En el presente capítulo se analizan y se discuten los resultados obtenidos a partir de la simulación realizada del tren de precalentamiento de crudo de la unidad de destilación atmosférica
En primer lugar se discuten los resultados de la simulación para el caso de diseño:
El área requerida (A) para el intercambio calórico reproduce con alta precisión los valores de diseño, con una desviación promedio menor al 1%. Esto es válido para todos los intercambiadores del tren de precalentamiento.
El flujo de calor obtenido (Q) resulta muy satisfactorio, ya que el margen de error más alto se presenta en los intercambiadores 01-E-10-05A/S y es menor al 6 %. El flujo de calor más cercano al valor teórico se obtiene en los intercambiadores 01-E-10-03A/F donde el valor teórico reportado es de 53.563 KW y el simulado de 53.141 KW, representando un error menor al 1 %.
El coeficiente global de diseño (Ud) se define en términos de la resistencia térmica total para la transferencia de calor entre dos fluidos, es directamente proporcional al flujo de calor e inversamente proporcional al área requerida. Los valores obtenidos de este parámetro son precisos, con una desviación promedio de 6% con respecto al valor teórico, lo que indica resultados satisfactorios y confiables.
El coeficiente global limpio (Uc) presenta un mayor error (13% en referencia a los valores teóricos), esto se debe a que su método de cálculo es mucho más riguroso, y depende en buena medida de las propiedades fisicoquímicas y de los componentes del flujo, y de todas las propiedades de diseño del intercambiador. Este coeficiente no contempla la presencia de suciedad en el equipo por lo que su valor es mayor que el coeficiente global de diseño.
Los factores de obstrucción obtenidos difieren un poco del valor teórico, con un error promedio de aproximadamente 15%, esto debido a que su calculo depende directamente de los coeficientes globales tanto de diseño como limpio. Estos valores son el punto de referencia para comparar los obtenidos mediante la simulación para el caso real.
Los valores de los distintos parámetros obtenidos para el caso real difieren un poco de los valores obtenidos para la simulación del caso de diseño. Esto debido a que todas las condiciones de operación (flujos, temperaturas de entrada y salida, presiones, propiedades de los fluidos, caídas de presión, etc.) son muy diferentes a las encontradas en las hojas de especificaciones de los intercambiadores de calor estudiados. Por ejemplo, encontramos que a momentos actuales la temperatura de entrada del crudo diluido a los intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D promedia los 60°C, mientras que en la data sheet de estos equipos la temperatura de entrada de diseño es de 35°C, lo que incide directamente en todas las propiedades de este crudo, especialmente en la viscosidad, y a su vez en los coeficientes globales de transferencia de calor, tanto de diseño como limpio, y en los factores de obstrucción.
Con el fin de determinar las condiciones óptimas de operación del tren de precalentamiento de crudo y monitorear la situación de este tren por espacio de seis meses, todos los factores de obstrucción obtenidos en las simulaciones semanales se graficaron en función del tiempo, y así tener una idea mucho mas clara de su situación.
Para el caso de los intercambiadores de calor 01-E-10-01A/D (ver figura # 15), se observa que el factor de obstrucción se mantiene en un valor promedio de 0,011 m2
°C/W, desde el 4/2/2004 hasta el 26/05/2004. A partir de esta semana se nota el incremento del factor de obstrucción a casi 0,02 m2 °C/W, esto motivado a que para ese momento fue sacado de operación una pareja de los cuatro intercambiadores que conforman este grupo para realizar un estudio de corrosión nafténica por el lado carcaza. La temperatura del HVGO se mantiene entre 190-201°C a la entrada contra el diseño (210°C).
En los intercambiadores de calor 01-E-10-02A/B se observa un comportamiento estable del factor de obstrucción (ver figura # 16). Cabe destacar que el factor de obstrucción en estos equipos no difiere mucho del valor de diseño encontrado, por lo que garantiza la transferencia de calor suficiente para cumplir con las especificaciones de los productos. La temperatura del LVGO al intercambiador estuvo alrededor de los 128°C en comparación con la de diseño de 150°C. Adicionalmente existía un error de medición en la producción de LVGO que afectó el cálculo.
Los intercambiadores de calor 01-E-10-03A/F presentan ensuciamiento severo del lado de nafta por acumulación de depósitos de corrosión. En la figura # 17 se observa saltos considerables en el factor de obstrucción durante los seis meses de estudio, esto debido a que en diferentes oportunidades han sido puestas fuera de operación una de las tres parejas que conforman estos equipos y el simulador toma un factor de obstrucción global en los resultados. En la figura # 24 se puede apreciar una tendencia del factor de obstrucción para cada pareja de estos equipos. La pareja A/B muestra un crecimiento considerable hasta el 5 de mayo de 2004, fecha en la cual se saca de operación para realizar una limpieza con agua y vapor a alta presión, disminuyendo un poco su ensuciamiento. Estos equipos se alinean luego el 14 de mayo y a partir de este momento se observa nuevamente la tendencia al aumento del factor de obstrucción. La pareja C/D presenta la menor tendencia al ensuciamiento, sin embargo, para comienzos de mayo de 2004 se puede observar su aumento considerable. Por último, la pareja E/F presenta el mayor grado de ensuciamiento. La figura muestra una pequeña variación alrededor del 13 de mayo fecha para la cual se le realiza una limpieza con agua caliente y vapor. A partir de esta fecha se nota el aumento considerable del factor de obstrucción a valores que alcanzan los 0,1647 m2°C/W. Debido a la situación crítica del circuito de nafta y a las necesidades de la gerencia técnica de aumentar su producción con miras a la parada de planta a realizarse en octubre de 2004, el 23/6/2004 se comienza con una serie de limpiezas mecánicas a estos equipos para controlar un poco su ensuciamiento y así mejorar su eficiencia.
La figura # 18 muestra la tendencia y el nivel de obstrucción que presentan los intercambiadores de calor 01-E-10-04A/B. Se nota un incremento en el factor de
ensuciamiento por mayor transferencia en los hornos atmosféricos incrementándose la temperatura de entrada al equipo de 211 a 239°C. Se presentaron problemas de instrumentación con los medidores de flujo de SRGO, sin embargo se mantiene una buena temperatura de entrada a los desaladores. Presentan un factor de obstrucción promedio de aproximadamente 0,00492 m2°C/W, el cual no difiere mucho del valor de diseño de 0,001278 m2°C/W.
El mismo caso presentan los intercambiadores 01-E-10-05A/B (ver figura #19), donde se puede observar la tendencia al ensuciamiento el cual no difiere mucho del valor de diseño. Estos valores se mantienen estables durante el período. Motivado a los problemas de la torre de destilación atmosférica C-1001 la temperatura de entrada del SRGO baja desde 277 hasta 252°C, lo que reduce la transferencia de calor al crudo.
Los intercambiadores 01-E-10-06A/B muestran un factor de obstrucción promedio de 0,0029 m2°C/W. Se puede apreciar en la figura # 20 que estos intercambiadores no muestran una rápida tendencia al ensuciamiento manteniéndose constante a lo largo del período estudiado. Luego del ajuste del flujo de SRGO en -20t/h se observa una ligera tendencia a la disminución del ensuciamiento.
En la figura # 21 se puede apreciar la tendencia al ensuciamiento de los intercambiadores 01-E-10-07A/J. Estos intercambiadores han presentado una serie de problemas con el material de diseño, el cual ha sido muy propenso a la corrosión nafténica por parte del HVGO. Esto ha motivado a mantener fuera de operación a un trío de los nueve que conforman este equipo. En esta figura se muestra un factor de obstrucción global para los equipos en operación. El ensuciamiento aumenta producto de un mayor flujo de HVGO y una temperatura ligeramente superior (267 vs. 262°C).
Los intercambiadores 01-E-10-08A/D presentan una fuerte tendencia al ensuciamiento, esto se puede observar en la figura # 22 donde el factor de obstrucción promedio alcanza el valor de 0,0028 m2°C/W, sin embargo se mantiene una buena temperatura de entrada al horno. Tradicionalmente estos equipos son los que mas se ensucian pero se inyecta continuamente antiensuciante a razón de 8 ppm.
En base a los resultados obtenidos en la simulación del caso especial con la pareja de intercambiadores del equipo E-1001 y el trío de intercambiadores del equipo E-1007 fuera de servicio, se pudo observar que la cantidad adicional de combustible a ser utilizada en los hornos atmosféricos es de 0,3 t/h, lo que representa un consumo de combustible adicional menor al 5 %, lo cual fue una opción rentable poder sacar estos equipos de operación y llevar a cabo la actividad programada. Esta pequeña variación permite que la temperatura de piel de los hornos se mantenga por debajo de 50°C.