a. Mecanismo de daño genérico para Unidad de Hidrotratamiento
Según la normativa API 571 (Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refining Industry), en la descarga del reactor de la unidad LNHT se encuentran presentes los siguientes mecanismos de corrosión:
- Corrosión generalizada por H2S
- Corrosión bajo depósito por bisulfuro de amonio (NH4HS) - Corrosión bajo depósito por cloruro de amonio (NH4Cl) - Corrosión generalizada por ácido clorhídrico (HCl) - Erosión/corrosión
En la Figura 24 se puede observar el Diagrama de flujo que muestra las zonas de Corrosión por los agentes corrosivos. HORN O B-801 CELDA D D C B A C-851 A/B/C/D REACTOR D-801 AGUA ACI DA A S WS F-872 AGUA DE LA VADO NAF TA LIVI ANA
7 8 9 20 23 2 9 20 7 8 9 20 7 8 2 23 9 20 7 8 2 7
Daño por H2S generalizado
HCl
Corrosión por estrés por cloruro Erosión /corrosión
Cloruro de amonio (NH4Cl) Bisulfuro de amonio (NH4HS)
AGUA DE LA VADO
2
Figura 24: Diagrama de corrosión característico (Elaboración propia)
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b. Mecanismo de daño ERA
Específicamente para ERA, sólo se presenta la corrosión por HCl, corrosión generalizada H2S y erosión/corrosión en la descarga del reactor LNHT, descartándose la corrosión por NH4HS y NH4Cl, por que no se dan las condiciones en las cuales estos mecanismos se presentan. (Ver ANEXO G)
Dicho escenario, no es la condición normal de la Unidad, pero el cambio en las características de la carga en la Refinería, hace factible esperar un eventual escenario no deseado con presencia de cloruros. En la Figura 25 se observa el Diagrama de Corrosión de ERA:
HORN O B-801 CELDA D D C B A C-851 A/B/C/D REACTOR D-801 AGUA ACIDA A S WS F-872 AGUA DE LA VADO NAF TA LIVIANA 9 20 9 20 AGUA DE LA VADO 2
2 Daño por H2S generalizado
HCl
Erosión /corrosión
Figura 25: Diagrama de Corrosión ERA (Elaboración propia)
73
c. Técnicas de inspección y monitoreo del equipo/unidad por normativa o práctica recomendada.
Por la normativa API 571, la inspección y monitoreo es la siguiente:
-
Para identificar áreas desgastadas, se utilizan métodos de medición de espesor por scanning de ultrasonido o por radiografías de perfil.-
El pH del agua en la bota del acumulador debe ser chequeada. También se deben realizar mediciones de contenido de cloruros y hierro, pero con una menor frecuencia que el pH.-
La utilización de cupones de corrosión puede proporcionar información adicional de la velocidad y de la falla.d. Metodología de cálculo de corrosión (velocidad de corrosión estimada)
Para estimar la velocidad de corrosión se utilizarán las herramientas de la normativa API-581 (Risk-Based Inspection Technology), del Anexo 2B – Determinación de tasas de corrosión, de dicha normativa.
En dicha metodología, se utilizan tablas que indican la variación de la tasa de corrosión, con respecto a la variación del pH u otra variable, en distintos escenarios de mecanismos de corrosión.
e. Velocidad de corrosión medida
Utilizando los resultados de las mediciones de espesores que se encuentran expuestas en el ANEXO E, se obtiene que la velocidad de corrosión uniforme medida, desde la instalación de la cañería (año 1997), hasta la fecha de la última medición (año 2015), es de 0,06 [mm/año] (2,4 mpy). (20)
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑜𝑠𝑖ó𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙−𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝐴ñ𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑢𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜𝑠 = 7,1−6,0 18 = 0,06 [ 𝑚𝑚 𝑎ñ𝑜] (21)
f. Velocidad de corrosión estimada
Tal como ya fue mencionado, la velocidad de corrosión actual estimada, se realiza utilizando la normativa API-581 y la información entregada por ERA, con respecto al seguimiento de la variable pH a través del tiempo. La información entregada corresponde a mediciones realizadas desde enero del 2018 hasta septiembre del mismo año, es decir, en el presente año.
De los datos entregados, se obtiene que el pH varía desde los valores de 5,4 a 8,8 de pH, dando como resultado un pH promedio de operación de 7,5, con una dispersión de los datos de ±0,6. Por otro lado, dada las condiciones de la planta, el 66% del tiempo el pH se encuentra en un rango mayor a 7,3, por lo que utilizar un valor de 7,5 de pH para estimar la velocidad de corrosión es bastante representativo. La temperatura de operación de la corriente del efluente del reactor posterior a la inyección de agua de lavado es de 52 °C (125 °F) (entregada por Ingeniería Básica).
Ya teniendo estas dos informaciones, el pH promedio de operación del año, junto con la temperatura de operación de la corriente, se puede utilizar la tabla entregada por la normativa API-581, que se puede observar en la Tabla 8.
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Tabla 8: Tasa de corrosión estimada por HCl (API-581) según pH y T°.
Fuente: (8)
Graficando los datos para 125 °F de la Tabla 8, se obtiene la relación de velocidad de corrosión versus el pH, obteniéndose la tendencia de los datos, con su respectiva ecuación, la cual se puede observar en la Figura 26.
Figura 26: Velocidad de corrosión [mpy]
y = 2185e-0,903x R² = 0,9676 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Veloc id ad d e c o rr o si o n [m p y] pH
75 Por lo tanto, a partir de la ecuación obtenida de la tendencia de los datos, se pudo estimar la velocidad de corrosión correspondiente a un pH de 7,5, dando un valor de 3 [mpy], que corresponde a 0,08 [mm/año]. (20)
g. Comentarios
1) Por otro lado, se realizó el mismo cálculo para los valores límites de pH que se obtuvieron de las mediciones.
-
Límite inferior: pH de 5,4A partir de la ecuación obtenida de la tendencia de los datos, se pudo estimar la velocidad de corrosión correspondiente a un pH de 5,4, dando un valor de 17 [mpy], que corresponde a 0,43 [mm/año]. (20)
-
Límite superior: pH de 8,8A partir de la ecuación obtenida de la tendencia de los datos, se pudo estimar la velocidad de corrosión correspondiente a un pH de 8,8, dando un valor de 1 [mpy], que corresponde a 0,03 [mm/año]. (20) Se puede observar, que la velocidad de corrosión de los datos entregados varía entre los valores de 0,03 a 0,43 [mm/año].
2) Con respecto al gráfico de la Figura 26
Tal como se puede percatar de la Figura 26, no se logra observar el peak en el rango de pH de 6,8 a 7,3 correspondiente al Fenómeno de Aguas Negras, como se había visto con anterioridad, esto se debe a que a partir del pH 6 aproximadamente, en el ambiente no hay HCl, si no que H2S, y el gráfico expuesto es para ambientes de HCl, por lo tanto el peak no se logra apreciar, pero es algo presente dentro del Loop.
76
IV.
IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES DEL PROCESO
a. Variables que activan el mecanismo de daño
Las variables que activan el mecanismo de daño son: el pH y el contenido de cloruro.
De acuerdo a lo indicado en la literatura, los valores de estas variables debieran estar en los siguientes rangos recomendados:
-
pH: debe tener un valor de 5,5 a 6,5 de pH ó tener un valor mayor a 7,3, debido a que en el rango de 6,8 a 7,3 de pH, se encuentra el fenómeno de Aguas Negras, el cual aumenta la tasa de corrosión. (14)-
Cl: el contenido de cloruros se debe seguir para ver la tendencia y en bibliografía se habla de un valor menor a 10 ppm como valor recomendado. (18)b. Variables correctivas
La variable correctiva que se encuentra en el efluente del reactor de LNHT es la de inyección de agua de lavado (Ver Unidad 9, sección 2).
De acuerdo a lo indicado en la literatura, el valor de esta variable debiera estar en el siguiente mínimo recomendado:
-
Inyección de agua: Se debe tener como mínimo un 3-5% del volumen de alimentación.c. Variables informativas
La variable informativa en este caso en particular, es el contenido de iones de Fe. Al igual que las demás variables, de acuerdo a lo indicado en la literatura, el valor de esta variable debiera estar en el siguiente máximo recomendado:
-
Fe: máximo de 2 ppmd. Comentarios
Como ya fue mencionado, desde ERA se obtuvo información correspondiente a mediciones realizadas desde enero del 2018 hasta septiembre del mismo año para las variables pH, iones Fe y Cl. Para la tasa de inyección de agua de lavado se tiene información desde enero a marzo del 2018.
Esta información se encuentra adjuntada en el ANEXO F.
Con esa información se obtuvieron los siguientes promedios y desviaciones de cada variable: - El pH tiene un valor promedio de 7,5 ± 0,6 pH.
- El Cloruro tiene un valor promedio de 4 ± 8 ppm. - La inyección de agua tiene un valor de 3,6% ± 0,01%. - Los iones de fierro tienen un valor de 4,5 ± 13,7 ppm.
77 Como se puede observar, el único que cumple con la restricción, sería la tasa de inyección de agua de lavado, encontrándose en los valores recomendados por bibliografía.
En primer lugar, se comprende que el pH pasa la mayor parte del tiempo en el rango de mayor a 7,3, rango que es recomendado por bibliografía para la operación segura de la Planta. Además, nunca baja del valor de 5,4 de pH, por lo que no se generan momentos de acidez. (Menor a 4,5 de pH)
Por otro lado, para los cloruros se observa que solo cuatro datos se exceden de la restricción de 10 ppm. Se observa que el valor mínimo es de 1 ppm y valor máximo de 50 ppm. Debido a la cantidad de datos de muestreo (67 datos), es que las 4 mediciones más elevadas son eliminadas para el análisis, dando como promedio un valor de 3 ± 2 ppm, cumpliendo con la condición de 10 ppm de cloruro como máximo. Con respecto a los iones de hierro, 28 mediciones de 67 no cumplen con la restricción de ser menor a 2 ppm, es decir un 42%, por lo tanto, un 58% de los datos cumplen con la restricción. Además, el valor mínimo obtenido es de 0,04 ppm, mientras que el mayor es de 112,25 ppm. Debido a la cantidad de datos de muestreo, es que las 3 mediciones de valores más elevadas son eliminadas para el análisis, dando como promedio un valor de 2,5 ± 2,5 ppm. Aun eliminando estos datos, no se cumple con la condición 2 ppm de hierro como máximo.
En la Figura 27 se observan las regiones recomendadas por bibliografía del pH, donde se destacan las zonas seguras de operar, zona de aguas negras, y región ácida.
Zona segura de operar Región de Aguas Negras
Zona segura de operar
Región ácida
Figura 27: Regiones de Operación de pH (Elaboración propia) 5,5 6,5 6,8 7,3 4,5 6,0 0,0 14,0
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V.
DETERMINACIÓN DE LÍMITES
a. Factor de confiabilidad
El factor de confiabilidad se obtiene en vista de la diferencia en tiempo (años, meses, etc), es decir, el margen existente, entre el ciclo de vida esperado de un equipo y la próxima parada de planta (o mantención). Otorga un margen de seguridad y confiabilidad (en términos de tiempo) en los cálculos realizados.
Para la implementación de las V.O., se requiere un factor de confiabilidad de un año, el cual puede ser modificado si las condiciones de los equipos lo ameritan.
b. Espesor original y actual
Se considera como espesor base para realizar las V.O., la sección de la cañería que se encuentra en peores condiciones, o caso más desfavorable, la cual es la que se haya con una fracción de vida gastada de un 44%, mencionada anteriormente. (Coordenada de “7N” en las mediciones de espesor).
El espesor original, que corresponde al espesor, medido en milímetros, en el momento de la fabricación inicial o al comienzo de un nuevo ambiente de corrosión de la coordenada de la fracción de cañería más desfavorable, es de 7,1 [mm], mientras que el espesor actual, que corresponde al espesor medido, en milímetros, en el momento de la inspección actual, es de 6,0 [mm]. En consecuencia, la pérdida de material por corrosión es de 1,1 [mm].
Como fue mencionado con anterioridad, los datos entregados de la última inspección corresponden al año 2015.
c. Espesor de retiro mínimo
El espesor de retiro mínimo se puede definir como el espesor de cañería en el cual uno debe retirar el equipo o pipping.
El espesor mínimo de retiro en específico para la coordenada “7N” de las mediciones, es de 4,6 [mm], utilizando la siguiente fórmula:
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑖𝑟𝑜 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 ∗ 0,875 − 1,6. (21)(22)
El cálculo se basa en ASTM A106, utilizado por el Departamento de Mantención en las Inspecciones.
d. Espesor útil de la cañería
El espesor útil de la cañería corresponde a la diferencia entre el espesor original y el espesor de retiro de la cañería, ambos realizados en el mismo punto de medición.
Considerando que el espesor original es de 7,1 [mm] y que el espesor de retiro es de 4,6 [mm], se obtiene que el espesor útil de la cañería es de 2,5 [mm], es decir, el espesor máximo de tubería que se puede corroer.
Debido a que ya se han corroído 1,1 [mm] en estos años de funcionamiento, el espesor útil remanente actual de la cañería es de 1,4 [mm], es decir, el que queda disponible.
79
e. Tiempo establecido para la ventana
Como se ha mencionado con anterioridad, se espera que el tiempo establecido para las Ventanas Operativas, sea el correspondiente al horizonte de vida de la línea del efluente del reactor (próximas dos paradas de planta), más un factor de confiabilidad de un año.
Por lo tanto, sería:
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 = 𝑝𝑟ó𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 + 1 𝑎ñ𝑜 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 = 8 𝑎ñ𝑜𝑠 + 1 𝑎ñ𝑜
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 = 9 𝑎ñ𝑜𝑠
Se considera que el tiempo para las próximas dos paradas de planta, serán a partir del segundo semestre del 2015, debido a que la última información de inspección entregada por ERA corresponde para esa fecha.
f. Vida útil medida y estimada
En la operación actual del circuito, se tiene que la vida útil calculada, basada en la tasa de corrosión histórica medida (0,06 mm/año), y el espesor útil de cañería que se observa actualmente (1,4 mm), es de:
𝑉𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 ú𝑡𝑖𝑙 𝑉𝑒𝑙. 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑜𝑠𝑖ó𝑛=
1,4 [𝑚𝑚]
0,06 [𝑚𝑚𝑎ñ𝑜]= 23 𝑎ñ𝑜𝑠
Por otro lado, utilizando la tasa de corrosión estimada por el API-581, que corresponde a un valor de 0,08 [mm/año], la vida útil restante del efluente de reactor se reduce a:
𝑉𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 ú𝑡𝑖𝑙 𝑉𝑒𝑙. 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑜𝑠𝑖ó𝑛=
1,4 [𝑚𝑚]
0,08 [𝑚𝑚𝑎ñ𝑜]= 18 𝑎ñ𝑜𝑠
Generándose una diferencia de 5 años, si se utiliza la tasa de corrosión medida y la tasa de corrosión estimada respectivamente, además se puede observar que, por normativa, los resultados son más estrictos y conservadores.
g. Velocidad máxima de corrosión
Para asegurar que el circuito llegue al segundo paro programado correspondiente al año 2023 (8 años a partir del año 2015), se decide controlar la tasa de corrosión para obtener una vida útil de 9 años (próximas dos paradas de planta, más un año de factor de confiabilidad)
Para ello se calculó la tasa de corrosión que garantiza la duración de la línea del circuito del efluente de la siguiente manera:
- El espesor restante de la cañería es de 1,4 [mm]
- Se requiere de una vida útil de 9 años
Vel. corrosión = Espesor útil actual
Tiempo establecido Ventanas=
1,4 [mm]
9 [años] = 0,16 [ mm año]
Por lo tanto, para lograr que el circuito dure los 9 años, se debe tener una tasa de corrosión menor a 0,16 [mm/año] (correspondiente a 6,3 [mpy]) (20)
80
h. pH correspondiente al valor de velocidad máxima de corrosión
Utilizando la ecuación obtenida en la Figura 26, se obtiene que el pH correspondiente a una velocidad de 6,3[mpy], es de 6,5.
Debido a que las variables “pH” y “tasa de corrosión” son inversamente proporcional (a medida que aumenta la tasa de corrosión, el pH disminuye), por lo tanto, el pH como mínimo puede ser de 6,5, para cumplir con la condición de velocidad de corrosión máxima de 6,3 [mpy].
Por lo mencionado anteriormente, se obtienen los rangos de operación óptimos para la Unidad de LNHT, donde el valor de pH de 6,5 debe ser el mínimo valor de operación para lograr cumplir con la velocidad de corrosión máxima, por lo tanto, los límites establecidos quedarán de la siguiente forma:
Figura 28: Límites establecidos LNHT (Elaboración propia)
Tal como se puede observar, la zona segura de operar para la Unidad de LNHT es el rango de 6,5 a 6,8 de pH, y mayor a 7,3, debido a que en el rango de 6,8 a 7,3 de pH, se encuentra el fenómeno de Aguas Negras, el cual aumenta la tasa de corrosión.
Un valor de pH menor a 6,5 (mínimo establecido), sería considerado como una región insegura para operar, debido a que no permitiría cumplir con la condición de velocidad de corrosión máxima de 6,3 [mpy], por lo tanto, la cañería no duraría los 9 años esperados.
81
i. Comentarios
Eventualmente, se podría utilizar la temperatura para controlar la corrosión, por lo tanto, un cambio de escenario en la temperatura se reflejaría de la siguiente forma:
-
Variando la temperatura:o Velocidad de corrosión máxima: 6,3 [mpy] o pH en operación normal: 6,5
o Temperatura de operación normal: 125 °F (52°C) o Variación de temperatura:
▪ 100°F: Manteniendo la velocidad de corrosión máxima, a una temperatura de 100 °F (38 °C), se obtiene que el pH mínimo al cual se puede operar es de 5,4 pH.
▪ 175°F: Manteniendo la velocidad de corrosión máxima, a una temperatura de 175 °F (79 °C), se obtiene que el pH mínimo al cual se puede operar es de 7,0 pH.
▪ 200°F: Manteniendo la velocidad de corrosión máxima, a una temperatura de 200 °F (93 °C), se obtiene que el pH mínimo al cual se puede operar es de 7,5 pH.
En el primer caso, se puede observar que el pH mínimo de operación (pH 5,4) bajo la condición de 100 °F, es menor al pH mínimo de operación correspondiente a la operación normal de la planta LNHT (pH 6,5). Con esto se puede concluir, que a medida que disminuye la temperatura, el pH mínimo también disminuye, por lo tanto, el rango de operación óptimo es menos restrictivo, por lo que el rango de operación óptimo sería de 5,4 a 6,8 de pH.
En los siguientes casos ocurre lo contrario, a medida que aumenta la temperatura de operación, el pH mínimo aumenta, por lo que el rango de operación optimo se hace más restrictivo, disminuyendo el rango óptimo de operación para la planta. En estos casos, la cañería se romperá antes de la fecha establecida.
82
VI.
RANKING DE RIESGOS
a. Ranking de riesgos de las variables de procesos
Como fue mencionado en el ANEXO B (Manual de Procedimiento), en caso de existir condiciones relevantes en cuanto al estado del circuito y/o condiciones de operación se deberá realizar un análisis de riesgos para las diferentes variables definidas, de acuerdo a la metodología indicada en el API 581. Para el desarrollo de la memoria, no se utilizará la Metodología del API 581, debido a que Enap incorporará esta Metodología mediante la adquisición de un Software, por lo que no se solicitó realizar este apartado con dicha técnica, además por la complejidad de realizarla. Por lo tanto, se realizará un ranking de riesgos de elaboración propia.
En primer lugar, se debe mencionar que realizar un ranking de riesgos, en otras palabras, es clasificar las variables de las V.O. en función del riesgo, lo cual ayuda a determinar la prioridad adecuada de uso de alarmas, alertas y notificaciones al personal operativo, además de especificar el tipo de respuesta y tiempo de acción si se exceden los límites establecidos.
Cuanto mayor sea el riesgo, más niveles de acción deben ser asignados en las V.O. de criticidad estándar, con el fin de proporcionar una mayor posibilidad de recuperar el control antes de que se alcance un nivel crítico de alarma.
Para realizar el ranking de riesgos, se debe realizar una Matriz de Riesgo, la cual sirve como una herramienta para la toma de decisiones, que puede utilizarse para determinar el riesgo de exceder un límite establecido. La matriz de riesgo utiliza una función de probabilidad y consecuencia del evento. El producto entre estos dos factores, probabilidad y consecuencia de fallo, es el riesgo a la falla.
Para la realización de la Matriz de Riesgo, se debe tener en cuenta que las consecuencias de un evento, pueden tener efecto en las personas, en los activos de la Refinería, impactos al medio ambiente y a la imagen de la empresa. El grado de las consecuencias en la Matriz de Riesgos va desde la A (catastrófico) hasta la E (Sin impacto). Las consecuencias de un evento, es lo que se causa si se produce la falla.
A continuación, se pueden observar las consecuencias por cada nivel:
Tabla 9: Consecuencias Matriz de Riesgos
Consecuencias Matriz de riesgo
A Catastrófico
-Personas: muerte de personas
-Medio ambiente: gran emisión no contenida -Activos: muy graves pérdidas financieras
-Imagen: Exposición pública a accidente con amenaza a la vida, gran daño en la reputación de la empresa
B Severo
-Personas: Daños severos con invalidez a personas. -Medio ambiente: emisión pequeña no contenida. -Activos: Pérdidas financieras moderadas.
83 C
Moderado
-Personas: Daños sin invalidez a personas
-Medio ambiente: emisión pequeña no contenida. -Activos: Pérdidas financieras moderadas.
-Imagen: No genera impacto público. D
Despreciable
-Personas: Daños a personas que requieren sólo primeros auxilios. -Medio ambiente: pequeña emisión peligrosa que permanece