Transcript
INTRODUCCION Los calentadores calentadores a fuego directo son equipos requeridos dentro de la industria de Refinac Ref inación ión y Pet Petroqu roquímic ímica a par para a sum suminis inistrar trar gra grandes ndes can cantida tidades des de ene energía rgía a corr co rrie ient ntes es de pr proc oces eso o co cont nten enid idas as en se serp rpen enti tine nes s tu tubu bula lare res s a pa part rtir ir de la combusti comb ustión ón de comb combust ustible ibles s líqu líquidos idos y gase gaseosos osos,, para elevar sus nive niveles les de temperatura y modificar sus características químicas y físicas, para cumplir con las condiciones del proceso. Estos equipos son conocidos también como calentadores de proceso u hornos de proceso.
El diseo de un calentador a fuego directo requiere de un amplio conocimiento y e!periencia que involucran los problemas de transferencia de calor, combustión, flu"o de fluidos, así como problemas mec#nicos y estructurales, por lo que es importante especificar correctamente los calentadores y asegurar que todos los elementos
esenciales
han
sido
considerados.
1.-CALENTADORES:
Equipo principal e!istente en las estaciones de flu"o, que genera energía calorífica $%&'( para calentar las tuberías o serpentines por donde fluye petróleo, para elevar y)o mantener la temperatura deseada del mismo.
2.-PROCESO DE CALENTAMIENTO DEL CRUDO
El ob"etivo del calentamiento del petróleo $pesado( a través del calentador o de una caldera es, disminuir su viscosidad y facilitar así su manipulación, evitando presi pr esion ones es e! e!ces cesiva ivas s en las lín líneas eas de la bo bomba mba.. Es Este te pr proc oceso eso ocu ocurr rre e en las Estaciones recolectoras ubicadas en tierra y los equipos b#sicos en el proceso son los calentadores y calderas.
3.- TIPOS DE CALENTADORES:
3.1.-Calentadores de tio indire!to:
En estos tipos de calentadores el proceso de transferencia de calor se efect*a mediante un bao de agua caliente, en el cual se encuentra sumergida la tubería que transporta transporta la emul emulsió sión. n. Este tipo de cal calenta entadore dores s dis disminuy minuye e el ries riesgo go de e!plosión e!plosió n y son utili+ados en instalac instalaciones iones donde es posible recuperar recuperar calor, tales como el gas caliente de salida de las turbinas.
3.2.-Calentadores de "#e$o dire!to:
on equipos requeridos dentro de la industria de Refinación y Petroquímica para suministrarr grande suministra grandes s cantidades de energía a corrientes de proceso contenidas contenidas en serpe ser penti ntine nes s tu tubu bular lares es a pa part rtir ir de la co combu mbust stión ión de co combu mbusti stible bles s líq líqui uido dos s y gaseosos, para elevar sus niveles de temperatura y modificar sus características químicas
y
físicas,
para
cumplir
con
las
condiciones
del
proceso.
En la -ndustria Petrolera se usan cuatro tipos de calentadores a fuego directo las cuales son
/ 0alentadores de tipo tubular
/ 0alentadores de fluido tipo camisa
/ 0alentadores de volumen
/ 0alentadores tipo ca"a de fuego interno o fogón
Los m#s utili+ados son los calentadores de fuego directo con ca"as de fuego de tipo vertical.
El diseo normal de un calentador tipo vertical cumple las siguientes funciones
1.2 3es gasificado de la emulsión de entrada
4.2 Remoción de arenas, sedimentosy agua libre previo al calentamiento.
5.2 Lavado con agua y calentamiento de la emulsión.
6.20oalescencia y asentamiento de las gotas de agua.
Las mismas funciones b#sicas son previstas en un calentador directo tipo hori+ontal. La alimentación es parcialmente desgasificada, luego es direccionada hacia la parte de aba"o del equipo para la separación del agua libre y la arena. 3espués, la alimentación es calentada y sufre una *ltima desgasificacion. Posteriormente, a través de un distribuidor pasa a un bao de agua para finalmente pasar a la sección de coalescencia.
%.-PARTES DE UN CALENTADOR
La estructura de un calentador la integran las siguientes partes
%.1.-Pilotos de en!endido:
on unas boquillas colocadas al lado de cada quemador, cuya finalidad es mantener una llama permanente capa+ de prender el quemador, cada ve+ que este se apague por acción de la v#lvula reguladora de temperatura, evitando así la acumulación del gas en el hogar. El suministro de gas a los pilotos se hace por una línea independiente, tomada antes de la v#lvula reguladora. Los n*meros de piloto varían desde 7 hasta 41 pilotos en los diferentes calentadores instalados.
%.2.-&#e'adores de (as:
8eneralmente est#n colocados en el piso del calentador y su función es producir la cantidad de calor necesario para calentar el crudo, preparando una me+cla combustible adecuada con el aire que entra por los registros y el gas suplido a cada uno y quem#ndola, con una llama corta y de color a+ul. El numero de quemadores es igual al numero de piloto por lo cual estos también varían desde 7 hasta 41, en los diferentes calentadores instalados.
%.3.-C)'ara de Co'*#sti+n:
Es una c#mara o 0a"a la cual tiene un revestimiento refractario internamente, con el fin de evitar dispersión o pérdida de calor. El material aislante que reviste la c#mara de combustión, puede ser de ladrillos refractarios, cartón de asbestos y cemento refractario.
%.%.- C,i'enea:
0uerpo 0ilíndrico que esta situada en la parte mas alta del calentador hecho de acero y su función principal es conducir los humos y los vapores o gases que no son quemados en la combustión a una altura tal que no ocasione el menor riesgo de contaminar sus alrededores. 9dem#s, la chimenea por su tiro, coloca la c#mara de combustión en depresión, provocando de esta manera la entrada del aire necesario para la combustión a través de las aberturas de aire de los quemadores.
%..-Re$#lador de Tiro Da'er/:
Es un componente del calentador situado en la chimenea, que sirve para regular el flu"o de aire a través de los registros de cada quemador. Es una compuerta o plancha acoplada a un e"e que puede rotar en una forma similar a una v#lvula mariposa. La función reguladora se reali+a autom#ticamente para lograr una combustión completa.
%.0.-Serentines:
on tubos de una aleación de acero especial para soportar altas temperaturas, los m#s com*nmente usados son de tipo hori+ontal con llama e!terna a los tubos.
%..-Taas o entanas de entila!i+n
Est#n colocadas en las partes laterales del calentador y como su nombre lo indica sirven para airear el calentador.
%..-Mirillas4 entanas de Se$#ridad
9pertura lateral y en dirección a cada quemador y permiten observar la condición de la llama en cada quemador de los calentadores que se abre o se rompe cuando e!iste una alta presión dentro de los mismos para evitar que la estructura se deteriore
%.5.-Estr#!t#ra Met)li!a:
Es la que soporta el serpentín y los quemadores. us paredes, techos y fondo son de plancha de acero con aprovechamiento del calor.
revestimiento
refractario interno, para me"or
%.16.-L7nea de entrada 8 salida del Cr#do:
Es la tubería unida al serpentín por donde entra y sale el crudo del calentador. La entrada del crudo al calentador es por la parte inferior ya que se considera que es la parte donde hay m#s calor y el intercambio de calor se hace m#s efectivo. La salida del petróleo es por la parte superior del calentador y la presión de entrada varia de acuerdo al flu"o de producciones el cuerpo.
.-ARIA9LES
A
CONTROLAR
EN
EL
PROCESO
DE
CALENTAMIENTO
Las variables a controlar son
.1. Te'erat#ra:
La temperatura es una variable mane"ada com*nmente pero resulta difícil dar una definición
e!acta.
Puede
decirse,
que
la
temperatura
es
una
propiedad de los sistemas que determina si est#n en equilibrio térmico. El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produ+ca la fusión o ebullición. En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del m#s caliente al m#s frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico
.2.- Presi+n:
Es una variable que representa una indicación del comportamiento de un fluido $petróleo y agua, en caso de los calentadores( durante un lapso de tiempo, por lo que es muy importante el control sobre ella para evitar contratiempos que daen el proceso en lo concerniente a la seguridad humana y de los equipos.
.3.- l#;o:
e define como el movimiento de un fluido y en el caso de calentamiento. 3ebe ser controlado para un efectivo proceso. Este flu"o se puede medir en unidades de masa, y el régimen de el, en unidades de masa por unidades de tiempo. En los calentadores el control de flu"o va a estar dado por la capacidad de mane"o y)o necesidad de la empresa.
.%.- Tiro:
Es una diferencia de presiones entre el interior del calentador y el ambiente y es producida por la columna de gases calientes $de menor densidad que el aire frió( que sale por la chimenea del calentador. Esta diferencia de presiones es pequea y se mide en pulgadas de agua.
Es una variable de importancia desde el punto de vista operacional y de mantenimiento del calentador. Los quemadores requieren de un tiro mínimo para efectuar una buena combustión, y desde el punto de vista del mantenimiento se requiere mantener un ligero vacío en el interior de la c#mara de combustión para que en caso de fuga, entre el aire frío al calentador en ve+ de que salgan los
gases calientes hacia el e!terior, los cuales pueden o!idar o corroer las partes met#licas del calentador disminuyendo así su vida *til.
..- Rela!i+n $as !o'*#sti*le4aire
Para asegurar una combustión completa, en la pr#ctica se le suministra a los quemadores una cantidad de aire mayor que el teórico requerido. Esta cantidad adicional
al
teórico
requerido
se
conoce
como
e!ceso
del
aire.
El e!ceso de aire se regula con los registros de aire ubicados en cada quemador. Para determinar el porcenta"e de e!ceso de aire se mide con un anali+ador el contenido de o!igeno en los gases de chimenea y con ese valor se busca en una grafica ya elaborada el e!ceso de aire.
0.-Cara!ter7sti!as de los !alentadores
0.1.-Calentadores CARCO de MM %09TU4
; basado en el valor calorífico neto $L?@( del gas combustible y una perdida por calor por radiación de un 4;.
El serpentín de calentamiento tiene una presión de diseo de <:: lpcm y esta formado por =6 tubos de di#metro e!terior de <.<4>A y :.4=:A de espesor. La longitud total de estos tubos es 14 mts y la longitud efectiva es de 11.< mts. 3el total de tubos 46 de ellos son de superficie e!tendida y est#n ubicados en la sección de conveccion. El resto de los tubos no tiene superficie e!tendida y est#n
distribuidos 64 de ellos en la sección de radiación y 1= de ellos en la sección de transición. La superficie e!tendida de los tubos de la sección de conveccion es del tipo aleta helicoidalB las aletas son de acero al carbono de 17 mm de alto de alto por 1.4C mm de espesor y est#n colocadas a ra+ón de 4. 5< aletas por centímetro.
Las superficies e!puestas al calor son de 4>C.:> mts4 en la sección de radiación, 11:.1= mts en la sección de transición y 1<47.4= mt en la sección de conveccion. Las ratas de transferencia de calor son 765C %&')?2pie4, >5=6 %&')?2 pie y <>< %&') ?2 pie4 en las secciones de radiación, de transición y de conveccion respectivamente.
0.2.-Calentadores LUMMUS de 2% MM9TU4 ;. El serpentín de calentamiento tiene una superficie de transferencia de calor de 17<.:57mts4 y esta formado por tubos hori+ontales de <2>)=A de di#metro e!terno y :.4=::A de espesor, la longitud e!puesta es de 7.5:mts del total de los tubos, 4= de ellos est#n ubicados en las paredes laterales y 14 en el techo.
0.3.-Calentadores LUMMUS de %0 MM9TU4 )=A de di#metro
e!terno y :.544A de espesor, dispuestos 46 de ellos en las paredes y los otros 46 en el techo, la longitud total de los tubos es de 15mts y la longitud e!puesta es 14.7>mts . La
rata
de
transferencia
de
calor
es
1:64:%&')pie4)?r.
Estos calentadores est#n equipados con 1: quemadores a gas, de tiro natural montados hori+ontalmente > en la pared opuesta. Los pilotos de los quemadores tienen su propia varilla de ignición y se dispone de detectores '@ para cada calentador, que chequean la llama de los pilotos.
.-SISTEMAS DE PROTECCION = SE>ALI?ACION
on un con"unto de dispositivos que censan cada una de las variables del calentador, que emite una seal de alarma y disparo en l panel local y en la sala de
control
y
act*an
sobre
este.
3e esta forma puede garanti+arse un mane"o seguro de los calentadores.
.1.-Siste'a de Dete!!i+n de lla'a:
En los 0alentadores L'DD' al pulsar el botón de encendido de piloto se envía una seal eléctrica de 14: @90, que activa en l controlador de llama el rele 1. El controlador de llama inmediatamente energi+a el sistema de ignición de chispaB simult#neamente alimentando de gas al piloto. El controlador de llama tarda de 4> a 5: segundos energi+ados, para que se encienda el piloto, luego de este tiempo se desactiva, si el piloto no se enciende.
'na ve+ encendido el piloto, el sensor FuvA detecta la llama y envía una seal eléctrica de 1.>24m9mp que activa el controlador de llamas 4, el cual da un permisivo para encender el quemador.
El quemador es encendido girando el selector en el sentido de las agu"as del relo" , al girar el selector, se envía una seal eléctrica de 14:vac, que abre la v#lvula solenoide que alimenta de gas al quemador, permitiendo que la llama del piloto lo encienda. 'na ve+ encendido el piloto, el sensor F'@A detecta la llama y envía la seal eléctrica
que
act*a
como
permisivo
para
encender
el
quemador.
9l pulsar el botón de encendido de los quemadores se inicia la secuencia que permite
que
la
llama
de
cada
piloto
los
encienda.
.2.-Siste'a de Dete!!i+n de te'erat#ra:
En la línea de salida de crudo del calentador se encuentra el elemento de medición de la temperatura que puede ser una &ermocupla o termopar. 'n elemento
bimetalito
o
una
R&3.
El elemento de medición esta conectado a un transmisor de temperatura que recibe una seal eléctrica equivalente a la temperatura del crudo. El transmisor a su ve+., envía una seal de 624:m9mp, a la v#lvula autom#tica que regula la entrada
de
gas
a
los
quemadores.
9dicionalmente se tiene alarma y paro por alta temperatura del crudo a la salida del calentador.
.3.-Siste'a de instr#'enta!i+n de "l#;o de !r#do:
El istema de instrumentación de flu"o de crudo, comprende tan solo indicación de alarma,
acción
de
disparo
o
parada
de
los
calentadores.
La acción de alarma)disparo se reali+a por medio de interruptores de flu"o GH)GII,
o
a
través
de
transmisor
de
flu"o.
Los interruptores detectan como seal la velocidad del crudo que fluye a través de la tubería. El interruptor de flu"o envía la seal amplificada al dispositivo de alarma ) disparo en el panel de control de los calentadores, que acciona tanto la alarma luminosa en sitio como la alarma luminosa) sonora en la sala de control, a la ve+ envía, una seal eléctrica de 14: @90 que comanda la parada del calentador.
9lgunos calentadores poseen placas de orificio para medir flu"o de crudo a la salida con un transmisor, que envía una seal eléctrica de 624:m9mp, al dispositivo de alarma )disparo en el panel de control local, que a su ve+ envía otra seal de 14:@90 al dispositivo de alarma)disparo en la sala de control que ordena la parada del controlador por ba"o flu"o de crudo.
.%.-Siste'a de !ontrol de $as !o'*#sti*le:
Este sistema controla la entrada de gas que alimenta a uno o varios calentadores. La
presión
puede
ser
controlada
en
forma
remota
o
local.
En forma local el controlador toma la seal de presión directamente en la línea y envía una seal neum#tica de control a la v#lvula reguladora la cual mantiene la presión de gas en un punto prefi"ado.
En forma remota la seal de presión de la misma es enviada por un transmisor al controlador
en
sala
de
control.
La seal desde el transmisor de presión al controlador, puede ser eléctrica de 62 4:m9mp
o
neum#tica
de
521>lpcm.
El controlador envía una seal correctiva, eléctrica o neum#tica a la v#lvula reguladora de presión.
.-E&UIPO DE SE(URIDAD EN CALENTADORES
.1.-entila!i+n de se$#ridad o ali@io 8 #r$as:
9lgunos calentadores e!istentes en los diferentes patios de tanques y terminales presentan este tipo de equipo se seguridad, los cuales permiten airear el calentador y efectuar limpie+as de la línea de gas a los pilotos.
.2.-Alar'as de Prote!!i+n
Es un sistema de detección de condiciones inseguras que permiten preservar la vida *til de los calentadores. Estas alarmas por lo general se refle"an en un panel de
control,
mediante
una
lu+
o
por
medio
Las condiciones inseguras por las que se accionan las alarmas son
/ %a"a presión gas a quemadores
/ 9lta presión gas a quemadores
/ 9lta temperatura de salida de crudo
/ %a"a presión gas piloto
/ Duy alta temperatura salida del crudo
/ 9lta temperatura en la chimenea
/ ?umo en la chimenea
de
sirenas.
/ %a"o flu"o de 0rudo
/ Duy ba"o flu"o de 0rudo
/ Piloto apagado. Perdida de aire instrumento
/ Ho hay volta"e 14: @90. Ialla alimentación 46 @30.
5.-Oera!i+n del !alentador arran#e4arada/
5.1.-Pro!edi'iento de Arran#e:
/ 0erciorarse que la c#mara de combustión este libre de herramientas y ob"eto e!traos y que las v#lvulas de gas combustible estén bien cerradas y no haya escapes.
/ Revisar que las puertas de acceso $tapas( estén cerradas.
9brir la mariposa del tiro de aire de la chimenea, hasta la mitad de su curso apro!imadamente y seguidamente los registros de aire de cada quemador, por los menos 1>min antes de prender el calentador. Esta operación mantendr# bien aireada la c#mara de combustión, desalo"ando los residuos de gases $efectuar prueba de gas con el e!plosímetro(
/
9brir
las
v#lvulas
de
entrada
y
salida
de
petróleo
del
calentador y controlar los manómetros de entrada y salida para funcionamiento correcto.
/
Revisar
el
interior
del
calentador
para
comprobar
que
no
hay
pérdidas de gas o petróleo. i tiene dudas 0on respecto al gas, nunca trate de prender los pilotos, haga una prueba de gas con el e!plosimetro.
/
0olocar
el
controlador
de
temperatura
en
posición
manual,
con 1>; de apertura de la v#lvula autom#tica, si e!iste automati+ación.
/
3esahogar
la
línea
de
gas
combustible
por
la
v#lvula
de
4A,
ubicada al final de la línea de cada calentador. &ambién desahogar el filtro de gas, cercior#ndose que el separador funcione bien $reali+ar prueba de gas(.
/
Gbservar
la
presión
de
gas
combustible
en
el
manómetro.
i
esta e!cede la m#!ima presión de traba"o permitida, llamar a la persona autori+ada para a"ustar el instrumento.
/
Encender
todos
los
pilotos
que
correspondan
con
los
quemadores $verificar visualmente la presión de llama(.
/
i
todos
los
pilotos
est#n
bien
prendidos,
verificar
visualmente
la presencia llama. 9brir el gas de los quemadores principales, uno por uno y cuando la llama principal este establecida, graduar la entrada de cada quemador y también la v#lvula mariposa en la chimenea, hasta conseguir una llama a+ulada, lo que india una buena combustión.
/
9segurarse
antes
de
dar
por
terminada
la
operación,
que
llama de los quemadores no toque ning*n tubo de la serpentina de petróleo.
la
0uando la llama toca un tubo, puede causar el sobrecalentamiento del tubo, formando carbón en el interior del mismo. Este a su ve+ causa una transmisión pobre del calor y disminución del aprovechamiento. En poco tiempo, el tubo se quemara, causando perdidas de producción y económicas, adem#s del riesgo de un incendio.
/ 0olocar el controlador de temperatura en posición autom#tica.
5.2.-Pro!edi'iento de Parada:
El
encendido
de
un
calentador
causa
la
e!pansión
de
las
partes
estructurales y del serpentín. 9l apagarlo, sucede e!actamente lo contrario,las partes
se
contraen.
Los pasos a seguir en el procedimiento de parada son los siguientes
/
9l
apagar
un
calentador,
cerrar
el
regulador
de
la
0himenea $damper(, Las tapas de ventilación de los quemadores $registros(, mirillas.
/
Evitar
que
el
aire
frío
penetre
al
horno
para
que
las
superficies interiores se enfríen paulatinamente. Esto limita las contracciones bruscas de las paredes refractarias, tubos de serpentín, etc. Jue conducen al agrietamiento de los tubos, reduciendo la vida *til del calentador.
/
9l
parar
un
calentador,
mantener
circulando
petróleo
por
el
serpentín del 0alentador por un tiempo prudencial, dependiendo naturalmente de la temperatura de operación y del tamao del calentador. e recomienda tres
horas para calentadores con capacidad superior a 14!1:< %&' y dos horas para los de menor capacidad.
/
0errar
las
v#lvulas
manuales
de
gas
a
pilotos
y
quemadores.
/
i
es
una
emergencia,
debido
a
la
rotura
de
un
tubo,
cerrar
la entrada de Petróleo y gas combustible inmediatamente y en lo posible desahogar la línea de petróleo, poniendo directa la producción a los tanques.
16.- Manteni'iento de los !alentadores
Las partículas sólidas, tales como arena, escama, productos de corrosión se depositaran en la parte inferior de estos equipos. i estos sedimentos no son removidos puede causar los siguientes problemas
1.2 9cumularse y ocupar un volumen importante en el recipiente y eventualmente bloquear la corriente de alimentación.
4.2%loquear la transferencia de calor, ocasionando finalmente el colapso del equipo del calentamiento.
5.2 -nterferir en los controles de nivel, #nodos, v#lvulas, medidores y bombas.
6.2 9simismo pueden incrementar el crecimiento bacteriano y la velocidad de corrosión.
Para prevenir la deposición de estos sedimentos se pueden instalar Fhidro"etsA que operando a 5: psia por arriba de la presión de operación del calentador, removiendo los sedimentos para su posterior drenado por la parte inferior del recipiente. Gtra alternativa es usar inhibidores de corrosión.
11.-ENTABAS DEL CALENTAMIENTO
/
Reduce
la
viscosidad
de
la
fase
continua
un
incremento
en
la
temperatura de 1:: I, ba"a la viscosidad de la emulsion por un factor de 4.
/
-ncrementa
el
movimiento
broKniano
y
la
colisión
de
las
gotas de agua para su coalescencia.
/
-ncrementa
la
diferencia
de
densidad
entre
la
salmuera
y
el
estabilidad
a
crudo.
/ Promueve una me"or distribución del desemulsionante.
/
3isuelve
las
parafinas
cristali+adas
que
emulsionante
que
le
dan
las emulsiones.
/
3ebilita
agua.
la
película
de
rodea
a
las
gotas
de
12.-DESENTABAS DEL CALENTAMIENTO:
/
Provoca
la
migración
de
los
compuestos
mas
vol#tiles
del
crudo hacia la fase del gas. Esta perdida de livianos ocasiona una disminución de volumen del crudo calentado y una disminución en su gravedad.
/ -ncrementa los costos del combustible / -ncrementa los riesgos en las instalaciones
/ Requieren mayor instrumentación y control
/ 0ausa depósitos de coe.
CONCLUSION Resulto interesante la visita al patio de tanques, la cual pudimos corroborar la importancia de la materia, aun para el diseo de un calentador de fuego directo requiere de un amplio conocimiento de los problemas de transferencia de calor, combustión, fluidos.
El crudo deshidratado caliente puede ser usado para precalentar la emulsión de entrada usando un intercambiador de calor. Los hornos de proceso, también llamados calentadores de fuego directo poseen cargas térmicas muy grandes.
En un 0alentador de fuego directo la emulsión viene en contacto directo con la ca"a de fuego o elemento de calentamiento. En general estos calentadores son usados para calentar emulsiones no corrosivas que est#n comparativamente ba"o presión y cuando operan ba"o propias condiciones, son el tipo mas eficiente de calentador, la eficiencia del calentador es determinada calculando cuanto gas es quemado para calentar la emulsión a la temperatura deseada.
En los calentadores de fuego directo se presentan perdidas de energía por diversas causas y por ello es de vital importancia detectar puntos de optimi+ación energética que coadyuven a la eficienti+acion de la operación del calentador así como el consumo de combustible
