa Con Doble Succión

Note el impulsor de doble succión. Es como tener dos impulsores de espalda a espalda; consecuentemente, la bomba mueve un gran volumen de líquido. El impulsor de doble succión constituye otro método de equilibrar el empuje axial, de manera que permite el uso de cojinetes de empuje pequeños. Si la bomba es para servicio caliente se deberán conectar lineas para enfriamiento.

9-30

BOMBA DE UNA SOLA ETAPA Y DOBLE SUCCIÓN (DOUBLE SUCTION SINGLE STAGE PUMP) DESCARGA SUCCIÓN

COJINETE DEL ACCIONAMIENTO

CONEXIÓN PARA EL VENTEO

SELLO DE ACEITE

1

IMPULSOR DE DOBLE SUCCIÓN ANILLOS DE DESGASTE LAVADO PARA EL SELLO QUENCH PARA EL SELLO VENTEO COJINETE TRASERO

AGUJERO PARA TACOMETRO

ANILLO ELEVADOR DE ACEITE

\ COJINETE COJINETE

SELLO MECÁNICO

Bomba Vertical En Línea

La bomba está montada verticalmente de manera que ocupa menos espacio; su posición vertical permite montarla en una sección recta de tubería ahorrando así el costo de codos. Este tipo de bomba no tiene cojinetes y trabaja solo con los cojinetes del motor. Esto puede crear algunos problemas, debido al movimiento del eje, sobre todo en la región del sello. Note el orificio en la parte posterior del impulsor. Éste es un orificio de balanceo, para que la presión detrás del impulsor fluya a la succión disminuyendo asi el empuje axial.

BOMBA VERTICAL EN LINEA (VERTICAL INLINE PUMP) EJE DEL MOTOR ACCIONADOR MANGA DEL IMPULSOR REMOVIBLE PARA PERMITIR MANTENIMIENTO DE LA BOMBA

LAVADO PARA EL SELLO

DESCARGA

\

AGUJERO DEL BALANCE DEL IMPULSOR

ANILLOS DE DESGASTE UOP 220-9-14

9-32

Bombas "Sundyne"

El motor acciona al impulsor a través de una multiplicador de velocidad que aumenta las revoluciones de 7.000 a 14.000 RPM. Por esta razón, la bomba deberá ser cuidadosamente ajustada cuando se instale. Note que no hay anillos de desgaste entre el impulsor y la carcasa. El impulsor es del tipo semiabierto pero con varios orificios de balanceo, lo que no permite que se cree excesivo empuje axial.

BOMBA "SUNDYNE" (SUNDYNE PUMP) EJE DEL MOTOR ACCIONADOR ENGRANAJES PARA EL AUMENTO DE LA VELOCIDAD PASAJES DE ACEITE LUBRICANTE

MULTIPLICADORA DE VELOCIDAD

SELLOS: UNO PARA LA BOMBA Y OTRO PARA LA MULTIPLICADORA

FILTRO DE ACEITE

DESCARGA

SUCCIÓN

CONO DIFUSOR

IMPULSOR

9-33

DETALLES DEL IMPULSOR Y DE LOS UNA BOMBA "SUNDYNE" (SUNDYNE IMPELLER & SEAL DETAILS) RESORTE DEL SELLO

EJE

COPA DEL SELLO

MANGA DEL EJE

cp CO -b.

SUPERFICIE DE SELLADO

ANILLOS "O"

ANILLO DE SELLO ESTACIONARIO

IMPULSOR ANILLO DE SELLO ROTATORIO

UOP 220-9-16

Bomba Sumergible Esta bomba lleva un filtro incorporado en la succión. El De Dos Etapas eje para el impulsor está sumergido en el líquido que se está bombeando y sujetado por cojinetes. La caja de empaquetadura para esta bomba está en el codo de descarga. Como la succión está sumergida no existen problemas de succión.

BOMBA SUMERGIBLE DE DOS ETAPAS (2-STAGE SUBMERSIBLE LIFT PUMP) ACOPLAMIENTO FLEXIBLE COJINETE DEL EJE

CANAL DE ENGRASE

CAJA DE COJINETES APRETADOR DE LA EMPAQUETADURA EMPAQUES CAJA DE EMPAQUETADURAS DESCARGA

ARANA DEL COJINETE MANGA DEL EJE EN EL COJINETE

MANGA DEL COJINETE

IMPULSORES CARCASA DE VOLUTA

MANGA DEL COJINETE FILTRO

SUCCIÓN

9-35

CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS (CHARACTERISTICS OF CENTRIFUGAL PUMPS) Comportamiento De Las Bombas Centrífugas

Antes de que una bomba sea enviada de la factoría donde fue manufacturada, se realizan pruebas de capacidad desde cero hasta un valor máximo. Estos datos se conocen como curvas de "rendimiento" o "curvas características". Un ejemplo se muestra en la Fig. A. La curva característica muestra la variación de la presión de descarga desarrollada por la bomba y la eficiencia de la bomba en función de la capacidad, cuando se opera a una velocidad constante. Note que la potencia aumenta cuando aumenta la capacidad. En otras palabras, si la bomba está funcionando a velocidad constante y se abre aún más la válvula de descarga, la capacidad aumentará demandando del accionador mayor potencia. Esto sucede aún cuando disminuya la presión de descarga. Las bombas centrifugas se deben arrancar con la descarga casi cerrada ya que la potencia requerida es mínima a capacidad cero. Esto permite que el motor alcance su velocidad antes de que se aplique la carga total. Por otra parte, resulta más difícil lograr succión cuando la descarga está totalmente abierta. La curva presión-capacidad es independiente del peso especifico del liquido que está siendo bombeado. La presión, medida en pies de liquido o una unidad similar, tiene que ser igual para dos bombas idénticas operando a la misma capacidad y girando a la misma velocidad si una bombea agua y la otra gasolina. Puesto que los dos impulsores giran a la misma velocidad, los dos líquidos salen del impulsor a la misma velocidad y, por lo tanto, pueden ser movidos a la misma distancia o a la misma altura. En cambio la presión desarrollada y la potencia requerida varían directamente con el peso específico del liquido bombeado. Un cambio en la gravedad especifica dará lugar a un cambio de presión y de potencia. Cuanto más pesado sea el liquido, mayor será la presión para la misma velocidad. Si tomamos el ejemplo del agua y de la gasolina, la bomba desarrolla el mismo nivel hidrostático para la misma velocidad, pero la bomba que maneja agua desarrolla más presión que la que maneja gasolina. Cuanto más presión se desarrolla, más trabajo se realiza. Ocasionalmente dos bombas centrifugas operan en serie o en paralelo. La curva de capacidad combinada para dos bombas centrífugas operando en serie se muestra en la Fig. D. La presión total a una capacidad dada es la suma de las presiones individuales.

9-37

La curva combinada para las presiones de dos bombas trabajando en paralelo se muestra en la Fig. B. Aguf la capacidad total a una presión dada es la suma de las capacidades individuales. En una refinería las bombas centrifugas están accionadas por motores de inducción o por turbinas. Los motores diesel trabajan a velocidad constante. Las turbinas en cambio son de velocidad variable. El efecto de la velocidad en la curva capacidad — presión se indica en la Fig. C. Dentro de ciertos limites se puede conseguir un efecto similar variando el diámetro del impulsor. Un incremento en la velocidad de la bomba aumenta la demanda de potencia en el accionador. La eficiencia de una bomba centrifuga decrece rápidamente si aumenta la viscosidad del liquido bombeado; la potencia requerida aumenta rápidamente. Por lo general materiales viscosos pueden ser manejados tanto por bombas reciprocantes como por bombas rotativas. NOTA: La presión hidrostática ejercida por una columna de liquido es el producto de la altura de la columna por su peso especifico y por la aceleración de la gravedad. Para líquidos del mismo peso especifico, las presiones son proporcionales a las alturas correspondientes. Es por lo tanto corriente expresar presiones hidrostáticas en término de su altura correspondiente. La presión hidrostática en unidades de altura (longitud) a veces se denomina carga o carga hidrostática o altura hidrostática. Cuando se dé una presión en unidades de longitud debe entenderse automáticamente que se trata de una carga; la presión real no puede ser calculada a menos que se conozca el peso especifico.

9-38

FIGURA A

CURVAS CARACTERÍSTICAS A VELOCIDAD CONSTANTE (CHARACTERISTIC CURVES AT CONSTANT SPEED) 120

120 PRESIÓN - CAPACIDAD IMPULSOR 1750 R.P.M. 10" DÍA.

#

O ui O

E UJ

POTENCIA AL FRENO PARA UN PESO ESPECIFICO UNIDAD (PESO ESPECIFICO = 1.0)

20

200

400

600

800

1000

1200

CAPACIDAD, GALONES (U.S.) POR MINUTO (G.P.M.)

9-39

1400

FIGURA B

DOS BOMBAS CENTRIFUGAS EN PARALELO

cp ¿. o

CURVA COMBINADA

400

800

1200

1600

2000

CAPACIDAD, GALONES USA/MINUTO

2400 UOP 220-9-24

FIGURA C

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD (SPEED VARIATION) 140

1900 R.P.M. 120

(A

Z

100

U K tu

80

5 < 60

I

40 IMPULSOR DÍA. = 10"

20

200

400

600

800

CAPACIDAD, G.P.M.

9-41

1000

1200

1400 UOP 220-9-19

FIGURA D

DOS BOMBAS CENTRIFUGAS EN (TWO CENTRIFUGAL PUMPS IN SERIES) 250

CURVA COMBINADA UJ

Z

cc

< Ü z o

to ui K 0.

0

400

800

1200

CAPACIDAD, G.P.M.

9-42

1600

2000 UOP 220-9-20

Diagnóstico De 1. Fallo En El Suministro Del Líquido Problemas En Bombas Centrífugas a. Bomba no alimentada, no cebada b. Insuficiente velocidad c. Descarga hidrostática demasiado alta d. Altura de levantamiento de succión demasiado alta (más de 15 pies). Comprobar con indicador de vacio. e. Pasajes del impulsor parcialmente obstruidos. f. Dirección de rotación equivocada. 2. Sobrecarga En El Accionador De La Bomba a. Altura hidrostática total de descarga más baja que la establecida. La bomba bombea demasiado líquido. b. Líquido bombeado de diferente peso específico y viscosidad que los de diseño. c. Defectos mecánicos. — Eje curvado, torcido. — Elemento rotativo descentrado de su posición. — Cojinetes gastados. 3. Insuficiente Presión *

a. Velocidad demasiado baja b. Aire en el líquido c. Defectos mecánicos — Anillos de desgaste gastados — Impulsor dañado — Fuga interna debido a empaque defectuoso. 4. Capacidad Insuficiente a. Fugas de aire en la succión o cajas de empaquetaduras. b. Velocidad demasiado baja

9-43

c. Altura hidrostática total desarrollada más alta que la que debería desarrollar en operación normal. d. Altura de levantamiento de succión demasiado alta (más de 15 pies). Comprobar con indicador de vacío. e. Pasajes del impulsor parcialmente obstruidos. f. Insuficiente altura de succión, para líquidos calientes. g. Defectos mecánicos. — Anillos de desgaste gastados — Impulsor gastado o dañado — Pérdidas internas debido a defectos del empaque. h. Válvula de pie demasiado pequeña u obstruida por suciedad. i. El tubo de succión o la válvula de pie no están sumergidos suficientemente. j. Filtro de succión obstruido. 5. Pérdidas De Líquido Después Del Arranque a. Fugas en la línea de succión b. Altura de levantamiento de succión demasiado alta (más de 15 pies) c. Aire o gases en el líquido d. Filtro de succión obstruido. 6. Vibración a. Desalineación b. Fundación no rígida (base de hormigón fracturada) c. Impulsor parcialmente tapado que causa desequilibrio. d. Defectos mecánicos — Eje curvado — Elementos rotativos fuera de su posición. — Desgaste de cojinetes.

9-44

e. Vaporización en la succión f. Capacidad excesiva g. Filtro de succión obstruido.

9-45

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO (POSITIVE DISPLACEMENT PUMPS) Una bomba de desplazamiento positivo trabaja del mismo modo que si se pusiera un bloque en un cubo de agua. El bloque desplazará un volumen de agua igual al volumen del bloque. El liquido se desplaza en el cilindro gracias al movimiento del pistón. Una bomba que desplaza un volumen constante de líquido se llama bomba de desplazamiento positivo. Esta bomba admite un volumen de fluido en el cilindro y luego lo desplaza por medio del movimiento del pistón. Cuando el líquido es desalojado por el movimiento del pistón en una sola dirección se habla de una bomba de acción simple. Cuando se desaloja líquido en ambos sentidos del movimiento del pistón (ida y regreso), se habla de una bomba de doble acción. Las bombas reciprocantes se clasifican según el número de pistones (cilindros): "simplex" significa uno, "dúplex" significa dos, etc. Una bomba múltiple se define como aquélla que tiene más de un pistón (cilindro). Se usan bombas reciprocantes cuando se requiere alta presión y bajo caudal, o cuando el fluido es bastante viscoso. El pistón lleva anillos incorporados a fin de disminuir las pérdidas. Estos anillos se encuentran entre las paredes del cilindro y el pistón. Los cilindros están diseñados de tal modo que se pueden cambiar sus camisas cuando sea necesario debido al desgaste. La camisa es el recubrimiento metálico interno reemplazable de un cilindro. Las bombas con pistón de tipo "tapón" solamente desalojan parte del líquido admitido en el cilindro, dado que el tapón no toca la camisa del cilindro. En este caso no se necesita usar camisa ya que el tapón reciprocante no toca las paredes del cilindro. El tapón se desplaza dentro de una caja de empaquetaduras estacionaria. Esta caja impide pérdidas del cilindro hacia el exterior. Para bombas reciprocantes de "tapón" de doble acción con un tapón se requiere empaquetadura en el vastago y en el tapón. Si la bomba de doble acción tiene dos tapones conectados por tes y crucetas, los dos tapones requieren cierre de empaquetadura pero se elimina la empaquetadura del vastago. El principio de la bomba reciprocante depende de la acción de las válvulas. El líquido entra en el cilindro a través de las válvulas de succión, cuando empieza la carrera de expansión del pistón, y se descarga a través de las válvulas de descarga

9-47

por efecto de la carrera de compresión del pistón. Las válvulas actúan como válvulas de retención en que permiten el flujo en una sola dirección. Al comenzar la carrera de compresión (avance) del pistón las válvulas del cilindro están cerradas. La fuerza que genera el desplazamiento del pistón abre las válvulas de descarga y se desplaza el líquido fuera del cilindro. Cuando el pistón retrocede (expansión), crea un pequeño vacío suficiente para abrir las válvulas de succión y cerrar las válvulas de descarga. Normalmente el volumen admitido es aproximadamente igual al desalojado. Se emplea el mismo mecanismo en las bombas reciprocantes de doble acción. Durante la carrera de avance el líquido es desplazado en esta dirección pero al mismo tiempo un volumen de líquido entra en el cilindro por el otro extremo. Aunque el flujo de esta bomba también es pulsante, la presión de descarga es más uniforme que el de una bomba de simple acción. Las bombas de acción múltiple producen aún menos pulsaciones. La bomba de engranaje es también de desplazamiento positivo. Estas bombas utilizan dos engranajes, uno de accionamiento y otro de arrastre, que giran en direcciones opuestas. El tipo de engranajes depende del servicio de la bomba. Las bombas de engranajes rectos se usan para bajas velocidades de hasta 600 RPM. Para velocidades mayores, de hasta 1.750 RPM, se usan bombas con engranajes de doble hélice. NOTA: Las bombas de desplazamiento positivo no deben operar con las válvulas de succión o descarga cerradas. Se pueden producir serios daños al operar este tipo de bomba con la descarga cerrada, debido a la alta presión generada. Si se opera con la succión cerrada se pueden causar daños debido a la falta de lubricación.

Bombas De Desplazamiento Positivo Accionadas Por Vapor

Se puede utilizar vapor de agua a presión como agente motor para impartir movimiento a las bombas de desplazamiento positivo. Esto requiere mucho cuidado durante el arranque de la bomba. Se debe controlar el sistema de lubricación y se deben lubricar manualmente todas aquellas partes que no estén bien lubricadas por este sistema. Deben abrirse todos los drenajes en el cilindro de vapor, y en las lineas de entrada y salida de vapor para purgar el condensado. Abrir la descarga de vapor para permitir que se caliente el sistema de líneas de vapor y para proteger al accionador contra sobrepresión en caso de que se abra la línea de entrada de vapor accidentalmente.

9-48

LA LINEA DE DESCARGA DE LA BOMBA DEBE ESTAR ABIERTA, PUES UNA BOMBA RECIPROCANTE NUNCA DEBE SER ARRANCADA CON LA DESCARGA CERRADA. EN CASO CONTRARIO, SE CAUSARÍAN GRAVES DAÑOS AL EQUIPO. Se debe purgar la bomba de gases o vapores contenidos en el cilindro de la siguiente manera, antes del arranque: con las purgas de la carcasa de la bomba cerradas, se abre la válvula de succión ligeramente. Entonces se abren las purgas de la carcasa de la bomba ligeramente para desplazar aire o vapor de la bomba; esto se llama "cebado". Cuando la carcasa de la bomba está llena de liquido, la bomba está lista para ser arrancada. Se cierran los drenajes en el cilindro de vapor. Luego se abre lentamente la válvula de entrada de vapor para admitir vapor en la camisa de vapor, donde una válvula tipo "D" admite y expulsa vapor del cilindro. El movimiento de esta válvula se logra por medio de una varilla acoplada al pistón y accionada por una palanca. La acción de dicha válvula provoca a su vez el movimiento alterno del pistón. Para parar la bomba primeramente se cierra la válvula de entrada del vapor y se abren los drenajes del cilindro. Estos drenajes se dejan abiertos para expulsar condensado que pudiera formarse. Entonces se puede cerrar la descarga de la bomba. Recuerde que nunca se puede cerrar la descarga antes de parar la bomba. Después se puede cerrar la válvula de entrada y abrir los drenajes de la carcasa. La válvula de descarga del vapor puede ahora cerrarse mientras que los drenajes se dejan abiertos.

9-49

BOMBA RECIPROCANTE ACCIONADA

POR VAPOR

(STEAM-DRIVEN RECIPROCATING PUMP) LADO DEL VAPOR TUERCAS DE AJUSTE DE , CÁMARA LAS VALVULAS\ DE VAPOR

LADO DE LA BOMBA VÁLVULA DE DESLIZAMIENTO TIPO "D" BARRA DE EMPUJE BRAZO ACCIONADOR

ENTRADA

en O

BARRA DEL PISTÓN

VÁLVULAS DE DESCARGA

VÁLVULAS DE SUCCIÓN

SALIDA VÁLVULAS AMORTIGUADORAS EMPAQUE

PISTON A VAPOR ANILLOS DEL PISTÓN

\ DRENAJE

/ CAJA DE EMPAQUETADURAS

PISTÓN DEL LIQUIDO

ANILLOS DEL PISTÓN CAMISA REEMPLAZABLE

Bombas De Engranajes

En este tipo de bombas, el líquido es atrapado entre los dientes de los engranajes que lo circulan desde el lado de la succión a la descarga. Hay una válvula de alivio en caso de que se sobrepase cierta presión. Esta válvula está situada en el lado de la descarga y descarga en la succión. Si el liquido es muy viscoso, la bomba puede estar provista de una camisa o chaleco de vapor para calentar el producto.

BOMBA DE ENGRANAJES (GEAR PUMP)

VÁLVULA DE ALIVIO INTERNA

ENTRADA DE VAPOR DE CALENTAMIENTO

ENTRADA DE VAPOR DE CALENTAMIENTO

SUCCIÓN

DESCARGA

RUEDAS DE ENGRANAJES

SALIDA DEL VAPOR DE CALENTAMIENTO

O

9-51

I

Bomba De Inyección Típica (Tipo "Ram")

En este tipo de bombas se puede regular la carrera del pistón para reducir o incrementar el volumen descargado. En la entrada y en la descarga hay válvulas de retención de bola. Note que son válvulas dobles. Esto es indicativo de que la bomba trabaja a altas presiones. Uno de los problemas de estas bombas es la tendencia a formar gomas en las válvulas de bola. Cuando se trabaja a caudales bajos estas válvulas no cierran completamente, y deben ser removidas para su limpieza.

9-52

BOMBA DE INYECCIÓN (INJECTION PUMP) TAPA REGULADORA DESCARGA

EMPAQUETADURA PREFABRICADA

BIELA

DOBLE VÁLVULA DE BOLA

ANILLO LINTERNA

tp c!n co CUERPO DE LA BOMBA

AJUSTADOR DEL AJUSTAEMPAQUETADURAS

DOBLE VÁLVULA DE BOLA

VARILLA DE CONEXIÓN EMBOLO SELLO DE ACEITE

SUCCIÓN

DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS QUE PUEDEN SUSCITARSE EN LAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO (TROUBLE-SHOOTING POSITIVE DISPLACEMENT PUMPS) Bombas

1. Incapacidad De Producir El Caudal Requerido

Accionadas Por Vapor

a. Bomba no cebada. b. Insuficiente velocidad. c. Altura hidráulica más alta que la de operación normal. d. Altura hidráulica de levantamiento de succión demasiado alta. e. Fuga de aire en la succión o caja de empaquetaduras. f. Válvula de pie demasiado pequeña u obstruida. g. Tubería de succión no lo suficientemente sumergida, h. Empaque del pistón desgastado. i. Válvulas del producto desgastadas. 2. Incapacidad De Obtener La Presión Requerida a. Baja presión de vapor. b. Alta presión en el cabezal de desfogue. c. Anillos gastados en el pistón del cilindro de vapor. d. Anillos del pistón de producto agarrados a la camisa (atascados). e. Diámetro del pistón no apropiado. 3. Pérdidas De Capacidad Después Del Arranque a. Pérdidas (fugas) en la línea de succión. b. Altura de levantamiento de succión demasiado alta. c. Entrada de vapores en el líquido.

9-55

4. Vibración En La Bomba a. Desalineación. b. Fundación no rígida. c. Pistón del producto empacado deficientemente (demasiado apretado). 5. La Bomba Tiende A Un Recorrido Corto (Carrera Corta) a. Empaques demasiado ajustados en los cilindros de vapor y productos. b. Excesivo amortiguamiento del vapor. c. Válvulas del vapor desajustadas. 6. Operación Errática De La Bomba a. Vapor atrapado en el producto. b. Presión de succión no adecuada. c. Bomba operada fuera de su zona de operación. Bombas

1. La Bomba No Desarrolla Su Capacidad

Rotativas a. Altura de succión demasiado alta. Se forman burbujas en la succión que disminuyen el desplazamiento efectivo de \¡\ bomba. b. Filtro de succión obstruido o de área insuficiente. c. Extremo de la tubería de succión insuficientemente sumergida, facilitando la entrada de bolsas de aire. d. Tubería de succión demasiado pequeña, demasiado larga o con accesorios que aumentan las pérdidas por fricción y causan vaporización del liquido. e. Empaquetadura defectuosa permitiendo entrada de aire en el interior de la bomba. f. Aire en la tubería de succión. g. Baja velocidad. h. By-pass de la cabeza o de la linea de retorno parcialmente abierto. i. Válvula de seguridad incorrectamente montada o ajustada.

9-56

j. Partes de la bomba desgastadas. 2. La Bomba Consume Demasiada Potencia a. Velocidad más alta que la normal. b. Maneja líquido más viscoso, o más pesado que el especificado en el diseño. c. Obstrucción en la línea de descarga que hace que la bomba opere por encima de la succión de diseño. d. Empaquetadura demasiado ajustada. e. Elementos rotativos desgastados por roce excesivo. 3. Operación Ruidosa a. Insuficiente alimentación de líquido. b. Diámetro demasiado pequeño de la tubería de succión. c. Fugas de aire en la succión o en la caja de empaquetadura. d. Bomba desalineada. e. Excesiva holgura en elementos rotativos. f. Válvula de seguridad desajustada. 4. Desgaste Rápido De La Bomba a. Impurezas (sólidos) en el líquido manejado. b. La carcasa soporta un peso excesivo de tubería. c. Contrapresión excesiva. d. Problemas de-corrosión en las superficies de fricción. e. Rodaje de la bomba en seco. 5. Pérdida De Cebado Después Del Arranque a. Extremo de la línea de succión no lo suficientemente sumergida. b. Líquido vaporiza en la línea de succión. c. Bolsas de aire o vapor en las líneas. d. Fuga de aire en la succión.

9-57

TERMINOLOGÍA DE BOMBAS Y DEFINICIONES (PUMPING TERMS AND DEFINITIONS) BOMBEAR — Es la adición de energía a un líquido para moverlo de un punto a otro. BOMBA RECIPROCANTE — Usa pistón, tapón, diafragmas u otros accesorios, para desplazar el líquido durante la carrera. PISTÓN O TAPÓN — De una bomba reciprocante es el elemento en movimiento; está en contacto con el líquido y le imparte energía. SIMPLEX — Bomba reciprocante con un solo pistón o tapón. DÚPLEX O TRIPLEX — Están equipadas con 2 o 3 pistones, respectivamente. SIMPLE ACCIÓN — Dispone de una succión y una descarga por cada carrera. DOBLE ACCIÓN — Dispone de dos succiones y dos descargas por cada carrera. CÁMARA DE AMORTIGUACIÓN — Cámara Incorporada en la bomba o en la tubería para minimizar la pulsación del líquido bombeado. BOMBA CENTRIFUGA — Emplea la fuerza centrífuga para dar presión al líquido y permitir el movimiento del fluido. IMPULSOR — Es el elemento rotativo que transmite energía al líquido. CARCASA — De una bomba centrífuga es la "envoltura" del impulsor. Contiene los cojinetes que soportan al eje del impulsor. SIMPLE ETAPA — Aquélla que dispone de un solo impulsor. MULTI-ETAPA — La que dispone de dos o más impulsores. VELOCIDAD CRITICA — Es aquella velocidad en la que la frecuencia de rotación del eje es igual a su frecuencia natural. Operación a esta velocidad dará lugar a vibración excesiva. BOMBAS ROTATIVAS — Usan engranajes, paletas, pistones, tornillos, levas, etc. y producen un desplazamiento positivo del líquido.

9-59

EMPAQUETADURA — Es cualquier material usado para evitar fugas entre el elemento estático y el rotativo. SELLOS MECÁNICOS — Son accesorios montados en el eje de una bomba centrífuga para evitar fugas de la carcasa. A menudo se prefieren a las empaquetaduras debido a su vida más prolongada y menores pérdidas. CAVITACIÓN — Es un fenómeno causado por la vaporización del líquido dentro de la bomba. Esto sucede cuando la presión en cualquier punto es inferior a la presión de vapor del líquido a dicha temperatura. El vapor formado se mueve en el líquido a través de la bomba hasta la región de alta presión, en donde el colapso de las burbujas produce ondas de choque que pueden dañar al impulsor y a la carcasa. VISCOSIDAD — Es la propiedad de un líquido que se opone a cualquier fuerza tendiente a moverlo. PESO ESPECIFICO (GRAVEDAD ESPECIFICA) — Es el número que denota la razón (el cociente) entre el peso del líquido y el peso de igual volumen de agua. ALTURA DE LEVANTAMIENTO DE SUCCIÓN — Existe cuando la toma de succión se encuentra bajo la línea central de la bomba. ALTURA ESTÁTICA DE SUCCIÓN — Es la distancia vertical desde la línea central de la bomba al nivel de la superficie libre del líquido bombeado, más pérdidas por rozamiento en la línea de succión y accesorios. PRESIÓN DE SUCCIÓN — Existe cuando la toma de la alimentación está por encima de la línea central de la bomba. PRESIÓN DE SUCCIÓN ESTÁTICA — Es la distancia vertical desde la línea central de la bomba al nivel de la superficie libre del líquido bombeado. PRESIÓN DE SUCCIÓN DINÁMICA TOTAL — Es la distancia vertical desde la línea central de la bomba a la superficie libre del líquido a ser bombeado, menos la pérdida por rozamiento en la línea de succión y accesorios. PRESIÓN NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH) REQUERIDA — Es la presión necesaria en el lado de la succión de la bomba para llenar la bomba hasta la válvula de descarga durante la operación.

9-60

PRESIÓN NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH) DISPONIBLE — Es la distancia vertical desde el nivel libre del liquido alimentado a la bomba, hasta el nivel libre de descarga o el nivel libre de la superficie del líquido descargado. PRESIÓN DINÁMICA TOTAL — Es la distancia vertical desde el nivel libre de la alimentación al punto libre o superficie libre de descarga, más las pérdidas por fricción. PRESIÓN DE VAPOR — Presión de vapor de un líquido a una temperatura dada es la presión ejercida por el vapor en equilibrio con el líquido a la misma temperatura.

9-61

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

COMPRESORES

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

10-1

COMPRESORES CENTRÍFUGOS (CENTRIFUGAL COMPRESSORS) En un compresor centrífugo, el gas entra al ojo de succión del primer impulsor. Cuando gira, el impulsor fuerza al gas a moverse desde el centro del mismo hacia afuera, hasta el borde extremo del impulsor. El aumento de la velocidad del gas crea un área de baja presión en el ojo del impulsor, permitiendo que más gas entre al ojo del impulsor. El gas en el borde extremo es forzado dentro de un pasaje, llamado el difusor, donde la velocidad disminuye, aumentando la presión del gas. En el compresor aquí presentado, hay 5 etapas, lo cual quiere decir que hay 5 impulsores y 5 difusores que incrementan la presión del gas en etapas. Se instalan laberintos entre los impulsores para evitar escapes de gas entre las etapas. Cada etapa tiene su propia toma de drenaje en la carcasa para asegurar la purga de líquido del compresor antes del arranque. Para equilibrar el empuje axial desarrollado entre el extremo de descarga y el de succión de la máquina se instala un tambor de equilibrio en el extremo de descarga del compresor. Para eliminar el escape de gas por el eje, se forma un sello con aceite de sellado.

Típico Compresor La siguiente información, presentada a guisa de ejemplo, Centrífugo De se refiere a un compresor centrífugo de gas, de 5 etapas, Reciclo De Gas En impulsado por un motor eléctrico de 1100 Kw. con una La Unidad De caja de velocidades en la proporción 3 a 1. Platforming COMPRESOR Especificaciones de diseño: SISTEMA MÉTRICO Velocidad Presión de Succión Presión de descarga Caudal Cojinetes de empuje del compresor Presión del aceite en los cojinetes Presión diferencial del aceite de sellado

10-3

SISTEMA INGLÉS

10,000 rpm 32 kg/cm2 455 psig 2 42 kg/cm 600 psig 1,360 rrWdía 48,000 pies 3 /día 60°C

140°F

1,2 kg/cm 2

17 psig

0,35 kg/cm 2

5 psig

Componentes Del

CARCASA DEL COMPRESOR — ES del tipo dividió

Compresor

verticalmente y el barril interno se puede remover completamente para ganar acceso a los componentes internos. IMPULSOR — El impulsor de un compresor de gas es muy similar a un impulsor cerrado de una bomba centrifuga e imparte velocidad al gas. DIAFRAGMAS — Son separaciones entre etapas que contiene difusores que convierten la velocidad del gas en presión. SELLOS DE LABERINTO — Están compuestos de una serie de anillos en forma de cuchillo que mantienen una pequeña holgura radial con el eje en un caso, o con la parte exterior del ojo del impulsor en otro. Esto minimiza las fugas de gas entre etapas. TAMBOR DE EQUILIBRIO — Está diseñado para contrarrestar el empuje axial creado en el compresor por la diferencia de presiones entre la succión y la descarga. El tambor está localizado en el eje, después del impulsor de la última etapa. Una linea de equilibrado conecta el tambor a la succión del compresor. Además de contrarrestar el empuje, también permite que ambos sellos trabajen a la más baja presión de succión. MECANISMO DE SELLADO — El mecanismo de sellado de este compresor emplea una película de aceite para impedir que el gas de proceso escape a la atmósfera. Un manguito cónico rotatorio se emplea para minimizar las pérdidas de aceite en las trampas de aceite amargo o contaminado. GAS DE REFERENCIA — Este es el gas de succión conectado al depósito de reserva del aceite de sellado para ayudar a mantener una presión diferencial constante en el sistema de aceite de sellado. TRAMPAS DE ACEITE AMARGO O CONTAMINADO — Estas separan el aceite amargo del gas. El gas escapa, por la parte superior de la trampa y va a antorcha por medio de un orificio de restricción, mientras que el aceite sale continuamente al tanque de drenaje de aceite. El nivel en la trampa de aceite es mantenido mediante un flotador. LINEA DE GAS DE PURGA — Se usa solamente durante la regeneración del catalizador, para proveer un purgado con nitrógeno en el sistema de aceite amargo de sellado, y eliminar la posibilidad de combustión del aceite en contacto con el oxígeno existente en los gases de regeneración.

10-4

ACEITE DE SELLOS AMARGO — Es el aceite de sellado que ha estado en contacto con el gas de proceso. El aceite amargo sale del sello y va a las trampas de aceite contaminado. ACEITE DE SELLOS DULCE — Es el aceite de sellado que no ha entrado en contacto con el gas de proceso. Se lo retorna al depósito de aceite para reusarlo. ACEITE DE SELLOS DE CONTROL - El aceite dulce se suministra al tanque elevado de aceite de sellos para mantener el aceite de sellado a una presión de 0,35 kg/cm2, o de 4 a 5 psig, por encima de la presión de succión del compresor. ACOMPLAMIENTO DEL ACCIONAMIENTO — Un acoplamiento lubricado conecta el eje del compresor al eje del multiplicador de velocidad . JUNTA DE EXPANSIÓN — Para compensar la expansión térmica de la caja del multiplicador de velocidad y de los cojinetes. COJINETE RADIAL (MUÑONERA) — Se usa para soportar el eje del rotor y contrarrestar el empuje radial. COJINETE DE EMPUJE AXIAL — Cojinete tipo "Kingsbury" de doble acción para contrarrestar el empuje axial no contrarrestado por el tambor de equilibrio. TOMA PARA TACOMETRO — La tuerca de la tapa se puede remover mientras el compresor funciona a fin de insertar un tacómetro mecánico en el eje para comprobar la velocidad de rotación (r.p.m.) del compresor.

10-5

COMPRESOR DE < COMPRESOR CENTRI

(RECYCLE GAS (5 STAGE CENTRIFU GAS DE REFERENCIA

SUCCIÓN

LINEA DEL GAS DE PURGA

\

ENTRADA DE ACEITE DE SELLOS

DIAFRAGM/ IMPULS

SELLO DE ACEITE LUBRICANTE

\

.

COJINETE RADIAL TIPO MUÑONERA

SELLOS DE LABERI TAMBOR DE E

ACOPLAMIENTO DEL MOTOR ACEITE DE SELLOS DULCE JUNTA DE EXPANSIÓN

ACEITE DE SELLOS AMARGO

ACEITE DE SELLOS DE CONTROL

DRENAJES

10-7

E GAS DE RECICLO RIFUGO DE 5 ETAPAS & COMPRESSOR.) FUGAL COMPRESSOR) DESCARGA GAS DE REFERENCIA

LINEA DEL GAS DE PURGA

ENTRADA DE ACEITE DE SELLOS ENTRADA DE ACEITE LUBRICANTE

COJINETE DE EMPUJE AXIAL

TOMA PARA TACOMETRO

ERINTO E EQUILIBRIO SALIDA DE ACEITE ACEITE DE SELLOS AMARGO

DRENAJES

10-7

RETORNO DE ACEITE DE SELLOS DULCE

ACEITE DE SELLOS DE CONTROL UOP 220-10-1

Típico Sello De Laberinto

Un sello de laberinto está formado por una serie de bordes en forma de cuchillo que rodean a un eje de rotación. La holgura entre los bordes afilados y el eje se debe mantener bajo una tolerancia muy estricta. Siempre existe una pequeña fuga de gas a través de este tipo de sello. Sin embargo, para reducir aún más esta fuga, algunos sellos de laberinto se acomodan a una superficie en forma de sierra, torneada en el eje. Ambos tipos se muestran en el dibujo, combinados en un solo sello.

SELLO DE LABERINTO TÍPICO (TYPICAL LABYRINTH SEAL)

UOP 220-10-2

10-9

Ensamblaje Del Sello

El aceite de sello, mantenido en un depósito de reserva, entra al sello y una pequeña cantidad que fluye entre los sellos del buje (casquillo) flotante, sella y se junta con el gas de proceso que se fuga a través de los laberintos. Como el aceite de sello está a una presión más alta que la del gas de proceso, el gas no puede retroceder a través del sello del buje flotante. El aceite que pasa a través del sello del buje sufre una caída de presión, así que la mezcla de aceite y gas de proceso que escapa a través del laberinto está a la misma presión que la presión del gas. Tanto el aceite como el gas están a una presión más baja que la presión de succión del compresor. En tanto haya un flujo de hidrógeno a través del laberinto del gas de proceso, el aceite no podrá escaparse hacia la parte interior del compresor. Esta combinación de gas y aceite se conoce con el nombre de "aceite amargo" o contaminado y se lo envía a las trampas respectivas. Una gran parte del aceite de sello circula alrededor del buje flotante, su pasador de sujección y el resorte de tensión, sale del sello y va al controlador del tanque elevado de aceite de sellos. El tanque se encuentra a una altura dada y esta elevación, más un nivel constante de aceite en el tanque, mantienen una presión diferencial constante en el sello, que aproximadamente es de 0,35 kg/cm2 (de 4 a 5 psi) más alta que la presión de succión del compresor. Se mantiene la presión de succión en el tanque elevado de aceite de sellos a través de una línea de gas de referencia. El aceite de sello que va al controlador del depósito de aceite elevado se llama aceite de control. Un poco de aceite de sello fluye entre el sello creado por el buje flotante trasero y el plato final del sello. Este aceite fluye alrededor de la tuerca de retención del sello y a través de parte del laberinto trasero, sale del sello y retorna al depósito de reserva para volver a ser utilizado.

10-10

COMPRESOR DE GAS (GAS COMPRESSOR) ENSAMBLAJE DEL MECANISMO DE SELLO (SEAL MECHANISM ASSEMBLY) MANGA DEL RESORTE DE TENSIÓN DEL BUJE SELLO FLOTANTE PASADOR BUJE FLOTANTE INTERIOR PLATO FINAL DEL SELLO

GAS DE PROCESO DE LA SUCCIÓN

TUERCA RETENEDORA DEL SELLO

CAJA DEL SELLO

LABERINTO EXTERIOR MANGA MANGA DEL SELLO

BUJE FLOTANTE EXTERIOR LABERINTO PARA GAS DE PROCESO

10-11

SISTEMAS DE ACEITE DE LUBRICACIÓN Y DE SELLO (LUBRICATING & SEAL OIL SYSTEMS) Flujo Del Aceite De Lubricación

El aceite desde la bomba de aceite de lubricación fluye a través de tres enfriadores de aceite y por uno de los dos filtros de aceite, los cuales están provistos de un medidor de presión diferencial. Las bombas de aceite de sello toman succión después de los filtros y el aceite restante se dirige a la máquina donde lubrica los cojinetes del motor del compresor y el engranaje del multiplicador de velocidad, así como los acoplamientos del motor y del engranaje multiplicador de velocidad y los cojinetes del compresor. El aceite, después de lubricar la máquina, fluye de nuevo al tanque. El sistema de aceite de lubricación tiene dos controles de presión y un tanque presionado para ayudar a mantener lo más constante posible el flujo del aceite a los cojinetes.

Depósito De Aceite (Cárter)

Éste es un tanque de acero, soldado, con una capacidad de 2770 litros o 732 galones, que tiene un indicador de nivel, alarma por bajo nivel, un indicador de temperatura, un disco de ruptura y un serpentín de vapor para calentamiento, junto con las boquillas de conexión y las válvulas requeridas para la operación del sistema.

Tipo De Aceite

Tipo Turbina "90" o equivalente para el sistema de lubricación y de sellos.

Bombas De Aceite De Lubricación

1. La bomba principal es accionada por una turbina de vapor. 2. La bomba auxiliar o de "standby" es accionada por motor. 3. La bomba auxiliar arranca automáticamente cuando la presión de descarga de la bomba normal de aceite de lubricación cae por debajo de 3,2 kg/cm2 (46 psig). 4. La bomba auxiliar se tiene que parar manualmente y el automático de arranque debe ser reposicionado cada vez.

Bombas Principales

Tipo: Engranajes

Y Auxiliares Del Aceite De

Lubricación

Capacidad: 325 litros/minuto o 86 galones/minuto Presión normal de descarga: 4 kg/cm2 o 57 psig. Revoluciones: 1.450 RPM

10-13

Turbina A Vapor De Accionamiento

Presión de entrada del vapor:

10,5 kg/cm2, 150 psig 3,5 kg/cm2, 50 psig

Escape: Revoluciones:

1.450 RPM

Disparo de sobrevelocidad

1.670 RPM

SISTEMA DEL ACEITE DE SELLOS (SEAL OIL SYSTEM) El aceite de sellos fluye desde la descarga de la bomba de aceite de sello a los sellos del compresor. El flujo de aceite se divide en cada sello, con una parte, aceite amargo, que se contamina con gas de proceso. Este aceite se contamina a medida que va absorbiendo hidrocarburos livianos, sulfuro de hidrógeno y cloruros. Este aceite contaminado fluye a las trampas y luego es drenado hacia el tanque de aceite amargo. El aceite de la parte exterior del sello no está contaminado por el gas de proceso, se denomina aceite dulce y es el que regresa al tanque o cárter de aceite. En este caso particular hay un tercer flujo de aceite dulce de control. Este flujo de aceite de control va al tanque elevado de aceite de sellos donde se mantiene al nivel deseado mediante un controlador de nivel. Para mantener el nivel deseado en el tanque si el controlador está fuera de escala, y para controlar el flujo total de aceite de sello, hay una derivación ajustable manualmente que lleva una corriente de aceite desde la descarga de la bomba de aceite de sellos hasta el depósito de aceite.

Bombas De Aceite Para Sello

A. Bomba principal — Accionada por turbina de vapor B. Bomba auxiliar — Accionada por motor C. Bomba auxiliar — Arranca automáticamente cuando el nivel de aceite de sello en el tanque elevado baja a 17 cm (7") D. La bomba auxiliar se debe parar manualmente y se debe reposicionar su arrancador automático.

Bomba Principal Y Auxiliar De Aceite De Sello

Tipo Revoluciones Capacidad Presión de descarga Presión de apertura de la válvula de alivio

10-14

Tornillo 1.450 RPM 75 litros/minuto o 20 gal/minuto 49 kg/cm2 o 700 psig. 51 kg/cm 2 o 725 psig.

Turbina de Vapor

Tanque Elevado De Sellos

Presión del vapor de entrada Presión de escape Revoluciones Sobrevelocidad Potencia desarrollada por el motor

10,5 kg/cm2 o 150 psig. 3,5 kg/cm2 o 50 psig. 1.450 RPM 1.670 RPM 15 Kw a 1.450 RPM

Este dispositivo mantiene una diferencia constante entre la presión del aceite de sello y del gas mediante un nivel controlado de aceite en el tanque. Nivel normal: 400 cm (157") por encima del centro del eje del compresor Alarma por alto nivel: Nivel normal más 17 cm (7") Alarma por bajo nivel: Nivel normal menos 17 cm (7") Aranque automático de la bomba auxiliar: Nivel normal menos 17 cm (7") Paro del compresor: Nivel normal menos 53 cm (21") La presión del aceite de sello se controla alrededor de 0,3 kg/cm2 (4 psig) por encima de la presión del gas de proceso.

Caja De Engranajes Del Multiplicador De Velocidad

La caja de engranajes está conectada al motor y se usa para accionar el compresor. Tipo: doble engranaje helicoloidal Velocidad del eje a la entrada: 2.950 RPM Velocidad del eje a la salida: 10.000 RPM Razón: 1/3.4 Temperatura del aceite de lubricación: 40°C (104°F) Presión del aceite de lubricación: 1 kg/cm2 (14,2 psig) Max. temperatura en los cojinetes: 75°C (167°F)

10-15

ALARMAS INDICADORAS DEL COMPRESOR (COMPRESSOR INDICATING ALARMS) Métrico

Inglés

1) Alto nivel en el tanque elevado de sellos. Nivel normal

+17 cm

+7"

2) Bajo nivel en el tanque elevado de sellos. Nivel normal

-17 cm

-7"

0,8 kg/cm2

11 psig

4) Bajo nivel en el tanque de aceite (cárter). Nivel normal

-22,5 cm

-9"

5) Alta temperatura del cojinete de empuje del compresor

70°C

158°F

6) Alta temperatura del gas en la descarga del compressor

90°C

194°F

7) Alta temperatura a la salida del enfriador

55°C

131°F

3) Baja presión de aceite en los cojinetes

CONDICIONES DE PARO (DISPARO) DEL COMPRESOR (COMPRESSOR SHUTDOWN CONDITIONS) Métrico

Inglés

Alta temperatura de los cojinetes del motor 167°F 131°F

75°C 55°C

Paro Normal

Baja presión de aceite en los cojinetes 0,4 kg/cm2 1,2 kg/cm2

Paro Normal

6 psig 17 psig

Bajo nivel en el tanque elevado de sello Nivel Normal

-53 cm

10-17

-21"

GLOSARIO Fl FRAL LAH LAL LGR LGT LICAHL

LS PAL PAH PDI Pl SFI TAH TALH TH TI TS

O

e

- INDICADOR DE FLUJO (MEDIDOR DE CAUDAL) - REGISTRO DE FLUJO CON ALARMA DE BAJO CAUDAL - ALARMA DE ALTO NIVEL - ALARMA DE BAJO NIVEL - INDICADOR VISUAL DE NIVEL DE VIDRIO (VISOR DE REFLEXIÓN) - INDICADOR VISUAL DE NIVEL DE VIDRIO (VISOR TRANSPARENTE) - INDICADOR Y CONTROL DE NIVEL CON ALARMAS DE ALTO Y BAJO NIVEL - INTERRUPTOR ACCIONADO POR EL NIVEL - ALARMA DE BAJA PRESIÓN - ALARMA DE ALTA PRESIÓN - INDICADOR (MANÓMETRO) DE PRESIÓN DIFERENCIAL - INDICADOR DE PRESIÓN - INDICADOR VISUAL DE FLUJO (VISOR DE VIDRIO) - ALARMA DE ALTA TEMPERATURA - ALARMA DE ALTA Y BAJA TEMPERATURA - TERMÓMETRO - INDICADOR DE TEMPERATURA (ELECTRÓNICO) INTERRUPTOR ACCIONADA POR UNA TEMPERATURA - INSTRUMENTO MONTADO LOCALMENTE - INSTRUMENTO MONTADO EN EL PANEL DE LA SALA DE CONTROL

10-18

COMPRESOR DE GAS DE RECICLO (RECYCLE GAS COMPRESSOR) (DIAGRAMA P & I) (P & I DIAGRAM) I LINEA DE GAS DE REFERENCIA

TANQUE ELEVADO DE ACEITE DE SELLOS

"

_ 1

CONJINETE DE EMPUJE AXIAL TALH

1

' i ii ii rr...l,

V

/

ARRANQUE AUTOMÁTICO DE LA BOMBA AUXILIAR POR BAJO NIVEL

i 1... t

VENTEOS DE H2

ARRANQUE AUTOMÁTICO DE LA BOMBA AUXILIAR POR BAJA PRESIÓN

PROCEDIMIENTO DE PURGA DE UN COMPRESOR DE GAS DE RECIRCULACION (RECYCLE GAS COMPRESSOR PURGE PROCEDURE) 1. Retirado de las placas ciegas a) Después de la última evacuación de la sección de reacción de la unidad de platforming, esta sección debe ser presionada a 0,35 kg/cm2 con hidrógeno. b) Con la sección de reacción a 0,35 kg/cm 2 (5 psig) las placas ciegas pueden ser removidas de la siguiente manera: (1) Asegúrese de que la válvula macho 1A aguas arriba de la placa ciega de la línea de succión esté cerrada. Asegúrese de que la válvula macho 1B abajo de la placa ciega de la línea de descarga esté cerrada. (2) Remueva la placa ciega y póngala al revés de manera que el orificio esté entre las bridas y quede expuesto el disco de bloqueo. Los empaques fie/itálicos deben ser removidos y reemplazados por nuevos. Se requieren dos empaques; uno a cada lado del orificio. Las bridas deberán ser ajustadas diametral mente. 2. Purga del compresor a) Todas las válvulas del sistema de conexiones de purga y de los drenajes del compresor deben estar cerradas. b) El sistema de aceite de sello debe estar operando a la temperatura apropiada c) Abra las siguientes válvulas en el sistema de purga.

N° N° N° N° N°

2 3 4 8 5

Abra despacio la válvula N° 11 para permitir que el nitrógeno fluya por el compresor y salga por el venteo. Como la mayoría de este gas podría by-pasar el rotor a través de la línea de equilibración, la válvula N° 8 tendrá que ser estrangulada para obtener una pequeña presión positiva de

10-21

nitrógeno en el compresor. Cuando tenga una presión positiva en el compresor, individualmente abra o cierre los drenajes de la carcasa del compresor, comenzando por el lado de succión del compresor y terminando por el lado de la descarga. Deje que cada drenaje se ventee unos 30 segundos. Abra el punto alto de venteo de la línea de gas de referencia y luego el drenaje en los puntos bajos de la línea de rebose del aceite de sello. Cuando se haya drenado el compresor, los venteos de la línea de referencia y de aceite de sellos hayan sido purgados y todos las válvulas estén cerradas, abra la válvula N° 8 totalmente y purgue el compresor durante un minuto. Entonces cierre la válvula N° 11. d) Purgado con hidrógeno: con la válvula N° 11 cerrada, abra despacio la válvula N° 12 y purgue el compresor con hidrógeno durante un minuto; luego cierre las válvulas N° 12 y N° 5. 3. Aumento de presión en el compresor de reciclo. a) Cuando la sección de reacción esté a la presión de arranque, abra la válvula N° 12 y permita que la presión del compresor suba hasta 0,7 kg/cm2 (10 psig) por debajo de la presión del sistema de reacción. Cierre la válvula N° 12 y compruebe con jabón que las bridas y accesorios del compresor no tengan fugas. Ajuste las que tengan fugas. Asegúrese de que los venteos de las trampas de aceite de sello estén cerrados. Cuando se hayan corregido todas las fugas, abra las válvulas N° 9, N° 7 y N° 8; y permita que la presión del compresor se iguale con la presión de la sección de reacción. b) Luego cierre todas las válvulas del sistema de purga. c) Con la misma presión tanto en el compresor como en la sección de reacción, abra totalmente la válvula macho N° 1 A. Luego se puede abrir la válvula macho 1B de descarga

10-22

ARRANQUE Y OPERACIÓN DEL COMPRESOR (COMPRESSOR STARTUP & OPERATION) (1) Verificar todas las tuberías y el equipo de lubricación de la máquina. Asegurarse de que estén limpios y listos para entrar en funcionamiento. (2) Para la operación inicial, poner un filtro en la succión para evitar que material extraño pueda dañar los impulsores del compresor. (3) Compruebe manualmente el giro libre del rotor sin que se produzcan ruidos mecánicos durante la rotación. (4) Purgar el compresor con N2, siguiendo el procedimiento de purga. Aumentar la presión del compresor hasta 1,75 kg/cm2 (25 psig) con nitrógeno. Abrir el drenaje de la carcasa y asegurarse de que no haya liquido en el compresor. Cerrar los drenajes después de purgar el liquido. (5) Compruebe el nivel del depósito de aceite para lubricación y sello. a) Arrancar el sistema de aceite de lubricación i. Comprobar el flujo de aceite y su retorno al tanque. ii. Comprobar la temperatura del aceite de lubricación y poner en marcha el serpentín de vapor o ventiladores de enfriamiento para tener una temperatura de aceite de lubricación de 40°C ± 5°C (104 ± 9°F) b) Arrancar la bomba de aceite de sellos. i. Comprobar el flujo por medio de los visores de vidrio. ii. Comprobar el nivel en el tanque de aceite de sellos. Ajustar el flujo al valor-requerido. Poner en control automático. iii. Poner en servicio las trampas de drenaje de aceite amargo. (6) Completar la purga con hidrógeno y aumentar la presión del compresor hasta la presión del sistema. Arrancar el motor del compresor. La válvula de descarga del compresor debe estar completamente abierta, pero con la válvula de mariposa (succión) abierta sólo del 15 al 20%. Abra la válvula de mariposa para mantener una presión de succión y una carga segura en el motor.

10-23

Verificar las temperaturas en los cojinetes del compresor, flujo de aceite de lubricación y flujo de aceite de sello. (7) Abrir las válvulas de succión y de descarga del compresor. Comprobar el amperaje del motor. Verificar que no haya vibración. Cuando todo parezca normal durante la operación de la máquina, debe mantenerse la máquina en observación durante 10 minutos. Las visitas de observación deben ser repetidas con bastante frecuencia en las primeras horas de operación. (8) Se debe llevar un registro de todas las temperaturas, presiones y flujos leídos a intervalos regulares.

PARO DEL COMPRESOR (COMPRESSOR SHUTDOWN) (1) Parar el motor del compressor. (2) Cerrar las válvulas de succión y de descarga. (3) (a) Depresionar el compresor a la antorcha, hasta bajar la presión a la del cabezal de la misma. (b) Parar la bomba del aceite de sello, dejando la bomba de aceite de lubricación en funcionamiento. (4) Purgar el compresor con nitrógeno y dejarlo bajo presión positiva de nitrógeno. (5) Cuando la temperatura del aceite de lubricación sea constante (es decir, cuando la temperatura del aceite de lubricación que va a los cojinetes sea la misma a la entrada y a la salida), parar la bomba de lubricación. (6) Cuando hay que.parar el compresor por largo tiempo, el rotor se debe girar manualmente todos los días y se deben poner placas ciegas en la succión y en la descarga.

10-24

COMPRESOR DE GAS DE RECICLO (RECYCLE GAS COMPRESSOR) SUCCIÓN

PLACA CIEGA/ORIFICIO

VÁLVULA MACHO

VENTEO

í ADICIÓN DE H2 DE LA PLANTA DE H2 1

Y11

o en

1X1

' í .

VÁLVULA DE MARIPOSA

<

«

NITRÓGENO DE BOTELLAS

1" (25 mm)

8" (203 mm)

DESCARGA /COMPRESOR^ PLACA V^ DE DE GAS GAS JJ CIEGA/ORIFICIO

13

VÁLVULA MACHO

EXCESO DEL GAS DEL SEPARADOR

UOP 220-10-5

Compresores Axiales

Los compresores axiales dentro del campo industrial se fabrican principalmente para niveles de presión moderados o bajos y para grandes capacidades. La relación de compresión con aire varía entre 2 y 5, con un máximo de alrededor de 7 para una unidad grande de una sola carcasa. Algunas de las más importantes aplicaciones incluyen el suministro de aire para la combustión del gas en turbinas de gas, en unidades de cracking catalítico, en reactores nucleares, en plantas petroquímicas y para elevar la presión del gas natural. La capacidad de un compresor axial varía desde 25.000 piesVmin. hasta más de un millón de pies3/min. Las presiones de descarga generalmente son inferiores a las 100 psig, pero pueden llegar a 500 psig. Esta baja presión y alta capacidad caraterísticas de la máquina axial es la principal diferencia entre un compresor centrífugo y un compresor axial y se debe a la diferencia de construcción del rotor y del estator en las dos máquinas. En un compresor centrífugo el camino del gas es rotativo o radial. En un compresor axial el camino del gas es más o menos una línea recta o axial. De ahí se derivan los nombres respectivos de estos dos compresores de tipo rotativo: centrífugo y axial. Otra diferencia entre estos dos compresores, es que la curva de presión/capacidad para una máquina axial es mucho más profunda que la del compresor centrífugo y que la zona de operación entre normal y máxima es mucho menor; esta zona puede ser extendida mediante el uso de aspas ajustables en el estator. La eficiencia de un compresor axial generalmente es mejor que la correspondiente de un compresor centrífugo a elevados caudales de flujo. Las velocidades de operación de los axiales son considerablemente más altas que las de unidades centrífugas equivalentes. Los compresores axiales producen menor aumento de presión por etapa que los centrífugos, por lo que requieren más etapas para una elevación total de presión dada. Sin embargo, para las mismas condiciones, un axial es generalmente más pequeño y de menor peso que un centrífugo requiriendo una fundación más pequeña de más fácil erección. La eficiencia de operación (tiempo en servicio) de un axial es casi la misma que la de un centrífugo, aunque los compresores axiales son más sensibles a la erosión y a la corrosión. Estas unidades están libres de pulsaciones a excepción de cuando operan al límite de su capacidad. Los componentes principales de un compresor axial son: las tuberías de succión y de descarga, el estator el cual se encuentra en una carcasa y no gira, las aspas o alabes del estator, el rotor con aspas fijadas al eje, el eje el cual contiene el collar de empuje y el tambor de balance, cojinetes radiales y cojinetes tipo Kingsbury para soportar el empuje axial, y también sellos si se requieren. El rotor puede ser ahuecado

10-26

(anillo cilindrico) y las aspas pueden estar soldadas al eje o empernadas al mismo o acopladas al eje mediante expansión térmica. En otros casos se tienen cilindros huecos aprisionados o soldados a un eje central. Las aspas de aleación de acero pueden ir montadas con pernos interiores y pueden ser ajustadas individualmente, pero para hacer esto se debe desmontar la máquina. Las aspas del estator están montadas en la carcasa, están construidas de aleación de acero forjado, tienen forma aerodinámica y están dispuestas en hileras espaciadas entre las cuales giran las aspas del rotor. Las aspas del estator sirven para convertir una porción de la energía cinética generada por las aspas del rotor, en energía de presión y para transferir el gas al próximo anillo de aspas de rotación con el ángulo adecuado. Las aspas del rotor tienen una acción de reacción y producen alrededor del 50% de la energía de presión. Ambos, estator y rotor, van disminuyendo en diámetro a medida que se acercan al extremo de descarga de la máquina. Esta disminución gradual del diámetro obliga al gas a ocupar volúmenes más pequeños lo cual ayuda a aumentar y mantener la presión del gas. Hay muchas aplicaciones de compresores axiales en las cuales la composición del gas puede ser alterada y, puesto que la zona de máxima eficiencia es limitada en un compresor axial, este cambio de composición del gas puede requerir un ángulo diferente de las aspas del estator para mejorar la eficiencia. En este caso se pueden suministrar aspas de tipo ajustable. Los cambios necesarios para mantener la eficiencia de la máquina en las nuevas condiciones se pueden realizar fácilmente. Las aspas ajustables del estator pueden ser de varios tipos. En algunos casos sólo las aspas de entrada son ajustables o, en otros casos, las cuatro primeras hileras de aspas, o, a veces, todas las aspas. En ocasiones estas aspas se ajustan manual e individualmente, pero en la mayoría de los casos las aspas están ligadas y el cambio se puede hacer hidráulicamente bajo control de un FRC, lo cual permite el control de flujo de gas durante la operación del compresor. Una ventaja del compresor axial es que el rotor opera generalmente por debajo de la primera velocidad crítica y no presenta problemas en el arranque. Debido a las aspas del estator, la carcasa está divida a lo largo de una línea horizontal y frecuentemente se construye en tres secciones: (1) la sección de succión, (2) la sección central sobre las aspas, y (3) la sección de descarga. La carcasa puede ser manufacturada de varios materiales. Las conexiones de succión y de descarga son usualmente en forma de voluta.

10-27

COMPRESOR AXIAL (AXIAL COMPRESSOR) ANILLO DE SELLO

ASPAS GUIAS DE ENTRADA

ALABES AJUSTABLES DEL ESTATOR

SELLO DE LABERINTO

/

/

SUCCIÓN

/ /

i

ro CD

ANILLO POSICIONADOR DE LOS ALABES DEL ESTATOR / / ALABES FIJOS DEL / ESTATOR

COJINETE DE EMPUJE

PALETAS GUIAS DE LA DESCARGA i / i DESCARGA

í

DIFUSOR DE / DESCARGA

SELLO DE LABERINTO

COJINETE RADIAL

DISCO DEL ROTOR

EJE DEL ROTOR

Paro Y Arranque De Una Soplante Axial

Se revisará ahora el procedimiento de arranque para una soplante de aire en una unidad de cracking catalítico en un reactor de lecho fluidizado (FCC). Inicialmente se deberá realizar una observación visual del sistema total de lubricación de la máquina y del sistema de vapor a las turbinas. También, junto con el personal de mantenimiento, se deberá comprobar que la máquina se encuentra lista para funcionamiento. El primer sistema a ser puesto en marcha, puesto que es el que más tiempo requiere, es el sistema de calentamiento del depósito de aceite para calentar el aceite hasta la temperatura de diseño. Usualmente esta temperatura está en la zona de 130°F a 140°F (54°C a 60°C). Abrir las válvulas de succión y de descarga en la bomba accionada por turbina y abrir el by-pass de la válvula de control de alivio de presión. Cerrar el agua de enfriamiento de los enfriadores de aceite lubricante y poner en servicio las válvulas del lado de proceso en un enfriador y en un filtro de aceite. Bloquear el enfriador y el filtro que no se estén usando. Bloquear la línea de aceite lubricante al compresor y a los cojinetes del engranaje; esto se puede hacer en el regulador de presión. Asegúrese de que el by-pass del regulador de presión está cerrado. Bloquear la línea de aceite hidráulico al actuador de la válvula de retención. Asegúrese de que la línea de descarga del vapor de la turbina que acciona la bomba no esté bloqueada. Caliente la línea de admisión de vapor a la turbina y drene todo el condensado de la turbina y del cabezal de entrada. Cuando la carcasa de la turbina esté caliente, arrancar la turbina y llevarla hasta la velocidad de diseño mediante regulación manual hasta que la presión en la válvula de control de alivio de presión baje a 35 psig (2,5 kg/cm2) y se cierra el bypass. Luego, la turbina se autocontrolará por acción de su gobernador. El indicador en el vastago de la válvula debe señalar 50% abierto. Comprobar que el aceite fluya a través de los orificios de restricción y purgar cualquier cantidad de aire presente tanto en los filtros como en los enfriadores de aceite para permitir que el aceite los llene completamente. Ajustar el controlador de presión de aceite al compresor y a los cojinetes del engranaje para mantener una presión de 12 psig (0,8 kg/cm2). Abrir las válvulas de bloqueo del controlador de presión. Observar todos los visores de vidrio para asegurarse de que hay flujo de aceite a todos los cojinetes. En este punto comprobar que no hay emulsión o agua en el aceite de lubricación. Cuando el sistema está trabajando correctamente con los cojinetes bien lubricados y las temperaturas de los retornos de aceite iguales o ligeramente inferiores a la temperatura de aceite en el depósito (120°F, 50°C), preparar y poner en marcha la bomba eléctrica, parar la turbina a vapor y dejarla en "standby". Comprobar el nivel en el depósito de aceite y llenarlo si es necesario.

10-29

Una vez que el sistema de aceite está operando, abrir la válvula de venteo pequeña y la válvula de venteo grande (snort valves). Comprobar con los electricistas que el motor se encuentre listo para arrancar. Avisar al servicio de suministro de energía eléctrica que se va a arrancar el motor y se va a tener un aumento en el consumo de energía eléctrica. Presionar el botón de arranque. El motor debe ser arrancado estableciendo un caudal de flujo mínimo. Durante el arranque de cualquier motor eléctrico grande se requiere una tremenda demanda de potencia para conseguir el arranque del mismo. Cualquier exceso de sobrecarga al motor para tratar de conseguir la compresión de demasiada cantidad de gas hará que el devanado del estator del motor se sobrecaliente. La mejor manera posible de conseguir que baje la temperatura es continuar con el motor en operación pero reduciendo la cantidad de gas que se bombea. Para esto se ajustan las aspas guías de entrada o se regulan las válvulas de venteo en la descarga del compresor (snort valves) a fin de reducir la cantidad de gas bombeado, disminuyendo así los requerimientos de potencia del motor. Sin embargo, si la temperatura continúa subiendo, esto es indicación de que hay una falla mecánica en el motor y la máquina deberá ser parada si las lecturas de temperatura o amperaje son demasiado altas. Si no existe disparo automático de parada por alta temperatura el devanado del motor puede sufrir serios daños. Temperaturas de 260-270°F generalmente justifican el paro de la máquina, pero éstas varían según el fabricante. Las temperaturas normales de operación del aceite de retorno de los cojinetes del compresor, multiplicador de velocidad, engranajes reductores de velocidad y cojinetes del motor son de aproximadamente 150°F, siendo la temperatura de entrada de unos 120°F, teniéndose por lo tanto una elevación aproximada de 30°F a través de los cojinetes. Los cojinetes sufrirán fatiga y perderán gran parte de su vida útil si se permite que trabajen a temperaturas cercanas a los 180°F. Si las temperaturas a las cuales los cojinetes están operando son altas, se debe realizar algún tipo de corrección, ya sea con respecto al flujo de aceite hacia los mismos o por medio de un paro programado si los cojinetes han sido dañados por efecto del sobrecalentamiento producido por una falla mecánica. En el paro normal de una soplante axial, se disminuirá la carga del sistema mediante la disminución de flujo, para lo cual se abren las válvulas de venteo (snort valves) y se para el motor. Si el paro de la soplante se produjo por una falla de energía, se debe comprobar si ha habido paso de catalizador a través de la válvula de retención y si el mismo se ha depositado en el tramo de línea comprendido entre la descarga de la soplante y la válvula de retención.

10-30

Sí ha sucedido esto, limpiar la línea utilizando la conexión de aire de planta a presión y barrer el catalizador soplándolo hacia el regenerador. Cuando la línea esté limpia se puede arrancar nuevamente la soplante. (NOTA: En los párafos anteriores y en general el término "bloquear" es equivalente a "cerrar la válvula".)

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO (POSITIVE DISPLACEMENT COMPRESSORS) Compresores

Este tipo de compresores se usa ampliamente en una

refinería para comprimir gas a un volumen menor, elevando así Reciprocantes De Desplazamiento la presión del gas y creando un flujo del mismo. A veces los compresores reciprocantes de desplazamiento positivo se Positivo usan para mantener una presión determinada en un recipiente o en un sistema de servicio como, por ejemplo, aire de planta o sistema de aire de instrumentos. A este tipo de compresor se le denomina compresor de reposición o de compensación. Otro tipo de compresor es el compresor de gas de reciclo. Este tipo de compresor se usa para proveer un flujo de gas y generalmente no aumenta la presión del gas de forma significativa.

Compresores Reciprocantes Típicos De Una Sola Etapa

Un ejemplo mostrado aquí es un compresor de alimentación de gas. Éste es un compresor opuesto y balanceado horizontalmente, con cilindros no lubricados. Detalles del compresor Presión de succión Temperatura de succión Presión de descarga Temperatura de descarga

12 kg/cm2 38°C 25 kg/cm2 96°C

170 psig 100°F 355 psig 205°F

Hay dos cilindros en la máquina y cada cilindro tiene dos válvulas de succión y descarga. La tubería de succión desde el tambor de succión, incluyendo los amortiguadores, está provista de venas de vapor de calentamiento con su respectivo aislamiento. La lubricación del compresor está provista por una bomba de engranajes accionada por el cigüeñal. Para el arranque existe una bomba manual de cebado.

10-31

Condiciones De Diseño

Presión del aceite de lubricación: Presión normal 2,8 kg/cm 2 Alarma por baja presión 1,1 kg/cm 2 Paro por baja presión 0,9 kg/cm2

40 psig. 16 psig. 13 psig.

El sistema tiene una válvula de escape para proteger las partes mecánicas en caso de presión excesiva. Esta válvula está ajustada a 5,3 kg/cm 2 (17 psig.). Hay filtros dobles con su respectivo indicador de presión diferencial. El sistema tiene su propio enfriador para el aceite de lubricación. Temperatura normal de operación: 55° ± 5°C; 131°F ± 9,0°F Temperatura máxima (alarma) del aceite de lubricación: 70°C, 158°F El engranaje reductor de velocidad tiene su propio sistema de aceite de lubricación junto con su propio enfriador. Presión normal del aceite de lubricación:

1 kg/cm 2 ± 0,2

Temperature normal del aceite de lubricación:

50°C

Temperatura máxima (alarma) del aceite de lubricación: 70°C

Procedimiento De Arranque Del Compresor

1. Verificar que el compresor esté listo para el arranque. 2. Comprobar que la tubería esté completa y que no haya bridas ciegas. 3. Verificar que la máquina ha sido purgada siguiendo el procedimiento de purga adecuado y que se encuentre bajo presión de hidrógeno. (Ver procedimiento de purga). 4. Comprobar que las venas de vapor de la línea de succión estén en operación. 5. Comprobar y poner en servicio el sistema de agua de enfriamiento del aceite de lubricación, de la máquina, y de las empaquetaduras del reductor de velocidad. Comprobar el flujo de agua a través de los visores de vidrio. Verificar el nivel del refrigerante del sistema de enfriamiento de los cilindro; añadir si se requiere más. 6. Drenar el amortiguador de succión y asegurarse de que no haya líquido.

10-32

7. Comprobar que todo el sistema de lubricación esté cebado y comprobar manualmente el giro libre del eje detectando que no exista ningún ruido mecánico. 8. Comprobar que el nivel de aceite de lubricación en el compresor y en el engranaje reductor se encuentre en el valor adecuado. 9. Comprobar que los descargadores de ambas válvulas de succión del cilindro estén en posición de descarga. 10. Comprobar que el venteo de las empaquetaduras del cilindro y el venteo a antorcha estén abiertos. 11. Establecer comunicación con el cuarto de control y, si no hay reparos, abrir las válvulas de succión y de descarga y llevar la máquina hasta el valor de la presión de succión de diseño. 12. Accionar la bomba manual de lubricación para enviar aceite al compresor y al reductor de velocidad. Arrancar el motor. Cuando el motor esté operando se debe dejar de accionar la bomba manual de lubricación. 13. Informar al cuarto de control de que la máquina está funcionando y pedir autorización para comenzar a cargarla. Esto debe hacerse cambiando la posición de los descargadores de las válvulas de succión uno por uno, comunicándose siempre con el cuarto de control después de cada operación de carga. La máquina se cargará al 25%, luego al 50%, después al 75%, y por último al 100%. Se debe cargar una válvula en cada cilindro y no cargar totalmente cada cilindro antes de empezar a cargar los otros cilindros. Cuando la máquina esté totalmente cargada, o cargada hasta las condiciones de operación de la unidad, comprobar todas las presiones, temperaturas y flujos de aceite lubricantes, agua de enfriamiento y gas de proceso y comenzar también a llevar un registro de erstas lecturas en la hoja de datos. Si se produce cualquier cambio pronunciado en la temperatura, presión o flujo, avisar al supervisor y examinar la causa inmediatamente.

10-33

Típico Compresor De Tres Etapas Para Reposición De Gas O Compensación

El ejemplo tratado aquí es un compresor de reposición de gas. Éste es un compresor balanceado y opuesto horizontalmente, de cilindros lubricados. La máquina tiene tres cilindros y cada cilindro constituye una etapa. Esto quiere decir que cada cilindro aumenta la presión del gas. El hidrógeno se alimenta al tambor de succión de la primera etapa del compresor. El pistón de la primera etapa toma el gas de la succión y lo descarga a través de un enfriador de agua llamado enfriador intermedio, al tambor de succión de la segunda etapa, donde el pistón de la segunda etapa lo succiona y lo entrega al tambor de succión de la tercera etapa a través de otro enfriador de agua. El pistón de la tercera etapa lo succiona y entrega el gas a la tubería de proceso. La presión de succión de diseño del tambor de la primera etapa es 15 kg/cm 2 (213 psig), y la descarga de la tercera etapa es 159 kg/cm 2 (2260 psig). Cada cilindro es de doble acción y tiene dos descargadores en las válvulas de succión. El cilindro de la primera etapa tiene un espacio muerto variable mientras que la segunda y tercera etapas tienen espacios muertos fijos. Estos espacios muertos permiten al operador variar el volumen del gas comprimido. El control de presión está en la succión de cada etapa, y el control de presión en el tambor de succión de la primera etapa se hace tomando gas de la succión de la segunda etapa. La presión del tambor de succión de la segunda etapa es controlada desde la descarga de la tercera etapa, retornando gas antes del interenfriador. La línea de succión de cada tambor de succión tiene vena de vapor de calentamiento y cada tambor de succión tiene una malla de alambre de monel para proteger el compresor.

Sistema De Aceite De Lubricación

La máquina está lubricada por una bomba de lubricación accionada por motor eléctrico. El aceite es enfriado por ventiladores de aire y tiene un filtro de aceite con malla de 50 mieras en el sistema. Presión normal del aceite de lubricación: 3-4 kg/cm 2 , 45-57 psig. Baja presión (alarma) del aceite de lubricación: 1,0 kg/cm 2 , 14 psig Baja presión (paro) del aceite de lubricación: 0,7 kg/cm 2 , 10 psig. Temperatura normal del aceite de lubricación: 55±5°C, 131 ±9°F.

10-34

La temperatura se debe mantener por encima de 35°C, 95°F. Temperatura alta (alarma) del aceite de lubricación: 70°C, 158°F. Los cilindros están lubricados por un lubricador mecánico accionado por engranajes. Éste provee alimentación por goteo de aceite lubricante a los cilindros. Los cilindros del compresor están enfriados por una camisa (chaqueta) de agua en termosifón (convección natural); la caja de empaquetaduras se enfría mediante circulación de agua.

CONDICIONES DE DISEÑO (DESIGN CONDITIONS) 2a ETAPA

PRESIÓN DE SUCCIÓN kg/cm2 psig TEMPERATURA DE SUCCIÓN

PRESIQN DE DESCARGA kg/cm 2 psig TEMPERATURA DE DESCARGA

3a ETAPA

74

15

33

213

470

38°C 100°F

38°C 100°F

38°C 100°F

34 483

75 1065

159 2260

120°C 250°F

120°C 250°F

115°C 240°F

1050

UOP 220-10-7

10-35

Procedimiento De Arranque De Un Compresor

1. Verificar que el compresor esté listo para funcionar. 2. Examinar las tuberías para asegurarse de que las bridas ciegas que deban ser removidas han sido removidas y de que las líneas que deben estar bloqueadas están bloqueadas. 3. Comprobar que la máquina haya sido purgada de acuerdo con el procedimiento de purga y que esté bajo presión de hidrógeno. 4. Examinar y poner en servicio la vena de vapor de la línea de succión. 5. Poner en servicio el agua de enfriamiento a la caja de empaquetaduras. Observar el flujo de agua en la mirilla indicadora. Llenar el tanque termosifón del cilindro. Es posible que sea necesario usar anticogelante. Circular agua de enfriamiento por los enfriadores intermedios entre etapas. 6. Comprobar que los tanques de succión de la primera, segunda y tercera etapas se encuentren drenados de líquido. 7. Comprobar que el venteo de la empaquetadura del cilindro y el venteo a antorcha estén abiertos. 8. Verificar que el sistema de lubricación tenga aceite donde sea necesario. Examinar el filtro del aceite, limpiarlo si es necesario. Hacer funcionar la bomba de aceite de lubricación y el enfriador de aceite del sistema de lubricación, ajusfando el by-pass de enfriamiento para regular la temperatura del aceite. 9. Hacer girar manualmente el eje del compresor y detectar cualquier ruido mecánico. 10. Girar manualmente el lubricador y asegurarse de que las tuberías de descarga a los puntos de inyección de aceite estén llenas. Desacoplar las tuberías al nivel de la válvula de retención del aceite al cilindro. 11. Poner los descargadores de la válvula de succión en la posición de descarga en los tres cilindros. 12. Poner los espacios muertos en posición abierta. Ésta es la posición en la cual el compresor realiza un mínimo de trabajo. 13. Ajustar las válvulas de control de presión en los tres cilindros de la primera, segunda y tercera etapa, a la presión deseada. En este punto los tres cilindros deberían estar bajo la presión de succión.

10-36

14. Abrir las válvulas macho (de tapón) de succión y de descarga de la máquina. Ahora ésta se encuentra bajo la presión de succión de la planta. 15. Comunicarse con el cuarto de control, y arrancar la máquina. Cuando la máquina ha sido examinada y se ha confirmado que todo está en orden, informar al cuarto de control que la máquina está operando y pedir permiso para cargarla. Entonces cargar la máquina hasta los requerimientos de operación. Cargar todos los cilindros igualmente, verificando la presión de succión de cada cilindro después de cada paso e informando al cuarto de control de lo que se está haciendo. Cuando la máquina haya alcanzado la presión normal de operación, examinar todas las válvulas de escape para ver si hay fugas. Empezar a registrar las lecturas importantes y comunicar al supervisor cuando se presenten variaciones notables en el flujo, temperatura o presión con respecto a las condiciones normales.

Puntos Importantes

No se recomienda operar por mucho tiempo con válvulas de succión en la posición de descarga, ya que el gas caliente pasa del cilindro a la succión continuamente, haciendo que el gas se caliente más y más. Los anillos de teflon del compresor tienen un coeficiente de expansión muy alto y el grado de desgaste de los anillos de teflón aumenta cuando sube la temperatura. En el compresor de gas de reposición hay una alarma por alta temperatura en la descarga. Temperatura del gas a la descarga de la primera etapa: Normal 106 - 138°C, 223 - 280°F Alarma por alta temperatura 153°C, 307°F. Segunda etapa: Temperatura normal 116 - 128°C, 241 - 262°F. Alarma por alta temperatura 143°C, 289°F Tercera etapa: Temperatura normal 94 - 129°C, 201 - 262°F. Alarma por alta temperatura: 143°C, 289°F.

Lubricación Del Cilindro

Cuando el cilindro está lubricado, hay que evitar excesivo aceite. Esto hace que los anillos se peguen y también se taponen las válvulas de descarga.

10-37

Procedimiento De Paro De Un Compresor Reciprocante

PARO NORMAL: 1. Poner en posición de descarga las válvulas de descarga de la succión. Parar el motor del compresor y parar cualquier bomba de aceite que opere externamente. 2. Cerrar la válvula principal de descarga. 3. Cerrar la válvula principal de succión. 4. Depresionar la máquina al sistema de antorcha. 5. Cerrar el agua de enfriamiento y drenar. 6. Purgar la máquina si es necesario. Esto depende de la razón del paro, considerando las instrucciones locales de operación y la disponibilidad de nitrógeno. 7. Aislar eléctricamente la máquina si ésta va a ser reparada. PARO DE EMERGENCIA: 1. Si baja la presión de aceite de lubricación a un nivel predeterminado, el compresor parará automáticamente. En este caso cerrar las válvulas de descarga y succión y depresionar la máquina. Examinar el dispositivo de disparo por la posibilidad de un mal funcionamiento antes de proseguir. 2. La máquina debe ser parada instantáneamente si: a) Hace cualquier ruido mecánico anormal. b) Hay roturas de tuberías, causando escape de gas. c) Tiene vibraciones anormales. Si por razones de seguridad tiene que pararse el compresor. (1) Parar el mo.tor. (2) Cerrar las válvulas de descarga y de succión. (3) Depresionar la máquina y purgarla según los procedimientos locales. (4) Investigar el problema

Accionadores

Generalmente el conjunto del compresor está accionado por un motor eléctrico, pero en algunos casos se puede usar una turbina de vapor. Muchos compresores están accionados por máquinas de combustión interna.

10-38

COMBINACIÓN DE ACCIONADOR Y COMPRESOR (DRIVER-COMPRESSOR

COMBINATION))

UOP 220-10-8

10-39

Cigüeñal

El cigüeñal se acopla al reductor de velocidad y a un contrapeso que ayuda a mantener el movimiento reciprocante uniforme del compresor. En el cigüeñal hay uno o más pasadores. Conectada a los pasadores hay una barra de conexión o biela. En el punto de contacto entre el pasador y la biela existe una chumacera (cojinete de manguito) dividida hecha de metal Babbit o metal blanco. La biela está conectada en su otro extremo a una cruceta mediante el pasador correspondiente. En el punto de contacto hay otra chumacera dividida. La cruceta se mueve hacia adelante y hacia atrás (en un movimiento reciprocante) en la guía de la cruceta. También conectada a la cruceta está el eje o vastago del pistón.

Pieza De Distancia

Esta pieza conecta la cruceta y la carcasa de la gula de la cruceta a la cabeza del compresor. El vastago del pistón sale de la carcasa de la cruceta a través del prensaestopa de sello del aceite y entra a la cabeza del compresor a través del prensaestopa de sello del gas de proceso. Las fugas de aceite de lubricación y la fuga de gas de proceso a través de sus prensaestopas son recogidas en la pieza de distancia de donde son venteadas y drenadas. La pieza de distancia opera a presión atmosférica.

10-40

MONTAJE DE LA CRUCETA (CROSSHEAD ASSEMBLY)

PASADOR

BARRA DE CONEXIÓN O BIELA

GUIA DE LA CRUCETA

CHUMACERA DIVIDIDA

VENTEO

VASTAGO DEL PISTÓN

CRUCETA DE BALANCE

CIGÜEÑAL

PASADOR DE LA CRUCETA

PIEZA DE DISTANCIA

DRENAJE

Reductor De Velocidad

Cuando se usa un motor eléctrico, éste está generalmente acoplado a un reductor de velocidad, ya que un compresor reciprocante no requiere la alta velocidad de una máquina centrifuga. Un reductor de velocidad está compuesto de una serie de engranajes dentados de manera que el motor mueve el engranaje pequeño, el cual mueve el engranaje grande, reduciendo la velocidad en proporción a la circunferencia de los engranajes.

10-42

REDUCTOR DE VELOCIDAD (SPEED REDUCER)

PIÑÓN DE ALTA VELOCIDAD

ENGRANAJE DE ALTA VELOCIDAD ENGRANAJE DE BAJA VELOCIDAD

DEFLECTOR DE ALTA VELOCIDAD

9 .u

RODAMIENTO DE ALTA VELOCIDAD

EJE DE BAJA VELOCIDAD

CO

BOMBA DE ACEITE ACOPLAMIENTO PARA LA BOMBA

DEFLECTOR DE BAJA VELOCIDAD

FILTRO DE ACEITE

RODAMIENTO DE BAJA VELOCIDAD MANÓMETRO

ENFRIADOR DEL ACEITE

TERMÓMETRO VÁLVULA DE ALIVIO

UOP 220-10-10

Cabeza Del Compresor

El eje o vastago del pistón entra en la cabeza del compresor al extremo del eje del cilindro a través de la empaquetadura y mueve un pistón, el cual forma un sello con la pared del cilindro mediante unos anillos, en un movimiento reciprocante.

Compresor Reciprocante De Doble Efecto

La cabeza del compresor tiene dos válvulas de succión y dos válvulas de descarga. De esta manera el gas de succión puede entrar al cilindro y el gas de descarga puede salir del cilindro en las dos carreras del pistón, hacia adelante y hacia atrás.

Descargadores De Las Válvulas De Succión

Para controlar la cantidad de gas que es bombeado por el compresor una de las válvulas de succión puede ser descargada. Esto generalmente reducirá la capacidad del compresor en un 50%. Cuando se arranca un compresor, las dos válvulas de succión deberían estar descargadas. Para descarga una válvula de succión, girar el volante en sentido de las manecillas del reloj. Esto moverá hacia abajo un conjunto de barras contra un plato accionado por resortes. El plato es separado del asiento de la válvula, tal que, cualquier gas que entra al cilindro durante la carrera de succión del pistón es descargado de regreso a través de la válvula de succión en la carrera de descarga del pistón. Los descargadores de las válvulas de succión NUNCA deben ser abiertos parcialmente.

Espacios Muertos Fijos Y Variables

Otro método para controlar el flujo en los compresores reciprocantes es mediante el bolsillo o espacio muerto, localizado al extremo de la cabeza del compresor. Este espacio aumenta o disminuye el volumen de gas que puede entrar en el cilindro durante la carrera de succión, afectando solamente a la válvula de succión del extremo de la cabeza. El efecto del bolsillo sobre el volumen de gas que entra al cilindro en la carrera de succión puede ser variado en el caso de tener bolsillos variables. En los bolsillos fijos la máxima reducción de flujo ocurre cuando se abre el bolsillo y no hay reducción de flujo cuando se cierra el bolsillo.

10-44

CABEZA DE UIM COIVIPKESOFC (RECIPROCATING COMPRESSOR HEAD) BOLSILLO VARIABLE (VARIABLE CLEARANCE POCKET)

QUENCH DE VÁLVULAS ENFRIAMIENTO DE SUCCIÓN DEL AJUSTA EMPAQUETADURAS

DESCARGADORES DE LA VÁLVULAS DE SUCCIÓN

ENFRIAMIENTO BOLSILLO VARIABLE

VASTAGO DEL PISTÓN

SEG VC

VOLANTE DE REGULACIÓN DEL BOLSILLO VARIABLE

PISTÓN DEL BOLSILLO VARIABLE TUERCA SOSTENEDORA DEL PISTÓN PIEZA DE DISTANCIA

VÁLVULA DE DESCARGA ANILLOS DE EMPAQUE

ANILLOS DEL PISTÓN

PISTÓN DEL COMPRESOR

TÍPICA VÁLVULA DE UN COMPRESOR (TYPICAL COMPRESSOR VALVE) /

DESTALLES DE LA CONSTRUCCIÓN DEL CUERPO ASIENTO DE LA VÁLVULA

PLACA DE LA VÁLVULA

RESORTES DE LA VÁLVULA

CUERPO DE LA VÁLVULA RETORNA LA PLACA A SU POSICIÓN DE REPOSO

UOP 220-10-12

FfEl¿IKKUl¿/\IM I t IISUL.2HI-I-U (RECIPROCATING COMPRESSOR HEAD) (FIXED CLEARANCE POCKET) ENTRADA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO ALIDA DEL AGUA DE CRIAMIENTO

VASTAGO DEL PISTÓN

DESCARGADORES DE LA VÁLVULA DE SUCCIÓN ENTRADA DEL GAS

SALIDA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

_

VÁLVULA DE SUCCH

i

VÁLVULA D BOLSILLO Fl,

EITE CANTE AJA DE ETADURA

VOLA BOLSI

O O O O O

SO! D VÁLVULA DE DESCARGA

ANILLO DF EMPAQUE

ENTRADA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

PISTÓN ANILLO DEL

SALIDA DEL

Compresores Reciprocantes Balanceados Y Opuestos

Cuando dos compresores operan con un solo cigüeñal, éstos son balanceados y opuestos. Cuando un número impar de compresores opera con un solo cigüeñal, el compresor impar no es opuesto pero está balanceado mediante una varilla de conexión y cruceta simuladas.

Amortiguadores

El movimiento reciprocante de un compresor puede causar serias vibraciones pulsantes en las tuberías de succión y de descarga del mismo. Para evitar esto se colocan amortiguadores en las tuberías de succión y de descarga, los cuales proporcionan un adecuado volumen de gas en la succión del compresor, de tal manera que la presión no se reduzca grandemente durante la etapa de succión y también un volumen adecuado para recibir el suministro de gas sin tener una elevación brusca de la presión en la tubería de descarga.

COMPRESOR RECIPROCANTE OPUESTO Y BALANCEADO CON AMORTIGUADORES (BALANCED AND OPPOSED RECIPROCATING COMPRESSOR WITH SNUBBERS)

AMORTIGUADOR DE LA SUCCIÓN DE GAS DE REPOSICIÓN

BOMBA MANUAL DE ACEITE

PURGA DE ACEITE

AMORTIGUADOR DE LA DESCARGA DE GAS DE REPOSICIÓN

AMORTIGUADOR DE LA SUCCIÓN DE GAS DE RECICLO

DE LA DESCARGA AMORTIGUADOR DE GAS DE RECICLO

CONEXIONES DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO

ENFRIADOR DE ACEITE

FILTRO DE ACEITE

10-51

Purga Del Compresor Con Nitrógeno

El primer paso en realidad es un examen del sistema de purga para comprobar que las válvulas están en la posición correcta antes de empezar la purga. La válvula N°1 en la linea de entrada de nitrógeno de 1 1/2" debe estar cerrada. La válvula N°2, válvula de retención, puede dejarse an la posición en que haya quedado. La válvula N°3, válvula de purga, entre las válvulas N°4 y N°2 debe estar abierta. La válvula N°4 debe estar cerrada. La válvula N°25 en la línea de 1" de entrada de nitrógeno debe estar cerrada. La válvula N°5 de 3/4", que es la válvula de venteo entre el cabezal de nitrógeno y el sistema de venteo, debe estar abierta. La válvula N°6 de venteo de purga debe estar abierta. La válvula N°7, válvula de succión del compresor, debe estar cerrada. La válvula N°9 debe estar cerrada. La válvula N°10 de entrada de nitrógeno a la linea de succión del compresor debe estar cerrada. La válvula N°11, válvula de succión en el lado del eje, y la válvula N°12, válvula de succión en el lado de la cabeza, deben estar en posición de descarga. La válvula N°13 del bolsillo debe estar abierta. La válvula N°14, en el by-pass de la válvula de alivio debe estar cerrada. La válvula N°15, segunda válvula de bloqueo en el by-pass de la válvula de alivio, debe estar cerrada. La válvula N°16, válvula de purga entre las válvulas de bloqueo N°14 y N°15, debe estar abierta. La válvula N°17, válvula de descarga del compresor, debe estar cerrada. La válvula N°18, de purga de nitrógeno al venteo, debe estar cerrada. La válvula N°20, que es la purga de nitrógeno al cabezal principal de las descargas de la primera, segunda y tercera etapas, debe estar cerrada. Las válvulas N°24, N°23 y N°22, de descarga de la tercera, segunda y primera etapas, respectivamente, deben estar cerradas. La válvula N°21 de drenaje entre las válvulas N°20, N°23 N°24 y N°22, debe estar abierta. La segunda etapa del procedimiento de purga es la purga en sí. Las válvulas deben posicionarse en el orden siguiente. La válvula N°3, de drenaje entre la N°2 y la N°4, y la válvula de retención N°2 y la válvula N°4 deben estar cerradas. La N°1 debe estar abierta. La N°3 puede estar parcialmente abierta justo para drenar algo de nitrógeno y remover cualquier gas contaminado que podría encontrarse en el drenaje. Cerrar entonces la válvula N°3. Abrir la válvula N°4. La válvula N°25 debe abrirse ligeramente para permitir un pequeño flujo de nitrógeno a través de la misma, el cual saldrá a través de la válvula de venteo N°5. Luego cerrar la válvula N°5, y abrir completamente la válvula N°25. Abrir la válvula N°10. Esto permitirá que el nitrógeno entre a la línea de succión del compresor. Abrir parcialmente las válvulas N°8 y N°9 para permitir que el nitrógeno fluya a través de las mismas y a través de la válvula de venteo N°6; luego cerrar las válvulas N°8 y N°9. Con las válvulas de succión N°11 y N°12 todavía en posición de descarga y la válvula N°13 del bolsillo abierta, abrir parcialmente la válvula N°14 para permitir que el nitrógeno

10-52

fluya a través de la válvula N°16, luego cerrar la válvula N°16 y crear una presión positiva en el compresor. Cuando se tenga una presión de por lo menos 1 kg/cm2 en el mismo, abrir ligeramente la válvula N°15 y purgar el gas contaminado que pudiera estar en el cabezal y en las tuberías de alivio. Entonces cerrar las válvulas N°14 y 15 y volver a abrir válvula N°16 Entonces abrir válvula N°17 y 18 para permitir que se purgue nitrógeno a través de la válvula N°18 hacia la válvula de venteo N°6. Mientras se esté purgando el sistema en esta dirección, accione manualmente el compresor al menos una revolución completa para remover todo el gas contaminado que pudiera estar atrapado en la cabeza del compresor. El tercer paso del procedimiento de purga, consiste en poner todas las válvulas en la posición en que estaban en el primer paso. En este punto el compresor ha sido purgado y está listo para el arranque.

SISTEMA DE GAS DE PURGA DE UN COMPRESOR RECIPROCANTE (RECIPROCATING COMPRESSOR PURGE GAS MANIFOLD)

3/4"

1-1/2" DESCARGA T DE LA 1a ETAPA J

f*

(22W ^—- T

DESCARGA DE LA 2a ETAPA

/

1

DESCARGA DE LA 3a ETAPA

/

(§>f

6

_„

ALCA

?"AL DE pl JRGA

k N2DE C|L|NDROS

o-

5® | | (20) UOP 220-10-15

10-53

Lubricador De Alta El objeto del lubricador es el de bombear una cantidad Presión De La medida de aceite a alta presión a ciertas partes de un Cabeza Del compresor o de una bomba. Los lubricadores tienen un Compresor número variable de salidas de descarga y miden la cantidad del aceite descargado. El lubricador tiene una bomba de doble pistón, accionada por una excéntrica acoplada al eje del motor. Uno de los pistones de la bomba es un pistón de succión y el otro es un pistón de descarga. Hay una ventana de observación a través de la cual se puede observar la cantidad de aceite que se está bombeando. Hay también un dial de ajuste con el cual se regula la cantidad de aceite bombeado. La escala va de O a 8, con 8 correspondiendo al máximo suministro de aceite. El lubricador opera de la manera siguiente: cuando gira el cigüeñal, el pistón de succión se mueve hacia arriba hasta descubrir el orificio de entrada "A" y el aceite fluye hacia la cámara. En la carrera de descenso el pistón cierra la entrada "A" y fuerza el aceite a través del pasaje "B" hacia el depósito "C" en el fondo de la ventana de observación. En el nuevo giro del cigüeñal, el pistón de descarga se mueve hacia arriba descubriendo la entrada "D". El aceite entra a la cámara y, a medida que el pistón desciende, el aceite es forzado hacia afuera a través de una válvula de retención, a la tubería de descarga. El mecanismo de ajuste funciona en el suministro de aceite desde el pistón de succión. Controlando el flujo de aceite a través del pasaje "B", con el ajuste en la posición de "O" no se permite la descarga desde el pistón de succión.

10-54

LUBRICADOR DE ALTA PRESIÓN DE LA CABEZA DEL COMPRESOR (COMPRESSOR HEAD HIGH PRESSURE LUBRICATOR)

FILTRO DE ACEITE

CONTROL DE DESCARGA

oí Oí

VENTANA DE OBSERVACIÓN

GUIA LEVA INCLINADA CIGÜEÑAL

VÁLVULA DE RETENCIÓN

PISTÓN DE SUCCIÓN

RESORTE

PISTÓN DE DESCARGA

TUBERÍA DE DESCARGA

Típico Sistema De Lubricación De La Carcasa

El engranaje accesorio acciona la bomba de engranajes la cual succiona, a través de un filtro, aceite desde la carcasa del cigüeñal y descarga a través de un enfriador y filtros a los engranajes de reducción, a los rodamientos, a las bielas y a las crucetas. Se provee una válvula de alivio en la descarga de la bomba de engranajes para proteger el sistema y se tiene otra válvula de alivio, interna, en la bomba para proteger la misma. Como protección contra la pérdida de lubricación existe un disparo automático por baja presión de aceite. Se tiene una bomba manual para lubricar la máquina durante el arranque. Una vez que la bomba principal de lubricación está a régimen, la válvula de retención en la descarga se cierra y se deja de operar la bomba manual. Una buena práctica es la de bloquear la válvula de succión cuando no se requiere la operación de esta bomba.

10-56

TÍPICO SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE LA CARCASA (TYPICAL FRAME LUBRICATION SYSTEM) VÁLVULA DE 3 VÍAS

MEDIDOR DE PRESIÓN DE ACEITE

INTERRUPTOR DE PARO POR BAJA PRESIÓN DE ACEITE LUBRICANTE

I I A LOS RODAMIENTOS, VARILLAS DE CONEXIÓN Y CRUCETAS

VÁLVULA DE COMPUERTA ENFRIADOR DE ACEITE

VÁLVULA DE ALIVIO AJUSTADA A 65 PSIG (4,6 KG/CM 2) FILTRO DE SUCCIÓN

TERMÓMETRO

LOS COMPONENTES Y LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DENTRO DE LA LINEA DE PUNTOS ESTÁN LOCALIZADOS DENTRO DE LA CARCASA

BOMBA DE ACEITE DE ENGRANAJES UOP 220-10-17

MANUAL DE ENTRENAMIENTO TRfllM YOUR R£RM€RY OPGR^TORÍ

INSTRUMENTACIÓN

uop Process Division UOP Inc.

11-1

INSTRUMENTACIÓN (INSTRUMENTATION) Función De La Instrumentación

Como usted sabe, se necesita una gran cantidad de equipo para la operación de una refinería moderna. La instrumentación es el medio con el cual se controla la refinería. Los diversos instrumentos están constantemente leyendo y transmitiendo mensajes de temperatura, presión y flujo para llevar a cabo el proceso de control y regulación. En la refinería el operario es el cerebro. Él utiliza la información proporcionada por los diferentes instrumentos a fin de decidir la acción apropiada para el control de las unidades de proceso. El operario debe estar constantemente enterado de las lecturas transmitidas por los instrumentos. En una refinería la instrumentación realiza básicamente cuatro funciones de medición y control: temperaturas, presiones, flujos y niveles de los líquidos. Con las técnicas modernas, la instrumentación puede convertirse en una área compleja y difícil. En este capitulo se tratará la instrumentación básica y los principios necesarios para mantener una operación apropiada de la unidad.

11-3

OPERACIÓN (HOW IT OPERATES) Medición De La Temperatura

Una de las funciones más importantes de la instrumentación es la medición de la temperatura. En la refinería el operario está obligado a mantener ciertos equipos de proceso a una temperatura especificada. Estas temperaturas pueden ser medidas por medio de varios tipos de instrumentación. Las temperaturas más importantes deben ser medidas por instrumentos que puedan transmitir la señal a las salas de control. Algunas de las mediciones de temperatura de los procesos deberán combinarse con instrumentos adicionales de tal manera que puedan ser controladas efectivamente.

Termómetros

Una de las formas de medir la temperatura es por medio de un termómetro de vidrio lleno de líquido. Se usa principalmente como indicador local montado en un termopozo. Otro tipo de termómetro de montaje local, usado extensivamente en la refinería, es el termómetro de dial graduado. Conforme cambia la temperatura del vastago, el puntero refleja la temperatura existente. Los dos tipos de termómetros mencionados indican temperaturas locales en los puntos donde se instalen. Para el control de procesos en las refinerías modernas se necesitan otros tipos de instrumentos para la medida de la temperatura.

Termopar

Otro sistema indicador de temperaturas ampliamente usado es el termopar. Éste es un sistema muy simple, compuesto de dos alambres de metales diferentes, con sus extremos soldados entre sí. Cuando la temperatura aumenta, el extremo expuesto a este aumento de temperatura genera un voltaje muy pequeño proporcional al cambio de temperatura. Los termopares, junto con su equipo electrónico apropiado, se utilizan para transmitir temperaturas leídas en las diversas partes de una unidad de proceso.

11-4

TERMÓMETROS (THERMOMETERS)

TERMÓMETRO CON TERMOPOZO EMBRIDADO

TERMÓMETRO Y TERMOPOZO ROSCADO O

SOLDADURA DE SELLO UOP 220-11-1

UOP 220-11-2

CONJUNTO TÍPICO DE TERMOPAR CON SU TERMOPOZO BLOQUE

AISLANTES DE CERÁMICA

JUNTA CALIENTE TOCA EL EXTREMO DEL TERMOPOZO

TORNILLOS DE LA CABEZA TERMINAL CONEXIÓN PARA EL CONDUCTO

UOP 220-11-3

11-5

Medida De La Presión

La medida de la presión en la refinería es muy importante. Todos los procesos de refinería están diseñados para operar dentro de un margen específico de presión. Cualquier torre de destilación, por ejemplo, debe operar a una presión interna exacta y controlada antes de que la temperatura pueda ser regulada. Además de las torres, deben medirse las presiones en casi todos los recipientes, líneas de gas combustible, líneas de aire, líneas de agua, equipos de bombeo, etc. Muchas de las medidas de presión son locales únicamente, pero aquéllas que sean más importantes o críticas deben ser transmitidas a la sala de control. La mayoría de los manómetros utilizan un tubo de Bourdon generalmente construido de acero. Para servicios severos dichos manómetros deberían ser construidos de aleaciones tales como: acero inoxidable, monel o inconel, pero nunca de cobre o de bronce para servicios en líneas de hidrocarburos, puesto que un incendio podría causar la fusión de estos metales y ocasionar una pérdida de presión en la planta. El funcionamiento de un tubo de Bourdon se basa en el principio de que cualquier tubo que esté doblado tratará de extenderse cuando aumente la presión en su interior. En cuanto el tubo Bourdon comienza a extenderse, se produce un pequeño movimiento en su extremo y la magnitud de este movimiento es incrementada por medio de engranajes y palancas de manera que el puntero indique la presión correcta en la escala graduada del instrumento. El departamento de instrumentación debe recalibrar cualquier medidor de presión que muestre una indicación dudosa. En la parte posterior de la caja del medidor de presión hay un tapón de alivio de presión. En caso de que salte este tapón de alivio, bloquear el manómetro inmediatamente y reemplazarlo con otro para las mismas presiones y de metalurgia adecuada.

11-6

MEDIDA DE PRESIÓN (PRESSURE MEASUREMENT) MANÓMETRO DE TUBO BOURDON TUBO BOURDON

ENTRADA

MEDIDOR DE PRESIÓN COMPUESTO

MEDIDOR DE PRESIÓN

UOP 220-11-4

11-7

Medida De Caudales

Los medidores y controladores de flujo son importantes en la refinería para determinar la cantidad de fluido (líquido o gas) que circula a través de una tubería o recipiente. Prácticamente toda la medición de flujos se hace por medio de medidores diferenciales. Este medidor opera según el principio de que hay una diferencia definida de presión a través de una placa de orificio cuando hay flujo del fluido. La placa de orificio es plana, de disco delgado, montada entre bridas y con un hueco concéntrico de diámetro específico, calculado de manera que el flujo pueda ser medido con la precisión requerida para dicho sistema. La diferencia de presión puede ser medida con un manómetro de tubo en U, el cual puede ser calibrado directamente en relación a la variación de flujo. En realidad, en casi todas las refinerías el tubo U es reemplazado con una celda de presión diferencial (DP) cuya operación es similar, pero que puede ser combinada con otros equipos neumáticos apropiados para trasmitir la indicación y medida del flujo a la sala de control.

11-8

MEDICIÓN DEL FLUJO (FLOW MEASUREMENT) CONJUNTO DE LA PLACA DE ORIFICIO SOLDADURA DE SELLO SOLDADURA DE SELLO

\

TOMA DE ALTA PRESIÓN

A LA CELDA DP

DIRECCIÓN DEL FLUJO LADO DE BAJA PRESIÓN DEL ORIFICIO

LADO DE ALTA PRESIÓN DEL ORIFICIO

LADO DE BAJA PRESIÓN LADO DE ALTA PRESIÓN

UOP 220-11-5

11-9

Medición Del Nivel De Los Líquidos

En casi todos los recipientes es importante mantener un nivel definido de líquido. Por ejemplo, en un acumulador, si el nivel del líquido llegase a ser demasiado alto un producto bueno podría perderse al sistema de antorcha. De igual manera, al ser demasiado bajo se puede perder la succión de la bomba que toma líquido del recipiente. En la refinería los niveles de los líquidos pueden ser medidos y/o controlados. Los niveles se miden por medio de un sistema de flotador como se muestra en la figura A. Un adecuado control y/o indicación en la sala de control se hace a través de equipo neumático o electrónico. La indicación de nivel puede ser verificada a través del indicador de vidrio instalado adyacente al instrumento (Fig. B). Para la construcción del indicador de vidrio, vea la Fig. C.

11-10

FIGURA A

CONTROLADOR DE NIVEL TÍPICO CON FLOTADOR Y TUBO DE TORSIÓN (TYPICAL LEVEL CONTROLLER DISPLACER)

BRAZO DE PALANCA

SOPORTE DEL FLOTADOR

CONEXIÓN DEL BRAZO AL TUBO DE TORSIÓN

BRIDA DE CONEXIÓN

FLOTADOR (DESPLAZADOR) CENTRO DEL FLOTADOR

BRIDA DE CONEXIÓN CÁMARA DEL FLOTADOR

UOP 220-11-6

11-11

FIGURA B

INDICADOR DE NIVEL TÍPICO (TYPICAL LEVEL GAUGE)

GAS DESDE EL RECIPIENTE VÁLVULA DE RETENCIÓN DE BOLA

BRIDA

VISOR DE VIDRIO

VÁLVULA DE RETENCIÓN DE BOLA

BRIDA

LIQUIDO DESDE EL RECIPIENTE VÁLVULA DE COMPUERTA

VÁLVULA DE DRENAJE

UOP 220-11-7

11-12

FIGURA C

CONSTRUCCIÓN DE UN INDICADOR DE NIVEL DE VIDRIO (LEVEL GLASS CONSTRUCCIÓN) VISOR DE REFLEXIÓN

VISOR TRANSPARENTE PARED TRASERA CRISTAL TRASERO

CÁMARA DEL LIQUIDO \_

VIDRIO REFLECTOR

CÁMARA DEL LIQUIDO

PARED FRONTAL CRISTAL DELANTERO

PARED FRONTAL

UOP 220-11-8

Contra/adores

Las refinerías usan controladores neumáticos (operados con aire) o controles electrónicos. El controlador es un instrumento que reconoce una condición dada del proceso, tal como presión, y que acciona otro equipo de instrumentación para que efectúe un cambio de presión, si la presión es diferente de la presión deseada, o mantiene la misma presión si ésta coincide con la deseada. El operario del tablero de control encontrará muchas aplicaciones diferentes del sistema de control. Todas éstas funcionan normalmente utilizando el mismo tipo de controlador. La figura muestra un ejemplo típico de un controlador usado por la industria de hoy día. Los controladores se pueden operar tanto en la posición manual como en la posición automática. En la posición manual el operador debe cambiar la posición del puntero que indica la salida, para poder compensar cualquier variación externa que exista en el proceso. En automático el controlador asume las funciones por si sólo. En alguna ocasión, será necesario cambiar de automático a manual o viceversa. Para realizar esta maniobra se deberá proceder estrictamente de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del controlador y teniendo en cuenta cualquier posible alteración en la marcha del proceso.

CONTROLADOR COMÚN (TYPICAL CONTROL STATION) INDICADOR DE LA VARIABLE DE PROCESO

BOTÓN O RUEDA PARA AJUSTE DEL "SET POINT"

ÍNDICE

PALANCA "AUTO/MANUAL' INDICADOR DE SALIDA

INDICADOR DE MEMORIA

RUEDA O BOTÓN PARA OPERACIÓN MANUAL

UOP 220-11-9

11-14

Válvulas De Control

La válvula de control es uno de los elementos esenciales en la instrumentación automática para el control de procesos. Explicada simplemente, una válvula de control es un orificio variable en una línea. Cuando el tamaño del orificio varía, el cuadal del fluido (líquido o gas) también cambia, para ciertas condiciones dadas. En la Fig. A se encuentra la descripción de las diferentes partes de una válvula de control. Ésta es solamente una de las muchas variedades de válvula de control que se utilizan. Esta válvula se mantiene normalmente cerrada por la acción del resorte. La presión del aire en la parte superior del diafragma abre total o parcialmente esta válvula (el tapón de la válvula baja), según sea la presión de aire trasmitida desde el controlador. Esta válvula es de cierre automático en caso de fallo del aire (se necesita presión de aire para abrirla). Sin embargo, el diseño de la parte superior de la válvula (el sistema del diafragma) puede ser tal que la válvula opere al revés. En este caso el diafragma es mantenido en su posición más baja por la acción del resorte (válvula cerrada) y la entrada de aire está situada debajo del diafragma y del vastago de conexión. El cuerpo de la válvula puede ser de un solo orificio (tapón simple) o de dos orificios (tapón doble). La válvula de un solo orificio tiene solamente un orificio por donde pasa el fluido. Esto se ilustra en la válvula de cuerpo dividido de la Fig. B. La válvula de dos orificios de la Fig. A tiene doble tapón y dos asientos por donde el fluido puede pasar dividido en dos direcciones. El tapón es la parte móvil de la válvula que provee la restricción de flujo variable. Para satisfacer los requerimientos del proceso, se diseñan varios tipos de tapones.

11-15

DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA VÁLVULA DE CONTROL (CONTROL VALVES) 1. Cuerpo De La Válvula

Está construido para contener los asientos de la válvula, vastago del tapón, las guías del vastago y los canales para el fluido. El cuerpo está diseñado para las condiciones del proceso: presión, temperatura y corrosión.

2. Anillo De Asiento Superior

En la válvula de dos orificios, el asiento superior es uno de los dos asientos construidos de aleación metálica para soportar desgaste y corrosión y proveer una superficie de sello con la cara superior del tapón. Este asiento es desmontable y puede ser reemplazado cuando sea necesario.

3. Anillo De Asiento Inferior

Es idéntico al anillo de asiento superior, con la diferencia de que provee una superficie de sello para la parte inferior del tapón.

4. Tapón

En la posición cerrada, el tapón, que está ligado a su vastago, encaja con los anillos de asiento superior e inferior. Cuando el vastago se mueve hacia abajo, el tapón se separa de los anillos de asiento y permite el paso del fluido a través del cuerpo de la válvula.

5. Vastago Del Tapón

Está conectado a la parte inferior del resorte del vastago (N°18) y se desliza dentro de los manguitos de gula (N°8). El vastago se mueve hacia abajo debido a la presión del aire sobre el diafragma (N°16) con lo que se separan los asientos del tapón de los anillos de asiento. Cuando se disminuye la presión del aire sobre el diafragma, el resorte tira del vastago hacia arriba, asentando las caras del tapón sobre los anillos de asiento.

6. Bonete

Contiene el buje superior N°20, que actúa como guia del vastago. Contiene también el prensaestopas N°9 que presiona el empaque N°10. El empaque produce un sello hermético alrededor del vastago para evitar fugas del fluido de proceso en la válvula. El anillo de cierre hidráulico (N°11) proporciona la circulación de la lubricación del empaque que se suministra a través de un tapón grasero N°15.

7. Cubierta Del Tapón

Esta cubierta puede quitarse cuando la válvula de control se cierra y se drena para extraer la suciedad o depósitos de cualquier naturaleza.

8. Buje Guía

Este buje, tal como el buje superior N°20, mantiene al vastago en posición y evita su vibración.

11-17

9. Prensaestopa

VerN°6 BONETE.

10. Empaque

VerN°6 BONETE.

11. Anillo De Cierre Hidráulico

Ver N°6 BONETE.

12. Bu/e

Actúa como soporte de guía para el vastago del tapón en su conexión con el resorte del vastago N°18.

13. Resorte

Este resorte produce una fuerza contraria a la presión del aire aplicada al diafragma N°16. Cuando la presión del aire sobre el diagrama es de 15 psig (1,05 kg/cm2) el resorte se comprime completamente, el vastago N°5 es empujado completamente hacia abajo, y la válvula se abre totalmente. Cuando no hay presión de aire sobre el diafragma, el resorte se expande completamente cerrando la válvula.

19. Yugo

Sostiene al resorte N°13, al vastago del resorte N°18 y a la caja del diafragma N°17. También permite acceso al tornillo de ajuste de la carrera del vastago N°19 para que el operador pueda leer el indicador de posición.

15. Conexión De Engrase

Ver N°6 BONETE.

16. Diafragma

Ver N°13 RESORTE.

17. Cámara Del Diafragma

Es un recipiente cerrado en el que se inyecta aire a presión sobre la parte superior del diafragma.

18. Vastago Del Resorte

Transmite la fuerza del diafragma y el resorte al vástagc del tapón N°5.

19. Tornillo De Ajuste

Ver N°14 YUGO.

20. Buje

Ver N°6 BONETE.

21. Indicador De Posición Del Vastago

Indica hasta que punto la válvula está abierta.

EN CASO DE FALLO DEL AIRE DE INSTRUMENTOS, ESTA VÁLVULA SE CIERRA.

11-18

FIGURA A

VÁLVULA DE CONTROL (CONTROL VALVE) ENTRADA DEL AIRE DE CONTROL DIAFRAGMA

CÁMARA DEL DIAFRAGMA

RESORTE VASTAGO DEL RESORTE

YUGO

TORNILLO DE AJUSTE

BUJE VASTAGO DEL TAPÓN

CERRADO INDICADOR DE LA POSICIÓN DEL VASTAGO

CASQUILLO DEL PRENSAESTOPAS EMPAQUETADURA ANILLO LINTERNA

TAPÓN GRASERO BUJE

BONETE %

ANILLO DE ASIENTO SUPERIOR TAPÓN ANILLO DE ASIENTO INFERIOR

BUJE GUIA

CUERPO DE LA VÁLVULA

CUBIERTA DEL TAPÓN

FLUJO (DIRECCIÓN) UOP 220-11-10

11-19

FIGURA B

VÁLVULA DE CONTROL (CONTROL VALVE) TUERCA DE LA BRIDA DE LA EMPAQUETADURA

VASTAGO DEL TAPÓN

BRIDA DE LA EMPAQUETADURA

RESORTE (EMPAQUETADURA) AJUSTE DE LA EMPAQUETADURA

ANILLO DE TEFLON

EMPAQUETADURA TAPÓN DE LA VÁLVULA

CUERPO SUPERIOR

ANILLO DE ASIENTO CUERPO INFERIOR

UOP 220-11-11

Diagnóstico De Una Válvula De Control

1. Comprobar la presión de aire al diafragma de la válvula de control (o al posicionador) con respecto a la presión de salida en el controlador. Deben ser iguales; si no lo son puede haber una funga de aire en la tubería. 2. Examinar todas las válvulas de bloqueo, alrededor de la válvula de control. Las válvulas antes y después de la válvula de control deben estar completamente abiertas, la de bypass, cerrada herméticamente. 3. Comprobar el indicador del vastago. La posición de la válvula debe corresponder a la presión de aire sobre el diafragma. Averiguar si la válvula cierra con aire o abre con aire antes de decidir que no funciona correctamente. 4. Si aparentemente no hay flujo, abrir la válvula de bypass por unos pocos segundos. La válvula de control puede estar abierta pero obturada. Si es así, el control debe hacerse con el bypass (ver procedimiento específico). 5. Verificar los manómetros del posicionador de la válvula, si ésta tiene posicionador. El posicionador que se usa para ayudar a abrir o cerrar las válvulas de control en servicios difíciles, debe tener tres manómetros. Normalmente la presión de suministro debe ser de 1,4 kg/cm2 (20 psig) a menos que se emplee una relación 2:1 en el posicionador; entonces la presión de suministro sería de 2,5 kg/cm2 (35 psig). La presión de entrada o la señal de aire de control debe ser aproximadamente igual a la del manómetro de salida, o a la mitad de la presión de salida si se usa una relación de 2:1. Si no, el problema puede ser un atascamiento de la válvula o un posicionador defectuoso. 6. Si la válvula está subiendo y bajando rápidamente, el problema puede ser debido a un posicionador defectuoso.

11-21

APLICACIONES DEL CONTROL AUTOMÁTICO (CONTROL APPLICATIONS) Los sistemas de control por medio de instrumentos se usan en refinería en varias aplicaciones. Un sistema de control completo para una aplicación específica, se llama a menudo un bucle o un circuito de control. La mayoría de los circuitos de control que se encuentran serán tratados a continuación.

Control De Temperatura

El control de temperatura de una carga de hidrocarburo calentado con vapor se muestra en la figura A. El trasmisor de temperatura compara la temperatura del fluido del proceso después del intercambiador de calor con el valor deseado en el controlador de temperatura (TRC). El TRC regula entonces la válvula de control de vapor que va al intercambiador de calor para mantener la temperatura deseada en la corriente del proceso. Si se requiere menos calor (temperatura), el controlador disminuirá la presión del aire a la válvula de control, permitiendo que fluya menos vapor al intercambiador, reduciendo de esta forma la temperatura de salida del hidrocarburo del proceso. Controlar la temperatura en un proceso con un horno es algo similar al anterior. En este caso sin embargo (Fig. B) la temperatura de la corriente de proceso se controla por medio de la cantidad de gas y de aceite combustible. Las columnas de destilación a veces tienen un control de temperatura de cabeza (Fig. C). La temperatura de la parte superior de la torre se transmite al controlador de temperatura. Si esta temperatura es demasiada alta (sobre el set point) el controlador disminuirá la presión de aire a la válvula de control (aire cierra) abriéndola para que permita el paso de mayor cantidad de reflujo frío, enfriando así la cabeza de la torre. Cuando la cabeza está a la temperatura deseada, la abertura de la válvula de control mantiene la cantidad requerida de reflujo. Algunas torres pueden tener el punto de control de temperatura situado algunos platos por debajo del plato superior, como indica la figura D.

Control De Presión

El control de presión puede tener varias variaciones. Básicamente sin embargo se usa el circuito de control de presión de la figura E. En este sistema, la presión a controlarse es transmitida al controlador. Si la presión es demasiado alta, se incrementa el aire a la válvula de control (abre con aire) abriendo la válvula. Ésta permite que mayor cantidad de gas descargue al sistema de desfogue de gas. Cuando la presión alcanza el punto deseado, se reduce el aire a la válvula de control para mantener la presión deseada en el proceso.

11-23

Los sistemas de control de presión pueden estar en recipientes de otro tipo o aun en líneas de proceso. El método de control es similar.

Control De Flujo

La figura F muestra un circuito típico de control de flujo. El valor real del flujo en la línea es transmitido al controlador. La presión del aire al diafragma de la válvula de control es regulada para dar el caudal deseado.

Control De Nivel

El operario probablemente encontrará varios tipos de controles de nivel en una refinería. Básicamente todos son similares al sistema de la Fig. G. El nivel del líquido se trasmite al controlador, el cual cambia la presión de aire sobre la válvula de control para mantener el nivel deseado. Si el nivel es demasiado alto el controlador incrementará la presión de aire sobre el diafragma de la válvula de control (abre con aire) causando así la disminución del nivel en el separador.

Control De ínter fase Liquida

El control de interfase líquida en una refinería generalmente se utiliza cuando se separa una fase acuosa y una fase orgánica (hidrocarburo). Estos sistemas operan de forma idéntica a los controladores de nivel.

Control De Un Corte Lateral En Una Torre

En la Fig. H se muestra un control sobre la corriente (corte) lateral en una torre. Este corte es un kerosene destilado con control de flujo. El caudal se controla por el mismo método que el descrito antes pero aquí además se debe controlar el nivel del líquido en el fondo del stripper. Esto se hace controlando la cantidad de líquido que se alimenta al stripper. Si el nivel de los fondos del stripper disminuye la válvula de control de la alimentación se abre retornando el nivel a su posición normal.

Control En Cascada

El control en cascada emplea dos controladores; se usa para proveer mejor control que el disponible con un solo controlador. Un sistema simple de control en cascada, nivel/flujo, se ilustra en la Fig. I. En este caso, el controlador de nivel no regula la válvula de control directamente. El LRC cambia el set point del FRC, el cual controla el flujo a un nuevo punto de control. Supongamos que el nivel en el tambor es bajo. El transmisor de nivel envía esta señal al LRC. El LRC cambia el set point del FRC para permitir un mayor flujo hacia el tambor. El FRC a un punto de control más alto incrementará la presión de aire a la válvula de control (abre con aire) de tal manera que el flujo más alto se mantenga.

Alarmas

Los sistemas de alarma se instalan en áreas críticas donde se requiere atención inmediata cuando una variable de proceso se encuentra en una zona peligrosa en cuanto a operación. Estas alarmas son similares a las que existen en los automóviles para indicar cuando la presión del aceite es

11-24

demasiado baja, el alternador no funciona, etc. Los compresores de una refinería tienen, por ejemplo, luces y alarmas acústicas para indicar la necesidad de atención inmediata. En las áreas críticas de proceso ciertas presiones, temperaturas y niveles activan el sistema de alarma. Cuando el operador lleve estas variables a una zona de operación segura, la luz de la alarma se apagará.

FIGURA A

CONTROL DE TEMPERATURA EN UN INTERCAMBIADOR (TEMPERATURE CONTROL)

CONTROLADOR REGISTRADOR DE TEMPERATURA

VAPOR

TRANSMISOR DE TEMPERATURA MONTADO EN EL TABLERO

VÁLVULA DE CONTROL

AL PROCESO INTERCAMBIADOR DE CALOR TRAMPA DE VAPOR CONDENSADO

UOP 220-11-12

11-25

FIGURA B

CONTROL DE TEMPERATURA EN UN HORNO (HEATER TEMPERATURE CONTROL)

HORNO

CONTROLADOR REGISTRADOR DE TEMPERATURA

TRANSMISOR DE TEMPERATURA MONTADO EN EL TABLERO .

«*•

CARGA

AL PROCESO

WlWvV

I

I GAS COMBUSTIBLE A LOS QUEMADORES

UOP 220-11-13

FIGURA C

CONTROL DE TEMPERATURA EN LA CABEZA DE UN FRACCIONADOR (FRACTIONATING TOWER TOP TEMPERATURE CONTROL)

y, ^ TRANSMISOR DE TEMPERATURA EN EL TABLERO

CONTROLADOR REGISTRADOR DE TEMPERATURA

CONDENSADOR ACUMULADOR -REFLUJO

$ VÁLVULA DE CONTROL ,

COLUMNA FRACCIONADORA

I PRODUCTO

11-26

BOMBA UOP 220-11-14

FIGURA D

CONTROL DE TEMPERATURA EN UN FRACCIONADOR (TEMPERATURE CONTROL ON DISTILLATION COLUMN) VAPORES DE CABEZA

ACUMULADOR

REFLUJO TRANSMISOR DE TEMPERATURA ' MONTADO EN EL TABLERO

CONTROLADOR REGISTRADOR DE TEMPERATURA

FRACCIONADOR PRODUCTO DE CABEZA

BOMBA

UOP 220-11-15

FIGURA E

CONTROL DE PRESIÓN (PRESSURE CONTROL) PRC " \_

CONTROLADOR 1

i TRANSMISOR DE PRESIÓN "¡

f

CARGA LIQUIDA Y GASEOSA ~\

»-

\

' 1r

m

*

GAS

i {

ACUMULADOR O SEPARADOR

LIQUIDO AL PROCESO UOP 220-11-16

11-27

FIGURA F

CONTROL DE FLUJO (CAUDAL) (FLOW CONTORL) CONTROLADOR REGISTRADOR DE FLUJO

LIQUIDO PROCEDENTE DE UN RECIPIENTE DE PROCESO

TRANSMISOR DE FLUJO

BOMBA

PLACA DE ORIFICIO

VÁLVULA DE CONTROL

CAUDAL CONTROLADO AL PROCESO UOP 220-11-17

FIGURA G

CONTROL DE NIVEL (LEVEL CONTROL)

CARGA LIQUIDA Y GASEOSA TRANSMISOR DE NIVEL

SEPARADOR

CONTROLADOR REGISTRADOR DE NIVEL

CÁMARA DEL FLOTADOR

AL PROCESO VÁLVULA DE CONTROL

11-28

UOP 220-11-18

FIGURA H

CONTROL DEL CORTE DE KEROSENO EN LA FRACCIONADORA DE CRUDO (CRUDE TOWER KEROSINE SIDE STREAM CONTROL) ^ """

PRODUCTO DE CABEZA -^

REFLUJO

1 2 3 4

LINEA DE RETORNO DE VAPORES

CONTROLADOR /- REGISTRADOR / DE NIVEL

5

^~

6 7 8

~*TU^ Xf) f^>-<

i-

CONTROL í-

i-

r* r

/ <

LRC CONTROLADOR REGISTRADOR DE FLUJO

9

2

10

(STRIPPER) DE

11 5 6 7

12 13

' i

FRC *

1

li-

li

14

I— L J - "

15

\ 1

16

TO RRE DE CRUDO

i

\

4

r~^

TRANSMI!>OR DEFLUJ V TRANSMISOR DE NIVEL

—

i

(¿¿

V APOR DE AG(3TAMIENTO

V^'

»-

KEROSENO

t

\_ PLACA DE ORIFICIO

^ BOMBA

11-29

VÁLVULA DE CONTROL UOP 220-11-19

FIGURA I

CONTROL EN CASCADA NIVEL— FLUJO (CAUDAL) (CASCADE LEVEL — FLOW CONTROL) CONTROLADOR REGISTRADOR DE NIVEL (PRINCIPAL)

GAS

CONTROLADOR REGISTRADOR DE FLUJO (SECUNDARIO)

TAMBOR DE AMORTIGUAMIENTO

LIQUIDO AL PROCESO

PLACA DE ORIFICIO

VÁLVULA DE CONTROL

11-30

UOP 220-11-20

CONTROL DE NIVEL (LEVEL CONTROL) Superior

Muestra un tanque con un nivel normal de operación. El aire llega a la válvula de control a 9 psig (0,6 kg/cm2) y ésta se abre el 50%.

Medio

El nivel en el tanque sube. El aire llega a la válvula de control a 15 psig (1,1 kg/cm2) y ésta se abre totalmente.

Inferior

El nivel en el tanque baja. El controlador manda una señal de 3-4 psig. (0,2-0,3 kg/cm2) a la válvula de control y ésta se cierra hasta solo un 10% de abertura.

CONTROL DE NIVEL (LA VÁLVULA SE ABRE CON PRESIÓN DE AIRE) (LEVEL CONTROL AIR TO OPEN VALVE) TRANSMISOR DE NIVEL

AL CONTROLADOR

i—

A

AIRE A LA VÁLVULA DE CONTROL CERRADO ABIERTO A ALMACENAJE

•€?• TRANSMISOR DE NIVEL

CERRADO ABIERTO A ALMACENAJE TRANSMISOR DE NIVEL

3 CERRADO ! ABIERTO A ALMACENAJE UOP 220-1 1-21

11-31

CONTROL DE PRESIÓN (PRESSURE CONTROL) Muestra un recipiente a la presión deseada de 7,0 kg/cm2.

Superior

La válvula de control se halla abierta al 50% debido a una señal neumática que ésta recibe de 9-10 psig (0,7 kg/cm2).

Medio

La presión en el recipiente ha bajado a 3,5 kg/cm2. La señal, neumática ha la válvula a variado a 12 psig (0,8 kg/cm2) y ésta se cierra al 25% de abertura.

Inferior

La presión en el recipiente cambia a 10,5 kg/cm2. El aire en la válvula llega a 5-6 psig (0,4 kg/cm2). La posición de la válvula es 75-80% abierta.

CONTROL PRC (PRC — CONTROL) LA PRESIÓN DE AIRE CIERRA LA VÁLVULA (AIR TO CLOSE VALVE) AIRE A LA VÁLVULA DE CONTROL 7.0 Kg/cm2

9 /-

I

.^

v

)

ABIERTO

H CERRADO

1

GAS COMBUSTIBLE

TR/I iNSMISOR A

L

< AL CONTROLADOR

t LIQUIDO 3.5 Kg/cm2

¿rS" ABIERTO

Q 1

/^> , i i ' • ' T\

V

J

CERRADO

1

-i

L

GAS COMBUSTIBLE

^- TR/INSMISOR

1

LIQUIDO 10.5 Kg/cm 2

-O ABIERTO i CERRADO

GAS COMBUSTIBLE

TRANSMISOR i i i ' i i

UOP 220-11-22

LIQUIDO

11-32

CONTROL DE FLUJO (CAUDAL) (FLOW CONTROL) Superior

Muestra la válvula de control en posición cerrada sin aire que la controle y sin flujo.

Medio

La válvula está abierta el 50% con señal neumática de 9-10 psig (0,7 kg/cm2) y cinco unidades de flujo en el indicador local de flujo.

Inferior

La válvula está abierta al 100% con señal neumática máxima de 15 psig (1,05 kg/cm2) y el indicador local señala el caudal máximo.

CONTROL FRC (FRC — CONTROL) AIRE PARA ABRIR LA VÁLVULA POSICIÓN IJÍ? ABIERTO DE LA VÁLVULA .UCERRADO

:

»

AIRE A LA VÁLVULA DE CONTROL UNIDADES DE FLUJO

AL CONTROLADOR

(

POSICIÓN LÍ | ABIERTO DE LA VÁLVULA •r ] CERRADO 1 P!

K

L POSICIÓN DE LA VÁLVULA

| ABIERTO ICERRADO

UOP 220-11-23

11-33

Poniendo Un Flujo De Líquido O De Gas En Un Bypass De Control

A veces es necesario desmontar una válvula de control, sea para su reparación o para su recambio. La responsabilidad del operario es de hacerlo sin interrumpir la operación o perturbar el proceso de manera que el producto se salga de especificaciones. El operario debe observar las condiciones de flujo que existen cuando ocurre el problema. Sigue una lista de problemas que puede encontrar y la solución a cada uno de ellos. 1. Válvula de control inoperable. No cambia la posición del indicador de la válvula de control tanto con presión de aire máxima como sin presión de aire. El líquido o el gas puede que todavía fluya a través de la válvula. Póngase en contacto con la sala de control y averigüe el valor de flujo apropiado. Si el cuarto de control requiere 7 unidades de flujo y el indicador local N°7 indica solamente 3 unidades de flujo, abra despacio la válvula de by-pass N°3, hasta que el indicador local N°7 indique 7 unidades de flujo. Entonces empiece a cerrar lentamente la válvula N°1 hasta que el indicador de flujo N°7 indique 5 unidades de flujo. El siguiente paso es abrir lentamente la válvula de by-pass N°3 hasta que el indicador de flujo N°7 otra vez indique 7 unidades de flujo. Repita el procedimiento anterior, hasta que la válvula de bloqueo de la válvula de control esté completamente cerrada. 2. Vastago de la válvula de control atascado, permitiendo un caudal en exceso de la cantidad deseada de 7 unidades en el indicador local del flujo N°7. Empiece a cerrar lentamente la válvula de bloqueo que precede a la válvula de control hasta que la cantidad de flujo indicada en el indicador de flujo N°7 sea de 5 unidades. Luego abra la válvula de by-pass N°3 lentamente hasta que el indicador N°7 indique 7 unidades. Repita la operación hasta que la válvula N°1 esté completamente cerrada. 3. Para desatascar una válvula de control con el indicador de flujo N°7 indicando 7 unidades de flujo controlado por el by-pass y las válvulas de bloqueo N°1 y N°2 bloqueadas (completamente cerradas), compruebe primero que la válvula de drenaje N°5 esté completamente cerrada. Entonces quite lentamente el tapón de drenaje y abra lentamente la válvula N°5. Si no hay ningún flujo de fluido, introduzca una varilla de diámetro pequeño en la válvula de drenaje para asegurarse de que esta válvula de drenaje no está taponada con el mismo material que tapona la válvula de control N°4. Una vez que usted esté seguro de que el drenaje está abierto, retire la

11-34

varilla y cierre la válvula N°5. Abra la válvula de bloqueo N°2. Si es posible, abra la válvula de control N°4. Con la válvula de control N°4 abierta, abra lentamente la válvula de drenaje N°5. El fluido retornará a través de la válvula de bloqueo N°2 y de la válvula de control N°4, con la esperanza de que remueva la obturación del cuerpo de la válvula de control a través de la válvula de drenaje. 4. Como medida de seguridad para retirar una válvula de control después de establecer el control de caudal con la válvula de by-pass N°3, de acuerdo con el indicador local de flujo N°7, cerrar completamente la válvula de bloqueo N°1 y la N°2. Asegúrese de que la válvula de drenaje N°5 está cerrada y retire lentamente el tapón de drenaje. Con el tapón de drenaje afuera, abra lentamente la válvula de drenaje N°5. Si no sale fluido a través de la válvula N°5, inserte una varilla para limpiarla. Cuando la linea entre la válvula de bloqueo N°1 y la válvula de control N°4 termine de drenarse, abra la válvula de control N°4 y permita que se drene la línea entre la válvula de control y la válvula N°2. Si no se puede abrir la válvula de control se afloja con precaución la brida del lado de salida de la válvula de control N°4. De esta manera se baja la presión del sistema y se procede a remover la válvula de control N°4. 5. Para poner en servicio una válvula de control después de que ha sido colocada de nuevo en la línea, cierre la válvula de control N°4 y abra la válvula de dranaje N°5. Abra ligeramente la válvula de bloqueo N°1. Permita pasar una pequeña cantidad de líquido o de gas a través de la válvula de drenaje N°5 para limpiar la válvula de control. Cierre la válvula de bloqueo N°1. Abra la válvula de control N°4. Abra ligeramente la válvula de bloqueo N°2 y deje que salga una pequeña cantidad de líquido o de gas usando la válvula de drenaje N°5. Cierre la válvula N°5 y vuelva a poner el tapón en la válvula de drenaje. Cierre la válvula de control N°4. Abra la válvula de bloqueo N°1 y la N°2. Empiece a cerrar lentamente el by-pass N°3. Cuando la indicación de flujo en el indicador local de flujo señale 6 unidades, el operario en la sala de control con el control manual incrementa la salida de aire a la válvula de control para llegar a siete unidades de flujo. De nuevo cierre lentamente el by-pass N°3 hasta que el indicador local N°7 esté a 6 unidades. El operario en el tablero de control puede recuperar nuevamente el flujo a 7 unidades por acción manual. Repita el proceso anterior hasta que el by-pass N°3 esté completamente cerrado y la indicación de flujo sea de 7 unidades. Entonces el operario en el tablero de control debe igualar los punteros de

11-35

la variable de proceso y del set-point y colocar el controlador en automático. Asegúrese de que no haya bridas con escapes y de que se limpie cualquier cantidad de hidrocarburo que se haya vertido en el suelo.

INSTALACIÓN DE VÁLVULA DE CONTROL TIPO "E" ("E" TYPE CONTROL VALVE MANIFOLD) INDICADOR DE FLUJO MONTADO EN EL TABLERO INDICADOR LOCAL DE FLUJO

PLACA DE ORIFICIO (BRIDAS) VÁLVULA DE BY-PASS

VÁLVULA DE CONTROL

VÁLVULA DE BLOQUEO AGUAS ARRIBA

VÁLVULA DE BLOQUEO AGUAS ABAJO

VÁLVULA DE PURGA Y DRENAJE TAPÓN DEL DRENAJE

11-36

UOP 220-11-24

VÁLVULA DE CONTROL DE DOBLE DIAFRAGMA PARA GAS COMBUSTIBLE. INSTALACIÓN DE VÁLVULA DE CONTROL TIPO "F" (DOUBLE DIAPHRAGM FUEL GAS CONTROL VALVE ("F" VALVE ASSEMBLY)) La válvula de control de gas combustible de doble diafragma está diseñada para garantizar un suministro uniforme y regulado de combustible a uno o más quemadores ya sea de horno o de calderas. La presión del gas que viene del tambor de gas combustible está regulada a 3,5 kg/cm 2 . La máxima presión del gas en el lado de baja presión de la válvula de control es de 2,1 kg/cm2 siempre y cuando el sistema en "F" esté operando de forma adecuada con una relación de diafragma de 2 a 1. Cualquier presión superior a 2,5 kg/cm2 será venteada a la atmósfera, evitándose así la ruptura del diafragma de la válvula de control. Esta válvula de alivio está solamente para proteger el diafragma y no para descargar el exceso de presión de las líneas que van a los calentadores. Se regula la válvula de manera que exista un mínimo de combustible que va a los quemadores (límite de paso mínimo). Esto asegura que siempre exista llama en los quemadores, evitando que se produzca una explosión si se llena el horno de gas y se pone en contacto con las paredes que permanecen calientes. La válvula de control está diseñada con dos diafragmas, ambos conectados al vastago de la válvula de control. Generalmente el diafragma superior es el doble en área que el de la parte inferior. Cuando exista una presión de aire de control de 0,21 kg/cm2 en el diafragma superior, suponiendo que el diafragma tuviera 65 cm2, se producirán 13,5 kg de fuerza ejercida hacia abajo en el vastago abriendo la válvula y permitiendo que el gas fluya a través de la misma. El diafragma inferior tendría 32,5 cm2. Cuando la presión del gas suba a 0,42 kg/cm2se igualarán los 13,5 kg provenientes del diagrama superior y el vastago de la válvula de control dejará de moverse y mantendrá la presión constante a 0,42 kg/cm 2 . Si el aire de control se incrementase a 0,7 kg/cm2 en el diagrama superior, la fuerza ejercida en el diagrama superior sería de 45 kg. La válvula de control subiría la presión en la línea de gas combustible a 1,4 kg/cm2. A esta presión la válvula de control nuevamente cesaría de moverse y se tendría una presión estable de gas combustible de 1,4 kg/cm 2 en los quemadores. En este ejemplo la relación de diafragmas es de 2:1. Otras relaciones podrán ser empleadas con resultados similares.

11-37

OPERACIÓN DE UNA INSTALACIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL TIPO "F" (OPERATION OF THE "F" VALVE ASSEMBLY) El departamento de instrumentos deberá colocar el límite mínimo de cierre en la válvula cuando todos los quemadores del horno estén encendidos. En este punto, el operario de control pondrá la válvula "F" en manual con una salida de 3 psig (0,21 kg/cm2). El instrumentista abrirá o cerrará el volante N°5 hasta que la presión en el manómetro N°12 sea de 0,42 kg/cm2. Una vez hecho esto, nunca debe cambiarse. Si 0,42 kg/cm2 en cada quemador proporciona demasiado calor al proceso, apague un quemador. El controlador "F" empezará a abrirse y la presión aumentará en los quemadores restantes. Si el operario de control informa que la temperatura del proceso está todavía subiendo, apague otro quemador. Para balancear el número de quemadores con las condiciones del proceso, la presión del lado de baja presión de la válvula de control N°3, será superior a 0,42 kg/cm 2 en el manómetro N°12. Para poner en servicio un sistema tipo "F" cuando se pone en marcha una caldera o un horno y con la válvula "F" controlando la presión de gas combustible a más de un quemador, con la cámara de combustión totalmente purgada con vapor de agua, y con presión de gas combustible en la válvula N°1 y todas las líneas purgadas con vapor o nitrógeno aguas abajo de la válvula N°1, siga el siguiente procedimiento: A. Bloquee (cierre completamente) todos los quemadores de uno en uno B. Bloquee las válvulas N°1, 2, 4, y 5 C. Abra las válvula N°13 y N°6. Esto pone en servicio el manómetro N°12 y la válvula de alivio N°7. D. Con un operario en el quemador y otro en la válvula N°5 del sistema "F" se seguirán los siguientes pasos: 1. Suponiendo que no hay un quemador de gas piloto, el operador encenderá una antorcha hecha con cinta de asbesto atada con alambres a un trozo de tubería de 1,3 metros de longitud mínima cuyo extremo ha sido sumergido en gasoil ligero. 2. El operario abre la válvula N°5 en el sistema "F" permitiendo el paso de gas combustible al conexionado del quemador.

11-38

3. El operario que mantiene la antorcha en la boquilla del quemador abrirará la válvula del quemador tan pronto como la válvula N°5 esté abierta para evitar el disparo de la válvula de alivio N°7. Tan pronto como el gas combustible haya barrido las tuberías de conexión, purgando todos los inertes, el quemador se encenderá. 4. El operario debe mantener la presión de gas indicada por el manómetro N°12 del sistema "F" a 0,7 kg/cm 2 por medio de la válvula N°5. 5. El operario en los quemadores procederá al siguiente quemador, pondrá la antorcha en la boquilla y abrirá lentamente la válvula del quemador. El operario a cargo del sistema de control "F" tendrá que mantener abierta la válvula N°5 para mantener una presión constante del gas combustible de 0,7 kg/cm 2 en el manómetro N°12. 6. Cuando han sido encendidos suficientes quemadores para satisfacer las necesidades del proceso, se puede poner el controlador de presión de gas combustible en operación de acuerdo con el siguiente procedimiento: a) El operario en la sala de control pondrá el controlador en manual con una salida de aire de 3,0 psig, o sea 0,21 kg/cm2. b) Abrir las válvulas N°1 y N°4. La presión aumentará en el manómetro N°12. El operario de la válvula "F" comienza a cerrar la válvula N°5 en el sistema "F" hasta que la presión en el manómetro N°12 sea de nuevo 0,7 kg/cm2. En este punto, el tablerista en la sala de control continúa aumentando la salida de aire al controlador de la presión del gas combustible. Como la presión en el manómetro N°12 nuevamente sube por encima de los 0,7 kg/cm2, el operario en la válvula "F" continua cerrando la válvula N°5 hasta qué la válvula quede completamente cerrada. En este punto el tablerista tiene control completo del regulador de la presión de gas combustible. NOTA: Si en el procedimiento descrito anteriormente en cualquier momento los quemadores se apagasen, debe seguirse el proceso siguiente: 1. Cierre la válvula de by-pass N°5 en el sistema de válvulas "F" 2. Cierre las válvulas de cada uno de los quemadores.

11-39

3. Purgue con vapor de agua la cámara de combustión hasta que el vapor sea visible en la chimerrea. 4. Cierre el vapor de purga (sofocamiento). 5. Repita el procedimiento de encendido de los quemadores.

VÁLVULA DE CONTROL SISTEMA "F" ("F" ASSEMBLY) VENTEO ¡

1

/

y

BLE DEL CABEZA L

r

VÁLVULA DE , TOMA DE PRESIÓN

\)

VÁLVULA DE SEGURIDAD

G AS COMBUSTIBLE AL HORNO i

VÁLVULA /DE BY-PASS

i > VÁLVULA DE TOMA DE INSTRUMENTO 6

VOLANTE (FLUJO MÍNIMO) 3

VÁLVULA DE BLOQUEO (AGUAS ARRIBA)

DIAFRAGMA (AIRE) DIAFRAGMA (GAS COMBUSTIBLE)

, VÁLVULA DE
^~^^^-^8^

^

L-3É

t^^

VÁLVULA DE PURGA Y DRENAJE

^ ^^^

SEÑAL

NEUMÁTICA

- VÁLVULA DE CONTROL UOP 220-11-25

11-40

Regulador De Presión Y Filtro De Aire De Instrumentos

En cada controlador local, se instala un regulador de presión y filtro de aire de instrumentos para reducir la presión del cabezal de aire de instrumentos. Usualmente esta reducción es de 7 kg/cm2 a 1,4 kg/cm2, requeridos para operar el controlador local. El filtro elimina el polvo y gotas de agua que puedan haberse acumulado en la línea. De vez en cuando abra ligeramente la válvula de drenaje para ver si hay líquido presente; si lo hay notifique a su supervisor. Si la presión de aire de instrumentos al controlador tiene que ser ajustada, la contratuerca debe ser aflojada sin permitir que el tornillo de ajuste gire. Una vez que la contratuerca esté floja, se puede regular la presión de aire por medio del tornillo de ajuste a fin de aumentar o disminuir la presión sobre el diafragma. Aflojando el tornillo de ajuste (hacia arriba) se baja la presión en la línea del controlador local.

REGULADOR DE PRESIÓN Y FILTRO DEL AIRE DE INSTRUMENTOS (INSTRUMENT AIR FILTER PRESSURE REGULATOR) TORNILLO DE AJUSTE

BONETE

CONTRATUERCA RESORTE PRINCIPAL

ORIFICIO DE LA VÁLVULA DE DESFOGUE

VENTEO DE LA VÁLVULA DE DESFOGUE

DIAFRAGMA SALIDA DEL AIRE BAJO CONTROL A 1,5 Kg/cm2 DE PRESIÓN

ENTRADA DEL AIRE A 7,0 Kg/cm 2 DE PRESIÓN

CUERPO VÁLVULA INTERNA

FILTRO

COLECTOR DE IMPUREZAS

VÁLVULA DE DRENAJE LLAVE DE PURGA

UOP 220-11-26

11-41

POSICIONADOR TÍPICO (TYPICAL POSITIONER SET UP) AIRE DE SALIDA. PRESIÓN EN LA LINEA DE O A 20 PSI (O DE O A 35 PSI) REGULADA POR LA CONTRAPRESIÓN EN LA BOQUILLA RESTRICCIÓN SUMINISTRO DE AIRE

DEL INSTRUMENTO

BOQUILLA CERRADO 1/2 PULG (12,7 MM) ABIERTO

RECORRIDO DE LA VÁLVULA

RECORRIDO 1/2 PULG. (12,7 MM)

RESORTE

J

PRESIÓN DEL AIRE EN EL FUELLE

L

AIRE PARA ABRIR LA VÁLVULA

NOTE: EL DEFLECTOR PUEDE SER AJUSTADO MANUALMENTE PARA OBTENER LA CONTRAPRESIÓN DESEADA.) POR EJEMPLO, SI EL AIRE DE INSTRUMENTOS ESTA A 9 PSI, SE POSICIONA EL DEFLECTOR DE MANERA QUE UNA CONTRAPRESIÓN DE 9 PSI DEJE LA VÁLVULA MEDIO ABIERTA.) TÍPICAMENTE SE AJUSTA PARA DAR DE 3 A 15 PSI SI EL AIRE DE INSTRUMENTOS ESTA ENTRE 3 Y 15 PSI, O PARA DAR DE 6 A 30 PSI SI EL AIRE DE INSTRUMENTOS VIENE SUMINISTRADO A 35 PSI. UOP 220-11-27

11-43

MANUAL DE ENTRENAMIENTO ^hwmvouc

Cv Vr©

EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

uop Process Division UOP Inc.

12-1

EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR (HEAT TRANSFER AND EQUIPMENT) Transferencia De Calor

El enfriar y el calentar son operaciones vitales en la industria del petróleo. Es necesario que los ingenieros de esta industria comprendan que los principios de transferencia de calor son importantes para diseñar, seleccionar o mantener los equipos de intercambio de calor. Los mecanismos de transferencia de calor sin transferencia de masa son: conducción, convección y radiación. La evaporación y la condensación son fenómenos importantes de transferencia de calor en los que además existe transferencia de masa. La transferencia de calor ocurre siempre que existan regiones con temperaturas diferentes y que puedan comunicarse entre sí. El calor fluye de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. El equilibrio se alcanza cuando las temperaturas de ambas regiones sean iguales. El equilibrio es independiente del contenido calorífico (energía térmica) de las regiones. Hay tres maneras básicas de transferencia de calor de una substancia a otra. Estas son: a) conducción; b) radiación; c) convección. CONDUCCIÓN — En la mayoría de los intercambiadores de calor hay paredes metálicas (tubos) que separan un fluido de otro que está a una temperaturas distinta. El calor del fluido más caliente pasa a través de la pared de separación al fluido más frío. La transferencia del calor depende de: — la diferencia de temperatura de los fluidos —el área de intercambio térmico — la naturaleza de las substancias que intercambian calor. RADIACIÓN — Todos estamos familiarizados con el calor radiante emitido por el sol. El calor se transfiere a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas. El calor radiante juega un papel de menor importancia relativa en el intercambio de calor pero es muy importante en la mayor parte de hornos y calderas. CONVECCIÓN — La tercera forma de transferencia de calor es la más usada para calentar las viviendas. El aire es

12-3

calentado por un radiador o por medio de otra fuente de calor. A medida que el aire se calienta se hace más liviano, sube y es reemplazado por el aire frío que es más pesado. Este proceso se conoce como convección natural. Este mismo fenómeno es el que sucede en la transferencia de calor en fluidos.

Factores Que Afectan La Transferencia De Calor

a) DIFERENCIA DE TEMPERATURA

Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre las dos substancias, mayor es la fuerza que causa la transferencia de calor. b) CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Toda substancia tiene una conductividad térmica definida que afecta a la cantidad de calor que se transfiere. Los metales son buenos conductores mientras que la madera y el carbón son malos conductores. c) ÁREA El área de la superficie de transferencia es importante para la transferencia. Cuanto mayor es el área más calor puede ser transferido, siempre que los demás parámetros no sean afectados. d) VELOCIDAD DE LOS FLUIDOS La velocidad de los fluidos en los tubos afecta a la cantidad de calor que se transfiere. La velocidad también afecta a la deposición de impurezas. Con velocidades altas se reduce la posibilidad de deposición de impurezas en los tubos. Un incremento en la velocidad de los fluidos incrementa la cantidad de calor transferido. e) LA DIRECCIÓN DE LOS FLUJOS

La dirección de los flujos de los líquidos que intercambian calor afecta a la velocidad de transferencia de calor. Se ve en los diagramas que, cuando se usa idéntico equipo con iguales velocidades de los flujos, uno con flujos en contracorriente y el otro en paralelo, la temperatura final será más alta en el caso de contracorriente. Por eso, en el diseño de este equipo, el flujo en contracorriente es el preferido debido al hecho de que el medio más frío puede ser elevado a más alta temperatura y que, en general, se necesita un área menor para la misma transferencia de calor. Como se ve en los diagramas, el flujo en contracorriente ocurre cuando los fluidos caliente y frío a través del intercambiador circulan en direcciones contrarias, mientras que, en el flujo en paralelo, las corrientes de los fluidos caliente y frío llevan la misma dirección.

12-4

EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR (HEAT TRANSFER EQUIPMENT)

25

SALIDA DISTANCIA A LO LARGO DEL INTERCAMBIADOR

Equipos De Transferencia De Calor

ENTRADA

DISTANCIA A LO LARGO DEL INTERCAMBIADOR

Hay dos tipos de equipo para transferencia de calor: directo e indirecto. En el tipo de transferencia directo, los fluidos frío y caliente se mezclan; por ejemplo, en una torre de enfriamiento o en una torre de fraccionamiento. La transferencia de calor a través de la pared de un tubo se conoce como transferencia de calor indirecta. Ejemplos de este tipo son intercambiadores de calor de doble tubo, o de carcasa y tubos. Cada pieza del equipo de transferencia de calor está diseñada para un propósito específico en cada unidad de proceso. Este equipo está diseñado para controlar la temperatura del proceso y para conservar tanto como sea posible la energía calórica. Se puede clasificar como sigue: 1. INTERCAMBIADO-RES DE CALOR — Este equipo recupera el calor por intercambio entre dos corrientes del proceso. 2. ENFRIADORES — Usan aire o agua como medio para enfriar los fluidos del proceso donde no haya una corriente apropiada del proceso para utilizarla en el intercambio. 3. CONDENSADORES — Son enfriadores cuya función es la de retirar el calor latente y sensible y de transformar el vapor en un líquido sub-enfriado. 4. HERVIDORES — Se usan para suplir los requerimientos de calor en el proceso de destilación. El medio de calefacción puede ser vapor, aceite caliente, o una corriente del proceso. 5. HORNOS — Estos se usan para transferir calor a una corriente del proceso por medio de la combustión de un combustible.

12-5

TIPOS DE INTERCAMBIADORES (TYPES OF EXCHANGERS) Intercambiadores De Doble Tubo

El tubo interior consiste en una sección aleteada y los dos extremos de los tubos aleteados están conectados por medio de un tubo en U de 180° para el retorno. El elemento interno en U está insertado en dos tubos de mayor diámetro. El diámetro externo de las aletas tiene que ser ligeramente menor que el diámetro interno de la carcasa. Las carcasas están soldadas a una placa terminal, donde el terminal flotante de la horquilla está cerrado con una cubierta empernada y empacada proporcionando un espacio suficiente para la expansión y contracción de los tubos o elementos internos. Las conexiones de entrada y salida están hechas en los terminales. Los tubos de entrada y salida están sellados por un empalme cónico de-metal-a-metal hecho en el tubo. Los intercambiadores de doble tubo van montados en haces para formar intercambiadores de mayor capacidad.

12-6

TIPOS DE INTERCAMBIADORES (TYPES OF EXCHANGERS)

EMPAQUE DE LA TAPA

TUERCA DE CONEXIÓN AL CONO

TAPA DE LA CARCASA

TUERCA DE UNION

SOPORTES MOVIBLES DE LA CARCASA

CODO 180°

ADAPTOR RECTO ROSCADO

BRIDA GEMELA PIEZA TERMINAL DE LA CARCASA

BRIDA DE LA CARCASA

CONO

TUERCA DE CONEXIÓN DEL CONO UNION CÓNICA TUERCA DE UNION

SUPERFICIE CÓNICA

ADAPTOR RECTO ROSCADO

PIEZA TERMINAL DE LA CARCASA

SUPERFICIES ESFÉRICAS TORNEADAS

12-7

Intercambiadores De Tubo Y Carcasa

Los intercambiadores de tubo y carcasa consisten en un número de tubos paralelos encerrados en una carcasa cilindrica. Un fluido circula dentro de los tubos y se le llama fluido de tubos. El otro fluido circula fuera de los tubos y se le llama fluido de carcasa. Todos los equipos de este tipo constan básicamente de las mismas partes, aunque pueden estar dispuestos de distintas formas para adaptarlos a necesidades específicas. Estos intercambiadores pueden dividirse según la siguiente clasificación basada en la construcción del cabezal de tubos. En todos los casos los tubos están mandrilados o soldados al cabezal para impedir pérdidas hacia la carcasa. CABEZALES FIJOS — Este es el tipo de intercambiador más simple, pero tiene algunas limitaciones, tales como: a) Diferencia de temperatura límite de 65°C entre los fluidos dado que no hay tolerancias para expansión. b) No se puede limpiar dentro de la carcasa. El líquido de carcasa debe ser un líquido limpio. CABEZAL FLOTANTE — Para permitir que los tubos puedan expandirse debido a la diferencia de temperatura en el intercambiador, uno de los cabezales de los tubos se mueve libremente dentro de la carcasa. Esta cabeza flotante debe estar encerrada dentro de la carcasa con una tapa para retornar el fluido de los tubos a la salida. La mayoría de los intercambiadores son de este tipo. TUBOS EN "U" — Los tubos son de una sola pieza y hechos para cada caso. Los tubos pueden expandirse y contraerse y sólo un cabezal es necesario. El haz de tubos puede ser sacado para inspeccionarlo y limpiarlo. Los tubos sólo pueden limpiarse mediante el uso de reactivos químicos. El uso más común es en hervidores en los que el vapor se condensa en los tubos.

12-8

INTERCAMBIADORES DE TUBO Y CARCASA (SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS) TERMINAL DE TUBOS EMPERNADO

-i5PlEn

INTERCAMBIADOR DE CABEZALES FIJOS TERMINAL DE TUBOS DE EXPANSIÓN LIBRE

y

EMPAQUE

INTERCAMBIADOR DE CABEZA FLOTANTE DESCARGA DE LOS TUBOS

ENTRADA A LA CARCASA

SALIDA DE LA CARCASA INTERCAMBIADOR DE TUBOS EN U

12-9

ENTRADA A LOS TUBOS

UOP 220-12-4

Haz De Tubos

El haz de tubos consta de tres partes principales: tubos, cabezales y deflectores. Los tubos son necesarios para mantener los fluidos separados. Los cabezales están por la misma razón y los tubos están sujetos a los cabezales. Los deflectores dirigen el flujo del líquido en la carcasa. Los tubos están distribuidos en el cabezal según uno de las tres configuraciones siguientes: DISPOSICIÓN TRIANGULAR — Ésta da la mayor cantidad de tubos para un tamaño determinado, pero la limpieza del exterior de los tubos se tiene que hacer con reactivos químicos. DISPOSICIÓN CUADRANGULAR — Este tipo permite la fácil limpieza del exterior de los tubos. DISPOSICIÓN ROMBOIDAL — Es similar a la anterior pero girada 45°. Esta configuración contiene el mínimo número de tubos para un tamaño determinado. Aumentando el número de pasos en los tubos o en la carcasa se incrementa la velocidad de flujo, con lo cual se aumenta la transferencia de calor.

12-10

CONFIGURACIONES DE LOS TUBOS EN UN INTERCAMBIADOR USANDO TUBOS DE 19 MM (TYPICAL EXCHANGER TUBE LAYOUT PATTERNS)

CONFIGURACIÓN EN CUADRADOS

CONFIGURACIÓN TRIANGULAR

CARCASA

CONFIGURACIÓN EN CUADRADOS DIAGONALES CARCASA

CARCASA

ooo®ooo BOOOOOOOO booooooooo iooooooooo OOOOOOOOOOOOOO9 ooooooooooooooo ooooooooooooooo ooooooooooooooo ooooooooooooooo «oooooooooooooo ' ooooooooooooo oooooooooooo» OOOOOOOOOOO ' 000*000 VARILLA DE SUJECCION

CONFIGURACIÓN TRIANGULAR

VARILLA DE SUJECCION

CONFIGURACIÓN EN CUADRADOS O CUADRANGULAR

VARILLA DE SUJECCION

CONFIGURACIÓN EN CUADRADOS DIAGONALES O CONFIGURACIÓN ROMBOIDAL UOP 220-12-5

INTERCAMBIADORES CON PLACA PORTATUBOS (CABEZAL) FLOTANTE (FLOATING TUBESHEET EXCHANGER) Este tipo de intercambiador es el tipo más común usado en refinerías. Note la dirección del flujo a través de los diferentes pasos de los tubos y como la cabeza flotante tiene holgura para moverse dentro de la tapa de la carcasa. El flujo en la carcasa es de un sólo paso, pero la circulación del líquido está controlada por los deflectores. Sin los deflectores, los tubos se pandearían y el flujo sería paralelo a los tubos, dando una transferencia de calor pobre. Cada intercambiador está diseñado para una función específica con los deflectores instalados a distancias determinadas. Detalles De Una Cabeza Flotante

Anteriormente, la cabeza flotante se empernaba directamente a la placa portatubos flotante y podía ser dejada en la placa portatubos cuando se sacaba el haz de la carcasa. Este sistema dejaba un espacio muerto grande entre el lado externo de los tubos y la carcasa. El anillo sujetador de la cabeza flotante hace un uso más completo de la carcasa pero tiene que ser sacado antes de que el haz pueda ser removido. Note que un fallo de los empaques internos puede causar la contaminación de los líquidos entre la carcasa y los tubos.

12-12

VISTA TRANSVERSAL DE UN INTERCAMBIADOR DE PLACA PORTA-TUBOS FLOTANTE (CROSS SECTIONAL VIEW OF FLOATING TUBESHEET EXCHANGER) CUBIERTA DEL CABEZAL FLOTANTE , ANILLO ESPACIADOR DE LA CABEZA FLOTANTE

/

ANILLO PARTIDO SUJETADOR DE LA CABEZA FLOTANTE

VENTEO TUBOS DEL INTERCAMBIADOR FLUJO DE PASO SIMPLE EN LA CARCASA

TAPA DE LA CARCASA

BOQUILLA DE DESCARGA DE LA CARCASA

ENTRADA AL CANAL

NJ

W

4 PASOS EN LOS TUBOS

TABIQUE DE DISTRIBUCIÓN DRENAJE

PLACA PORTATUBOS FLOTANTE

BOQUILLA DE ENTRADA ALA CARCASA

ESPACIADOR DE LOS / DEFLECTORES DEFLECTOR DE ENTRADA PLACA PORTATUBOS FIJA

TAPA DEL CANAL DESCARGA DEL CANAL

CANAL UOP 220-12-2

INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CARCASA (SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER) DETALLES DE LA CABEZA FLOTANTE (DETAIL OF A FLOATING HEAD)

BRIDA DE UNION DE LA CARCASA CON LA TAPA

BRIDA

BRIDA DE LA TAPA DE LA CARCASA TAPA DE LA CARCASA

CARCASA

PERNO DE SUJECCION

VARILLA DE SUJECCION

EMPAQUE DE LA TAPA DE LA CARCASA

ENTRADA A LA CARCASA

ESPACIADOR

TAPA DEL CABEZAL FLOTANTE EMPAQUE DEL CABEZAL FLOTANTE PERNO DEL CABEZAL FLOTANTE BRIDA DEL CABEZAL FLOTANTE

PLACA PORTATUBOS FLOTANTE TUBOS DEFLECTOR

ANILLO CENTRADOR DEL CABEZAL FLOTANTE BARRA DE EMPALME (GIRADA 90° CON RESPECTO AL ANILLO CENTRADOR)

Hervidor Tipo Caldera Con Tubos En "U" (Hervidor De Calderín)

Note que la altura del vertedero mantiene al haz de tubos cubierto con liquido en todo momento. Note también el espacio para el vapor sobre los tubos para la vaporización del líquido. En circunstancias normales, el haz de tubos no debe exceder los 2/3 del diámetro de la carcasa.

VISTA TRANSVERSAL DE UN HERVIDOR TIPO CALDERA CON TUBOS EN "U" (CROSS-SECTIONAL VIEW OF U-TUBE KETTLE TYPE REBOILER)

- CANAL

SALIDA DE VAPORES DEL HIDROCARBURO

PLACA PORTATUBOS FIJA

TOMAS DEL CONTROL DEL NIVEL

5 ' c

ENTRADA DEL VAPOR

ESPACIO PARA LA SEPARACIÓN DEL VAPOR VERTEDERO

n

' SALIDA DEL ENTRADA DEL CONDENSADO HIDROCARBURO

TUBOS EN U \ /

DEFLECTORES

rf

CARCASA

DESCARGA DEL HIDROCARBURO CALIENTE

TAPA bELCANAL

UOP 220-12-7

Procedimiento Para 1. Primero se cierra el paso de fluido caliente. Esto se debe Sacar De Servicio hacer lentamente para permitff que el intercambiador se Un Intercambiador enfríe lentamente. De Calor No se debe cerrar el fluido frío primero, porque de otro modo el calor del lado caliente causaría el calentamiento del fluido frío, el cual no dispone de espacio para su expansión, la presión aumentaría y causaría la ruptura del intercambiador. 2. Después de que el fluido caliente ha sido cerrado, tanto a la entrada como a la salida de los intercambiadores, y la temperatura ha bajado hasta la del fluido frío, se pueden cerrar las válvula del fluido frío. 3. Drenar o bombear los líquidos de la carcasa y de los tubos.

12-15

4. Por seguridad, las líneas de entrada y salida se deben tapar con bridas ciegas. 5. Si en el intercambiador circulan aceites agrios o que puedan formar incrustaciones de sulfuro de hierro, se debe lavar con agua antes de destaparlo. Procedimiento Para 1. Examine el intercambiador cuidadosamente para Poner En Servicio asegurarse de que todas las conexiones han sido hechas y Un Intercambiador de que todas las tuberías estén listas. No debe haber pernos De Calor sueltos, todas las bridas deben tener sus empaques, etc. 2. Todas las válvulas deben estar en posición cerrada. 3. Abra las válvulas de venteo de los fluidos frío y caliente. 4. Abra un poco la válvula de entrada del fluido frío. Ventee todo el aire hasta que esté lleno de líquido. Cierre la válvula de venteo del fluido frío. 5. Abra ligeramente la válvula de salida del fluido caliente, ventee todo el aire y cierre la válvula de venteo. En este punto ambos lados del intercambiador están llenos de líquido. Entonces abra completamente la válvula de entrada del fluido frío y la de salida del fluido caliente. 6. La válvula de salida del fluido frío puede ser abierta lentamente hasta que el fluido frío esté circulando por el intercambiador. 7. Comenzar a abrir lentamente la válvula de entrada del fluido caliente. •»

8. Ambas válvulas, la de salida del fluido frío y la de entrada del fluido caliente deben abrirse lentamente hasta que estén abiertas completamente. Todas las operaciones deben hacerse lentamente y debe tenerse cuidado de que no haya cambios súbitos de temperatura.

Detección De Fugas En Los Intercambiadores

En algunos casos, antes de ponerlo en servicio, se somete el equipo a pruebas hidrostáticas para detectar fugas, aunque el equipo hubiese ya sido probado en el taller de fabricación. Algunas veces, durante la operación, los productos se contaminan debido a fugas en los tubos del intercambiador. El método básico de prueba es el siguiente:

12-16

En un intercambiador de cabezales fijos, después de que se han sacado las tapas, se conecta el equipo de prueba hidrostática a la carcasa y se detectan las fugas por la presencia de agua en uno o más tubos. El tubo que pierde es sacado de servicio mediante tapones metálicos que se colocan en los extremos del tubo. La prueba se repite hasta que no haya tubos con pérdidas. En un intercambiador de cabezas flotantes el procedimiento es algo diferente. Después de que las tapas han sido sacadas se coloca un anillo de prueba especial para cerrar herméticamente los tubos y la carcasa. El procedimiento entonces es similar al anterior para cabezales fijos. Siempre se usa un líquido frío para las pruebas ya que un liquido caliente podría causar expansión de los tubos y de la carcasa resultando en daños al equipo. La prueba hidrostática a temperatura ambiente se hace a presiones de 1,5 veces la presión de diseño corregida por la temperatura, excepto en el caso de hierro fundido que tiene otros códigos de control. Se debe tener en cuenta cuando se hace una prueba hidrostática que la diferencia de presión máxima entre los tubos y la carcasa no debe excederse. Este valor viene estampado en la placa metálica que identifica al intercambiador. Torres De Enfriamiento

En torres de enfriamiento de agua se transfiere calor del agua al aire por contacto directo. El enfriamiento se obtiene por la evaporación de parte del agua. El aire que entra a la torre de enfriamiento está parcialmente saturado con agua y, a medida que el aire sube por la torre, el contenido de agua en el aire aumenta hasta que se satura completamente. Hay dos tipos principales de torres de enfriamiento: de convección natural y de convección forzada. Las torres de convección forzada circulan aire por medio de ventiladores de tiro forzado o de tiro inducido. Los ventiladores de tiro forzado están a nivel del suelo. La ventaja de este tipo estriba en la comodidad de efectuar reparaciones o mantenimiento general. La desventaja es que se puede recircular aire caliente saturado, reduciendo el enfriamiento. Las torres de tipo inducido tienen ventiladores en la parte superior de la torre que fuerzan al aire hacia arriba. La posibilidad de recirculación de aire caliente saturado disminuye debido a la velocidad que tiene el aire al abandonar la torre.

12-17

En cada tipo de torres de enfriamiento, el aire entra por el fondo y sale por la parta alta. El agua caliente entra por la parte superior, en donde se distribuye uniformemente y cae en contracorriente con respecto a la corriente de aire ascendente. Normalmente dentro de cada torre hay tablas o vigas deflectoras para romper la caída natural del agua y producir una mezcla más intima aire-agua, la cual incrementa la transferencia de calor. La temperatura del agua enfriada depende de: a) De la cantidad de agua que entra en la torre b) De la temperatura del agua a la entrada c) De la temperatura ambiente d) De la humedad del aire e) Del volumen de aire circulante f) Del tamaño de la torre g) De las condiciones mecánicas del sistema de distribución del agua y de los deflectores dentro de la torre. La máxima temperatura admisible del agua de enfriamiento es de 50°C. Por encima de esta temperatura se inicia la formación de depósitos dentro de las tuberías del agua de refrigeración.

12-18

TORRE DE ENFRIAMIENTO DE TIRO INDUCIDO (INDUCED DRAFT COOLING TOWER) AIRE CALIENTE Y VAPOR DE AGUA VENTILADOR DEFLECTORES DE REDISTRIBUCIÓN

ENTRADA DE AGUA ro CD

DEFLECTORES PARA ROMPER LA CAÍDA DEL AGUA

FLUJO DE AIRE LUMBRERA

AGUA DE ENFRIAMIENTO A LAS BOMBAS DE CIRCULACIÓN UOP 220-12-8

Enfriadores Y Condensadores

A

Un gran porcentaje del enfriamiento y condensación en una refinería se hace por medio de intercambiadores que usan

Base De Aire tubos con aletas por fuera de los cuales circula aire como (Aerorefrigerantes) medio de refrigeración. Un enfriador de aire o aerorefrigerante consiste en un ventilador con una o más secciones de transferancia de calor montadas horizontalmente en un armazón de soporte. Las secciones de transferencia de calor consisten de tubos con aletas fijados entre los cabezales. Están diseñados de manera que un cabezal es fijo, mientras que el otro puede compensar las expansiones o contracciones térmicas. Los cabezales tienen tapas removibles para permitir que se limpien e inspeccionen los tubos. El objeto de las aletas es el de aumentar el área de transferencia de calor y por ende permitir una mayor disipación de calor. Los ventiladores que van montados sobre los tubos se conocen como de tiro inducido y los que están montados bajo los tubos se denominan de tiro forzado. Para controlar la temperatura de salida, el flujo de aire a través de los tubos con aletas se regula ya sea por el cambio del ángulo de las aspas del ventilador o abriendo o cerrando las lumbreras o persianas. La velocidad del ventilador se establece y determina por medio de la velocidad lineal de los extremos de las aspas. Las aspas son normalmente de plástico o de aluminio. Todos los ventiladores están provistos de disparos automáticos para paro en caso de vibración excesiva. Aún cuando el ventilador esté parado, la mayoría de estos enfriadores retienen un 30% de eficiencia. Durante la operación normal, se deben inspeccionar los cabezales para detectar pérdidas. Examine regularmente las aspas del ventilador para ver que no rocen con el resto del equipo, que giren libremente y que no estén quebradas ni dobladas. Si un ventilador se para por si solo, antes de que se intente ponerlo en marcha nuevamente se debe determinar que es lo que ocasionó la parada. Asegúrese de que las aspas estén intactas — a menudo se aflojan y caen. Una causa frequente de parada es por acción del interruptor de disparo automático debido a vibración excesiva. Un operario debe saber qué ventiladores deben estar funcionando en su unidad en todo momento, de manera que pueda determinar si su funcionamiento es normal.

12-20

ENFRIADORES POR AIRE (AEROREFRIGERANTES) (-FIN FAN COOLERS) RANURA PARA EXPANSIÓN

CARCASA Y GUIAS DEL ENFRIADOR

ENTRADA

PLACA DE IDENTIFICACIÓN

CABEZAL FIJO ro lo

DETALLE DEL CABEZAL MOSTRANDO UN DEFLECTOR ABIERTO

TAPÓN TIPO HOMBRERA CON EMPAQUES DE METAL SOLIDO ENFRENTE DE CADA EXTREMO DE LOS TUBOS

CANAL O RANURA PARA EL MANDRILADO DE LOS TUBOS

LOS TUBOS ESTÁN MANDRILADOS DENTRO DEL CABEZAL UOP 220-12-9

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OP€MTOIK

COMBUSTIBLES (FUEL OIL), COMBUSTIBLES GASEOSOS Y SISTEMAS DE ANTORCHA

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

13-1

SISTEMAS DE ACEITE Y GAS COMBUSTIBLE Y SISTEMA DE ANTORCHA (FUEL OIL, FUEL GAS AND FLARE SYSTEMS) Sistema De Antorcha

El sistema de antorcha (o tea) es la válvula de emergencia de una refinería. Este sistema proporciona a varias unidades la capacidad de depresionar su contenido en un lugar donde los componentes puedan ser quemados bajo condiciones controladas y seguras. Las lineas de alivio de presión de varias unidades de la refinería se juntan en el cabezal de la tea o antorcha. Hay una purga de una pulgada de diámetro del sistema de gas combustible para mantener una presión positiva en el cabezal de la antorcha en todo momento a fin de eliminar la posibilidad de ingreso de aire al sistema que pudiera causar una explosión. El gas que va a antorcha fluye a través de un tambor de separación a través de una válvula de retención de lengüeta para impedir contraflujos indeseables al cabezal de la antorcha. El tambor de separación está provisto de una bota colectora con una bomba que succiona el líquido y lo manda al tanque de slops. El tanque de separación tiene un visor de nivel, una alarma de alto nivel para el líquido y un manómetro. Cuando sea necesario desalojar grandes cantidades de materiales como propano, butano o sus mezclas, el contenido puede alcanzar temperaturas muy bajas en el tambor separador, debido al efecto de autorefrigeración. Es necesario tomar las precauciones adecuadas para impedir la congelación de las líneas. Por lo tanto, algunos recipientes de este tipo tienen serpentines de vapor para acelerar la vaporización de tal manera que los residuos líquidos puedan ser bombeados a almacenamiento a presión atmosférica. Los vapores que fluyen desde el tanque separador a la antorcha salen del tope del recipiente y entran a la chimenea de antorcha a un nivel más alto que el extremo superior del recipiente. Esta línea no contiene espacios de acumulación de líquidos, de tal manera que todo material que condense luego de salir del recipiente drenará nuevamente a éste. Una antorcha tiene una altura típica de 100 a 200 pies (30 a 60 m) y su extremo está manufacturado de una aleación que pueda resistir altas temperaturas. Existe otra lengüeta de retención dentro de la chimenea para evitar contraflujo y hay un pequeño by-pass provisto de un retenedor de llama utilizado cuando se trabaja con flujos de gas muy pequeños.

13-3

Generalmente existen tres llamas pilotos espaciadas entre sí 120° para el encendido de la antorcha. El sistema de encendido de los pilotos se regula manualmente y está formado por una mezcla de aire y gas combustible. La llama de encendido se propaga a través de un tubo hasta el quemador piloto. Estos quemadores pilotos queman gas combustible de refinería. Algunos tipos de antorcha están provistos de un anillo de vapor para minimizar la producción de humo. El funcionamiento de la antorcha sin humo puede esperarse en condiciones normales en la combustión de gases de fuga de las válvulas de alivio o procedentes del venteo de las unidades de proceso. La antorcha está provista de una línea de vapor y de una válvula de control manual en la línea de vapor. Cuando la operación del proceso requiere un venteo manual, se debe notificar a la persona responsable de la antorcha de manera que se inyecte vapor suficiente para eliminar el humo. Durante condiciones anormales la válvula de control del vapor debe abrirse para eliminar el humo en lo que sea posible. Sin embargo, una operación totalmente sin humo durante una sobrecarga puede resultar imposible debido a las grandes cantidades de vapor que se requerirían. Algunas refinerías emplean también un sello de agua después del tanque de separación como un precaución de seguridad para impedir el contraflujo de aire al sistema. Esta agua puede estar localizada en un recipiente separado o en la base de la antorcha misma. Hay ocasiones en las que algunas unidades deben aislarse del cabezal de la antorcha. Debido a la presencia de sulfuro de hidrógeno en el cabezal, se debe usar equipo de protección (máscaras, etc.) para realizar esta maniobra. El aislamiento (desconexión) de cualquier sistema de alivio es una decisión importante y se requiere permiso del supervisor para poder realizarlo.

13-4

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL SISTEMA DE ANTORCHA (SCHEMATIC DRAWING OF A FLARE SYSTEM) PILOTOS Y SISTEMA DE ENCENDIDO

BOQUILLA DE COMBUSTION DE LA ANTORCHA CHIMENEA DE LA ANTORCHA VÁLVULA DE RETENCIÓN DE LENGÜETA V ¿n

TAMBOR SEPARADOR DE LÍQUIDOS

GAS COMBUSTIBLE

R.O.

í

ALIVIO DE PRESIÓN DE LAS UNIDADES DE LA REFINERÍA

RETENEDOR DE LLAMA

H

7>

PLACA GAS COMBUSTIBLE

1 BOMBEO AL TANQUE DE SLOP

SISTEMA DE IGNICIÓN DE LOS PILOTOS

AIRE UOP 220-13-1

SISTEMA DE GAS COMBUSTIBLE (FUEL GAS) (FUEL GAS SYSTEM) Equipo Principal

El recipiente acumulador de gas combustible, hecho de acero al carbono, está equipado con un sistema de balanceo de presión, un visor de nivel, un indicador de nivel con alarma para alto nivel, y una válvula de alivio que opera a 5,25 kg/cm2 ó 75 psig. El objeto del tambor de gas combustible en la refinería es el de proveer un almacenaje para los gases combustibles y proporcionar gas libre de líquidos a una presión constante de 3,5 kg/cm2 o 50 psig al sistema de gas combustible. La mayor parte del gas combustible recogido en el recipiente acumulador proviene de las unidades que tratan gases, pero existe también una pequeña cantidad proveniente de los venteos de los prensaestopas de los compresores.

Control De Presión Del Gas Combustible

El controlador de presión del gas combustible es del tipo dividido. Esto significa que actúa sobre dos válvulas de control. Un controlador de presión de tipo completo abre o cierra una válvula de control sobre su margen completo de descarga de aire de instrumentos. El margen completo de salida del aire de instrumentos es de 0,21 kg/cm2 (3 psig) a 1,05 kg/cm2 (15 psig). Sin embargo, un controlador de tipo dividido regula una válvula de control de 0,21 kg/cm2 a 0,63 kg/cm 2 y otra válvula de control de 0,63 kg/cm 2 a 1,05 kg/cm2. El controlador dividido en el sistema de control del tanque acumulador de gas combustible regula una válvula sobre el propano que viene al tanque acumulador de 0,21 kg/cm 2 a 0,63 kg/cm 2 . A 0,21 kg/cm2 de salida hacia la válvula de control, esta válvula se encuentra completamente abierta, permitiendo la reposición de propano y estableciendo la presión en el tanque. Cuando la presión del gas combustible está a 3,5 kg/cm 2 , pero se requiere propano para mantener la presión del tambor, la salida del aire del controlador dividido estará entre 0,21 kg/cm 2 y 0,63 kg/cm 2 . Sin embargo, si el consumo de gas combustible en los hornos de gas decrece, la presión en el recipiente se elevará y el aire de salida a la válvula de reposición de propano subirá a 0,63 kg/cm2 y cerrará esta válvula. Si la presión de gas combustible todavía aumenta, la salida de aire del controlador subirá a más de 0,63 kg/cm 2 y la segunda válvula de control se abrirá permitiendo el flujo de gas hacia el sistema de antorcha y manteniendo constante la presión del recipiente.

13-7

Nivel Del Líquido

Si aparece un nivel de líquido en el acumulador de gas combustible, se deben comprobar todas las temperaturas y niveles en los acumuladores de cabeza de los fraccionadores. Es posible que el líquido venga acarreado hacia el recipiente de gas combustible a causa del alto nivel en un recipiente o debido a la alta temperatura del mismo. El problema debe ser corregido inmediatamente. Si el nivel del líquido comenzara a hacerse visible a través del visor, hay que drenar el recipiente a la antorcha o al sistema de drenaje. Hay que evitar sin embargo el paso de hidrocarburos ligeros al sistema de drenajes. El distribuidor de gas combustible proporciona gas a los siguientes equipos: 1. Gas inerte en los tanques de almacenaje 2. Sistema de antorcha 3. Hornos en las varias unidades de proceso.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL SISTEMA DE GAS COMBUSTIBLE (SCHEMATIC DRAWING OF A FUEL GAS SYSTEM) CONTROLADOR DIVIDIDO

A LA ANTORCHA

GAS A LA REFINERÍA TAMBOR DE GAS COMBUSTIBLE DE LA REFINERÍA

+ PRCAHL

LIAH

DRENAJE A LA ANTORCHA O AL DESAGÜE

PROFANO

,-JÍ

GAS COMBUSTIBLE DE OTRAS FUENTES

13-8

UOP 220-13-2

SISTEMA DE ACEITE COMBUSTIBLE (FUEL OIL) (FUEL OIL SYSTEM) 1. EQUIPO PRINCIPAL a) Tanque aislado de aceite combustible con su controlador de nivel. b) Bombas de aceite combustible. Accionada por turbina (bomba primaria). Accionada por motor (bomba auxiliar). c) Horno de fuel oil. d) Dos juegos de filtros. Uno colocado antes de las bombas de circulación y otro colocado después del horno. e) Controlador de presión del cabezal de aceite combustible. 2. SISTEMA DE ACEITE COMBUSTIBLE a) Las fuentes de suministro de aceite combustible al tanque de fuel oil, o a la succión de las bombas de circulación de aceite combustible son: — Reposición de emergencia desde almacenaje al tanque diario (*) bajo control de nivel de este último. — Aceite combustible procedente de las unidades de proceso. — Slops (residuos) de almacenaje. (-*) Un tanque diario es un tanque de almacenamiento temporal al cual se descarga desde una o varias unidades y del cual se extrae contenido en forma continua para su uso en otras unidades. 3. TANQUES DE ALMACENAMIENTO Cuando no hay suficiente aceite de residuos y aceite combustible de refinería para mantener el nivel en el tanque diario de aceite combustible, el nivel deberá reponerse mediante una aportación desde almacenaje. El drenaje de agua en el fondo del tanque diario debe ser examinado frecuentemente y el agua debe ser drenada. 4. BOMBAS DE ACEITE COMBUSTIBLE Las bombas de aceite combustible circulante succionan del tanque diario. Usualmente la bomba accionada a turbina

13-9

está en servicio mientras que la bomba impulsada a motor se encuentra en condiciones para operar en cualquier instante (stand-by). Esta bomba debe tener siempre las válvulas de succión y de descarga abiertas y debe estar siempre purgada. La válvula en la toma de presión de la descarga de la bomba en operación debe estar abierta ya que ésta provee la puesta en marcha automática de la bomba auxiliar. Las dos bombas son rotativas de desplazamiento positivo y su descarga está provista de una línea de alivio que retorna a la succión. Las bombas de circulación de aceite combustible bombean a un horno vertical calentado por gas y de allí al cabezal principal que provee aceite combustible bajo control de presión a las unidades y otras zonas de proceso. Se mantiene en el cabezal una presión de aproximadamente 7 kg/cm 2 o 100 psig. Cualquier aceite en exceso del que se requiere en las unidades pasa a través del controlador de presión y regresa al tanque diario. Generalmente el sistema está diseñado para circular approximadamente 3 veces la cantidad quemada, suponiendo que todos los quemadores de aceite combustible están funcionando al 100% de capacidad. 5. Si por alguna razón falla el flujo de aceite combustible al horno, entonces el flujo de gas al quemador se corta automáticamente. Otros modelos tienen puesta en marcha automática de cualquiera de las bombas circulantes. Aunque la bomba accionada por turbina es la bomba principal, a veces es la bomba impulsada por motor la que está en funcionamiento. La turbina de vapor puede mantenerse en rotación lenta abriendo una pequeña válvula de globo en el by-pass del sistema de válvula de control en "E" en la línea de entrada de vapor. Abriendo la toma de presión en la descarga de la bomba impulsada por motor y sellando la purga de aire con la mano hasta que 1,4 kg/cm2 de presión de aire de instrumentos vaya al diafragma de la válvula de control de vapor, se cierra la válvula de control. A partir de este punto las válvulas de bloqueo situadas antes y después de la válvula de control pueden ser abiertas. Una caída de presión en la descarga de la bomba impulsada por motor, eliminará la presión de aire en la válvula de control del vapor, con lo que ésta se abrirá y permitirá así la entrada de vapor hacia la turbina que estará controlada por su regulador de velocidad. Al igual que en todas las bombas de arranque automático, las válvulas de succión y de descarga de la bomba deben estar completamente abiertas en cualquier momento y la bomba debe estar completamente cebada.

13-10

6. OPERACIÓN CON BY-PASS El tanque diario de aceite combustible puede ser by-pasado abriendo la válvula de by-pass en la línea de succión de la bomba y la válvula en la línea de retorno a la succión. Entonces se cierra la válvula en la línea de retorno al tanque diario y la válvula de succión del tanque. El horno de aceite combustible también puede ser by-pasado. Para ello, sin embargo, se deben extinguir los fuegos en el horno, debe abrirse completamente el deflector en la chimenea y debe introducirse vapor de sofocación en la cámara del horno. En este punto, se abre la válvula de by-pass, se cierra la válvula de entrada al horno y también la válvula de salida. Se usan filtros dobles en la línea de succión de la bomba de aceite circulante. Estos filtros son de malla 0,8. La presión diferencial a través de los filtros no debe superar los 0,7 kg/cm2 ó 10 psig. La presión diferencial se mide bloqueando la toma de presión posterior y abriendo la toma de presión anterior al filtro. Se lee el manómetro, luego se bloquea la toma de presión anterior y se abre la toma posterior. Restar la presión posterior al filtro de la anterior para obtener la presión diferencial a través del sistema. Se instala otro juego de filtros en la línea posterior al horno de aceite combustible. Las medidas de presión diferencial se hacen de la misma forma que se dicustió en el párrafo anterior.

7. CALENTAMIENTO POR VENAS DE VAPOR Se debe usar continuamente el calentamiento con vapor. Las venas de vapor deben estar en buen estado y todas las trampas trabajando eficientemente.

13-11

DIAGRAMA DE FLUJO ESQUEMÁTICO DE UN SISTEMA DE ACEITE COMBUSTIBLE (SCHEMATIC FLOW DIAGRAM OF A FUEL OIL SYSTEM)

TANQUE DIARIO DE ACEITE

CALENTADOR DEL ACEITE COMBUSTIBLE

ACEITE COMBUSTIBLE A REFINERÍA

BOMBAS DE CIRCULACIÓN GAS DE ACEITE COMBUSTIBLE COMBUSTIBLE AL (MOTOR Y CALENTADOR. TURBINA). AMBAS PROVISTAS PROVISTO DE UIVI DE ARRANQUE AUTOMÁTICO. MECANISMO DE CIERRE A BAJO CAUDAL DE ACEITE. ACEITE COMBUSTIBLE DE LAS UNIDADES DE PROCESO O DEL TANQUE DE SLOP REPOSICIÓN DESDE EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO

FILTRO DÚPLEX

PICAL

RETORNO DE ACEITE COMBUSTIBLE DE LA REFINERÍA

UOP 220-13-3

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

HORNOS

uop Process Division UOP Inc.

14-1

CALENTADORES DE FUEGO DIRECTO U HORNOS (FIRED HEATERS OR FURNACES) La forma de energía más importante usada en una refinería es el calor. La energía calórica se obtiene por la combustión (quemado) del combustible. Naturalmente, puesto que la combustión involucra fuego y altas temperaturas, la combustión debe estar bien controlada para ser segura. En este capítulo se discutirán las características de diseño y la operación segura de diferentes hornos o calentadores. El aspecto principal es el fuego o combustión. Todos conocemos el fuego y sus efectos, pero para entender que causa el fuego, debemos entender los papeles que juegan el aire, el combustible y la temperatura de ignición. Se cubrirá primeramente el aire. Nada se quemará a menos que el oxígeno esté presente para combinarse con el combustible. El 20 % del aire es oxígeno, mientras que el resto está compuesto principalmente por nitrógeno, el cual es inerte y no contribuye a la combustión. En todos los calentadores de fuego directo, el oxígeno se suministra mediante la introducción de aire dentro del calentador. En algunos diseños el aire es forzado dentro del horno con ventiladores, pero, en la mayoría de los casos, el aire se introduce dentro del horno mediante el tiro natural. Para asegurarse de que esté presente la suficiente cantidad de aire para realizar la combustión completa, se arrastra hacia el quemador más aire que la cantidad teóricamente requerida para quemar todo el combustible. Puesto que el combustible es un hidrocarburo que contiene carbono e hidrógeno y el aire contiene oxígeno, los productos de la combustión que salen por la chimenea del calentador deben contener estos componentes. El hidrógeno contenido en el combustible (hidrocarburo) reacciona con el oxígeno contenido en el aire para formar agua. Dos moles de hidrógeno (H2) reacciona con un mol de oxígeno (O2) para formar dos moles de agua (H2O). El carbono forma dióxido de carbono. Un mol de carbono (C) más un mol de oxígeno dan un mol de dióxido de carbono (CO2). El nitrógeno que entra con el aire no interviene en la combustión y sale por la chimenea del calentador con el agua y el dióxido de carbono, más el exceso de oxígeno. El porcentaje de exceso de aire requerido para completar la combustión es usualmente de 15-25% o 3-5% de oxígeno.

14-3

Combustibles

En una refinería se usan dos formas básicas de combustibles: líquidos y gaseosos. El combustible líquido más comúnmente usado es el fuel oil (aceite pesado) N°6; sin embargo, se pueden utilizar otros aceites pesados tales como el "slurry" de craking catalítico y fondos de vacío, los cuales pueden mezclarse para formar un aceite combustible pesado. El único problema con este tipo de aceites combustibles es que no se deberían usar tubos de superficie extendida (tubos atetados) en la sección de convección de los calentadores. Estos son tubos que tienen aletas o pernos soldados para incrementar el área de transferencia de calor. Si se usan tubos de superficie extendida, el diseño debe proveer sopladores de hollín para eliminar el hollín depositado al quemar combustibles muy pesados. Cuando se utiliza combustible líquido, se lo atomiza con vapor antes de mezclarlo con el aire para que la mezcla sea homogénea y pueda ser encendida. El vapor de atomización se mezcla con el aceite en el quemador y forma una lluvia muy fina que sale a presión por la boquilla del quemador. Este combustible pulverizado es mezclado con aire y llevado a la temperatura de ignición mediante una llama piloto, o mediante el calor irradiado por la caja de refractario del horno. Si el combustible líquido no se vaporiza ni se quema, cubrirá las paredes, pisos y tubos del horno y luego formará coque en estas secciones. El coque actúa como un aislante, particularmente en los tubos, por lo que debe evitarse la existencia de aceite sin quemar en el interior del horno. Además existe el peligro de explosión al encenderse este aceite no quemado y vaporizado en la parte superior del horno. El tipo más común de combustible gaseoso es el gas de refinería, que es una mezcla de todas las corrientes gaseosas que salen de los varios recipientes de la refinería. Generalmente, todas estas corrientes de gas son recogidas en un tambor de gas, se mezclan y luego se alimentan a los diferentes calentadores. Para realizar esto, es decir proveer un combustible de poder calorífico constante a los calentadores, la densidad y el contenido calorífico del gas deberán ser razonablemente constantes. Otro combustible gaseoso es el gas natural, el cual generalmente se recibe de fuera de la refinería. El gas natural tiene una densidad relativamente constante, está compuesto de metano en su mayor parte, y quema de forma limpia, aunque puede resultar caro. En caso de que no se disponga ni de gas de refinería ni de gas natural, temporalmente se puede usar otro combustible

14-4

gaseoso formado por una mezcla de propano y de butano. Este gas licuificado de petróleo (LPG) es un combustible excelente, pero es caro y se debe usar solamente en el arranque inicial y en circunstancias extraordinarias en las que no se disponga de otros combustibles. Para efectuar la combustión del combustible gaseoso con el aire, se debe formar una mezcla que se encienda y se debe suministrar a esta mezcla la suficiente cantidad de calor para que alcance la temperatura de ignición. Para cada tipo de gas hay una concentración de aire a la cual el calor cedido por la ignición es suficiente para calentar el resto de la mezcla lo bastante rápido como para mantener una combustión continua. Fuera de los limites de esta zona de combustión el efecto diluyente de los gases no quemados es tan grande que apagarán la llama. Los límites de inflamabilidad superior e inferior para mantener la combustión del hidrógeno son 71,4% y 6,2% de hidrógeno, respectivamente. Para metano el límite superior es 13,3% de metano y el límite inferior es 5,8% de metano. Temperatura De Ignición

La temperatura de ignición es la temperatura a la cual una mezcla de aire y gas debe calentarse para que la mezcla se queme sin el suministro externo de calor. Esta temperatura difiere bastante para los diferentes materiales. La temperatura de ignición a la presión atmosférica para hidrógeno es de 580°C o 1076°F. Para metano a la presión atmosférica es 650°C o 1202°F. Para fuel oil N°6 es 407°C o 764°F. Se ve entonces que es más fácil alcanzar la temperatura de ignición del fuel oil N°6 que las temperaturas de ignición del hidrógeno o del metano. También se puede deducir que, sin la apropiada temperatura de ignición dada por el calor suministrado por una llama piloto, o una antorcha de ignición, o el calor radiante del bloque de un quemador, el combustible no quemará. Sin oxígeno o aire el combustible no quemará, y sin la mezcla apropiada de aire y combustible no se puede mantener la llama. El calor producido por el quemado del combustible se transfiere al fluido de proceso de tres maneras: por radiación, por convección y por conducción. RADIACIÓN — Se puede explicar mejor si se compara con la luz. Si los tubos están encarados a la llama del quemador, el calor es transferido por radiación. A estos tubos se los conoce como tubos de radiación. Entre el 60 y el 70% del calor transferido en el hogar es calor de radiación.

14-5

CONVECCIÓN — Ocurre cuando los gases calientes fluyen desde el hogar hacia la chimenea. Los tubos absorben el calor al paso de los gases calientes. Éste se conoce como calor de convección. CONDUCCIÓN — Ocurre cuando se transfiere calor desde la cara exterior del tubo al aceite que fluye en el interior del mismo. Por alguna de las siguientes razones se requiere calor en las unidades de proceso. 1. Para incrementar la temperatura del hidrocarburo y producir su vaporización, de tal manera que pueda ser separado en varios cortes de puntos de ebullición cercanos por fraccionamiento. 2. Para aumentar la temperatura del aceite hasta el punto en el que se producen reacciones térmicas. Ejemplo: unidad de "Visbreaking". 3. Para incrementar la temperatura del aceite hasta el punto necesario para que se produzcan reacciones catalíticas. Ejemplo: "Platformer".

14-6

HORNOS VERTICALES (VERTICAL HEATERS) Un horno vertical consta de un cilindro u hogar vertical, de acero, montado sobre soportes revestidos de hormigón para protegerlos contra el fuego. La base externa del horno debe estar a 7 pies del nivel del suelo para proveer el suficiente espacio de trabajo. La cara interna del hogar está recubierta con material refractario u hormigón aislante. El hogar contiene tubos radiantes verticales, los cuales están conectados por sus extremos superiores e inferiores mediante codos de radio corto de 180°. Los tubos se soportan en soportes hechos con materiales de alta aleación. Los quemadores y sus bloques envolventes están montados en el piso del calentador. Pueden haber desde un quemador hasta 6 simétricamente colocados en el fondo dependiendo del tamaño del calentador y de los requerimientos del proceso. En el fondo hay una puerta de acceso al hogar y una puerta de inspección. Generalmente, hay una o más puertas de inspección en las paredes del hogar según sea el tamaño del horno. En la parte baja del hogar se tienen entradas laterales para vapor de sofocamiento o de purga. En el horno mostrado, las líneas de proceso salen por el fondo. En el techo del horno se encuentran las entradas de las líneas de proceso y la puerta que sirve para levantar los tubos. El techo también soporta a la sección de convección, la cual contiene los tubos de convección en posición horizontal. La sección de convección soporta la chimenea de acero la cual va revestida de hormigón aislante. En la chimenea se encuentran una válvula de mariposa, un termopar de la chimenea, y una conexión para la medida del tiro. El objeto del medidor de tiro es el cíe determinar la presión en pulgadas de agua en el interior de la chimenea. Esta presión debe ser siempre negativa, de tal forma que el aire necesario para la combustión pueda ingresar en el horno. Los hornos verticales se usan con frecuencia porque requieren poco espacio. Pueden ser de un solo paso, si el flujo de proceso tiene una sola entrada, pasa por todo el hogar subiendo y bajando por el interior de los tubos verticales y sale por el fondo. O pueden ser hornos de paso múltiple, los cuales tienen varias entradas en la sección de convección, conexiones externas hacia la sección de radiación dentro del hogar, varias zonas de radiación, y varias líneas de salida del hogar.

14-7

La cantidad de pasos que se requiere está determinada por el tiempo total de residencia que necesita el proceso y la carga que pasa a través del calentador. El flujo de proceso entra por la zona de convección en la parte superior del horno, fluye a través de la zona de convección donde es calentado por los gases que van a la chimenea, pasa por conexiones externas e ingresa en la sección de radiación en donde se lo calienta hasta la temperatura requerida por el proceso, y sale del horno. La temperatura se controla mediante la cantidad de combustible quemado en el horno. Si se desea una temperatura alta en la corriente de salida, se deberá aumentar la cantidad de combustible a los quemadores. Si los quemadores están funcionando a su máxima capacidad y se requiere más calor adicional, se deberá encender otro quemador cuidando de balancear el quemado hasta alcanzar la temperatura de salida que necesite el proceso. Se proveen, en el fondo del hogar, lineas de vapor de sofocamiento para purgar el horno de residuos de combustible no quemado antes del encendido. El vapor que entra al hogar desplaza a los residuos de combustible no quemado. El vapor de sofocamiento puede también ser usado para limitar la cantidad de oxigeno en el horno en caso de incendio. En los calentadores verticales se pueden usar combustibles gaseosos o combustibles líquidos con vapor de atomización. En caso de que se use combustible líquido, la sección de convección no debe tener tubos aletados, a menos de que se instalen sopladores de hollín para eliminar periódicamente el hollín depositado en estos tubos. A veces, un proceso no requiere el uso de la sección de convección del horno y el fluido de proceso entra directamente a la sección de radiación. En este caso la sección de convección podría ser utilizada, por ejemplo, para proveer un cierto porcentaje del calor necesario para el hervidor de un fraccionador. Los fondos del fraccionador se envían a la sección de convección y luego van a un calentador adicional el cual proporciona el resto del calor necesario para la operación de fraccionamiento.

14-8

HORNO VERTICAL (VERTICAL HEATER)

CHIMENEA

VÁLVULA DE MARIPOSA CONEXIÓN PARA MANÓMETRO DE TIRO CONEXIÓN DE MUESTREO TUBOS DE CALENTAMIENTO DE LA SECCIÓN DE CONVECCIÓN

ENTRADA DEL FLUIDO DE PROCESO PUERTA PARA EL LEVANTAMIENTO DE LOS TUBOS

INTERCONEXIÓN

TUBOS DE CALENTAMIENTO DE LA SECCIÓN DE RADIACIÓN -\ VAPOR DE SOFOCAMIENTO

VAPOR

BLOQUE DEL QUEMADOR

BLOQUE ENVOLVENTE SALIDA-^

MIRILLA

14-9

Sección De Convección

La sección de convección puede existir tanto en calentadores verticales como en calentadores de tipo caja o de tipo cabina y generalmente se usa para recuperar calor de los gases calientes exhaustos que escapan por la chimenea. Los primeros tubos que van montados sobre el hogar se llaman tubos de impacto térmico debido a que están expuestos a la llama y además están circundados por el flujo de gases calientes. Los restantes tubos que se encuentran por encima de estas primeras hileras de tubos son los tubos de convección propios. Los tubos de convección pueden ser tubos de superficie extendida. Tubos de superficie extendida son aquellos tubos que tienen aletas o pernos soldados. La figura muestra una serie de tubos horizontales soportados por sus respectivos extremos en placas soporte. Cubriendo los extremos de los mismos se encuentra la caja del calentador. Este tipo de diseño requiere que la caja del calentador sea purgada con vapor de sofocamiento y drenada durante los arranques, mientras que aquellos tubos que están sostenidos por soportes en la parte intermedia y no tienen placas soporte ni cabezales se purgan con el mismo vapor de sofocamiento del hogar. La figura muestra la salida de la sección de convección yendo a la sección de radiación del horno vertical. Como se mencionó previamente, en algunos hornos la salida de la sección de convección puede ir a un calentador adicional. En otros casos la sección de convección se usa para la generación de vapor, mientras que el serpentín superior, que es el más cercano a la chimenea, se usa para precalentar el agua de alimentación a las calderas. Esta agua va a un tambor de vapor. El líquido del tambor de vapor va al segundo serpentín, que se encuentra debajo del serpentín de precalentamiento de agua, y el vapor de este serpentín regresa al tambor de vapor y puede usarse como vapor saturado. Sin embargo, si se requiere vapor recalentado, el vapor saturado pasa por un tercer serpentín suspendido entre el segundo serpentín y el conjunto de serpentines más cercanos a la llama. El vapor que sale de este serpentín está recalentado y va directamente al sistema de vapor. La sección de convección tiene como temperatura máxima de diseño la temperatura de entrada de los gases de combustión, o en otras palabras, la temperatura de diseño de los gases que ascienden del hogar. Generalmente esta temperatura nunca excede de los 1450°F (787°C). Normalmente la temperatura por encima de la sección de convección y la temperatura de los gases que salen por la chimenea están alrededor de los 700 a 750°F (370° a 400°C). Si la temperatura de la chimenea estuviera por debajo de los 500°F (260°C) se podría producir condensación y, si se usa gas o aceite combustible que contenga apreciables cantidades de azufre, se podría dar lugar a corrosión del recubrimiento y del cuerpo de acero de la chimenea.

14-10

Sección De Radiación

Observando la parte superior de la sección de radiación, se pueden apreciar los codos de radio corto que conectan cada uno de los tubos. La entrada viene directamente del proceso o del sistema de convección. La salida es por el fondo del horno. El fluido de proceso pasa de un tubo a otro y continúa con esta trayectoria hasta completar el recorrido a través del horno. También se puede observar la posición de la puerta de acceso, la colocación simétrica de los quemadores en el círculo de quemadores y la puerta de inspección del hogar.

CAJA DE HUMOS ENTRADA DEL FLUIDO DE PROCESO CAJA DEL CALENTADOR SALIDA A LA SECCIÓN DE RADIACIÓN PLACA DE SOPORTE DE LOS TUBOS

VAPOR DE SOFOCAMIENTO DRENAJE

SECCIÓN DE CONVECCIÓN DE UN CALENTADOR VERTICAL QUEMADOR

DIÁMETRO DEL CIRCULO DE QUEMADORES ENTRADA PROCEDENTE DE LA SECCIÓN DE CONVECCIÓN

MIRILLA

SALIDA PUERTA OE ACCESO

SECCIÓN DE RADIACIÓN

14-11

UOP 220-14-2

HORNOS DE TIPO CAJA (BOX TYPE HEATER) El horno de tipo caja se llama asi, o se denomina también horno de tipo cabina, debido a su forma. Este tipo de calentador se usa generalmente en unidades de crudo y de vacio. Este horno es más largo que alto. Tiene quemadores laterales y los tubos de la sección de radiación están colocados horizontalmente a lo largo de la pared vertical y en el techo inclinado o sección intermedia. Ésta abarca toda la sección de radiación. Los tubos de la sección de radiación se llaman tubos de pared. Generalmente hay muchos quemadores a ambos lados del horno, lo cual da una buena distribución del calor dentro del hogar. En el centro del hogar hay una pared de radiación o pared central por lo cual a veces se los denomina también hornos de pared central. Esta pared central está construida de ladrillo refractario. La llama de los quemadores está limitada a las paredes laterales, el ladrillo refractario de las paredes se calienta e irradia calor a los tubos. Esto tiene la ventaja de que existe muy poca probabilidad de que la llama toque a los tubos. El contacto con la llama podría producir una zona caliente localizada, lo que a su vez podría causar formación de depósitos de coque en el interior de los tubos. El coque actúa como aislante y el liquido o el gas de proceso no pueden remover suficiente calor al pasar por este punto, por lo que en este sitio el tubo se recalentará en exceso pudiendo excederse los límites de resitencia térmica del metal y produciéndose la rotura del tubo. Cuando se observe la pared de radiación o pared central, se notará la existencia de unas líneas obscuras correspondientes a las juntas de expansión, sistemáticamente diseñadas en la pared para permitir que los ladrillos se expandan. Estas líneas son simétricas y forman un diseño geométrico definido. Si se observan otras líneas que no forman un diseño geométrico regular, es muy posible que se trate de grietas. A veces, debido a la mala operación de los quemadores, un lado de la pared de radiación puede estar más caliente que el otro. Ésta es una condición muy peligrosa, ya que la pared podría ladearse y eventualmente desplomarse. El operario debe observar la pared regularmente a través de la mirilla del hogar para comprobar que no exista mayor calentamiento en un lado de la pared que en el otro. El operario también debe asegurarse de que el mismo número de quemadores operen a cada lado de la pared y que, además, estos se encuentren uniformemente espaciados. El operario debe rotar los quemadores que no se encuentren en servicio, de tal manera que el calor se distribuya

14-13

uniformemente sobre la pared radiante durante su jornada de trabajo. A excepción de la disposición horizontal de los tubos en el hogar, la existencia de varias chimeneas, y el uso de quemadores laterales, muchas de las características de los hornos tipo caja o cabina son idénticas a las de los calentadores verticales. Sin embargo, es necesario hacer mención especial de los soportes de los tubos. Los soportes para los tubos horizontales están colocados bajo el tubo, lo que permite que el tubo descanse sobre el soporte y pueda deslizarse hacia adelante y hacia atrás. Puesto que no se remueve calor del soporte, éste está hecho de una aleación con un alto contenido de cromo, generalmente alrededor de un 25%. Cuando los tubos se expanden, deben estar libres para moverse hacia adelante y hacia atrás en los soportes. El operario debe observar la posición de los tubos en los soportes y asegurarse de que los tubos están centrados en los soportes; es decir, que no se han desplazado de modo que hayan quedado parcialmente soportados o totalmente no soportados. Ésta es un situación muy peligrosa, ya que si los tubos metálicos calientes no están sostenidos, pueden doblarse y posiblemente romperse. La sección de convección de los hornos tipo caja está montada en el techo y opera de la misma forma que la sección de convección de los calentadores verticales. La entrada del fluido de proceso puede realizarse por la sección de convección. El ejemplo que se está estudiando es un sistema de dos pasos. La entrada del fluido de proceso está a ambos lados de la sección de convección. Los tubos están interconectados en cada paso, pero los pasos se mantienen separados. Los tubos de interconexión de la sección de convección son internos en este calentador y permiten que los dos pasos de la sección de convección entren a los tubos de impacto térmico. Éstos son los tubos que están expuestos tanto al calor de radiación como al calor de convección. A partir de aquí el fluido de proceso fluye a la sección intermedia de la zona de radiación del hogar y circula hacia adelante y hacia atrás hasta que alcanza los tubos de radiación y los dos pasos se unen en una línea común, que es la línea de alimentación a la torre de crudo. Empezando por el fondo, en un calentador tipo caja se tiene la nomenclatura siguiente. Primero encontramos los bloques de los quemadores. Estos envuelven a los quemadores y ayudan a mantener la temperatura de ignición cuando se quema aceite, dado que así se irradia calor hacia el combustible atomizado. Note la pantalla situada encima de los bloques de los quemadores para evitar el impacto de la llama en la hilera de tubos inferior.

14-14

Si se observe la línea de salida, se verá que en ella hay una boquilla embridada dirigida hacia abajo, la cual se usa para inyectar aire y vapor durante el quemado de coque en los tubos. Cuando los tubos se han ensuciado con carbón, o coque (coke), éste puede ser quemado por combustión con aire mientras se mantiene y controla el quemado con la cantidad de oxígeno inyectada junto con el vapor. La linea de vapor de sofocamiento o de ahogo se usa para purgar el hogar durante el arranque y para extinguir el fuego en caso de accidente. La siguiente conexión es una conexión para la medición del tiro. Como se indicó anteriormente, el tiro se mide por la presión existente en el hogar. La presión al nivel del fondo del horno normalmente es alrededor de -0,5 pulgadas de agua. (ATENCIÓN: ésta es una presión manométrica negativa por lo que, para obtener la presión absoluta, se la debe restar de la presión atmosférica.) La presión en el techo del hogar normalmente es de -0,05 pulgados de agua, también negativa. El medidor de tiro en la chimenea se encuentra debajo de la mariposa (entre la mariposa y la sección de convección o entre la mariposa y el hogar si no existe sección de convección) y normalmente debe indicar un valor negativo que va de 0,68 a 0,75 pulgadas de agua. Continuando con la nomenclatura, llegamos a los tubos de pared que se encuentran junto a las paredes de la zona de radiación del horno. Después tenemos los termopares de la sección intermedia, los cuales son especialmente útiles durante el secado del refractario, necesario en hornos nuevos o después de paradas prolongadas. El refractario se seca mediante un calentamiento lento, a razón de 25°C por hora hasta alcanzar en el hogar una temperatura de 480°C, medida con los termopares de la sección intermedia. Se continúa el secado manteniendo la temperatura de 480°C durante dos horas por cada pulgada de espesor de refractario interno sobre la carcasa del hogar. Por supuesto, las recomendaciones del vendedor deben seguirse si se dispone de ellas. Lo siguiente son los tubos de impacto térmico. Como ya se explicó, estos tubos están sujetos tanto al calor de radiación como al calor de convección. A continuación están los sopladores de hollín. Como antes se mencionó, en los calentadores que queman combustible líquido se debe eliminar periódicamente el hollín depositado en los tubos de superficie extendida. Luego tenemos la linea de entrada del fluido de proceso en la cual se observa una boquilla embridada hacia arriba a través de la cual se ventean los productos de combustión y el vapor durante el quemado de carbón de los tubos.

14-15

La caja de humos es una sección de conexión entre la sección de convección y la chimenea. En la chimenea hay una toma para el medidor de tiro con la que se mide la presión en la chimenea; también hay una conexión para un indicador de temperatura (TI) con el que se mide la temperatura de la chimenea por encima de la sección de convección. En el interior de la chimenea se encuentra una válvula de mariposa fabricada de un acero de alta aleación, la cual se opera desde el piso. Antes del primer arranque del horno, se debe inspeccionar la mariposa para asegurarse de que la misma y su indicador estén instalados correctamente, es decir que la mariposa está abierta si el indicador asi lo indica. La chimenea tiene un recubrimiento de hormigón aislante. Este recubrimiento ayuda a proteger la pared de la chimenea contra la atmósfera corrosiva y las altas temperaturas. En la chimenea hay una toma de muestras debajo de la mariposa para muestrear los gases y determinar el exceso de oxígeno en el gas de chimenea. En refinerías se mantiene generalmente del 3 al 5% de exceso de oxígeno en los gases que salen por la chimenea. Una excesiva cantidad de oxígeno es una indicación de que demasiado aire entra por la parte inferior del hogar o de que hay una fuga de entrada de aire en la sección de convección. El aire introducido por la parte inferior del calentador debe ser calentado para que la temperatura del hogar sea la deseada para el proceso. Un exceso de aire significa por tanto un mayor consumo de combustible. Un exceso de aire también implica que un mayor caudal de gas fluye a través de la sección de convección, con lo que la temperatura de ésta se eleva dando lugar a una peor utilización del combustible y reduciendo la vida de los tubos de la sección de convección. Para reducir el exceso de oxígeno al 5%, el operario debe cerrar la válvula de mariposa cuidadosamente a fin de reducir el tiro en el horno. Si los gases de la chimenea tienen menos del 3% de exceso de oxígeno, el horno puede estar al .límite de producirse una combustión incompleta, es decir, no hay suficiente oxígeno para quemar completamente el combustible y la temperatura del hogar baja. El regulador de combustible, si la temperatura está controlada automáticamente, se abre y alimenta más combustible con lo que se empeora la situación. Esto puede ocasionar una situación muy peligrosa, pues, si el operario apresuradamente va y abre la mariposa para introducir más aire en el hogar, puede dar lugar a la entrada de una cantidad suficiente de oxígeno para encender violentamente todo el combustible no quemado lo cual como es lógico ocasionará una explosión que destruirá el horno completamente. En el caso de combustión incompleta, lo cual se notará al observar una llama opaca y

14-16

desigual (cimbreante), se debe reducir la cantidad de combustible hasta obtener del 3 al 5% de exceso de oxígeno en el gas de chimenea o hasta que el operario compruebe que la llama es brillante y no sale humo por la chimenea. En este punto se puede abrir la mariposa y suministrar la cantidad apropiada de exceso de aire para el volumen de combustible requerido. Lo que suele suceder en esta situación, es que la temperatura del hogar aumenta, debido a tenerse una mejor combustión, cuando se reduce el suministro de combustible. Recuerde siempre que primero se debe disminuir el combustible y luego abrir la mariposa.

14-17

HORNO DE TIPO CAJA O CABINA (BOX TYPE HEATER) VISTA LATERAL (SIDE VIEW)

VÁLVULAS DE MARIPOSA

yy

MEDIDOR DE TIRO A CONEXIÓN PARA TOMA DE MUESTRAS

TI

SOPORTES DE LOS TUBOS

CO

CONEXIONES PARA EL QUEMADO DE COQUES ENTRADAS —»

TUBOS DE INTERCONEXIÓN

QUEMADOR SALIDAS *• CONEXIÓN PARA EL QUEMADO CONEXIONES PARA VAPOR 7 DE SOFOCAMIENTO

'I DOS QUEMADORES DE GASES RESIDUALES SOLO

HORNO DE TIPO CAJA O CABINA (BOX TYPE HEATER) VISTA FRONTAL (END VIEW)

CHIMENEA

VÁLVULA DE MARIPOSA TOMA DE MUESTRAS DGC

ESPACIO PARA EXPANSIONES FUTURAS

CAJA DE HUMOS

ENTRADA

ENTRADA

SOPLADOR DE HOLLÍN TUBOS DE IMPACTO TÉRMICO DGC TERMOPARES DE LA SECCIÓN INTERMEDIA

SECCIÓN DE CONVECCIÓN

TERMOPAR DE LA SECCIÓN INTERMEDIA TUBOS DE LA SECCIÓN INTERMEDIA

TUBOS DE PARED MIRILLAS

DGC

SALIDA

PARED CENTRAL SALIDA

VAPOR DE SOFOCAMIENTO BLOQUES DE LOS QUEMADORES

PUERTA DE ACCESO VAPOR DE SOFOCAMIENTO

DGC : CONEXIÓN PARA MEDIDOR DE TIRO

14-20

UOP 220-14-4

Horno De Visbreaking

Un horno de alimentación a la unidad de Visbreaking (cracking térmico) es muy similar a cualquier otro calentador. Contiene el mismo equipo con algunas excepciones. El horno de la unidad de Visbreaking es del tipo caja, pero con los quemadores en el piso, y tiene una pared central. Los quemadores están dispuestos en forma angular de tal manera que la llama incida sobre la pared radiante y la pared irradie calor hacia los tubos de la sección de radiación. Los tubos son de un solo paso pero también puede ser de dos pasos, aunque con dos pasos puede haber problemas ya que es difícil mantener idéntica carga a través de cada paso y el tiempo de residencia en el horno debe ser muy exacto. La sección de radiación está compuesta de una sección intermedia y de la sección de tubos de pared. Los tubos de impacto térmico se encuentran en la caja de humos y no hay sección de convección. Se tienen también conexiones para vapor de sofocamiento, mariposa de regulación del tiro, medidores del tiro, indicadores de temperatura y termopares. Puesto que los quemadores se encuentran en el piso, el fondo del calentador debe estar a unos dos metros por encima del nivel del terreno. Una diferencia esencial en los hornos de Visbreaking es la de que, en lugar de codos de radio corto de 180°, se usan codos mandrilados. Los tubos se mandrilan a presión dentro de un empalme de acoplamiento al extremo del cual se inserta un tapón roscado, el cual permite la inspección visual del tubo (por supuesto, cuando la unidad está parada y no existe flujo en su interior). También permite la inserción de equipo de limpieza para realizar la descoquización de los tubos. La conexión mandrilada se conecta al extremo del tubo siguiente. La distancia entre los tubos es pequeña y el fluido de proceso zigzaguea de tubo a tubo. Los tubos están soportados en sus extremos por medio de una placa de soporte. Las conexiones mandriladas están contenidas en una caja de cabezales. Debido a que estas conexiones mandriladas pueden tener fugas si los tapones no están apropiadamente asentados, las cajas de cabezales deben tener conexiones de vapor de purga. La operación del horno de Visbreaking es algo especial por el hecho de que trabaja a temperaturas bastante altas, puesto que se usa para el cracking térmico de las moléculas de aceites pesados para dar aceites ligeros y gases. En otros hornos la alimentación a la planta puede ser reducida hasta más del 50% y esto no causa efectos negativos en la calidad del material que sale del horno. Sin embargo, en un horno de Visbreaking el tiempo de residencia es crítico. El tiempo de residencia es el tiempo durante el que el hidrocarburo está a una temperatura dada. Puesto que en un Visbreaker esta temperatura es bastante más alta que la temperatura de "cracking" de 370°C, cuanto más tiempo permanezcan en el horno los hidrocarburos pesados más extensa será su descomposición en productos más ligeros. Sin embargo,

14-21

tiempos de residencia demasiado prolongados darán lugar a la formación de excesivas cantidades de coque, el cual se deposita aislando los tubos, lo que hace que se requieran temperaturas más altas en el hogar y en los tubos de pared para dar al fluido de proceso la temperatura deseada. Esto puede:producir la falla de un tubo o hacer que sea necesario el paro de la unidad para quemar o descoquizar los tubos del calentador. Si la unidad eatá operando a la carga de diseño, se tendrá una velocidad de aceite frío de diseño de 6 pies/seg. a través de los tubos. Sin embargo, si se disminuye la carga, la velocidad bajará, el tiempo de residencia aumentará y aumentará la cantidad de coque depositada en los tubos y la producción de cortes livianos mientras que la eficiencia del horno disminuirá. El método usado para mantener la velocidad deseada consiste en inyectar vapor a la alimentación cuando la alimentación disminuye. La cantidad de vapor inyectada es proporcional a esta disminución. El vapor inyectado se convertirá en vapor sobrecalentado e irá al fraccionador para ser removido como agua en el acumulador de productos de cabeza. Puesto que la temperatura de operación del proceso es de 500°C (930°F), la temperatura de salida del calentador es tan alta, que para la operación del fraccionador se necesita una corriente de aceite de enfriamiento procedente de la torre de vacío, la cual se une al producto que sale del horno para reducir su temperatura desde 500°C (930°F) hasta unos 440°C (830°F). Naturalmente, cualquier sustitución de quemadores que se realice en el horno de esta unidad es muy critico, ya que un cambio de 2,8°C (5°F) en la temperatura de proceso podría ocasionar profundos cambios en la composición del efluyente del horno. Puesto que se debe distribuir el calor uniformemente a través de todas las secciones del horno, se coloca un conjunto de mamparas o deflectores en la parte alta del hogar. Estas mamparas están dispuestas de tal manera que el espacio entre ellas sea muy pequeño cerca de la chimenea y se agrande paulatinamente conforme uno se aleja de la chimenea. Esto asegura un flujo uniforme de gases calientes a través del horno. El conjunto de mamparas debe ser inspeccionado periódicamente para comprobar que se encuentren en la posición correcta, particularmente en la inspección inicial del horno se debe asegurarse de que los intervalos entre las mamparas cumplan las especificaciones del constructor.

14-22

CALENTADOR DE CARGA DE VISBREAKING {VISBREAKER CHARGE HEATER) VISTA LATERAL (SIDE VIEW)

CHIMENEA RECUBRIMIENTO DE HORMIGÓN AISLANTE

CONEXIÓN PARA MEDICIÓN DEL TIRO

MARIPOSA MUESTRA DE GAS DE CHIMENEAx SOPORTE DE LOS TUBOS, PUERTA DE ACCESO MAMPARAS CAJA DE CABEZALES MIRILLAS

TERMOPAR PARA TEMPERATURAS DEL GAS DE CHIMENEA REFRACTARIO

REFRACTARIO PLACA PARA SOPORTE DE LOS TUBOS REFRACTARIO

MIRILLA

VAPOR DE SOFOCAMIENTO DE LA CAJA DE CABEZALES TUBOS DE RADIACIÓN I QUEMADOR VAPOR DE SOFOCAMIENTO

MIRILLA

VAPOR DE SOFOCAMIENTO QUEMADORES VAPOR DE SOFOCAMIENTO REFRACTARIO

14-

CALENTADOR DE CARGA DE VISBREAKING (VISBREAKER CHARGE HEATER) VISTA FRONTAL (END VIEW)

CHIMENEA

, MARIPOSA

SOPORTE DE LOS TUBOS DE IMPACTO TÉRMICO TUBOS DE LA SECCIÓN INTERMEDIA

.

TUBOS DE IMPACTO TÉRMICO SOPORTE DE LOS TUBOS INTERMEDIOS

TERMOPOZOS DE LA SECCIÓN INTERMEDIA

TUBOS DE RADIACIÓN REFRACTARIO MIRILLA PARED CENTRAL DE LADRILLO REFRACTARIO PUERTA DE ACCESO SALIDA (t

DG VAPOR DE AHOGO QUEMADOR ANGULAR

14-23

SOPORTE DE LOS TUBOS DE RADIACIÓN CARCASA DEL HOGAR

ENTRADA DG (MEDICIÓN DEL TIRO) VAPOR DE AHOGO QUEMADOR ANGULAR

Horno De Ca/'a De Alta Presión

Para servicios tales como los de calentar la carga al reactor de la unidad de Hidrocracking se usan hornos de caja de alta presión. Los tubos de proceso del calentador operan a una presión determinada, por ejemplo de 2.200 libras. Los tubos cuelgan del techo y son verticales en lugar de horizontales como lo son los de la mayoría de los calentadores de caja. Los quemadores son de piso, existiendo un quemador de alto suministro de calor en el centro del horno y dos quemadores de más bajo suministro de calor entre los tubos y las paredes del horno. Una de las diferencias que se observan es que el aislamiento de hormigón o refractario a su vez está recubierto con ladrillo refractario de alta resistencia de varias pulgadas de espesor. También se colocan estos ladrillos en el piso. Esto protege al aislamiento de hormigón. La operación de un horno de alta presión requiere suma atención ya que, si un tubo está sometido a un sobreesfuerzo debido a una mala distribución del calor, puede romperse violentamente. Este horno es similar a cualquier otro horno. Tiene chimenea con recubrimiento aislante, mariposa y mamparas de techo en la caja de humos. Los tubos penden del techo y se mantienen alineados mediante dos guías. En estos hornos también se usa vapor de ahogo y las tomas de muestras, tales como tomas de muestras de la chimenea, tomas de muestras para los gases de combustión, medidores de tiro e indicadores de temperatura, son similares a los de cualquier otro horno. Sin embargo, en los hornos de alta presión se colocan termopares de superficie en los tubos. Para observar la temperatura de la pared de tubos, como parte del procedimiento de operación, se usa un pirómetro portátil. Esto permite ver si se desarrollan zonas recalentadas en los tubos. Los tubos son de acero inoxidable y consecuentemente deben ser tratados como tales. El acero inoxidable está sujeto a varias formas de ataque ácido o corrosión, especialmente en condiciones de humedad. Cuando se para un horno se puede producir condensación a menos de que se tomen ciertas medidas. Si por cualquier razón no se va a abrir el horno, se deben dejar prendidos los pilotos para mantener la temperatura del hogar aproximadamente a 205°C (400°F). Si se va a entrar al hogar, éste debe enfriarse, y si se va a permitir el ingreso de aire dentro de los tubos de proceso, éstos deben lavarse con una solución de carbonato sódico. Para neutralizar cualquier ácido que pueda corroer los tubos exteriormente, se los debe rociar con una solución de carbonato sódico.

14-25

HORNO DE CARGA PARA EL REACTOR DE HIDROCRACKING (HYDROCRACKING REACTOR CHARGE HEATER) VISTA FRONTAL (END VIEW)

D

[un c

it D -D

D

1

&

—i i

D

0

c

D- D

[ n b D D

-í

0

K

\/ISTA SUPERIOR

MARIPOSA

MAMPARAS DEL TECHO ~\ TERMOPOZO (A LA SALIDA) ~~

-

-\^

h

^

T^. ¿

i

p

,- CONEXIÓN PARA DESCOQUIZAR

.'.J !:•'

_ -

\

fis

E.

*

^

i' ^.^*

111

ji

i

3

. • : . . . - . : . ,

SOPORTE ^ DE LOS TUBOS

f-

CARCASA EXTERIOR

y^- REFRACTARIO

PUERTAS DE OBSERVACIÓN

•< ~\

T/~

;~\

LADRILLO REFRACTARIO

fl

T

'\ DG-\\

VAPOR DE f SOFOCAMIENTO

VAPOR DE SOFOCAMIENTO A p

rt —— t i i

M

n

,

Tj """"" •k .1

0

t/ cT

0

!

1

GUIA DE [ LOS TUBOS

:

-¡

1

^.':v;"", "A''... '•V--H|y\tei

L¥l

L

\ PUERTA DE ACCESO

f

UOP 220-14-7 '

14-26

Puesto que se trata de hornos de alta temperatura y de alta presión, debemos tener en cuenta algunos de los procedimientos y técnicas empleadas para prevenir cualquier contratiempo en el horno y mantener una buena operación estable. Estos procedimientos son útiles en la operación de cualquier horno, pero son muy importantes en la operación de un horno de alta temperatura y alta presión. Uno de las preocupaciones principales en la operación de un horno de alta presión es la rotura de un tubo o la vida corta de los tubos. Esto puede ser causado por un exceso de combustión a la carga de diseño del horno. Si el horno está diseñado para elevar la temperatura de un liquido o gas de proceso de la temperatura ambiente a 700°F y la carga normal a través del horno es de 10.000 BPD, operando la unidad a 12.000 BPD o elevando la temperatura a 750°F se podría posiblemente disminuir la vida de un tubo de manera considerable. Operando a las corrientes y temperaturas de diseño pero con demasiado aire en el hogar también puede dar lugar a un exceso de combustión y a una reducción en la vida de los tubos. Un exceso de aire puede ser normal entrando a través de las mamparas de aire secundario hacia los quemadores. Esto puede ser regulado con la mariposa de la chimenea. Sin embargo, hay otra forma por la que un exceso de aire puede entrar en el hogar y es a través de grietas en las paredes del hogar. El operario debe observar la pared y asegurarse de que no haya fugas en ninguna parte entre la mariposa de la chimenea y las mamparas de aire secundario. Las puertas de inspección deberán cerrarse siempre después de usarlas. Todas las soldaduras y costuras deben ser inspeccionadas para asegurarse de que no haya entrada incontrolada de aire al horno. Los empaques alrededor de las tuberías de proceso de entrada y salida del horno son áreas que también deberán ser examinadas. Otra causa del acortamiento de la vida de los tubos puede deberse a combustión excesiva en una sección del hogar debido a una distribución impropia de los quemadores. Es mejor tener todos los quemadores encendidos a carga moderada que tener un 50% de ellos sobrecargados. Sin embargo, cuando los caudales han sido reducidos y es necesario operar con un número menor de quemadores, entonces éstos deben rotarse periódicamente de tal forma que se mantenga una distribución uniforme de calor en el hogar. Tan pronto como sea posible, todos los quemadores deben ser puestos en servicio. Otra causa de reducción de la vida de los tubos o el fallo de éstos es debida a la pérdida de flujo de proceso a través de los tubos. Puesto que el flujo de proceso absorbe calor en el hogar a través de los tubos, la pérdida de flujo hace que la temperatura de los tubos aumente. La temperatura del hogar puede estar muy por encima de la temperatura de diseño del

14-27

metal de tubo, por lo que en este caso los tubos pueden debilitarse y fallar cuando se retorna a la presión normal de proceso. Generalmente se pierde flujo de proceso debido a fallos en la bomba. Un operario no debe perder tiempo tratando de arrancar la bomba auxiliar. Si la bomba no está ya a punto y lista para operar, deben apagarse inmediatamento los quemadores y entonces proceder a arrancar la bomba auxiliar. Si la bomba auxiliar está lista para operar es permisible entonces mantener encendidos los quemadores a una capacidad moderada y tratar de arrancar la bomba. Si, por cualquier razón, la bomba no arranca inmediatamente, apague los quemadores. Cuando un operario se demora en apagar los quemadores de un horno que no tiene flujo de proceso, hay una gran posibilidad de que los tubos se dañen. La política más segura es siempre la de apagar los quemadores y entonces proceder a arrancar otras bombas o compresores, o lo que fuese necesario, para reestablecer el flujo de proceso. Otra razón para el acortamiento de la vida de los tubos es el ensuciamiento o la formación de incrustaciones en los tubos por el lado del proceso o el adelgazamiento originado por corrosión y erosión. El coque es el material que generalmente ensucia la mayoría de los tubos debido a un control pobre de la llama, impacto de la llama, bajo caudal de proceso etc. Sin embargo, una alimentación sucia puede causar la misma clase de problemas. Una carga que tenga una naturaleza altamente corrosiva o una gran cantidad de suciedad o lodos de lugar a la formación de incrustaciones o al adelgazamiento de los tubos. Las llamas mal dirigidas o el impacto de las llamas en los tubos puede causar a menudo zonas calientes localizadas, dando lugar a la formación de depósitos de coque. Las boquillas de los quemadores deben siempre orientarse en la caja del quemador de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Cada vez que se reemplacen las boquillas de los quemadores, éstas deben colocarse en la orientación original. Las llamas mal orientadas o el impacto de la llama sobre un tubo pueden ser debidas a boquillas sucias de los quemadores. Algunos quemadores tienen orificios muy pequeños que pueden ser fácilmente taponados o cerrados por la suciedad que acarrea el combustible, o debido a depósitos de coque. Como consecuencia, las demás toberas de los quemadores pueden estar a presiones más altas y entonces las llamas alcanzan alturas excesivas en el hogar, con lo que puede producirse impacto de la llama en los tubos. Cada vez que un quemador está mal orientado o tiene una boquilla sucia, debe retirarse para limpieza. Muchos hornos tienen quemadores combinados que son capaces de quemar gas o aceite combustible. Algunas veces los operarios tratan de hacer funcionar los quemadores

14-28

combinados al mismo tiempo, es decir quemando simultáneamente aceite y gas combustible. Esto puede doblar el suministro de calor dando lugar a un grave recalentamiento en una zona particular del horno. Este recalentamiento puede causar temperaturas excesivamente altas en los tubos dando lugar al fallo de los mismos. Las fallas mecánicas en los hogares pueden también acortar la vida de los tubos. Éstas se deben generalmente a soportes y sostenedores de tubos mal posicionados o dañados y que no están soportando debidamente a los tubos. Si los tubos no disponen de soportes, pueden pandearse, flexionarse o romperse. Los operarios deben observar el interior del hogar tan a menudo como sea posible y dar aviso inmediatamente si ocurre cualquier falla mecánica, tal como del refractario, del ladrillo refractario, o de la pantalla. Esta pantalla protectora está situada encima y alrededor del quemador. Si esta pantalla se rompe y cae, la llama puede tocar el fondo de los tubos. Cualquier falla mecánica en un horno debe ser notificada al supervisor. Incluso si el operario tiene dudas, debe reportar sus observaciones y pedir insturucciones a su supervisor antes de que las dudas causen un serio accidente. La verificación de las temperaturas y la observación de la operación de los hornos de alta presión es tan importante que en muchos casos se instalan termopares para temperaturas superficiales. Estos medidores están fijos en la superficie exterior de los tubos y permiten comprobar que no se tengan temperaturas más altas que las de diseño. Frecuentemente se emplean pirómetros ópticos infrarojos para medir la temperatura de los tubos. Éstos son de una exactitud razonable y a menudo son muy cómodos puesto que permiten comprobar secciones del horno en donde los termopares no han sido instalados.

14-29

HORNO DE CARGA PARA UN REACTOR DE HIDROCRACKING (HYDROCRACKING REACTOR CHARGE HEATER) VISTA LATERAL (SIDE VIEW)

CHIMENEA

DG (MANÓMETRO DE TIRO)

REVESTIMIENTO DE LA CHIMENEA

MARIPOSA

PUERTA DE ACCESO PARA EL LEVANTAMIENTO DE LOS TUBOS SALIDA

A CODOS DE RETORNO TERMPOZO DG

MIRILLA

UOP 220-14-8 '

14-30

Quemadores

Uno de los componentes más importantes de los hornos de fuego directo es el quemador. Los quemadores pueden estar instalados dentro del horno, en los lados, en los extremos, o en el piso. Los quemadores pueden estar dispuestos en los lados extremos a más de un nivel y pueden estar diseñados para operar con casi cualquier clase de combustible. Los tipos más comunes de combustible usados en refinería son aceite o gas combustible procedentes de las operaciones de los procesos de la refinería, o gas natural. Algunas veces durante el arranque, se puede emplear butano o propano, pero esto se hace únicamente cuando no se dispone de otro tipo de combustible. A menudo, los quemadores están diseñados para manejar varios gases residuales e incluso pueden trabajar con residuos de desecho. Sin embargo, los quemadores para aceite combustible que operan con fuel oil N°6 y los quemadores de gas combustible que operan con gas de refinería o gas natural son los tipos más usados. Los diversos sistemas que operan con distintos combustibles, tales como el sistema de aceite combustible y el sistema de gas combustible, serán discutidos en otro capítulo. Discutiremos aquí tres tipos diferentes de quemadores: el quemador de aceite, el quemador de gas y el quemador combinado de aceite y gas. El quemador de gas combustible puede ser de dos tipos: 1. Quemador de gas crudo. 2. Quemador tipo aspiración. El conjunto del quemador está contenido en un bloque envolvente o mufla. Este es de ladrillo refractario para servicio severo insertado en el piso del horno y circundado por el aislamiento de hormigón refractario. La sección delantera del bloque envolvente se extiende más allá del piso. Debe existir una junta de expansión entre el hormigón refractario aislante del piso y el bloque. De otro modo, conforme el bloque se calienta y se expande se romperá y caerá sobre la llama. Esto producirá una dirección errónea de la llama y, además puede apagar el fuego totalmente y, por consiguiente, crear problemas serios. Los registros de aire secundario se encuentran montados en el piso del horno y se extienden hacia afuera. En los quemadores de gas crudo, estos proveen tanto aire primario como aire secundario, por lo que su nombre correcto debería ser simplemente el de "registro de aire". En los quemadores tipo aspiración los registros de aire externos son los registros de aire secundario, puesto que el aire primario es aspirado por

14-31

efecto Venturi del mismo quemador. Cuando el gas combustible pasa a través del venturi, aspira aire a través de un registro. El registro puede regularse para suministrar la cantidad apropiada de aire de combustión para el tipo de combustible usado. Los combustibles más pobres requieren menos aire de combustión que los combustibles más ricos. Muchas veces se crea retroceso de llama debido a la presencia de demasiado aire en el sistema cuando se queman combustibles pobres. Uno de los métodos para eliminar este retroceso es el de apagar el quemador, reducir la abertura en el registro de aire de manera que el volumen de aire que llegue al quemador sea menor, y entonces volver a encender el quemador. Una vez que los registros de aire primario o registros de aspiración de aire han sido ajustados para un tipo particular de combustible, debe mantenerse una relación apropiada aire/combustible, puesto que cualquier aumento en el flujo de gas incrementará el flujo de aire a través del registro de aspiración de aire. Los quemadores de gas son de diversos diseños. Hay tipos de araña con brazos perforados que salen de un distribuidor central. Existen también quemadores con un distribuidor al que se acoplan tubos verticales con boquillas dentro del bloque envolvente. En los de tipo aspiración, generalmente existe un quemador central. La cantidad adecuada de aire es regulada por el registro de aire de aspiración al quemador. Los quemadores de aceite consisten en una bayoneta, que se compone de tubos de vapor, tubo y orificio de aceite, orificios de vapor, boquilla del quemador y una horquilla desmontable. Los quemadores de aceite combustible se deben limpiar más a menudo que los de gas y es necesario que puedan ser desmontados rápidamente para poder remover la bayoneta y limpiar las boquillas del quemador sin que sea necesario retirar toda las tuberías de aceite y vapor. Para remover la bayoneta se cierra la entrada de aceite y se introduce vapor a la boquilla de aceite abriendo una pequeña válvula de paso de aceite. Se afloja el yugo de ensamblaje y se separa para permitir sacar la bayoneta. Las conexiones de las tuberías de vapor y aceite están dentro del yugo. Las partes fijas permanecen con la guía de la bayoneta y la parte desacoplada se saca conjuntamente con la bayoneta. La conexión entre las dos partes del conjunto está sellada con empaques, uno para el aceite y otro para el vapor, los cuales deben ser reemplazados cada vez. Los quemadores de aceite están provistos del bloque del quemador, además de la mufla envolvente construida de un cemento de gran resistencia, que irradia una gran cantidad de calor. Este calor irradiado es capaz de mantener la temperatura del aceite por encima del punto de ignición para asegurar su combustión completa.

14-32

QUEMADOR COMBINADO GAS—ACEITE

QUEMAC ACEITE CC

(GAS-OIL COMBINATION BURNER)

(FUEL Oí

QUEMADORES DE GAS CAJA DEL QUEMADOR QUEMADOR DE ACEITE

ENTRADA DE AIRE

ENTRADAS DEGAS

CUBIERTA MÓVIL

ENTRADAS DE ACEITE Y VAPOR

UOP 220-14-9

CONJUNTO DEL QUEMADOR' DE ACEITE

fXDO

QUEMADOR PARA ACEITE COMBUSTIBLE

INER)

(FUEL OIL BURNER)

CONJUNTO Y DI DE AIR (PILOT GAS REGÍ!

BLOQUE ENVOLVENTE TQUEMADORES DEGAS

JUNTA DE EXPANSIÓN CAJA DEL QUEMADOR

-QUEMADOR DE ACEITE

DISCO DEFLECTOR PARA CONTROL DEL TIRO SALIDAS DE DRENAJE ANILLO DE REBOSE DE LA PLACA DEL FONDO

ENTRADA DE AIRE

PERNOS DE SOPORTE IS DE FAPOR

CUBIERTA MÓVIL

CONEXIONES DE DRENAJE

CONJUNTO DEL QUEMADOR DE ACEITE

UOP 220-14-10

14-33

SISTEMA DEL REGISTRO DE AIRE SECUNDARIO

CONJUNTO DEL PILOTO DE GAS Y DEL REGISTRO DE AIRE SECUNDARIO

ARA STIBLE ER)

(PILOT GAS AND SECONDARY AIR REGISTER ASSEMBLY) x BLOQUE ENVOLVENTE JUNTA DE EXPANSION

DISCO DEFLECTOR PARA CONTROL DEL TIRO , SALIDAS DE DRENAJE ANILLO DE REBOSE DE LA PLACA DEL FONDO PERNOS DE SOPORTE CONEXIONES DE DRENAJE

SISTEMA DEL REGISTRO DE AIRE SECUNDARIO

SISTEMA DE ASPIRACIÓN DEL PILOTO DE GAS

ENTRADA DE GAS AL PILOTO UOP 220-14-10

14-33

BAYONETA PARA ACEITE TÍPICA (TYPICAL OIL GUN)

CONEXIONES MÚLTIPLES

TUBO CONCÉNTRICO INTERIOR CÁMARA DE ENTRADACÁMARA DE ENTRADA r DE ACEITE p

\

1

._„„ ACEITE VAPOR ,./"V| •

"C^U-I

V

«

BOQUILLA CÓNICA CENTRO \

\

*^P i

!~~| J \ T V 1

ORIFICIO/ PAKA -1 FL ACEITE

"*"•

| || "fl^ \

l

CM CÁMARA DE MEZCLADO ORIFICIO PARA

FL VAPOR

UOP 220-14-12

QUEMADOR DE GAS TIPO ASPIRACIÓN (INSPIRATING GAS BURNER) AIRE BOQUILLA DE ENTRADA

GAS

AIRE MANECILLA PARA EL DISCO DE CONTROL DE AIRE TUBO VENTURI

DISCO PARA CONTROL DE AIRE

BOQUILLA/ DE DESCARGA UOP 220-14-13

14-35

Arranque Y Inicialmente la tubería de admisión de aceite Paro De Un combustible debe ser examinada y limpiada, asi como todas Quemador De las boquillas y toberas. El quemador debe ser insertado a Aceite Combustible la distancia apropiada dentro del bloque. Una vez que se tiene esta distancia se debe marcar en el quemador de tal forma que al reemplazarlo siempre quede localizado según las especificaciones originales. Durante el arranque debe cerrarse el paso de aceite combustible al quemador. La válvula de by-pass del control del vapor de atomización debe ser abierta y debe precalentarse la bayoneta con vapor. El operario debe observar que llegue vapor a la boquilla del quemador para asegurarse de que todas las toberas están abiertas. Una vez que el quemador ha sido precalentado, se prende el piloto. Entonces se abre el controlador de presión de vapor de atomización después de asegurarse de que todo el condensado ha sido drenado del cabezal que precede a la válvula, y se cierra el by-pass de vapor. La toma de vapor del controlador de vapor debe ser puesta en servicio muy cuidadosamente para evitar romper el diafragma del controlador. Si se ha realizado en forma correcta, la toma de vapor sólo debe estar ligeramente caliente cuando se toque. El aceite combustible puede entonces abrirse gradualmente y puede ponerse en servicio la conexión del instrumento en el lado del aceite combustible. Usualmente se pone un sello de glicerina en el lado del aceite para proteger el diafragma. El vapor de atomización debe responder entonces a la presión del aceite y dar la relación de caudal correcta de vapor de atomización correspondiente a la presión de aceite. Entonces se enciende la llama y se pueden abrir totalmente las válvulas del aceite combustible y poner en servicio el controlador de presión del aceite combustible. Una vez que se haya conseguido la llama correcta y exista indicación de temperatura en el controlador de temperatura, se puede controlar el flujo de combustible por medio del TRC. Cuando se apague un quemador, se debe cerrar el paso de aceite y permitir que el vapor de atomización pase a través del by-pass de la válvula de control de vapor para limpiar todos los residuos de aceite que pudieran quedar en el quemador. Si esto se hace correctamente, la llama continuará encendida hasta que todo el aceite haya sido purgado de la bayoneta. En caso contario la llama se apagará y el aceite combustible inundará el bloque del quemador o el interior del horno.

14-36

Ajuste De La Llama

Un buen ajuste de la llama es uno de los procedimientos más difíciles de realizar. Para hacerlo correctamente deben balancearse las presiones en el hogar y deben ajustarse los controles de la mariposa de la chimenea y de los registros de aire primario y secundario. Conforme el horno se calienta el aire que entra se expande. Cuanto más combustible se queme en un horno y más aire entre, mayor será la presión en el hogar para una determinada abertura de la mariposa en la chimenea. Naturalmente si se cierra la mariposa de la chimenea, el hogar tendrá una presión positiva y la llama saldrá a través de los registros de aire primario y secundario. Sin embargo, por medio de una observación cuidadosa de los medidores de tiro, puede ajustarse la mariposa de la chimenea para tener el tiro correcto en el hogar. Puesto que el tiro es creado por el calentamiento de los gases, el único tiro disponible incialmente durante el arranque será el creado por la altura de la chimenea , la velocidad del viento sobre el extremo de la chimenea y la atmósfera del hogar que ha sido calentada con el vapor de purga. En el arranque inicial, para obtener un buen tiro bajo condiciones atmosféricas razonables, se debe abrir totalmente la mariposa de la chimenea. Las entradas de aire primario y secundario deben estar abiertas aproximadamente un 50%. En la combustión de gas, el aire aspirado suministrará prácticamente todo el aire de combustión requerido por el quemador. Sin embargo, durante el arranque puede haber dificultades debido a la baja velocidad de calentamiento porque el bajo flujo de gas puede ocasionar retroceso de la llama, particularmente en caso de exceso de aire. La llama se debe encender con el piloto, nunca con otro quemador. En donde no se disponga de encendedor piloto, la llama se encenderá con una antorcha. En cualquier caso, la antorcha o el encendedor piloto deben aplicarse a las toberas de los quemadores antes de que el gas sea admitido en el quemador. Si se tiene flujo de gas dentro del horno y se aplica la antorcha se puede producir una explosión. Abra lentamente la válvula de gas, después de que el encendedor piloto ha sido prendido o la antorcha encendida ha sido colocada en la boquilla del quemador. Cuando el gas se encienda, incremente ligeramente el flujo de gas a fin de obtener una llama pequeña pero razonable. La válvula reguladora de gas debe estar abierta ligeramente y se debe suministrar a la válvula de control una señal de aire de instrumentos de 3 psig tal que se tendrán 6 psig de gas en las boquillas de los quemadores, siempre y cuando éstos dispongan de un caudal mínimo ajustado correctamente. Véase el capítulo 11 para la descripción de un sistema de válvula de control tipo "F". Cuando la válvula controla quemadores múltiples, 3 psig de aire de instrumentos pueden

14-37

dar una presión demasiada alta para un solo quemador, por lo que puede ser necesario cerrar más la válvula de bloqueo en el sistema de la válvula de control, para mantener la presión del gas a no más de 6 psig. Si se cierra la válvula aguas abajo de la válvula de control de gas, se puede aumentar la presión en la descarga de la válvula de control hasta tal punto que la válvula de alivio de presión del diafragma empezará a descargar. Este problema se puede eliminar por medio del estrangulamiento de la válvula de control. Una vez que se ha encendido la llama, se debe ajustar el aire secundario y el de aspiración. Se ajusta el aire de aspiración para obtener una combustión completa y evitar el retroceso de la llama, mientras que el ajuste del aire secundario permite obtener una llama azul con un ligero matiz anaranjado o destellos amarillos en el extremo de la llama. Una de las formas de ajustar el aire de aspiración es observando cuan lejos está la llama de la boquilla del quemador. Ajustando el registro de aire de aspiración se puede acercar o alejar la llama de las boquillas. Una distancia de 1/8" a 1/4" (de 3 a 6 mm) es ideal. Una llama demasiado alejada de las boquillas del quemador no es aceptable y, si está justo sobre la boquilla, hay mayor posibilidad de retroceso de llama. Una vez que el número apropiado de quemadores ha sido encendido para que el horno alcance las condiciones de diseño, el hogar se calentará, dando lugar a que el aire admitido se expanda. Habrá demasiado exceso de aire, debido a que la mariposa de la chimenea está abierta totalmente. Cerrando lentamente la mariposa y observando los instrumentos medidores de tiro, el hogar alcanzará la presión negativa apropiada en pulgadas de agua. Si la mariposa se cierra demasiado se pueden presentar problemas debido a aumentar la velocidad de calentamiento. La situación ideal serla la de tener la abertura de la mariposa para una combustión máxima y después ajustar todos los registros de aire primarios y secundarios para equilibrar las llamas. Esto significa sin embargo que, a baja capacidad, el horno tendría una cantidad de oxígeno en exceso. Pero también serán mínimos los problemas para ajustar la cantidad apropiada de aire de combustión, cuando se lleve el horno a la máxima capacidad de combustión. De todas formas, una vez que la mariposa de la chimenea ha dado una presión adecuada al hogar, todos los registros de aire primario y secundario deben reajustarse. Es decir, realmente se requiere un balance entre los registros de aire secundario y la mariposa de la chimenea para suministrar la cantidad de aire de combustión y una presión apropiada en el hogar.

14-38

Naturalmente, cuando se están realizando los ajustes se deben cerrar las puertas de inspección, etc. a excepción de aquélla por la cual el operador está observando el hogar. El ajuste de la llama cuando se utiliza aceite combustible, en lo que respecta al control del exceso de aire y a la presión en el hogar, es el mismo que para un quemador de gas, a excepción de que la bayoneta de aceite nunca tiene un quemador de tipo aspirante. Sin embargo, en la mayoría de los casos habrá un registro de aire primario y un registro de aire secundario. El ajuste que debe hacerse en este caso es el del vapor de atomización. En general, este ajuste se hace cuando el hogar se pone en servicio y los quemadores están encendidos. Usualmente, una hilera de quemadores operará con una válvula de control para el vapor atomizado, con la cual se mantendrá la relación apropiada de vapor-aceite en el cabezal del horno. El departamento de instrumentación es el llamado a corregir el ajuste de los controladores, si es que se desea cambiar la relación aceite-vapor. Lógicamente el departamento a cargo del horno decidirá la relación del vapor de atomización requerida para obtener una llama apropiada. La llama no debe ser extremadamente blanca. Esto indicaría que hay un exceso de vapor de atomización y si los controladores se mueven a través de su zona de operación, cualquier incremento ligero en la relación vapor-aceite podría extinguir el fuego. Para que exista una combustión aceptable, la llama debe ser ligeramente amarilla con matices blanquecinos. Si existe poco vapor de atomización, se tendrá una llama humeante. La secuencia de efectos si se tiene demasiado poco vapor es: llama anaranjada, llama humeante y, finalmente, pérdida de la misma.

14-39

PROCEDIMIENTO TÍPICO DE DESCOQUIZACIÓN (TYPICAL DECOKING PROCEDURE) Combustión Quemado

O

Instalar termopares en la parte intermedia del horno a través de las tomas provistas para tal efecto. Entiéndese que esta temperatura media es a la que están expuestos los tubos y las paredes, aunque no es la temperatura real de los tubos mismos. Las temperaturas de la parte intermedia se mantienen de 1150°F (620°C) a 1200°F (650°C) durante el proceso de quemado. Nunca deben sobrepasarse los 1200°F (650°C). No se requieren los termopares normales durante el quemado, aunque pueden dejarse en su lugar. Si las temperaturas altas afectan al potenciómetro, es mejor desconectarlo. Cuando se dispone de vapor, el flujo se selecciona a criterio del operario; este flujo de vapor se mide en términos de presión de entrada. Enfriar el vapor de salida a la atmósfera con agua, a fin de reducir el nivel de ruido. Cuando se haya establecido el flujo de vapor, se encienden las llamas y los termopares de la sección intermedia indican la elevación de la temperatura. Cuando se alcance la temperatura de autoignición se puede establecer el flujo de aire. El caudal apropiado de aire se establece a criterio del operario. El flujo de aire también se mide en términos de presión de entrada o, mejor aún, en términos de la diferencia de presión a la entrada entre las presiones de vapor únicamente y de vapor más aire. Si cualquiera de las presiones varía, cortar el suministro de aire, reposicionar la entrada de vapor y establecer nuevamente la circulación de aire. Si se agrega demasiado aire, se producirá quemado de más de un tubo. El quemado de 2 ó 3 tubos al mismo tiempo puede no ser perjudicial pero no es recomendable. Mientras esté entrando el aire, la unidad debe ser estrechamente vigilada, el operador debe seguir el progreso del quemado, observando el brillo de los tubos y la velocidad del quemado a lo largo del tubo. Periódicamente se debe invertir el flujo para comenzar el quemado desde el otro extremo. Esto tiene dos objetos: primero, el terminal frío del calentador no se quemará completamente porque la temperatura está por debajo de la temperatura de autoignición y, segundo, el cambio de temperatura o choque térmico aflojará y removerá gran cantidad de coque, disminuyendo por consiguiente la cantidad de quemado requerido.

14-41

Cuando se inviertan los terminales del horno y se corte el suministro de aire, es conveniente llegar a establecer un flujo máximo de vapor (el que permita la capacidad de la caldera) dado que cambios térmicos y la velocidad tendrán a aflojar el coque y soplarlo. Cerrar el vapor durante un período de 30 segundos y después abrirlo totalmente para soplar el coque descargado. Repetir este procedimiento tantas veces como sea necesario. Cuando ya no queden tubos brillantes que indiquen que el quemado está en progreso, incrementar la presión del aire en algunas psig. Si no se produce brillo en los tubos el quemado ha sido completo. Para seguridad del operario, se debe inspeccionar una cantidad suficiente de tubos en la parte media y extremos del horno, para asegurarse de que el quemado ha sido completo. Debe repetirse en los quemados siguientes hasta que la operación esté firmemente establecida. La operación de quemado no es difícil y, de hecho, es mucho más fácil y mejor que la descoquización manual. El uso de turbinas no solamente deja residuos que tienden a formar manchas calientes sino que también deja rayaduras en donde fácilmente puede depositarse el coque. Con una atención muy cuidadosa del operador, un tubo no se sobrecalentará ya que la velocidad de quemado puede ser reducida inmediatamente cerrando la válvula de aire parcialmente o totalmente hasta que desaparezca el brillo. Puesto que el consumo de aire es pequeño y la velocidad del vapor de enfriamiento es grande, el horno responde casi inmediatamente a nuestras acciones de control. Para pruebas iniciales, presiones de 0,35 kg/cm2 (5 psig) de aire, con 2,1 kg/cm2 (30 psig) de vapor son conservativamente suficientes, dado que 0,7 kg/cm2 (10 psig) probablemente será la presión de quemado para una operación normal. Entonces, basados en los párrafos anteriores, procedamos de la siguiente manera (las presiones de aire incluyen las presiones de vapor). NOTA: las siguientes instrucciones son para un ramal del serpentín dividido. El procedimiento debe repetirse al mismo tiempo en el otro lado. Si el horno está encendido, debe mantenerse por lo menos un flujo de vapor en ambos serpentines, caso contrario pueden ocurrir sobrecalentamientos locales.

14-42

1. Establecer en el serpentín flujo de vapor de 2,1 kg/cm2 (30 psig). Enfriar con agua el vapor que sale a la atmósfera para reducir el nivel de ruido. 2. Encender los quemadores y mantener la combustión hasta que los termopares conectados en la parte intermedia alcancen una temperatura de 1175°F. 3. Ajustar nuevamente la presión del vapor a 2,1 kg/cm2 (30 psig), ya que la caída de presión cambiará durante el calentamiento. 4. Con el flujo de vapor a 2,1 kg/cm2 (30 psig), abrir lentamente la válvula de admisión de aire. Observar el cambio de presión en el indicador de caudal de aire. 5. Observar los tubos mientras se incrementa la presión del aire a 0,35 kg/cm2 (5 psig) [2,45 kg/cm 2 (35 psig) de presión total]. Al menos en un tubo se debería estar quemando coque. Los primeros tubos de entrada pueden no estar suficientemente calientes para autoignición. 6. Observar la velocidad de progreso del quemado. 7. Continuar incrementando el aire hasta que la velocidad de quemado aumente razonablemente o hasta que el quemado se produzca en otros tubos. 8. Si el quemado se produce en varios tubos simultáneamente, disminuir el aire. Las válvulas están dispuestas para cortar el aire e invertir el flujo de vapor inmediatamente. Antes de invertir el flujo, permitir el paso de un flujo máximo de vapor. Al invertir un lado más a menudo que el otro, siguiendo una pauta regular, se puede determinar el mejor procedimiento de quemado. Se puede hacer una serie de comparaciones en los quemados sucesivos hasta que el método de quemado óptimo pueda ser establecido. La operación termina, como se dijo antes, cuando no se pueda conseguir más quemado. Descoquización Manual

se utiliza un método de turbina para remover el coque de aquellos tubos que estén aislados y no puedan ser observados directamente.

14-43

ARRANQUE DE UN HORNO (HEATER START-UP) 1. Inspeccionar el horno y todas las conexiones y tuberías relacionadas a fin de asegurarse de que todo el equipo esté listo e intacto. 2. Limpiar el horno de toda clase de basuras y desechos de construcción. 3. Si se emplea aceite combustible, asegurarse de que haya circulación en los cabezales y el combustible tenga la temperatura apropiada. 4. Asegurarse de que todo el condensado haya sido drenado de las líneas de vapor de atomización y de vapor de ahogo. 5. Si se usa aceite, purgar y calentar los quemadores con vapor. Asegurarse de que todas las válvulas de vapor estén cerradas. 6. Si se usa gas, antes de conectar los quemadores, purgar todos los cabezales de entrada de gas a los quemadores. Cuando los quemadores hayan sido conectados, purgar tanto los pilotos como los quemadores. Asegurarse de que todas las válvulas de los quemadores y de los pilotos estén cerradas. 7. Abrir las mariposas de las chimeneas. 8. Purgar el hogar con vapor de sofocamiento hasta que se observe un flujo visible de vapor a la salida de la chimenea. Puesto que esto requiere una gran cantidad de vapor, notificar a la sección de calderas antes de admitir vapor. Entonces admitir vapor lentamente. 9. Cuando se haya completado la purga y el fluido esté circulando a través de todos los tubos del horno a la velocidad de diseño, encender los pilotos. 10. Con los pilotos encendidos prender un número reducido de quemadores espaciados uniformemente en el hogar. Ajustar las mariposas de aire para obtener una llama limpia. Dejar que el hogar se seque a temperaturas moderadas. Cuando esté seco, elevar la temperatura a razón de 50 a 100°F por hora hasta la temperatura de proceso, para lo cual se usan tantos quemadores como se requieran, pero siempre manteniéndolos uniformemente espaciados.

14-45

11. Cuando un número suficiente de quemadores estén encendidos de manera que se pueda operar la válvula de control, cambiar el suministro de combustible del by-pass a la' válvula de control en posición manual. 12. Conectar el control automático tan pronto como la temperatura a la salida esté dentro del margen del controlador. NOTA: Se supone que cada quemador opera dentro de un margen de presiones específico. Si la presión es demasiado elevada, la llama puede alejarse del quemador; si es demasiado pequeña, el quemador se puede apagar. Se debe prestar extrema atención a la presión del combustible durante el arranque.

14-46

PROCEDIMIENTO DE PARO NORMAL DE UN HORNO (NORMAL HEATER SHUTDOWN PROCEDURE) Para el paro normal de una unidad de proceso, la alimentación se reduce lentamente a un valor mínimo. Esto reduce la carga en el horno. Cuando la presión de los cabezales disminuye, deben apagarse los quemadores de tal forma que las llamas permanezcan espaciadas uniformemente por todo el hogar. La presión de gas mínima segura en el cabezal normalmente es de 0,35 kg/cm2. Reducir la temperatura de salida del horno a una temperatura baja que puede variar según sea el proceso. Cuando se llegue a este punto, proceder tal como se indica a continuación:

Para Quemadores De Gas Combustible

a) Cerrar la válvula principal de gas y depresionar el cabezal de entrada del combustible al horno. Después cerrar las válvulas individuales de los quemadores. Asegurarse de que las válvulas piloto de los quemadores estén cerradas. b) Desconectar el sistema de combustible por medio de bridas y placas ciegas.

Para Quemadores De Aceite Combustible

Proceder como en el caso anterior hasta que a las salidas del calentador exista una temperatura baja práctica que puede variar según sea el proceso. Continuar como se indica a continuación: a) Cerrar el paso de combustible a los quemadores. b) Abrir las válvulas de by-pass del vapor de atomización para permitir purgar las líneas de combustible hacia el horno. Al mismo tiempo cerrar el vapor de atomización hacia los quemadores. Esto permite que se queme el combustible en vez de que se desparrame en el piso del hogar. c) Parar la circulacJón de aceite combustible y desconectar los cabezales con placas ciegas. Circular vapor por la línea de fuel oil de regreso al tanque y luego aislarla con placas ciegas si es posible, según sean los requerimientos de las otras unidades de proceso. Después de que los quemadores de gas y aceite combustible hayan sido apagados, el procedimiento a seguir depende del proceso particular: a) En algunos casos se circula vapor por los tubos mientras estén calientes. En otros procesos la carga permanece en circulación a través del horno hasta que éste se enfríe.

14-47

b) Tan pronto como se hayan apagado los quemadores se abre completamente la mariposa de la chimenea, así como las entradas de aire a los quemadores para ayudar a enfriar los tubos. c) Después de que se ha examinado el vapor de sofocamiento para segurarse de que se ha drenado todo el condensado, purgar el hogar con vapor. Asegurarse de que las calderas tengan suficiente presión de vapor y circular vapor por el horno hasta que éste sea visible a la salida de la chimenea. d) Asegurarse de que todos los hidrocarburos hayan sido evacuados completamente, realizando los ensayos correspondientes, antes de realizar trabajos de soldadura, etc. dentro del horno.

14-48

MEZCLAS EXPLOSIVAS (EXPLOSIVE MIXTURES) Las mezclas de gas y aire no presentan peligro si se queman debidamente dentro del horno. Si la llama se apaga y la mezcla se acumula en el horno, puede producirse en cualquier momento una mezcla explosiva. Si la mezcla se enciende, la explosión resultante puede dañar seriamente el hogar y poner en peligro al personal de operación presente en el área. Mientras los quemadores operen apropiadamente, hay poco peligro de que se forme una mezcla explosiva. Las causas más comunes de que haya gas sin quemar en el hogar son: 1. El gas puede acumularse en el horno debido a escapes a través de válvulas defectuosas o que han sido abiertas accidentalmente durante periodos de mantenimiento si no se han colocado placas ciegas en las tuberías. Antes de encender el horno, debe seguirse el procedimiento apropiado a fin de asegurarse de que no hay gas en el horno. 2. Debido a presiones excesivas del gas, o a fallas mecánicas de los quemadores, puede apagarse la llama y el combustible puede entrar en el horno sin quemarse. Para prevenirlo, los quemadores deben ser examinados y mantenidos de forma regular. 3. El peligro más serio se presenta cuando se interrumpe el suministro de gas por un período suficiente para extinguir todas las llamas en el horno, debido a problemas en los instrumentos, fallo de energía eléctrica o errores en la operación. Cuando ocurre una emergencia de este tipo, se debe cerrar la válvula principal de gas, purgar el horno con vapor, cerrar las válvulas individuales de cada quemador y, por último, seguir el procedimiento de arranque del horno. Exceso De Combustible

Cuando existe un exceso de combustible y disminuye la relación aire-combustible, la temperatura de salida del horno disminuye. La válvula de control de temperatura se abre para aumentar el suministro de gas, con lo que disminuye aún más la temperatura. Esta situación puede detectarse fácilmente por inspección visual del hogar. La llama no será mayor que la normal pero el hogar estará cargado de humo y la visibilidad será más limitada. Para corregirla, se debe reducir lentamente la cantidad de combustible hasta que la temperatura retorne a la normalidad.

14-49

Bajo ninguna circunstancia se debe abrir la mariposa de la chimenea o incrementar el aire a los quemadores en tanto no se haya removido el combustible no quemado.

14-50

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

15-1

TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS (BOILER WATER TREATMENT) Los objetivos principales del tratamiento del agua para calderas son los siguientes: impedir la formación de depósitos en las superficies de transferencia de calor, proteger de la corrosión los metales de todo el sistema y asegurar que el vapor producido sea de la pureza requerida para el propósito. El origen de las impurezas en el agua que hacen necesario el tratamiento es bien conocido, como también lo son las consecuencias que resultan de la falta de tratamiento. Las impurezas sólidas importantes incluyen sales disueltas de calcio y magnesio. Éstas pueden estar presentes como bicarbonatos, llamada dureza alcalina, o como sulfatos, cloruros o nitratos, llamada dureza no alcalina. Expresiones antiguas son los términos dureza "temporal" y "permanente", las cuales se refieren al efecto del calor, con el cual los bicarbonatos se descomponen mientras que las otras sales son químicamente estables. Las sales de sodio y la sílice son otras impurezas que deben tenerse en cuenta si están presentes en cantidad apreciable. Las impurezas gaseosas incluyen oxígeno y anhídrido carbónico disueltos. Los depósitos derivados de sales de calcio y magnesio en el agua de alimentación de calderas forman una capa aislante sobre el metal de la caldera, permitiendo que éste alcance una temperatura más alta, ya que no está suficientemente enfriado por el agua. Esta temperatura puede ser lo suficientemente alta como para debilitar el metal, causando de esta manera una falla. Cuanto mayor sea la incrustación peor daño puede causar, aunque esto también depende de la temperatura del gas, de la velocidad de transferencia del calor y de la naturaleza física de la incrustación. También pueden formarse depósitos de óxidos de hierro disueltos en el condensado de retorno o procedentes de la corrosión de la línea de alimentación. El oxígeno y el dióxido de carbono disueltos también pueden corroer el metal. Los métodos de tratamiento se pueden dividir de manera general en dos grupos. En el primero se añaden productos químicos para neutralizar los efectos dañinos, pero los productos de la reacción permanecen en la caldera y deben ser eliminados continuamente por evacuación. En el segundo método, la mayoría de las impurezas son removidas en una unidad de tratamiento antes de que el agua entre en las calderas y solamente se hace necesario una mínima cantidad de tratamiento químico adicional.

15-3

Tratamiento Interno

En el primer método, que es principalmente interno, las sales que de otra manera formarían incrustaciones insoluoles duras, precipitan por efecto del carbonato o fosfato sódico para formar un lodo blando. Se impide el asentamiento y el retorno hacia las superficies de transferencia de calor usando acondicionadores orgánicos de lodos. El almidón, los alginatos y taninos, han sido usados como acondicionadores de lodos con éxito variable, pero los compuestos más activos y eficientes son el poliacrilato de sodio y el polimetacrilato. Éstos, no solamente evitan las incrustaciones y mantienen los lodos en suspensión, sino que además eliminan las incrustaciones previas, manteniendo limpias las calderas, evitando la necesidad de paradas y la necesidad de limpiezas onerosas, ya sean mecánicas o acidas. Este método interno trabaja perfectamente bien en las circunstancias apropiadas, lo cual generalmente quiere decir la existencia de calderas con bajos flujos de transferencia de calor y agua de alimentación no demasiado dura. Al usar acondicionadores de lodos, tales como el polimetacrilato, solo o en combinación con otros materiales orgánicos, es posible operar con éxito un tratamiento interno con una calidad de agua peor que la que originalmente habría sido posible y con la cual de otra manera sería necesario el uso de una unidad auxiliar de ablandamiento. La simplicidad del método interno tiene muchas ventajas ya que no requiere un gasto adicional o el uso de una planta separada de tratamiento. El balance químico que tiene que mantenerse necesariamente en la caldera puede controlarse por medio de unos pocos y simples exámenes fáciles de aprender por el menos experto de los operarios.

Tratamiento Externo

Con el empleo de calderas de más alta velocidad de transferencia, lo cual incluye calderas compactas modernas a cualquier presión de trabajo, puede solamente tolerarse agua de la mejor calidad. Debido a las altas'velocidades de transferencia de calor, puede aislarse substancialmente el metal aún con solo una pequeña capa de incrustación de tal manera que puede ocurrir un sobrecalentamiento localizado. Excepto en unas pocas áreas en las cuales se dispone de agua blanda, es necesario generalmente el empleo de una planta auxiliar de ablandamiento. Existen muchos tipos de plantas auxiliares y la elección está determinada generalmente por la calidad del agua de alimentación que puede ser tolerada y por el deseo de emplear el tratamiento más simple y más barato.

15-4

El ablandador de resinas de intercambio es uno de los más simples y menos costosos y por esta razón es el usado más comúnmente. Sin embargo, estas resinas se emplean a veces con agua de calidad totalmente inadmisible. El principio de operación asegura que casi todo el calcio y magnesio (y la mayoría de los otros metales en solución) se eliminan intercambiándose con sodio. Ninguna otra impureza se intercambia: todos las aniones y las substancias no ionizadas permanecen en el agua, incluyendo el oxígeno disuelto. Si el agua no tratada contiene bicarbonato de calcio, éste se transformará en bicarbonato de sodio en el agua de alimentación. Dentro de la caldera este bicarbonato se descompone al calentarse, transformándose en carbonato de sodio y finalmente en sosa cáustica. Algunas aguas son ricas en bicarbonatos y la alcalinidad es excesiva en la caldera, necesitándose una mayor purga de evacuación. Aún así, la proporción de la alcalinidad en relación con las sales totales puede ser muy alta con peligro de un ataque cáustico. Cuando existe una alta proporción de dureza permanente, el ablandamiento de intercambio de base es un método excelente para proporcionar agua de alimentación con un bajo contenido de sales formadoras de depósitos. Pero como la cantidad total de sales que pasan a la caldera después del intercambio permanece fija, se necesita una evacuación intensiva para impedir arrastres en la caldera. Cuando existe una alta proporción de dureza por bicarbonatos, se prefiere el proceso de desalcalinización. Esto requiere el uso de una resina diferente de tipo hidrogeniónico. Su efecto es el de eliminar una cantidad de calcio y magnesio igual a la de bicarbonato y reemplazarla con cationes de hidrógeno, produciendo un ácido. El gas de ácido carbónico resultante se elimina con burbujeo de aire en la torre desgasificadora. Usando sosa cáustica, es posible hacer una pequeña corrección del pH y el agua parcialmente ablandada pasa a través de una resina de intercambio básico para eliminar la mayor parte de la dureza residual. En esta etapa la alcalinidad es baja y las sales, en una proporción igual a la dureza en bicarbonatos, han sido ya convertidas y eliminadas. De esta forma la eliminación por purga es ahora considerablemente menor. El proceso de desalcalinización es más costoso en su instalación y la operación es más compleja que la del intercambio básico, pero generalmente produce agua de mejor calidad.

15-5

Un efecto semejante se obtiene usando el antiguo proceso cal/sosa, aunque no es muy eficiente. El problema se origina al tener que eliminar grandes cantidades de lodos, pero muchas plantas operan este proceso con excelentes resultados. La lechada de cal elimina la dureza por bicarbonato, la sosa elimina la dureza permanente. Es posible encontrar resinas de intercambio iónico que eliminen todas las sales minerales ionizadas, incluyendo sílice, produciendo agua de alimentación muy pura. Aunque este proceso de desmineralización es el más costoso de todos en cuanto a instalación y operación, puede proporcionar muchos ahorros de combustible y de agua debido a la pequeña cantidad de evacuación que se precisa. Este proceso de intercambio iónico utiliza resinas catiónicas y amónicas.

Sílice

Con el proceso de intercambio con resinas básicas para desalcalinización, los aniones, incluyendo la sílice, permanecen en el agua. Con el tratamiento interno, la sílice generalmente constituye una pequeña proporción total de las impurezas y cualquier precipitado que se forme está diluido con otras substancias. Utilizando el tratamiento externo, se produce mucha menor cantidad de lodos en la caldera pero la sílice puede constituir la mayoría. Esto último es importante, porque la sílice forma las incrustaciones más duras e intratables, especialmente en presencia del hierro y en agua de baja alcalinidad. Ningún ablandador es cien por cien eficiente, ni tampoco recibe el cuidado y la atención que requiere. Siempre pasan a la caldera pequeñas cantidades de impurezas, que son susceptibles de medirse. La forma de tratamiento de estas impurezas es similar a la del tratamiento interno pero, sin embargo, se requiere una menor cantidad de tratamiento químico.

Gases Disueltos

El oxígeno disuelto es una de las impurezas más engañosas y difíciles de eliminar. Puede ser eliminado en gran proporción en un desaireador, o disminuido considerablemente, simplemente calentando el agua de alimentación ya que los gases son menos solubles en agua caliente que en fría. El oxígeno remanente se trata luego añadiendo agentes reductores tales como sulfito de sodio o hidracina, los cuales reaccionan para formar substancias menos dañinas. Debe mantenerse en la caldera un pequeño exceso de los productos químicos para los diferentes tratamientos para que puedan entrar en acción durante las fluctuaciones relativamente pequeñas que ocurren en la calidad del agua de alimentación, asegurando de esta forma que se completen las reacciones.

15-6

En la mayoría de las plantas, gran parte del agua de alimentación entra en forma de condensado de retorno que se introduce directamente al tanque de alimentación. En un proceso que opere de forma apropiada es posible impedir la contaminación del condensado ya sea con aceite o por agua no tratada o con trazas (algunas veces grandes cantidades) de uno o más de los productos manufacturados. Si se contamina, todo el trabajo hecho en el agua de alimentación puede ser inútil. La pureza del vapor generalmente se mide con frecuencia, pero a menudo solo para detectar trazas de impurezas acarreadas en la caldera. El control de la cantidad acarreada es cuestión de diseño de la ingeniería de la caldera y de la operación en las condiciones correctas tanto de presión como de proporción de vaporización. Como las sales solubles contribuyen a la formación de espuma en el agua de la caldera, se establece un límite máximo al que puede concentrarse el agua antes de que la formación de espuma se convierta en un problema. Si la caldera se opera correctamente tanto en lo que se refiere a presión como a carga, y el agua se mantiene libre de contaminantes productores de espuma, el contenido de sólidos en el vapor puede fácilmente mantenerse bajo los límites de garantía. Los sólidos pueden ser retenidos en la caldera si se han tomado las precauciones para que no sean acarreados por el vapor, pero el problema con los gases es otra cosa. Si se ha aplicado el tratamiento correcto, el oxígeno no debe estar presente en el vapor, pero puede haber anhídrido carbónico. El tratamiento interno con fosfatos o el ablandamiento básico de intercambio, deja todo el bicarbonato original en el agua de alimentación y, por lo tanto, una cantidad equivalente de dióxido de carbono entra en el vapor. La desalcalinización y desmineralización producen dióxido de carbono en mucha menor cantidad ya que se ha eliminado previamente el bicarbonato. En la forma gaseosa los gases disueltos hacen poco daño, pero cuando el vapor se condensa y los gases se disuelven, entonces el condensado puede ser muy corrosivo. Tanto el oxígeno como el dióxido de carbono causan corrosión por si solos, pero juntos son aún más corrosivos que cualquiera de ellos separadamente. El resultado es un ataque rápido de las turbinas, tuberías de calentamiento o líneas de condensado.

15-7

El costo de los salarios y de los materiales necesarios para mantener estos sistemas de alta corrosión potencial en condiciones de buen mantenimiento es una razón más que suficiente para emplear alguna forma de tratamiento. Aunque el mantenimiento del equipo del condensado en condiciones óptimas puede ser de menor importancia, lo que generalmente importa es el mantenimiento de la caldera en sí. La corrosión del hierro y del cobre es constante todo el tiempo, y a menudo peor cuando la planta está parada y el oxígeno puede entrar en el sistema. Los productos de la corrosión retornan al tanque de alimentación y luego a la caldera. En este punto, se forman no solamente depósitos pesados, sino que interfieren en la eficiencia del acondicionamiento de los lodos de sales duras, creando depósitos de composición química compleja. La concentración localizada de sales del agua de calderas bajo estos depósitos ferrosos da como resultado la corrosión. Es en las calders modernas, a cualquier presión de trabajo, en donde menos se toleran los depósitos en las superficies de calentamiento y de generación de vapor, y se hace más importante que nunca el mantener la atención en el condensado. Si el agua de alimentación ha sido correctamente tratada, no debe haber oxígeno en el vapor. Es por esto por lo que es necesario impedir la entrada de oxígeno en el sistema, a través de juntas mecánicas defectuosas, o de tanques colectores abiertos. TratajnientO Con Aminas

El dióxido de carbono es ácido y su naturaleza corrosiva puede ser neutralizada con un álcali o una amina. La más usada es la ciclohexilamina, o la morfolina, o ambas. A pesar de que la morfolina es más cara y tiene menor poder neutralizador que la ciclohexilamina, es más usada debido a que es más soluble en agua caliente y puede así dar un pH alto con un condensado recién formado. Estas aminas neutralizantes pueden ser dosificadas en el sistema en proporción a la cantidad de dióxido de carbono. De esta forma, empleando tratamientos internos, o con agua ablandada en intercambio básico, es posible que haya una gran cantidad de dióxido de carbono que debe ser eliminado del agua de calderas y debe tenerse en cuenta que las aminas neutralizantes pueden ser caras. Con la desalcalinización o con el intercambio con cal y base o con la desmineralización, se reduce el dióxido de carbono y de esta forma el vapor es menos corrosivo.

15-8

Otro método de tratamiento consiste en usar una amina que forme una película. Esta puede ser una amina primaria de cadena larga tal como la octadecilamina, la cual tiene la propiedad de formar una película repelente al agua en la superficie limpia del metal, con lo que se le protege efectivamente de la acción corrosiva del condensado. Este método es más o menos independiente de la cantidad de dióxido de carbono u oxígeno contenidos en el agua. Debido a su afinidad con el metal, las aminas formadoras de películas pueden hacer desprender los depósitos antiguos de corrosión y, si se usan en exceso en sistemas sucios, pueden causar un taponamiento debido a escalas de corrosión que han sido acarreadas a lo largo de la tubería. Esta propiedad detergente es bien conocida y existen métodos simples para poner en marcha un sistema de tratamiento con aminas formadoras de películas evitando problemas de taponamiento. Existen también aminas terciarias formadoras de películas que no tienen un efecto detergente tan pronunciado y que son fáciles de dosificar junto con otros materiales en el agua de alimentación.

Resumen

Hemos esbozado brevemente algunas de las formas de tratamiento del agua de alimentación de calderas. El campo es sumamente complejo y, en el caso de que el agua sin tratamiento contenga sólidos o que tenga un alto grado de salinidad, deben emplearse otros métodos de tratamiento. Lo que debe tenerse presente es que hay una gran variedad de métodos de tratamiento de aguas y que es absolutamente indispensable el realizar un análisis del agua sin tratamiento para asegurar la elección del método o métodos más apropiados.

Sistemas De Tratamiento De Aguas Para Cada Caso

Partiendo del agua sin tratamiento, extremo izquierdo, los sistemas de intercambio eliminan selectivamente, en parte o totalmente, los sólidos disueltos. Las barras indican los contenidos en dureza, alcalinidad, sulfatos, cloruros y sílice. Los intercambiadores de catión sodio ablandan el agua por sustitución de las durezas de calcio y magnesio con sodio procedente de las resinas pero no alteran los solidos totales disueltos. Si la alcalinidad es demasiado alta, la mezcla de aguas provenientes de los intercambiadores de cationes de hidrógeno y sodio pueden producir agua blanda de baja alcalinidad. Una desmineralización completa elimina casi todos los sólidos disueltos. Si la eliminación de sílice es innecesaria se utiliza una resina aniónica ligeramente básica.

15-9

SISTEMAS DE INTERCAMBIO IÓNICO (ION EXCHANGE SYSTEMS) IRQ

1fiíl IDlf i l i l i l DUREZA

140

|

|

1

ALCALINIDAD

PPM COMO CaCO3

120 Oí _¿

o

|*YWJ

100

SÍLICE S¡O2

80 60 40

-';'':':

•'$:':

;:•!

V

20

i (SIN TRATAR)

• ' '

VV

®- w ^: W .-

1

INTERCAMBIO CATIÓN SODIO

,

f\A

'+
INTERCAMBIO CATIÓN SODIO HIDROGENO

*$\ tfñ i-'.

,y\i

bO>|

•««««^^^^^^T'1

DESMINERALIZADO CON RESINA AMÓNICA BÁSICA DÉBIL

"i

««^

""I

DESMINERALIZADO CON RESINA AMÓNICA BÁSICA FUERTE | ,.-.„ „-,, .., ,

QUÍMICA DEL INTERCAMBIO IÓNICO (ION EXCHANGE CHEMISTRY) INTERCAMBIO DE CATIONES (CATION EXCHANGE) CICLO DEL SODIO

^"

j*^

{**

rr^

j^

~*^

x-"

,s*~

Na 4

--•

-HC03

J

Na-

HCOs

+

E

Ca

*

E

Na 4

-HCOs

—

^ INTERCAMBIADOR CATIÓN SODIO

BICARBONATO CALCICO

' ""

-***'

^^ HC03

Na + INTERCAMBIADOR CATIÓN CALCIO

BICARBONATO SÓDICO

REGENERACIÓN CON CLORURO SÓDICO -r*"

Na 4

"•'*'

^Sf

^^

^S"

.^

^^-Cl

Na +

-^

^~

E

i ^"~~^

^ Cl

Na. -Cl

J INTERC. CATIÓN CALCIO

jf^-

|

-Cl

INTERC. CATIÓN SODIO

CLORURO DE SODIO

^ CLORURO DE CALCIO IOR: CLORURO CALCICOI

CICLO DEL HIDROGENO DÉBILMENTE ACIDO _^X'

^

js*

H+ -HCO3

J

-HCOs

H+ ^

+

Ca

E

E

H+

-HC03

—

^ BICARBONATO CALCICO

INTERC. CATIÓN HIDROGENO

^x*" H+

-^

-^n

-HCOs

INTERC. CATIÓN CALCIO

J

ACIDO CARBÓNICO

REGENERACIÓN CON ACIDO PARA RESTAURAR CAPACIDAD H+

H+ Ca

E

\'

INTERC. CATIÓN CALCIO

E

S04

H+

S04

H+

ACIDO SULFÚRICO

INTERC. CATION HIDROGEI*

SULFATO CALCICO

FUERTEMENTE ACIDO — Na 4

7"

^7)

_x*'""'

-c, M

| H+ E

E H+ -C,

J j"*"~|

|H +

I —

CLORURO SÓDICO

-Cl

Na 4

H+

Na»

^¿*

-

J

INTERCAMBIADOR

INTERCAMBIADOR CATIÓN HIDROGENO

CATIÓN SODIO

CLORHIDR.CO UOP 220-1 5-2

15-11

SE DISOCIA EN H2O Y CO 2 EN EL DESGASIFICADOR

QUÍMICA DEL INTERCAMBIO IÓNICO (ION EXCHANGE CHEMISTRY) INTERCAMBIO ANIONICO (ANIÓN EXCHANGE) INTERCAMBIO ANIONICO DÉBILMENTE BÁSICO ^XT'.Y. — -X*"

^f" • •

~s*

•• '^^

^*

^¿S*

-OH

H+ S04

E

+

H+

^f

J**^"

—

1 VTERC. ANIÓN HIDROXIDO

j^'

^^

H+

-OH

H+

-OH

+

S04

+

-OH

ACIDO SULFÚRICO

*¿jr

+

S*

^ ^

INTERC. ANIÓN SULFATO

AGUA

. . . Y REGENERACIÓN CON SOSA CAUSTICA ^4**"

.->>*"

rt**'

^*

Na + +

S04

E

É.-**^

^^

^^ +

.xíí'.T.T.1.1.1 >" ISla +

INTERC. ANIÓN SULFATO

-^

-OH

-OH

S04

-

}

Na +

"JTERC. ANIÓN HIDROXIDO

HIDROXIDO SÓDICO

^^

iS^'

: Na + ^

^^ OH

^^". .

-S^

-OH

SULFATO SÓDICO

INTERCAMBIO ANIO NICO FUERTEMENTE BÁSICO ES ÚTIL EN LA ELIMINACIÓN DE SÍLICE j^" ¿if H+ HSi03

-^^

H+ ^^

-n-***"

*^

j>>""

^x**^

^^

-x"*'

-OH

-HSiOs

-OH

-HSi03

HSÍ03

_>>*^

:H +

-OH

H+

-OH

+

^^^

^

H+ H+

^^,

^.x*

INTERC. ANIÓN HIDROXIDO

-

NTERC. ANIÓN SILICATO

AGUA

ACIDO SILÍCICO

, . . CORTREGENERACION ACIDA PARA RESTAURAR CAPACIDAD DE INTERCAMBIO

15-12

UOP 220-15-3

UNIDAD TÍPICA DE INTERCAMBIO IÓNICO DE UN SOLO LECHO (TYPICAL ION EXCHANGE UNIT — SINGLE BED) UNIDAD DE INTERCAMBIO IÓNICO

COLECTOR DE AGUA DE LAVADO

MATERIAL DE INTERCAMBIO

SALIDA DE RETROLAVADO ENTRADA EYECTOR ENTRADA DE RETROLAVADO SALIDA SALIDA DE ENJUAGUE

PROCESO TÍPICO DE ABLANDAMIENTO CON CAL EN CALIENTE (TYPICAL HOT LIME SOFTENING PROCESS) CONTROL DE ENTRADA

CONDENSADOR DEL VENTEO DE CONTACTO DIRECTO VENTEO

ENTRADA DE VAPOR REBOSE

ENTRADA DE AGUA SIN TRATAR

AGUA DE RETROLAVADO DE LOS FILTROS AGUA TRATADA A LOS FILTROS

MEDIDOR RELOJ

ALIMENTACIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS r con agua «hi tratar y producto* químicos an la zona suparior. El agua fluya al fondo, aadanda a travaa dal lacho da lodos y sa deacarga a k» nitros. La fuanta de calor as vapor racalantado o vapor «aturado. Loa lodos se colactan an al cono y aa daecaroan pariodrcamante al dasagua.

15-13

AGUA DE RETROLAVADO A LOS FILTROS

DESAIREACION (DEAERATION) Los gases disueltos en el agua suministrada a calderas pueden producir corrosión y picaduras (corrosión alveolar); por lo tanto deben ser eliminados para proteger a la caldera, tuberías, bombas y líneas de condensado. Los gases predominantes son oxígeno y anhídrido carbónico. Su eliminación se hace por la elevación de temperatura del agua lo cual disminuye el nivel de saturación de los gases en el líquido, y luego el despojamiento se realiza inyectando vapor en el agua. El oxígeno y el CO2 pueden removerse en desaireadores mediante cualquiera de estos dos métodos: bajo presión con vapor o usando vacío. En servicios de calderas lo normal es usar vapor y discutiremos este método.

Desaireadores Con Vapor

El agua de alimentación a la caldera se introduce en forma pulverizada; luego se inyecta vapor que se pone en contacto con el agua y desorbe los gases disueltos en la misma. Los diseños de los desaireadores son de dos tipos: de pulverización y combinados de platos.

Tipo Pulverización

El agua se alimenta en forma pulverizada a una cámara primaria llena de vapor, el cual la calienta y la despoja de gases. Luego se despoja con vapor en una zona secundaria de desaireación en la cual se circula vapor libre de oxígeno para remover las trazas residuales de gas antes de que el agua vaya a almacenamiento, el cual está diseñado normalmente para mantener la suficiente cantidad de agua para tener un tiempo de residencia de 10 minutos dada la capacidad de diseño de la caldera.

Tipo Combinado De Platos

El agua pulverizada se alimenta a un espacio lleno de vapor, luego desciende en forma de lluvia a través de una serie de platos. En contracorriente y con flujo transversal asciende vapor el cual calienta el agua y desorbe los gases absorbidos.

15-14

DESAIREADORES (DEAERATORS) VENTEO PARA GASES

ENTRADA

ENTRADA

ZONA DE DESAIREACION Y DESORCIÓN SECUNDARIA

CONDENSADO CALIENTE

NIVEL CONTROLADO DE AGUA

DESAIREACION PRIMARIA ALMACENAJE DE AGUA DESAIREADA

NIVEL DE AGUA VARIABLE

ÍT T

DRENAJE

AGUA DESAIREADA

REBOSADERO PARA EMERGENCIA

TIPO DE LLUVIA VENTEO CONTROL DE NIVEL

CONDENSADOR DEL VENTEO INTERNO

ENTRADA DE AGUA

PLATOS DE CALENTAMIENTO Y DESAIREACION

ENTRADA DE VAPOR

CÁMARA DEL FLOTADOR PARA EL CONTROL DE NIVEL ALMACENAJE DE AGUA DESAIREADA

A LA BOMBA DE ALIMENTACIÓN DE LA CALDERA

TIPO COMBINADO

15-15

UOP 220-15-6

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

t

BTMIM VOUB BeHhegv oporiioiK

yFte

CALDERAS

uop PrOCeSS Division

UOP Inc.

16-1

CALDERAS DE VAPOR (BOILERS) La generación de vapor es el proceso de convertir agua en vapor por la aplicación de calor. Cuando el agua está hirviendo, el vapor y el agua tienen la misma temperatura. Ésta se conoce como temperatura de saturación. Aunque la temperatura permanece constante, se debe agregar calor para transformar el líquido en vapor. Esta cantidad de calor se conoce como calor latente de vaporización. Si el vapor producido está libre de agua a la temperatura de ebullición, se dice que es un vapor seco y saturado. Cuando el vapor contiene líquido se llama húmedo. Si el vapor se calienta sobre la temperatura de ebullición, se dice que es vapor recalentado (sobrecalentado). Existen tablas que contienen datos sobre los puntos de ebullición a varias presiones y también proporcionan información sobre la cantidad de calor contenido en el vapor. Éstas se conocen como TABLAS DE VAPOR. Otro gráfico de uso corriente para obtener información sobre las propriedades del vapor se conoce como GRÁFICO DE MOLLIER. Ebullición

Y

Nuestro objeto es el de producir vapor por ebullición.

Circulación Es fácil observar como en un recipiente calentado desde abajo se forman burbujas de vapor en el área calentada cuando el agua comienza a hervir. Estas burbujas y el agua caliente son desplazadas por agua libre de vapor más fría y más pesada, formándose así una corriente de circulación que lleva las burbujas a la superficie donde el vapor escapa. En una caldera de t'ubos, el agua y el vapor fluyen por una gran cantidad de tubos. La idea básica puede ser simplificada visualizando un circuito simple como se muestra en el diagrama. Un brazo del circuito se calienta en el hogar mientras que el otro está protegido por una pared de ladrillo refractario, la cual tiene por objeto el mantener un brazo más frío que el otro. Las burbujas de vapor se forman en el lado caliente (conocido como "elevador" o brazo de flujo ascendente). Esta mezcla de vapor y agua asciende y es reemplazada por el agua más fría y más pesada proveniente del ramal de flujo descendente.

16-3

En operación normal, existe un flujo continuo de agua desde el tambor hacia abajo por la pierna de descenso y de regreso hacia el tambor por la pierna de retorno. Este tipo de caldera se denomina de circulación natural. Aún cuando la operación de muchas calderas no es tan simple como en el ejemplo, ya que normalmente se componen de circuitos más complejos, el principio es el mismo. Cuando se diseña una caldera para utilizar todo el calor disponible que puede ser extraído económicamente, tanto los tubos como el circuito se diseñan de tal forma que, a plena carga, siempre exista un flujo de agua tal a través de cada tubo, que mantenga al metal dentro de un margen de temperaturas seguro. Las calderas de alta presión es normal que sean de circulación forzada. Esto significa que se bombea el agua a través de los varios circuitos. En ambos casos normalmente se circula una cantidad de agua mayor que la cantidad de vapor generado. Hay diseños de un solo paso, los cuales son ideales para operación a presiones superiores a la presión crítica, en las que el agua se transforma en vapor sin hervir. Hay, sin embargo, diseños de un solo paso a presiones bajo el punto critico, en los cuales el agua de alimentación se bombea en un extremo de los tubos y por el otro extremo sale vapor saturado.

16-4

CIRCUITO SIMPLE DE TUBOS (SIMPLE WATERTUBE CIRCUIT) VAPOR MEZCLA DE VAPOR Y AGUA

BAJANTE NO CALENTADO

RAMAL DE ASCENSO, "ELEVADOR", CALENTADO

AGUA

EN UN CIRCUITO SIMPLE DE TUBOS, EL VAPOR SE FORMA EN EL LADO CALIENTE. LA MEZCLA RESULTANTE DE VAPOR-AGUA PESA MENOS QUE EL AGUA MAS FRÍA EN EL LADO NO CALENTADO Y ES POR TANTO DESPLAZADA. EN EL TAMBOR, LAS BURBUJAS DE VAPOR SUBEN A LA SUPERFICIE DEL AGUA Y EL VAPOR SE LIBERA.

PARED DE LADRILLO REFRACTARIO

UOP 220-16-1

PROPIEDADES DEL VAPOR DE AGUA O) O

pRESI0 N

<:RITIC A

¿4

* O

Oí O

X,s^G,

W O

^

^

X>

O

ISJ O

DIFEF ¡ENC I/ i D E PE!JOS ESPE C IFIC:os

O

-»

n

ri \fAPO\DO

JU.— --

s

\ i i— /

SA TUR/ — •" ) 50 0 1000 1500 20002500 3000 3500

g

_^K¿

.

PESOS ESPECÍFICOS DEL VAPOR Y DEL AGUA, LIBRAS/PIE3

(STEAM PROPERTIES)

2 RESI ON, PSIA (LIBRAS/PULGADA ABSOLUTAS)

16-5

COMO UNA MEDIDA DE LOS EFECTOS DE LA PRESIÓN SOBRE LA FUERZA QUE PRODUCE CIRCULACIÓN, ESTE GRÁFICO COMPARA EL PESO ESPECIFICO DEL AGUA Y EL DEL VAPOR SATURADO. LA DIFERENCIA ENTRE LOS PESOS ESPECÍFICOS DISMINUYE CONFORME SE INCREMENTE LA PRESIÓN, HASTA UNA PRESIÓN DE 3206.2 PSIA, LA PRESIÓN CRITICA, EN LA CUAL NO EXISTE DIFERENCIA

UOP 220-16-2

Tipos De Calderas

Existen dos tipos básicos de generadores de vapor o calderas, como corrientemente se les denomina. Un tipo de generador de vapor es el llamado de tubos de combustión, donde toda la transferencia de calor se efectúa por el paso de los gases calientes de la combustión a través de tubos sumergidos en agua. El agua y el vapor están contenidos en una carcasa simple de forma cilindrica. Ejemplos de este tipo de caldera se usan en locomotoras a vapor y en las calderas de barcos. El otro tipo de generador de vapor se conoce simplemente como caldera de tubos, o de tubos de agua. En este tipo de caldera, el hogar está rodeado de tubos por cuyo interior circula una mezcla de agua y vapor. Este tipo de caldera es de uso corriente en los generadores de refinería. Aunque la primera caldera de tubos data del Siglo XVIII, los diseños han cambiado mucho en estos últimos 30 años. En la actualidad es mucho más común el uso de los tubos verticales o semiverticales en las secciones de radiación y convección. Además se emplea al máximo el calor que se desperdicia en los gases por la chimenea, donde se instalan calentadores de aire y economizadores. Las calderas compactas tipo paquete constituyen en la actualidad la forma más común de generadores de vapor empleados en operaciones de refinería. Estas calderas se llaman compactas debido a que se fabrican como una unidad integral completa y se transportan como tales al punto de utilización, listas para su conexión y su uso inmediato. La mayoría de las calderas de tubos compactas tienen uno de los siguientes tipos de configuración estructural, "A", "D", u "O", como se muestra en el diagrama. El tamaño de estas calderas está limitado sólo por la capacidad del vehículo de transporte y por las dimensiones máximas admisibles para el transporte. El otro tipo de caldera es aquél que se construye en el punto de utilización. Este tipo es mucho más caro, costando aproximadamente dos veces más que una caldera de tipo compacto. El precio de las calderas se estipula por kilo (o por libra) de vapor producido. En todos los tipos de construcción moderna, los tubos de la pared del hogar se tocan (éstos son conocidos como tubos tangentes) o se juntan con una aleta de metal para proporcionar un sello hermético al paso de los gases entre cada tubo. En esto se diferencia una caldera de un horno de hidrocarburos ya que en este último existe espacio de transferencia de calor alrededor de los tubos.

16-6

TIPOS DE CALDERA (BOILER TYPES) GASES DE COMBUSTIÓN

SALIDA DE VAPOR

CALDERA DE TUBOS DE COMBUSTIÓN DE 3 PASOS EL AGUA ESTA EN EL LADO DE LA CARCASA Y EL VAPOR SE SEPARA EN LA PARTE SUPERIOR QUEMADOR

EL TIPO "A" TIENE DOS PEQUEÑOS TAMBORES INFERIORES O CABEZALES. EL TAMBOR SUPERIOR ES MAS GRANDE Y PERMITE LA SEPARACIÓN DEL AGUA Y DEL VAPOR. LA MAYOR PARTE DE LA PRODUCCIÓN DE VAPOR OCURRE EN LOS TUBOS MAS HACIA EL CENTRO DEL HOGAR.

EL TIPO "D" PERMITE MUCHA FLEXIBILIDAD. AQUÍ LOS TUBOS MAS ACTIVOS SON LOS QUE ENTRAN EN EL TAMBOR CERCA DE LA LINEA DE NIVEL DEL AGUA. LOS QUEMADORES SE ENCUENTRAN GENERALMENTE EN LAS PAREDES EXTREMAS.

EL TIPO "O" ES TAMBIÉN UN SISTEMA COMPACTO DE TUBOS PARA GENERAR VAPOR. SU ALTURA ES UN FACTOR LMITANTE PARA EL TRANSPORTE, DE AHÍ QUE, PARA IGUAL CAPACIDAD SE REQUIERE A MENUDO UNA CALDERA MAS LARGA. LOS PISOS DE LOS TIPOS "D" Y "O" SE CUBREN GENERALMENTE ' CON LADRILLOS REFRACTARIOS.

DISEÑO DE LA PARED DE TUBOS

TUBOS UNIDOS

TUBOS TANGENTES

16-7

UOP 220-16-3

Tambor De Vapor

El tambor de vapor es el tambor donde el agua y el vapor se separan. Aqut se encuentra la entrada de agua de alimentación, la cual entra bajo control de nivel. Todos los tubos de flujo ascendente y descendente van acoplados a este tambor. Existe también una salida de vapor hacia el sistema de proceso o a un recalentador. En el tambor de vapor se instalan válvulas de alivio o de escape para proteger al sistema. El método de separación del agua y del vapor es el mismo en la mayoría de calderas y se lleva a cabo en un separador mecánico o en un separador ciclónico. La mezcla de vapor y de agua procedente del haz ascendente se dirige al separador ciclónico por medio de una placa deflectora. La fuerza centrífuga en el ciclón separa las gotas de agua, y el vapor sale del ciclón y pasa a través de más separadores hasta que se tiene vapor relativamente seco para uso en las unidades de proceso.

Tambor De Lodos

Los tambores de lodos son los cabezales de recolección en el fondo de los haces de tubos ascendentes y descendentes. De estos tambores de lodos se extrae la purga. La purga es el líquido que se extrae de la caldera para mantener baja la concentración de sólidos en el agua de la caldera. Normalmente hay dos corrientes de purga, una es una purga continua de una cantidad fija de agua, la otra es intermitente. La purga interminente se ajusta para mantener el agua de calderas dentro de la especificación de sólidos disueltos que se estipule.

16-8

TAMBOR DE VAPOR (STEAM DRUM) ELEMENTOS SEPARADORES PLATOS ACANALADOS

SALIDA DEL VAPOR

DRENAJE

o> cb

DEFLECTORES

SEPARADOR CICLÓNICO

ENTRADAS DE VAPOR

DEFLECTOR INTERNO

VAPOR Y AGUA PROCEDENTES DEL HAZ DE TUBOS ASCENDENTE

VAPOR Y AGUA PROCEDENTES DEL HAZ DE TUBOS ASCENDENTE AGUA AL HAZ DESCENDENTE

UOP 220-16-4

Sopladores De Hollín

La mayoría de calderas están equipadas con sopladores de hollín, los cuales sirven para mantener la superficie exterior de los tubos limpia y libre de material que pudiera afectar la transferencia de calor. Se utiliza vapor para el soplado del hollín y la frecuencia de la operación depende del tipo de combustible usado. La temperatura de los gases de la chimenea es un indicio de la necesidad de un soplado de hollín. Una temperatura superior a la normal en los gases de la chimenea para una carga dada de vapor a condiciones normales de combustión, indica que los tubos de la sección de convección están comenzando a ensuciarse y no se tiene la transferencia de calor apropiada. Existen dos tipos de sopladores de hollín: los fijos o estacionarios y los retraíbles. Un soplador de hollín estacionario, como su nombre indica, es un tubo fijo con agujeros. Los agujeros permiten la salida de vapor a presión para el barrido de los tubos. En los sopladores retraíbles, la lanza es operada por medio de motores eléctricos. Un motor gira la lanza a una velocidad constante mientras que otro motor de dos velocidades la desplaza. Se emplea una velocidad lenta cuando la lanza entra y una velocidad mucho mayor cuando la lanza se extrae. Esto ahorra tiempo y vapor. Un método de operación automática del soplador de hollín retraíble se basa en la temperatura de los gases de la chimenea. Una desventaja es que durante el soplado del hollín se produce una reducción de la temperatura ya que el vapor usado para el soplado del hollín enfría los tubos, de allí que el soplado podría causar una ligera reducción en la producción de vapor en un momento dado. Se debe recalcar que las trampas de vapor colocadas en las líneas de los sopladores de hollín deben funcionar de modo apropiado de tal manera que no se sople condensado sobre los tubos. El soplado de hollín no se debe llevar a cabo a caudales bajos, a fin de evitar la posibilidad de apagar los quemadores.

Ventiladores De Tiro Forzado

La mayoría de las calderas son de tiro forzado. Esto significa que el aire que va a los quemadores se suministra por medio de un ventilador de tiro forzado. Este ventilador puede ser operado por una turbina de vapor o de aire o por un motor eléctrico. El ventilador mantiene una presión positiva en el hogar. Para mantener una relación controlada de combustible/aire en el hogar, se varía la velocidad de la turbina de vapor o de aire. Si se usa un motor eléctrico, se regulan las persianas que controlan la entrada del aire.

16-10

SOPLADORES DE HOLLÍN (SOOT BLOWERS)

SOPLADORES DE HOLLÍN O ESTACIONARIOS

o o o o o oo

SOPLADORES DE HOLLÍN RETRAIBLES

o p/ p o o

O Óí'Q\ O O UOP 220-16-5

Arranque Normal De Una Caldera

La caldera debe ser examinada para tenerse la seguridad de que esté lista para el arranque y de que todo el equipo esté disponible. Se debe verificar lo siguiente: a) Que se disponga de un nivel normal de agua y que los visores de nivel estén operando. b) Que la tapa ciega del cabezal de vapor haya sido removida de manera que, cuando se genere vapor, éste pueda entrar en el cabezal (también se debe abrir la válvula de cierre en la línea de salida de vapor, la cual se encuentra cerca del cabezal principal de vapor). c) Que la tapa ciega del cabezal de purga haya sido removida de manera que el cabezal de purga esté operando. d) Que el hogar haya sido purgado y esté libre de hidrocarburos. Encender el piloto del quemador. e) Remover la tapa ciega del cabezal de combustible y encender el quemador principal. f) Asegurarse de que el venteo del tambor esté abierto. g) Incrementar la temperatura aproximadamente 40°C por hora. Mantener abierto el venteo hasta que todo el aire haya sido expulsado, entonces cerrar el venteo de vapor y permitir que la presión aumente lentamente. La purga deberá ser operada durante este período inicial para comprobar el nivel de agua en la caldera y asegurarse de que no haya obstrucciones en el sistema de purga. En las etapas iniciales, el arranque de la caldera debería durar al menos cinco horas, hasta que los operarios conozcan todas las características del arranque. Si el cabezal común de vapor ya está en funcionamiento (con vapor suministrado por otras calderas) la válvula de retención puede ser abierta aún cuando la presión en la caldera sea más baja que su presión normal de operación. Cuando la presión alcance el nivel deseado, el vapor automáticamente comenzará a entrar en el cabezal común. El nivel del tambor de vapor debe ser observado constantemente durante esta etapa. Si es muy alto, se producirá un arrastre de agua. El dispositivo automático de rebose debería ponerse en servicio tan rápido como sea posible. Cuando el control automático de nivel esté funcionando, el nivel del tambor debe ser observado y comprobado manualmente cada cuatro horas.

16-12

CALDERA COMPACTA TIPO ******* "D (TYPICAL "D" TYPE PACKAGE BOILER) VISTA SUPERIOR DEL HOGAR (TOP VIEW OF FIRE BOX) CÁMARA COMÚN DEL AIRE DE TIRO FORZADO

TUBOS TANGENTES DE PARED TUBOS DE PARED CON ALETAS DE UNION

O5

_^ u

FLUJO DE GASES DE COMBUSTIÓN

QUEMADOR

O O O O Q O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O * « O O O O O O
om mo O« «O

om »o

o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o O o o ofl o o >^*^

mo O^B»Q

O

O

O

O

•mamo MI • o O* «O

om mo

om mo o^ü^o

o o O

o

o o o

i O O O O O O O O O O * «O O O O O O O » * O O O O O O O O

oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo

A LA CHIMENEA

o o o o o o o o O

O

O

O

-o o o

o

o o o o o o o o o o o o

O

O O O O O

O O

SOPLADORES DE HOLLÍN

UOP 220-16-6

Limpieza Química De Una Caldera

Éste es un método para la limpieza de todas las partes internas de una caldera para remover aceite u otros depósitos que puedan haberse acumulado durante la fabricación, mantenimiento u operación. Existen varias combinaciones de compuestos químicos que pueden usarse para lograr una limpieza satisfactoria. Si se usan mezclas comerciales, se deben seguir las instrucciones del fabricante. Ejemplo: Una mezcla satisfactoria para la limpieza de calderas es Sosa cáustica Carbonato de sodio Fosfato trisódico Sulfito de sodio

36 36 72 3,6

Kg Kg Kg Kg

Esta mezcla es suficiente para 15,5 m3 de agua. Mezcle los productos químicos en agua caliente hasta que se disuelvan en el tambor de alimentación de productos químicos y entonces bombéelos conjuntamente con el agua de alimentación al tambor de vapor. Esto significa que los productos químicos deben ser añadidos mientras la caldera se está llenando. Para limpiar partes interiores que normalmente están en el espacio de vapor, desmóntelas cuando sea posible y colóquelas en una canasta debajo del nivel normal del líquido en el tambor de vapor. Se debe tener cuidado de que no se impida la circulación normal del agua. PROCEDIMIENTO: 1. Llene la caldera hasta el nivel normal usando la bomba de agua de alimentación, introduciendo la solución química tal como se sugirió anteriomente. 2. Asegúrese de que la caldera esté aislada del cabezal de vapor y del cabezal de purga. 3. Abra el venteo en la parte alta del tambor de vapor, purgue el hogar, compruebe la ausencia de hidrocarburos; entonces encienda los quemadores. 4. Este procedimiento de limpieza puede combinarse con un secado del refractario si se quiere. Eleve las temperaturas del hogar a aproximadamente 40°C/hora hasta que la presión de vapor del tambor esté a 7 kg/cm 2 por ejemplo, ventee el vapor si es necesario para mantener una presión estable. Encienda los quemadores evitando producir zonas de calentamiento excesivo. Se debe añadir agua de alimentación

16-15

a la caldera para mantener el nivel normal del tambor durante la operación de limpieza junto con productos químicos en proporción al agua agregada. 5. La caldera debe ser purgada cada cuatro horas y, si es posible, a través del sistema de purga continua hacia el drenaje. Un análisis de la purga proporciona indicios de como va la limpieza. 6. La duración de la limpieza varía, pero se podría esperar que dure entre 24 y 48 horas. 7. Al concluir la limpieza se apagan los quemadores y se cierra el suministro de combustible a la caldera. Se permite que la caldera se enfríe y se depresiona. Cuando la temperatura está por debajo de los 60°C y la presión a O (cero), se drena la caldera y se abren los venteos totalmente. Se vuelve a llenar la caldera con agua tratada limpia y fresca hasta un nivel elevado y se vacía a través de las purgas y de los drenajes del fondo. Lavar al menos dos veces. Después de lavar, abra el drenaje y examine las partes internas. Si éstas no están en buenas condiciones de limpieza, se requerirá otra limpieza química. a) Si la limpieza es satisfactoria, reemplace todos los empaques que hayan estado expuestos a la solución de limpieza. b) Remueva los visores de vidrio. Limpíelos y compruebe que no haya obstrucciones en la tubería y luego vuelva a instalarlos. c) Vuelva a instalar todos los accesorios internos que hubieran sido desmontados para su limpieza. d) Después de que todas las partes hayan vuelto a ser instaladas y la caldera esté lista para funcionar, llénela con agua tratada hasta que el agua rebose por los venteos. Entonces aumente la presión hasta la presión de operación para verificar todas las conexiones que pudieran haber sido alteradas desde que se realizaron las pruebas hidrostáticas. La caldera está ahora lista para funcionamiento normal. Si la caldera no va a entrar en servicio se sugiere que se deje completamente llena, hasta que el agua rebose por los venteos, con agua dosificada con hidrazina (200 ppm) para evitar o reducir la posibilidad de corrosión por oxigeno. En algunos casos se puede aplicar una presión positiva de nitrógeno para eliminar el oxígeno.

16-16

CALDERA COMPACTA TIPO "D (TYPICAL "D" TYPE PACKAGE BOILER) VISTA LATERAL DEL EXTREMO (END ELEVATION)

TAMBOR DE VAPOR

QUEMADORES

I I III

, r~ i

i i I _i

\_

IAMBUK

DE LODOS \ CONEXIÓN DE PURGA UOP 220-1 6-7

16-17

Procedimiento De Éste depende de los requisitos legales locales, de la Prueba Según presión de trabajo y de diseño, y de quien esté autorizado Normas Del Código para certificar y supervisar la prueba, pero el procedimiento es similar a aquél utilizado para detectar fugas.

Procedimiento Para Después de completar cualquier mantenimiento o reparación Detectar Fugas de los tubos, la caldera deber ser probada a 1-1/2 veces la presión de diseño del tambor de vapor. a) La salida de vapor, la entrada de agua y las purgas deben haber sido tapadas para el mantenimiento. Debido a que la presión de la prueba es superior a la presión de alivio de las válvulas de seguridad, éstas deben ser aisladas del sistema por medio de tapas ciegas. b) Cerrar todas las válvulas de drenaje — abrir todos los venteos del tambor de vapor. c) Llenar la caldera con agua tratada o condensado si es posible; sino, usar agua limpia filtrada. d) Llenar hasta que el agua rebose por los venteos, cerrar los venteos y aplicar la presión hidrostática de prueba con una bomba de prueba. e) Mantener la presión de prueba hasta que se verifique la hermeticidad de la caldera. f) Al concluir, depresionar, abrir los venteos y drenar. g) Cerrar todos los venteos y drenajes. h) Si la caldera va a entrar en servicio, remover todas las tapas ciegas de las válvulas de alivio, entrada de agua, salida de vapor y purgas.

Control Del Agua De Calderas

Es esencial para la operación uniforme y eficiente de la caldera que el agua sea analizada a intervalos regulares y que esté conforme con ciertas especificaiones o límites de impurezas. Note que'algunos de estos límites tabulados varían con la presión de operación de la caldera.

16-18

CONTROL DEL AGUA DE CALDERAS (BOILER WATER CONTROL) PRESIÓN DÉLA CALDERA, PSIG

0-300

300-450

SOL/DOS DISUELTOS TOTALES

SÍLICE

pH

/VÍVELES DESEABLES DE SULFITO E FOSFATOS HIDRAZINA

3.500

10 min/

125

20-40

ppm max

11 max

ppm max

ppm max

20 ppm/ 1 ppm

90 ppm

20-40

20/1

3.000 ppm

10/11

ppm

450-600

2.500 ppm

10/11

50 ppm

20-40

ppm

20/1 UOP 220-1 6-8

Estos límites son para agua extraída del tambor de la caldera. El límite inferior del pH es para: 1. Minimizar la corrosión acida. 2. Favorecer la precipitación del calcio como fosfato de calcio en presencia de acondicionadores de lodos. 3. Favorecer la precipitación de metales tales como hierro o cobre. 4. Minimizar el arrastre de sílice en las calderas de alta presión. El límite superior del pH es para minimizar la posibilidad de que se debilite el metal en el tambor de vapor o en los tubos de la caldera.

16-19

MANUAL DE ENTRENAMIENTO • TMIh YOUR RGRhOY OPGMTOW

D

Yn©

DESTILACIÓN PETRÓLEO

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

17-1

DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO (PETROLEUM DISTILLATION) La Idea Básica De La Destilación

Es un hecho que una mezcla de líquidos puede ser calentada y hervida, y que los primeros vapores de la mezcla tendrán una composición diferente de la composición de la mezcla en el líquido. Por ejemplo, una mezcla de alcohol y agua, cuando hierva producirá un vapor que será más rico en alcohol. La destilación es el proceso que se basa en el enriquecimiento de las fases que ocurre durante la ebullición con el objeto de separar mezclas. El término fraccionamiento se usa a veces para describir el proceso de destilación. La destilación depende del hecho de que las substancias tienen diferentes puntos de ebullición. Si dos substancias tienen el mismo punto de ebullición, entonces la destilación no podrá ser usada para separarlos.

Variables De Destilación

El agua hierve a 100°C, 212°F, y a una atmósfera absoluta, 14,7 psig ó 1,033 kg/cm2. Si la presión es diferente, el punto de ebullición será diferente. En la ebullición, la temperatura y la presión están relacionadas entre sí por medio de una función conocida; no son independientes la una de la otra. Si tratamos de hervir agua en la cima de una montaña, el agua hervirá a una temperatura menor que la que herviría al nivel del mar. Los líquidos tienen puntos de ebullición definidos si se conoce la presión. Debido a que la destilación es un proceso de ebullición es de esperarse que la presión y la temperatura de destilación no serán variables independientes. El punto de ebullición de la mezcla depende de la composición de la misma. Si un material hierve a 200°C y otro a 300°C, una mezcla de los dos a partes iguales hervirá a algún valor intermedio, tal vez a 250°C, pero no necesariamente (en realidad, en algunos sistemas esta temperatura podría ser inferior a 200°C ó superior a 300°C). En el caso de una mezcla si se conoce la presión y la composición, entonces el punto de ebullición es fijo. Mirándolo de otra manera, una mezcla líquida con un punto de ebullición a 300°C y a una presión de 10 kg/cm 2 deberá tener una cierta composición que se podrá calcular si se trata de mezclas simples, tales como en el caso de sistemas de dos componentes como pentano normalhexano normal, por ejemplo. Para mezclas más complejas, puede decirse solamente que la composición estará dentro de un cierto margen (puede calcularse con bastante exactitud por medio de procedimientos más complicados). Los otras variables de importancia en el proceso de destilación son los caudales y el nivel de líquido. Las medidas del nivel indican la cantidad de líquido disponible en los

17-3

acumuladores y en los fondos de las torres de destilación, lo cual es importante para proteger las bombas y operar adecuadamente los hervidores. Los caudales indican la cantidad de carga que está siendo procesada y la cantidad de producto producido. Se utilizan controles automáticos para ajustar los flujos y los niveles de tal manera que la operación de las torres sea estable.

Como Trabajan Las Columnas De Destilación

Una columna de destilación es una torre metálica diseñada para sacar ventaja del enriquecimiento que ocurre durante la ebullición de mezclas líquidas. El objeto del diseño es el de efectuar la separación de la mezcla de alimentación que entra continuamente a la columna al mismo tiempo que se extraen continuamente los productos. La operación continua constituye el método más económico para efectuar estas separaciones a escala industrial. La torre opera con calentamiento en el fondo y enfriamiento en cabeza. De esta manera podemos esperar que la parte alta de la torre estará más fría que el fondo. Es decir, las mezclas de cabeza estarán más frías que las del fondo y, como estamos siempre hablando de temperatura de ebullición, la temperatura de ebullición de la mezcla de cabeza será más baja que el punto de ebullición de la mezcla en el fondo. Dentro de la columna de destilación hay una serie de platos planos horizontales. Éstos están dispuestos de manera que se mantenga un nivel de líquido y que los vapores ascendentes fluyan a través del líquido en forma de burbujas. Por ejemplo, un plato perforado tiene pequeños huecos a través de los cuales burbujean los vapores. Otra clase de platos es el llamado de campanas, en los cuales van montados campanas u otros dispositivos metálicos ranurados de tal modo que los vapores ascendentes fluyan a través de las ranuras y burbujeen en el líquido del plato. Los platos se colocan con una separación de 12" a 24" de manera que una columna de 50 platos puede tener de 50 a 100 pies de altura. Los platos de destilación tienen también bajantes (downcomers). Cuando el nivel del líquido en un plato excede cierta altura, el líquido rebosa por encima de un vertedero y desciende al plato inferior a través de una bajante. La bajante puede ser un tubo circular o puede ser el espacio entre la pared de la columna y una placa plana vertical adosada a un lado del plato horizontal. En cualquier caso el borde del tope de esta placa vertical forma un vertedero. La altura del vertedero fija la altura del líquido en el plato. Todo esto se comprende mejor mirando al diagrama de un plato típico. La columna de destilación tiene muchos platos. Los vapores que burbujean a través del líquido del plato provienen de la ebullición del plato inmediatamente inferior. Se puede pensar que todo este vapor se condensa, ya que el líquido en un plato

17-4

es más frío que el vapor procedente del plato inferior; entonces, el calor de esta etapa de condensación ocasiona alguna vaporización y este vapor sube al plato inmediatamente superior. Puesto que cada plato produce un enriquecimiento por ebullición, este enriquecimiento se hace en forma continua. La idea global de la operación de una columna es que la operación debe ser balanceada. La suma de los caudales de los productos debe ser igual al caudal (o caudales) de la alimentación. También el caudal del calor removido debe ser igual al caudal del calor introducido. La presión tiene que ser constante, de manera que las medidas de temperatura puedan ser usadas para estimar las composiciones. Se mantiene la presión por medio del balance de vapor producido con el vapor removido por condensación, lo cual constituye realmente el balance del calor introducido y del calor removido. Finalmente, pero de igual importancia, es que los productos tengan la composición deseada. Con la presión constante, la composición es función de la temperatura y viene dada por ésta. Entonces, el objeto es el de conseguir una temperatura dada en el fondo o en cabeza de la torre. Lo que al final determina la separación es el flujo de vapores y líquidos que suben y bajan en la columna. Caudales internos elevados (hasta cierto punto) producen una separación mejor En la práctica, este fenómeno se reduce a regular lo que se llama el reflujo o la relación de reflujo. La cantidad de líquido que retorna al plato de cabeza normalmente se expresa como una razón, ya sea con la carga o con el producto de cabeza. Por esta razón, es común el uso de un control automático para variar los caudales de reflujo y mantener constante la temperatura de cabeza.

Pensando En La Destilación Del Petróleo

El petróleo es una mezcla de materiales muy compleja. El aceite crudo puede contener miles de substancias diferentes con una gran cantidad de algunas de ellas y muy poco de otras, pero miles de variedades en cada caso. El petróleo puede ser procesado a través de reactores para producir las variedades de productos deseables, tales como el aceite combustible y la gasolina. Cada substancia en el petróleo reacciona de manera distinta, y cada substancia puede producir productos diferentes, de manera que los reactores utilizados producen mezclas muy complejas. Por estas razones los procesos de separación son muy importantes en las refinerías y la destilación es sin duda alguna el proceso de separación más importante. Un buen conocimiento de la destilación es extremadamente importante para el operario de una refinería.

17-5

DIAGRAMA DE UN PLATO TÍPICO (DIAGRAM OF A TYPICAL TRAY)

CAMPANA DE BURBUJEO

CAMINO DEL LIQUIDO

im rriV CAMINO DEL VAPOR PARED DE LA COLUMNA UOP 220-17-1

17-6

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OPeiMTOIK

TANQUES ALMACENAMIENTO

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

18-1

TANQUES DE ALMACENAMIENTO (STORAGE TANKS) Tanques De Almacenamiento

En una refinería se requieren varias instalaciones para el almacenamiento de hicrocarburos tales como: petróleo crudo, productos intermedios y productos terminados como LPG, gasolina y diesel. Las propiedades físicas de los hidrocarburos varían desde las de un asfalto pesado y viscoso, el cual debe ser almacenado a alta temperatura para mantenerlo fluido, hasta las de los gases ligeros de petróleo que tienen que ser almacenados a bajas temperaturas o altas presiones para tenerlos en forma líquida. Esta gran variación en las propiedades significa que un solo tipo de tanque no es apropiado para todos los productos. Debido a que el almacenamiento de los hidrocarburos es por su naturaleza peligroso, se construyen los tanques bajo un conjunto de normas similares a aquéllas que se emplean en las unidades de proceso. Los tanques se calibran y se usan para determinar la capacidad de las varias unidades de proceso. Además, el contenido de los tanques determina la capacidad de ventas y los impuestos a ser pagados por el refinador. Debido al peligro ocasionado por la presencia de vapores de hidrocarburos y a posibles chispas eléctricas, todos los tanques están conectados a tierra. Para mayor seguridad se entierra una rejilla especial y todas las conexiones a tierra están soldadas a esta rejilla. Esto suministra un camino metálico continuo para que la electricidad generada en la atmósfera llegue a tierra. Otra fuente de peligro es la electricidad estática. Durante las operaciones de bombeo o debido a agitación se genera electricidad estática. La conexión a tierra permite que la carga estática pase a tierra.

Tanques De Techo Cónico

Los tanques de techo cónico son los recipientes más usados para almacenamiento de los productos del petróleo. Son los más baratos y los de diseño más simple. Una gran desventaja de los tanques de techo cónico es la pérdida continua de vapor por los venteos del tanque debido a lo que se denomina respiración del tanque. Los tanques de techo cónico operan en un margen de presión desde 1-1/2" de presión de agua a 1-1/2" de vacío de agua. Conforme un tanque se llena el vapor sobre el líquido debe ser desplazado a la atmósfera, o condensado en un sistema de recolección de vapores. El vapor descargado a la atmósfera puede formar una mezcla explosiva alrededor del tanque. La cantidad de hidrocarburo descargado en el aire saturado puede ser apreciable según sea

18-3

la presión de vapor del material en el tanque y la temperatura ambiental. De forma similar, cuando se está vaciando el tanque, entra aire por el venteo, ocasionando una evaporación posterior y formando una mezcla explosiva. La respiración de un tanque de techo cónico también se produce por las variaciones de la temperatura ambiente de la noche al día, lo cual ocasiona también una apreciable pérdida de vapor.

TANQUE DE TECHO CÓNICO (CONE ROOF TANK) VENTEO PARA PRESIÓN O VACIO ESCOTILLA PARA MEDIDA CÁMARA DE ESPUMA

LINEA DE ESPUMA

CONEXIÓN AL SISTEMA DE ESPUMA FUERA DEL DIQUE TERMÓMETRO

MEZCLADOR LINEA DE ENTRADA


18-4

ACCESORIOS DE LOS TANQUES DE TECHO CÓNICO (CONE ROOF TANK FITTINGS) Venteos

a) Venteo de cuello de ganso o venteo de tipo abierto — Está diseñado para permitir los máximos flujos de bombeo y de circulación de vapor y de aire. El venteo posee una malla para evitar la entrada de pájaros o insectos. Este tipo de venteo es para materiales de baja presión de vapor de aproximadamente 150°F como mínimo en flash de copa abierta. b) Venteo de conservación. Válvula de venteo para presión y vacío — Se usa con materiales con flash de copa abierta de menos de 150°F. Esta válvula se calibra para abrir bajo presión o vacío de 1,5 pulgadas de agua. También posee una malla para evitar el ingreso de pájaros o insectos.

Sofocador Del Venteo

Está fijado al venteo de tipo abierto y se opera con un cable. Debido a que el venteo puede inflamarse, el sofocador puede ser cerrado desde el nivel del suelo a fin de extinguir cualquier fuego.

Escotilla De Medida

Se localiza en el techo del tanque y se emplea para observar o medir el contenido del tanque. Cada escotilla de inmersión tiene marcado un punto de referencia (ver ilustración); bajo éste y sobre el fondo del tanque hay un plato situado de tal manera que la distancia desde el punto de referencia al fondo del tanque permanezca constante durante toda la vida del tanque.

Entrada De Servicio

Normalmente hay una entrada de hombre en el techo del tanque y al menos una en el costado del mismo. Algunos tanques tienen tres entradas de hombre laterales.

Mezcladores De Tanques

Los mezcladores de tanques se colocan tanto en los tanques de techo cónico como en los de techo flotante. Son normalmente mezcladores de tipo impulsor o hélice, ubicados a tres pies de la base del tanque y estratégicamente situados alrededor de la pared del tanque. Los mezcladores están accionados por un motor externo y se usan para evitar la estratificación del líquido en el tanque. También pueden ser usados para la mezcla de componentes. Otro mezclador que se usan en tanques es el mezclador de chorro, el cual es una corriente del líquido contenido en el tanque bombeado a través de una bomba de circulación y que entra en forma de chorro a alta velocidad a través de una boquilla inclinada con respecto a la pared del tanque.

18-5

Brazo Oscilante

Algunos tanques de techo cónico tienen acoplado a su línea de succión un brazo oscilante. Éste es un tramo de tubería que se extiende desde el centro del tanque hasta la válvula de succión. El extremo del tubo en el centro del tanque cuelga de un alambre, el cual corre a través del techo, sobre una polea y va a una manivela a nivel del piso. Elevando o bajando el brazo oscilante es posible tomar la succión a varios niveles del tanque. Cuando se usan bombas centrífugas no se debe permitir que el brazo oscilante se vacíe.

18-6

VENTEO DE CUELLO DE GANSO O VENTEO ABIERTO (GOOSENECK VENT)

BRIDA DEL TANQUE

SOFOCADOR (VÁLVULA DE CIERRE)

UOP 220-18-2

VENTEO DE CONSERVACIÓN (CONSERVATION VENT)

ASIENTOS DE METAL METAL

VÁLVULA DE VENTEO DE VACIO

VÁLVULA DE VENTEO DE PRESIÓN MALLA DE ALAMBRE BRIDA DEL TANQUE

18-7

UOP 220-18-3

Las líneas y las cámaras de espuma se instalan en Lineas De Espuma los tanques de techo cónico que contienen hidrocarburos Y Cámaras con un punto de flash de menos de 150°F. Se componen de un De Espuma tubo acoplado verticalmente a la pared del tanque con una entrada justo bajo el techo y el otro extremo fuera del dique del tanque. En el extremo de la linea, justo antes del tanque, hay una cámara de mezclado. El tanque está separado de la linea de espuma por medio de un diafragma de vidrio, plomo o algún otro material débil el cual se rompe cuando se aplica la presión de la espuma.

Retenedores De Llamas

Algunos venteos tienen acoplados retenedores de llamas para evitar la entrada de llamas dentro del tanque a través del venteo. Los retenedores de llamas consisten en una celda hecha de placas acanaladas o de una celda de mallas de alambre.

Indicadores De Temperatura

Los indicadores de temperatura se colocan tanto en los tanques de techo cónico como en los de techo flotante. Generalmente miden la temperatura del contenido del tanque a tres pies de la base del tanque y a dos pies y seis pulgadas de la pared del tanque.

Medidores Automáticos De Nivel

Estos se adaptan tanto a los tanques de techo cónico como a los de techo flotante y miden el nivel del liquido en el tanque.

Calentadores De Tanques

Estos se incorporan tanto a los tanques de techo cónico como de techo flotante cuyo contenido requiera calentamiento constante para conservarse fluido. Pueden ser serpentines, tendidos en el fondo del tanque, o un intercambiador de calor en la línea de succión. El medio de calefacción puede ser vapor o aceite caliente. A veces se emplean calentadores de fuego directo (hornos).

Sello De Gas En Los Tanques De Techo Cónico

Para impedir el contacto de ciertos productos con el oxígeno del aire, algunos tanques están provistos de una purga de nitrógeno o de algún otro gas dulce de refinería. Esto puede afectar el producto almacenado debido a la absorción de gas.

Drenaje De Agua

Los tanques de techo cónico y de techo flotante se construyen normalmente con una fosa de desagüe, de tal manera que el agua acumulada en el producto se decante y pueda ser drenada hacia afuera. La línea de drenaje de agua va de la pared del tanque a la fosa con la apertura de succión mirando hacia abajo. Abriendo la válvula en la línea de drenaje, el agua sale de la fosa debido a la presión del producto en el tanque.

18-8

Diafragma De Los Si se almacena gasolina en tanques de techo cónico, Vapores De Cabeza es común el conectar los venteos de varios de estos tanques a un tanque de diafragma. Cuando la temperatura aumenta los vapores se acumulan bajo el diafragma expandido y, cuando la temperatura se reduce, el diafragma retorna el vapor al tanque sin pérdidas de productos. Lo mismo ocurre en operaciones de llenado y vaciado de tanques.

CÁMARA MEZCLADORA DE ESPUMA (FOAM MIXING CHAMBER)

CÁMARA MEZCLADORA

BRIDA DEL TANQUE DIAFRAGMA VTTJJ—irV

RETENEDOR DE LLAMAS (FLAME ARRESTER)

BRIDA DEL TANQUE

18-9

UOP 220-18-4

TANQUES DE TECHO FLOTANTE (FLOATING ROOF TANKS) En este tipo de tanque el techo descansa sobre la superficie del líquido y sube y baja con el nivel del líquido. Esto reduce las pérdidas por evaporación y también la posibilidad de acumulación de vapores explosivos. Hay dos tipos de construcción del techo: el de tipo de pontón y el de doble cubierta.

Techos Flotantes De Pontón

Los techos flotantes de pontón tienen pontones anulares en el borde y una cubierta simple en el centro. La superficie superior del pontón está inclinada hacia abajo y hacia el centro para drenaje, mientras que la superficie inferior está inclinada hacia arriba y hacia el centro del techo para atrapar vapores. La relación del tamaño del área del pontón al área total depende del tamaño del tanque y de los requerimientos de flotación. Además de proporcionar flotación, la cámara de aire del pontón proporciona aislamiento. La cubierta de espesor simple puede expansionarse para la acumulación de los vapores que puedan formarse. Los vapores atrapados bajo el centro de la cubierta forman una capa aislante hasta que se condensen. Los techos de pontón están diseñados para poder flotar aun cuando el centro y dos compartimientos estén perforados.

Techos Flotantes De Doble Cubierta

Los techos flotantes de doble cubierta tienen dos cubiertas completas sobre la superficie del líquido. La cubierta superior se inclina hacia abajo y hacia el centro para proporcionar un drenaje positivo. El espacio de aire entre las dos cubiertas proporciona un buen aislamiento sobre toda la superficie del liquido. Se diseña de tal manera que pueda flotar aun con dos pontones inundados.

Vigas De Refuerzo Contra El Viento

Debido a que los tanques de techo flotante son generalmente tanques abiertos, la parte superior de la pared del tanque tiene que ser reforzada con una viga contra el viento para el caso de que pueda haber vendavales muy intensos. El tamaño de esta viga de refuerzo depende del tamaño del tanque. En algunos casos, se la emplea como un corredor.

Soportes Del Techo

Los techos flotantes están provistos de soportes o piernas para impedir que en su posición baja en un tanque casi vacío el techo pueda obturar las entradas y salidas del tanque o pueda dañar cualquier intercambiador de calor u otro equipo que pudiera haber en el tanque.

18-11

Los soportes del techo están construidos de tubo y tienen dos posiciones, una posición inferior a unos 2' 6" sobre el fondo del tanque y una posición a 6' para cuando se requiera entrar en el tanque para limpieza. Existe el suficiente número de soportes para distribuir adecuadamente el peso del techo. Drenajes Techo

Del

Sirven para remover el agua que se deposite sobre el techo. Los tipos más comúnmente usados son: a) Drenaje de manguera flexible b) Drenaje de tubo articulado En cada caso el tubo o la manguera va desde un pozo o fosa en el techo a través del liquido contenido en el tanque y sale por medio de una válvula de desagüe situada en la parte exterior de la pared del tanque. En ambos casos, la manguera y el tubo deben ser drenados para impedir la congelación del agua en épocas frías. Existe una válvula de retención en el extremo del drenaje que da al techo con el objeto de evitar que, debido a fugas en el tubo o en la manguera, el producto inunde el techo.

18-12

TANOUE DE TECHO FLOTANTE (FLOATING ROOF TANK) ESCALERA DEL TECHO

ESCOTILLA DE MEDIDA VENTEO

PLATAFORMA SUPERIOR

SELLO

VÁLVULA DE RETENCIÓN

DIQUE DE RETENCIÓN DE ESPUMA

DRENAJE DEL TECHO

DRENAJE DEL AGUA

TIPOS DE TECHOS PONTÓN

VIGAS DE REFUERZO CONTRA EL VIENTO

DOBLE CUBIERTA

DETALLES DE LOS ACCESORIOS DEL TECHO VENTEO DE LA CORONA

BOCA DE HOMBRE DE LA CUBIERTA

SOPORTE DEL TECHO VENTEO AUTOMÁTICO DE PURGA

A UOP 220-18-5

18-13

Escaleras De Acceso Al Techo

Proporcionan un acceso seguro desde el borde superior del tanque a la cubierta del techo flotante. La escalera está suspendida del borde y soportada sobre ruedas, las cuales corren sobre rieles apropiados en la cubierta del techo.

Venteos de Purga Automática

Están acoplados a las cubiertas de techo flotante para ventear el aire retenido bajo el techo flotante durante el llenado inicial del tanque. Después de que el líquido se ha elevado lo suficiente como para hacer flotar el techo, el venteo se cierra automáticamente. Cuando se vacía el tanque el venteo se abre automáticamente justo antes de que el techo se asiente sobre sus soportes, para impedir la formación de vacio.

Venteos De La Corona

Algunas veces se proporcionan venteos en la corona para desalojar cualquier vapor que pudiera acumularse en el espacio de la corona.

Sellos Del Techo

El espacio entre la corona rígida del techo flotante y la pared del tanque se cierra por medio de un sello. El sello consiste en un anillo de metal, el fondo del cual permanece bajo la superficie del líquido. Para cerrar el espacio entre el anillo sellante y el borde del techo flotante se emplea un tejido continuo revestido de caucho sintético a prueba de la intemperie y hermético a los vapores. El anillo sellante se mantiene en posición contra la pared del tanque por medio de unas barras de suspensión tipo pantógrafo. Las barras de suspensión tipo pantógrafo también mantienen el techo centrado dentro del tanque.

18-14

DE LOS SELLOS DEL TECHO (DETAILS OF ROOF SEALS) PARED DEL TANQUE SELLO CONTINUO FLEXIBLE

BARRAS DE SUSPENSIÓN / TIPO PANTÓGRAFO * ANILLO SELLANTE CUBIERTA INFERIOR

7

CONTRAPESO

UOP 220-18-6

18-15

Recipientes De Almacenamiento A Presión

El almacenamiento de la mayoría de los productos volátiles tales como butano, propano, etc., se hace en esferas. La temperatura ambiente en el lugar de emplazamiento de las esferas detemina la presión de almacenamiento o, si se requiere refrigeración, la temperatura de almacenamiento fija la presión de vapor del líquido, y la esfera se diseña de tal manera que, a la temperatura más alta encontrada en operaciones normales, la presión de vapor no abra la válvula de alivio. Cada recipiente posee una válvula de alivio, un sistema automático de medida del volumen contenido, un indicador de temperatura y un sistema de muestreo por medio de una línea de toma de muestras. Para enfriar el exterior de la esfera, se acondiciona un riego de aspersión con agua fría.

(SPHERE) VÁLVULAS DE SEGURIDAD

BOQUILLA DE ASPERSIÓN

INDICADOR DE PRESIÓN

AGUA FRÍA

ESFERA

PUNTO DE MUESTREO

SOPORTE

TERMÓMETRO DRENAJE DE AGUA

18-16

UOP 220-18-7

Diques De Los Tanques

Se emplean diques en los tanques, algunas veces llamados muros contra incendios, para evitar que el líquido contenido en los tanques se desparrame en caso de una falla o rotura de la pared del tanque o por rebose. Es una práctica normal colocar diques alrededor de cada tanque individual o de cada grupo de tanques. Los diques pueden estar construidos de tierra, hormigón o acero. Los drenajes que conectan el área de diques con los sumideros del alcantarillado o con el sistema de aguas de refinería se operan desde fuera del dique, debido a la posibilidad de poder recuperar el aceite derramado dentro del área del dique. El tamaño del dique debería ser: — Petróleo crudo — Gases de petróleo: Propano Pentano

100% del volumen del tanque

25% del volumen del tanque 50% del volumen del tanque

— Otros productos de petróleo: Deben ser al menos igual al 100% del tanque más grande más el 10% de los tanques restantes dentro del dique.

18-17

EQUIPO DE MEDICIÓN (MEASURING EQUIPMENT) Cinta De Medición (Cinta De Inmersión)

La medición se lleva a cabo por medio de una cinta de acero graduada con un peso en su extremo. Las cintas se suministran en varias longitudes y la selección por tanto depende de la altura del tanque. Las cintas de medición se diseñan sin las seis primeras pulgadas para permitir acoplamientos. Las cintas sólo deben usarse si son rectas y sin dobleces y deben mantenerse siempre limpias cuando no se usan.

Plomada O Peso De Inmersión

El peso se acopla al anzuelo en el extremo de la cinta para tensar la cinta y llevarla a través del producto. (Peso De Medición) Se confeccionan de bronce y son de altura calibrada. Una versión de tamaño grande se emplea para penetrar aceites pesados.

Varilla Medidora De Agua (Varilla Para Detectar Agua)

Esta varilla se ata a la cinta de medición y se usa conjuntamente con una pasta detectora de agua para localizar depósitos de agua en el fondo de un tanque de producto. Cuando se trata de productos ligeros se puede emplear papel de tornasol que se fija a la varilla por medio de clips.

Varilla Para Medida Del Espacio Libre

Esta es una barra con una escala graduada con el cero a la mitad de la varilla y con graduaciones en ambas direcciones. Esto facilita la medida del espacio libre tal como se explica en detalle más adelante.

Pasta Detectora De Agua

Con esta pasta se recubren las barras y los pesos de inmersión para determinar el nivel del agua. La pasta cambia de color en contacto con el agua; una de las pastas más comúnmente usadas cambia de un azul obscuro a un azul claro.

Pasta Detectora De Aceite

Se recubre con pasta la zona de la cinta de medida donde se espera que se encuentre el nivel del aceite. La pasta se disuelve en contacto con el líquido dejando una marca claramente definida.

Termómetro

El termómetro de taza se usa para determinar la temperatura de los productos que no están a presión. Consiste en una pieza de madera en cuyo extremo inferior se encuentra una pequeña taza, la cual se llena de líquido cuando la pieza de madera se sumerge. El termómetro se sujeta de tal mantera que su bulbo quede dentro de la taza. La pieza de madera se iza rápidamente a la superficie con lo que se obtiene una temperatura exacta en virtud de que la taza

18-19

mantiene el producto en contacto con el bulbo del termómetro mientras que la temperatura se mantiene constante durante el corto tiempo necesario para izar el termómetro. Los termómetros son instrumentos de precisión que deben ser: — Manejados con cuidado — Limpiados después de su uso — Sujetos a calibraciones periódicas — Inspeccionados para ver si existe separación del mercurio u otros daños.

18-20

EQUIPO DE MEDICIÓN (MEASURING EQUIPMENT)

CINTA DE MEDICIÓN CON PESO DE INMERSIÓN

PLOMADA O PESO DE INMERSIÓN

í

\

(

ii

VA RILLA PARA MEDIDA DEL AGUA

11

TERM 0METRO DE TA,ZA

VARILLA PARA MEDIDA DEL ESPACIO VACIO

PUNTOS DE REFERENCIA PARA MEDIDA (VARIOUS GAUGING MARKS)

PUNTO DE REFERENCIA

PUNTO DE REFERENCIA

PUNTO DE REFERENCIA UOP 220-18-8

18-21

TERMINOLOGÍA (TERMS) Nivel

La distancia desde el fondo del tanque a la superficie del aceite. Ésta es una medida del contenido del tanque.

Espacio Libre

Es la distancia desde la superficie del aceite a un punto de referencia marcado en la parte alta del tanque. Ésta es una medida del espacio libre del tanque y, substrayéndola de la altura de referencia del tanque, se puede determinar el volumen de producto contenido en el tanque.

Medición Inicial

Es la medida de nivel efectuada en el tanque antes de la recepción o de la entrega de un producto.

Medición Final

Es la medida de nivel efectuada en el tanque después de la recepción o de la entrega de un producto.

Punto De Referencia

Es un punto o marca de referencia en la escotilla de medición desde la cual se deben efectuar todas las mediciones.

Distancia De Referencia

Es la distancia desde el punto de referencia hasta el fondo del tanque.

Placa De Referencia

Se coloca un placa horizotal de metal en el fondo del tanque para disponer de una superficie lisa sobre la cual pueda descansar el peso de inmersión. Se usa más comúnmente en tambores y en esferas.

Sedimentos De Fondo Y Agua (B.S. & W.)

Es el sedimento de fondo y agua que se acumula en los fondos de los tanques de almacenamiento.

18-23

MARCAS DE REFERENCIA (REFERENCE MARKS) ESCOTILLA DE MEDIDA

DISTANCIA DE REFERENCIA

LIQUIDO

NIVEL DEL LIQUIDO

V Procedimientos De Medida

PLACA DE REFERENCIA

UOP 220-18-9

1. MÉTODO DE INMERSIÓN — Usar una cinta de medición y un contrapeso normalizados. Abrir la escotilla de medición y localizar la marca de referencia. Introducir el contrapeso y la cinta a través de la escotilla abierta manteniendo la cinta en contacto con un costado de la escotilla hasta que el contrapeso justo toque el fondo del tanque (o el plato de referencia). Mantener la cinta vertical en la marca de referencia y no arqueada porque esto daría una lectura falsa. Comprobar que la lectura de la cinta coincida con la distancia de referencia. Si no, la cinta está obstruida. Izar la cinta y leer el nivel. Repetir hasta que se obtengan medidas idénticas. NOTAS: a) Se debe tener cuidado cuando se efectúan medidas de inmersión en los tanques de techo flotante, en observar que el techo flote libremente, ya que un techo parcial o totalmente sumergido, atascado o soportado en el fondo afectará la interpretación de las medidas de nivel.

18-24

b) El ingreso de aire puede afectar el volumen ocupado por un líquido, de ahí que, después de mover un producto, se debe permitir un período de asentamiento antes de efectuar una medición. 2. MÉTODO DEL ESPACIO LIBRE — Usar una cinta de medida y una barra de medición del espacio libre normalizadas. Abrir la escotilla de medición y localizar la marca de referencia. Introducir la barra y la cinta a través de la escotilla hasta que la barra justo toque la superficie del líquido. Mover la cinta hacia abajo lentamente hasta que la próxima marca de graduación esté exactamente en la marca de referencia. Mantener la cinta vertical en la marca de referencia y tomar la lectura. Sacar la cinta y observar el nivel marcado sobre la barra. El espacio libre final se obtiene sumando este incremento a la lectura observada en la escotilla. Si por cualquier razón la barra ha sido introducida más allá de la marca central de cero, todavía se puede obtener el espacio libre restando el incremento marcado sobre la barra, pero es más fácil cometer errores cuando se lleva a cabo esta operación mentalmente.

Equipo De Medición Automático

En la actualidad la mayoría de los tanques de una refinería están provistos de equipos automáticos de medición. Hay varios tipos, pero los más comunes consisten en un flotador conectado al medidor por medio de un cable de acero inoxidable. La cinta y el mecanismo del carrete se colocan en una caseta a prueba de la intemperie situada en la base del tanque donde la cinta puede ser leída fácilmente. Sin embargo, siempre es necesario efectuar en un tanque pruebas manuales de inmersión para comprobar el equipo automático.

18-25

MANUAL DE ENTRENAMIENTO YOUR K£f INGRY OPGIWTOIK

EQUIPOS VARIOS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

19-1

ÁCIDO SULFHÍDRICO O SULFURO DE HIDRÓGENO (HYDROGEN SULFIDE) Precauciones De Seguridad Con Gases Que Contengan Acido Sulfhídrico Envenenamiento Agudo Con H2S

El H2S es un gas extremadamente tóxico. El envenenamiento con este gas se produce por la aspiración del mismo, incluso a bajas concentraciones. Ocurren dos formas de envenenamiento: agudo y subagudo. El envenenamiento agudo puede ser causado por respiración de aire o gas que contenga 0,06 a 0,10 % de H2S (de 0,10 a 0,15 gramos de H 2 S por 100 litros a condiciones normales) durante un minuto. Mucho gas natural o de refinería contiene más de 0,15 gramos por 100 litros. El gas del separador en una unidad "Hydrobon" puede contener hasta un 1% de H2S, mientras que el gas del stripper puede contener hasta un 10% de H2S. Nunca se deben respirar estos gases. Una respiración profunda de un gas con alta concentración de H2S causará la pérdida del conocimiento y la muerte, particularmente si la víctima se cae y permanece en la presencia de dicho gas. En una ocasión un operario encontró la muerte cuando estaba tratando de cerrar un escape en una válvula de seguridad en la cabeza de una columna de fraccionamiento de gasolina, en la cual la concentración de gas sulfhídrico era alta. La respiración de un poco de este gas le hizo perder el conocimiento y caerse. En otro caso, un operario que estaba midiendo el volumen contenido en un tanque de gasolina fue encontrado muerto junto al tanque. En ambos casos el uso de una máscara protectora podría haber salvado la vida de los dos hombres. En una ocasión un hombre que se encontraba de pie al lado de un tanque de almacenamiento de gasolina natural aspiró gases del tanque que le hicieron perder el conocimiento, cayéndose al suelo. Afortunadamente cayó fuera del dique que rodea al tanque y, después de un colapso corto, volvió en sí y se recuperó. Si este hombre hubiera caído dentro de la pared habría respirado aún más H 2 S pudiendo haber encontrado la muerte. La operación de cualquier unidad que procese gases que contengan H2S es perfectamente segura si se observan las precauciones ordinarias. Ningún trabajo debe ser realizado en la unidad donde exista peligro de aspirar H2S y el operario nunca debe entrar o permanecer en el área contaminada si no usa una máscara antigás para H2S.

19-3

Síntomas De Un Envenamiento Agudo Por H2S

Son los siguientes: Espasmos musculares, respiración irregular, pulso bajo, mal olor del aliento, náusea, pérdida del conocimiento y suspensión del ritmo de la respiración. Después de una recuperación aparente, una inflamación de los tejidos de los pulmones puede causar enfermedades graves o la muerte dentro de las 8 a 48 horas siguientes.

Primeros Auxilios En El Tratamiento De Un Envenenamiento Agudo

Llevar a la víctima en seguida hacia un ambiente de aire fresco. Si la respiración no se interrumpe, mantenga a la victima inmóvil en aire fresco. Recuéstelo en una cama si es posible. Consiga la atención de un médico y mantenga al paciente inmóvil y bajo observación por espacio de 48 horas. En el caso de que la víctima permanezca inconsciente y con la respiración interrumpida, la resucitación debe comenzar en seguida. La falta de respiración, aunque sea solo por corto tiempo, puede resultar en una lesión permanente. Es de capital importancia que se disponga de un equipo resucitador en la sala de primeros auxilios, y también de varios resucitadores portátiles situados en las áreas donde se trabaje con H2S. Si no se dispone de un resucitador, deberá comenzarse con la respiración boca a boca. La rapidez en estos casos es esencial. El método a seguir es el siguiente: 1. Examine la boca de la víctima y vea si contiene substancias extrañas. Si existe alguna mucosidad, alimentos, arena, tabaco, dientes flojos, etc., vuelva su cabeza hacia un lado y remueva todos estos objetos con los dedos o con los dedos envueltos en una tela. 2. Levante el cuello de la víctima y coloque una almohada, manta, etc., bajo sus hombros. Inclínele la cabeza hacia atrás tan bajo como sea posible. 3. Tire de la mandíbula hacia adelante con el pulgar introducido a un lado de la boca. Mantenga esta posición a fin de tener abierto el sistema respitatorio. 4. Cierre las cavidades nasales con los dedos de su mano libre, respire hondo y ponga su boca sobre la boca de la víctima y su pulgar, creando un sello hermético; o bien, cierre la boca de la víctima, respire profundamente y coloque su boca sobre la nariz de la víctima. Sople en la boca o nariz de la víctima hasta que vea que su pecho se hincha. En el caso de un niño, dé aire a través de la boca y de la nariz, con el pulgar colocado en la boca.

19-4

5. Retire su boca y escuche para ver que se produzca espiración (salida de aire). Para adultos, llene los pulmones a un ritmo de aproximadamente 12 veces por minuto. Para niños llene los pulmones 20 veces por minuto, usando aspiraciones y espiraciones moderadas. 6. Si los primeros intentos de llenar los pulmones con aire no dan resultado, vuelva a la víctima de lado y adminístrele varios golpes entre los hombros con el fin de desalojar cualquier obstrucción. 7. AHORA REPITA EL PROCEDIMIENTO COMPLETO. NOTA: Puede usarse un pañuelo sobre la boca o nariz de la víctima a fin de evitar el contacto directo. Esto no afecta el paso del aire. 8. NO SE RINDA! Algunas víctimas han sido resucitadas después de más de 4 horas de respiración artificial. Si otras personas están presentes envíe a alguien a buscar un médico. Los otros pueden frotar los brazos y piernas del paciente y aplicar bolsas de agua caliente, mantas, o cualquier otro medio del que se disponga para mantener a la víctima abrigada. Después de que el paciente haya sido revivido, se le debe mantener inmóvil, abrigado y bajo observación durante 48 horas para detectar inmediatamente si se ha producido edema pulmonar. En cualquier caso de envenenamiento agudo con H2S, el uso de oxígeno que contenga 5% de anhídrido carbónico es recomendable tanto si la respiración se haya interrumpido o no. Esta mezcla es un estimulante para reiniciar la respiración.

Envenenamiento Subagudo Con H2S

Respirando aire o gas conteniendo 0,01 a 0,06% de H 2 S (0,01 a 0,10 gramos por 100 litros) durante una hora y media puede causar envenenamiento sub-agudo o crónico.

Síntomas de Un Envenamiento Subagudo

Dolor de cabeza, inflamación de los ojos y garganta, náusea, mareo, indigestión, excesiva saliva, cansancio, etc. son síntomas que se presentan después de estar expuesto continuamente a H2S en concentraciones bajas.

19-5

Traíam/enío De Mantenga al paciente en la obscuridad para minimizar Un Envenenamiento la posible inflamación de los ojos y consiga tratamiento Subagudo médico para la inflamación de los ojos y de la garganta. Observe el posible desarrollo de un edema. Cuando se sospeche un envenenamiento subagudo, la atmósfera deberá ser analizada regularmente a fin de detectar la presencia de H2S, empleando métodos tales como el olor, papel húmedo de acetato de plomo, o el método de Tutweiler para la determinación de H2S, y de esta forma asegurarse de que el H 2 S está ausente.

Prevención Del Envenenamiento Por H2S

El mejor método para prevenir dicho envenenamiento es el de permanecer fuera de las áreas donde se sospeche que pueda haber H2S. Empleando el sentido del olfato no es un medio infalible para determinar su presencia, pues a pesar de que este compuesto tiene un olor a huevos podridos característico y desagradable, usualmente paraliza los órganos olfatorios hasta el punto de que la víctima no se da cuenta de que lo está respirando. Esto sucede sobre todo cuando existen altas concentraciones de gas. Deben usarse máscaras de gas apropiadas para su uso en la presencia de H2S en todos los trabajos donde los operarios puedan estar expuestos a este peligro. Tales máscaras deben ser examinadas con frecuencia para asegurarse de su buen funcionamiento. En cualquier trabajo que se realice dentro o fuera de equipo que contenga concentraciones apreciables de H2S, todos los operarios deberán usar estas máscaras y deberán trabajar en parejas de tal manera que si el uno es víctima de envenenamiento, el otro pueda socorrerle o pedir ayuda. Como se ha indicado anteriormente, la atmósfera en la cual se trabaja deberá ser analizada periódicamente para constatar que no haya concentraciones pequeñas que pudieran causar un envenenamiento subagudo. RECUERDE: ¡EL QUE SU OLFATO NO SE LO INDIQUE NO QUIERE DECIR QUE NO HAYA H2S PRESENTE!

19-6

EYECTORES DE VAPOR (STEAM JET EJECTORS) Principios De Su Operación

En la figura se muestra un eyector de dos etapas. En un eyector el vapor es inyectado a alta velocidad a través de una tobera especial, con lo que se transfiere suficiente energía para la circulación de los gases desde el cabezal de succión hasta el difusor en el cabezal de descarga de la primera etapa. La presión en el cabezal de descarga de la primera etapa es, por supuesto, más alta que la presión en el cabezal de succión; sin embargo, si la velocidad del vapor a través del difusor es suficientemente alta, el gas no puede regresar al cabezal de succión (no habrá inversión de flujo). Si un solo eyector no es suficiente para elevar la presión de los gases hasta la presión atmosférica a la cual puedan ser venteados, el vapor se condensa y se usa un segundo eyector para succionar a los incondensabes y llevarlos a una presión más alta. Las dimensiones de un eyector son sumamente críticas, de tal modo que un eyector dado sólo puede operar dentro de un margen limitado. Un cambio substancial de las condiciones de succión o de descarga probablemente requerirá un cambio en las dimensiones de la tobera o del difusor o de ambos. El efecto de los cambios en las condiciones de operación puede resumirse así:

Presión Del Vapor

Debe ser mantenida muy próxima a aquélla para la cual el equipo fue diseñado. Si la presión del vapor es excesiva habrá un caudal excesivo de vapor que puede ser incapaz de pasar a través del difusor y puede darse el caso que el vapor fluya al cabezal de succión. Si la presión es demasiado baja se producirá una pérdida drástica en la eficacia del eyector. Debe tenerse en cuenta que si se usa vapor húmedo se producirán fluctuaciones incontrolables en la operación del eyector y, además, se producirá erosión de la tobera y del disfusor.

Presión De Descarga

Si la presión de descarga sobrepasa la de diseño puede producirse inversión de flujo. Un incremento en la presión de descarga de un eyector que descarga a la atmósfera solo es posible si la descarga está obstruida. En unidades de varias etapas un incremento de la presión entre etapas debido a temperaturas de condensación altas o al fallo de la segunda o tercera etapa, afectará inmediatamente a la operación de la primera etapa.

Carga

Una disminución de la carga (kgs/hr de gases al eyector) resultará en la obtención de un vacío algo más alto, pero si la carga aumenta por encima de la de diseño, el vacío obtenido disminuirá repentinamente.

19-7

Temperatura De Agua De Refrigeración

La temperatura a la cual se condensa el vapor en los condensadores intermedios y finales, tendrá relativamente poco efecto en el vacío obtenido pero reducirá substancialmente la carga a la cual el eyector deja de funcionar puesto que un incremento en la temperatura del condensado aumenta la presión entre etapas. Con el fin de asegurar la flexibilidad en el sistema de eyectores de una unidad de vacío, generalmente se construyen dos juegos en paralelo, cada uno con el mínimo número de etapas necesario para lograr un vacío satisfactorio. Los vapores de cabeza de una típica unidad de vacío que van a los eyectores contienen aire de fugas, vapor procedente de la torre de destilación atmosférica, hidrocarburos ligeros y compuestos de azufre y de nitrógeno generados por descomposición térmica en el horno, e hidrocarburos más ligeros que la gasolina que no hubieran sido eliminados de la alimentación. El vapor y los hidrocarburos ligeros condensan en el condensador intermedio, de tal manera que el caudal a través de la primera etapa puede ser mucho mayor que el caudal a través de la segunda etapa. Si se producen gases debido a descomposición térmica en el horno, se sobrecargarán rápidamente los eyectores de la segunda etapa. Tanto los vapores condensables como no condensables extraídos por los eyectores de una unidad típica de vacío son sumamente hedientos de tal manera que el condensado debe ser despojado (desorbido) y los no condensados deben ser incinerados.

Operación Normal

ARRANQUE: En el arranque de una unidad de vacío es práctica corriente el purgar con vapor el calentador y la torre y luego hacer la prueba de presión de la torre con vapor a 50 psig. Se supone que esto se ha hecho y que todas las válvulas de los eyectores están cerradas. a) Cerrar el vapor a la torre. b) Ventear vapor en cabeza de la torre hasta que la presión sea aproximadamente de 0,2 kg/cm2; luego cerrar herméticamente el venteo de cabeza. c) Abrir las válvulas de entrada y salida de uno de los eyectores de la segunda etapa. d) Abrir las válvulas de entrada y salida de uno de los eyectores de la primera etapa.

19-8

e) Circular agua de refrigeración en ambos condensadores. f) Pasar vapor por los eyectores de la primera y segunda etapas. g) Comprobar que el vapor sea seco y regular la presión del vapor a la indicada en la placa de registro del equipo. Tan pronto como aparezca el nivel en el condensador intermedio arranque la bomba del condensado y controle el nivel. h) Dejar funcionar a los eyectores hasta que se obtenga un vacio constante aunque la presencia de agua en la torre pueda resultar en la obtención de un vacio inicial pobre (pequeño). i) Cargar la unidad de vacío y proceder con las operaciones normales. Adición De Eyectores

Los operarios deberán observar y averiguar que presión intermedia proporciona la operación más estable para un determinado conjunto de eyectores. En la mayoría de las unidades de 2 etapas, ésta es de aproximadamente 260-130 mm Hg de vacío absoluto. Cuando el vacío de la torre disminuye o es demasiado sensible a las condiciones del proceso, se debe añadir otro eyector. Si la presión intermedia ha subido (el vacío absoluto medido en mm Hg ha aumentado) se debe añadir otra segunda etapa. Si la presión intermedia no ha cambiado, pero la presión de la torre ha subido, se debe añadir otra primera etapa; este aumento puede requerir la adición de otra segunda etapa. a) Abra la válvula de descarga del eyector b) Abra el vapor de la tobera c) Compruebe que la presión del vapor en la tobera esté bien controlada. d) Abra la válvula de succión del eyector. A veces los eyectores son incapaces de conseguir un vacío adecuado o funcionan erráticamente. Esto puede ser el resultado de un gran número de problemas, algunos de los cuales se indican a continuación, y que deberán ser verificados para cada caso particular. a) ENTRADA DE AIRE AL SISTEMA: Apriete las tuercas de todos los pernos de las bridas y escotillas en la torre de vacío y en la línea de cabeza. Ajuste y lubrique todos los prensaestopas de las válvulas. Cierre herméticamente todas las válvulas de venteo y de drenaje y apriete cualquier

19-9

conexión roscada. Vea que el líquido de lavado de los empaques de las bombas esté bien ajustado para mantener una presión positiva en el empaque. b) ENTRADA DE AIRE ENTRE ETAPAS: Este problema puede ser detectado por un aumento de la presión entre etapas. Ajuste todas las bridas, empaques de las bombas y conexiones roscadas. Compruebe que la trampa de condensado no esté atascada y permita que entre aire a la segunda etapa. c) ESCAPE DETRÁS DE LA TOBERA: Ciertos tipos de eyectores pueden fácilmente dejar entrar aire o vapor a través de una fuga en el punto donde la tobera se une al cuerpo. d) PRESIÓN DEL VAPOR INCORRECTA: Compruebe los datos en la placa de identificación del eyector y cambie el setpoint del controlador. e) VAPOR HÚMEDO: Se nota debido a que causa un funcionamiento irregular. Compruebe que las trampas de vapor funcionan como es debido. f) TOBERAS Y DIFUSORES GASTADOS: Es el resultado de usar vapor húmedo. g) FILTROS DE VAPOR OBSTRUIDOS O ATASCADOS: Generalmente existe un filtro principal delante del controlador de presión del vapor y otro filtro en la tobera de cada eyector. h) TEMPERATURAS DEL CONDENSADO DEMASIADO ALTAS: Puede ser el resultado de circular un caudal de agua de refrigeración insuficiente o de ensuciamiento del lado de los tubos o de la carcasa de los condensadores. i) CONDENSADORES INUNDADOS: Es el resultado de un mal funcionamiento del controlador de nivel o de la trampa de vapor del condensado, o del fallo de la bomba. Si la bomba no mantiene succión, compruebe que no entre aire en el empaque. j) INSTALACIÓN DEFECTUOSA: Defectos en la alineación apropiada de los empaques y detalles similares, los cuales son normalmente insignificantes, pueden atrapar bolsas de condensado o causar turbulencia que puede afectar el funcionamiento del equipo de vacío. Si un juego de eyectores ha sido desmontado, cada tobera debe volver a ser montada con el difusor correcto.

19-10

k) CONTRA-PRESION: Puede ser debida a depósitos en los condensadores, a la obturación del retenedor de llama en el venteo, a una bolsa de condensado o a otras posibles obstrucciones. I) OPERACIÓN IMPOSIBLE: Tal como el tratar de obtener una presión absoluta más baja que la presión de vapor del liquido en el sistema. Si el gas oil de vacio producido es muy ligero puede ser imposible obtener un vacfo en la torre. m) ALTO NIVEL DE FONDO EN LA TORRE: Si se permite que el nivel de fondo de la torre suba, puede producirse cracking (descomposición) térmico debido al excesivo tiempo de residencia a elevada temperatura. n) ENTRADA DE VAPOR EN EL SISTEMA: Examine las conexiones de vapor en la torre, calentador, intercambiadores, etc. o) CRACKING EN EL HORNO: Ocurre a temperaturas muy elevadas y puede ser verificado realizando una prueba. Oliensis, o una determinación del número de Bromo en el gasoil de vacío ligero. Cuando es difícil localizar una fuga, se puede instalar un medidor especial para medir los incondensables que se venteen y muestras de éstos pueden ser analizadas en el laboratorio.

19-11

CORTE DE UN EYECTOR DE VAPOR (CUT-AWAY VIEW OF STEAM JET EJECTOR) TAPÓN PARA INSPECCIÓN DE LA BOQUILLA FILTRO DE VAPOR \

^ ¡ ¡ ims

ENTRADA DE VAPOR CABEZAL DE LA BOQUILLA CABEZAL DE SUCCIÓN

SUCCIÓN

TOBERA

DIFUSOR

DESCARGA

19-12

UOP 220-19-1

TÍPICA INSTALACIÓN DE UNA UNIDAD DE VACIO DE DOS ETAPAS (TYPICAL ARRANGEMENT VACUUM UNIT 2-STAGE JETS) CABEZAL DE SUCCIÓN

TOBERAS DIFUSOR ESTRANGULAMIENTO

PRIMERA ETAPA SEGUNDA ETAPA

INCONDENSABLES AL INCINERADOR (O TERCERA ETAPA) DESCARGA DE LA PRIMERA ETAPA CONDENSADOR FINAL VAPOR SECO CABEZAL DE SUCCIÓN DÉLA SEGUNDA ETAPA

INTERCONDENSADOR CONDENSADO ACEITOSO A TRATAMIENTO

TRAMPA DE CONDENSADO UOP 220-19-2

19-13

REGISTRO DE DATOS Y DIAGRAMA DE PROCESO E INSTRUMENTACIÓN (DATA LOGGING AND P & I DIAGRAM) Recopilación O Registro De Datos

Como operario de proceso, Ud. está obligado a recopilar datos de operación tales como temperaturas de proceso, caudales de flujos de proceso, presiones y niveles. Las condiciones de los servicios auxiliares también deben ser observadas; por ejemplo: las temperaturas del agua de refrigeración a la entrada y salida de un condensador o un enfriador, presión del aire de instrumentos a las válvulas de control, presiones del gas y del aceite combustible a los quemadores de los hornos, presión del vapor de atomización en los quemadores de aceite, temperaturas del aceite de lubricación a la entrada y salida de los cojinetes, presión del aceite de lubricación, observación del flujo del mismo y las diferencias de presión a través de los filtros. Los datos específicos que deben ser anotados le deberán ser enumerados por su supervisor. Los datos que usted reporte deben ser exactos. Los datos de las observaciones deben ser registrados en las unidades de medida correctas. Las lecturas deben tomarse a intervalos iguales. Si se toma una lectura a 5 minutos después de la hora, debería ser tomada tan cerca como sea posible a 5 minutos después de la hora cada vez. La lectura debe hacerse a nivel del ojo. Si esto no es posible, usted debe situarse directamente en frente del instrumento y mirar hacia arriba o hacia abajo según sea el caso. No tome nunca una lectura desde un ángulo. Nunca "adivine" una lectura. Si no puede tomar una lectura debido a condiciones de emergencia, simplemente anote que la lectura "no fue tomada". Si un instrumento no funciona, dígaselo a su supervisor y anote el hecho. Con buenos registros de datos precisos su supervisor podrá detectar alteraciones o tendencias en la operación de la planta y en el funcionamiento de los varios equipos de la refinería. El supervisor podrá luego impartir las instrucciones adecuadas para la apropiada operación de la planta.

19-15

Diagrama De Cada unidad de proceso y cada sistema de servicios Proceso £ auxiliares de una refinería está esbozado en un diagrama Instrumentación (*) de proceso denominado diagrama de proceso e instrumentación o simplemente P&l, en el cual se indican calentadores, hornos, recipientes, bombas, turbinas, condensadores, válvulas de seguridad, y todos los instrumentos y válvulas de control. El diagrama indica los diámetros de cada tubería y si éstas requieren lineas de vapor y aislamiento. Sin embargo, el objetivo más importante del diagrama P&l es el de indicar la relación que existe entre los equipos. El diagrama muestra las tuberías que conectan los recipientes entre sí y el número y tipo de válvulas en cada línea. Observando el P&l podemos determinar que tipo de válvula debe ser usada y su posición en la línea con respecto al resto del equipo. Comenzando con la alimentación a la unidad, podemos seguir el flujo a través de la unidad observando que válvulas deberían estar abiertas y cuales deberían estar cerradas. Podemos ver que instrumentos tenemos que controlar y de que tipo de bombas y motores se dispone para la transferencia de líquidos. El diagrama P&l es de inmenso valor para que el operario pueda familiarizarse con los diversos sistemas. Cuando se estudie este diagrama, se notará que muchos de los artículos están descritos por medio de símbolos o abreviaciones, los cuales se explican a la derecha del diagrama. Trate de estudiar esta información a fin de familiarizarse con ella y refiérase siempre a la misma si encuentra algo que no comprenda.

El nombre inglés es "diagrama de instrumentación y tuberías" (piping and instrument diagram). Utilizamos el nombre "diagrama de proceso e instrumentación" a fin de poder utilizar las inciales P&l de uso corriente.

19-16

CABLE CONTROL CENTER OF FLOAT

CONTROL VALVE ASSEMBLIES

ANAL VMS RECORDER ANALYSIS RECORDING CONTROLLER

AERATION POINT USING AIR AERATION POINT USING GAS AERATION POINT USING STEAM

RESTRICTION ORIFICE INSULATE STEAM TRAP - BALL FLOAT TYPE

PLUGGED RUPTURE DISC ASSEMBLY

PRESSURE RELIEF V A L V E PIPE TAP PLUGGED

VORTEX BREAKER WINTERIZE AND INSULATE WINTERI2E. INSULATE AND STEAI

IS OF INSULATION

FRC FRCF FftCOl FROI FRQIA

FLOW ALARM ORIFICE FLANGE ASSEMBLY LOW lento) RECORDING CONTROLLER INDICATOR LOW INDICATING CONTROLLER LOW INDICATOR FLOAT TYPE LOW INDICATOR INTEGRATOR LOW METER DISPLACEMENT TYPE RECORDER LOW RECORDING ALARM .OW RECORDING CONTROLLER LOW RECORDING CONTROLLER FLOATTYfE ,Otl RECORDING COMTROLL ER INTEGRATOR LOW RECORDER INTEGRATOR LOW RECORDER INTEGRATOR ALARM

ASSEMBLY "F" COMPUTER

COMPUTER

L_J

1LE LENGTH SHOWN - K E L - F

PRESSURE CONTROLLER PRESSURE

DIFFERENTIAL

CONTROLLE

PRESSURE DIFFERENTIAL INDICATOR PRESSURE DIFFERENTIAL INDICATING

IRCA

t£]

PLUG V A L V E

CO3

BALLTYPECOCKVAL.E >|

CXJ

PfltSSUi

|

CHECK V A L V E

C.TEV.LVE

METER NG COCK TEMPERATURE

RECORDER

GATE V A L V E *!TH BODY TEMPERATURE RECORDING CONTROLLER

' A L V E POSITION INDICATOR

WATER-,

=,0= HYD.OCARBO*-,

í

f^r. í

T

1 4.

oe -

LETTERS AT INDIVIDUAL VALVES DESIGNATE

»LVES. FLANGES. INSTRUMENTS INCLUDING THERMOCOUPLES, ETC.

R

E

V

I

S

I

O

N

S

uop PrOCeSS Division Universal Oil Producís Company 20 UOP Plaza

AlgoriQu'n & Mi Prospecl HoatJs • Des Plaines Iiinos600!6

PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM OF

TÉCNICAS DE MUESTREO Y DE ANÁLISIS (SAMPLE TECHNIQUES) Es inútil mandar muestras al laboratorio para análisis a menos que éstas sean verdaderamente representativas del flujo o de los tanques de los cuales han sido tomadas. Las dos causas más comunes de que una muestra sea mala son: botellas o recipientes sucios y lavado impropio de las lineas de conexión de los tomamuestras. Siempre deben usarse botellas limpias para el muestreo. Si por alguna razón no se dispone de botellas limpias, las botellas sucias deberán lavarse tres veces con el mismo material de la muestra antes del llenarlas con la muestra para el laboratorio. Algunos puntos de toma de muestras se encuentran en lineas especiales de purga continua. En este tipo de sistemas de muestreo se minimiza la cantidad de material que deberá ser purgado previamente para asegurarse de que una muestra sea representiva. Los operarios sólo deben purgar una pequeña cantidad de material de estas líneas. Sin embargo en puntos de toma de muestra que no sean de purga continua la longitud de la linea muerta hasta el tomamuestras puede ser considerable. En estos casos el operario debe lavar la línea con el material a muestrear tantas veces como sean necesarias para asegurarse de que se está tomando una muestra representativa. Generalmente la línea de muestra estará a una temperatura diferente de la temperatura de la línea de proceso. Cuando se advierta un cambio en la temperatura del material que se está descargando por el punto de toma de muestras, el lavado puede considerarse completo. Los lavados de las líneas de muestreo deben ser vertidos en el drenaje de aceites más cercano. Si se circula una muestra caliente a través de un enfriador se debe asegurar de que el agua fluya por el enfriador antes de proceder a abrir las válvulas en la línea de muestreo. Si la muestra está demasiado caliente se debe aumentar el flujo de agua de refrigeración a través del enfriador. A veces, cuando la muestra es un líquido muy viscoso, la línea de muestreo puede congelarse si el flujo de agua en el enfriador de muestras es demasiado grande. El caudal de agua

19-19

deberá ser reducido hasta que el flujo pueda ser restablecido o pueda usarse una manguera de vapor para descongelar la línea. Cuando se saquen muestras de productos ligeros deberán tomarse las debidas precauciones. En el esquema indicado para una muestra volátil (ver fig. 1) abra las válvulas A y B de la conexión a medias, saque la muestra, abra ligeramente la última válvula C y deje que la muestra fluya dentro del recipiente ciclónico. Cuando se haya sacado la muestra, cierre primero la válvula A, luego la B y después la C. Esta secuencia evita el congelamiento de todas las válvulas en la posición abierta, lo cual podría ser peligroso. Para sacar una muestra por medio de una bomba, conecte la bomba a la válvula D. Abra ambas válvulas (E y F) de la bomba. Abra a medias las válvulas A y B y luego abra ligeramente la válvula D. Purgue la bomba durante 30 segundos, luego cierre la válvula F. Llene la bomba durante un minuto. Cierre las válvulas A, B y D y luego desconecte la bomba. Asegúrese de que no existan escapes tanto en la bomba como en el punto de muestreo. Nunca respire los gases, cuando se está purgando las bombas o sacando las muestras. Las muestras deben estar perfectamente bien identificadas. Cada muestra debe llevar una etiqueta de papel o cartón o cartulina atada antes de que se tome la muestra. Esta etiqueta de identificación sirve para identificar la muestra y también el análisis que se requiera. También deben constatarse la hora y la fecha en que se ha tomado la muestra. Por ejemplo: Muestra:

Carga para platformado

Análisis:

Destilación. Peso específico

Fecha:

14 de Octubre a las 10:00 horas.

19-20

ANÁLISIS DE MUESTRAS EN LA UNIDAD DE PROCESO (UNIT SAMPLE TESTING) Esta sección se refiere a algunos análisis o ensayos sencillos que pueden ser efectuados por los operarios en la unidad de proceso sin tener que esperar a que el laboratorio lo haga. Una prueba muy importante que se realiza muy frecuentemente es la medida del peso especifico (ver fig. 2). En las refinerías el peso especifico de los líquidos casi siempre se obtiene por medio de hidrómetros. Un hidrómetro tiene un cuello calibrado que emerge cuando flota en el liquido. Cuanto más ligero sea el liquido, más se hunde el hidrómetro. Los hidrómetros vienen calibrados en diversas escalas. Generalmente cada uno tiene un margen de 0,100 unidades, o sea de 0,600 a 0,700, etc. La temperatura de la muestra debe ser tan cercana a los 15°C como sea posible sin que la muestra sea viscosa o pastosa. Para muestras pesadas que se solidifican a 15°C, el cilindro de la muestra debe ser colocado en un baño marla a temperatura controlada. Vierta por gravedad el aceite a ser analizado dentro de un cilindro limpio. Coloque el cilindro en posición vertical y cuidadosamente introduzca el hidrómetro en la muestra hasta el nivel de la graduación siguiente a la graduación en que flotará y luego déjelo flotar libremente. Después de que el hidrómetro se haya estabilizado y flote libremente sin pegarse a las paredes del cilindro, lea la cifra correspondiente al punto en el cual la superficie de la muestra aparentemente corta la escala del hidrómetro. Determine la temperatura de la muestra empleando un termómetro colocado en la muestra o con el termómetro contenido en el hidrómetro si lo hay. Calcule el peso específico a 15°C, empleando las tablas de corrección. Prueba "Doctor"

Esta prueba se usa para determinar la presencia de H2S y de mercaptanos en la muestra. Con esta prueba se determina si la muestra es amarga o dulce. El procedimiento consiste en lo siguiente: Añada 5 mi de la solución "doctor" y 10 mi de muestra a un tubo de ensayo y sacúdalo vigorosamente durante 15 segundos. Observe la presencia de cualquier precipitado negro, lo cual indicará la presencia de H2S. Si no se produce ningún

19-21

cambio, añada una pequeñísima cantidad de flor de azufre y sacuda la muestra nuevamente durante 15 segundos. Si la muestra o solución se descolora o si el color amarillo brillante del azufre se enturbia, la muestra es amarga, el ensayo "doctor" es positivo y por lo tanto la muestra no pasa.

Prueba De Evaporación

Esta prueba se usa para determinar el margen de ebullición de hidrocarburos ligeros que hierven a temperatura ambiente. Disponga de un tubo de evaporación limpio provisto de un termómetro. Abra ligeramente (1/2 vuelta) las dos primeras válvulas de la conexión de muestreo y luego abra la tercera válvula hasta obtener un flujo de muestra estable desde el ciclón. Enfríe el tubo de ensayo a base de llenarlo con la muestra y vaciarlo tres veces. Saque 100 mi de muestra y entretanto enfríe el termómetro metiéndolo en la parte alta del ciclón (ver fig. 3). Inmediatamente después de tomar la muestra coloque el termómetro dentro del tubo de muestra, de tal manera que el bulbo esté en el centro del tubo. Lea la temperatura cuando el líquido comience a hervir. Puede obtenerse un punto de ebullición inicial (I.B.P.) mejor si se coloca una piedrecita o un pequeño trozo de porcelana limpio dentro del tubo. Cuando el líquido se ha vaporizado hasta que sólo queden 5 mi, coloque el bulbo del termómetro de tal manera que no toque las paredes del tubo de la muestra. Lea la temperatura cuando queden 3 mi (algunas refinerías usan 5 mi, otras 2 mi, como punto de lectura pero, en cualquier caso, el punto a usarse normalmente se marca con una línea verde).

Prueba De Congelación Del Mercurio

Esta prueba se usa para determinar la cantidad de pesados (generalmente butano) en una muestra de propano. En una probeta graduada limpia de 100 mi ponga unas cuantas gotas de mercurio en el fondo. (Vaya con cuidado cuando emplee mercurio. Debe evitarse el contacto de este elemento con la piel. Es tóxico). Llene la probeta hasta los 100 mi con propano. El mercurio se solidificará y se congelará en las paredes del tubo. Golpeando la base de la probeta con un pedazo de madera, el mercurio puede ser separado de la misma. En tanto los trocitos de mercurio permanezcan sólidos, harán un ruido metálico cuando la probeta se sacuda. Cuando el mercurio comience a fundirse, rápidamente limpie la escarcha de la probeta y lea el volumen de propano remanente. Este volumen constituye lo que se llama el residuo de congelación de mercurio. Generalmente se desea un residuo de congelación máximo del 5% aproximadamente.

19-22

Prueba Shilling El peso específico de un gas es su peso por unidad Para Determinar de volumen comparado con el del aire, de igual manera al El Peso Específico peso específico de líquidos que es su peso por unidad De Un Gas de volumen comparado con el del agua. Sin embargo, en este tipo de análisis no pesamos el gas, sino que hacemos uso de la propiedad de que el caudal de gas que pasa a través de un orificio muy pequeño es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. El aparato usado es un "aparato Shilling para pesos específicos" tal como se muestra en la figura 4. Para su uso se lo instala tal como se ilustra en dicha figura. Debe estar bien limpio con su llave ligeramente lubricada y lleno de agua hasta un punto ligeramente por encima de la marca superior de la bureta. Entonces la bureta se llena con aire y la llave se cierra (de tal manera que pueda ser girada para que el gas pase a través del orificio sin sacudir el aparato). Se tiene listo un cronómetro y entonces se abre la llave de manera que el gas pase a través del orificio. El nivel de agua en la bureta subirá y empujará al gas a través del orificio. Tan pronto como pase la marca inferior, ponga en marcha el reloj y párelo cuando llegue a la marca superior. Anote el tiempo en segundos con precisión de décimas de segundo. Este procedimiento debe repetirse 3 veces con aire y las lecturas deben coincidir entre sí con una diferencia máxima de 2 segundos. Tome el promedio de las tres lecturas. Ahora abra la llave de tal manera que se permita el paso del gas por el tubo de entrada a través de la bureta e introduzca el gas en la bureta. Use un tubo de caucho conectado al tubo de entrada para hacer burbujear el gas a través del agua a fin de saturarla con el gas. Cierre la llave para impedir la entrada del gas a la bureta y repita la operación de 3 medidas de tiempos como se hizo con el aire. El promedio del tiempo para el gas elevado al cuadrado se dividide por el promedio del tiempo para el aire también elevado al cuadrado. Los cálculos pueden hacerse rápidamente por medio de un gráfico (ver fig. 5). Puesto que el gas y el aire están saturados con agua, se puede esperar alguna variación con la temperatura. Cuanto más alta sea la temperatura mayor será el contenido de agua en el gas. Normalmente se utiliza un gráfico para hacer las correcciones necesarias.

19-23

FIGURA 1

SISTEMA TÍPICO DE MUESTREO DE PRODUCTOS LIGEROS (TYPICAL LIGHT PRODUCT SAMPLING SYSTEM)

B -CXJ—OO-^

V

UOP 220-19-4

FIGURA 2

HIDRÓMETRO (HYDROMETER) CUELLO ESCALA

BULBO

PESO UOP 220-19-5

19-24

FIGURA 3

APARATO PARA LA PRUEBA DE EVAPORACIÓN (TYPICAL BOILAWAY SETUP) DESDE ELPUNTO DE EBULLICIÓN INICIAL AL 98% (IBP - 98%)

ro ui

TERMÓMETRO EN EL CENTRO DE LA MUESTRA

MUESTRA EMPEZANDO A HERVIR

NÚCLEO DE EBULLICIÓN (TROCITO DE PORCELANA)

TERMÓMETRO EN EL CENTRO DE LA MUESTRA

(VOLUMEN DEL TERMÓMETRO ALREDEDOR DE 1 ML)

EL BULBO NO DEBE TOCAR LA PARED DEL TUBO UOP 220-19-6

FIGURA 4

ENSAYO SHILLING (SHILLING TEST) ORIFICIO

TUBO DE ENTRADA DE GAS

LLAVE DE TRES VÍAS

VENTEO

TAPA SUPERIOR NIVEL DEL LIQUIDO MARCA SUPERIOR BURETA

CILINDRO DE VIDRIO

MARCA INFERIOR

UOP 220-19-7

19-26

FIGURA 5

PESO ESPECIFICO DE UN GAS POR EL MÉTODO DE EFUSIÓN DE SHILLING (SPECIFIC GRAVITY OF GAS SHILLING EFFUSION METHOD)

8E O u §5

.175

Ul

8E

.125

.10

60

70

80

90

100

TIEMPO DE EFUSIÓN DEL GAS EN SEGUNDOS

19-27

120

TRAMPAS DE VAPOR (STEAM TRAP) Una trampa de vapor es una válvula automática que descarga el condensado (agua) y el aire de un equipo o tubería con la mínima pérdida de vapor. Usos

Las condiciones bajo las cuales se operan estas trampas varían ampliamente pero existen varios tipos diseñados para las varias aplicaciones. Presiones, temperaturas de operación, ubicación y clase de equipo determinarán el tipo a usarse. En general existen dos clases de servicio para trampas de vapor. CLASE I — Cabezales principales, separadores, purificadores, etc. CLASE II — Unidades calentadas por medio de vapor tales como: venas de vapor en tuberías, serpentines, serpentines de camisa, recipientes con camisa, hervidores, calentadores de agua, etc. El servicio realizado por las trampas de la clase I en los equipos indicados consiste esencialmente en descargar condensado, agua acarreada desde la caldera, y condensado que pudiera interferir con el flujo de vapor. La capacidad de descargar aire es un requerimiento importante de las trampas, pero las cantidades a ser descargadas son pequeñas, excepto en el arranque y al final de los cabezales y tuberías principales de equipos de clase I que estén bien aislados térmicamente. El servicio desempeñado por las trampas en los equipos de la clase II es la descarga de aire y agua de tal manera que el espacio drenado pueda mantenerse lleno de vapor caliente y seco para asegurar una transferencia de calor eficiente. Si se permite la acumulación de condensado o de aire en un equipo o tubería, estos elementos forman capas aislantes y bolsas en las superficies de transferencia de calor y la capacidad de calentamiento y la eficiencia pueden disminuir notablemente. La presencia de aire en el vapor reduce apreciablemente la temperatura. La acumulación de condensado puede producir también el llamado martilleo hidráulico que puede llegara romper tuberías y causar daños a las turbinas y máquinas de vapor, empaques, y camisas, con la consiguiente parada y el alto costo de las reparaciones.

19-29

Martilleo Hidráulico

El martilleo hidráulico puede ocasionar daños a la tubería y a los equipos que se usan para transportar vapor u operar con vapor. Ruido y empaques rotos son los efectos más comunes y menos serios, pero pueden ocurrir problemas más serios como son la rotura de las tuberías, daños en las trampas de vapor y aún en el propio equipo. Las bolsas de agua pueden quebrar o desintegrar codos, tés y empaques, destruir las máquinas de vapor o doblar las bielas de un pistón. Un bombardeo continuo por parte del agua puede fácilmente deformar las partes claves de una trampa. Si no se drena todo el condensado del sistema, existe la posibilidad de que la presión del vapor sea demasiado baja y no pueda forzar al condensado a través de la trampa y de la tubería de descarga. En este caso, se puede resolver este problema aumentando la presión del vapor. Puede ocurrir también el mismo problema cuando una trampa drena varias unidades. En este caso, se debe instalar una trampa en cada unidad. Si la trampa no descarga la entrada puede estar obstruida o un bypass puede estar abierto o permitir fugas. En el primer caso la obstrucción debe ser removida y en el segundo caso el by-pass debe ser cerrado o reparado. Si la trampa no se cierra, la causa más común es un error de diseño en el tamaño. En este caso, se tiene que instalar una trampa del tamaño correcto. Otra posibilidad es la existencia de un mecanismo defectuoso o de un asiento desgastado. Golpeándola ligeramente puede inducírsela a funcionar. Si la trampa pierde vapor, en la mayoría de los casos es porque necesita ser cebada. Se hace esto cerrando la válvula de entrada durante unos cuantos minutos y después abriéndola lentamente.

Vapor De Flash

Muy a menudo se confunde el vapor de flash con un escape de vapor en la trampa. Vapor de flash generalmente proviene de las siguientes condiciones: 1. El condensado está a presión. Esto puede hacer que esté en forma de líquido a temperaturas por encima del punto normal de ebullición del agua. 2. Cuando el condensado se descarga a la atmósfera, libera el calor que contenía bajo presión. 3. El calor liberado evaporar parte del condensado que se descarga. Cuando esto ocurre, 0,133 libras (3,83 pulgadas cúbicas) de condensado producen 6150 pulgadas cúbicas de vapor, o sea 1600 veces el volumen original de condensado en forma de vapor.

19-30

Instalación De Una Trampa De Vapor

Existen muchos métodos aplicables a la mayoría de instalaciones de trampas de vapor. El tamaño de la tubería de drenaje del equipo no se usa para determinar el tamaño de la trampa a ser instalada. El tamaño se determina basándose en la cantidad de aire y de condensado a ser manipulado. 1. Toda la suciedad, pedazos de tubería, escamas, etc., deben ser removidos de la tubería conectada con las trampas antes del montaje final. Purgar las líneas con la máxima presión del vapor antes de instalar la trampa. Se debe tener cuidado de evitar lesiones al personal cuando se soplen las líneas con vapor. 2. Las trampas deben ser instaladas en ubicaciones accesibles que faciliten inspecciones y reparaciones. 3. Instalar trampas separadas e independientes por cada serpentín, superficie de calefacción o cabezal de vapor a ser drenado. 4. Las trampas deben ser instaladas por lo menos dos pies debajo y cerca del equipo a ser drenado, con el fin de tener un buen drenaje por gravedad y un buen enfriamiento del condensado. 5. Donde razones de seguridad o la continuidad de un proceso no permitan interferencias en la operación para cambiar una trampa defectuosa, será necesario instalar un bypass.

Trampa De Vapor De Balde Invertido (Vaso Invertido)

El principio que rige su funcionamiento es que el condensado entra a la trampa de vapor y es descargado a través de la salida cuando el balde invertido está en su posición más baja de reposo. Cuando todo el condensado ha sido descargado desde el punto al cual la trampa de vapor está conectada, el vapor entrará por la parte inferior del balde invertido. Esto hace que el balde flote hacia arriba a través del condensado en la envoltura externa de la trampa de vapor y que, por tanto, se cierre la válvula y se interrumpa la descarga de condensado. Esta situación persiste hasta que el vapor debajo del vaso se condense y el efecto de flotación disminuya, con lo que el vaso caerá y se reabrirá la válvula de salida y de descarga del condensado. Gases no condensables que pudieran pasar a través de la trampa de vapor podrían acumularse debajo del vaso y dejar la válvula permanente cerrada. Para evitar que esto suceda, se perfora un pequeño orificio en la parte superior del vaso invertido para permitir el escape de los gases que entonces se descargan con el condensado.

19-31

TRAMPA DE VAPOR VASO INVERTIDO (INVERTED BUCKET TRAP) VÁLVULA

ORIFICIO DE SALIDA DEL AIRE

co

Ni

SALIDA DE CONDENSADO

ENTRADA

VASO INVERTIDO

UOP 220-19-9

Trampa De Vapor De Fuelle Termostático

El principio de la trampa termostatática es completamente diferente. Cuando la trampa de vapor esté fría y fuera de servicio, los fuelles no están dilatados y el orificio de descarga estará abierto. Si entra vapor en la trampa los fuelles se calientan y se expanden, lo cual cierra el orificio de descarga de la trampa. Cuando el condensado entra a la trampa de vapor los fuelles se enfrían parcialmente y la válvula de descarga se abre descargando el condensado. Cuando todo el condensado ha sido descargado y en su lugar se tiene vapor, los fuelles se expandirán una vez más y el orificio de descarga se cerrará.

TRAMPA DE VAPOR TERMOSTATICA (THERMOSTATIC STEAM TRAP)

FUELLE

SALIDA

ENTRADA

VÁLVULA UOP 220-19-10

19-33

Trampa De Flotador

Cuando la trampa inicialmente está vacía, la boya permanece en la posición más baja y el orificio de descarga está cerrado. Cuando el condensado entra en la trampa de vapor, el nivel hace subir la boya hasta el punto en el cual la válvula de descarga se abrirá. Consecuentemente, el condensado se descargará y el nivel en la cámara de flotación disminuirá hasta que la válvula se cierre otra vez.

TRAMPA DE FLOTADOR (FLOAT TRAP)

FLOTADOR (BOYA)

ENTRADA

VÁLVULA SALIDA

UOP 220-19-11

19-34

Trampas De Impulso O Termodinámicas

Este tipo de trampas ha aparecido recientemente. Tanto si la válvula está abierta como cerrada, parte del condensado que fluye a través de la trampa pasa por la cámara de control. Esta parte del flujo de condensado se denomina flujo de control y el espacio anular alrededor del disco constituye el primero de los dos orificios a través de los cuales pasa. El segundo es el orificio de control en el centro de la válvula. La tendencia que el agua caliente tiene de evaporarse en la cámara de control en mayor o menor grado según sea su temperatura inicial, gobierna el movimiento de la válvula por medio de cambios de presión en la cámara de control. Asi, cuando la presión en la cámara de control es baja debido a que el condensado está frío con poca o ninguna tendencia a evaporarse, el disco actúa como un pistón con presión más alta en su cara inferior y menor en su cara superior lo cual hace que la válvula se levante y que fluyan grandes cantidades de condensado a través de la trampa. Cuando el condensado alcanza la temperatura del vapor, un cierto porcentaje del flujo de control se evapora en la cámara de control, hasta que la presión sobre el disco alcanza la presión existente debajo del disco y la diferencia de presión en el asiento hace que la válvula se cierre interrumpiendo todas las descargas, excepto por la pequeña cantidad de condensado callente que fluye a través del orificio central. Se necesita aproximadamente una cantidad de condensado igual al 3% de la capacidad de la trampa para cerrar el orificio de control.

19-35

TRAMPA DE VAPOR TIPO IMPULSO (IMPULSE TYPE STEAM TRAP)

ORIFICIO DE CONTROL CILINDRO DE CONTROL DISCO DE CONTROL

CÁMARA DE CONTROL

ORIFICIO PRINCIPAL

VÁLVULA

ASIENTO

ENTRADA A LA TRAMPA

UOP 220-19-12

Ca/entam/ento Con Venas De Vapor

Una vena de vapor es una linea de vapor que se extiende a lo largo de una linea de proceso o de servicios auxiliares. La función de esta línea es la de evitar que la linea de proceso se congele, especialmente en el caso de lineas de agua o de vapor estático. En los sistemas de proceso se usan venas de vapor para mentener los fluidos en el estado deseado o a la viscosidad deseada. Por ejemplo, el refinador tiene que asegurarse de que todos los hidrocarburos ligeros sean gases a la entrada de los compresores. Es posible que sea difícil el bombear y transferir un material viscoso y pesado si no se calienta y no está a la viscosidad correcta. La presión mínima del vapor usado en un sistema cerrado de condensado es de 7,0 kg/cm2 (100 psig). En un sistema abierto de condensado, una presión mínima de 2,5 kg/cm2 (35 psig) es aceptable. Cada vena debe tener su propia válvula de entrada y su trampa de vapor. La longitud de la línea que puede usarse entre trampas depende de las condiciones climáticas, del tamaño de los tubos usados y de la presión del vapor. Tanto en la válvula de entrada como en la trampa de vapor, se debe tener una tarjeta metálica numerada para cada vena. Las

19-36

válvulas y bridas de las líneas de proceso provistas de venas de vapor requieren que haya una unión en la vena de tal manera que la válvula pueda ser removida sin necesidad de cortar la vena. Las venas de vapor se fijan a las tuberías y válvulas mediante bandas de acero o con alambre de acero galvanizado.

19-37

SISTEMAS DE AIRE DE INSTRUMENTOS Y DE PLANTA (PLANT AND INSTRUMENT AIR SYSTEMS) Los sistemas de aire de planta y de instrumentos están diseñados de acuerdo con las necesidades de la refinería. La prioridad principal radica en diseñar un sistema que garantice aire a los instrumentos de forma ininterrumpida. Normalmente el sistema está compuesto de dos compresores que pueden operar separadamante o en paralelo. El aire de instrumentos puede ser suministrado por un solo compresor que tenga suficiente exceso de capacidad para satisfacer algunas necesidades de la planta. Durante operación normal se opera con un solo compresor, mientras que el otro está de reserva. Durante la regeneración del catalizador o en cualquier otra circunstancia que requiera grandes cantidades de aire, se utilizan ambos compresores. Los compresores pueden ser centrífugas o reciprocantes, cada uno provisto de su respectivo motor o turbina, enfriadores intermedios, sistema automático de control, filtro en la entrada de aire, enfriador de salida y un acumulador de aire común. Supongamos que estas unidades están accionadas por turbina y proporcionan aire de 115 psig. Las instrucciones de operación deben ser suminstradas por el fabricante. El sistema de control automático de cada compresor permite que se pueda operar a carga base o con una carga intermitente. Ambos modos de operación se accionan por medio del control de presión a la salida del acumulador. El modo de operación con carga base se usa cuando se requiere un control de presión más ajustado o cuando la carga es relativamente constante. Para las necesidades de una refinería se utiliza normalmente el modo intermitente ya que se opera con grandes variaciones en la demanda de aire. En estas condiciones, uso del modo intermitente permite ahorrar energía con respecto a la operación en carga base. Ambos modos pueden suministrar aire desde un caudal mínimo hasta un caudal máximo. Cada máquina debe ser capaz de arrancar automáticamaente abriendo una válvula de control, suministrada con el compresor, para admitir vapor a su turbina. Esta válvula también debe poder abrirse con una señal de baja presión procedente del acumulador común. Se proveen también controles manuales en todos los sistemas automáticos.

19-39

Ambos compresores descargan en el acumulador de aire común a través de sus respectivos enfriadores y separadores de condensado, cada uno con su trampa de drenaje automático. El acumulador está provisto de una válvula de seguridad ajustada a 140 psig para proteger el recipiente. Hay también una válvula de drenaje operada manualmente y un manómetro. Siempre es recomendable usar el acumulador pero, en caso de que se necesite repararlo y sacarlo fuera de servicio, se dispone de válvulas de bloqueo y de una tubería de by-pass alrededor del acumulador. El aire que fluye desde el acumulador abastece al cabezal de aire de planta y al cabezal de aire de instrumentos en cuyo sistema se incluye una sección de secado para remover la humedad. El equipo de secado del aire contituye una unidad completa que incluye toda la instrumentación necesaria, válvulas, tuberías, un prefiltro con trampa automática de drenaje y un filtro posterior. Ambos filtros están instalados en el circuito provistos de un by-pass manual, para bypasarlos en caso de que sea necesario repararlos. El secador de aire también puede ser bypasado manualmente. En operación normal ninguno de estos by-pases deberá ser usado. Típicamente un sistema de secado debe ser capaz de secar todo el volumen de descarga de un compresor y secar aire saturado a 110 psig y 110°F hasta un punto dé rocío lo suficientemente bajo como para proteger al sistema contra posibles condensaciones a temperaturas bajas. Los secadores principales constan de dos cámaras. Se incluye una cámara adicional para recibir el caudal procedente de un compresor durante 8 horas. Esta cámara de reserva se ulitiza cuando el otro sistema doble está fuera de servicio por razones de mantenimiento. El suminstrador del equipo de secado debe suministrar intrucciones para su operación. Tanto los cabezales de planta como de instrumentos están provistos de indicadores locales de presión, asi como de alarmas montadas erí el tablero de control que se disparan si la presión es demasiado baja. Normalmente hay una válvula de control en el cabezal de aire de planta accionada por la presión del aire de instrumentos. Se ajusta para cerrar proporcionalmente el aire de planta a fin de dar preferencia al aire de instrumentas. De esta forma se controla el aire disponible en el acumulador para dar prioridad al sistema de instrumentos por encima de los requerimentos de aire de planta.

19-40

TORRES DE REFRIGERACIÓN (COOLING TOWERS) Un sistema de agua de refrigeración consiste en una torre de refrigeración y en sus respectivas bombas de circulación de agua. La torre normalmente está provista de un sistema dosificador de ácido sulfúrico y de cloro. El agua tratada viene de un sistema exterior y entra al tanque o piscina de la torre a través de una válvula de control. Esta válvula mantiene un nivel de agua en la piscina. La instalación de control tiene una alarma de nivel bajo para indicar al operador la falta de agua debido a un fallo en el sistema exterior, en el aire, o en la válvula de control. La torre dispone de dos bombas de circulación, una principal y otra de reserva. La bomba principal normalmente está accionada por un motor eléctrico mientras que la bomba de reserva está accionada por una turbina, la cual está provista de arranque automático para asegurar una circulación continua de agua en caso de interrupción en el suministro de energía eléctrica. Como precaución adicional, para el caso en que la bomba a turbina esté en servicio normal, la bomba de reserva movida por un motor eléctrico también dispone de un sistema de arranque automático.

Descripción Dei Sistema De Agua De Refrigeración

Se deberá tratar al agua de la siguiente forma: 1. Purgado para el control de la concentración de sólidos. 2. Adición de ácido sulfúrico para controlar el pH y la alcalinidad. 3. Adición de productos químicos para el control de la corrosión. 4. Adición de cloro para controlar el crecimiento de algas y de depósitos orgánicos. Se recomienda contratar los servicios de una compañía de tratamiento químico para que aconseje que concentraciones de productos y que pH deben mantenerse. Esto dependerá del tipo de inhibidor de corrosión usado puesto que cada compañía suministra su propio compuesto inhibidor. En general el pH y el nivel de alcalinidad serán fijados. Esto se consigue por medio de la adición de ácido sulfúrico. Se deberá controlar el pH diariamente tanto en la planta como en el laboratorio. El inihibidor de corrosión se añade en briquetas directamente a la piscina de la torre. La concentración a mantener depende del producto utilizado. Este producto inhibidor no debe contener cromatos. 19-41

Se mantienen los sólidos al nivel apropiado por medio de una linea de purga en la linea de retorno del agua de refrigeración hacia la torre. El agua de circulación debe ser analizada diarimente para comprobar la concentración de sólidos. Los depósitos orgánicos y las algas se controlan por medio de la adición de cloro. Esta operación debe ser continuamente controlada puesto que un residuo de cloro en exceso de 1 ppm puede causar ataque químico a la madera de la torre.

19-42

MANUAL DE ENTRENAMIENTO • TRflm

YOUR

DVr©

DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

20-1

DESTILACIÓN DE CRUDOS (CRUDE DISTILLATION) La siguiente discusión es de un carácter algo general. En la práctica, cuando hubiere varias alternativas, debería escogerse el mejor procedimiento que recomendase la experiencia. La destilación del crudo a presión atmosférica permite su separación en gasolina, kerosene, combustible diesel, gasoil y otros productos. La destilación es una operación de refino en la cual los vapores que ascienden a través de los platos de fraccionamiento de una columna se ponen en contacto íntimo con el líquido descendente, con lo cual los componentes más pesados condensan y se concentran en el fondo mientras que los compuestos ligeros se vaporizan y se extraen en cabeza. Normalmente el crudo se bombea a la torre directamente desde el tanque de almacenamiento. Es sumamente importante que el crudo esté libre de agua cuando se introduce en la columna de fraccionamiento. Si el crudo contuviese agua, su vaporización en el hervidor y en los intercambiadores daría lugar a una diferencia de presión excesiva en el equipo. Si se introdujese fase acuosa en el equipo, la cantidad de vapor generada por su vaporización es mucho mayor que el volumen de vapor generado por la vaporización del crudo, por lo que los platos de la columna podrían resultar seriamente dañados. Un cierto volumen de agua se expande 1600 veces cuando se vaporiza a 100°C a presión atmosférica.

Intercambio De Calor

A fin de reducir el coste de la operación de una unidad de fraccionamiento de crudos, se procura recuperar tanto calor como sea posible por medio del intercambio térmico entre las corrientes calientes y las frías. El número de intercambiadores en una unidad de crudos y entre la unidad de crudos y otras unidades varía según el diseño. Debe mantenerse un registro de las temperaturas de salida de los intercambiadores a fin de detectar con antelación su ensuciamiento antes de que su pérdida de capacidad-debida al ensuciamiento pueda perjudicar la operación de la unidad.

Flashing (Vaporización Rápida) Del Crudo

El crudo desalado se intercambia térmicamente con cualesquiera otras corrientes calientes que pudiera haber a fin de recuperar una máxima cantidad de calor antes de circularlo por el horno de calefacción, el cual suministra todo el calor adicional necesario para la operación de la unidad.

20-3

El suministro de calor se controla haciendo que la temperatura controle el flujo de combustible a los quemadores. Esta temperatura de transferencia es solamente un parámetro de control conveniente sin ningún otro significado ulterior y puede variar desde 325°C hasta 430°C según sea el tipo de crudo y la presión en el fondo de la columna de fraccionamiento. Vale la pena notar que, si la cantidad de gasolina y de kerosene en el crudo disminuye, la temperatura de transferencia aumentará pero el caudal de circulación de vapores en la columna disminuirá. El crudo que entra en la zona de flash de una columna de fraccionamiento se vaporiza rápidamente en vapor que asciende hacia lo alto de la columna mientras que el residuo líquido desciende hacia el fondo. Este flash es sólo una separación grosera ya que los vapores todavía contienen cantidades apreciables de compuestos pesados, mientras que el líquido contiene compuestos ligeros que deben ser desorbidos antes de extraer el residuo líquido por el fondo de la columna. Fraccionamiento

Los vapores que ascienden por la columna entran en contacto con el reflujo líquido interno que desciende por la columna. El producto más ligero, que es normalmente gasolina, sale en cabeza y es condensado y recogido en el acumulador de cabeza. Si el crudo contiene gases incondensables, estos saldrán también en cabeza, pero saldrán del acumulador en forma de gas y deberán ser recuperados en otra parte de la unidad. La temperatura en cabeza de la torre de fraccionamiento corresponde al punto final de destilación de la fracción gasolina y se controla por medio del retorno de parte de la gasolina condensada en forma de reflujo externo. Un aumento en el caudal de reflujo corresponde a una disminución en la temperatura de cabeza y produce un producto de cabeza con un punto de destilación final más bajo. Si se produce menos producto de cabeza se producirá mayor cantidad de la fracción siguiente, por lo que el punto de ebullición inicial de esta fracción disminuirá. Aumentando la temperatura de transferencia en el horno se aumenta el suministro de calor, por lo que se requiere un mayor caudal de reflujo para mantener la misma temperatura en cabeza. El reflujo externo que se introduce en la cabeza de la torre de fraccionamiento fluye hacia abajo a contracorriente de los vapores ascendentes. Los componentes más ligeros del reflujo se revaporizan y regresan a la cabeza de la columna mientras que los componentes más pesados del vapor se condensan y fluyen hacia abajo. El líquido que desciende por la columna constituye por tanto un reflujo interno cuya concentración de productos pesados aumenta progresivamente a medida que desciende por la columna.

20-4

Los productos más pesados que el producto de cabeza se extraen de puntos intermedios de la columna en forma de cortes laterales. El punto de destilación final de estos cortes laterales depende de la cantidad extraída. Si se aumenta el caudal de salida de un corte lateral, el producto adicional es un material que de otro modo habría descendido más hacia abajo en la columna en forma de reflujo interno. Puesto que de esta manera se ha reducido el caudal de reflujo interno por debajo del punto de salida del corte lateral, el enriquecimiento a contracorriente disminuye y vapores relativamente más pesados pueden elevarse hasta este corte lateral, por lo cual el producto es más pesado. Cambiando el caudal de salida del corte lateral es la manera normal de lograr que los puntos finales de destilación de los cortes laterales se ajusten a las especificaciones. Las temperaturas en los platos de salida de los cortes laterales proporcionan una buena indicación de los puntos finales de destilación de los cortes laterales respectivos, por lo que un operario con experiencia se limita simplemente a variar el caudal de salida de los cortes laterales a fin de mantener una temperatura de plato constante y, por tanto, un producto que se ajuste a unas especificaciones dadas. El grado de fraccionamiento entre cortes se determina generalmente midiendo el número de grados cetígrados entre el punto en que se ha destilado el 95 % del producto ligero y el punto en que se ha destilado el 5% del producto pesado. (También se puede usar el punto de ebullición inicial y el punto de ebullición final, pero el punto de ebullición inicial varía con la desorción o stripping.) El espaciado entre gasolina y kerosene debería ser de unos 5°C, mientras que el margen normal entre kerosene y un gasoil ligero es de 3°C. El fraccionamiento puede mejorarse a base de aumentar el reflujo en la columna de fraccionamiento por medio de un aumento en la temperatura de tansferencia del horno. Puede ocurrir a veces sin embargo que el reflujo necesario para una separación satisfactoria es tan grande que los platos superiores podrían inundarse si todo el refljo externo fuese introducido en cabeza de la columna. En estos casos se utiliza un "reflujo circulante intermedio". Para esto se extrae algo de liquido de la columna, se enfría, y se retorna a la columna en un punto situado a unos cuantos platos por encima del punto de extracción. Este retorno frío basta para condensar parte de los vapores y así aumentar el reflujo interno por debajo del punto de retorno. De esta forma podemos mejorar el fraccionamiento sin tener que recurrir a un excesivo reflujo externo en cabeza, a base de aumentar el caudal de reflujo circulante. Debe advertirse que, aunque se ha aumentado la temperatura de transferencia en el horno, el calor adicional se recupera por medio del intercambio térmico con crudo frío con lo cual los requerimientos energéticos del horno sólo aumentan ligeramente.

20-5

A veces algunos platos de la torre de crudos pueden vaciarse a sequedad si se extrae en forma de corte lateral una cantidad de líquido equivalente al caudal de liquido descendente en forma de reflujo interno. En estos casos, los platos por debajo del corte lateral estarán secos, no se producirá separación por destilación, y la bomba de productos tenderá a perder succión. Es necesario entonces, o bien disminuir el caudal de salida del corte lateral, o bien aumentar el reflujo interno a base de aumentar la temperatura de transferencia en el horno o de disminuir los caudales de salida de los productos más ligeros.

Desorción (Stripping) De Los Productos

Tanto el residuo en el fondo de la columna como los cortes laterales han estado en contacto con vapores más ligeros. Cualesquiera de estos vapores que pudieran haber sido absorbidos deben ser desorbidos a fin de que los líquidos se ajusten a sus respectivas especificaciones de punto de ignición (flash) y a fin de recuperar una máxima cantidad de productos ligeros, que normalmente son más valiosos. La desorción normalmente se hace por medio de vapor recalentado. Normalmente sólo se utiliza la cantidad de vapor mínima requerida para ajustarse a las especificaciones del punto de ignición (flash). Puede usarse una cantidad de vapor adicional para aumentar el punto de ebullición inicial del producto, pero esto normalmente se hace de forma más práctica a base de aumentar el caudal relativo de las fracciones más ligeras, siempre y cuando la torre de fraccionamiento tenga suficiente reflujo interno para lograr una buena separación. Todo el vapor de desorción se condensa en el acumulador de cabeza y debe ser decantado y separado. La presencia de agua en el reflujo perjudicaría la separación en la columna de fraccionamiento. Si el punto final de ebullición del producto de cabeza es demasiado bajo, el agua no podrá condensar en cabeza, se acumulará en los platos superiores de la columna y producirá su inundación.

Descarga De Los Productos

Todos los productos son enfriados antes de ser enviados a almacenamiento. Los productos ligeros deben estar a menos de 60°C a fin de evitar pérdidas de vapores en los tanques, pero los productos más pesados pueden estar más calientes. Si uno de los productos es transferido directamente a otra unidad puede resultar ventajoso enviarlo caliente. Nunca deben descargarse productos a más de 100°C si hay aunque sea sólo una remota posibilidad de que vayan a parar a un tanque que contenga algo de agua en el fondo. La evaporación de esta agua podría hacer reventar el tanque o, al menos, levantar su techo.

20-6

Desalado

La mayor parte de los crudos contienen trazas de sal que se descompone en los tubos del horno, dando lugar a ácido clorhídrico que corroe el equipo de cabeza de la columna de fraccionamiento. A fin de remover esta sal, se inyecta agua en el crudo algo precalentado y la mezcla se agita para extraer prácticamente toda la sal que pudiera haber en el crudo. La mezcla de petróleo y de agua se separa en el desalador, que es un recipiente grande en el que el agua se decanta del crudo. Este proceso de decantado puede ser acelerado por medio de métodos químicos o eléctricos. La solución acuosa salina se saca automáticamente del fondo del recipiente. Si el petróleo que entra en el desalador no es lo bastante caliente, su viscosidad puede ser demasiado elevada para permitir una buena mezcla y separación con el agua, y parte del agua puede entonces ser arrastrada a la alimentación del fraccionador. Si, por otra parte, el petróleo es demasiado caliente, puede vaporizarse parcialmente y la turbulencia resultante puede impedir una buena separación entre el petróleo y el agua. Es evidente entonces que la temperatura de operación del desalador es un parámetro importante que debe ser controlado cuidadosamente. Esto se hace a menudo controlando el caudal de by-pass alrededor de uno o más intercambiadores. La temperatura óptima depende de la presión de operación del desaldador y de la cantidad de ligeros en el crudo, pero normalmente es de unos 120±10°C y, naturalmente, debe ser más baja cuanto más baja sea la presión o más ligeros sean los crudos. El caudal de agua que se inyecta en el desalador es aproximadamente un 5% del caudal de alimentación del crudo. Es recomendable verificar el funcionamiento del desalador por medio de análisis de laboratorio regulares. El crudo desalado no deberla contener más allá de 1 kg de sal por cada 1000 barriles de crudo. El funcionamiento del desalador puede ser determinado por la concentración de sal en el acumulador de cabeza, la cual deberla ser de unos 10-30 ppm. Si el desalador funciona de forma satisfactoria, pero la concentración de cloruros excede las 30 ppm, debe inyectarse sosa cáustica a un caudal de 0,5 a 1,5 kg por cada 1000 barriles de crudo a fin de reducir la concentración de cloruros a unas 10-30 ppm. Por debajo de las 10 ppm puede producirse solubilización y por encima de las 30 ppm puede haber severa corrosión. Otro parámetro que debe ser observado en el agua del acumulador de cabeza es el pH, el cual debe estar entre 5,5 y 6,5. Puede inyectarse amoníaco en la parte superior de la columna para conseguir un control más preciso del pH.

20-7

UNIDAD DE DESTILACIÓN DE CRUDOS A PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y A VACIO (CRUDE AND VACUUM DISTILLATION UNIT) DESORBEDORES DE LOS CORTES LATERALES

DESBUTANIZADORA ^ rr-,

COLUMNA ATMOSFÉRICA

Jk

H

COLUMNA

I

A VACIO

VAPOR

SEPARADORA

EYECTOR DE VACIO

GASOIL DE VACIO LIGERO GASOIL DE VACIO PESADO INTERCAMBIADOR DE CALOR

o

DESALADOR

])

VAPOR CERA DE SLOPS

I AGUA

I

\CONDENSADO

A CRUDO

A RECUPERACIÓN DE GASES

TAMBOR DE ALIMENTACIÓN DE LA COLUMNA DESBUTANIZADORA

AGUA A TRATAMIENTO

I

.KEROSENO COMBUSTIBLE DIESEL

GASOIL ATMOSFÉRICO

GASOLINA LIGERA DE DESTILACIÓN

MANUAL DE ENTRENAMIENTO TWIN YOUR ReíHNeRV OPeRmORS

DESTILACIÓN A VACIO

uop Process Division UOP Inc.

21-1

DESTILACIÓN A VACÍO (VACUUM DISTILLATION) A fin de maximizar la producción de gasoil y de componentes ligeros a partir del material de fondos de una unidad de destilación atmosférica, estos fondos (crudo reducido) pueden ser destilados en una unidad de destilación a vacio. La destilación de aceites pesados se lleva a cabo a baja presión a fin de evitar la descomposición térmica o cracking a elevadas temperaturas. Un material que hierve a 400°C a 50 mm Hg probablemente no hervirla hasta unos 500°C a presión atmosférica. A estas temperaturas elevadas la mayoría de los hidrocarburos se descomponen. En una unidad de vacío no se tiene demasiado interés en fraccionar los productos. Lo que se intenta hacer es destilar el gasoil, remover la brea o alquitrán, y condensar el producto de la manera más conveniente posible. Las unidades de vacío para la fabricación de aceites lubricantes son totalmente distintas tanto en diseño como en operación. Flashing Del Crudo Reducido

El crudo reducido se alimenta a la unidad de vacío a través de un horno, de la misma manera que un crudo normal se alimenta a una unidad atmosférica. Sin embargo, mientras que la presión en la zona de flash de una columna atmosférica puede ser de unos 1 a 1,3 kg/cm2, la presión en una columna de vacío es mucho más baja. Aunque la temperatura de transferencia del horno también se utiliza para fines de control, carece de significado preciso debido a la caída de presión en la tubería de transferencia. La temperatura en la zona de flash posee un significado mejor definido. Las temperaturas de transferencia del horno y de la zona de flash se controlan para ajustarse a especificaciones tales como la densidad o viscosidad de un aceite pesado (fuel oil) o la penetración de un asfalto. La penetración de una brea es la profundidad en centésimas de cm a la que se hunde un punzón aguzado lastrado con un peso de 100 g en un asfalto a 25°C (77°F) en un tiempo de 5 segundos. Así, cuanto más pesada o densa sea la brea menor será la penetración. Breas muy pesadas se llaman asfaltos. Si la temperatura de flash es demasiado elevada el crudo puede descomponerse y producir gases que sobrecargarán los eyectores y disminuirán el grado de vacío. Si esto ocurre debe disminuirse la temperatura, y si desea tener un crudo reducido muy pesado, deberá aumentarse el grado de vacío.

21-3

El hecho de que se produzca algo de descomposición térmica puede en sí ser insuficiente para perjudicar el vacío. Esta descomposición puede detectarse por medio del resultado positvo del ensayo Oliensis, el cual es un simple análisis de laboratorio que indica la presencia de productos de descomposición cuando una disolución de asfalto en nafta al 20% se distribuye en un papel de filtro. Este ensayo sin embargo no es muy exacto; algunos crudos siempre producen asfaltos con Oliensis positivos no importa cuales sean las condiciones de proceso. Si se requiere un Oliensis negativo, es a menudo necesario obtener la presión y la temperatura más bajas posibles. Puesto que el grado de descomposición térmica depende de la temperatura y del tiempo de residencia a esta temperatura, debe procurarse tener un mínimo de producto (brea) en el fondo de la columna de vacío y, además, debe procurarse tenerlo a la menor temperatura posible. Es corriente que, cuando el nivel de fondos aumente, el vacío disminuya debido a la descomposición térmica causada por tiempos de residencia más prolongados. La temperatura de la zona de flash puede variar bastante según sea la procedencia y la naturaleza del crudo, las especificaciones de la brea, la cantidad de producto de cabeza y la presión en la zona de flash. Normalmente se usan temperaturas desde menos de 315°C a más de 425°C. Algunas unidades de vacío utilizan vapor de agua para desorber ligeros que pudieran estar absorbidos en la brea. De esta manera puede reducirse la temperatura necesaria para ajustarse a unas especificaciones del asfalto dadas, pero el uso de un exceso de vapor puede sobrecargar los eyectores.

Proceso De Los Fondos De Una Unidad De Vacío

La brea debe ser manejada con más cuidado que la mayoría de los otros productos del petróleo. Las bombas empleadas en el bombeo de estos materiales calientes y pesados tienden a perder la succión. Este problema puede resolverse en parte a base de reciclar algo de brea fría al fondo de la columna de vacío a fin de reducir la presión de vapor en la línea de succión. Es importante también que los empaques de las bombas estén bien sellados a fin de impedir en lo posible la entrada de aire. Puesto que la mayor parte de las breas son sólidas a temperaturas ambiente, todo el equipo debe mantenerse en servicio continuamente o bien debe ser lavado con gasoil cuando se pare. El uso de venas de vapor a menudo no es suficiente para mantener la brea líquida pero, si se usan venas de vapor, debe procurase utilizar la máxima presión de vapor disponible.

21-4

La brea a veces se enfría en recipientes abiertos ya que el uso de intercambiadores de calor no resulta adecuado para este servicio. A menudo es preferible enviar la brea a almacenamiento a elevada temperatura a fin de facilitar su mezclado. Si se desea disminuir la temperatura de la brea, es mejor hacerlo disminuyendo el nivel de agua en el recipiente de enfriamiento que disminuyendo la temperatura del agua. Si el agua es demasiado fría, la brea puede solidificarse sobre las paredes de los tubos y aislar térmicamente el resto de la brea, por lo que una disminución en la temperatura del agua puede en realidad resultar en un producto más caliente. Cuando se almacene brea a más de 100°C, debe asegurarse de que el tanque no contenga agua. Enfriadores de brea deben ser lavados con gasoil tan pronto como el flujo de brea se detenga. Control De Arrastres

El vapor que asciende por encima de la zona de flash arrastra breas que son intolerables en la alimentación de una unidad de pirólisis. Normalmente el vapor se lava con gasoil en la sección de ceras de slop. La mezcla de gasoil y breas procedentes de arrastres se denomina cera de slops y a menudo se circula a través de los platos a fin de majorar el contacto entre el vapor y el líquido, pero el caudal de circulación no es crítico. Para asegurar el removido completo de arrastres líquidos, los vapores se pasan a través de un relleno de coalescencia hecho de malla metálica a través del cual se circula gasoil. La mayor parte del gasoil de lavado se revaporiza por intercambio con los vapores calientes y se retorna a la columna. Una cierta cantidad de ceras de slop debe ser purgada a fin de remover los productos de arrastre. La cantidad de gasoil a la malla metálica se varía de manera que la producción de ceras de slop sea alrededor de un 5% de la alimentación. Este porcentaje puede aumentar si el gasoil de vacío pesado contiene una elevada concentración de residuos carbonosos o de metales. Variaciones en el color del gasoil producido sirven para evaluar la eficacia del sistema de control de arrastres. Puesto que las ceras de slops son una mezcla de gasoil y brea, pueden ser recicladas a través del horno a la zona de flash para volver a ser sometidas a un proceso de separación. Sin embargo, si el crudo contiene compuestos metálicos volátiles, éstos también serán reciclados con las ceras de slops y su concentración en el gasoil puede aumentar. Cuando hubiere problemas con compuestos metálicos volátiles, será necesario purgar más ceras de slops como producto o bien fabricar un asfalto más ligero que contenga los compuestos metálicos reciclados con las ceras de slops.

21-5

Condensación Del Producto

El vapor limpio que se obtiene después de la malla de coalescencia es el producto y no requiere fraccionamiento posterior. Estos vapores, sin embargo, deben ser condensados de la manera más eficaz posible. Los condensadores tubulares no son prácticos a presiones muy bajas y, además, la pérdida de carga a través de uno de estos condensadores elevaría la presión en la zona de flash por encima del nivel deseado. El sistema de condensación más sencillo es por contacto directo (quench) de los vapores calientes con producto líquido previamente enfriado en intercambiadores de calor. Normalmente se desea recuperar en lo posible el calor de los vapores ascendentes por medio de un intercambio térmico con petróleo crudo. Este intercambio requiere que la temperatura del líquido circulante sea lo suficientemente elevada. Es evidente por tanto que debemos llegar a un compromiso en algún punto. Si la circulación de gasoil es suficiente para condensar todos los vapores, la temperatura del gasoil será demasiado fría para conseguir un intercambio térmico eficaz. A fin de obtener una temperatura del gasoil adecuada, tenemos que reducir el caudal de circulación del gasoil, con lo que parte de los vapores escaparán sin condensarse. Este problema se resuelve fácilmente añadiendo una pequeña sección para atrapar estos vapores por medio de su condensación por intercambio térmico con gasoil ligero de vacío enfriado con agua. Se escoge el caudal de circulación de gasoil de vacío pesado que maximice el intercambio térmico con el crudo. Para lograr esto se observa la temperatura del crudo que sale del intercambiador crudo/gasoil de vacío pesado. Entonces se disminuye el caudal de circulación del gasoil de vacío pesado en un 10%. Si la temperatura del crudo aumenta, el efecto de la temperatura más elevada del gasoil pesado de vacío es mayor que el efecto del caudal de circulación y podemos tratar de repetir los cambios en esta dirección hasta que alcancemos el óptimo. Si la temperatura del crudo disminuye, deberíamos probar un cambio del 10% en la dirección opuesta. A veces es imposible eliminar suficiente calor por intercambio con el crudo solamente y parte del gasoil pesado de vacío que sale del enfriador debe retornarse a la línea de recirculación. Esto debería hacerse sólo cuando resultase imprescindible, ya que representa un desperdicio de calor y de agua de refrigeración. El gasoil pesado de vacío que se obtiene como producto se enfría y se envía a almacenamiento bajo control de nivel. La sección de gasoil de vacío ligero es un condensador de contacto directo y el caudal de circulación debería ser mantenido a un nivel adecuado para que el vapor a los

21-6

eyectores estuviese a una temperatura no superior a unos 5°C por encima de la temperatura del agua de refrigeración. Una circulación elevada siempre resulta conveniente para proporcionar un margen de seguridad en caso de oscilaciones en la operación. Medida Del Vacío

Es fácil confundirse debido a las distintas escalas empleadas en la medición del vacío. Las presiones positivas normalmente se dan en términos de kg/cm2 manometricos, o sea por encima de la presión atmosférica. La presión atmosférica es de 1,035 kg/cm2. Otra unidad de presión es el milímetro de mercurio (mm Hg o torr). La presión atmosférica a nivel del mar es de 760 mm Hg absolutos, mientras que un vacío perfecto correspondería a una presión de O mm Hg absolutos. Las medidas de vacío resultan mucho más convenientes cuando se expresan en términos de milímetros de mercurio (mm Hg) absolutos. La unidad "torr" es idéntica al mm Hg absoluta. Este nombre deriva del nombre del científico italiano Torricelli. Aunque este nombre sólo se ha utilizado esporádicamente en el pasado y no es de uso corriente, en la actualidad es el término preferido en el sistema internacional (SI) de unidades.

21-7

MANUAL DE ENTRENAMIENTO TMIN YOUR REHÍIOY OP€MTCW

OXIDACIÓN DE ASFALTOS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

22-1

UNIDAD DE OXIDACIÓN DE ASFALTOS (ASPHALT OXIDIZER UNIT) Introducción

Esta unidad está diseñada para producir un asfalto de 60-70 mm de penetración a partir de una alimentación de 500 BPD (barriles por día) de fondos de una unidad de vacio.

Asfaltos

Un asfalto es una mezcla amorfa de hidrocarburos pesados, olorosos, con un color pardo oscuro o negro. A veces se le denomina brea mineral o residuo bituminoso endurecido. Los asfaltos se encuentran en la naturaleza en forma de depósitos de superficie en varias partes del mundo y también se obtienen como residuo de la destilación del petróleo. Las propiedades de los asfaltos varían ampliamente según sea la naturaleza y la concentración de sus varios constituyentes. La fracción líquida de los asfaltos está compuesta de una mezcla de aceites similares a aceites lubricantes muy pesados y resinas sólidas y semi-solidas de color oscuro. La fracción sólida está compuesta de asfáltenos y es responsable de la consistencia física del asfalto. Un aumento en la concentración de asfáltenos se traduce en un notable aumento de la viscosidad y del punto de fusión, así como en una mayor dificultad de bombeo y de flujo por tuberías. Los asfáltenos no son solubles en disolventes tales como pentano y hexano y tampoco se funden. Los asfaltos pueden ajustarse a muchas especificaciones, la mayor parte de las cuales son de los tipos siguientes: 1. Asfaltos industriales o de punto de fusión muy elevado. 2. Cementos. 3. Materiales asfálticos líquidos de solidificación rápida. 4. Materiales asfálticos líquidos de solidificación intermedia. 5. Materiales asfálticos líquidos de solidificación lenta. 6. Asfaltos emulsificados. La oxidación o inyección de aire a menudo permite la obtención de las propiedades deseadas cuando estas especificaciones no puedan ser obtenidas por destilación a vacio solamente. El efecto de la inyección de aire es el de transformar los compuestos aromáticos de la fracción líquida en resinas y, finalmente, en asfáltenos. La resina y el aceite funcionan como ligamentos para compactar las partículas

22-3

sólidas de los asfáltenos. Puesto que la inyección de aire aumenta la concentración de asfáltenos y disminuye la de aceites y resinas, aumenta la dureza y el punto de fusión del producto. Descripción Del Proceso

Parte de los fondos de la columna de vacío entran en el reactor de oxidación bajo control de caudal. El aire se introduce a través de un distribuidor colocado por encima de la línea tangente inferior del reactor. El caudal de aire en exceso del requerido se ventea a la atmósfera. El nivel del asfalto en el reactor se controla por medio de un LIC que regula la válvula de control en la línea de descarga de los asfaltos oxidados. El producto se bombea a través de un intercambiador térmico (para recuperar calor en el gasoil ligero de vacío) y se envía a almacenamiento de productos, o a slops si el asfalto producido no se ajusta a las especificaciones deseadas. El caudal del producto se mide por medio de un medidor de flujo situado antes de la válvula de control de nivel. El controlador de presión situado después del intercambiador de calor regula la presión de descarga por medio de un control en la línea de circulación de la bomba de asfaltos. Esto es necesario ya que las bombas de asfaltos son de desplazamiento positivo. Se introduce vapor en el espacio por encima del nivel del asfalto en el reactor a fin de evitar la posible combustión de los gases de hidrocarburos con el exceso de oxígeno no reaccionado. La introducción del vapor se hace en dos puntos distintos: por debajo de la tangente superior del reactor y a través del distribuidor de aire en el fondo a fin de evitar que éste se tapone durante la puesta en marcha y en las paradas. Los vapores de cabeza del reactor contienen gases combustibles, vapor, exceso de aire y arrastres líquidos. Estos vapores van a un filtro de separación de líquidos para separar cualquier condensado que pudiera haber. El vapor entra por el fondo del filtro y asciende a través de un lecho de coque de petróleo para separar vapores condensados y arrastres líquidos. El líquido que se acumula en el fondo se vacía manualmente cuando el nivel es visible en el visor. Los gases de cabeza del filtro pasan a través de un retenedor de llamas antes de ser quemados en el horno de la unidad de vacío. El gas de cabeza del filtro puede ser descargado a la antorcha directamente si el retenedor de llamas está obturado. El asfalto oxidado se enfría en el lado de la carcasa de un intercambiador de haz tubular por el que circula gasoil ligero de vacío por el interior de los tubos. El asfalto oxidado se envía a almacenamiento bajo control de nivel tal como se indicó anteriormente. El gasoil ligero de vacío retorna a las unidades de destilación atmosférica y de vacío.

22-4

Operación Normal

Cuando se haya verificado por medio de análisis de laboratorio que se está produciendo un asfalto de la calidad deseada, deben tomarse muestras de los fondos de vacio y analizarlos para comparación. Debido a los tiempos de residencia muy prolongados en el reactor de oxidación, las muestras comparativas deberían ser tomadas a intervalos correspondientes al tiempo de residencia en la unidad (cuatro horas al caudal de diseño). Es muy importante que los fondos de vacío no sufran ninguna descomposición térmica si se desea obtener un asfalto que se ajuste a las especificaciones. Cambios en la calidad de los fondos de vacio se traducirán en cambios en las propiedades del asfalto, incluso si las condiciones de operación del reactor de oxidación permanecen constantes. Si la calidad de los fondos de vacío cambia de un modo apreciable, probablemente será necesario modificar la operación del reactor de oxidación a fin de mantener las propiedades deseadas en el producto. Estas modificaciones pueden afectar al tiempo de residencia, la temperatura de oxidación, y el caudal de aire inyectado. A medida que se adquiera experiencia en la operación de la unidad, será posible preparar correlaciones entre las propiedades del asfalto (índice de penetración, por ejemplo) y parámetros tales como el tiempo de residencia, la temperatura de oxidación y el caudal de aire, para una cierta calidad de los fondos de vacio. Estos gráficos son útiles para optimizar cambios en las condiciones de operación cuando circunstancias similares lo demanden en el futuro.

22-5

UNIDAD DE OXIDACIÓN DE ASFALTOS (ASPHALT OXIDIZING UNIT)

PARADA

REACTOR DE OXIDACIÓN TRAH

FILTRO DE SEPARACIÓN DE LÍQUIDOS RETENEDOR DE LLAMAS AL CABEZAL DE VACIO

A LA ANTORCHA

ro ro Ó>

AGUA Y ACEITE A TRATAMIENTO GASOIL LIGERO DE VACIO DE LA COLUMNA DE VACIO Y RETORNO

FONDOS DÉLA COLUMNA DE VACIO ASFALTO OXIDADO A ALMACENAMIENTO

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OPGMTOIK

CRACKING TÉRMICO (VISBREAKING)

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

23-1

DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA DE RESIDUOS. VISBREAKING O CRACKING TÉRMICO (VISBREAKING) Descripción Del Proceso

Cuando los aceites pesados de petróleo están expuestos a temperaturas elevadas durante un cierto tiempo, se convierten en parte en otros hidrocarburos más ligeros de propiedades totalmente distintas. Este fenómeno, llamado visbreaking o cracking térmico, no requiere el uso de un catalizador. Cuando las moléculas pesadas se rompen en otras más pequeñas, lo hacen en proporciones definidas, generando cantidades de gases, nafta, destilados ligeros y gasoil que pueden estimarse de antemano. El material pesado remanente se llama simplemente residuo. Puesto que las moléculas parafínicas se rompen más fácilmente que las aromáticas, el producto residual pesado no se descompone tan fácilmente como el aceite pesado inicial. Ocurre algo similar con los líquidos ligeros e intermedios producidos por cracking térmico. Se dice entonces que los productos de visbreaking son más refractarios que el aceite inicial. Cuando se forman moléculas más ligeras, su composición química requiere la presencia de un porcentaje de hidrógeno más elevado en la molécula. Para obtener este higrógeno es necesario deshidrogenar parte de las otras moléculas, tanto ligeras como pesadas, que, como resultado, adquieren una naturaleza oleflnica. Las propiedades de los productos oleflnicos son muy distintas de las propiedades de las fracciones de petróleo obtenidas por simple destilación del crudo. Los fenómenos más acusados son los de inestabilidad y de incompatibilidad. Las olefinas son inestables en la presencia del oxígeno del aire y tienden a reaccionar y a formar gomas y otros productos resinosos indeseables. Para evitar esta oxidación, la nafta de visbreaking debe ser tratada y protegida con inhibidores. Este problema no es tan importante en el caso de los productos residuales ya que raramente se especifica su color y su contenido de gomas. El fenómeno de incompatibilidad se presenta cuando se mezclan productos de cracking térmico con fracciones similares vírgenes (obtenidas por fraccionamiento sin cracking) ya que sus distintas solubilidades ocasionan la formación de depósitos pesados. El operario no tiene por que conocer los proceso químicos que puedan ocurrir en una mezcla, pero debe verificar de antemano

23-3

que es posible cambiar los ingredientes de una mezcla antes de proceder a sustituir ingredientes similares pero de procedencia distinta. Las moléculas aromáticas y oleffnicas en general tienen una densidad mayor que la de las moléculas paraflnicas que hierven dentro del mismo margen. Esto puede ser verificado fácilmente comparando las densidades de destilados ligeros procedentes de una unidad de fraccionamiento de crudos con destilados ligeros producidos por cracking térmico. Cuando se rompen moléculas grandes en otras más pequeñas en el proceso de visbreaking, la cantidad y distribución de las moléculas que se rompen varían con la temperatura y con el tiempo de retención a una temperatura determinada. La cantidad de moléculas cuya estructura cambia se expresa como porcentaje en peso y se llama "conversión". En una unidad de visbreaking el aceite pesado es calentado a la temperatura de proceso por medio de un horno cuya temperatura se controla a la salida. Esta temperatura, llamada temperatura de transferencia, debe conocerse para establecer el grado de conversión y la composición de los productos del cracking térmico. El aceite pesado de la alimentación se calienta en los tubos de pared del horno. El flujo de calor suministrado por el horno debe limitare a fin de evitar la formación de coque en el interior de los tubos del horno. Esta limitación limita también el grado de conversión que puede obtenerse por paso. Los productos que salen del horno se alimentan a la zona de flash de un fraccionador. Este fraccionador produce un corte lateral de gasoil que se desorbe en una columna de desorción apropiada antes de ser enviado a la unidad de hidrocracking. Los productos de cabeza incluyen gases y nafta. El gas se separa en el acumulador y va al sistema de gas combustible, mientras que la nafta condensada se recoge en el acumulador y se utiliza como reflujo externo del fraccionador y como producto de alimentación a una unidad de hidrocracking. Los fondos se mandan a'una columna de vacio para recuperar los gasoils, que se utilizan también como alimentación a una unidad de hidrocracking. La característica más notable de esta columna de fraccionamiento es la tendencia a formar depósitos de coque en todas las secciones donde haya aceites pesados calientes. A fin de evitarlo, la columna está provista de una linea de enfriamiento directo (quench). Para mejor entender el funcionamiento de esta unidad se recomienda leer las instrucciones de puesta en marcha y de operación.

23-4

CRACKING TÉRMICO DE RESIDUOS (VISBREAKING) (VISBREAKING PROCESS) HORNO

FRACCIONADOR FLASH GASA RECUPERACIÓN

GASOLINA NO ESTABILIZADA 10

c!n

ENFRIAMIENTO DIRECTO

RESIDUO DE VISBREAKING

RESIDUO

UOP 220-23-1

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

TRATAMIENTO CON AMINAS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

24-1

UNIDAD DE TRATAMIENTO CON AMINAS (AMINE TREATING UNIT) Flujo Del Proceso

Esta unidad de tratamiento de gases y de regeneración de aminas se diseña para remover H2S de diversas corrientes de gases por medio de su absorción con dietanolamina (DEA) seguida por la regeneración de la DEA usada en el absorbedor. Parte de la corriente libre de H2S se usa como gas combustible y el resto se usa como alimentación de la planta de hidrógeno, si la hay. El gas entra por el fondo del absorbedor donde el H2S es absorbido por contacto en contracorriente con la DEA regenerada, la cual se introduce en el segundo plato de la columna a caudal controlado. Del fondo de la columna se extrae la amina enriquecida bajo control de nivel, y se bombea a la sección de regeneración de aminas. El gas libre de H2S sale en cabeza de la absorbedora y va al sistema de gas combustible o a la planta de higrógeno. La corriente de aminas con H2S absorbido pasa a través de un filtro bajo control de la diferencia de presión, de manera que el filtro pueda ser by-pasado parejamente si es necesario par mantener una caída de presión constante a través del filtro. La amina es calentada entonces por medio de intercambio térmico con los fondos del regenerador de aminas. Se pueden inyectar agentes antiespumantes en la corriente y entonces se introduce la amina en el segundo plato del regenerador. El líquido del acumulador es principalmente agua y se refluja al plato superior bajo control de nivel del acumulador. Los vapores del acumulador, constituidos principalmente de H2S, salen bajo control de presión del acumulador y se combinan con gas proveniente de la sección de tratamiento de agua de procesos. La mezcla de gases se quema con gas combustible en la unidad de incineración, bajo control de temperatura. La amina sin H2S del fondo del regenerador de aminas es enfriada parcialmente por intercambio con la alimentación del regenerador en un intercambiador y entonces se bombea por medio de una bomba de circulación a través de un enfriador de aire. La amina empobrecida se recicla al absorbedor de aminas de la unidad. Las pérdidas de amina hacen necesaria una reposición de amina fresca proveniente del sistema de almacenamiento. La adición de amina fresca se hace en la corriente de amina empobrecida que sale del intercambiador.

24-3

La bomba de transferencia de aminas se usa par remover o retornar aminas a la corriente de amina empobrecida. La solución de DEA al 20% se prepara en un tanque de fundido y se bombea al tanque de almacenamiento por medio de la bomba de transferencia de aminas.

24-4

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OPGMTOIK

TRATAMIENTO DE EFLUYENTES ACUOSOS

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

25-1

TRATAMIENTO DE EFLUYENTES ACUOSOS (WASTE WATER TREATMENT) Sistemas De Tratamiento De Efluyentes

El objetivo de un sistema de tratamiento de efluyentes es el de impedir que los efluyentes de la refinería contaminen el agua natural. Esto se hace reteniendo y tratando todos los líquidos de desecho que se produzcan en la refinería. A. AGUA DE LASTRE En las refinerías situadas a orillas del mar o de ríos navegables, una considerable cantidad de productos puede ser transportada a bordo de buques tanque. Regulaciones locales e internacionales prohiben la descarga de agua que contenga residuos de petróleo. Debido a ésto, las refinerías deben ser capaces de aceptar, tratar y disponer del agua de lastre de los barcos. Además de petróleo, esta agua contiene sedimentos, herrumbre finamente dividida y reactivos usados en la limpieza de los tanques. Los productos petrolíferos contenidos en el agua varían desde gasolinas a combustibles pesados. El tratamiento del agua de lastre se hace separando el aceite del agua, seguido por un tratamiento final en una unidad de flotación con aire para romper las emulsiones y remover los sólidos suspendidos y las dispersiones de gotitas de aceite. Puesto que se desea minimizar las pérdidas de tiempo de los barcos, el agua de lastre se bombea del barco tan rápidamente como sea posible. El caudal y volumen del agua pueden ser muy variables. Un almacenamiento adecuado es necesario para proporcionar suficiente tiempo de retención para permitir un decantado inicial y para regular los caudales a través del separador aceite-agua y de la unidad de flotación con aire. Los tanques de almacenamiento del agua de lastre están ubicados cerca del área de tratamiento de efluyentes, provistos de un sistema de drenaje por gravedad. Un ciclo normal de operación consiste en las etapas de llenado, calentamiento, retención, separación y vaciado. Se requieren alrededor de tres días para completar el ciclo. Estos tanques deben ser adecuados para recibir deslastres consecutivos durante dos días. Los períodos de retención y de calentamiento en los tanques deben ser acortados si se prolonga la duración del deslastre. Se utiliza vapor en el serpentín de los tanques para calentar el agua a una temperatura máxima de aproximadamente 150°F (65°C) a fin de lograr una buena separación del aceite. Para esto se requieren tres días de retención y de calentamiento. En

25-3

este tiempo los materiales más pesados se sedimentan en el fondo del tanque y una gran parte de los hidrocarburos se decanta en la superficie. Cada tanque está equipado con una combinación de toma de muestras-separador. La toma de muestras se utiliza para localizar la interfase entre el aceite y el agua. Se utiliza el separador para remover el aceite que flota en la superficie del agua. El aceite recuperado, si no contiene plomo, se bombea al tanque de slops pesados; si contiene plomo, se bombea al tanque de gasolina fuera de especificaciones. Después de que se ha separado suficiente cantidad de aceite de la superficie de los tanques, el agua se vierte por gravedad a un separador aceite-agua y luego va a la unidad de flotación con aire para tratamiento adicional. B. AGUA DE PROCESO Y AGUA DE LLUVIAS El agua de proceso de la refinería y el agua de lluvias recuperada del pavimento de las áreas de proceso, bases de las bombas, y del interior de los diques de los tanques van al sistema separador aceite-agua a través de una alcantarilla común. Los drenajes del área de diques están normalmente cerrados para retener el derrame de aceite y, por tanto, los diques sirven para almacenar temporalmente el agua de lluvias recogida en las zonas de proceso. Después de una lluvia, el agua retenida es aliviada bajo condiciones controladas vaciando los diques sucesivamente en forma escalonada. La sosa usada en las unidades de la refinería se almacena en un tanque y se vierte lentamente en la alcantarilla de aguas aceitosas a un caudal tal que no se altere el pH del agua total.

25-4

ESQUENA DE UN SISTEMA TÍPICO DE TRATAMIENTO DE EFLUYENTES ACUOSOS (SCHEMATIC OF A TYPICAL WASTE TANQUE DEL AGUA DE LASTRE nc

— TANQUES DE RECUPERACIÓN DE SLOPS

1 EFLUYENTE ACEITOSO

WATER TREATMENT SYSTEM)

_ Vv

RETORNO DEL SLOP A LOS TANQUES DE CRUDO

/

AGUA DE LASTRE SEPARADOR DEL AGUA ACEITOSA

en c!n

UNIDAD DE FLOTACIÓN CON AIRE

LODOS DE LA UNIDAD DE FLOTACIÓN CON AIRE LODOS

AGUA ACEITOSA DEL ÁREA DE TANQUES

AGUA ACEITOSA DEL ÁREA DE PROCESOS

ESTANQUE DE AIREACIÓN

(UNIDAD DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO CON LODOS ACTIVADOS) ESTANQUE DE RETENCIO

AGUA LIMPIA

-TANQUE DE DECANTADO

Equipo

De

A) SEPARADOR ACEITE-AGUA

Tratamiento El separador aceite-agua decanta aquellos aceites inmiscibles y sólidos que pueden ser separados por gravedad dentro de los límites de diseño de la unidad. El diseño del separador se basa en las recomendaciones del API. La unidad está dividida en un número de estanques separados, cada uno diseñado para manejar un cierto caudal de agua de lastre o un caudal menor de agua fresca. La diferencia de capacidad máxima entre el agua de lastre y el agua fresca se basa en la diferencia entre la velocidades de decantación de un glóbulo de aceite en el agua de mar y en agua fresca. La capacidad de los estanques debe ser tal que no imponga limitaciones en la capacidad de operación de la refinería. Los estanques normalmente tratan agua de lastre y aguas aceitosas de proceso y de lluvias, con al menos un estanque de reserva para posibles caudales adicionales de aguas aceitosas. El agua de lastre fluye por gravedad desde los tanques de retención a la entrada del separador. El caudal se regula por medio de un dispositivo de control de flujo. Se utilizan compuertas de represa para sacar de servicio un estanque si se desea. El agua aceitosa de proceso y de lluvias fluye a otra cámara. Se usan compuertas para determinar cual de los estanques debe utilizarse. El nivel del agua en cada separador está determinado por la elevación del vertedero al final del estanque. Hay un vertedero de rebose a un nivel más alto para separar la porción de flujo que exceda la capacidad de diseño de la cámara. Este exceso se manda a un tanque de retención situado cerca de la laguna de retención. Puede haber excesos de caudal en períodos de lluvias. Este exceso de agua se bombea al separador durante los períodos secos. Las varias secciones del tanque que forman el separador están construidas de hormigón reforzado. Para una adecuada operación, todo el equipo que deba ser instalado en el separador debería ser suministrado por un solo vendedor. La alimentación se introduce a través de placas deflectoras para reducir la turbulencia y el fluido se distribuye de manera que no se perturbe la separación por gravedad. Los estanques separadores están equipados con un puente deslizante accionado por motor que sirve para barrer lodos del fondo del estanque y depositarlos en fosas de colección de

25-7

lodos, y para empujar el material que flote sobre la superficie del agua hacia separadores rotatorios. El mecanismo del puente móvil debe operarse continuamente. El tubo de salida de lodos del separador está dispuesto de tal manera que la presión hidrostática del agua en el estanque baste para transferir el lodo hacia el colector de lodos, de donde es bombeado al espesador de lodos. El aceite flotante es removido de cada estanque por medio de un separador cilindrico rotatorio situado al final. El aceite que se recoge en el cilindro se deposita en un colector desde el cual fluye al tanque de slops del separador. El efluyente del separador pasa por debajo de un deflector de retención de aceite y por encima de un vertedero regulable hacia el estanque de efluyentes. El deflector de retención de aceite retiene el aceite en la superficie hasta que es removido por el separador rotatorio. El agua de lastre fluye desde el estanque de efluyentes a la unidad de flotación del agua de lastre. El agua de procesos y de lluvia fluye hacia la unidad de flotación del agua de procesos. La flotación se lleva a cabo por medio de inyección de aire.

25-8

SEPARADOR ACEITE-AGUA (OIL-WATER SEPARATOR) DIFERENCIA DE PRESIÓN HIDROSTATICA DEBIDA A LOS DEFLECTORES DE ENTRADA COMPUERTA DE REPRESA

VERTEDERO DEL EFLUYEIMTE DEFLECTOR (AJUSTABLE) DE ENTRADA PUENTE MÓVIL

VERTEDERO DE REBOSE

SEPARADOR CILINDRICO ROTARORIO PARA EL ACEITE

REBOSE CONDUCTO Y DEFLECTOR DEREACCION

-FOSA DE LODOS

SEPARADOR DE LODOS

DEFLECTOR DE RETENCIÓN DEL ACEITE

VISTA LATERAL COMPUERTAS DE REPRESA

SEPARADOR CILINDRICO DE ACEITE

VERTEDEROS DE DISTRIBUCIÓN

ENTRADA DEL AGUA DE LASTRE

REBOSE

ENTRADA DEL AGUA DE PROCESOS

SUMIDERO DE DESCARGA DEL ACEITE DE SLOPS PUENTE DESLIZANTE

VISTA SUPERIOR

25-9

COMPUERTAS DE REPRESA

UOP 220 25-2

B) UNIDAD DE FLOTACIÓN CON AIRE Las unidades de flotación proporcionan un tratamiento de efluyentes final para separar cualquier aceite residual y materiales suspendidos. Las unidades de flotación se suministran completas con bombas, motores, controles, recipientes, equipo de inyección de aire, separador de superficie y de fondo, sistema de distribución de agua, etc. La unidad debe tener la suficiente capacidad para procesar la carga de diseño y debe ser adecuada para tratar agua de mar. La operación de las unidades de flotación consiste en disolver aire bajo presión en el agua residual. Esta agua se inyecta a través de un distribuidor en la corriente de entrada de la unidad. Cuando esta agua entra en la sección de entrada, se liberan pequeñas burbujas de aire debido a la reducción de presión. Cuando las burbujas ascienden, arrastran aceite y materiales suspendidos hacia la superficie. Un equipo de separación mecánica colecta el material recogido en la superficie. El material que va al fondo es extraído manualmente a través de una válvula de descarga de lodos. La unidad está diseñada de modo que puedan añadirse reactivos floculantes, alumbre y poli-electrolitos, para ayudar a romper las emulsiones y a aglomerar el material suspendido. Se puede añadir cal para el control de pH. C) UNIDAD DE LODOS ACTIVADOS El proceso de lodos activados consiste en la mezcla íntima de la corriente procedente de la unidad de flotación con aire con una cierta cantidad de barros biológicamente activos preparados en el proceso. La mezcla se hace en presencia de aire. La mezcla aireada pasa a un decantador de separación donde los barros sedimentan por gravedad y del cual sale un líquido claro que puede ser descargado. Los lodos activados se extraen del decantador y una porción de ellos se mezcla con los efluyentes acuosos para ayudar a tratarlos. El resto se bombea a la salida del separador de aceite de aguas de proceso para ser tratado en la unidad de flotación de aire. La planta de lodos activados se diseña para tratar sólo el efluyente de la unidad de flotación de aguas de proceso y de lluvias. La razón es que los tratamientos biológicos no son adecuados para el agua de lastre, ya que es agua de mar.

25-10

El estanque de aireación está dimensionado de manera que la demanda biológica de oxigeno (BOD) no exceda por ejemplo de 30 Ibs/día por cada 1.000 pies cúbicos de volumen (0,5 kg/m3 día). Se provee equipo de aireación para mantener 2 ppm de oxígeno en el agua. La bomba debe ser capaz de reciclar hasta el 100% del flujo normal. La unidad de tratamiento biológico por lodos activados debería ser capaz de obtener una reducción del 90% en la demanda biológica de oxígeno, desde unas 200 ppm hasta unas 20 ppm. D) RECUPERACIÓN DEL ACEITE DE SLOPS El aceite que se separa en el separador aceite-agua y se recoge en el sumidero de slops contiene una gran cantidad de agua, la cual debe ser removida del aceite para permitir que vuelva a ser usada en las unidades de proceso. Periódicamente el aceite se transfiere a uno de los dos tanques de slops. Todo el sistema de conexiones y válvulas del sistema de recuperación de aceites de slops se controla manualmente. Los tanques pueden ser utilizados independientemente el uno del otro. Cada tanque está provisto de un rebosadero que permite el retorno de cualquier exceso al separador. Los tanques tienen un fondo de forma cónica para facilitar la separación por gravedad del agua y del aceite. Los tanques están provistos de serpentines de vapor para calefacción. Un aumento de la temperatura puede ayudar a romper emulsiones y así liberar más agua del aceite. La sección cilindrica de cada tanque está diseñada para almacenar el aceite de slops producido durante tres días de operación. Así se dispone de un tiempo razonable para la operación de recuperación. Si la calefacción no basta para romper las emulsiones, se pueden agregar reactivos especiales para conseguirlo. El agua oleosa del tanque puede ser circulada para facilitar su mezcla con productos químicos y otros aditivos apropiados. Los reactivos pueden ser añadidos a la línea de descarga de la bomba de circulación'de slops o directamente al tanque a través del paso de hombre. La experiencia indicará que tipo de reactivos deben ser utilizados. El agua drenada del tanque retorna al separador. Cuando se ha vaciado el agua, el aceite recobrado se bombea por medio de la bomba de transferencia de aceites de slops hacia el almacenamiento de slops.

25-11

E) TRATAMIENTO DE LOS LODOS ACTIVOS Los lodos aceitosos procedentes de los separadores aceiteagua y de la unidad de flotación con aire, y los lodos digeridos procedentes de la planta de tratamiento de aguas residuales se alimentan a un espesador por gravedad para extraer el agua. Los lodos procedentes de la limpieza de los tanques también se descargan en el espesador. Los lodos espesados tendrán una concentración de sólidos de aproximadamente el 6% (en peso). El agua que rebosa del espesador se recicla al separador aceite-agua. Los barros espesados se bombean a un incinerador de lecho fluidizado donde los compuestos orgánicos son quemados totalmente y se producen cenizas inertes. El incinerador está equipado con un scrubber para el lavado de los gases de chimenea y de un sistema de enfriamiento de cenizas.

25-12

TANQUE TÍPICO PARA LA RECUPERACIÓN DE

TANQUE TÍPICO PARA EL AGUA DE LASTRE (TYPICAL BALLAST WATER TANK)

(TYPICAL SLOP OIL RECOVERY TANK) ENTRADA LINEA DE RECIRCULACION

SEPARADOR Y TUBERÍA DE MUESTREO OPERADOS POR MEDIO DE CABLE Y MANIVELA

^ ^

REBOSE DEFLECTOR CALENTADOR DEL TANQUE VAPOR

Ul CO

-CONDENSADO CALENTADOR DEL TANQUE VAPOR

oc ENTRADA

TRAMPA DE VAPOR

HACIA EL TANQUE DE SLOPS

TRAMPA DE VAPOR

LINEA DE MUESTREO

ACEITE RECUPERADO HACIA LOS TANQUES DE CRUDO O HACIA LA BOMBA DE CIRCULACIÓN DEL SLOP

UOP 220-25-3

F) DESORBEDOR DE LAS AGUAS RESIDUALES La sección de desorción está diseñada para remover gases nocivos volátiles e hidrocarburos ligeros de los efluyentes acuosos del proceso por contacto con vapor a contracorriente. El agua desorbida es aceptable para ser enviada a los desaladores de la unidad de crudo, después de lo cual se la envía al alcantarillado de descarga de aguas residuales. Los gases se envían a la unidad de tratamiento con aminas. Las corrientes combinadas de aguas residuales provenientes de varias unidades se alimentan al tambor de desgasificación del agua residual. Aquí el aceite se separa de la superficie y se envía al colector. Cualquier gas desprendido se envía a la unidad de tratamiento de aminas. El agua acida es bombeada bajo control de nivel del tambor de desgasificación al tope de la columna de desorción. El vapor de desorción entra por debajo del plato inferior del desorbedor bajo control de caudal. El agua desorbida (fondos de la columna) se bombea a los desaladores de la unidad de crudo. Los vapores de cabeza del desorbedor se condensan en un aerorefrigerante. Los gases incondensables abandonan el acumulador de cabeza bajo control de presión y van a la unidad de tratamiento de aminas. El aceite condensado se separa de la superficie y se recoge en el colector. El agua sale del acumulador bajo control de nivel y se recicla a la alimentación del desorbedor.

25-14

INSTALACIÓN TÍPICA DE UN DESORBEDOR (STRIPPER) DE AGUAS RESIDUALES (TYPICAL WASTE WATER STRIPPER SETUP) GAS HACIA LA UNIDAD DE AMINAS

<=, TI

CONDENSADOR

^k 1 1

to Oí

'

^

I

T

ik

DESORBEDOR (STRIPPER)

PC^

i

IE5"

(T~ U

Oí

ACUMUL/VDOR^ DE CAB EZA TAMBOR DE DESGASIFICACIÓN

PCr^ v 9

FIC

20 LICAH

Licr

cfe-.'^*- VAPOR DE 40 PSIG

^

1

LICAH

1

;FI

ACEITE AL j DRENAJE ' 5°--

ACEITE AL COLECTOR DE DRENAJES ENTRADA DEL AGUA ACIDA

AGUA DESPOJADA UOP 220-25-4

MANUAL DE ENTRENAMIENTO OPCRHTORÍ

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

26-1

DESALADO ELÉCTRICO DE LOS CRUDOS (ELECTRICAL DESALTING OF CRUDE OILS) Todos los crudos contienen mayores o menores cantidades de agua salada y de sedimentos según sea la procedencia del crudo y el método de transporte utilizado desde el yacimiento hasta que llega a los tanques de almacenamiento de la refinería. El contenido salino normalmente se expresa en términos de las libras de cloruro sódico por cada mil barriles de crudo, o kilogramos de sal por cada mil barriles de crudo. El contenido salino puede variar de O a 1000 libras por mil barriles, pero normalmente varía de 10 a unas 200 libras. Además del agua salada contenida en el crudo producido en los yacimientos, el crudo puede contaminarse con agua salada cuando se transporta en buques tanque. El agua de lastre a menudo se mezcla con el crudo durante el transporte y puede incluso emulsificarse con el crudo cuando éste se bombea a los tanques. El crudo también puede contaminarse con sal en las tuberías de transporte (pipelines) en las que la sal tiende a acumularse en los puntos bajos. La presencia de sal en el crudo da lugar a corrosión. Todas las refinerías, por tanto, insisten en coseguir una buena separación del crudo, del agua y de la sal antes de enviar el crudo a las unidades de proceso. Hace años el único tratamiento de desalado a que se sometía el crudo era el de decantación. Este tratamiento se mejoró en años sucesivos a base de calentar el crudo y de añadir productos químicos. Es difícil sin embargo conseguir resultados uniformes con este tratamiento y, en la práctica, hay en día todas las refinerías utilizan equipo de desalado eléctrico. Los dos suministradores principales de equipos de desalado eléctrico en los Estados Unidos son la Petreco División de Petrolite Corporation y Howe-Baker Engineers, Inc. La mayor parte de la información que se incluye en este capítulo está basada en los datos y la experiencia acumulados por estas dos compañías. Los desaladores eléctricos constan de dos partes y se instalan como parte integral de las unidades de fraccionamiento de crudos. En la primera parte se forma una emulsión del crudo con agua y en la segunda la emulsión se rompe mediante la aplicación de un campo eléctrico. Dado que las características que favorecen la formación de la emulsión

26-3

en la primera parte a menudo hacen mas difícil la separación en la segunda, debe llegarse a un compromiso en la optimización de la operación de la unidad. En la mayoría de crudos, aproximadamente un 95% del contenido salino total del crudo se encuentra en la fracción de sedimentos y agua del crudo (BS&W). Físicamente, sin embargo, la sal está en la forma de gotitas de salmuera muy concentradas finamente dispersas en el crudo. Estas gotitas son muy pequeñas y es difícil lograr un buen contacto entre ellas y el agua que se inyecta en el crudo en la primera parte de la unidad de desalado. El objeto de esta agua es el de diluir la concentración salina de la salmuera; asi, una vez se haya destruido la emulsión, la cantidad de agua remanente en el crudo sólo contendrá una baja concentración de cloruro sódico. Emulsificación es el proceso de mezcla de líquidos inmiscibles en el cual uno de los líquidos se divide en gotitas extremadamente pequeñas (fase dispersa) que permanecen en suspensión en el seno del otro (fase continua). El tamaño de las gotitas en emulsiones corrientes oscila entre 1 miera y 10 mieras de diámetro, o sea que son tan pequeñas que no pueden ser observadas visualmente, aunque son fácilmente visibles en un microscopio. Para formar una emulsión estable se requiere un método de agitación muy vigoroso. El método corriente de emulsificación consiste en pasar uno de los líquidos bajo presión y a gran velocidad a través de un pequeño orificio o entre dos superficies planas mantenidas a una muy corta distancia entre sí. En un desalador de crudos comercial esta emulsificación se hace inmediatemante antes del desemulsificador eléctrico o antes de los intercambiadores de calor intercalados entre el emulsificador y el desemulsificador eléctrico. Normalmente, para un crudo y una composición salina determinados, cuanto mayor es la pérdida de carga (caída de presión) en el emulsificador, menor es el tamaño de las gotitas de la emulsión y, por tanto, se obtiene una emulsión más homogénea y más estable. Los parámetros que afectan a la formación de emulsiones son la tensión superficial (tensión interfacial), la carga electrostática de las gotitas y la viscosidad de la película interfacial. Para romper una emulsión, o desemulsificar una emulsión, es necesario coalescer las gotitas pequeñas en glóbulos de mayor tamaño que puedan ser decantados por gravedad. En un desalador eléctrico esto se consigue pasando la emulsión a través de un campo eléctrico intenso. Las gotitas

26-4

de agua se polarizan y se orientan a lo largo de las lineas de fuerza del campo. Entonces, debido al bien conocido fenómeno de atracción entre cargas eléctricas de signos opuestos, las distintas gotitas se atraen entre si y coalescen en gotas de mayor tamaño que pueden ser separadas por gravedad.

Pérdida De Carga (Caída De Presión)

La pérdida de carga a través de la válvula u orificio del emulsificador es probablemente el parámetro más importante en un desalador de crudos. Debe mantenerse una pérdida de carga suficientemente alta para formar una buena emulsión, pero no tan alta que la emulsión resultante sea tan fina y estable que no pueda ser destruida por medio del campo eléctrico del desalador. En la figura No. 1 se muestra el efecto de la pérdida de carga en la concentración salina residual que se obtiene después de pasar por el desalador. Cuando la pérdida de carga aumenta se obtiene un desalado mejor, hasta que se llega a un punto en el que la concentración de sal en el crudo vuelve a aumentar. Para una operación óptima se recomienda normalmente operar a unas 5 psi (0,3 a 0,4 kg/cm2) por debajo de este punto máximo. Normalmente la pérdida de carga a través de una válvula u orificio de emulsificación es de unas 25 psi (1,8 kg/cm2), pero puede llegar a hasta unas 65 psi (4,6 kg/cm2).

26-5

FIGURA 1

CURVAS TÍPICAS PARA UN CRUDO DETERMINADO (TYPICAL CURVES FOR A PARTICULAR CRUDE) CONTENIDO DE SALES, SEDIMENTOS Y AGUA EN FUNCIÓN DE LA PERDIDA DE CARGA, AP, DEL EMULSIFICADOR (VALORES APROXIMADOS) B.S. & W AND SALT CONTENT VS. MIXING VALUE AP (APPROXIMATE ONLY)

CONTENIDO DE SAL

SEDIMENTOS Y AGUA

35

40

45

50

55

60

65

70

PERDIDA DE CARGA, AP, EN LA VÁLVULA DE MEZCLA DEL EMULSIFICADOR, PSI (LBS/PLG.2) UOP 220-26-1

26-6

Adición De Productos Químicos

En general, no es necesaria, principalmente cuando sólo se procesan crudos de petróleo. Sin embargo, en muchas refinerías se usa la unidad de crudos como unidad de tratamiento y recuperación de aceites de slops, los cuales se mezclan con el crudo en pequeñas cantidades en la alimentación del desalador. En estos casos puede resultar necesario añadir productos químicos para lograr una operación satisfactoria del desalador. Es mejor consultar con el suministrador del equipo de desalado para determinar la clase y dosis de los aditivos químicos que se recomienden en cada caso.

Cantidad De Agua

Generalmente se utiliza una cantidad de agua correspondiente a una concentración del 3 al 8 por ciento en volumen. Si se usa menos, puede haber dificultades al tratar de diluir todas las gotitas de salmuera. Si se usa demasiada, puede haber peligro de cortocircuitos en el desalador o, al menos, posibilidad de tener un consumo de corriente excesivo. La calidad del agua también es importante, principalmente cuando se añade sosa cáustica. Si el agua es dura y se añade sosa, puede haber precipitación de sales que pueden obturar las tuberías y el equipo.

Conductividad

Para una buena desemulsificación se requiere una diferencia de potencial elevada entre los electrodos. Si la conductividad del fluido aumenta, la corriente entre los electrodos también aumenta y el voltaje entre ambos electrodos disminuye. Generalmente, una caída de tensión causará un empeoramiento de la desemulsificación. Si la conductividad del fluido aumentara tanto que el voltaje entre electrodos cayese a unos 200 V (dependiendo de la unidad) no se produciría ninguna desemulsificación, y el voltaje probablemente seguiría bajando hasta que el interruptor de sobrecarga automáticamente desconectase la unidad. Hay varios factores que pueden afectar la conductividad del fluido: el tipo de crudo, la temperatura del crudo y, sobre todo, el contenido de agua del crudo. Cuando la temperatura aumenta, la conductividad también aumenta, por lo que se recomienda operar a la temperatura más baja que sea posible. Si la concentración de agua es excesiva, puede producirse un cortocircuito de los electrodos, aunque el porcentaje de agua en el fluido que fluye entre los electrodos normalmente es menor que el correspondiente a la cantidad de agua añadida al crudo debido a la recirculación del crudo dentro del desalador. La conductividad también depende del tipo de agua, del grado de emulsificación y de variaciones locales de la concentración de agua en la zona sometida al campo eléctrico.

26-7

Voltaje

El voltaje requerido para un buen desalado es de unos 3000 V por pulgada de distancia entre electrodos (unos 1200 V/cm). Estos voltajes se obtienen por medio de transformadores diseñados para desaladores de crudos. A voltajes por encima de estas cifras el consumo de corriente aumenta y resulta más caro. Si los voltajes son demasiado bajos no se producirá desemulsificación. Los voltajes efectivos aplicados a los electrodos del desalador naturalmente son función de la conductividad del fluido y pueden variar aun cuando el sistema eléctrico esté diseñado para un voltaje determinado. Oscilaciones rápidas en el voltaje normalmente son debidas a la presencia localizada de bolsas de agua o a variaciones en la emulsión y tienen escasa importancia. Si el voltaje desciende gradualmente, puede ser indicación de que se produce vaporización y, en este caso, la temperatura debe ser reducida durante el tiempo suficiente para que se restablezca el voltaje normal.

Temperatura

La conductividad aumenta con la temperatura por lo que, tal como se indicó anteriormente, resulta deseable operar a la temperatura más baja que sea posible. Sin embargo, para lograr una buena emulsificación la viscosidad del crudo debería ser inferior a unas 40 SSU por lo que debe mantenerse una temperatura suficientemente elevada para obtener una viscosidad baja. A temperaturas más elevadas es también más fácil lograr una buena decantación del aceite y del agua. Pueden utilizarse temperaturas de hasta unos 150°C (300°F), pero normalmente se utilizan temperaturas entre los 105°C (220°F)y los 135°C (275°F).

Presión

Pueden diseñarse desaladores para presiones de hasta 500 psig (35 kg/cm2) pero normalmente se trabaja a presiones mucho menores. La presión de funcionamiento del desalador tiene poca importancia excepto que debe ser suficientemente elevada para evitar cualquier vaporización dentro del desalador. Normalmente se trabaja a unas 25-50 psi (1,5 a 3,5 kg/cm2) por encima de la presión de vapor del fluido.

pH

El efecto del pH en la conductividad puede ser muy importante ya que la conductividad aumenta tanto a un pH elevado como a un pH bajo. Por ello, se prefiere operar a un pH intermedio de 7,5 a 8,5. El pH se controla por medio de la adición de sosa cáustica. Si el pH es elevado se ha notado que se forman sales sódicas de los ácidos nafténicos presentes en el crudo, las cuales actúan como estabilizadoras de la emulsión y ésta es difícil de romper. Sin embargo, posiblemente debido a efectos de la tensión superficial, a veces se obtienen mejores resultados si se añaden pequeñas cantidades de sosa y se eleva el pH por encima de los 7,5 - 8,0.

26-8

Sólidos En La Interfase Entre El Aceite Y £/ Agua

Normalmente se forma una película de lodos en la interfase entre el aceite y el agua y, a menos de que se remueva, se acumulará hasta que se ponga en contacto con los electrodos y ocasione dificultades que obliguen a parar y limpiar el desalador. Algunos desaladores tienen sistemas automáticos para el removido periódico de los lodos de la interfase. Si no, el desalador debe ser vaciado y limpiado una vez a la semana. También es corriente que se acumulen lodos y productos sólidos en el fondo del recipiente. A veces los desaladores están provistos de tuberías para la entrada de vapor en el fondo del desalador con los orificios encarados hacia el fondo. De esta manera, puede introducirse vapor de agua de vez en cuando para agitar el fondo del recipiente y permitir que la suspensión de lodos se vacíe con la fase acuosa.

Características Generales

Normalmente se utilizan dos tipos de desaladores: los de baja velocidad y los de alta velocidad. En las figuras 4 y 5 se muestran las diferencias más acusadas entre ambos modelos. Los de baja velocidad se usan en yacimientos petrolíferos en los que el petróleo puede contener hasta un 50% de fase dispersa de salmuera en aceite. El petróleo húmedo fluye a través del distribuidor y asciende a relativamente baja velocidad entre los electrodos. La coalescencia inicial se produce entre la interfase y el electrodo inferior. La coalescencia final se produce entre los electrodos, donde las gotas dispersas coalescen hasta que son lo suficientemente grandes para que puedan descender por gravedad a contracorriente del aceite ascendente. La posición de la interfase se controla por medio de un controlador de interfase que permite la salida de la fase acuosa del fondo del recipiente. El petróleo limpio sale por la parte alta del recipiente. El modelo de alta velocidad es similar al de baja velocidad excepto que el petróleo entra a través de un distribuidor situado entre los electrodos. Este tipo es más apropiado para ciertos tipos de emulsiones muy estables. Se requiere una velocidad más alta para evitar que las partículas de la emulsión se unan en forma de cadena y provoquen el cortocircuito de los electrodos. Ambos tipos de desalador se utilizan en refinerías aunque el de baja velocidad es más común.

26-9

Las impurezas presentes en los crudos recibidos en las refinerías que pueden ser removidas por medio de desaladores eléctricos se denominan impurezas oleofóbicas y pueden ser de los tipos siguientes: sales

10 - 1000 libras por cada mil barriles

agua

0,1 - 2% en volumen

sedimentos

1 - 500 libras por cada mil barriles

Todas estas impurezas son insolubles en el crudo y se encuentran presentes en forma de una fase dispersa. Las impuerzas solubles en el crudo se denominan oleofílicas y pueden ser de los tipos siguientes: compuestos sulfurados

0,1 - 5% en peso (como azufre)

compuestos organometálicos (Ni, V, Fe, As, etc.)

5 - 400 ppm (como metal)

ácidos nafténicos

0,03 - 0,4% en volumen

compuestos nitrogenados

0,05 - 15% en volumen

compuestos oxigenados, excepto ácidos (resinas, cresoles, etc.) 0 - 2 % . en peso (como oxígeno) Las impurezas oleofílicas no pueden ser removidas por medio de desaladores eléctricos y, por tanto, no se discutirán en este capitulo. La sección siguiente proporciona una descripción más detallada de las impurezas oleofóbicas. Esta información ha sido extraída del manual de Petreco: Impurities in Petroleum, edición revisada impresa en 1968.

26-10

IMPUREZAS OLEOFÓBICAS: (OLEOPHOBIC IMPURITIES) Agua Y Sales

La mayor parte de estas impurezas está presente en la forma de gotitas de agua residuales estabilizadas por los agentes emulsificantes naturales presentes en el crudo de tal manera que los procesos de secado normales son incapaces de extraerlas. El agua por sí sola no es crítica, pero no se aceptan concentraciones superiores al 2% y normalmente al 0,5% según sea la naturaleza del crudo. Aunque crudos secos son preferibles, normalmente debe aceptarse el nivel mínimo de agua que sea posible obtener comercialmente. La concentración de sal en la fase acuosa puede variar considerablemente, pero generalmente es superior a la del agua de mar y, por tanto, corresponde más a una salmuera diluida. Tal como se indicó al principio, estas pequeñas cantidades de salmuera pueden aportar de 10 a 200 libras de sal por cada mil barriles de crudo. La cantidad total de sal depende de la concentración de salmuera en el crudo y de la concentración de sal en la salmuera. Ambas concentraciones pueden ser totalmente distintas en crudos similares de yacimientos vecinos o incluso en crudos procedentes de distintas zonas de un mismo yacimiento. Normalmente, sin embargo, la concentración de sal en la salmuera es relativamente constante en un crudo determinado, por lo que la cantidad total de sal en un crudo determinado varía solamente con la cantidad de salmuera presente en el crudo. Los crudos pesados suelen contener mayores cantidades de salmuera debido a que resulta mas difícil secarlos a causa de su mayor viscosidad. La presencia de pequeñas cantidades de agua en el crudo puede dar lugar a serios problemas en la refinería. Parte del agua se decanta en los tanques de almacenamiento formando lodos con un alto contenido de aceites. Este material ocupa valioso espacio pero no puede ser desechado. Normalmente debe ser bombeado a un tanque de slops, desde el cual se bombea a una unidad de proceso, generalmente la unidad de crudo, en pequeñas cantidades. Si estos lodos no fueran extraídos del tanque de almacenamiento, acabarían por obturar las líneas de succión de las bombas de crudo. Cuando se analizan las sales presentes en los crudos, normalmente sólo se determinan los cloruros, ya que estos constituyen el mayor porcentaje y, además, la hidrólisis de los cloruros tiende a ser el peor responsable por la corrosión en refinerías. Sin embargo, el grado de hidrólisis de los cloruros puede variar bastante y, en orden descendente de grado de

26-11

hidrólisis, tenemos los cloruros de hierro y aluminio, magnesio, calcio y sodio. Este grado de hidrólisis también viene afectado por la naturaleza del crudo misma y por la presencia de otras impurezas además de cloruros. Es evidente entonces que un análisis de cloruros no basta para evaluar el efecto de las sales en la operación de la refinería. Debe determinarse además la distribución de los distintos cloruros y la presencia de otras sales, tales como sulfates y bicarbonatos. Estas otras sales contribuyen a formar depósitos y escala en los equipos y a obturar el equipo, y sus concentraciones deben ser igualmente minimizadas. Los cloruros son ciertamente las impurezas que más contribuyen a la corrosión. Esto se debe a que cuando se hidrolizan, especialmente a temperaturas elevadas, generan ácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno que sale en cabeza de la torre de fraccionamiento de crudos. En la figura No. 2 se muestran los relativos grados de hidrólisis de los cloruros de magnesio y de calcio. Estos resultados fueron obtenidos por destilación de laboratorio según los métodos especificados por Davis, Jones y Neilson. En la figura No. 2 se ve también que las características del crudo pueden ser de importancia ya que también afectan al grado de hidrólisis de los cloruros. La hidrólisis empieza a ser apreciable a unos 120°C (250°F). Esto quiere decir que el ácido clorhídrico empieza a atacar los metales de aquellas partes de la refinería que estén por encima de esta temperatura. A una temperatura de destilación de 345°C (650°F) el cloruro magnésico está descompuesto en un 50% mientras que el cloruro calcico sólo lo está en un porcentaje muy pequeño en soluciones acuosas neutras en petróleos que no sean ácidos. Sin embargo, la mayoría de los crudos contienen ácidos nafténicos y otros que tienden a aumentar el grado de hidrólisis de los cloruros, tal como se ve en la figura No. 2. Otros factores que afectan a la formación de ácido clorhídrico son los cocientes entre los contenidos de calcio y sodio y de magnesio y sodio y también la acidez o alcalinidad de la salmuera. En salmueras de crudos de California, alrededor de un 10% de los cloruros son cloruros de calcio y de magnesio y las soluciones son ligeramente alcalinas. Esta composición tiende a producir pequeñas cantidades de ácido chlorhídrico. Sin embargo, en crudos de Texas y del centro de los Estados Unidos el porcentaje de cloruros de calcio y de magnesio llega a un 20% del total y el pH a menudo es ácido, lo cual en conjunto tiende a producir grandes cantidades de ácido clorhídrico.

26-12

FIGURA 2

DESCOMPOSICIÓN DE LOS CLORUROS DE MAGNESIO Y DE CALCIO DURANTE LA DESTILACIÓN DEL CRUDO (DECOMPOSITION OF MAGNESIUM AND CALCIUM CHLORIDES DURING DISTILLATION)

CLORURO MAGNÉSICO (10 LIBRAS POR MIL BARRILES)

EN EL CRUDO

EN ACEITES BLANCOS

CLORURO CALCICO EN EL CRUDO EN ACEITES BLANCOS OJ 100

200

300 400 500 TEMPERATURA, °F

26-13

600

700 UOP 220-26-2

Cuando la concentración de la salmuera disminuye, la hidrólisis aumenta, por lo cual la formación de ácido clorhídrico no es una función lineal del contenido salino. Generalmente, sin embargo, cuanta menos sal haya en el crudo menor catidad de ácido clorhídrico se generará. Esto se expresa gráficamente en la figura No. 3. Puesto que el cloruro sódico es el cloruro que menos contribuye a la hidrólisis, a menudo resulta ventajoso añadir pequeñas cantidades de sosa cáustica después del desalador. De esta manera puede neutralizarse al menos en parte el ácido chlorhídrico que se forme a expensas de la hidrólisis de los cloruros de calcio y de magnesio residuales. La dosis de sosa cáustica debe ser cuidadosamente controlada a fin de evitar posibles problemas de obturación o de debilitación de los metales que tienden a volverse quebradizos en la presencia de sosa. Algunos datos de laboratorio indican que la presencia en el crudo de pequeñas cantidades de hierro tiende a tener un efecto catalítico que acelera el proceso de hidrólisis de los cloruros. Aparte de los efectos indeseables de la hidrólisis de los cloruros, otros fenómenos indeseables son: 1. depósitos de sales en intercambiadores y hornos. 2. contaminación de productos residuales. 3. efecto secundario en las especificaciones de varias fracciones del petróleo. La formación de depósitos en intercambiadores y hornos disminuye la eficacia de la utilización del equipo y reduce la capacidad de producción, mientras que aumenta los costos de parada, limpieza y mantenimiento. Los depósitos en los tubos de los hornos producen pérdidas de carga excesivas y causan el recalentamiento localizado de las paredes de los tubos. Aun cuando no se requiera una parada debido a un aumento de la pérdida de carga, puede resultar necesario reducir la capacidad de producción a fin de evitar el recalentamiento de los tubos. Por otra parte, la presencia de depósitos aislantes disminuye la temperatura de salida de los hornos e intercambiadores con un consiguiente aumento en el consumo de combustible y una reducción en el rendimiento de la refinería. Los productos residuales, tales como asfalto y aceites combustibles (fuel oils) pesados se contaminan fácilmente cuando hay sales presentes en el crudo. Cualesquiera sales remanentes en el crudo se concentrarán en las fracciones

26-14

FIGURA 3

FORMACIÓN DE ACIDO CLORHÍDRICO DURANTE LA DESTILACIÓN DE VARIOS CRUDOS (HYDROCHLORIC ACID EVOLUTION FROM VARIOUS CRUDE OILS DURING DISTILLATION)

i

i

KANSAS OCCIDENTAL HOCKLEY

CANADA (RED WATER) OKLAHOMA

TEXAS OCCIDENTAL

CALIFORNIA VENEZUELA

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

CONTENIDO DE CLORUROS LIBRAS DE NaCI POR CADA MIL BARRILES

26-15

140

150

UOP 220-26-3

pesadas. Concentraciones elevadas de sales en aceites combustibles pueden causar la obturación de los quemadores y la formación de depósitos en los tubos del horno y en las paredes de refractario. Hay otras razones también por las que resulta ventajoso desalar el crudo, aunque no se conoce bien el mecanismo de estos procesos. Existe evidencia, por ejemplo, que indica que la presencia de sales perjudica la calidad de los productos de cabeza de destilación o de cracking y que el desalado de los crudos mejora la calidad de estas fracciones. Así, la gasolina tiene mejor color, necesita menos tratamiento y permite un mayor aumento en el número de octano cuando se le añade la misma cantidad de plomo tetraetilo. Estos efectos parecen depender de la cantidad y naturaleza de las sales presentes durante la destilación o el cracking. Parece haber también un efecto catalítico que acelera el efecto corrosivo del azufre cuando hay sales presentes. Asimismo, si hay sales presentes en el residuo de alimentación a una unidad de cracking térmico, el coque que se deposita en el horno es más duro y más difícil de remover que si las sales estuvieran ausentes. Debido a todos estos efectos, las refinerías tienden a prestar más y más atención a la mejora de la operación de desalado. Se estima, por ejemplo, que en la actualidad alrededor del 15% del crudo que se procesa en los Estados Unidos pasa a través de dos unidades de desalado en serie a fin de obtener mejores resultados. Los suministradores garantizan que con dos etapas de desalado se consigue remover alrededor del 99% de las sales originalmente presentes en el crudo sin necesidad de utilizar mucha más agua de lavado que la que se requiere para una sola etapa. En estos sistemas se circula el petóleo y el agua a contracorriente por las dos etapas y, además, se recicla una máxima cantidad de agua. Incialmente los desaladores de dos etapas fueron instalados simplemente para conseguir una mejor extracción del crudo a fin de conseguir una concentración de sal de unas 3 a 5 libras por mil barriles, desde unas 100 libras en la alimentación. Sin embargo, puesto que cada etapa de desalado de un desalador moderno permite extraer alrededor del 90% del contenido salino, es fácil ver que con dos etapas puede fácilmente extraerse un 99% Además de minimizar la corrosión, evitar la obturación del equipo, mejorar la calidad de los productos, etc., uso de dos etapas de desalado ofrece otra ventaja muy importante en que permite operar las unidades de crudo y de cracking térmico con mucha más seguridad en el caso fortuito de que haya problemas cuando se cambien tanques, se circulen slops, etc. Por todo

26-16

ello, el uso de dos etapas en serie resulta eminentemente atractivo y recomendable. Otra consecuencia ventajosa del uso de desaladores de dos etapas relacionada con la mejora de la calidad del producto, es que, debido a que se minimiza la presencia de suspensiones de materias sólidas, los lechos catalíticos de los reactores de las unidades de proceso pueden funcionar por tiempos mucho más prolongados ya que no se obturan tan rápidamente y se envenenan menos fácilmente. Finalmente, para resumir, podemos decir que el desalado de los crudos proporciona las siguientes ventajas: 1. Mayor capacidad de proceso debido a: a. periodos de operación más prolongados b. operación de la planta a máxima capacidad c. menos mantenimiento y paradas más cortas d. menor necesidad de agua en la unidad de crudos e. alimentación de crudo uniforme sin bolsadas de agua al cambiar de tanques 2. Costes de mano de obra más baratos debido a: a. cambios en el equipo de operación menos frecuentes b. menos corrosión y desgaste del equipo c. menos ensuciamiento de los intercambiadores d. menos recalentamiento localizado de los tubos de los hornos 3. Menos problemas con obturaciones y con formación de coque y de escala en intercambiadores y en hornos. 4. Menor envenenamiento de los catalizadores debido a la presencia de: a. arsénico en reformadores catalíticos con catalizadores a base de platino b. sodio, hierro y otros metales en unidades de cracking

26-17

5. Menos corrosión debida a azufre, sales y acidez orgánica en: a. intercambiadores b. columnas de destilación c. acumuladores, recipientes y tuberías 6. Menor consumo de productos químicos y aditivos tales como: a. amoníaco b. inhibidores 7. Menor erosión causada por el flujo de sólidos en: a. válvulas de control b. intercambiadores y hornos c. bombas 8. Menor contaminación de los efluyentes gracias a la: a. clarificación del condensado acuoso b. extracción de los fenoles presentes en el agua procedente de procesos catalíticos 9. Recuperación del petróleo y de los aceites que de otro modo se perderían en: a. slops procedentes de la recuperación de aceites residuales b. limpieza de tanques c. petróleo en aguas de proceso (por ejemplo en el condensado de la torre de vacío) d. pérdidas al alcantarillado durante el mantenimiento e. slops de productos fuera de especificación 10. Mejor calidad de los productos debido a: a. mejor control b. menos productos que pudieran envenenar a los catalizadores

26-18

c. menos sales y sólidos en los productos residuales d. coque más limpio utilizable para la producción de productos especiales, tales como electrodos e. mejores propiedades de los asfaltos, tales como mejores resultados del ensayo Oliensis y mejor ductilidad.

26-19

FIGURA 4

DESALADOR TÍPICO DE BAJA VELOCIDAD (TYPICAL LOW VELOCITY DESALTER) SALIDA DEL CRUDO DESALADO

INTERFASE INTERCAMBIADORES DE CALEFACCIÓN

i i i i i i i i l i i i i i i i i

ESPITAS DE LOCALIZACION DÉLA INTERFASE

CRUDO

SALIDA DE LA SALMUERA INYECCIÓN DE AGUA SECUNDARIA

INYECCIÓN DE AGUA

INYECCIÓN DE DESEMULSIFICADOR VÁLVULA DE MEZCLA

UOP 220-26-4

FIGURA 5

DESALADOR DE ALTA VELOCIDAD (HIGH VELOCITY DESALTER) CRUDO DESALADO

DEFLECTOR CAMPOS ELÉCTRICOS ELECTRODOS GOTITAS DE AGUA NIVEL DEL AGUA

SALMUERA AGUA EMULSIFICADA EN EL CRUDO VÁLVULA PARA AJUSTAR LA VELOCIDAD DE ENTRADA DEL CRUDO ENTRE LOS ELECTRODOS (PUEDE SUBIR O BAJAR). LAS FLECHAS INDICAN EL SENTIDO DE CIRCULACIÓN DEL CRUDO. UOP 220-26-5

26-21

MANUAL DE ENTRENAMIENTO

UNIDAD DE SUMINISTRO DE HIDROGENO

uop PrOCeSS Division UOP Inc.

27-1

PLANTA DE HIDROGENO (HYDROGEN PLANT) Introducción

La planta de hidrógeno produce la cantidad de hidrógeno necesaria para satisfacer las necesidades de la refinería por medio del reformado catalítico de hidrocarburos gaseosos con vapor. Esta planta consiste en una unidad para la generación de gas de síntesis seguida de unidades para el ajuste del balance de hidrógeno y para la total eliminación de óxidos de carbono. La reacción de reformado catalítico con vapor es muy endotérmica y procede del modo siguiente Cn H2n+2 + nH20 -> nCO + (2n+1) H2 Puesto que temperaturas elevadas favorecen el rendimiento de reacciones endotérmicas, el reactor de reformado es un horno de fuego directo en el que el gas de alimentación fluye hacia abajo dentro de tubos verticales llenos de catalizador a una temperatura de unos 860°C. Dado que en el curso de la reacción se produce una expansión volumétrica de (n+1) moléculas de alimentación a (3n+1) moléculas de producto, se procura trabajar a una presión tan baja como sea posible a fin de favorecer el equilibrio. Sin embargo, puesto que la velocidad de la reacción también es función de la presión y aumenta cuando ésta aumenta, debe llegarse a un compromiso en cuanto a la presión óptima de operación. Normalmente este óptimo de presión es de unos 18 kg/cm 2 manométricos. Cuando sólo se desea producir hidrógeno, la cantidad de hidrógeno se maximiza por medio de la reacción

CO + H2O ^± CO2 + H2 Denominada reacción de conversión o, en inglés, reacción de shift (desplazamiento). Esta reacción es ligeramente exotérmica y, por tanto, el desplazamiento del equilibrio se favorece a temperaturas más bajas. Sin embargo, dado que la velocidad de reacción es siempre mucho más elevada a temperaturas más altas, se utilizan dos reactores en serie operando a distintas temperaturas. En el primer reactor se utiliza una temperatura relativamente elevada a fin de convertir la mayor parte de los componentes tan rápidamente como sea posible. En el segundo reactor se tiene una temperatura más baja a fin de conseguir un equilibrio y un rendimiento más favorables. Estos reactores, denominados simplemente reactores de conversión (shift) de alta temperatura y de baja temperatura, respectivamente, son recipientes de gran diámetro, aislados térmicamente, y rellenos con un lecho

27-3

catalítico y con un lecho de protección contra la presencia de venenos que puedan afectar al catalizador. Dado que en esta reacción no se produce ninguna expansión ni contracción volumétrica, el equilibrio no es función de la presión. La mayor parte del dióxido de carbono se remueve del producto efluyente de los reactores de conversión por medio de un lavado con una solución acuosa al 20% de monoetanolamina (MEA) en el absorbedor de MEA. Entonces el dióxido de carbono es desorbido de la MEA en el desorbedor de MEA y la solución de MEA resultante se recicla al absorbedor. Por último, minúsculas cantidades de óxidos de carbono que pudieran quedar en el gas resultante después del lavado con MEA se convierten en un hidrocarburo tal como metano en el reactor de metanación, en el que se lleva a cabo el proceso inverso del que se ha descrito hasta aquí en la presencia de un catalizador de metanación adecuado. El objeto de la metanación es el de tener en el hidrógeno producido una impureza tal como metano que es mucho mas benigna y menos perjudicial que los óxidos de carbono. Equipo Pr/nc/'pa/

La alimentación a la planta de hidrógeno puede ser gas de refinería y/o propano líquido (para el reformado con vapor puede utilizarse desde metano hasta una nafta parafínica ligera). Primero se vaporiza el propano en un hervidor antes de mezclarlo con los gases de refinería. El gas entonces pasa a través de un separador de líquidos y de un sistema de lavado con sosa cáustica y con agua. Una vez lavado, el gas entra a la succión del compresor. Normalmente se usan dos compresores en paralelo, cada uno funcionando a más del 50% de su capacidad de diseño. En el caso de hidrocarburos pesados un solo compresor puede ser suficiente para proporcionar la capacidad total. Cuando se tienen dos compresores, si se trabaja a baja capacidad, uno de los compresores se mantiene en servicio mientras que el otro está de repuesto. El caudal de alimentación se controla por medio del reciclaje de parte de la descarga del compresor a la succión. A fin de evitar el recalentamiento de este gas, principalmente cuando la planta funciona a baja capacidad, se instala en la línea de reciclo un intercambiador de refrigeración de doble tubo con agua en la carcasa. El lavado con sosa cáustica y con agua se hace a fin de eliminar prácticamente todo el azufre de la alimentación, ya que el azufre es un poderoso veneno de los catalizadores empleados en la planta de hidrógeno. Para mayor seguridad, antes de alimentar el gas al reformador, se le circula a través de dos lechos de ZnO para eliminar las trazas de azufre residuales. A la salida de esta unidad el gas se mezcla con vapor recalentado y entra en el horno de reformado a unos 400°C.

27-4

El reformador de la ilustración contiene 74 tubos verticales rectos conectados a cabezales superiores e inferiores a través de los cuales circula la mezcla de reactivos y de productos. El horno tiene quemadores espaciados a todo lo ancho y lo alto de las paredes a fin de mantener una distribución del calor radiante sobre los tubos tan uniforme como sea posible. El horno y todos los sistemas relacionados están protegidos por medio de un dispositivo de seguridad que automáticamente corta la alimentación y el combustible en caso de que se dé alguna circunstancia anómala. El producto del reformador sale a unos 18 kg/cm 2 y a unos 860°C y se enfria en tres etapas por intercambio con el agua de calderas, el vapor de proceso, y los gases de alimentación, con lo que la temperatura disminuye hasta unos 357°C, que es la temperatura de entrada al primer reactor de conversión (shift) a alta temperatura. Se intercambia primero con el agua de calderas a fin de conseguir un enfriamiento muy rápido de los productos de la reacción para evitar que se produzca la reacción inversa ya que, aunque se favorece el equilibrio de la reacción inversa a bajas temperaturas, esta reacción no tiene lugar a una velocidad apreciable si la temperatura es lo suficientemente baja. Entre los dos reactores de conversión se dispone un intercambiador de refrigeración para disminuir la temperatura hasta la temperatura de alimentación del reactor de conversión a baja temperatura, que es de unos 200°C. Normalmente este enfriamiento intermedio se hace en dos etapas, por medio de intercambio con la alimentación al metanador y con agua de calderas, respectivamente. El producto del reactor de conversión a baja temperatura se enfría por contacto directo con condensado de proceso (recuperado en una etapa posterior por condensación del exceso de vapor de agua remanente en el producto gaseoso) a fin de minimizar la temperatura de la pared en el intercambiador siguiente, que es uno de los hervidores del desorbedor de MEA, donde se enfría a base de suministrar calor a la solución de MEA. Los productos gaseosos entonces pasan a través del enfriador/condensador de los productos de conversión donde se enfrían hasta unos 60°C. A esta temperatura la mayor parte del exceso de vapor de agua alimentado al reformador condensa y se separa del producto gaseoso en un tambor de separación del cual sale bajo control de nivel. Parte del condensado se utiliza en el enfriamiento por contacto directo de los productos del reactor de conversión tal como se describió previamente, otra parte del condensado se utiliza en la columna de lavado con agua y el resto se mezcla con otros suministros de agua de calderas y se utiliza en la generación de vapor para el proceso.

27-5

El gas del separador pasa al absorbedor de MEA donde el dióxido de carbono se absorbe en MEA por contacto a contracorriente. Este dióxido de carbono se desorbe de la MEA en el desorbedor de MEA. La MEA desorbida se enfría en tres etapas por intercambio térmico con la alimentación del desorbedor y por enfriamiento en un aero-refrigerante y en un intercambiador secundario refrigerado con agua. Puesto que no se desea consumir MEA, la unidad está provista de sistemas de tratamiento y de recuperación de MEA. En particular, hay un filtro para eliminar partículas sólidas suspendidas de una corriente lateral de MEA y un recuperador de MEA. Este recuperador es uno de los hervidores del desorbedor de MEA construido de tal manera que sólo permite el retorno de vapores de MEA al desorbedor mientras que el líquido pesado de fondos se descarga y va a tratamiento. La columna de lavado con agua se utiliza para eliminar las trazas de MEA que pudieran quedar en el gas de proceso después de haber pasado a través de la unidad de MEA. El gas se calienta después hasta 345°C por intercambio térmico con el producto del metanador y con el producto del reactor de conversión a alta temperatura, y entra finalmente en el metanador. La reacción de metanación es muy exotérmica por lo que la temperatura se eleva a 371°C a la salida del metanador mientras que el contenido de óxidos de carbono se reduce a 10 ppm. El producto del metanador se enfría hasta 38°C en tres etapas: en el intercambiador con la alimentación indicado anteriormente, en un aerorefrigerante, y en un enfriador con agua de refrigeración. El agua que condense a esta temperatura se separa en el separador de condensado del producto del metanador y se combina con otras corrientes de condensado que vayan a la alimentación de calderas. El gas que sale de este separador es el hidrógeno producido por la planta. Tal como se indicó al principio, la reacción de reformado es sumamente endotérmica. La reacción opuesta que tiene lugar en el metanador es lógicamente altamente exotérmica. Existe por tanto el peligro de que se alcancen temperaturas excesivas en el metanador en el caso de que hubiera cantidades relativamente grandes de óxidos de carbono en el metanador. Para evitar esta situación es por tanto esencial que el absorbedor de MEA funcione de manera apropiada pero, en caso de que haya un exceso de óxidos de carbono en la alimentación del metanador, la alimentación al metanador se cerrará automáticamente gracias a una válvula de control que se dispara cuando la.temperatura del metanador es demasiado elevada. El disparo puede ser provocado por cualquiera de cinco termopares situados en la mitad superior del lecho catalítico del metanador. Cuando el catalizador del metanador

27-6

es muy activo, se observa un acusado incremento de la temperatura cerca del extremo superior del lecho catalítico. Cuando el catalizador envejece, este incremento no es tan pronunciado y, además, tiende a desplazarse hacia zonas más bajas del lecho catalítico. Se espera que sea la temperatura máxima en el lecho la que controle la acción del mecanismo de cierre de la alimentación.

Recuperación De Condensado Y Generación De Vapor

Aquella parte del condensado que esté saturada con gases distintos del aire pasa a través de una columna de desgasificación donde se circula a contracorriente de una corriente de aire. El condensado desgasificado se combina con el resto del condensado y el aporte de agua de alimentación de calderas y el conjunto pasa a través de un tanque de desaireado a través del cual se inyecta vapor de agua. El producto desaireado pasa a través de un tambor de amortiguación de caudales y se bombea al sistema de generación de vapor. El agua de alimentación de calderas se calienta por intercambio con los gases de chimenea del reformador en la zona de convección del economizador del horno antes de ser alimentada a dos calderas simétricas dispuestas en paralelo. El agua se vaporiza por intercambio con el gas de chimenea del horno del reformador y con el producto gaseoso del reformador. El vapor saturado pasa a través de un recalentador en el que el vapor se recalienta desde 254°C hasta 315°C por intercambio con el gas de chimenea del reformador. Parte del vapor recalentado se puede utilizar en otras partes de la refinería, solo o combinado con agua de alimentación de calderas para control de la temperatura. El resto pasa a través de otro recalentador en el que la temperatura se incrementa hasta los 400°C por intercambio con el producto del reformador. Finalmente, este vapor recalentado se combina con el hidrocarburo gaseoso de alimentación y el conjunto se alimenta en el horno.

Recuperación De Calor

Todo el calor que se necesita para el proceso, y aun más, se genera directa o indirectamente por combustión del gas combustible en el horno de reformado. Se utiliza un sistema de intercambiadores para extraer el calor necesario para la reacción de conversión (shift), separación del dióxido de carbono y metanación. A pesar de todos los controles automáticos, es evidente que el sistema de recuperación y transmisión de calor es tan complejo que se requiere un control muy estricto del horno del reformador para que su funcionamiento sea perfectamente estable y puedan controlarse las temperaturas de todas las demás unidades de la planta de hidrógeno.

27-7

Además del sistema de intercambiadores descrito en párrafos anteriores, también se dispone del calor proporcionado por vapor de agua en un cabezal común a 40 kg/cm2, el cual en su mayor parte se genera también en la planta de hidrógeno. La cantidad de vapor producida en la planta de hidrógeno es más que suficiente para alimentar a los hervidores de la planta y para accionar las turbinas de la planta cuando sea necesario.

27-8

HORNO DE REFORMADO AL VAPOR DE HIDROCARBUROS (STEAM HYDROCARBON REFORMER) DISTRIBUIDOR

CUBIERTA CONTRA LA LLUVIA TAMBOR DE VAPOR DE LA CALDERA DE RECUPERACIÓN DE CALOR

PUERTA DE ACCESO

CONDUCTO DEL GAS DE CHIMENEA TUBOS CON CATALIZADOR

CARCASA — QUEMADORES RADIANTES MIRILLA

CALDERA DE RECUPERACIÓN DE CALOR

SOPORTE DE LOS TUBOS DEL CATALIZADOR CONTRAPESO COLECTOR

HORNO DE REFORMADO AL VAPOR DE HIDROCARBUROS STEAM HYDROCARBON REFORMER (VISTA DEL EXTREMO) (END VIEW)

HORQUILLA DE EXPANSIÓN TÉRMICA

CONDUCTO DEL GAS DE CHIMENEA

TUBOS DEL CATALIZADOR

CARCASA

QUEMADORES RADIANTES MIRILLA

PUERTA DE ACCESO SOPORTE DE LOS TUBOS DEL CATALIZADOR SOPORTE DE LA HORQUILLA DE SALIDA HORQUILLA DE EXPANSIÓN TÉRMICA

COLECTOR

27-10