cálculo riguroso de eficiencia de hornos de proceso

VII CAIQ 2013 y 2das JASP
CÁLCULO RIGUROSO DE EFICIENCIA DE HORNOS DE
PROCESO
Ing. Qco. Sebastián Biset*, Ing. Qco. Martín E. Ferreyra
Oil Combustibles S.A. - Refinería San Lorenzo
Ruta 11 km. 331 - 2200 San Lorenzo - Argentina
E-mail: (sbiset@oilcombustibles.com)
Resumen. En el presente documento se detallan los resultados que se han
obtenido desde el comienzo del seguimiento de una de las variables de
mayor peso en la Refinería, la Eficiencia de Hornos de Procesos. Dado que
en la planta pueden presentarse diferentes formas de operar los hornos y
quemar tres
e incluso cuatro tipos de combustibles, fue necesaria la
confección de una herramienta que facilite los cálculos y contemple todas
las variables involucradas. De esta manera se creó mediante Ms. Excel
2007® una planilla que logra este objetivo de manera rigurosa, confiable y
de mayor precisión que los métodos simplificados, conformando un
“software” complejo de gestión de Eficiencia de Hornos. Los resultados de
medir diariamente estas variables críticas fueron promotoras de mejoras
continuas, ya sea desde el punto de vista operacional como así también de
cambios en las instalaciones y reducción de ingresos “parásitos” de aire a
través de fugas. Finalmente, el análisis de Eficiencia permanente originó la
emisión de reportes diarios junto con recomendaciones, de manera de
optimizar al máximo la operación, reducir los consumos de combustibles y
minimizar las emisiones de gases de invernadero a la atmósfera.
Palabras clave: EFICIENCIA, HORNOS, REFINERÍA.
*
A quien debe enviarse toda la correspondencia
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1. Introducción
Dentro de una Refinería de Petróleo Crudo los hornos representan los equipos que
suministran aproximadamente más del 90% de la totalidad de la energía requerida para
el proceso de refinación. Bajo este punto de vista, la Eficiencia de cada horno representa
una variable crítica a optimizar, donde un el menor incremento posee un gran impacto,
reduciendo el consumo de combustibles consumidos, minimizando las emisiones de
gases de combustión y finalmente traduciéndose en menores costos operativos.
En la actualidad, la Refinería cuenta con seis hornos de procesos que transfieren
entre 6 y 15 millones de Kilocalorías por hora, los cuales, tres calientan petróleo crudo;
dos, Crudo Reducido (CR) de las unidades de destilación atmosférica (UDA) y uno,
Gasoil Pesado de las unidades de destilación al vacío (UDV). Todos estos equipos
poseen quemadores duales, por lo que pueden utilizar Fuel Gas (FG) ó Fuel Oil (FO).
El FG puede ser de dos tipos diferentes, el primero posee una composición muy
variable, generalmente con alto contenido de GLP (Gases Licuados de Petróleo) y
depende de las mezclas de crudos procesados. Esto se debe a que el mismo está
conformado por la suma de los gases producidos en las UDA y UDV. El segundo tipo
de gas es más rico en metano, de mayor presión que el primero y corresponde a una
mezcla de Gas Natural (GN) con gases provenientes de una unidad de Craqueo Térmico
(UCT).
En función de lo anterior y observando la diversidad de alternativas, el cálculo de
Eficiencia de cada Horno no es resuelto de manera sencilla dado que frecuentemente
varían las condiciones operativas, etc.
A su vez, se decidió englobar en un sólo indicador la Eficiencia ponderada de todos
los hornos en cuestión teniendo en cuenta los caudales procesados por cada uno de
ellos. De este modo, se inicia la confección de una herramienta computacional rigurosa
que contemple todos los escenarios posibles, filtre y detecte valores anómalos de las
variables de campo y permita el seguimiento diario de la Eficiencia Global de Hornos
(EGH).
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2. Desarrollo
En esta sección se detallarán las etapas para el desarrollo de la herramienta de
cálculo de EGH. Para esto, se han tenido en cuenta las recomendaciones de las normas
del “American Petroleum Institute” (API) número 560 STD Ed. 3° Año 2001 Ap. F(1),
donde se describe a través de ejemplos el cómputo de Eficiencia y Exceso de Aire (EA)
de un horno de convección natural.
El EA corresponde al exceso de aire estequeométrico que se requiere para asegurar
una combustión completa, el cual refleja si el equipo ha operado en el rango
especificado por el fabricante del mismo. Un sobre exceso impacta negativamente en la
Eficiencia y un déficit produce una combustión incompleta ocasionando un incremento
de monóxido de carbono emitido al medio ambiente.
2.1. Descripción del proceso
Los seis hornos mencionados anteriormente son: HH-101, HH-201, HH-301, HH401, HH-701 y el HH-801. Los tres primeros son empleados en cada una de las UDA, el
cuarto y sexto horno corresponden a cada una de las UDV y el HH-701 es el horno de la
UCT.
Los HH-101, HH-201, HH-301 y HH-801 son hornos cilíndricos verticales cuyo
ingreso de aire es por convección natural y poseen dos secciones de transferencias de
calor, una radiante y otra convectiva. Estos, tienen instalados quemadores duales, con lo
que pueden quemar tanto FO como FG.
El HH-401 es un horno tipo “A”, con ingreso de aire con convección natural, posee
quemadores duales y sección radiante y convectiva. Este puede quemar FO y solamente
GN.
Por último, el HH-701 es un horno tipo “Caja”, con ingreso de aire forzado o natural,
quemadores duales, sección radiante y convectiva. El mismo tiene la posibilidad de
quemar FO y solamente GA.
Frente a estas configuraciones la operación de cada horno es variable como así
también la forma de calcular su eficiencia.
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2.2. Recopilación de Información
Fue primordial la caracterización de los gases y del FO que son quemados, con lo
cual, la Refinería cuenta con un complejo laboratorio con el que a través de muestreos
rutinarios se logró obtener una base de datos con las principales propiedades necesarias
para realizar los cálculos estequeométricos de la combustión en cada equipo.
A su vez, fue necesario obtener los valores registrados y almacenados provenientes
de los instrumentos de medición montados en el campo (p.ej: caudales, temperaturas,
etc). Para ello, la planta cuenta con un robusto “Sistema de Información de Planta”
(SIP), el cual mediante una interfaz con Ms. Excel 2007® permitió descargar minuto a
minuto cada una de estas variables a una planilla de cálculo.
Por ende, la información necesaria, puede dividirse en “Datos de Laboratorio” y
“Datos de Planta”.
Datos de Laboratorio. Se tomaron aproximadamente veinte muestras de GA, GB y GN
suministrado por un proveedor externo. Se realizaron análisis de Cromatografía Gaseosa
obteniéndose las composiciones de los mismos.
En la siguiente tabla figura la composición promedio de cada gas y debajo sus
condiciones de proceso.
Tabla 1. Composición de Gases
Compuesto
Dióxido de Carbono
Sulfuro de Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Hidrógeno
Metano
Etano
Eteno
Propano
Propeno
Iso-Butano
n-Butano
GA
[%V]
GB
[%V]
GN
[%V]
1,44
0,18
0,35
2,77
0,52
80,48
4,50
0,38
2,56
0,60
0,76
2,07
1,79
0,11
0,73
4,79
0,02
60,76
3,56
0,12
6,29
0,03
2,91
9,33
1,61
0,00
0,33
2,55
0,00
89,90
3,93
0,02
0,71
0,06
0,10
0,21
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Trans 2-Buteno
Iso Butileno
1-Buteno
Cis 2-Buteno
Iso-Pentano
n-Pentano
1-3, Butadieno
Pentenos
C6+
No Identificados
TOTAL
0,04
0,23
0,29
0,13
0,76
0,82
0,00
0,20
0,38
0,55
100,0
0,00
0,00
0,17
0,03
3,88
3,74
0,00
0,00
1,16
0,61
100,0
0,00
0,01
0,00
0,00
0,05
0,05
0,00
0,00
0,03
0,44
100,0
Tabla 2. Condiciones de proceso y propiedades
Propiedad
Densidad
Peso Molecular
PCI
Presión
Temperatura
Unidad
GA
GB
GN
Kg/m3
g/mol
Kcal/Sm3
Kg/cm2g
°C
0,869
17,60
9.560
2,00
25
1,234
23,70
13.079
0,60
25
0,740
16,84
8.200
2,00
25
Por otro lado, se caracterizó el tipo de FO mediante análisis estandarizados de la
“American Society for Testing Materials” (ASTM). Las propiedades resultantes fueron:
Tabla 3. Propiedades del FO
Ensayo ASTM
ASTM D-4052
ASTM D-88
ASTM D-445
ASTM D-4294
ASTM D-95
ASTM D-473
ASTM D-4868
ASTM D-5863
ASTM D-5863
ASTM D-482
Propiedad
Densidad a 15°C
Viscosidad SSF/50°C
Viscosidad cinemática a 50°C
Azufre
Agua
Sedimentos por extracción
Poder Calorífico Inferior (PCI)
Sodio
Vanadio
Cenizas
Unidad
Valor
Kg/L
0,9488
seg.
313
cSt
663,7
%P
0,796
%V/V
0,20
%P/P
0,018
Kcal/Kg 9.834
mg/Kg
0,0
mg/Kg
0
%P/P
0,006
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Tabla 4. Condiciones operativas del FO
Condición
Presión
Temperatura
Unidad
Valor
Kg/cm2g
°C
6
100
Datos de Planta. Los instrumentos de medición suelen presentar valores erróneos, fuera
de rango e incluso adoptar cifras negativas. Por este motivo, una vez que son
descargados a la planilla de cálculo deben ser correctamente filtrados de manera de
evitar incoherencias. En secciones posteriores se profundizará en el tema de tratamiento
de la información.
Las variables principales requeridas de campo son las enumeradas a continuación:
1. Caudalímetros de GA y GB.
2. Porcentaje de apertura de válvulas reguladoras de GA y GB.
3. Caudalímetros de FO.
4. Posicionadores de apertura/cierre de válvulas de envío de FO
5. Caudalímetros de vapor de atomización de FO.
6. Temperatura de vapor de atomización.
7. Presión de vapor de atomización.
8. Temperatura de FO.
9. Temperatura de gases de chimenea.
10. Temperatura ambiente.
11. Porcentaje de oxígeno en gases de chimenea.
En su gran mayoría, los hornos en cuestión, poseen todos los instrumentos de
medición necesarios excepto algunos que no tienen analizadores en línea de óxigeno en
los gases emitidos por chimenea, siendo ésta la única variable no registrada por el SIP.
Por ende, el personal Operativo, mediante muestreadores portátiles, toma varias
muestras diarias de dichos gases y obtiene los valores de oxígeno, dióxido y monóxido
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de carbono de cada uno de los hornos, incluso los que sí poseen los analizadores en
línea (seguimiento en campo y redundancia). Inmediatamente luego, los valores
resultantes son almacenados en una base de datos que posteriormente el Ingeniero de
Procesos utilizará para completar los cálculos de eficiencia, etc.
2.3. Tratamiento de la Información
Mediante el uso de condicionales dentro de la planilla fueron resueltos los diversos
errores numéricos medidos por los instrumentos electrónicos.
A su vez, lo crítico fue determinar en un período de 24 horas qué tipo de combustible
fue empleado y en qué proporción. Según se aprecia en la siguiente figura, el horno
puede quemar sólo FG ó sólo FO. Por otro lado, si quema FG puede utilizar sólo GA ó
sólo GB y a su vez, puede presentarse el caso de que simultáneamente N quemadores
emplean FG y M quemadores FO, quedando GA y FO ó GB y FO. Nunca se combinan
GA y GB.
HORNO
FUEL GAS
GAS DE ALTA
FUEL OIL
GAS DE BAJA
QUEMA SÓLO GA
QUEMA SÓLO GB
QUEMA GA y FO
QUEMA GB y FO
Fig. 1. Esquema de posibilidades de consumo de combustibles
La lógica con que se resolvió, se visualiza en el siguiente diagrama de flujo:
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Inicio
Caudal GA; Caudal
GB; Caudal FO;
%Apertura GA;
%Apertura GB;
Posicionador Válv FO
Fecha Inicial
%AP
GB = 0?
NO
%AP GA >0?
y
%AP GB < 0?
SÍ
%AP
GA = 0?
SÍ
SÍ
NO
NO
1
Posicio
nador FO
abierta?
Posicio
nador FO
abierta?
NO
NO
SÍ
SÍ
Caudal
FO >0?
NO
NO
Caudal
FO >0?
SÍ
SÍ
Usar Caudal GB y
Caudal FO
“Opera con GB y
FO”
Usar
Caudal GB
“Opera
sólo con
GB”
“Error
FO”
Usar
Caudal GA
Usar Caudal GA y
Caudal FO
“Opera
sólo con
GA”
“Opera con GA y
FO”
3
Fig. 2. Determinación de combustible quemado – Parte 1
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2
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1
2
Posicio
nador FO
abierta?
Posicio
nador FO
abierta?
NO
NO
SÍ
SÍ
Caudal
FO >0?
NO
NO
SÍ
SÍ
Usar
Caudal FO
Usar
Caudal FO
“Opera sólo
con FO”
Caudal
FO >0?
“Horn
o F/S”
“Error
FO”
“Opera sólo
con FO”
3
Fin
Fig. 3. Determinación de combustible quemado – Parte 2
De esta manera y en base a la información provista por los sensores de campo se
logra determinar el porcentaje de tiempo que un horno operó con un determinado
combustible y a su vez si hubo combinación entre uno de los FG y el FO.
En la siguiente sección, se explica cómo en función de los diversas alternativas que
pueden presentarse se calcula la Eficiencia del equipo.
Comentario. El posicionador de FO es una indición del tipo ON/OFF que emiten cada
una de las válvulas de seguridad de envío de FO a cada quemador. Esta señal es
sumamente confiable y se adopta para determinar si el horno consume o no este
combustible.
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2.4. Marco Teórico y Método de Cálculo
En esta sección se resumirán las principales ecuaciones empleadas. Con el objeto de
darle mayor sustentabilidad a los cálculos, se empleó la metodología descripta en el
Apéndice F de la norma API STD 560(1) tal como figura en la misma.
Profundizando en la norma, se observó que la misma contempla mediante los
ejemplos F.3.2.1 y F.3.2.2 los escenarios donde SÓLO se quema FO y SÓLO se quema
FG respectivamente. Pero NO provee un caso donde se combinen ambos combustibles
simultáneamente. Para esto, se procedió a realizar el balance completo de energía del
horno.
Eficiencia Térmica del Horno. Por definición N° 1.4.25 de la norma API STD 560(1),
“La eficiencia térmica (ET) corresponde al cociente entre el calor total absorbido y el
calor total entregado derivado de la combustión del combustible (PCI) incluyendo el
calor sensible del combustible, el aire y el medio de atomización” expresado en
porcentaje.
En función de esto, la Eficiencia se calcula mediante la Ec. (1):
e=
e=
Calor Total Absorbido
Calor Total Entregado
Calor Total Entregado - Calor Total Perdido
Calor Total Entregado
(1)
(2)
Desglosando la Ec. (2),
e=
( PCI + Ha + Hf + Hm) - (Qr + Qs )
( PCI + Ha + Hf + Hm)
Siendo,
e: Eficiencia Térmica del Horno [%]
PCI: Poder Calorífico Inferior [Kcal/Kg Fuel]
Ha: Calor sensible del Aire [Kcal/Kg Fuel]
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(3)
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Hf: Calor sensible del Fuel [Kcal/Kg Fuel]
Hm: Calor sensible del medio de atomización [Kcal/Kg Fuel]
Qr: Calor perdido por radiación [Kcal/Kg Fuel]
Qs: Calor perdido por los gases de chimenea [Kcal/Kg Fuel]
Como se aprecia en las unidades de cada variable, todas están en función de la masa
de combustible consumido por ende el cálculo de eficiencia es independiente del caudal
másico quemado.
Visto esquemáticamente, se tiene:
Qs
PRODUCTO
FRÍO
Qr
PRODUCTO
CALIENTE
AIRE
FUEL AMBIENTE
(Ha)
(PCI + Hf + Hm)
Fig. 4. Esquema de un horno con ingreso de aire por convección natural.
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Estequeometría de la Combustión. La norma API(1) provee una planilla patrón donde
de manera muy simplificada permite al usuario calcular la estequeometría de la reacción
de combustión de cada uno de los compuestos del FG, dando como resultados el PCI, el
aire requerido total, el monóxido de carbono, nitrógeno y agua formados totales.
Tabla 5. Planilla de cálculo estequeométrico del FG
1
Volume
Fraction
Unidad
Carbono
Hidrogeno
Oxigeno
Nitrogeno
Monoxido de Carbono
Dioxido de Carbono
Metano
Etano
Etileno
Acetileno
Propano
Propileno
Butano
Butileno
Pentano
Hexano
Benceno
Metanol
Amoniaco
Azufre
Sulfuro de Hidrógeno
Agua
Totales
Totales por lb fuel
0,00000
0,00000
0,00331
0,02992
0,00000
0,01612
0,89895
0,03935
0,00018
0,00000
0,00712
0,00056
0,00308
0,00007
0,00103
0,00029
0,00000
0,00000
0,00000
0,00000
0,00000
0,00000
1,000
2
3
Peso
Peso Total
Molecular
lb/mol
lb
12,00
2,02
32,00
28,00
28,00
44,00
16,00
30,10
28,10
26,00
44,10
42,10
58,10
56,10
72,10
86,20
78,10
32,00
17,00
32,10
34,10
18,00
0,00
0,00
0,11
0,84
0,00
0,71
14,38
1,18
0,01
0,00
0,31
0,02
0,18
0,00
0,07
0,02
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
4
BTU/lb
51600
4345
21500
20420
20290
20740
19930
19690
19670
19420
19500
19390
17270
8580
8000
6550
17,8
5
6
PCI
Aire
BTU
lb aire/lb
fuel
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
309239,5
24183,1
101,8
0,0
6254,1
461,8
3522,4
77,0
1443,1
483,5
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
345766
19376
11,51
34,29
-4,32
2,47
17,24
16,09
14,79
13,29
15,68
14,79
15,46
14,79
15,33
15,24
13,27
6,48
6,1
4,31
6,08
7
Air
requerido
8
CO2
9
CO2
formado
lb
lb CO2/lb
lb
0
0,0
-0,5
0,0
0,0
0,0
248,0
19,1
0,1
0,0
4,9
0,3
2,8
0,1
1,1
0,4
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
3,66
0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,7
39,4
3,5
0,0
0,0
0,9
0,1
0,5
0,0
0,2
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
276,2
15,5
1,57
1
2,74
2,93
3,14
3,38
2,99
3,14
3,03
3,14
3,05
3,06
3,38
1,38
2
1,88
10
H2O
lb H2O/lb
8,94
2,25
1,8
1,28
0,69
1,63
1,28
1,55
1,28
1,5
1,46
0,69
1,13
1,59
0,53
1
45,5
2,5
11
H2O
formada
12
N2
13
N2
formada
lb
lb N2/lb
lb
0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
32,4
2,1
0,0
0,0
0,5
0,0
0,3
0,0
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
8,85
26,36
-3,32
1
1,9
0
0,0
-0,4
0,8
0,0
0,0
190,6
14,6
0,1
0,0
3,8
0,3
2,1
0,0
0,9
0,3
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
35,5
2,0
13,25
12,37
11,36
10,21
12,05
11,36
11,88
11,36
11,78
11,71
10,2
4,98
5,51
3,31
4,68
213,2
11,9
En base a los resultados de las cromatografías, el Ing. de Procesos actualiza los
valores de composición volumétrica y recalcula la eficiencia.
Para el cálculo estequeométrico del FO se emplean las siguientes ecuaciones
utilizando la información obtenida de los análisis del laboratorio y la relación CarbonoHidrógeno (C/H) del hidrocarburo:
%H =
100 - % Impurezas
(C / H ) + 1
%C = 100 - (% H + %Impurezas )
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(4)
(5)
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Cargando estos valores de carbono e hidrógeno, junto con los porcentajes de azufre,
agua e impurezas dentro de la Tabla 5, se obtienen los productos de la combustión del
FO.
Calor Perdido por Chimenea y Radiación. En esta primera etapa se ha considerado
que las pérdidas por radiación sean igual al 1,5% del PCI del combustible empleado.
Por otro lado, una vez obtenida la composición de los gases de chimenea mediante
los cálculos estequeométricos y el EA, la planilla de cálculo determina el calor total
perdido por los mimos. La norma API(1), a través de las curvas Entalpía-Temperatura
dentro de las figuras F.B-1 y F.B-2 provee de manera gráfica la cantidad de energía por
masa de combustible quemado correspondiente a cada compuesto. Dado que se requiere
un cálculo automatizado y dichas curvas se ajustan a rectas, se obtuvieron a través de
regresiones lineales las ecuaciones, resultando:
Tabla 6. Ecuaciones Entalpía vs. Tg
f(Tg) =
R2 =
H H2O @ Tg
(°F)
BTU/lb
H CO2 @ Tg
(°F)
BTU/lb
H Air @ Tg
(°F)
BTU/lb
H O2 @ Tg
(°F)
BTU/lb
H N2 @ Tg
(°F)
BTU/lb
y= 0,51 * Tg 49,64
0,999
y= 0,269 * Tg - y= 0,262 * Tg - y= 0,247 * Tg - y= 0,265 * Tg 29,69
22,08
22,76
21,81
0,999
0,999
0,999
0,999
Con esto se independiza del uso gráfico agilizando los cálculos.
Eficiencia Ponderada Diaria. Una vez que es definido el escenario automáticamente
mediante la lógica aplicada de la Fig. 2 y Fig. 3, el “software” desarrollado decide cómo
calcular la eficiencia.
En el caso en que
hayan variado las condiciones operativas se determina el
porcentaje de tiempo en que se consumió un tipo de combustible u otro diferente. De
esta manera, se llegan a obtener varios valores de eficiencia para un solo día, con lo cual
se optó por ponderarlos en función del porcentaje de tiempo de uso de cada uno. Es
decir:
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N
e p = ∑ ei ⋅ pti
(6)
i =1
Siendo,
ep: Eficiencia Ponderada [%]
ei: Eficiencia operando con la i-ésima alternativa [%]
pti: Porcentaje de tiempo operando con la i-ésima alternativa [%]
Comentario. Se aclara que la expresión “i-ésima alternativa” es usada para los
diferentes tipos de escenarios operativos que se presentan día a día en un horno de
procesos.
Exceso de Aire. En la página 166 de la norma API se describen todos los cálculos
necesarios para obtener el EA en un horno. Cada una de las consideraciones fueron
implementadas dentro de la planilla de cálculo confeccionada, teniendo en cuenta
inclusive las variaciones de humedad relativa en el aire ambiental.
Eficiencia Global de Hornos. Tal como se comentó en la Introducción, con el objetivo
de vincular las eficiencias de cada horno y los caudales procesados en un solo valor, se
confeccionó un indicador denominado Eficiencia Global de Hornos. El cálculo se
realiza mediante la siguiente ecuación.
∑e ⋅Q
=
∑Q
i
η Global
i
i
i
i
Siendo,
i: HH-101, HH-201, HH-301, HH-401, HH-701 y HH-801
Qi: caudal volumétrico procesado en cada horno [m3/día]
ei: eficiencia individual [%]
ηGlobal: Eficiencia Global de Hornos [%]
Se planteó como meta de la Refinería que este valor NO sea INFERIOR al 82%.
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(7)
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2.5. Acciones Implementadas y Mejoras Obtenidas
En primer lugar se relevaron todos los equipos y se realizó un diagnóstico exhaustivo
de las condiciones en que se encontraban. Para esto, se solicitó la asistencia de un
especialista en hornos y quemadores, siguiendo las recomendaciones del manual
(2)
The
John Zink Combustion Handbook. Trabajando en conjunto con personal de Refinería se
detectaron los siguientes puntos:
Ingresos de aire “parásito” en determinados hornos.
Boquillas de gas no correspondientes a las especificadas por el fabricante del
quemador.
Aislaciones deterioradas.
Combustión incompleta de FO por deficiencias en la atomización debido a
presencia de agua condensada en las líneas de vapor ocasionando deposición de
gotas de FO en boquillas y luego generando coque sobre las mismas impidiendo
la formación de un correcto formato de llamas.
Presencia de gasolinas condensables en el GA por falta de equipos separadores
tipo demister en uno de los hornos.
Defectos en el dámper de chimenea impidiendo a los operadores regular
correctamente el tiraje.
Deterioro en el piso y paredes de hornos generando desniveles en determinados
quemadores produciendo el contacto de las llamas con los tubos poniendo en
riesgo de estrés térmico en los mismos.
Inmediatamente se confeccionó un plan de acción seguido con diversas
capacitaciones al personal de Refinería, de manera de que en el corto plazo se logren
mitigar la mayor cantidad de problemas acompañado por mejoras en las prácticas
operativas.
En determinados casos fueron incorporadas tareas de mantenimiento específicas
dentro de las planificaciones de las paradas de planta programadas. Una vez realizadas
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estas modificaciones se calcularon los valores de EGH y EA comparando el antes y el
después observando incrementos notables en algunos hornos.
El caso de mayor impacto fue el del HH-401, donde se reparó el dámper, se
bloquearon una gran cantidad de ingresos “parásitos” y se mejoraron las aislaciones
internas y ladrillos refractarios. En la siguiente figura se observa el incremento de
eficiencia y la reducción del EA.
Período de Paro
de Planta
Fig. 5. Evolución de la eficiencia del horno HH-401.
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VII CAIQ 2013 y 2das JASP
Período de Paro
de Planta
Fig. 6. Evolución del EA del horno HH-401.
Se aprecia un incremento promedio de aproximadamente 8% entre los períodos
anterior y posterior a la parada de planta.
Por otro lado, en la Fig. 7 se observa que la EGH permanece por encima de la meta
fijada, promediando un valor de 83,5% y tendiendo en los últimos meses a aumentar
levemente, mantenerse estable y reduciendo la desviación estándar.
Eficiencia Global de Hornos
91,0%
89,5%
88,0%
86,5%
85,0%
83,5%
82,0%
80,5%
79,0%
Fig. 7. Eficiencia Global de Hornos.
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23/10/13
13/10/13
03/10/13
23/09/13
13/09/13
03/09/13
24/08/13
14/08/13
04/08/13
25/07/13
15/07/13
05/07/13
25/06/13
15/06/13
05/06/13
26/05/13
16/05/13
06/05/13
26/04/13
16/04/13
06/04/13
27/03/13
17/03/13
07/03/13
25/02/13
15/02/13
05/02/13
26/01/13
16/01/13
06/01/13
27/12/12
17/12/12
77,5%
VII CAIQ 2013 y 2das JASP
Para apreciar el impacto sobre el consumo de GA, GB, GN y FO se tradujo cada uno
de los combustibles consumidos a cantidad de energía entregada (MKcal/día) y de
manera de vincularlo con el caudal total procesado por la Refinería en sus UDA
(m3/día) se realizó el cociente entre ellos. En el gráfico de la Fig. 8, se destaca la
tendencia descendente en los últimos meses evaluados.
Relación Energía vs. Caudal Total Procesado
Relación Energía vs. Ca uda l Total Procesado
0,450
0,400
MKcal/m3 Crudo Procesado en RSL
0,350
0,300
0,250
0,200
0,150
0,100
0,050
08/10/13
28/09/13
18/09/13
08/09/13
29/08/13
19/08/13
09/08/13
30/07/13
20/07/13
10/07/13
30/06/13
20/06/13
10/06/13
31/05/13
11/05/13
21/05/13
01/05/13
21/04/13
11/04/13
01/04/13
22/03/13
12/03/13
02/03/13
20/02/13
10/02/13
31/01/13
21/01/13
11/01/13
01/01/13
0,000
Fig. 8. Relación Energía Entregada vs. Caudal Total Procesado
3. Conclusiones
Se desarrolló una valiosa herramienta empleada diariamente para el cálculo de
una de las variables energéticas críticas de la Refinería, lográndose un
seguimiento continuo de la eficiencia y operación de los hornos de procesos
descriptos, confiable, rigurosa, capaz de filtrar errores de medición de los
sensores y determinar automáticamente la forma correcta de calcular dicha
eficiencia en función del o los combustibles quemados.
Debido al intenso seguimiento de la eficiencia se comenzó a fortalecer la
gestión energética de estos equipos, implementando mejoras continuas en la
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operación, las instalaciones y el mantenimiento obteniéndose resultados
notablemente satisfactorios.
Se logró mantener en promedio la EGH un 1,5% superior a la meta establecida
de 82%, reduciéndose tanto el consumo de combustibles como el impacto
ambiental y los costos operativos.
Desde las Gerencias hasta el personal Operativo, se asume un compromiso de
gestión eficiente, intensificando las tareas de mantenimiento, recibiendo
capacitaciones periódicas y tomando acciones de optimización continuamente
con el objetivo de a futuro poder superar metas de eficiencia superiores a las
planteadas actualmente.
Reconocimientos
Agradezco el constante apoyo y motivación de las Gerencias, además del soporte y
excelente predisposición brindado por el personal operativo. Gracias al tiempo dedicado
y permanente contribución de ellos fue posible el desarrollo y gestión de esta nueva
herramienta permitiendo obtener excelentes resultados trabajando de manera conjunta y
en equipo.
Por sobre todo, agradezco a todas las personas que integran el equipo de Ingeniería
de Procesos, ya que son ellos, los que acompañan día a día, tanto el crecimiento de uno
como el colectivo, desde el punto de vista personal como profesional, motivando y
ayudando a superar cualquier tipo de desafío que se presente.
Finalmente, agradecer a toda mi familia y mi novia, por todo el afecto, cariño
brindado en todo momento.
Referencias
(1)
API Standard 560 (2001), Fired
(2)
Charles E. Baukal, Jr., Ph.D., P.E. Editor (2000),
Heaters for General Refinery Services, Third Edition
The John Zink Combustion Handbook, Tulsa,
Oklahoma
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