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• Carlos Fernando Borja Romero

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS

“MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO DE UN HORNO DE CRUDO EN EL COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S)”

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGA DE PETRÓLEOS

ILIRA AMANDA MENA ESCOBAR

DIRECTOR: ING. PATRICIO JARAMILLO, MSc

Quito, Julio 2013

© Universidad Tecnológica Equinoccial.2013 Reservados todos los derechos de reproducción

DECLARACIÓN

Yo, Ilira Amanda Mena Escobar, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

_________________________ Ilira Amanda Mena Escobar C.I. 171293110-2

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título

“Manual de

Mantenimiento Preventivo y Correctivo de un Horno de Crudo en el Complejo Industrial Shushufindi (C.I.S)”, que, para aspirar al título de Tecnóloga de Petróleos fue desarrollado por Ilira Amanda Mena Escobar, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.

______________________ Ing. Patricio Jaramillo, Msc. Director de Tesis C.I: 1701279315

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mis padres que han sido mi apoyo incondicional en todo momento y a la vez testigos de mi esfuerzo, con mucha paciencia y dedicación supieron guiarme hacia esta meta. Por el conjunto de principios y valores que me inculcaron y me han servido de guía en cada paso de la vida. Por su eterna confianza y seguridad que me brindan a cada paso y siempre me permiten actuar con tranquilidad. Sobre todo por su inagotable cariño que día a día me motiva a seguir adelante. A mi hermana y hermanos que en todo momento estuvieron pendientes de mi bienestar. A mis maestros que supieron impartir sin egoísmo a lo largo de este periodo de tiempo que con seguridad es un arma que me servirá para defenderme toda la vida y que sin duda es la más letal el ¨conocimiento¨. Por ultimo pero no menos importante, a mis compañeros y amigos que siempre fueron un hombro al cual arrimarse en los buenos y malos momentos teniendo presente que podía recurrir a ellos en cualquier circunstancia.

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mis padres que sin su inagotable apoyo en todo momento no hubiese sido posible llegar a la meta, siendo los pilares fundamentales en mi vida, dejan en mí la herencia más grande que es la educación. A mis sobrinas Arlette y Laura que con su imaginación llegan siempre muy lejos, crecerán y llegaran más lejos aún.

ÍNDICE DE CONTENIDOS

RESUMEN

XIII

ABSTRACT

XV

1.INTRODUCCIÓN

1

OBJETIVO GENERAL

2

OBJETIVOS ESPECIFICOS

2

2. MARCO TEÓRICO

3

2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR O ENERGIA

3

2.2 TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

3

2.3 ENERGÍA INTERNA

4

2.4CALOR

4

2.4.1 CALOR ESPECÍFICO

5

2.4.2 CAPACIDAD CALORÍFICA

6

2.4.3 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

6

2.4.3.1 Coeficiente de conductividad térmica

6

2.5 TEMPERATURA

6

2.6 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

7

2.6.1 CONDUCCIÓN

8

2.6.2 CONVECCIÓN TÉRMICA

10

2.6.3 RADIACIÓN TÉRMICA

12

2.7 LEYES QUE GOBIERNAN LOS DIFERENTES MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

15 i

2.7.1 LEY DE FOURIER

15

2.7.2 LEY DE STEFAN BOLTZMAN

16

2.7.3 LEY DE PLANCK

16

2.7.4 LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN

16

2.8 ANTECEDENTES

17

2.9 REFINERIAS

18

2.9.1 PROCESO DE REFINACIÓN

19

2.9.2 DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA O TOPPING

19

2.9.3 REFINERÍA AMAZONAS

20

2.9.4 CARACTERÍSTICAS DEL CRUDO ACTUALMENTE

21

2.9.5 PRODUCTOS QUE SE OBTIENE

22

2.9.5.1 Especificaciones de la gasolina

22

2.9.5.2 Especificaciones diésel 1 (kerex)

22

2.9.5.3 Especificaciones jet fuel

23

2.9.5.4 Especificaciones diésel 2

23

2.9.6 CODIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS

23

2.9.7 COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (CIS)

26

Como su nombre lo indica es un complejo conformado por la Refinería Amazonas 1 y Refinería Amazonas 2 Planta de gas Amazonas y planta de Gas Secoya, como lo indica el Anexo 2.

26

2.9.7.1 Unidad de crudo

26

2.9.7.2 Proceso de refinación amazonas R1y R2

27

2.9.7.3 Control de la Operación de Amazonas R1 y R2

29

2.10 PLANTA DE GAS (SHUSHUFINDI)

30

2.10.1 PROCESO DE LA PLANTA DE GAS SHUSHUFINDI

31

2.11 PLANTA DE GAS SECOYA

32

3. METODOLOGIA

34

3.1 HORNO DE CRUDO CH-001

34

ii

3.2 COMBUSTION EN UN HORNO

38

3.3 SECCIONES DEL HORNO

38

3.3.1

39

SECCIÓN DE CONVECCIÓN

3.3.2 SECCIÓN RADIANTE

39

3.3.3 SECCIÓN DE BLINDAJE (SHIELD)

39

3.4 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN HORNO DE CRUDO

40

3.4.1 CASING

41

3.4.2 GUÍAS Y SOPORTES

41

3.4.2.1 Capa aislante y refractarios

41

3.4.3 TUBOS O SERPENTÍN

42

3.4.4 TERMOCUPLAS O TERMOPAR

45

3.4.5 QUEMADORES

46

3.5 CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DE UN HORNO CUYA CARGA ES CRUDO

50

3.6 CLASIFICACION DE LOS HORNOS

51

3.6.1 HORNOS DE ACUERDO A SU SERVICIO

51

3.6.1.1 Calentar o vaporizar la carga (unidad de crudo)

52

3.6.1.2 Suministrar calor de reacción (reformado)

52

3.6.1.3 Llevar la carga a una temperatura elevada (cracking)

52

3.6.2 HORNOS DE ACUERDO A SU FORMA

53

3.6.2.1 Tipo de caja o cabina

54

3.6.2.2 Tubos horizontales (Calentamiento simple)

54

3.6.2.3 Tubos horizontales (calentamiento doble)

54

3.6.2.4 Tubos Verticales (Calentamiento doble)

54

3.6.2.5 Tipo cilíndrico vertical

55

3.7 PARTIDA DEL BALANCE ENERGÉTICO

55

3.8 CLASIFICACIÓN Y EL FENÓMENO DE LAS FALLAS

57

3.8.1 FALLAS TEMPRANAS

58

3.8.2 FALLAS ADULTAS

58

iii

3.8.3 FALLAS TARDÍAS

58

3.9 PRINCIPALES CAUSAS DE DETERIORO O FALLAS DEL HORNO

58

3.9.1 CORROSIÓN

60

3.9.2 OXIDACIÓN Y DESCASCARAMIENTO

62

3.9.3 DEFORMACIONES EN TUBOS

62

3.9.4 CREEP, SUCIEDAD DEL COMBUSTIBLE Y MALA ATOMIZACIÓN 63 3.9.5 COQUE, CONDICIONES DEL FUEGO Y VELOCIDAD

64

3.9.6 FRAGILIZACIÓN, Y AMPOLLAMIENTO POR HIDRÓGENO

65

3.9.7 ATAQUE POR HIDROGENO EN ACEROS AL CARBONO

65

3.9.8 DESPRENDIMIENTO Y CAÍDA

67

3.9.9 CAMBIOS MICROESTRUCTURALES

67

3.9.10 PÉRDIDA DE PROPIEDADES MECÁNICAS

68

3.9.11 CAMBIOS FÍSICOS Y METALÚRGICOS

69

4.ANÁLISIS DE RESULTADOS

72

4.1 “ELABORACIÓN DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO DE UN HORNO DE CALENTAMIENTO DE CRUDO EN EL COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S)”

72

SECCIÓN I

72

MARCO LEGAL

72

SECCIÓN II

74

MANTENIMIENTO DE LOS EQUIPOS, GENERALIDADES Y DEFINICIONES

76

Historia del mantenimiento

76

Definición de mantenimiento

77

Objetivos del mantenimiento

77

Otros objetivos:

78

Clasificación y tipos de mantenimiento

78

iv

Mantenimiento de conservación

79

Mantenimiento correctivo

79

Mantenimiento preventivo

80

Mantenimiento de actualización

81

SECCIÓN III

¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

VARIABLES MEDIDAS Y CONTROLADAS EN LA INDUSTRIA

81

Orden jerárquico del departamento de mantenimiento (de mayor a menor) 82 Permiso u orden de trabajo SECCIÓN IV

82 ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

Equipo de protección personal (EPP)

¡Error! Marcador no definido.

Tareas de mantenimiento en el C.I.S

83

Mantenimiento mecánico

83

Mantenimiento de lazos de control

84

Bloqueo de energías peligrosas

84

Evaluación del horno y sus partes

90

Técnicas utilizadas en el diagnóstico de equipos

90

Inspección Externa

91

Inspección Interna

91

Ejecución de los mantenimientos

94

Mantenimientos semanales (con equipo en servicio)

96

Mantenimiento quincenal (con equipo en servicio)

96

v

Mantenimiento quincenal (con el equipo apagado)

97

Mantenimiento mensual (con equipo en servicio)

97

Mantenimiento trimestral (con equipo apagado)

98

Paro programado anual (equipo apagado)

99

MANTENIMIENTO (CON EQUIPO EN SERVICIO) PARA COMPROBAR OPERACIÓN ÓPTIMA DEL EQUIPO, LUEGO DE HABER REALIZADO EL PARO

101

Mantenimiento Overhaul

102

OVERHAUL (INSPECCIÓN TOTAL Y REPARACIÓN EN CASO DE SER NECESARIA) (EQUIPO PARADO)

104

Políticas para el procedimiento

104

Mantenimiento quincenal (equipo prendido)

107

MANTENIMINETO DE LAZOS DE CONTROL, NIVEL PRESIÓN TEMPERATURA Y FLUJO (equipo apagado)

110

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

110

5.1

110

CONCLUSIONES

5.2 RECOMENDACIONES

112

NOMENCLATURA

114

GLOSARIO

115

BIBLIOGRAFÍA

119

ANEXOS

122

Anexo 1

122 vi

Anexo 2

123

Anexo 3

124

Anexo 4

125

Anexo 5

126

Anexo 6

126

Anexo 7

127

Anexo 8

127

Anexo 9

128

Anexo 10

129

Anexo 11

140

Anexo 12

141

vii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Características del crudo

23

Tabla 2. Codificación de ubicación

25

Tabla 3. Codificación de los sistemas auxiliares

26

Tabla 4. Codificación de los sistemas auxiliares

27

Tabla 5. Ejemplos de codificación de equipos

28

viii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Mecanismos de transferencia de calor

8

Figura 2. Conducción de calor

9

Figura 3. Aislante Térmico

10

Figura 4. La convección en los fluidos

12

Figura 5. La tierra se calienta por radiación

14

Figura 6. Tipos de ondas

15

Figura 7. Horno de crudo C.I.S.

19

Figura 8. Esquema de un horno de crudo

26

Figura 9. Componentes principales de un horno de crudo

40

Figura 10. Serpentín de un horno de crudo (sección radiante)

45

Figura 11. Temperaturas detectadas por las termocuplas y enviadas al sistema SCADA

46

Figura 12. Quemador tipo Aspiración

49

Figura 13. Quemador típico de gas natural

49

Figura 14. Diferentes configuraciones de quemadores

50

Figura 15. Hornos para refinerías en general.

55

Figura 16. Balance energético de un horno o caldera

57

Figura 17. Curva de Nelson

67

Figura 18. Clasificación y tipos de mantenimiento

76

Figura 19. Diagrama de mantenimiento preventivo

93

ix

Figura 20. Diagrama de mantenimiento correctivo

94

Figura 21. Pantalla de muestreo de históricos de temperatura

105

Figura 22. Indicador de la temperatura de coking

105

x

ÍNDICE DE ECUACIONES

4.1 Caudal o Flujo

79

xi

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Ubicación del Complejo Industrial Shushufindi

121

Anexo 2. Esquema del Complejo Industrial Shushufindi

122

Anexo 3. Refinería Amazonas durante paro programado

123

Anexo 4. Planta de Gas

124

Anexo 5. Horno de Crudo Horizontal de 4 quemadores

125

Anexo 6. Horno de Crudo en Mantenimiento

126

Anexo 7. Quemadores para Reemplazo Premix

127

Anexo 8. Parte Interna del Horno de Crudo

128

Anexo 9. Panel de Control Refinería Amazonas

129

Anexo 10. Norma EP PETROECUADOR SI-008

130

Anexo 11. P&ID General de la Refinería Amazonas R1

140

Anexo 12. P&ID del Horno de Crudo Refinería Amazonas R1

141

xii

RESUMEN

En el siguiente trabajo se trató sobre los procedimientos realizados en el mantenimiento al horno de crudo según cronogramas de mantenimiento dispuestos por EP Petroindustrial con el propósito de alargar la vida útil del horno y que se mantenga funcionando de forma adecuada. La introducción describe brevemente la importancia del mantenimiento, calidad del producto, prevención de accidentes así como también los objetivos propuestos. El Marco Teórico describe los diferentes métodos de transferencia de energía que intervienen en un horno como son la radiación convección y conducción así como las leyes que gobiernan dichos métodos, descripción del lugar de desarrollo de este trabajo (C.I.S), procesos

de refinación,

destilación, características del crudo en la actualidad , productos obtenidos y sus especificaciones, codificación de equipos , características, componentes y la función que realiza cada una de ellas en el horno de crudo. Por otra parte en este capítulo realicé una descripción del Complejo Industrial Shushufindi conformado por Refinería Amazonas, Planta de Gas Shushufindi y Planta de Gas Secoya, así como los procesos de cada una de estas secciones que conforman el CIS. La Metodología describe el horno de crudo sus secciones que son blindaje, convección, radiante la combustión en un horno, así como componentes principales, características y clasificación. De igual manera expongo la clasificación de las fallas y en consecuencia las fallas que se presentan con mayor frecuencia y posibles causas de las mismas. En el análisis de resultados elaboré el manual preventivo y correctivo del horno de crudo del Complejo Industrial Shushufindi.

xiii

En el capítulo final redacto las conclusiones y recomendaciones de acuerdo a los objetivos planteados en el capítulo introductorio.

xiv

ABSTRACT The following job is about the procedures made for the maintenance of the crude

oil

fire

heather

according

to

established

programs by

EP

Petroindustrial with the purpose of a longer lifetime of the fired heather and an appropriate performance. The introduction describes the importance of the maintenance, quality of the product, accident prevention as well as the proposed aims. The framework describes the different transfer methods of energy that takes place in a furnace as radiation conduction and convection, as well as the laws that are involved in these methods of energy transfer, a brief description from the CIS which is where this job took place, refinery processes, characteristics of the crude oil, the products obtained and its specifications, equipment codification, characteristics, components and the purpose of every part inside the crude oil furnace. Also in this chapter I made a description of the Industrial Complex of Shushufindi formed by three parts, Amazonas Refinery, Shushufindi Gas Plant and Secoya Gas Plant, and the process of each one of these parts. The methodology describes the crude oil furnace, its zones that are shield zone, convection zone and radiant zone, furnace combustion, main components, characteristics and classification. In the same way I exposed the fault´s classification and as a consequence the most frequent faults and possible causes for them to occur In the result analysis I made the preventive and corrective maintenance handbook for the crude oil furnace at the CIS. In the final chapter I wrote the conclusions and recommendations in accordance to the planned objectives in the introduction chapter.

xv

INTRODUCCIÓN

1.

INTRODUCCIÓN

El mantenimiento en la industria petrolera surgió al querer producir continuamente, de ahí que fue visto como un mal necesario, una función subordinada a la producción cuya finalidad era reparar desperfectos en forma rápida y barata, por estudios comprobados se sabe que el mantenimiento está relacionado con el éxito o fracaso de una empresa, por lo tanto el mantenimiento produce un bien real, que puede resumirse en: capacidad de producir con calidad, seguridad y rentabilidad, a esto se une la filosofía de calidad total, y la tendencia de requerir

la integración,

compromiso y esfuerzo de todas sus unidades.

La labor del departamento de mantenimiento, está estrechamente relacionado en la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya que tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, la maquinaria, herramientas

y equipo de trabajo, lo cual permite un mejor

desenvolvimiento y seguridad evitando riesgos en el área laboral.

Las refinerías son muy distintas unas de otras, según las tecnologías y los esquemas de proceso que se utilicen, así como su capacidad. Las hay para procesar petróleos livianos, petróleos pesados o mezclas de ambos. Por consiguiente, los productos que se obtienen varían de una a otra.

La refinación se cumple en varias etapas, por tanto una refinería tiene, un conjunto de complejos equipos que dependen el uno del otro las veinte y cuatro horas del día para obtener los productos finales de la destilación por lo que no se puede restar importancia a ninguno de estos equipos, uno de los tantos equipos imprescindibles en cualquier proceso de refinación es el

1

horno de calentamiento de crudo el cual en este trabajo le he tomado como objeto de estudio.

OBJETIVO GENERAL

Elaborar el manual de mantenimiento preventivo y correctivo de un horno de calentamiento de crudo en el Complejo Industrial Shushufindi (C.I.S)

OBJETIVOS ESPECIFICOS 1. Describir el funcionamiento y la utilidad del horno de calentamiento de crudo en la refinería Amazonas 1 del C.I.S 2. Describir los componentes principales de los hornos y qué función cumplen en el proceso de calentamiento de crudo. 3. Describir las fallas más frecuentes de los hornos de crudo. 4, Describir el procedimiento, frecuencia y el/los responsable/s del mantenimiento en los hornos de crudo 5. Elaborar el manual de mantenimiento preventivo y correctivo.

2

MARCO TEÓRICO

2. MARCO TEÓRICO

2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR O ENERGIA Es el proceso en el cual se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que se encuentre a diferentes temperaturas, como resultado tenemos la diferencia de temperatura.

2.2 TRANSFERENCIA DE ENERGÍA La transferencia de energía en forma de calor es muy común en muchos procesos químicos y de otros tipos. La transferencia de calor se verifica debido a la fuerza impulsora de una diferencia de temperaturas, el calor fluye de la región de alta temperatura a la de temperatura más baja. La velocidad de entrada de energía, menos la velocidad de salida de energía es igual a la velocidad de acumulación de energía.

El calor puede definirse como la energía interna de un cuerpo, por esta razón tenemos que

la unidad de medida del calor en el Sistema

Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo, el Joule.

3

2.3 ENERGÍA INTERNA La energía interna es la energía cinética (relacionada con el movimiento) media de un conjunto muy grande de átomos o moléculas. Esta energía cinética media depende de la temperatura, que se relaciona con el movimiento de las partículas (átomos y moléculas) que constituyen las sustancias.

Cuando dos sistemas entran en contacto, las partículas con mayor energía cinética transfieren, mediante choques, parte de su energía a las restantes partículas, de manera que al final la energía cinética media de todo el conjunto es la misma.

El flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, independientemente de sus tamaños relativos. La transferencia de energía se da hasta el momento en que ambos cuerpos igualan sus temperaturas lo que se conoce como equilibrio térmico.

2.4

CALOR

Es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía

4

interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferentes temperaturas. Otras unidades ampliamente utilizadas para medir la cantidad de energía térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura 1 °C cal = 4,184 J ó 1 J = 0,24 cal

El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América y en Ecuador también es utilizada especialmente en las industrias. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías.

Esta energía (calor) puede ser transferida por diferentes mecanismos, como son: conducción, convección y radiación aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.

2.4.1 CALOR ESPECÍFICO Es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura, es decir es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia. Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g · °C).

5

2.4.2 CAPACIDAD CALORÍFICA La capacidad calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.

2.4.3 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Es una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y baja en gases, que actúan como aislantes térmicos.

2.4.3.1 Coeficiente de conductividad térmica

Es una propiedad única de cada material que varía en función de la temperatura a la que se efectúa la medida, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300°K

(27°C) con el objeto de poder comparar unos

elementos con otros. Es un mecanismo molecular de transferencia de calor que ocurre por la excitación de las moléculas. Se presenta en todos los estados de la materia pero predomina en los sólidos.

2.5 TEMPERATURA La temperatura es la medida de la energía interna de una sustancia que es medida mediante un termómetro. Las escalas más empleadas para medir

6

esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin. 1ºC es lo mismo que 1°K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a - 273ºC.

En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la temperatura de ebullición del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado. En la escala Kelvin se asignó el 0 a aquella temperatura a la cual las partículas no se mueven (temperatura más baja posible). Esta temperatura equivale a -273ºC de la escala Celsius.

2.6 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

Los mecanismos de transferencia de energía térmica son de tres tipos: •

Conducción

•

Convección térmica

•

Radiación térmica

La transferencia de energía térmica o calor entre dos cuerpos diferentes por conducción o convección requiere el contacto directo de las moléculas de diferentes cuerpos, y se diferencian en que en la primera no hay movimiento macroscópico de materia mientras que en la segunda sí lo hay, como se puede observar en la Figura 1. Para la materia ordinaria la conducción y la convección son los mecanismos principales en la "materia fría", ya que la transferencia de energía térmica por radiación sólo representa una parte minúscula de la energía transferida. La transferencia de energía por radiación aumenta con la cuarta potencia de la temperatura (

), siendo sólo

una parte importante a partir de temperaturas superiores a varios miles de kelvin.

7

Figura 1. Mecanismos de transferencia de calor (American Chemical Society, 2007)

2.6.1 CONDUCCIÓN

La conducción de calor es uno de los

mecanismos de transferencia de

energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo o entre diferentes cuerpos en contacto por medio de transferencia de energía cinética de las partículas, lo que produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico. En el caso de la conducción, la temperatura de calentamiento depende del tipo de material, de la sección del cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica por qué algunos cuerpos se calientan más rápido que otros a pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les entregue la misma cantidad de calor, como lo muestra la Figura 2.

8

Figura 2. Conducción de calor (American Chemical Society, 2007)

El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. En los sólidos, la única forma de transferencia de calor a través de un objeto es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción hasta calentarse en su totalidad de una forma uniforme debido a que los átomos del extremo que se calienta, empiezan a moverse más rápido y chocan con los átomos vecinos transmitiendo la energía térmica cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por

9

qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. Conductores térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten rápidamente la energía térmica de un punto a otro. Por ejemplo, los metales.

Aislantes térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten lentamente la energía térmica de un punto a otro. Ejemplos: Vidrio, hielo, ladrillo, madera, corcho, etc. Como se puede observar en la Figura 3. Suelen ser materiales porosos o fibrosos que contienen aire en su interior.

Figura 3. Aislante Térmico (American Chemical Society, 2007)

2.6.2 CONVECCIÓN TÉRMICA

La convección es uno de los mecanismos de transferencia de energía y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos aunque siempre está

10

acompañada de la conducción, debido al contacto directo entre partículas de distinta temperatura en un líquido o gas en movimiento. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del mismo fluido transfiriendo calor por el intercambio de moléculas frías y calientes. Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por convección. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. Como podemos observar en la Figura 4.

Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una olla llena de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través de la olla, al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima.

El calentamiento de una habitación mediante un radiador no depende tanto de la radiación como de las corrientes naturales de convección, que hacen que el aire caliente suba hacia el techo y el aire frío del resto de la habitación se dirija hacia el radiador. Debido a que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, los radiadores deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea máxima.

11

De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del agua caliente y el vapor en las calderas de convección natural, y del tiro de las chimeneas en los hornos de crudo. La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie.

Figura 4. La convección en los fluidos (American Chemical Society, 2007)

En la convección se transmite energía térmica mediante el transporte de materia y tan solo se puede dar en fluidos y gases.

2.6.3 RADIACIÓN TÉRMICA

La radiación es uno de los mecanismos de transferencia de energía, una diferencia fundamental del fenómeno de la radiación respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor

o

propagan energía no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar

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separadas por un vacío. Según la ley de Planck, “todas las sustancias emiten energía radiante sólo por tener una temperatura superior al cero absoluto.”, esta energía radiada está en función de su temperatura. Cuan mayor sea la temperatura, mayor será la energía de la radiación emitida. Además de emitir radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla. Los cuerpos o substancias que absorben las radiaciones, pero reflejan muy pocas, se perciben como obscuros o negros (si no reflejan ninguna). Por el contrario, los cuerpos que reflejan las radiaciones y absorben muy pocas, se perciben como claros o blancos (si las reflejan todas). Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas (generalmente infrarroja) o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material. Como lo muestra la Figura 5. La energía que los cuerpos emiten por este proceso se llama Energía radiante

Figura 5. La tierra se calienta por radiación 13

(American Chemical Society, 2007)

Las radiaciones se clasifican, de menor a mayor energía en: Ondas de radio largas que son de baja frecuencia AM Ondas de radio cortas FM, TV, microondas, infrarrojos Ondas muy cortas o de alta frecuencia ultravioleta, rayos x, rayos gamma Siendo las radiaciones de alta frecuencia las que emanan mayor cantidad de energía (rayos gamma, rayos X, ultravioleta). Como lo muestra la Figura 6.

Figura 6. Tipos de ondas (American Chemical Society, 2007)

La contribución de todas las longitudes de onda a la energía radiante emitida se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energía emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo. La emisión de radiación puede ser el proceso dominante para cuerpos relativamente aislados del entorno o para temperaturas muy altas. Así un cuerpo muy caliente como norma general emitirá gran cantidad de ondas electromagnéticas. La cantidad de energía radiante emitida o calor radiado

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viene dada por la Ley de Stefan-Boltzmann, de acuerdo con esta ley dicho calor radiado es proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia. Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de radiación. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda. Una consecuencia de la distribución de Planck es que la longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad máxima de energía radiante disminuye con la temperatura.

2.7 LEYES QUE GOBIERNAN LOS DIFERENTES MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

2.7.1 LEY DE FOURIER

Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado). El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes térmicos.

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2.7.2 LEY DE STEFAN BOLTZMAN

La cantidad de energía radiante emitida o calor radiado viene dada por la Ley de Stefan-Boltzmann, de acuerdo con esta ley dicho calor radiado es proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia.

2.7.3 LEY DE PLANCK

Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la mecánica estadística para derivar una ley fundamental de la radiación. La expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor. Según la ley de Planck, todas las sustancias emiten energía radiante sólo por el hecho de tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además de emitir radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla.

2.7.4 LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN

El físico alemán Wilhelm Wien, afirma que la longitud de onda que corresponde a la máxima energía, multiplicada por la temperatura absoluta del cuerpo, es igual a una constante, 2.878 micrómetros-Kelvin. Este hecho, junto con las propiedades de transmisión del vidrio antes mencionadas, explica el calentamiento de los invernaderos. La energía radiante del Sol,

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máxima en las longitudes de onda visibles, se transmite a través del vidrio y entra en el invernadero. En cambio, la energía emitida por los cuerpos del interior del invernadero, predominantemente de longitudes de onda mayores, correspondientes al infrarrojo, no se transmiten al exterior a través del vidrio. Así, aunque la temperatura del aire en el exterior del invernadero sea baja, la temperatura que hay dentro es mucho más alta porque se produce una considerable transferencia de calor neta hacia su interior.

2.8 ANTECEDENTES

El Complejo Industrial Shushufindi se encuentra ubicado en la Región Amazónica Ecuatoriana, en la Provincia de Sucumbíos, Cantón Shushufíndi, al Sur oriente de la ciudad de Nueva Loja. Como se observa en el Anexo 1.

La Estación Secoya constituye también parte del Complejo Industrial Shushufindi, aquí se capta el gas que va a la planta ubicada en Shushufindi y localizado al norte del mismo. Su acceso se lo realiza por medio de la vía Nueva Loja – Dureno – Pacayacu – Secoya. La Refinería Amazonas tiene capacidad de procesar 20000 barriles de crudo diarios (7 300 000 al año), de los cuales se obtienen los siguientes derivados gasolina, diesel-1(kerex), jet-fuel, diesel-2 y residuo, este último es devuelto a Petroproducción (se inyecta al Oleoducto secundario Shushufindi-LagoAgrio). Refinería Amazonas R1y R2 y Planta de gas Amazonas perteneciente al Complejo Industrial Shushufindi (C.I.S) Clima: Húmedo Tropical Humedad Relativa: 90% Temperatura de Bulbo Seco: 33 ºC Pluviosidad: Variable

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Altitud sobre el nivel del mar: 280 m Precipitaciones: de 3.000 mm 4.000 mm anuales Ubicación: Refinería Amazonas Tag: CH001 Tipo de horno: Fuego directo Dimensiones: Largo: 10.97 m, Ancho: 2.66 m, Altura: 13.6 m (hasta la chimenea), como se puede observar en la Figura 7.

Figura 7. Horno de crudo C.I.S. (EP Petroecuador, 2010)

2.9 REFINERIAS

Las refinerías transforman el petróleo crudo en productos derivados que satisfagan la demanda en calidad y cantidad.

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Esta demanda es variable con el tiempo, tanto en el volumen de derivados como en su estructura por productos. El petróleo se clasifica en cuatro familias: parafínico, nafténico, asfálteno o mixto y aromático; en base a ésta clasificación los productos resultantes del proceso de refinación los hay de dos tipos: los combustibles, como la gasolina y los petroquímicos, tales como polietileno, benceno, etc. Las refinerías son distintas unas de otras, según la tecnología y esquemas de proceso que se utilicen en base a los requerimientos del proceso, así como su capacidad. Hay para procesar petróleos livianos, petróleos pesados o la mezcla de ambos. Por lo tanto, los productos obtenidos varían una de la otro. La refinación se cumple en varias etapas de proceso por lo que una refinería tiene numerosas unidades, equipos y tuberías.

2.9.1 PROCESO DE REFINACIÓN

El proceso de refinación no es más que la separación el crudo en fracciones en base a los diferentes puntos de ebullición. Estas fracciones son sometidas a un conjunto de tratamientos térmicos y químicos para convertirlas en productos finales como gasolinas o grasas.

2.9.2 DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA O TOPPING

La herramienta básica de refinación es la unidad de destilación o torre, donde el petróleo crudo empieza a vaporizarse. Estas torres operan a una presión cercana a la atmosférica y están divididos en numerosos compartimentos a los que se denominan "bandejas" o "platos". Cada bandeja tiene una temperatura diferente y cumple la función de fraccionar los componentes del petróleo.

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El crudo llega a las torres después de pasar por un horno, donde se "cocina" a temperaturas de hasta 500 °C que lo convierten en vapor. Esos vapores entran por la parte inferior de la torre de destilación y ascienden entre los platos. A medida que suben pierden calor, se enfrían se condensan y se depositan en su respectivo plato cuando cada componente vaporizado a encontrado su propia temperatura. Conectados a estos platos existen ductos donde se recogen los distintos productos que se separaron en esta etapa. Al fondo de la torre cae el "crudo reducido" o residuo, es decir, aquel que no alcanzó a evaporarse en esta primera etapa.

2.9.3 REFINERÍA AMAZONAS

Conformada por dos torres de destilación R1 y R2 y planta de gas con el mismo nombre,

la torre R1, fue construida en el año de 1977 por la

compañía KOBE STEELS con una capacidad de procesamiento de 10000 barriles por día y posteriormente se construye su similar R2 con las mismas características por la CIA. KELLOGG PAN AMERICAN CO, iniciando la operación de la unidad en el año de 1995. Cada una de estas unidades son de destilación atmosférica o topping C-V001 Tiene un diámetro de 2,3 m. e incluye 41 bandejas con válvulas de burbujeo. Posee un revestimiento de monel o acero al carbono, recubierto con hormigón refractario en la parte superior y de acero inoxidable en la zona de alimentación (Anexo C). Cada plato tiene un registro de funcionamiento y mantenimiento, actualmente maneja un crudo de 28.6 API @ 60ºF.La refinería funciona las 24 horas al día para convertir crudo en derivados. El rendimiento de estas dos unidades comprende dos tipos de producción: Corte Kero: producción de gasolina (22 % del material procesado), destilado/jet (3.6 %), diesel 2 (29.5 %) y residuo (44 %).

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Corte Jet/Fuel: producción de gasolina (22 %), destilado/jet (5.5 %), diesel 2 (28 %) y de residuo (44 %).

Con la finalidad de facilitar las operaciones se divide de la siguiente manera:

Unidad de generación de vapor (calderos). Unidad tratamiento agua cruda (potabilización y desmineralización). Unidad de efluentes. Unidad de almacenamiento (tanques) Unidad

de

generación

de

aire

de

instrumentos y servicios

(compresores aire). Unidad de recuperación y manejo de hidrocarburos licuables (compresores de gas).

2.9.4 CARACTERÍSTICAS DEL CRUDO ACTUALMENTE

En la tabla 1, se detalla las características del crudo de la Refinería Amazonas

Tabla 1. Características del crudo API @ 60 °F

28.6

API Observado

31.0

Grav. Esp. @ 60 °F

0.8838

Azufre % Peso

1.1

BSW % Volumen

0.20

Sal lb/1000 B

2.7

(PETROINDUSTRIAL, 2011)

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2.9.5 PRODUCTOS QUE SE OBTIENE

Gasolina Diesel 1 (kerex) Jet Fuel Diesel 2 Residuo Primario

2.9.5.1 Especificaciones de la gasolina

Presión vapor reid (psi) 8.1 max. Destilación ASTM (°C) 10% vol 70 max. 50% vol 121max. 90% vol 189 max. Punto final (°C) 215 max. Azufre % peso D-1266 0.2 max. Corrosión lámina de cobre D-130 Nr. 1 max.

2.9.5.2 Especificaciones diésel 1 (kerex)

Punto inflamación (°C) D-56 40 min. Destilación ASTM (°C) D-86 A 200 °C 10% Vol max 10 ml. Punto final (°C) 288 max. Azufre % peso D-1552 0.2 max. Corrosión lamina cobre D-130 Nr. 1 max. Color saybolt D-156 18 min.

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2.9.5.3 Especificaciones jet fuel

Punto inflamación (°C) D-56 38 min. Destilación ASTM (°C) D-86. 10% vol 204 max. 50% vol 232 max. Punto final 288 max. Azufre total (%peso) D-1266 0.2 max. Corrosión Lam. Cobre D-130 Nr. 1 max. Punto Congelamiento (°C) D-2386 -47 max.

2.9.5.4 Especificaciones diésel 2

Punto inflamación (°C) D-93 51 min. Destilación ASTM (°C) D-86 Punto Inicial 180 min. 90% Volumen 360 max. Azufre % peso D-1552 0.7 max. Viscosidad a 37.8 °C (CST) D-88 2.5 a 6 Residuo carbón conradson % (peso) D-189 0.15 max. Cenizas

2.9.6 CODIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS

Para determinar la ubicación de los equipos han sido codificados de la siguiente manera, como se puede observar en la tabla 2.

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Tabla 2. Codificación de ubicación Código

Significado

R1

Refinería Amazonas 1

R2

Refinería Amazonas 2

G

Planta de Gas

(PETROINDUSTRIAL, 2011)

Si una máquina o equipo pertenece al sistema principal, es decir al área de procesos, siempre se representa con una letra C al inicio del código.

En la tabla 3, se indica ejemplos de la codificación.

Tabla 3. Codificación de los sistemas auxiliares Código Y1

Y2

Y3 Y4

Y5

Y6

Sistemas Sistema de aire de plantas e instrumentación

Sistema de Tea Sistema de tratamiento de agua Sistema de tratamiento de aguas residuales

Sistema de combustibles

Sistema contraincendios

Y7

Sistema de generación de vapor y agua de alimentación

Y8

Sistema de tanques de almacenamiento (Complejo Industrial Shushufindi, 2011)

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Para determinar qué clase de equipo es, se presenta la siguiente codificación de los equipos en la Tabla 4.

Tabla 4. Codificación de los sistemas auxiliares Código

Significado en español

Inglés

A

Ventilador

Aircooler

B

Caldera

Boiler

C

Compresor

Compressor

E

Intercambiador de calor

Heat exchanger

H

Horno

Heather (fired heather or furnace)

J

Agitador

Agitator

M

Motor

Motor

P

Bomba

Pump

T

Tanque

Tank

Recipiente

Vessel

V

(Complejo Industrial Shushufindi, 2011)

Para conformar un código completo la primera letra indica el sistema al que pertenece y la segunda letra que tipo de máquina o equipo es. Además de esto también puede presentarse un número 2 después de la primera letra indicando que la máquina o equipo pertenece a la refinería dos. Los números que se presentan en tercer lugar se utiliza para saber la numeración del equipo y muchas veces viene seguido de una letra al final cuando existen equipos alternantes del mismo tipo.

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Algunos ejemplos de la codificación de los equipos se presentan a continuación en la siguiente tabla 5.

Tabla 5. Ejemplos de codificación de equipos Código

Descripción

C-H001

HORNO CALENTADOR DE CRUDO

C2-H001

HORNO CALENTADOR DE CRUDO R2

C2-P001A

BOMBA DE RESIDUOS

C2-A004JG

VENTILADOR GASES DOMO TORRE ATMOSFÉRICA

Y2C101C

COMPRESOR AIRE DE INSTRUMENTOS Y PLANTAS

GA-1901

AEROENFRIADOR GAS DE REGENERACIÓN NATURAL

Y2P3011C

BOMBA TRANSFERENCIA AGUA DESERVICIO (Complejo Industrial Shushufindi, 2011)

2.9.7 COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (CIS)

Como su nombre lo indica es un complejo conformado por la Refinería Amazonas 1 y Refinería Amazonas 2 Planta de gas Amazonas y planta de Gas Secoya, como lo indica el Anexo 2.

2.9.7.1 Unidad de crudo

Ubicada fuera del área de refinación, consiste de cuatro tanques denominados YT801 A/B/C/D. En ellos se almacena el crudo que la

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Refinería Amazonas recibe desde la Estación Central de Petroproducción. Aquí se mide los volúmenes de ingreso mediante contadores y se decanta para eliminar cualquier residuo de agua de formación que venga con el petróleo.

2.9.7.2 Proceso de refinación amazonas R1y R2

En el Complejo Industrial Shushufindi, la producción de derivados se realiza mediante un conjunto de operaciones que incluyen el calentamiento previo del hidrocarburo, seguido del desalado, calentamiento en el horno de crudo, inyección de vapor de agua, rectificación, enfriamiento y almacenamiento de los derivados.

Realizare una breve revisión del conjunto de procesos y operaciones de refinación que llevan a la obtención de una gama de combustibles ligeros y medios como gasolina, kerosén y diesel. El Crudo procedente del área de tanques a una presión de 21.1 kg/cm2 y temperatura ambiente se calienta en un tren de intercambiadores C-E001 Cro/Rs, C-E002 Cro/Gases Domo, CE003 Cro/Napta P, C-E004 Kx/Cro, como se indica en el Anexo 11.

C-E013 Cro/Rs alcanza una T aprox. de 117 y 120ºC que es la T de entrada al proceso de Desalado C-V007, aquí son removidas las sales que contiene el crudo y así

se evita corrosiones

posteriores en los equipos.

Posteriormente pasa por el siguiente tren de intercambiadores C-E005 A/B Cro/Dsl, C-E006 Cro/Rs C E007 A/B Cro/Dsl circulante, C-E008 Cro/Rs alacanza una T 238 °C aprox. y de aquí entra directamente al Horno C-H001 donde se lo calienta a una T de entre 350 °C y 357 ºC se logra la vaporización parcial requerida y es enviado a la torre de destilación Atmosferica. C-V001 (Anexo 3) a la zona de flasheo a la altura del plato 5 -

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6. Donde se produce el fenómeno de separación de las cadenas de hidrocarburo las cuales son empujadas por el vapor de arrastre producido en la caldera el cual es inyectado previamente bajo el plato N°1.

Los vapores del domo se condensan parcialmente en el C-E002 y enfriadores C-A004 para posteriormente pasar al acumulador de reflujo CC-V005 donde se separa el H2O (agua) condensada y la nafta ligera de los vapores de hidrocarburos no condensables los cuales por medio de un controlador de presión salen hacia la unidad de recuperación de licuables. Mediante la bomba C-P007 A/B se envía parte de nafta como reflujo al plato superior de la torre (plato N° 41). La secuencia se reduce a:

Enfriamiento. Compresión Vapores. Pos enfriamiento y envío a la planta.

Del plato N° 30 de la torre se extrae Nafta Pesada y se envía al despojador C-V004, donde los ligeros son removidos por simple adición de calor mediante el rehervidor (reboiler) C-E010, los vapores retornan al plato N° 31, la NP se extrae por medio de las bombas C-P005 A/B para ser enfriadas en los intercambiadores C-E003, C-A003, C-E022, posteriormente se mezcla con la Gasolina Natural de la Planta y finalmente es almacenada en los tanques YT 802 A/B/C.

Del plato N° 20 se extrae Diesel 1 (Kerex) (Jet Fuel) y se envía al despojador C-V003 donde pasan por el rehervidor C-E009 y los livianos retornan al Plato N°21; El producto se extrae por medio de las Bombas C-P004 para ser enfriados en los intercambiadores C-E004, C-A002; en caso de corte Jet Fuel el producto pasa por los filtros C-V008 de Arena y

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C-V009 de Arcilla y luego es almacenado en los tanques YT803 A/B de Kerex (diesel1) y YT804 de J.F. (jet fuel).

Del plato N° 10 se extrae el Diesel 2 y se envía al despojador C-V002 donde se separan los hidrocarburos livianos por arrastre directo con vapor previamente inyectado en la base del despojador y retornan al plato N° 11; El producto es extraído por medio las bombas C-P003 A/B y pasan por los intercambiadores C-E005 A/B, C-A001, posteriormente se almacena en los tanques YT805 A/B/C. Con el propósito de regular el perfil de T en la torre y mantener los productos en especificaciones se tiene una recirculación total del Diesel entre el plato N° 10 y N° 11 por medio de las bombas C-P002 A/B logrando el enfriamiento en el intercambiador C-E007 A/B.

El Crudo Reducido (residuo Primario) es extraído de los fondos por medio de las bombas C--P001 A/B y luego pasa por el tren de enfriamiento C-E008, C-E009, C-E010, C-E006, C-E011, C-E013, C-E001 Para luego ser almacenado a 98 °C en los tanque YT806 A/B/C, posteriormente es evacuado por medio de las bombas YP806 A/B o alineado directamente hacia el Oleoducto.

2.9.7.3 Control de la Operación de Amazonas R1 y R2

El control de la operación se realiza mediante un sistema computarizado Yewpack II (R1) y Foxboro (R2). Para cada unidad existen dos monitores conectados en serie mientras uno opera el otro está como equipo alternante, están conectadas a impresoras que imprimen automáticamente las variables del proceso, (Anexo 9) pudiendo hacerlo también en forma manual. Esto es

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necesario para realizar los balances de carga y productos. Existe un cuarto de control de motores eléctricos MCC aledaño al anterior. Adicionalmente existen paneles de control locales para calderas, aire de instrumentos, tratamiento de agua, desmineralización de agua, sistema de la red contra incendios.

2.10 PLANTA DE GAS (SHUSHUFINDI) Shushufindi es el principal campo de producción petrolero del país de donde se extrae, el gas natural asociado. Para aprovechar este recurso en la producción de gas licuado de petróleo (GLP) y gasolina natural, se construyó la Planta de Gas Shushufindi con capacidad para procesar 25 millones de pies cúbicos por día de gas (Anexo 4); su operación se inició en febrero de 1984, posteriormente la planta se ha sometido a dos ampliaciones:

En la primera ampliación se implementó compresores de alta potencia en la estación Secoya y la construcción de gasoductos, en una extensión de 42 Km., para captar y transportar el gas y los licuables que se producen en Secoya y enviarlos a la planta de Shushufindi para su procesamiento.

La segunda etapa a su vez se subdivide en dos partes, la primera entró en operación en julio de 1990 y las obras permitieron el incremento de la producción de gas licuado de petróleo, hasta alcanzar las 220 toneladas métricas diarias, esta etapa entró en operación en marzo de 1992 y contempló la ampliación de la planta de gas para procesar 500 toneladas métricas (Tm/día) diarias de gas doméstico, utilizando como materia prima el gas natural de los campos petroleros Libertador, Secoya y Shushufindi.

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El gas producido se transporta a través del poliducto Shushufindi - Quito, de donde se lo distribuye para su consumo como combustible doméstico e industrial. Su carga máxima es de 25 millones de pies cúbicos estándar de gas asociado, tiene capacidad para producir hasta 500 Tm/día de GLP y 2.800 BPD de gasolina.

2.10.1 PROCESO DE LA PLANTA DE GAS SHUSHUFINDI

Actualmente de cada estación por medio de compresores y bombas se envía el producto para procesar un promedio de 250 toneladas de LPG (Liquified Petroleum Gas) por día, además de la gasolina natural. Tanto el gas como los hidrocarburos líquidos llegan a un separador de entrada en donde se separa el gas, los líquidos y el agua, enviándose el agua al pozo de quemado.

Las cargas líquidas como las gaseosas pasan por las torres deshidratadoras con tamiz molecular eliminándose totalmente la humedad debido a que si esta logra pasar se formaran hidratos en el sistema de enfriamiento en donde se trabaja con temperaturas de -40°C (criogénicas), provocando por consiguiente taponamientos y presionamientos en el proceso debido a que el agua forma bolas de hielo. Después de la deshidratación, los gases y líquidos de entrada se combinan y se dividen en dos corrientes para ser enfriados, la temperatura desciende de 49 a -30°C.

Seguidamente la corriente de gas-líquido circula a través del separador frío, donde se separan gases y líquidos. La corriente combinada de gases pertenecientes al separador frío y al acumulador del deetanizador forma la corriente de gas residual de la planta utilizado como gas combustible. El líquido proveniente del separador frío entra al deetanizador por el plato 19, la corriente de líquidos de la parte baja del deetanizador, es extraída y

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enviada al rehervidor. El líquido procedente del rehervidor del deetanizador, entra a la debutanizadora por el plato 19. Los gases de cabeza de la debutanizadora son condensados y enviados al acumulador de reflujo una parte es devuelto como reflujo de la torre y el resto es bombeado al almacenaje de LPG en las esferas de gas. Las colas del debutanizador son enviadas al rehervidor, enfriadas y pasan al depósito de almacenaje de gasolina natural.

2.11 PLANTA DE GAS SECOYA

Para mejorar la captación de líquidos y gas de los campos Libertador y Limoncocha, en el oriente ecuatoriano, se concibió la implementación de una nueva planta para tratamiento del gas y aprovechar la capacidad instalada de la planta de Shushufindi e incrementar la producción 80 Tm/día de GLP. Esta planta está conformada por los siguientes componentes:

• Sistema de separación de CO2 por membranas. • Sistema de refrigeración por propano. • Unidad de proceso. • Sistema de calentamiento. • Sistemas auxiliares y generador eléctrico.

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METODOLOGIA

3. METODOLOGIA

3.1 HORNO DE CRUDO CH-001

Los hornos son equipos de procesos industriales en los que se entrega el calor generado

por la oxidación de un combustible a una carga o

alimentación de crudo (de forma controlada) que circula dentro de serpentines de una manera similar a una caldera, como se puede observar en el Anexo 12.

Los primeros hornos empleados en la industria petrolera se inspiraron en las calderas cilíndricas horizontales de destilación de alcohol y licores, que se calentaban por las llamas de un hogar, con una mala transmisión de calor, y que producían un fuerte depósito de Coque por la descomposición del crudo, dañándose por el recalentamiento de la porción del cilindro que estaba directamente expuesto a las llamas en el hogar, lo que limitaba su vida útil a solamente unas semanas.

La instalación de "tubos de humos" que atravesaban al cuerpo cilíndrico en dirección de su eje, como en ciertos tipos de calderas, mejoró notablemente su operación, incrementando a la vez su capacidad. Estos Hornos eran de funcionamiento discontinuo, debiendo descargarse y limpiarse antes de recibir una nueva carga de crudo. La operación continua, indispensable en las grandes refinerías, sólo era posible haciendo trabajar una batería de alambiques en serie, de modo que cada uno calentara el líquido traspasado del anterior, en una diferencia de temperatura relativamente pequeña. El trabajo en gran escala, por este sistema, requería entonces de grandes instalaciones, que ocupaban mucho espacio y que eran de difícil control.

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La elaboración de crudos emulsificados con mucha agua, que producían abundante espuma, llevó a intentar en pequeña escala el empleo de hornos tubulares, en los que el crudo circulaba por un serpentín calentado directamente por las llamas del hogar. El éxito obtenido condujo a instalaciones cada vez mayores, generándose así el siguiente tipo de horno.

Horno tubular (característico de la industria actual), aceleró este cambio la introducción de los procesos de cracking térmico, que exigió el uso de equipos que pudieran resistir mayores presiones y altas temperaturas que las utilizadas hasta entonces. La respuesta lógica del problema la constituyeron los hornos tubulares con la consiguiente reducción de espacio, de personal y la facilidad de control inherente a su empleo. Cuando se construyeron los primeros horno s de este tipo, no se apreciaba el importante papel que en ellos desempeñaba la transferencia de calor por convección, de modo que sólo se aprovechaba el calor transmitido por radiación.

Finalmente, una mejor comprensión de las leyes de la transmisión de calor y el hecho de que la mayor parte de la superficie de los tubos debían recibirlo por radiación y no por convección, condujo a los diseñadores a las formas actuales.

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Figura 8. Esquema de un horno de crudo (Javier Toscano, 2012)

En un Horno se distinguen tres secciones de calentamiento, claramente diferenciadas, sección de radiación, sección de convección, según cual sea la forma de calentamiento predominante y como transición entre ambas, comúnmente una pantalla de radiación (Shield), como se observa en la figura 8, constituida por unos pocos tubos colocados antes de la sección de convección, que reciben calor tanto por radiación como por convección. En la sección de radiación, los tubos no se colocan nunca en el camino de las llamas, sino lateralmente, en las paredes, techo y/o piso de la cámara de combustión. El volumen de ésta no es de fundamental importancia en lo que se refiere al proceso mismo de la combustión, pero es necesario darles ciertas dimensiones mínimas para lograr una buena distribución de la energía radiante. Generalmente se usa una sola fila de tubos, a veces dos y a lo más tres, por el efecto de pantalla de las filas más próximas a los

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quemadores. En la sección de convección, las filas de tubos más próximas a la

cámara

de

combustión

también

absorben

calor

por

radiación,

especialmente la primera fila y por esta razón los tubos de esta fila (pantalla de radiación) son los más expuestos a percances. Para efectuar y controlar la combustión, los hornos están provistos de quemadores con sus respectivos registros de aire, de un dámper para regular el tiraje dentro del horno y de una cámara de combustión o caja de fuego, que es el espacio donde se produce la combustión. Para que haya una adecuada circulación de aire, los hornos deben ser herméticos, permitiendo la entrada de aire sólo a través de los registros especialmente diseñados para este objeto.

La hermeticidad la da la estructura del horno, formada por las vigas que le confieren la resistencia mecánica necesaria para su rigidez y por planchas de acero soldadas entre sí que unen estas vigas. La superficie o manto normalmente se denomina casing. Protege el casing del calor proveniente desde el interior, una cubierta de material aislante adosada a él con la ayuda de pequeñas mallas o clips de acero inoxidable. Está cubierta aislante no debe permitir el paso de gases de combustión hacia el casing, por lo que no debe tener grietas y no debe estar separada o desprendida de él. Una capa de pintura de aluminio, aplicada sobre una capa de pintura anti óxido protege el casing del medio ambiente. Esta pintura soporta hasta 250ºC.

Las partes más calientes del casing están recubiertas con una pintura de aluminio con silicona, que soporta hasta 500ºC.Tanto en el diseño como en la operación de los hornos, se tiene siempre presente la tendencia del crudo, o de sus productos, a descomponerse formando coque que se deposita en las paredes interiores de los tubos.

Al formarse coque no sólo se dificulta el flujo y por lo tanto, la capacidad del equipo, sino también disminuye enormemente la transmisión del calor, por lo aislante del coque. La temperatura de los tubos aumenta, lo que

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rápidamente disminuye su resistencia. Por esto se instalan termocuplas de metal, que permiten medir la temperatura de la superficie exterior de los tubos, la cual no debe exceder nunca de ciertos parámetros o

valores

máximos que dependen de la presión de trabajo y de la naturaleza del metal de los tubos, en el Anexo 5 se observa un horno de crudo horizontal de 4 quemadores que se utiliza actualmente en la Refinería Amazonas, en el Anexo 6 se observa el mismo horno durante un mantenimiento de paro programado.

3.2 COMBUSTION EN UN HORNO O CALENTADOR POR COMBUSTION

La combustión es una reacción de oxidación que libera gran cantidad de calor (reacción exotérmica). Para que exista combustión deben estar presentes los siguientes elementos: aire, combustible, la temperatura de ignición adecuada y la reacción en cadena. En ausencia de uno de estos elementos, no se producirá la combustión.

La energía calórica se obtiene al quemar un combustible, siendo la forma de energía más utilizada en una refinería. Para efectuar y controlar la combustión, los hornos están provistos de quemadores con sus respectivos registros de aire, de un dámper para regular el tiraje dentro del horno y de una cámara de combustión o caja de fuego, que es el espacio donde se produce la combustión.

3.3 SECCIONES DEL HORNO Normalmente los hornos se dividen en tres secciones:

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3.3.1 SECCIÓN DE CONVECCIÓN

Los tubos están fuera del alcance de la llama. Los gases direccionan a través del paquete de tubos. El calor

caliente se

transmitido es por

radiación del CO2 y H2O en los gases calientes además del calor por convección. Los tubos están equipados con aletas para mejorar las condiciones de transmisión de calor.

3.3.2 SECCIÓN RADIANTE

Es donde los tubos están en presencia de la llama. En esta parte la transmisión de calor es por radiación en un 80 % aproximadamente y un 20 % por convección de la circulación de gases calientes alrededor de los tubos.

Por esta sección el crudo abandona el horno a la temperatura

deseada e ingresa a la torre de destilación atmosférica para ser separado en fracciones más livianas.

3.3.3 SECCIÓN DE BLINDAJE (SHIELD)

Las primeras filas de tubos del área de convección son la zona de CHOQUE (SHOCK) en ella los tubos no tienen aletas, reciben la misma cantidad de calor por ambos mecanismos. Esta sección es parte de la sección de convección y es por el lugar que ingresa el crudo precalentado al horno.

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3.4 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN HORNO DE CRUDO Un horno de crudo consta de los siguientes componentes, como se muestra en la Figura 9.

Figura 9. Componentes principales de un horno de crudo (API 560, 2008)

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3.4.1 CASING

También llamado manto o superficie exterior del horno, está constituido por planchas de acero al carbono, por lo general ASTM A-238 de ¼" (6,35mm) de espesor y están protegidas del medio ambiente por capas de pintura de aluminio con silicona, sin aplicación de anti óxido, que soporta hasta 500ºC. También son componentes del Casing las mirillas de observación y puertas de inspección que facilitan la entrada del personal al interior del horno.

3.4.2 GUÍAS Y SOPORTES

Las guías y soportes, varían su diseño y material de fabricación, dependiendo éstos del tipo del horno y al medio a que están expuestos durante su operación. Estos por lo general van unidos al Casing. Su función principal es evitar desplazamientos laterales por vibraciones producidas por el paso del crudo a través del interior de los tubos. Tienen un largo de380 mm y un diámetro de 40mm. Son de acero refractario A297 Gr HT. Sus propiedades mecánicas son: Tracción = 70.000 psi mínimo. Pto. Fluencia = 40.000 psi mínimo. Alargamiento = 10 % en 2".Dureza = 180 BHN hasta 200 BHN con tratamiento.

3.4.2.1 Capa aislante y refractarios

Los hornos están recubiertos en su parte interior por una capa aislante (Anexo 8), que tiene como función evitar la pérdida de calor hacia el ambiente, y proteger el casing tanto de la alta temperatura como de la corrosión que generan los gases de combustión al enfriarse. En general, la aislación de un Horno está constituida por una capa de pasta antiácido adherida al casing, una capa de lana mineral y sobre ésta, una pared de ladrillos de arcilla. Estos ladrillos van sujetos al casing

por medio de

ganchos y están unidos entre sí por una pasta de mortero aislante especial,

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que a su vez se utiliza en una capa superficial que cubre la pared de ladrillos. En la zona de los techos y de las chimeneas, las capas son remplazadas por concreto refractario o por concreto aislante, que va adosados al casing por un sistema diferente de soporte.

La humedad que permanece aún después de fraguado el horno, es eliminada subiendo lentamente la temperatura, evitando que se endurezca solo la parte superficial de la pared más cercana a la fuente de calor, lo que impediría el paso de vapores a través de ella, presionando el ladrillo o el concreto que, al romperse, desprenderse o agrietarse, permitiría el paso de los gases de combustión, produciendo calentamiento locales en el casing.

En la actualidad, la pared de ladrillos aislante está siendo reemplazada por seis capas de lana cerámica de diferente densidad, que soportan temperaturas hasta de 3200ºF (1760ºC) y que están sujetas al casing mediante clips metálicos, cuyas temperaturas de trabajo oscilan entre2000º y 2600ºF (1093º y 1427ºC).Este sistema permite una mayor temperatura de trabajo y su instalación es más simple y rápida. En cuanto a los pisos de los Hornos, están además recubiertos por una capa de ladrillos refractarios y de este mismo material son los conos de radiación de los quemadores. En la zona de convección existen algunas corridas de ladrillo sobresalientes de la pared, que sirven para guiar el paso de los gases de combustión.

3.4.3 TUBOS O SERPENTÍN

Los tubos de los hornos son fabricados de acero al carbono o de aleaciones de acero con cromo o molibdeno. En las secciones de convección se utilizan de preferencia los primeros, pero en las secciones de radiación son de aceros especiales, dado que el acero al carbono no resiste temperaturas próximas al rojo vivo (600ºC) sin que se produzca una reducción de su resistencia. Por otra parte, los aceros especiales son resistentes a la

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corrosión, especialmente los aceros al cromo que, con la adición de un pequeño porcentaje de molibdeno, pueden soportar temperaturas muy altas sin pérdidas de sus propiedades mecánicas.

Los tubos son los portadores de la carga al horno, la que viene de otras fuentes de calor que han aumentado su temperatura hasta cierto punto, para salir desde el horno a la temperatura requerida. Los tubos de la zona de radiación absorben calor como rayos de energía, pasando en línea directa desde la llama; en la pantalla o techo de radiación reciben calor por radiación y por convección, en tanto que en la zona de convección absorben calor, en su mayor parte, de los gases de combustión calientes que fluyen desde la caja de fuego hacia la chimenea.

La resistencia mecánica del metal de los tubos se reduce violentamente al exponer a los tubos a temperaturas extraordinariamente altas. De ahí que se fijen temperaturas máximas de metales en las operaciones de los hornos y que sea de tanta importancia el control de las llamas de los quemadores para evitar calentamientos locales por choque de aquellas en los tubos.

Estas altas temperaturas, junto con afectar al material de los tubos, producen la formación de coque en su interior impidiendo una eficiente transmisión de calor, con la consecuente pérdida de carga en el flujo y una mayor temperatura en el hogar, dada la condición aislante del coque. Los tubos en los hornos horizontales están conectados en los extremos por medio de codos de retorno de 180º soldados y desmontables, denominados cabezales, los cuales posibilitan su inspección; estos se han ido modificando en sus diseños, siendo de cabezales no desmontables, soldados a los tubos en los extremos, al igual que en los hornos verticales.

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En aquellos hornos que poseen zona de convección, los tubos de esta zona están provistos de aletas, con el fin de conseguir una superficie mayor de absorción de calor. Aplicada adecuadamente, esta superficie aumenta en forma considerable la transferencia de calor y es muy conveniente si la metalurgia de la aleta es la adecuada para el nivel de temperatura que debe soportar. Se estima que el espaciamiento ideal entre aletas es una distancia igual a la altura de éstas, adoptando una configuración tal que posibilite un fácil acceso del gas caliente a su superficie. Este mejoramiento de la transferencia de calor se debe además a otro factor, asociado más bien a la radiación que a la convección. Los extremos exteriores de las aletas entregan su calor al tubo por conducción, lo que requiere que la parte de la aleta más distante del tubo esté a una temperatura mayor que la superficie a la cual está unida.

En esta condición se produce radiación desde el extremo de la aleta a la superficie del tubo en considerable cantidad, a pesar de la diferencia de temperatura relativamente pequeña. Si las aletas están más espaciadas, hay menos potencial de radiación porque el área para la recepción de la energía radiante está restringida por el efecto de la sombra originada por las aletas, como se puede observar en la Figura 10 y Anexo H.

El excesivo espaciamiento entre aletas impide, por otra parte, que éstas cumplan plenamente su objetivo. Al estar demasiado espaciadas tienden a formar sus propias áreas de turbulencia que estimulan el entrampamiento del material mineral aislante proveniente del quemado del combustible. Por el contrario, cuando están demasiado juntas no se produce esta deposición de sólidos entre ellas porque se origina una restricción del flujo de gases calientes a través de los espacios que separan una de otra, pero no absorben la cantidad de calor de diseño y en consecuencia, no constituyen una adecuada fuente de recuperación de calor de los gases.

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Figura 10. Serpentín de un horno de crudo (sección radiante) (Javier Toscano, 2012)

3.4.4 TERMOCUPLAS O TERMOPAR

Las termocuplas van soldadas a las paredes de los tubos, para poder controlar la temperatura del metal de los tubos, evitando que se exceda la temperatura máxima permisible. La termocupla, está constituida por dos alambres de diferente metal, unidos en un extremo. Debido a las diferencias de temperatura, un material se carga positivamente y el otro negativamente, generándose de este modo un voltaje.

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Este varía de acuerdo con las variaciones de temperatura de la junta, por lo cual un aumento en el voltaje es indicación de un aumento de temperatura del metal del tubo; estos aumentos son captados y almacenados por un computador, siendo de vital importancia esta información, para así poder detectar cualquier aumento de temperatura superior a lo normal, como se indica en la Figura 11.

Figura 11. Temperaturas detectadas por las termocuplas y enviadas al sistema SCADA (Petroindustrial, 2004)

3.4.5 QUEMADORES

Un quemador es un dispositivo construido en metal refractario que acepta cantidades específicas de aire y combustible, mezclándolos en la forma más homogénea posible, para permitir el quemado de este combustible mediante procesos químicos exotérmicos estables. El quemador es la principal fuente

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de energía para establecer condiciones satisfactorias del movimiento de los gases en un horno. Además de suministrar energía inercial para este movimiento, el quemador debe también ser capaz de entregar una difusión satisfactoria de calor a los gases, sin dañar los tubos o las áreas de transferencia de calor. Su función es dar calor al producto que fluye por los tubos, en forma uniforme, a fin de obtener un perfil estable de temperatura. Debe poseer capacidad para dispersar el calor a la atmósfera gaseosa del horno; es la capacidad relativa para dispersar este calor, lo que decide el uso de un determinado quemador para un horno específico. Ningún elemento en el diseño básico del horno es más importante que la elección de quemadores adecuados para el servicio que se va a realizar con el combustible disponible, como se indica en el Anexo 7. Con respecto a la ubicación de los quemadores, es posible que en la mayoría de los casos, sea más económico instalar quemadores laterales, como se puede observar en el Anexo 8 , porque no es necesario incurrir en gastos para levantar el horno con el fin de proporcionar más espacio. Sin embargo, cuando los quemadores están en la pared, la primera reducción de costo se obtiene a expensas de un menor rendimiento. Con iguales condiciones limitantes, la combustión en un Horno es de un 25% más activa con quemadores en el piso. Esto se debe a: •Mejor uso de volumen de combustión. •Mejor distribución de calor. •Mejor control del calor y una combustión más uniforme en todas las áreas de los tubos. Por otra parte, en cualquier sistema de combustión, la operación será más eficiente cuando se usa una cantidad relativamente grande de quemadores pequeños, en lugar de lo contrario. La capacidad de los quemadores para dispersar el calor a la atmósfera del horno, será proporcional a la cantidad de quemadores utilizados. La combustión se produce cuando el combustible es mezclado con el aire y es encendido. Las partes de admisión de aire en el quemador pueden ser; un registro de aire para el aire secundario, una puerta 47

controlable que lo provee de aire primario o medios regulables para la entrada de aire terciario. En la industria del petróleo se usan principalmente dos tipos de quemadores, estos son:

Quemadores combinados de Fuel Oíl y Fuel Gas

En la actualidad, se ha incorporado como mejora en los combustibles para los quemadores, casi en un 100 por ciento, el gas natural, con buenos resultados en los deterioros de estos mismos. Todos los quemadores disponen de un piloto de Fuel gas, que tiene por función mantener una llama constante a la salida del combustible del quemador para que, ante un eventual corte de combustible, pueda ser reencendido inmediatamente y no se acumule aquel en la cámara de combustión, produciendo una mezcla explosiva en ella. Los quemadores se encienden una vez que ha sido encendido su piloto.

Los quemadores pueden

utilzar cualquier

tipo

de

combustibe

y

actualmente exixten varios de ellos. En la figura 12 y13 se tiene dos ejemplos de quemadores. Quemador de aceite. Quemador combinado Aceite Gas Quemador de Gas Quemador de Quemador de Gas Crudo Quemador tipo Aspiración (Premix Gas Burner).

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Figura 12. Quemador tipo Aspiración (Heat Exchanger Design Handbook, 2003)

Figura 13. Quemador típico de gas natural (API 535, 2008)

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Los quemadores pueden tener diferentes arreglos y configuraciones, como lo muestra la Figura 14, según los requerimientos del proceso, inferiores (upfired), laterales (side wall) y finales (endwall).

Figura 14. Diferentes configuraciones de quemadores (API 535, 2008)

3.5 CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DE UN HORNO CUYA CARGA ES CRUDO Las características más importantes asociadas a este tipo de hornos son las siguientes: •

La carga suele entrar en forma líquida o en dos fases, es decir, líquido y gas.

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•

El flujo a través de los serpentines se suele realizar en contracorriente a los gases procedentes de la combustión.

•

Los serpentines pueden estar colocados de forma horizontal o vertical, dependiendo del tipo de horno.

•

Los gases efluentes de la combustión pueden ser arrastrados por medio de tiro natural o del conjunto tiro forzado-tiro inducido.

•

Los quemadores se colocan en el fondo, en las paredes o en ambos lugares.

•

La zona expuesta a la radiación de la llama se denomina zona radiante.

•

La zona situada por encima de la radiante, y que no está expuesta directamente a la radiación, se denomina zona convectiva.

•

En

la

zona

convectiva

se

suelen

instalar

serpentines

de

precalentamiento de productos. •

Este sistema de recuperación de calor es denominado economizador.

•

El combustible habitual suele ser fuel-oil, fuel-gas o una combinación de ambos.

•

Existen hornos con un paso de producto por cada zona o celda de combustión, mientras que en otros existen varios pasos de producto en una sola celda.

3.6 CLASIFICACION DE LOS HORNOS

3.6.1 HORNOS DE ACUERDO A SU SERVICIO

Podemos clasificar los hornos por su servicio en: •

Calentar o vaporizar la carga (unidad de crudo)

•

Suministrar calor de reacción (reformado)

•

Llevar la carga a una temperatura elevada (cracking)

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3.6.1.1 Calentar o vaporizar la carga (unidad de crudo)

Hornos en los cuales tan solo se desea calentar el material a la temperatura que es necesario alcanzar hasta que es vaporizado parcialmente sin que se pretenda producir su descomposición o cracking, antes de entrar a la columna de fraccionamiento, donde se destila en fracciones tales como gasolina, nafta, gasóleo y fuelóleo, quedando un fondo de residuo atmosférico para tratamientos posteriores. Ejemplo de este tipo de Horno es el de crudo.

3.6.1.2 Suministrar calor de reacción (reformado)

Aquellos en que, además del calentamiento, se desean una descomposición química de los productos por un elevado nivel térmico. Este tipo se diseña para dar el máximo efecto "temperatura - tiempo" a las altas temperaturas de operación en unidades de cracking de destilados livianos, en las que no se utiliza una cámara de reacción. Se construye de modo que se obtenga una sección de reacción en el Horno mismo, donde se produce muy poco o ningún aumento de temperatura.

En una unidad de reformado catalítico, se mezcla la alimentación con hidrógeno, pasando a un horno donde se eleva la temperatura hasta iniciar la reacción que posteriormente continúa en una serie de reactores. En esta unidad se produce nafta de reformado con alto índice de octano para formular gasolinas.

3.6.1.3 Llevar la carga a una temperatura elevada (cracking)

Los hornos en que se desea obtener sólo una descomposición parcial del producto, efectuándose el resto en una cámara de reacción, generalmente no calentada exteriormente. Estos hornos son de diseño y construcción más

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difíciles, porque se tratan en ellos productos que muchas veces son extraordinariamente sensibles a las variaciones de las condiciones en que se efectúa el cracking. Se construyen para un efecto "temperatura - tiempo" que permita una temperatura de salida que asegure el funcionamiento efectivo de las cámaras de reacción, sin una descomposición excesiva en el Horno y el consiguiente depósito de coque en los tubos.

Un horno de cracking, en una unidad de etileno, precalienta la alimentación en la zona convectiva. A la salida se mezcla con vapor de agua para reducir la presión parcial de hidrocarburos. La mezcla pasa a la zona de radiación donde se produce el cracking de las cadenas más largas para producir otras más cortas, por ejemplo, obtención de etileno y propileno a partir de naftas.

Cualquiera que sea el tipo de horno empleado, se trata siempre de lograr la máxima absorción de calor compatible con el servicio que se pretende lograr. Desde este punto de vista, entre el gas y el fuel oíl como combustible, es preferible emplear el primero tanto como sea posible, porque las llamas de fuel oíl irradian muy intensamente y tienden, por lo tanto, a causar recalentamientos locales.

3.6.2 HORNOS DE ACUERDO A SU FORMA

Podemos clasificar los hornos por su forma en: • Tipo de caja o cabina (box heaters) • Tubos horizontales (Calentamiento simple) • Tubos horizontales (Calentamiento doble) • Tubos Verticales (Calentamiento doble) • Tipo cilindro vertical

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En la figura 15, se observa las diferentes formas de los hornos de crudo

3.6.2.1 Tipo de caja o cabina

Consisten en un set de cuatro paredes un suelo y un techo generalmente de acero con

aislamiento interior de ladrillos refractarios. La sección de

convección se sitúa en la

parte superior y seguidamente se monta

la

chimenea. Los tubos de la sección de radiación se montan a lo largo de las paredes y la llama se genera a través de unos quemadores (burners).

3.6.2.2 Tubos horizontales (Calentamiento simple)

Los tubos están montados horizontalmente en la pared lateral más larga en una capa simple. Se pueden montar varias series de tubos en paralelo en función del caudal. Se colocan a una distancia de la pared de 1,5 veces el diámetro de tubería La sección de convección se monta directamente sobre la zona de radiación y consiste en un banco de tubos con distribución triangular equilátera y una separación de dos veces el diámetro de tubería.

3.6.2.3 Tubos horizontales (calentamiento doble) En este caso están los tubos montados en el centro colgados sobre soportes.

3.6.2.4 Tubos Verticales (Calentamiento doble) Los tubos se colocan verticalmente en el centro del horno. Calentándose lateralmente.

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3.6.2.5 Tipo cilíndrico vertical

Consisten en un casco cilíndrico aislado colocado verticalmente con piso aislante y techo generalmente plano. Los quemadores se sitúan en el suelo. Los tubos se sitúan verticalmente con flujo ascendente-descendente. La sección de convección es similar a la de los de tipo caja o cabina.

Figura 15. Hornos para refinerías en general. (API 560, 2008)

3.7 PARTIDA DEL BALANCE ENERGÉTICO Un horno petroquímico es considerado como una caldera, ya que su funcionamiento es similar, con la diferencia que calienta crudo, para su posterior destilación. Por tal motivo para el balance energético del horno se seguirán los pasos como si fuese una caldera:

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En la Figura 16, se puede observar las diferentes energías que intervienen en el horno CH-001.

Calor sensible del combustible (CC) Calor sensible del crudo de salida (QCUS) Calor de combustión (CCO) Calor sensible del vapor que sale del recuperador (QVSR) Calor sensible del aire de combustión (Qa) Calor sensible de los gases de combustión (Qgc) Calor aportado por el Vapor de atomización (QVq) Calor de in-quemados gaseoso (Qig) Calor sensible del crudo a calentar (QCUE) Calor de in-quemados sólidos (Qis) Calor sensible del vapor que ingresa al recuperador (QVER) Calor por radiación (QR) Perdidas (P)

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Figura 16. Balance Energético de un horno o caldera. (Eduardo Cazar, 2008)

3.8 CLASIFICACIÓN Y EL FENÓMENO DE LAS FALLAS

Decimos que algo falla cuando deja de brindarnos el servicio que debía darnos o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones de diseño con las que fue construido o instalado el equipo.

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3.8.1 FALLAS TEMPRANAS

Ocurren al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del total de fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño o de montaje.

3.8.2 FALLAS ADULTAS

Son las fallas que presentan mayor frecuencia durante la vida útil. Se derivan de las condiciones de operación y se presentan lentamente (depositación de coke, combustible, deformaciones, corrosión etc.)

3.8.3 FALLAS TARDÍAS

Representan una pequeña fracción de las fallas totales, aparecen en forma lenta y ocurren en la etapa final de la vida del equipo

3.9 PRINCIPALES CAUSAS DE DETERIORO O FALLAS DEL HORNO Aspectos generales Todos los equipos de una refinería sufren deterioro como resultado de las condiciones a las que están expuestos. Operando a condiciones normales, generalmente ocurre la pérdida de metal y ocasionalmente cambios estructurales o químicos en el metal que resultan sin pérdida de material. Cuando el equipo está sometido a condiciones anormales el deterioro es mucho más rápido. Condiciones anormales pueden darse debido a operaciones mal efectuadas. Los equipos y materiales usados en una 58

refinería se basan en especificaciones, las cuales tienen en cuenta las condiciones a las cuales los equipos operarán y son normalmente basadas en códigos y estándares internacionales. La función de un inspector, es asegurarse que el equipo esté en condiciones óptimas para operar, por lo que es de suma importancia reconocer y estudiar las causas de las fallas. Los equipos en operación deben ser inspeccionados periódicamente para establecer una medida del desgaste del metal, ya que esa variación determinará la frecuencia de las inspecciones y la predicción de la vida útil del equipo. Cuando el deterioro no va acompañado por pérdida del metal, ésta frecuentemente se muestra como una grieta difícil de reparar con soldadura. En estos casos un examen metalúrgico se requiere para determinar la causa exacta. Contaminantes en los fluidos manejados en los equipos de presión, como el azufre, el cloro, el ácido sulfúrico, hidrógeno, carbono, cianuros, ácidos, agua, u otras especies corrosivas reaccionan con los metales y causan corrosión. Las fallas por fatiga en los equipos de presión, pueden ocurrir debido a las temperaturas cíclicas y los cambios de presión. Cuando se sueldan metales con coeficientes térmicos de expansión diferentes, pueden resultar ser susceptibles a la fatiga térmica y algunas veces las grietas se inician cuando el equipo está parado y a temperatura ambiente. En algunas operaciones se presentan múltiples condiciones causantes de deterioro, como la corrosión y la erosión. Debido a estos factores la pérdida del espesor del metal es bastante elevada, informes de dichas pérdidas (desgastes) son muy relevantes para los cálculos de la vida útil de los equipos. La pérdida de metal, no siempre es constante, pero está en función de ciertas variables como sal y sulfuro que contiene el petróleo crudo y temperaturas de operación. Cuando un equipo es sometido a temperaturas más altas de las que fue diseñado, a menudo ocurren alteraciones como ablandamiento, pudiendo

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resultar en una falla en los puntos de concentración de esfuerzos. Cualquier equipo que ha sido expuesto a temperaturas anormales debe considerarse debilitado. A temperatura de congelamiento, el agua y algunos químicos manejados en los equipos pueden congelarse, causando roturas en cañerías y estanques. La mayoría de las fallas en los equipos por sobre presión ha sido por excesivas temperaturas del metal, en estos casos, aunque tengan válvula de seguridad, el metal puede llegar a ser tan débil que la falla ocurre a presiones bajo la apertura de la válvula de seguridad, sin embargo rara vez presiones excesivas contribuyen a la falla de un equipo porque normalmente están protegidos por válvulas de seguridad.

3.9.1 CORROSIÓN Es la destrucción o alteración gradual de un metal o aleación al tender a regresar a su estado natural, causado por un ataque químico directo o por una reacción electroquímica. Tipo, grado y velocidad de la corrosión dependen de las características del fluido cargado en el equipo. En este caso, es "crudo" que circula por los serpentines de los hornos para calentarlo y enviarlo posteriormente a las torres de destilación atmosférica. Un porcentaje de la carga está formada por los denominados contaminantes, azufre, cloro, sedimentos, etc. La cantidad de estos ácidos presentes determinan el grado, tipo y velocidad de corrosión que tendrán los metales. La corrosión es particularmente notoria en el interior de los tubos donde se unen los tubos con los acoples (fittings). Esta corrosión es llamada "corrosión galvánica". Este tipo de ataque ocurre cuando dos metales distintos están en contacto en presencia de un medio electrolítico. La tendencia de los metales a

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corroerse dependerá de sus diferencias de potencial, que es la fuerza que impulsa la reacción de corrosión. Además, mientras mayor sea la conductividad del medio, mayor será la corrosión. El mayor desgaste de los metales en este tipo de zonas se debe también a la erosión producida por la discontinuidad de pared en estos sectores. (Pared no lisa). Otros tipos de corrosión son las llamadas "corrosión por agrietamiento" y "corrosión por fatiga". La corrosión por agrietamiento se define como el agrietamiento o fisura del material bajo los efectos combinados de los esfuerzos (estáticos), a los cuales están sometidos los elementos, y de la corrosión. Este tipo de corrosión no se percibe a simple vista. En la corrosión por fatiga, el material se agrieta bajo la acción combinada de la corrosión y de los esfuerzos cíclicos. Por otro lado, los combustibles quemados en los hornos para calentar la carga, son una mezcla de fuel oil y fuel gas. Cuando este combustible tiene un alto contenido de azufre, uno de los productos de combustión formados y depositados en las superficies exteriores de los tubos y en la pared interior del casing, es el sulfato de azufre. El sulfato es inofensivo durante los periodos de operación, pero cuando estos depósitos se dejan enfriar éste se torna altamente higroscópico y absorbe humedad del ambiente, produciéndose ácido sulfúrico que ataca todo metal con el cual toma contacto. Esto es particularmente grave en las paredes de las cubiertas metálicas interiores de los equipos, las cuales se encuentran más frías que el resto del equipo, depositándose el H2SO4 provocando graves daños por corrosión. Esta corrosión es altamente localizada, por puntos (pitting). Este tipo de corrosión es muy destructivo ya que con una mínima perdida de material se pueden producir agujeros por los cuales se producirán escapes o infiltraciones de productos no deseados.

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Ataca particularmente en lugares en donde se puede depositar y acumular el ácido (hendiduras, recovecos, etc.). La única manera segura de detectar éste tipo de corrosión es mediante inspección visual y con radiografías, e incluso para asegurarse, las superficies inspeccionadas deben estar limpias

3.9.2 OXIDACIÓN Y DESCASCARAMIENTO

La oxidación y el descascaramiento ocurren por el exterior de los tubos y puede estar en un solo lugar o a lo largo de todos los tubos del horno, es el resultado de un sobrecalentamiento (junto con la suciedad de los tubos debido a los productos de combustión y la presencia de oxígeno), que lleva a un aumento de temperatura de metales a niveles tales que la oxidación ocurre. El óxido forma una capa o cascara protectora muy dura sobre el tubo, variaciones en la temperatura del metal provocan deformaciones del mismo haciendo que esta cascara se rompa y se desprenda produciéndose un descascaramiento del tubo dejando una superficie limpia a la vista en la cual comienza nuevamente el proceso de oxidación. Este descascaramiento continuo produce una disminución del espesor de la pared de los tubos. Ciertos elementos de aleación (Cr, Si, Al), aumentan la resistencia a la oxidación hasta aproximadamente 600ºC. Para mayores temperaturas se necesita una aleación con mayor porcentaje de Cr para resistir mejor la oxidación. Los daños producidos por la oxidación exterior de la carcaza (casing) del horno, se deben principalmente a las condiciones climáticas y de los gases industriales en el ambiente. En un ambiente húmedo, la oxidación de la superficie es mayor, sobre todo si se encuentra sin pintar.

3.9.3 DEFORMACIONES EN TUBOS

Los tubos se deforman debido a una disminución en su resistencia estructural causado por una temperatura desigual a lo largo del tubo. Los

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hundimientos y abolladuras se localizan preferentemente a la altura de los soportes. Esta disminución de la resistencia de los metales por las altas temperaturas y esfuerzos por largos periodos de tiempo puede causar en los tubos, deformaciones localizadas o creep.

La falla por creep puede

prevenirse usando valores de esfuerzos basados en las propiedades de los metales a altas temperaturas. El creep

se produce cuando hay

sobrecalentamiento localizado, en la cual el tubo no puede resistir los esfuerzos por estar sometido a presión.

3.9.4 CREEP, SUCIEDAD DEL COMBUSTIBLE Y MALA ATOMIZACIÓN

El creep o termo fluencia, es un fenómeno el cual produce deformación inelástica en función del tiempo, para tensiónes constantes aplicadas en materiales que se encuentran a determinadas temperaturas. Los tubos y acoples (fittings) de los serpentines sufren daño por creep dado que por ellos circula el crudo a altas temperaturas y presiones, causando la ruptura de tubos después de un largo período de operación. Una presión excesiva puede causar un rápido creep del metal resultando en pandeos, agrietamientos y roturas. Las materias minerales de los aceites residuales utilizados como combustibles de los hornos, no es posible extraerlos a través del desalado del crudo estos son: sodio, calcio, magnesio y sales de hierro, presentes en las soluciones salinas emulsificadas existentes. Al quemar todos estos elementos es lógico que los quemadores se ensucien. La mala atomización se produce cuando no son correctos los porcentajes de vapor y combustibles, o cuando el vapor de atomización no tiene la presión y temperaturas necesarias para atomizar el combustible. Esta es una falla del operador del horno y es muy ocasional pero, cuando sucede, ensucia de tal forma el quemador, que este debe ser retirado y limpiado. La mezcla quemada en los hornos, contiene vapor y combustible (fuel oil y fuel gas), los cuales son atomizados al interior del hogar.

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3.9.5 COQUE, CONDICIONES DEL FUEGO Y VELOCIDAD DE LA CARGA

Algunos tipos de "cargas" se descomponen y producen depósitos de coque o sales en las paredes interiores. Estos, aunque no son causa directa del deterioro, tienen influencia en la temperatura del metal causando deterioro secundario. Remover estos depósitos puede causar erosión. Al formarse coque, dificulta el flujo y la capacidad del equipo, también disminuye la transmisión de calor, por la condición relativamente aislante del coque, y considerando que se controla una temperatura de salida en cada serpentín (coil), se obtiene una disminución de la eficiencia. Aumentando el calor aportado al horno y temperaturas de metal en las caras expuestas a la radiación. Aumentando la temperatura de metales, la resistencia de ellos disminuye. Las temperaturas no deben exceder de ciertos valores máximos recomendados por el fabricante que dependen de la presión de trabajo y de la naturaleza del metal de los tubos. Port otra parte, si la velocidad del fluido por los tubos es muy baja, se puede producir recalentamientos locales y formación de coque. La temperatura del metal de los tubos varía a lo largo de los mismos y de un tubo a otro según la ubicación del tubo dentro del horno. Una de las causas de esto es el fuego del horno inadecuado, es decir, mal control de la forma y tamaño de las llamas, estas pueden estar chocando en los tubos directamente

lo

cual provoca

recalentamientos localizados (con

la

consiguiente formación de coque), y una rápida oxidación junto con cambios metalúrgicos (microestructurales) y erosión. Cuando el control del fuego es ineficiente y parte del combustible no se quema en el horno, este puede sufrir su ignición en la chimenea o en el hogar, provocando explosiones las cuales dañan gravemente el recubrimiento refractario y aislante el cual debe ser inspeccionado brevemente. En hornos cuya carga es superior a 2500 m³, como es el caso de los hornos de Topping y Vacío, el flujo se divide en varios serpentines paralelos para mantener las pérdidas de carga en niveles aceptables. Esta división tiene el

64

inconveniente que si la resistencia al escurrimiento en un ramal es mayor que en otro, la velocidad será menor en aquél. Si la velocidad llega a ser muy baja, se puede producir recalentamientos locales y formación de coque, lo cual aumenta la resistencia al escurrimiento por ese ramal haciendo que la velocidad sea menor agravándose así el problema.

3.9.6 FRAGILIZACIÓN, Y AMPOLLAMIENTO POR HIDRÓGENO

El daño por hidrógeno se presenta en todos los equipos fabricados en base a aleaciones ferrosas de microestructura ferrítica, la ferrita el micro constituyente más sensible al hidrógeno. La presencia de hidrógeno en los aceros afecta la resistencia máxima y la ductilidad. El daño por hidrógeno incluye diferentes fenómenos: La fragilidad, el ataque y ampollamiento por hidrógeno. No solo las altas temperaturas afectan a los metales, sino también las bajas. Debajo de los 430ºF, ocurre la fragilización y el ampollamiento. Un ejemplo sería una tubería que contiene crudo de ácido mixto con la salmuera. La fragilización, causada por la infiltración de hidrógeno en el metal, reduce la ductilidad del metal y el esfuerzo tensor. Los aceros inoxidables austeníticos son esencialmente inmunes al daño de hidrógeno. Sin embargo, bajo el trabajo del frío severo, los austeníticos pueden transformarse en martensita y ponerse susceptibles al daño. Semejante condición puede descubrirse debido a que el acero está adquiriendo un alto grado de magnetismo.

3.9.7 ATAQUE POR HIDROGENO EN ACEROS AL CARBONO

Los aceros al carbono cuando se encuentran expuestos a ambientes con hidrógeno a temperaturas de aproximadamente 220ºC y con el hidrógeno a mayores presiones y temperaturas aumenta la factibilidad que el hidrógeno

65

atómico penetre en la estructura del metal reaccionando con el carburo de fierro y otros, conforme aumenta la presión interna, se forman huecos y grietas, reduciendo la resistencia y ductilidad en los aceros. El ataque por hidrógeno es básicamente una reacción por descarburización, que degrada las propiedades del material a las temperaturas de operación y puede llegar al fisuramiento, mientras que en los aceros aleados con carburos estables de Cromo, Vanadio, Niobio y Molibdeno la susceptibilidad al fisuramiento es menor. El ataque por hidrógeno puede ser superficial o interno, causando en los dos casos descarburización. La susceptibilidad al ataque por hidrógeno en los aceros ferríticos puede ser estimada con las "curvas de Nelson", como lo muestra la Figura 17.Las cuales indican la región de temperatura y presión en la cual un acero específico puede sufrir el ataque.

Figura.17 Curva de Nelson (Heat Exchanger Design Handbook, 2003)

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El daño en los aceros empieza por un período llamado tiempo de incubación, durante el cual los cambios en las propiedades no son detectados con los ensayos rutinarios. Después del tiempo de incubación, las burbujas crecen rápidamente con el tiempo llegando a la saturación, generando fisuras. Los factores que afectan al ataque por hidrógeno se clasifican como: • Variables del medio ambiente (presión, temperatura y esfuerzos). • Variables del material (contenido de aleantes, impurezas, tratamientos térmicos, tamaño de grano, trabajado en frío).

3.9.8 DESPRENDIMIENTO Y CAÍDA

Cuando se desprende parte de la aislación y recubrimiento de las paredes, la cubierta exterior del horno (casing) queda expuesta a mayores temperaturas, a llama y a la acción directa del azufre, oxígeno y vanadio presente en los humos. Esto hace que la vida útil de la parte de metal expuesto sea muy inferior a lo presupuestado debiendo detenerse el horno para reemplazar la parte afectada. Además este desprendimiento aumenta las pérdidas de calor al ambiente con el consecuente aumento en el consumo de combustible para calentar la misma carga de crudo.

3.9.9 CAMBIOS MICROESTRUCTURALES

Aceros expuestos a temperaturas altas y cargados por largos periodos de tiempo, sufren cambios metalúrgicos. Estos cambios pueden producir efectos tales como carburización, descarburización, crecimientos de granos y agrietamientos por los esfuerzos. Estos fenómenos causan una reducción general de las propiedades mecánicas (resistencia al esfuerzo, ductilidad, etc.) que eventualmente

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pueden llevar a una falla total del metal. Metales, como acero con 5% Cr y 0,5% Mo con fósforo y otros elementos sobre 0,015%, pueden ser afectados por endurecimiento por precipitación después de un largo período de tiempo expuestos a altas temperaturas del horno. El resultado son microfisuras por pérdida de ductilidad y capacidad de deformación elástica (el material se fragiliza). También las tensiones debido a las variaciones de temperatura junto con la fragilización del material, ayudan al crecimiento de las microfisuras originando grietas macroscópicas que se transforman en roturas. Esto sucede cuando los elementos nombrados (Cr, Mo, etc.), se precipitan a los límites de grano después de más o menos un año expuestos a temperaturas de 300ºC - 600ºC. El fenómeno de carburización no es muy importante en los hornos de Topping (destilación atmosférica) y vacío debido a que los rangos de temperaturas en los que trabajan no son muy altos.

3.9.10 PÉRDIDA DE PROPIEDADES MECÁNICAS

Este fenómeno es especialmente notorio en los tubos de los serpentines. El que un material pierda sus propiedades mecánicas significa que disminuyen los valores de resistencia a esfuerzos (de ruptura y fluencia) y disminuye la ductilidad del material debido principalmente a la carburización, crecimiento de granos y agrietamiento por los esfuerzos lo cual hace que el material se torne frágil. Esto significa que es más fácil que los tubos, por ejemplo, se rompan ante cambios bruscos de presión y/o temperaturas propios de la dinámica de operación del horno, eventualmente pueden llevar a una falla total del metal El fenómeno de carburización no es muy importante en los hornos de Topping (destilación atmosférica) y vacío debido a que los rangos de temperaturas en los que trabajan no son muy altos. (Sin embargo más a delante se lo define)

68

3.9.11 CAMBIOS FÍSICOS Y METALÚRGICOS

Todos los metales y aleaciones están expuestos a sufrir cambios a elevadas temperaturas y cargados por largos periodos de tiempo o por efecto de otro tipo de fallas. Estos cambios pueden ser clasificados en dos categorías: a) cambios estructurales y b) cambios químicos. Metales y aleaciones están compuestos de uno o más tipos de pequeños cristales, a menudo llamados "granos." El cambio estructural se refiere a cualquier cambio que ocurre en el cristal o grano.

a). Cambios estructurales:

• Crecimiento de granos: Mientras más pequeño el tamaño del grano en un metal o aleación, puede soportar más esfuerzo de tensión, entonces se producen mejores metales con un tamaño de grano adecuado para las condiciones de operación en que serán usados, y cualquier cambio en este tamaño es perjudicial. Cuando los aceros calentados sobre una cierta temperatura (135 ºF para los aceros blandos), ocurre el crecimiento de grano y esto lleva a bajar la resistencia a la tensión, disminuyendo el factor original de seguridad. Los aceros de aleación de níquel-cromo sufren crecimientos de granos cuando es calentado sobre aproximadamente 1600ºF.

b) Cambios químicos metalúrgicos:

La composición química de un metal como opuesto a un cambio estrictamente estructural o cambio de fase. Los cambios de composición química pueden producir completamente nuevas estructuras, acompañados de cambios en las propiedades. Sometido 69

a las altas temperaturas, los elementos y compuestos químicos tienen poco o ningún efecto en los metales y aleaciones, pero a temperaturas atmosféricas

pueden

ponerse

sumamente

destructivos,

produciendo

agrietamientos severos, desintegración, fragilización o debilitamiento en los materiales. La Carburización: Es la difusión de carbono sólido en el acero en contacto con un material carbonífero (como es el petróleo procesado) a altas temperaturas, tendiendo a endurecer los aceros ferríticos, de esta forma, si un acero carburizado se enfría después de estar sometido a un largo periodo de tiempo a las altas temperaturas, es posible que se

fisure. La

carburización aumenta rápidamente con los aumentos de temperaturas, se encuentra a menudo donde está presente el coke, sin embargo, cuando en los tubos del horno se presenta el coke, aumenta la temperatura del metal. Por esta razón, es difícil determinar si la presencia del coke o las temperaturas altas del metal llevan a la carburización.

70

ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para la elaboración del manual de procedimientos a seguir para el mantenimiento preventivo y correctivo de un horno de crudo en el complejo industrial Shushufindi es necesario conocer los pasos a realizarse en este proceso. Para la elaboración de dicho manual es necesario conocer la norma API 560. La cual nos ayuda a determinar los componentes, configuración del horno de crudo y las principales fallas que sufren los equipos.

4.1 “ELABORACIÓN DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Y

CALENTAMIENTO

CORRECTIVO DE

DE

CRUDO

EN

UN EL

HORNO

DE

COMPLEJO

INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S)”

SECCIÓN I

MARCO LEGAL

Este manual proporcionará una fuente de consulta e información, con el fin de cumplir una operación correcta y segura de los hornos que existen en el C.I.S. Cabe indicar que es aplicable únicamente dentro de las facilidades del C.I.S operada por Petroindustrial EP. Los datos de operación, información de los

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equipos están a disposición del personal operativo y de mantenimiento, para el uso en el campo únicamente.

SECCIÓN II INTRODUCCIÓN

La elaboración de un manual de mantenimiento preventivo y correctivo para aplicar a un horno de crudo en el Complejo Industrial Shushufindi provee normas y regulaciones de diseño establecidas en la norma antes mencionada.

SECCIÓN III

1.

OBJETO

El objeto de este manual tanto preventivo como correctivo es dar a conocer al personal operativo, supervisores, superintendente la forma adecuada de realizar el mantenimiento al horno de crudo, mientras se encuentra operativo o fuera de servicio.

2.

ALCANCE

Este procedimiento aplica al Complejo Industrial Shushufindi, puntualmente al equipo utilizado en el calentamiento del crudo (horno) previo a la entrada a la torre de destilación atmosférica.

74

3.

DOCUMENTOS DE REFERENCIA

API 560 API 530 NORMA EP PETROECUADOR SI-008 NORMA EP PETROECUADOR SI-003

4.

DEFINICIONES Y TERMONILOGÍA

P&ID: (pipe and intrumentation diagram) Termografía: El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. Manómetros: El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. Corrosión: Es la tendencia de un material en especial metálico a regresar a su estado natural. Mirillas: pequeñas ventanas a través de las cuales se observa en interior del horno, especialmente el hogar del horno. Dámper: Persiana que se encuentra ubicada en la chimenea del horno. Termocupla: par de conductores de materiales distintos unidos entre si que generan una fuerza electromotriz cuando las dos uniones están a distintas temperaturas. Válvulas de control: Realiza la función de variar el caudal de fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable.

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SECCIÓN IV

5.

RESPONSABILIDAD

Es responsabilidad del Complejo Industrial Shushufindi, del superintendente, supervisores y funcionarios delegados para realizar el mantenimiento en el horno de crudo, cumplir con los procesos descritos, con el fin de realizar los respectivos cambios, conexiones y funcionamiento correcto establecidos en la norma anteriormente mencionada.

6.

DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES

MANTENIMIENTO DE LOS EQUIPOS, GENERALIDADES Y DEFINICIONES Equipos y maquinarias tanto rotativas como estáticas necesitan de un mantenimiento, como es el caso de los hornos y el resto de equipos de una refinería. Con preferencia se debe implementar el mantenimiento preventivo, para no tener que recurrir al mantenimiento correctivo (planificado) o correctivo de emergencia (no planificado).

Historia del mantenimiento El mantenimiento fue "un problema" que surgió al querer producir continuamente, de ahí que fue visto como un mal necesario, cuya finalidad era optimizar la disponibilidad de los equipos reparando desperfectos en forma rápida y barata

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En general el mantenimiento se desarrolló en tres periodos: •Ejecución sin planeamiento y sin control (periodo de 1914 a 1930). •Ejecución con planeamiento y sin control (periodo de 1930 a 1950). •Ejecución con planeamiento y con control (de 1950 en adelante). Estas situaciones evolutivas se caracterizan por la reducción de costos y aumento de fiabilidad y disponibilidad de los equipos.

Definición de mantenimiento

Conjunto de actividades requeridas para mantener un equipo o instalación en determinada condición o bien restaurar las condiciones requeridas de operación permitiendo alcanzar confiabilidad para operar los equipos e instalaciones industriales en general. El mantenimiento es un aspecto en la industria que requiere de vigilancia constante e incluye limpieza, lubricación, ajustes, inspección, reparación, mejoras y seguridad apegándose a las normas medioambientales vigentes.

Objetivos del mantenimiento

La labor del departamento de mantenimiento, está estrechamente relacionada a la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya que tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, la maquinaria, herramienta y equipo de trabajo, permitiendo un mejor desenvolvimiento y seguridad evitando en parte riesgos en el área laboral. Optimizar la disponibilidad del equipo de tal manera que opere de acuerdo a su capacidad de diseño y para la función que fue destinado, en condiciones de seguridad

y economía basándose en un programa definido de

producción.

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Otros objetivos:

Evitar, reducir y reparar fallas en los equipos. Minimizar la gravedad de las fallas que no puedan evitarse. Optimización de la disponibilidad del equipo productivo. Evitar accidentes o paros de equipos, aumentando la seguridad para el personal. Optimización de los recursos humanos. Disminución de los costos de mantenimiento. Prolongar o alcanzar la vida útil de los equipos.

Clasificación y tipos de mantenimiento

En las operaciones de mantenimiento podemos diferenciar las siguientes definiciones, como nos indica la Figura 18.

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Mantenimiento

De Conservacion

De actualizacion

Correctivo

Preventivo

Diferido

Inmediato

Directo, Programado o

Indirecto , Predictivo o

(FMT)

(CBM)

De Oportunidad

Figura 18. Clasificación y tipos de mantenimiento (Amanda Mena, 2013)

Mantenimiento de conservación

Compensa el deterioro causado por el uso, los agentes meteorológicos u otras causas. En el mantenimiento de conservación pueden diferenciarse el mantenimiento correctivo y el mantenimiento preventivo.

Mantenimiento correctivo

Corrige los defectos o daños observados al haber inspeccionado el equipo, el mismo que se divide en mantenimiento correctivo no planificado y planificado.

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a)

Mantenimiento

correctivo

no

planificado

(inmediato):

Es

el

mantenimiento de emergencia que se realiza inmediatamente de haber notado el daño o defecto para corregir una falla imprevista con los medios disponibles, destinados a ese fin apegándose a las normas de seguridad.

b)

Mantenimiento

correctivo

planificado

(diferido):

Se

conoce

anticipadamente que partes del equipo van a ser suplantadas una vez que el equipo se encuentre totalmente sin actividad(parado) y se efectúe la o las correcciones necesarias previstas para lo cual se debe tener listo equipo, herramientas, repuestos, materiales, personal adecuado y condiciones de seguridad para ejecutar el trabajo.

Mantenimiento preventivo

Destinado a garantizar la fiabilidad de equipos en funcionamiento antes de que pueda producirse un accidente o desperfecto por deterioro. En el mantenimiento preventivo tenemos: a) Mantenimiento programado o preventivo directo también conocido como

FMT

(Fixed

mantenimientos

con

Time

Maintenance):

cierta

frecuencia

se

realiza

dependiendo

revisiones

del

equipo

y o

acogiéndose a las recomendaciones del fabricante, puede ser por tiempo de funcionamiento, Como ejemplo tenemos lubricación, limpieza, calibración.

b) Mantenimiento Preventivo Indirecto , predictivo CBM(Condition base Maintenance): se realiza las inspecciones mediante un seguimiento de su funcionamiento basado en el historial del equipo determinando su evolución, mediante el control de la condición de operación del equipo tomando en cuenta parámetros como vibración, temperaturas diferencial de presiones, determinar fisuras o fallas mediante rayos x.

80

C) Mantenimiento de oportunidad: Es aquel que aprovecha las paradas o periodos de no uso de los equipos para realizar las operaciones de mantenimiento, realizando las revisiones o reparaciones necesarias para garantizar el buen funcionamiento de los equipos en el nuevo periodo de uso.

Mantenimiento de actualización

El propósito es renovar los equipos obsoletos con equipos actualizados o con tecnología de punta que se apeguen a las nuevas exigencias, ya que en el momento de su construcción aun no existían o no fueron tomados en cuenta.

VARIABLES MEDIDAS Y CONTROLADAS EN LA INDUSTRIA

Las variables que generalmente se utilizan, (que son medidas y controladas) en la industria Petrolera son: Presión Nivel Temperatura Flujo (caudal o gasto)

Presión: Se define como fuerza por unidad de área.

Nivel: Altura que alcanza un fluido, hace referencia a una "altura" relativa a otra altura; generalmente se toma como punto de referencia una base.

Temperatura: La temperatura es la medida de la energía (calor) interna de una sustancia que es medida mediante un termómetro.

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Flujo (caudal): es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo. Se denomina también caudal volumétrico o índice de flujo fluido, y que puede ser expresado en masa o en volumen

Donde: = caudal (m³/s) = velocidad (m/s) = área de la sección transversal de la tubería (m²)

Orden jerárquico del departamento de mantenimiento (de mayor a menor)

1. SUPER INTENDENTE 2. INTENDENTE 3. COORDINADOR SÉNIOR 4. COORDINADOR 5. ANALISTA SÉNIOR 6. SUPERVISOR 7. ANALISTA 8. ASISTENTE 9. TÉCNICO 10. AUXILIAR (CUADRILLA OCACIONALES)

Permiso u orden de trabajo

Es el instructivo mediante el cual se faculta al área de mantenimiento a ejecutar una tarea. Permisos de trabajo en frio. Permisos de trabajo en caliente.

82

En el Anexo 10, se señala la Norma “PETROECUADOR SI-003 PERMISOS DE TRABAJO” que se aplica en las instalaciones de petroleras de EP Petroecuador.

Nota: Una vez obtenido el/los correspondiente permiso de trabajo, por parte del Coordinador de Planificación de Mantenimiento a Mantenimiento de Instrumentos ya sea que se vaya a realizar mantenimiento con equipo prendido (operando) o equipo parado (apagado), se procede a realizar la intervención al equipo. Cabe destacar que el mantenimiento a un horno de crudo se lo realiza tanto operando como parado según corresponda.

Tareas de mantenimiento en el C.I.S

Las tareas de mantenimiento en función del tiempo para los hornos del CIS están divididas de la siguiente manera:

Mantenimiento mecánico

•

Mantenimientos Semanales (con equipo en servicio)

•

Mantenimiento Quincenal (con equipo en servicio

•

Mantenimiento Mensual (con equipo en servicio)

•

Mantenimiento Trimestral (con equipo apagado)

•

Paro programado anual (con equipo apagado)

•

Mantenimiento (con equipo en servicio) para comprobar operación optima del equipo, luego de haber realizado el paro.

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Mantenimiento de lazos de control

El mantenimiento de lazos de control de nivel, presión, temperatura y flujo se los realiza de la siguiente manera: •

Mantenimiento quincenal (equipo en servicio)

•

Mantenimiento anual por paro programado (equipo parado)

Nota: En caso que se vaya a realizar un paro programado se procede a bloquear y/o liberar las “Energias Peligrosas” del horno de crudo por parte de operación (operador) y debe entregar el equipo a Mantenimiento Mecánico totalmente liberado (parado) y completamente desenergizado. Una vez concluido con el trabajo el departamento de mantenimiento de instrumentos hace la entrega a Operación, se cierra la orden de trabajo y se ingresa la información al software corporativo de mantenimiento para ser archivado en el registro histórico

Bloqueo de energías peligrosas

Nota: antes de ejecutar cualquier tarea de mantenimiento se debe tomar todas

las

precauciones

necesarias

y

medidas

de

seguridad

correspondientes, con la finalidad de evitar accidentes con el personal e instalaciones.

Reconocimiento del equipo

Debe conocer cuáles son las fuentes de energía que están presentes y cómo deben ser liberadas de forma correcta, para lo cual siga los pasos siguientes:

84

1.

Identifique las diferentes fuentes de energía y su ubicación

2.

Revise dibujos (P&ID´s) y manuales del fabricante (Anexos L y M)

3.

Determine la razón por la que se va a intervenir dicho equipo:

Mantenimiento rutinario Falla mecánica Limpieza, etc. Verifique si hay otros equipos alimentados por la misma fuente. Si son algunas las personas que trabajaran en la tarea de mantenimiento asegurarse de tener el número suficiente de etiquetas. Verifique que dispone de dispositivos de restricción (cadenas, candados y etiquetas adecuadas para el equipo a ser intervenido, en el Anexo 10 se observa la norma ‘’PETROECUADOR SI-008 SEÑALES DE SEGURIDAD’’. Tenga en cuenta las normas de seguridad industrial y protección del medio ambiente que corresponde. Observe que no existan sustancias químicas gases o fluidos a su alrededor con los que pueda entrar en contacto al realizar su trabajo.

Comuníquese con el resto del personal

Comunique a su superior y al resto del personal que van a intervenir en dicha área antes de realizar cualquier procedimiento de bloqueo en el equipo. Comunique lo que va a proceder a hacer y manténgase alejado del equipo.

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Corte la energía

Coloque a la maquina en suposición de reposo (Standby) si es posible antes de bloquear la fuente principal. Asegúrese que todos los controles tanto automáticos como manuales estén sin energía (apagados) Coloque una etiqueta de advertencia en todos los controles o botones a medida que los vaya desactivando para que no exista la posibilidad de que alguien los pueda manipular por error

Desconecte y bloquee todas las fuentes de energía

Bloquee y coloque una etiqueta en todas las fuentes de energías primarias. Cuando coloque los candados, trate de abrirlos para asegurarse que están bien cerrados. Luego, trate de activar el interruptor para asegurarse de que está bloqueado adecuadamente.

Energía eléctrica :

Bloquee todos los interruptores eléctricos que están abasteciendo el equipo, y asegúrese que no existan circuitos adicionales que puedan abastecer otras partes de la máquina y bloquéelos. Informe en caso de que se encuentre con interruptores obstruidos o rotos y no empiece su trabajo hasta que se haya solucionado y la energía pueda ser aislada en su totalidad. Antes de accionar un interruptor eléctrico, ubíquese a un costado del panel y gire su rostro hacia el otro lado.

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Al colocar un candado hágalo de tal forma que quede bien asegurado y verifíquelo

Energía hidráulica: Bloquee la bomba con el interruptor eléctrico del motor, espere que deje de moverse,

si

otros

equipos

son

abastecidos

por

la

misma

bomba, posiblemente tenga que bloquear las válvulas que controlan el flujo. Cierre y bloquee las válvulas tanto de entrada como de salida del equipo para prevenir que el fluido regrese al equipo y cause algún movimiento inesperado.

Energía neumática: Normalmente, válvulas bloquean el aire en el lado de la ruta de ida y le dan salida por la ruta de vuelta, de manera que se escuchará aire escapándose cuando se cierre.

Un compresor alimenta el sistema de distribución de aire y el bloqueo se realiza en las válvulas de control de flujo de la parte específica del equipo.

Energías secundarias

También debe liberar la energía secundaria o residual que queda acumulada en la máquina luego de haber bloqueado las fuentes de energía principales. Utilice el equipo adecuado para bloquear o fijar cualquier parte del equipo que pueda cerrarse, caer o moverse y causar lesiones.

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Presión residual En sistemas neumáticos, purgue la presión de los tanques o cierre la válvula de salida de cada tanque y bloquéela. En un sistema hidráulico, desactive los acumuladores en el circuito por relevo de la presión a través de las válvulas de alivio. Libere toda energía neumática o hidráulica restante acumulada en el sistema por mínima que sea o parezca. Siga paso a paso y en el orden debido todo el procedimiento especial para el equipo como lo sugiere el fabricante.

Energía eléctrica residual Los condensadores pueden acumular energía eléctrica aún después de haberse bloqueado el circuito principal, por lo que si es necesario se solicita servicios de un electricista ya que todos los condensadores del circuito tienen que descargarse por completo

Gravedad Fije cualquier parte móvil que pueda caer debido a la gravedad.

Energía mecánica Revise bien el equipo y localice cualquier tipo de energía mecánica acumulada y libérelo, por ejemplo un resorte comprimido o extendido. Espere hasta que partes rotativas o móviles del equipo, como los volantes y las levas, se detengan totalmente. Nunca intente detener una pieza en movimiento con la mano

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Energía térmica Las temperaturas extremadamente calientes o frías son peligrosas. Espere hasta que la energía térmica se disipe, o utilice el EPP (equipo de protección personal) adecuado.

Verifique el bloqueo y manténgalo vigente

Asegúrese que el bloqueo ha funcionado, no suponga que así fue. Una vez bloqueadas todas las fuentes de energía y toda la energía residual haya sido liberada, presione los controles del equipo y asegúrese que NO exista movimiento y que las luces indicadoras se encuentren sin energía. Inspeccione visualmente el equipo y verifique que todas las partes móviles se encuentren estáticas. Si el trabajo va a ser eléctrico use un voltímetro y asegúrese que no circule electricidad a través de los circuitos. Si tiene que remover un seguro para poder probar un equipo, asegúrese de volver a poner el seguro antes de realizar algún otro ajuste, aunque este sea mínimo.

Finalizar la labor de una forma segura

Al finalizar la reparación o el mantenimiento del equipo, asegúrese de haber retirado cada una de las herramientas que fueron utilizadas, frenos y cualquier otro equipo, coloque las protecciones otra vez en su lugar. Informe a todas las personas que tienen que ver con el equipo, que va a poner en marcha nuevamente y asegúrese de que todo el personal esté retirado a una distancia prudente.

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Si colocó etiquetas de advertencia en los interruptores de control, déjelas puestas mientras retira los seguros y vuelve a activar el equipo. Cuando esté seguro que el equipo está funcionando adecuadamente, retire las etiquetas e informe al resto del personal que la máquina está lista para su funcionamiento.

Evaluación del horno y sus partes

Antes de empezar cualquier acción de mantenimiento se realiza una evaluación del horno para en base a un diagnóstico realizado por los técnicos, obtener el/los permisos de trabajo.

Técnicas utilizadas en el diagnóstico de equipos

Para determinar las condiciones de los equipos y sistemas de proceso, se utilizarán distintas técnicas de diagnóstico, desarrolladas con la finalidad de que en su mayoría se las pueda realizar externamente y con el equipo en servicio ya que a lo largo de la vida útil de un horno las inspecciones internas son contadas, es importante conocer estas técnicas. •Inspección visual. •Medición de la temperatura. •Medición de espesor. (Interna) •Medición de eficiencia. •Termografía. •Detección de fugas. Medición de vibración.

90

Nota: Una “inspección técnica” se puede realizar tanto externa como internamente aunque la oportunidad de realizar una inspección interna es únicamente en un paro programado o de emergencia del equipo, donde se aplican las técnicas de inspección pertinentes a la situación del horno (en servicio o parado).

Inspección Externa

Hermeticidad del Horno. Ruidos extraños en quemadores y coloración de la llama Fugas en línea de suministro de crudo, sistema de vapor, combustible (gas-fuel oil) Accionamientos y mecanismos Cubierta aislante, no debe tener grietas, estar separada o desprendida del casing. Estado de la capa de pintura de aluminio anti óxido. Temperaturas en distintos lugares chimenea y superficie exterior del horno Revisión de Partes flojas Revisión de Manómetros, termómetros, válvulas Inspección de alarmas en sistemas de control Probar accionamientos y señales tanto en modo manual como automático

Inspección Interna

Formaciones de coque depositado en las paredes interiores de los tubos que no sólo dificulta el flujo y por lo tanto, la capacidad del equipo, sino también disminuye enormemente la transmisión del calor, por lo aislante del coque. 91

Disminución de resistencia en los tubos debido al aumento excesivo en la temperatura. Existencia de protuberancias, corrosión o pérdida de metal Medir espesores Distancia entre serpentines y paredes del horno, juntas de expansión guías y soportes Inspeccionar aislamiento Inspeccionar uniones soldadas Inspeccionar accesos al horno, mirillas ajuste de cabezales Estado de los ductos, chimenea y dámper Boquillas de fuel oil Instrumentos posibles fugas conexiones Revisar pistola de aceite (bayoneta), atomizador Chequear transmisores Chequear voltajes Señales de apertura y cierre Cableado y contactos Desmontar y calibrar y probar en laboratorio transmisor Desmontar y calibrar y probar en laboratorio convertidor I/P (Corriente/Presión) Desmontar, calibrar y probar en laboratorio válvula de control Estado de las termocuplas de metal, que permiten medir la temperatura de la superficie exterior de los tubos, la cual no debe exceder nunca de ciertos parámetros o valores máximos que dependen de la presión de trabajo y de la naturaleza del metal de los tubos. Historial del Horno (Histórico del sistema SCADA). Visualizar el muestreo de los datos con el fin de analizar el comportamiento de los procesos correspondientes a un período de tiempo determinado Encendido piloto Soplador de hollín

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Tendencias (Pantalla de Tendencias del sistema SCADA) Monitorear el comportamiento de las tendencias con respecto a las variables que se desea controlar como temperatura, presión con el objetivo de tener una información precisa del proceso a nivel general en la pantalla desarrollada para las tendencias los dos hornos; mostrando en tiempo real el comportamiento actual de la temperatura de decoking previo a la fase de destilación. Una vez realizada la respectiva evaluación del horno se procede a ejecutar los trabajos de mantenimiento de acuerdo a la especialidad

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Ejecución de los mantenimientos Mantenimiento Preventivo Emitir O/T en el sistema Aprobar O/T NO

SI ¿Necesita intervenir ATP?

Gestionar permisos “Inspección Técnica” Realizar evaluación técnica, mediante un informe de análisis de monitoreo.

Revisar O/T y distribuir de acuerdo al área Organizar Grupo de Trabajo Ejecutar las tareas de mantenimiento

Realizar análisis causa-efecto (si aplica) de la información presentada.

Aprobar el informe y emitir uno de la ATP Actualizar la base de datos principal de las tareas de mantenimiento de acuerdo al informe de la ATP Organizar grupo de trabajo Revisar la O/T y distribuir de acuerdo al área

ATP: Coordinación de Apoyo Técnico de la Producción

Ejecutar las tareas de mantenimiento

Figura 19. Diagrama de mantenimiento preventivo (Amanda Mena, 2013)

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MANTENIMIENTO CORRECTIVO

Emitir O/T en el sistema Aprobar O/T

SI

Determinar si son tareas de ajuste y calibración

NO Revisar O/T y distribuir de acuerdo al área

Gestionar los permisos de operación para la ejecución

Organizar Grupo de Trabajo

SI Verificar O/T, para ejecutar el mantenimiento

Realizar modificaciones (si es necesario)

¿Necesitan servicios externos de mantenimiento?

Revisar en el sistema existencia de repuestos e insumos

Realizar los trámites para la compra de bienes y/o contratación de obras o servicios

SI Ejecutar las tareas de reparación Verificar cantidades reales en bodega

NO

¿Están disponibles los repuestos e insumos necesarios?

NO Realizar trámites para compra de bienes

Solicitar a bodega los materiales mediante la orden de requisición de materiales Aprobar requisición de materiales (nivel superior a quien solicita)

Receptar, verificar y almacenar materiales entregados por bodega

Figura 20. Diagrama de mantenimiento correctivo Amanda Mena, (2013)

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Mantenimientos semanales (con equipo en servicio)

Responsable: Técnico de mantenimiento de caldería y soldadura Procedimiento: a) Detectar posibles ruidos extraños en quemadores. b) Inspeccionar sistema de combustible (gas fuel oil), verificar posibles fugas en líneas de alimentación. c) Inspeccionar sistema de vapor- combustión fuel oil, ver posibles fugas. d) Inspeccionar puertas de acceso, ver posibles fugas. e) Inspeccionar línea de crudo, controlar posibles fugas. Inspeccionar puerta de acceso, ver posibles fugas de gases de combustión, comprobar sello hermético f) Inspeccionar quemadores, ver estado de combustión, posible goteo, obstrucción de flujo en bayonetas, etc. g) Inspeccionar soplador de hollín, ver mecanismo de accionamiento, posibles fugas en línea de vapor. h)

Inspeccionar

“damper”,

revisar

cable

de

accionamiento

y

sus

mecanismos.

Mantenimiento quincenal (con equipo en servicio)

Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación Procedimiento: a) Detectar posibles ruidos extraños y registrar b) Inspeccionar partes flojas, ajustar tuercas y pernos.

96

c) Revisar Manómetros, termómetros, válvulas de seguridad y demás válvulas para asegurar que no estén rotas o flojas. d) Visualmente inspeccionar que la flama esté en condiciones óptimas del quemador e) Inspeccionar alarmas en sistemas de control.

Mantenimiento quincenal (con el equipo apagado)

Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación Procedimiento: a) Inspeccionar fugas de producto y otras anomalías b) Inspeccionar encendido de piloto, verificar que no existan taponamientos ni obstrucciones. c) Verificar accionamiento de válvulas de control apertura y cierre. d) Verificar indicadores de presión y temperatura de control e) Verificar secuencia de arranque del horno. f) Verificar el sistema de control, tablero de control.

Mantenimiento mensual (con equipo en servicio)

Responsable: Técnico de Mantenimiento de Caldería y Suelda Procedimiento: a) Inspeccionar simetría de llamas, formas asimétricas de llama indican generalmente que existe una obstrucción parcial o erosión (desgaste) en loa orificios de los quemadores corregir. 97

b) Inspección de coloración de llamas; se considera mala combustión en los siguientes casos: 1.- Llama con coloración azul oscuro, naranja oscuro y negro oscuro, con humo de descarga a través de la chimenea. En este caso se debe aumentar el suministro de aire. 2.- Llama con coloración azul claro corto, amarillo ligero y longitud desigual, presenta exceso de aire. Se debe reducir suministro de aire 3.- Una buena combustión se presenta con una llama azul brillante o anaranjada y sin coloración en la chimenea 4.- Se recomienda un análisis ORSAT o equipo apropiado que haga un análisis directo para una buena combustión. c).- Registrar temperatura de salida de gases (chimenea), asegurarse que esté operando en rango normal. d).-Inspeccionar temperaturas de superficie exterior del horno 1.- Medir temperatura en distintos sitios, ver si se presentan zonas calientes. 2.- en caso de existir zonas calientes, es señal del deterioro del refractario, se debe reemplazar para evitar deformación del cuerpo metálico.

Mantenimiento trimestral (con equipo apagado)

Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación Procedimiento: a) Revisión completa del equipo

98

Paro programado anual (equipo apagado)

Responsables: Supervisor Mantenimiento de Caldería y Suelda, Inspector de Planta, Coordinación de Apoyo Técnico de la Producción (ATP). Procedimiento: a) Liberar equipo, verificar que sus partes internas alcancen la temperatura ambiente y su volumen interno se llene de aire fresco b) Limpiar en general parte interior del horno, eliminar polvo del piso, hollín de los tubos, etc. c) Inspeccionar serpentín de tubos Comprobar solidez de los tubos y conexiones, ver si existen protuberancias, corrosión o pérdidas de metal. Medir espesores La distancia desde el extremo de los serpentines a las paredes del horno debe ser la misma a cada extremo Realizar inspección técnica d) Inspeccionar Aislamiento Revisar superficie interior de todo el refractario, incluyendo garganta de los quemadores y ladrillos Cambiar o reparar según el caso. e) Inspeccionar juntas de expansión, revisar guías de transferencia de tuberías y soportes f) Inspeccionar uniones soldadas, verificar que las soldaduras de campo de los serpentines (estructuras) estén completas y sean resistentes.

99

g) Inspeccionar accesos del horno, revisar puertas de acceso, mirillas y corrección de cabezales, comprobando que se encuentren debidamente ajustados h) inspeccionar chimenea, ver estado de ductos i) inspeccionar dámper Sistema de conexión y accesorios. Comprobar que estén debidamente ajustados Quemadores: j) Inspeccionar registro de quemadores k) Realizar limpieza. l) Asegúrese que el acceso de aire tenga movilidad. m) Inspeccionar quemador, revisar y limpiar pistola de aceite (bayoneta) n) Inspeccionar boquilla de fuel oil si hay carbón o fuel oil por los orificios de salida, puede ser que la boquilla este metida muy adentro. Baja presión del medio de atomización es por desgaste. Verificar que el número de boquilla (marcado) corresponda al del plano, para asegurarse de la capacidad correcta y patrón de la llama. o) Inspeccionar puntal de fuel oil, debe estar libre de materiales extraños y sin corrosión. p) Inspeccionar atomizador Debe estar libre de basura y materiales extraños. Ver posible desgaste de salidas concéntricas. El sello laberintico debe estar limpio, sin desgaste en dirección longitudinal

100

Inspeccionar boquilla del atomizador, debe comprobarse que el sello evite fugas de vapor. Si esto ocurre, boquilla o atomizador presenta desgaste q) ensamble de bayoneta, seguir instrucciones del fabricante. Ver manual de operación.

r) Inspeccionar instrumentos, ver posibles fugas, purgas, conexiones, calibración etc. Precauciones: Reemplazar empaques averiados para prevenir fugas atomizadas. En la conexión asegúrese que la tubería vaya a sus respectivos orificios y no en reversa. Se debe purgar la pistola de aceite o encenderla cuando la entrada de aire principal esta obstruida o cerrada. Inspeccionar llama piloto Inspeccionar soplador de hollín, ver mecanismo de accionamiento, cambio de aceite en reductores de velocidad.

MANTENIMIENTO (CON EQUIPO EN SERVICIO) PARA COMPROBAR OPERACIÓN ÓPTIMA DEL EQUIPO, LUEGO DE HABER REALIZADO EL PARO

Responsables: Trabajo conjunto de los diferentes departamentos de mantenimiento Procedimiento: a) Inspeccionar líneas de suministro de: vapor combustible

101

crudo b) Inspeccionar coloración de llama c) Se considera mala combustión en los siguientes casos 1.- Llama con coloración azul oscuro, naranja oscuro y negro oscuro, con humo de descarga a través de la chimenea. En este caso se debe aumentar el suministro de aire. 2.- Llama con coloración azul claro corto, amarillo ligero y longitud desigual, presenta exceso de aire. Se debe reducir suministro de aire 3.- Una buena combustión se presenta con una llama azul brillante o anaranjada y sin coloración en la chimenea 4.- Se recomienda un análisis ORSAT o equipo apropiado que haga un análisis directo para una buena combustión. d) Inspeccionar temperaturas de superficie exterior del horno Medir temperatura en distintos sitios, para comprobar que no existan zonas calientes. e) Comprobar operación optima del equipo, ver posibles fugas, temperatura y presión de entrada-salida de crudo, puertas de acceso etc.

Mantenimiento Overhaul

Responsables: Supervisor de Caldería y Soldadura y Técnico de Caldería y Soldadura. Procedimiento: 1.

Abrir Manhole principal

2.

Vaporizar girando los “8 pequeños” N3 Y N4”

3.

Girar los 8 grandes línea salida crudo “N1 y N2”

102

4.

Enfriamiento del horno luego del vaporizado

5.

Revisar por Coordinación de Apoyo a la Producción

6.

Abrir ventanas laterales

7.

Desmontar quemadores

8.

Desmontar Chimenea

9.

Cortar tubos y retirarlos

10.

Cortar laminas del techo por cambiar**

11.

Retirar fibra cerámica d paredes y techo, desoldar espigas**

12.

Reparación base chimenea con perfil IPN**

13.

Medir espesores tubos de convección

14.

Prefabricado de paredes frontales para quemadores nuevos**

15.

Preparación superficial y pintura en láminas del techo

16.

Soldadura de anclajes en láminas del techo

17.

Soldadura de láminas del techo

18.

Montar chimenea

19.

Preparación superficial y pintar láminas de paredes

20.

Soldadura de anclajes y pernos para soportes de tubería

21.

Colocar soportes de tubería en paredes y en techo

22.

Colocar fibra cerámica en paredes

23.

Ingreso de tuberías de 5 y 4 al interior del horno

24.

Soldar tubos de 5”

25.

Soldar tubos de 4”

26.

Alivio de tensiones en juntas soldadas

27.

Colocar ladrillos refractarios nuevos**

28.

Montaje de nuevos quemadores (calibración) **

29.

Cerrar Manhole

30.

Pintar horno de crudo

31.

“Girar los 8 grandes en línea salida de crudo”

32.

“Girar los 8 pequeños, línea de vapor”

103

OVERHAUL (INSPECCIÓN TOTAL Y REPARACIÓN EN CASO DE SER NECESARIA) (EQUIPO PARADO)

Responsable: Supervisor de Mantenimiento de Instrumentación Procedimiento: 1.

Verificar que el equipo este fuera de servicio y desenergizado.

2.

Revisar dibujos y Manuales del Fabricante.

3.

Revisión de la secuencia de arranque

4.

Verificar óptimo funcionamiento de válvulas de control, de shut off, selenoides de paso, reguladores de presión, switch de presión.

5.

Verificar alineación y desgaste

6.

Mantenimiento de sistema de detección de flama.

7.

Mantenimiento en indicadores de temperatura, presión y control.

8.

Verificación del sistema de control, tablero de control.

9.

Seguir instrucciones del Fabricante Dibujos y Manuales del fabricante

10.

Comprobar operación optima del equipo

11.

Ver posibles fugas de aire, vapor y temperatura de salida de gases, etc.

12.

Revisar que las señales de control del equipo se encuentren en condiciones óptimas en el sistema de control DCS I/A.

Políticas para el procedimiento

En la ejecución de este procedimiento se deberá observar toda la normativa vigente, aplicándola según su orden jerárquico y especialidad. En caso de duda se observara la norma de rango superior. Toda orden de trabajo (O/T) deberá ser realizada con la presencia de un representante de la Coordinación de prevención y Contingencias (Seguridad Física), para evitar cualquier riesgo de accidente de trabajo.

104

Tener en cuenta las normas de seguridad industrial y protección del medio ambiente correspondiente Las órdenes de trabajo deberán ser ingresadas en el historial de los equipos usando el software corporativo de la empresa.

Documentos relacionados

Manual de Operación de Refinería Amazonas 1 y 2 Tomo IV/VII

Pantalla de Históricos

En este ambiente el usuario es capaz de visualizar el muestreo de los datos con el fin de analizar el comportamiento de los procesos correspondientes a un período de tiempo determinado.

Figura 21. Pantalla de muestreo de históricos de temperatura (Eduardo Cazar, 2008)

105

Pantalla de Tendencias

En este entorno el usuario podrá monitorear el comportamiento de la temperatura con el objetivo de tener un conocimiento más preciso del proceso a nivel general. Muestra la pantalla desarrollada para las tendencias de temperaturas de los dos hornos; mostrando en tiempo real el comportamiento de la temperatura de coking previo a la fase de destilación.

Figura 21. Indicador de la temperatura de coking (Eduardo Cazar, 2008)

Toda la información técnica del cada mantenimiento es ingresada al software corporativo de mantenimiento con lo que se registra un histórico de cada Equipo en el sistema Foxboro de EP Petroindustrial como se observa en las figuras 20 y 21.

Ejecución del mantenimiento de lazos de control

Lazo: es un conjunto de componentes o equipos que dependen el uno del otro para cumplir con un objetivo específico. Para establecer un lazo de control se necesita por lo menos los siguientes componentes 106

•

Controlador

•

Transmisor

•

Convertidor I/P (transductor corriente/presión)

•

Sala de control ( Operador)

•

Elemento final de control (válvula)

Mantenimiento quincenal (equipo prendido)

PROCEDIMIENTO:

Que debe ejecutarse para el Mantenimiento de lazos (buckle) de control, nivel, presión temperatura y flujo.

PROPÓSITO: Realizar mantenimientos programados constantemente a los lazos de control nivel, presión, temperatura y flujo, que se encuentran instalados tanto en Amazonas 1 y en Amazonas 2 como en Planta de Gas del CIS con la finalidad de mantener una producción constante, reducir daños en equipos y evitar imprevistos.

Instrumento: Controlador Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación

107

Procedimiento: •

Acceder al ambiente de ingeniería e ingresar a opción CONTROL COMFI.

•

Revisar medida desde el transmisor, revisar base de datos, inspeccionar parámetros de conexión: PBAND, INT, DERV

•

Chequear señal de voltaje y señal de medida en la ruta Transmisorcaja de revisión de campo, punto de ingreso de señal en FBM.

•

Utilizando

tendencias

graficas

del

I/A

confirmar

adecuada

sintonización del lazo.

Instrumento: Convertidor I/P

Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación Procedimiento: •

Cambiar modo de operación de automática a “manual”

•

Utilizar válvula de by pass de la válvula de control, probar convertidor.

•

Instalar en serie un amperímetro y comprobar que la señal de

•

4-20A sea la adecuada.

•

Verificar generando desde pantalla señales de apertura de válvula de 0, 25, 50,75 y 100

•

Si las medidas de salida de presión de 3 a15 PSI son incorrectas proceda a la limpieza y/o calibración y si es necesario el cambio del convertidor.

Instrumento: Válvula de control (elemento final de control) Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación de campo y de control y automatización.

108

Procedimiento: •

Cambiar modo de operación de automática a manual

•

Chequear

regulador

de

aire

para

suministro

adecuado

de

alimentación de la válvula •

Si existe posicionador, efectuar limpieza y calibraciones que se requieran

•

Desde pantalla de operador, ubicar la válvula a 0% , probar en campo la existencia de posibles fugas a través del cuerpo de la válvula, considere la clasificación de hermeticidad de la válvula para definir si la cantidad de fuga es considerable, desmontar la válvula para reparación en taller y realizar prueba hidrostática luego de la reparación a 1.5 veces la presión de trabajo y efectuar la CALIBRACION de la válvula.

•

De no existir fugas proceder a chequear apertura de válvula en los rangos de: 0, 50, 100%, en caso de no conseguir calibraciones adecuadas, chequear convertidor I/P, cableado desde el I/A al convertidor, calibración del posicionador y corregir falla.

•

Una vez calibrada y probada se debe entregar a operación

Instrumento: Transmisor “LAZO EN MANUAL” Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación de Control y Automatización Procedimiento: •

Coordinar con operación y sacar de servicio el transmisor, este puede estar siendo utilizado como registrador o parte de un sistema de control.

•

Dejar fuera de servicio, bloquear válvulas

•

Revisar y chequear transmisor.

•

Drenar y limpiar cámaras del transmisor o termopozo (en caso de ser de

109

temperatura). •

Efectuar un chequeo de alimentación de 24 VDC

al transmisor,

mantenimiento de cableados y contactos •

Confirmar funcionamiento con instrumentación portátil de taller.

•

Revisar funcionamiento adecuado del equipo y entregar a operación

•

Inspeccionar alarmas en sistemas de control.

MANTENIMINETO DE LAZOS DE CONTROL, TEMPERATURA Y FLUJO (equipo apagado)

•

NIVEL

PRESIÓN

Desmontar instrumento de medición para mantenimiento calibración y pruebas, si NO pasa las pruebas cambiar por un nuevo.

•

Desmontar instrumento convertidor I/P para mantenimiento, calibración y pruebas, si NO pasa las pruebas cambiar por un nuevo

•

Desmontar instrumento válvula de control para mantenimiento, calibración y pruebas, si no pasa prueba cambiar sellos y calibrar, si NO es posible reparar cambiar válvula.

110

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1

CONCLUSIONES El sistema SCADA es una herramienta sumamente importante en el caso del CIS, permite al operador realizar un buen mantenimiento preventivo con el control de cada una de las variables dentro de los parámetros establecidos de operación del equipo de forma rápida y segura desde la consola de operación sin errores ya que puede observar y corregir en tiempo real cualquier anomalía que pudiere presentarse con cada una de las variables en los hornos de crudo

El mantenimiento es una inversión a largo plazo que puede ser aplicado a un horno tanto en servicio como fuera de servicio, este es un procedimiento complejo que se lo realiza apegado a normas nacionales (INEN) como a internacionales (ASTM), normas de seguridad y ambientales internas de la empresa y bajo la supervisión y control de la ARCH.

Cada mantenimiento se basa en un programa establecido de mantenimiento e inspecciones realizadas con cierta frecuencia por los técnicos encargados según su área y jerarquía.

EP Petroindustrial una empresa consolidada, con muchos años de trayectoria la cual posee lineamientos claros y establecidos, no se apega en un cien por ciento a todos y cada uno de ellos, por lo que

110

tanto la empresa como el personal que trabaja en ella cada día hacen un esfuerzo por mejorar. En la industria los hornos de crudo son diseñados de tal forma que cada uno

de los mecanismos de transferencia de energía antes

mencionados puedan trabajar de una forma armoniosa dentro del horno con el fin de maximizar la eficiencia del mismo aprovechando toda la energía que aumentara o disminuirá las temperaturas de los cuerpos así como de las substancias involucradas en el proceso.

111

5.2 RECOMENDACIONES

Se recomienda el uso o revisión de este manual a todo el personal operativo ya que es una compilación de cuatro tomos del (MOP) Manual de Operaciones referidos al horno de crudo en sí de un total de 15 tomos.

Proporciona una fuente de consulta e información es una herramienta útil, de fácil entendimiento, práctica y resumida, permite realizar cada mantenimiento de forma óptima y segura.

Se recomienda aprovisionarse de una mejor manera en lo que tiene que ver con repuestos para los equipos ya que al no existir en bodega los repuestos se

demoran

en

su

importación

y trámites burocráticos

representando pérdidas diarias para el país mientras el equipo se encuentra fuera de servicio.

Todos los equipos que se utilizan en el Complejo Industrial Shushufindi C.I.S, deberán cumplir con las normas de seguridad y mantenimiento dadas por el INEN, API, ASTM, ANSI y ASME. Es importante que todo el personal Técnico – Operativo sea recapacitado con cursos de mantenimiento de equipos y herramientas existentes en el complejo, a fin de evitar daños por malas practicas de mantenimiento. Tomando en cuenta la importancia de brindar a los equipos un mantenimiento eficaz se recomienda

que todo el personal Técnico-

Operativo reciba cursos de mantenimiento y operación de los equipos con frecuencia con el fin de que adquieran el conocimiento

sobre la forma

adecuada de realizar el mantenimiento a el/los equipos y operación de los mismos así como capacitaciones que les permita mantenerse actualizados 112

cuando nuevos

y modernos equipos han sido incorporados

evitando

accidentes, mala operación de los equipos, malas prácticas en el mantenimiento y perdidas económicas.

113

NOMENCLATURA

API: American Petroleum Institute

ARCH: Agencia de Regulación y Control Hidrocarburifero

ASTM: American Society for Testing and Materials

BPD: Barriles por día

CIS: Complejo Industrial Shushufindi

GLP (LPG): Gas licuado de petróleo INEN: Instituto Ecuatoriano de Normalización P&ID: Piping and Instrumental Diagram SCADA: Sistema de Supervisión, Control y Adquisición de Datos (Supervisory Control and Data Acquisition). Shut off: Apagado Switch: Mecanismo de encendido o apagado. VDC: voltaje de corriente continua.

114

GLOSARIO

Apreciación: es la medida más pequeña que es perceptible en un instrumento de medida.

Automatización: La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Bayoneta: Pistola de aceite Buckle: Lazo Burner: Quemador

Casing: Manto o Superficie exterior del horno

Calibración: Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificadas, la relación entre los valores de magnitudes indicados por un instrumento o sistema de medición como referencia llamado patrón.

Casing: Manto o Superficie exterior del horno

Caudal: caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

Coil: Serpentín o Tubos que se encuentran dentro de un horno de crudo

115

Coke: cenizas producto de la combustión. Damper: Mariposa, amortiguador, mampara o persiana Exactitud: es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real. Fittings: Acoples Gasóleo: también conocido como diésel

Instrumento: es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Manhole: Acceso para registro de inspecciones e ingreso de inspectores al horno.

Nafta ligera: es la obtenida como corriente del producto de tope a los 80°C a 100°C de temperatura final de destilación (punto final)

Nafta pesada: es la obtenida con un punto final de 150°C a 180°C.

Nafta total: es la combinación de la nafta ligera y la pesada.

Nafta: es un combustible altamente volátil, muy inflamable y es utilizado, sobre todo, como combustible para motores a explosión. En el ecuador también se la conoce como gasolina blanca.

Operador: Persona encargada y entendida del control de equipos de superficie debe mantener operando en condiciones normales cada uno de los equipos.

116

Overhaul: Renovación total

ORSAT: Mediante el aparato de Orsat se puede efectuar el análisis de determinados productos de la combustión, a partir del cual es posible calcular la relación aire - combustible, y el grado de efectividad de la combustión, este proceso consiste en obtener una muestra de los productos de la combustión y determinar el porcentaje en volumen de cada gas componente. Precisión: es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones.

Presión: se define como la fuerza que se ejerce por unidad de área

Prueba Hidrostática: es la prueba que se realiza a todo equipo el cual va a contener fluidos en su interior a 1.5 veces mayor a su presión normal de operación, con el fin de verificar la hermeticidad de los accesorios bridados y la soldadura, utilizando como elemento principal el agua o en su defecto un fluido no corrosivo. Todo equipo nuevo debe ser sometido a una prueba de presión (hidrostática), en los talleres del fabricante. Refinación: Se aplica a todas las operaciones cuyo objeto es la fabricación u obtención de los diferentes productos derivados del petróleo. Revamping: Consiste en cambiar todos o la mayoría de los tubos del serpentín del horno.

Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el indicador de la medida y la medida real

117

Temperatura de Humos: Es la temperatura de los gases calientes producto de la combustión, se miden con termocuplas.

Temperatura de Metal: Es la temperatura que tiene la pared exterior metálica (aquella en contacto con los gases calientes) de los tubos de los serpentines, estas temperaturas se controlan a través de termocuplas.

Termocupla: también llamado termopar es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos; los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura.

Tolueno: Hidrocarburo (metil-bencenol) de la serie aromática, usado en la preparación de colorantes, disolventes, medicamentos y trinitrotolueno.

Torre de destilación (Topping): Equipo en el que se lleva a cabo el proceso de separación de las fracciones, mediante etapas sucesivas de evaporación y condensación.

Vida Útil: es la duración estimada que un objeto puede tener cumpliendo correctamente con la función para la cual ha sido creado. Normalmente se calcula en horas de duración.

118

BIBLIOGRAFÍA

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Kuppan T, (2003), Heat Exchanger Design Handbook, Los Angeles, Editorial Legados.

121

ANEXOS

Anexo 1

UBICACIÓN DEL COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (Amanda Mena, 2010)

122

Anexo 2

ESQUEMA DEL COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (Amanda Mena, 2010)

123

Anexo 3

REFINERIA AMAZONAS DURANTE PARO PROGRAMADO (Amanda Mena, 2010)

124

Anexo 4

PLANTA DE GAS SHUSHUFINDI (Amanda Mena, 2010)

125

Anexo 5

HORNO DE CRUDO HORIZONTAL DE 4 QUEMADORES (Amanda Mena, 2010)

Anexo 6

HORNO DE CRUDO EN MANTENIMIENTO (Amanda Mena, 2010)

126

Anexo 7

QUEMADORES PARA REEMPLAZO PREMIX (Amanda Mena, 2010)

Anexo 8

PARTE INTERNA DEL HORNO DE CRUDO, SE OBSERVA EL REFRACTARIO SERPENTÍN Y ORIFICIOS PARA COLOCAR QUEMADORES (Amanda Mena, 2010)

127

Anexo 9

PANEL DE CONTROL REFINERÍA AMAZONAS (Amanda Mena, 2010)

128

Anexo 10

129

130

131

132

133

Norma SH-008 EP Petroecuador, (1990)

134

NORMA PETROECUADOR SI – 003 PERMISOS DE TRABAJO Resolución No. 187 Quito, 14 de Junio de 1.996 1. OBJETIVO: Determinar procedimientos para que la ejecución de trabajos catalogados como peligrosos se realicen en condiciones óptimas de seguridad, a fin de preservar la integridad del personal, de las instalaciones y del medio ambiente. 2. TERMINOLOGÍA: 2.1.Permisos de Trabajo (PT) . Es la autorización escrita para la ejecución de cualquier trabajo considerado peligroso.2.2. Trabajo peligroso . Es toda actividad que requiere incorporar medidas especiales de seguridad para prevenir accidentes.2.3. Trabajo en frío . Es aquel que se realiza sin presencia de llama, y sin incremento de temperatura.2.4. Trabajo en caliente . Es cualquier actividad en la que interviene el calor en tal magnitud que puede causar ignición.2.5. Equipo Clase A . Se clasifica así, a los equipos que contienen o han contenido productos tóxicos, inflamables o nocivos para la salud.2.6. Equipo Clase B . Se clasifica así, a los equipos que no contienen o no han contenido productos tóxicos, inflamables o nocivos para la salud.2.7. Etiquetas de Advertencia . Son tarjetas de señalización de Seguridad con leyendasdeprevención,quesecolocanenpuntosdecontrol para evitar laoperación de equipos o sistemas, por personal que no esté participando en la ejecución del trabajo.3. PROCEDIMIENTOS PARA LA EMISIÓN DE LOS PERMISOS DE TRABAJO. 3.1.Permiso de trabajo. Se emitirá en un formulario elaborado por cada Filial de acuerdoalanaturalezadesutrabajo, siguiendo los lineamientos del diseño presentado en el ANEXO - A. 3.2.Elaboración de un permiso de trabajo. El jefe del área o instalación donde se va a realizar el trabajo debe autorizar su ejecución y llenar el Formulario previsto para el caso, en el cual debe incluirse una descripción muy concreta de las tareas a realizarse, las condiciones y clase de equipos involucrados y las precauciones que se requieran. En el permiso de trabajo debe constar la firma de responsabilidad de quién lo emite y del ejecutor. 3.3. Podrán emitir Permisos de trabajo dentro de sus respectivas áreas: Supervisores, Jefes de Turno, Jefes de Áreas y funcionarios de nivel jerárquico superior en la mismalíneafuncional.3.4. El Permiso de trabajo se circunscribe, únicamente, al área de ejecución y será autorizado luego de inspeccionar obligatoriamente los equipos o sistemas donde se realizará el trabajo, utilizando para ello las listas de verificación y el conocimiento y experiencia que se tenga al respecto.3.5. El

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Permiso de trabajo autoriza la ejecución de una tarea claramente definida. Si es necesario una derivación o ampliación del trabajo originalmente concebido, se procederá a emitir un nuevo permiso de trabajo.3.6. El Emisor del Permiso de trabajo, en caso de considerarlo necesario, solicitará ala Unidad de Seguridad Industrial un Certificado de Inspección de Seguridad, con fines de asesoría y de orientación para la toma de decisiones, el cual contendrá los procedimientos de seguridad que deben seguirse. Es obligatoria la obtención de un Certificado de Inspección de Seguridad , previo ala autorización de los siguientes trabajos:- Apertura de equipo clase A. Ingreso de personal al interior de espacios confinados. Trabajos de Radiografía Industrial.3.7. Las etiquetas de advertencia, se regirán a lo estipulado en la Norma PE-SI -008"SEÑALES DE SEGURIDAD".3.8. Cuando existan condiciones especiales de riesgo para la realización de un trabajo, que no estén totalmente cubiertas por el Permiso de Trabajo, se deberá realizar una reunión entre los responsables de Operaciones , Mantenimiento, Seguridad Industrial, Inspección Técnica y demás áreas involucradas, para analizar las condiciones bajo las cuales se llevará a cabo, suscribiendo un acta, donde se anotará claramente la secuencia de ejecución, procedimientos de trabajo, medidas de seguridad y demás recomendaciones pertinentes.3.9. Participación de Seguridad Industrial: Verificar el cumplimiento de lo expuesto en el Permiso de Trabajo, emitir Certificados de Inspección de Seguridad (CIS) con las medidas y recomendaciones de seguridad pertinentes, ofrecer protección contra incendios en los casos en que se considere necesario y entregar los equipos y elementos de protección personal especiales que se requieran. 4. EJECUCIÓN DEL TRABAJO 4.1. Es obligación de los trabajadores acatar los procedimientos de seguridad para evitar accidentes. La seguridad individual de los participantes en un trabajo es responsabilidad de su Jefe inmediato y del emisor del permiso; quienes deben hacer cumplir tanto los requisitos indicados en el Permiso de trabajo, como en las Normas de seguridad vigentes. 4.2. El original del Permiso de trabajo debe estar en poder del ejecutante en el lugar del trabajo y copias en la Jefatura del área respectiva y en Seguridad Industrial.4.3. El ejecutor del trabajo y el emisor del permiso o su delegado deben verificar que las recomendaciones indicadas en el Permiso de trabajo se cumplan, manteniendo una supervisión constante.4.4. La protección contra incendios, durante la realización de trabajos en caliente, es responsabilidad del ejecutante. La Unidad de Seguridad Industrial proporcionará protección permanente en trabajos en caliente, en equipos considerados de clase A. 5. FINALIZACIÓN DEL TRABAJO 5.1. Tanto el ejecutante como el emisor del permiso harán constar la finalización del trabajo en el espacio previsto para ello en el Permiso de trabajo. 5.2. Las etiquetas de advertencia deberán ser retiradas por el ejecutante y el emisor del permiso una vez terminado el trabajo. 6. DISPOSICIONES ESPECÍFICAS PARA TRABAJOS EN CALIENTE. 6.1. En la emisión de permisos, para realizar trabajos en caliente, se tomarán en cuenta las siguientes precauciones: a) Todas las tuberías que concurren a un equipo de clase "A" deben ser bloqueada mediante cierre de válvulas y colocación de juntas ciegas; además, se tomarán todas las precauciones que sean necesarias para evitar la entrada accidental de productos al equipo. b) En unidades fuera de servicio para mantenimiento general se procederá previamente a su aislamiento y eliminación de vapores líquidos inflamables .c) Los equipos de áreas cercanas a la de un trabajo en ejecución deberán contar con las protecciones de seguridad adecuada.7. 136

DISPOSICIONES ESPECÍFICAS PARA TRABAJOS EN FRÍO. 7.1. Un trabajo en frío podrá ser efectuado en el interior de un equipo de clase "A" después de cumplir los siguientes requisitos: a) El equipo debe estar libre de productos tóxicos o nocivos para la salud y tener una concentración de gases inflamables del 0%.b) Si la concentración de gases inflamables está comprendida entre el 10% y el 40%del límite inferior de explosividad, el personal que interviene en el trabajo deberá ser equipado con máscaras de aire comprimido, aparatos de iluminación a prueba de explosión y herramientas anti chispa. c) Todas las tuberías que concurren a un equipo de clase "A" deberán ser bloqueadas mediante cierre de válvulas, colocación de juntas ciegas; además, se tomarán todas las precauciones que sean necesarias para evitar la entrada accidental de productos al equipo. d) Siempre que se utilice agua, vapor o aire comprimido para limpiar un sistema que haya contenido líquido o gases inflamables, se tomarán las precauciones respectivas para evitar el retorno de productos infla- mables e) Si se utiliza equipo, cuya operación pueda generar electricidad estática en lugares que contengan sustancia inflamables, se conectará a tierra con un conductor flexible de diámetro mínimo No. 018.7.2. Un trabajo en frío podrá ser ejecutado en un equipo de la clase "B", luego de que se tomen las medidas de seguridad necesarias para el desarrollo seguro de las actividades a realizarse. 8. PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS 8.1. Para la ejecución de trabajos que requieran protección contra incendios, el responsable de Seguridad Industrial designará y coordinará el personal, equipos y materiales necesarios para brindar la protección respectiva durante sudesarrollo.8.2. El personal destinado a dar protección contra incendios en un determinado trabajo, permanecerá en el sitio durante todo el tiempo requerido para su ejecución. 9. DISPOSICIONES GENERALES 9 .1. Un trabajo no podrá ser ejecutado si falta una firma en el Permiso de trabajo correspondiente.9.2. Durante la ejecución de un trabajo autorizado que ponga en riesgo al personal o a las instalaciones y ante una situación anormal, el ejecutante o el emisor, suspenderá el trabajo cancelando el Permiso de trabajo correspondiente.9.3. Todo Permiso de trabajo debe ser emitido por un período de validez determinado; cumplido el cual y si fuera necesario ampliar el plazo se procederá a emitir un nuevo permiso.9.4. Los incumplimientos a las disposiciones contempladas en esta norma serán considerados como faltas graves de seguridad industrial y serán sancionadas de acuerdo a lo establecido en :- “Reglamento Interno de Seguridad Industrial de PETROECUADOR y sus Filiales”.- "Código de Trabajo".- "Reglamento de Seguridad y Salud de los Trabajadores" y "Mejoramiento del Medio Ambiente de Trabajo".Y;demásreglamentos,normasyleyespertinentes. 10. APÉNDICE Z Bases de estudio: o Norma YPF No. 862. Trabajos en caliente, Yacimientos Petrolíferos Fiscales,Argentina 1.972. o Norma CEPE SI-003 "DISPOSICIONES GENERALES DE SEGURIDADINDUSTRIAL PARA PERMISOSENFRÍOYENCAUENTE",1.988 o Norma PETROECUADOR SI - 008 "SEÑALES DE SEGURIDAD" o REGLAMENTO INTERNO DE SEGURIDAD E HIGIENE INDUSTRIAL PARAPETROECUADOR Y SUS FILIALES. o CÓDIGO DEL TRABAJO. o

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REGLAMENTO DE SEGURIDAD Y SALUD DE LOS TRABAJADORES YMEJORAMIENTO DEL MEDIO AMBIENTE DE TRABAJO.

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Anexo 11

P&ID general de la refinería Amazonas R1 (Petroindustrial , 2010)

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Anexo 12

P&ID del Horno de Crudo Refinería Amazonas R1 (Petroindustrial, 2010)

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