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2010
ESTUDIO HIDRÁULICO DE LAS TORRES DE DESTILACIÓN DE LA PLANTA DE FRACCIONAMIENTO ULÉ (GLP2) BAJO EL ESCENARIO OPERACIONAL DEL CCO Con la puesta en servicio del Complejo Criogénico de Occidente (CCO), la Planta de Fraccionamiento Ulé (GLP-2) recibirá del tren de extracción de este complejo, LGN a diferentes condiciones
de composición (LGN
Pobre, Promedio y Rico); resultando necesario definir el máximo volumen de alimentación de LGN que podría procesar. Es por esto que se requiere realizar un estudio de capacidad hidráulica de cada una de las torres con el fin de
evitar
problemas
operacionales
tales
como
inundación, lagrimeo, entre otros y de esta manera garantizar la operación óptima de las torres de fraccionamiento, cumplir con los requerimientos de calidad de los productos exigidos por el cliente y asegurar la disponibilidad operacional de las torres de fraccionamiento. Los valores del caudal de alimentación máxima para cada unos de los escenarios evaluados son 27.5 MBPD de LGN Pobre, 42.8 MBPD de LGN Promedio y 34.55 MBPD de LGN Rico.
Autor: MSc. Roberto Paz Gerencia de Procesamiento de Gas Occidente
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Estudio Hidráulico de las Torres de Destilación de la Planta de Fraccionamiento Ulé (GLP-2) bajo el Escenario Operacional del CCO
RESUMEN La planta de Fraccionamiento Ulé, está ubicada en la Avenida Intercomunal Sector la Vaca, Municipio Simón Bolívar, Estado Zulia. Esta tiene como función fraccionar el LGN proveniente de las plantas Tía Juana 2 y 3 en propano, mezcla de butanos (n-butano e i-butano) y gasolina natural (C5+). Con la puesta en servicio del Complejo Criogénico de Occidente (CCO), la Planta de Fraccionamiento Ulé (GLP-2) recibirá del tren de extracción de este complejo LGN a diferentes condiciones de composición (LGN Pobre, Promedio y Rico); resultando necesario definir el máximo volumen de alimentación de LGN que podría procesar. Es por esto que se requiere realizar un estudio de capacidad hidráulica de cada una de las torres con el fin de evitar problemas operacionales tales como inundación, lagrimeo, entre otros y de esta manera garantizar la operación óptima de las torres de fraccionamiento, cumplir con los requerimientos de calidad de los productos exigidos por el cliente y asegurar la disponibilidad operacional de las torres de fraccionamiento. Para tal fin, se realizaron una series de evaluaciones o sensibilidades a diferentes caudales y composiciones de alimentación a GLP-2 mediante el uso del simulador de procesos Aspen Hysys 2006, y así hallar el valor máximo de alimentación de las torres de fraccionamiento. La sensibilidades realizadas permitieron definir que los caudal de alimentación máximos en cada unos de los escenarios evaluados para las torres de fraccionamiento de GLP-2 (bajo los diferentes escenarios de alimentación del CCO) son 27.5 MBPD de LGN Pobre, 42.8 MBPD de LGN Promedio y 34.55 MBPD de LGN Rico, sin que ocurran problemas hidráulicos en las columnas de fraccionamiento.
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INTRODUCCION La Planta de Fraccionamiento Ulé se encuentra conformada por las plantas de fraccionamiento GLP-1, 2 y 3 y la planta de extracción GLP-5. Actualmente se encuentra operando la Planta GLP-2, con una capacidad de procesamiento por diseño de 46.0 MBPD de LGN provenientes de las plantas Tía Juana 2 y 3, obteniendo: propano, mezcla de butanos y gasolina natural. Actualmente procesa alrededor de 16.0 MBPD promedio de LGN. La Planta GLP-2 está compuesta por una torre despropanizadora (D8-504 ó T5-B), una torre desbutanizadora (D8-506 ó T6-B), condensadores de propano (D6-501), condensadores de butano (D6-502), dos tambores de alimentación (D8-501 A/B), dos tambores de reflujo (D8-505 y D8-507) y dos rehervidores (D2-504 y D2-506), La producción de propano, está dirigida a satisfacer la demanda local de propano de la región centro occidental del país, ocupando un 80% de la misma para tal fin. Así mismo, el 20% restante es distribuido para satisface la demanda de las Plantas de Conservación TJ-2 y TJ-3, para su proceso de refrigeración. Debido a futuros cambios en la alimentación de los líquidos del gas natural (LGN) que aportará el CCO, en cuanto a su composición y flujo de alimentación a GLP Ulé, se requiere realizar un estudio que permita evaluar el comportamiento hidráulico de los internos (platos) en cada una de las torres de fraccionamiento; esto con el objeto de evitar problemas operacionales (inundación, lagrimeo, entre otros) y así asegurar la operación óptima y continua de las torres de fraccionamiento y cumplir con los planes de calidad de los productos exigidos por el cliente y garantizar la disponibilidad operacional de las torres de fraccionamiento, con la puesta en servicio del CCO.
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El 29 de abril de 1958 la Planta de Fraccionamiento Ulé, inició sus operaciones con la empresa Creole Petroleum Corporation. Luego del período de nacionalización en 1975 pasó a formar parte de los activos de la Industria Petrolera Venezolana y comenzaron sus operaciones con la empresa LAGOVEN S.A., a partir de la unificación de las filiales petroleras venezolana en 1997, la Planta de Fraccionamiento Ulé es transferida a PDVSA Gas, formando parte de la Gerencia de Procesamiento de Gas Occidente. Con la puesta en operación del Complejo Criogénico de Occidente el proceso de extracción tendrá la capacidad de procesar 950 MMPCED de gas de la cual producirá 58.88 MBPD de líquidos del gas natural (LGN promedio). El gas que ingrese al complejo para ser procesado (extracción de líquidos), proviene de varias zonas o bloques de producción de la región, obteniéndose diferentes composiciones del mismo, como lo son las siguientes:
Gas Pobre (2.2 GPM).
Gas Promedio (2.6 GPM).
Gas Rico (3.26 GPM).
De estas composiciones se obtendrán de igual manera diferentes calidades de los líquidos extraídos en el CCO clasificados como LGN pobre, LGN promedio y LGN rico dependiendo de la riqueza del gas alimentado. Los líquidos extraídos del gas se distribuirán en el escenario de operación normal del CCO (dos trenes de extracción y el tren de fraccionamiento en servicio) a los diferentes trenes de fraccionamiento de Occidente de la siguiente manera:
35.0 MBPD para el nuevo tren de fraccionamiento del CCO.
18.0 MBPD para la planta de fraccionamiento Ulé.
5.88 MBPD para la planta de fraccionamiento Bajo Grande y adicionalmente 3.42 MBPD de condensado estabilizado.
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Debido a la composición de LGN que será alimentado a la Planta de Fraccionamiento Ulé con la puesta en servicio del CCO varia con respecto a lo considerado en el diseño de la Planta GLP-2 y para definir el escenario de distribución de la producción de LGN del tren de extracción del CCO en el caso de algún mantenimiento al tren de fraccionamiento de este complejo, ya que la producción se distribuiría entre las plantas de fraccionamiento de Ulé y Bajo Grande, es necesario evaluar el comportamiento hidráulico de los internos de cada una de las torres de fraccionamiento; para identificar los volúmenes máximos que pueden ser procesados, lo que permitirá
evitar dificultades
operacionales (inundación, lagrimeo, entre otros) y de esta forma garantizar la operación óptima y continua de la planta, cumplir con los requerimientos de calidad de los productos y asegurar la disponibilidad operacional del tren de fraccionamiento, con la puesta en servicio del CCO.
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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Evaluar la capacidad hidráulica del proceso de fraccionamiento de la Planta de Fraccionamiento Ulé, bajo el escenario de alimentación futura del Complejo Criogénico de Occidente (CCO), a fin de cumplir con los requerimientos de calidad de cada uno de los productos fraccionados en planta y asegurar la continuidad operacional de las torres de fraccionamiento con la puesta en operación del CCO.
OBJETIVOS ESPECIFICOS -
Evaluar la capacidad hidráulica de las torres despropanizadora y desbutanizadora (D8-504 y D8-506) de GLP-2 bajo el escenario de alimentación proveniente del CCO.
-
Hallar el valor máximo de alimentación de las torres de fraccionamiento de GLP-2 bajo los diferentes escenarios de alimentación de LGN proveniente del CCO.
BASES Y PREMISAS Las bases y premisas utilizadas para el desarrollo del estudio son las siguientes: •
Para la obtención de los parámetros físicos – químicos de las corrientes del proceso se utilizó el simulador de procesos Aspen Hysys 2006.
•
La evaluación hidráulica de cada una de las torres de fraccionamiento de GLP-2 se realizó mediante el uso de la herramienta de simulación Aspen Hysys 2006, mediante el uso de la herramienta “Tray Sizing”.
•
Los flujos de alimentación que se consideraron para realizar la evaluación hidráulica de GLP-2 se inicio desde 42.0 MBPD (valor por diseño) disminuyendo este valor a razón de 10.0 MBPD hasta de LGN hasta encontrar el flujo máximo.
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•
Las
diferentes composiciones de LGN (Rico, Promedio y Pobre)
provenientes de la Planta de Extracción del CCO, tomadas para cada una de las sensibilidades o evaluaciones hidráulicas son las siguientes (Fuente: Doc. 8922Y-000-PP-202 Rev. 0, Bases de Diseño Bloque I y II FEED 98% (Proyecto CCO)): Tabla 1: Porcentaje Molares de LGN provenientes del CCO
Componentes
LGN Pobre (% Molar)
LGN Promedio (% Molar)
LGN Rico (% Molar)
Etano
0.53
0.58
0.59
Propano i-Butano
52.97 10.16
58.37 9.00
58.63 9.77
n-Butano
17.36
16.18
17.97
i-Pentano
5.69
5.40
5.18
n-Pentano
5.49
5.47
5.06
n-Hexano
4.49
3.29
2.17
n-Heptano
2.70
1.23
0.47
n-Octano
0.62
0.28
0.06
n-Nonano
0.0
0.16
0.04
n-Decano
0.0
0.03
0.06
n-Undecano
0.0
0.0
0.06
•
Las especificaciones de Calidad, según reportes del Sistema de Información de Análisis de Laboratorio (SIALAB), que debe cumplir los productos fraccionados como el propano y la mezcla de butanos es la siguiente:
Tabla 2: valores Máximos y Mínimos de Calidad Tope Torre Despropanizadora Propano Producto (Tope Torre Despropanizadora) Componente % Molar Metano
Máx. 0.5
Etano
Máx. 5.1
Propano
Min. 90.0
i-Butanos
Máx. 1.82
n-Butano
Máx. 0.28
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Tabla 3: Valores Máximos y Mínimos de calidad Tope Torre Desbutanizadora
Mezcla de Butanos (Tope Torre Desbutanizadora) Componente % Molar
•
Propano
Máx. 2.5
i-Pentano
Máx. 1.4
n-Pentano
Máx. 0.35
La gasolina natural debe cumplir con un valor máximo de Presión de Vapor Reíd (RVP) de 15.0 psia.
•
Las especificaciones técnicas de los internos de las columnas de fraccionamiento de GLP-2 fueron tomadas del manual “CREOLE PETROLEUM CORPORATION LPG EXPANSION PROJECT ULE FRACTIONATION PLANT PROCESS DESIGN SPECIFICATIONS”.
•
El comportamiento de una columna de destilación es eficiente en un rango de 40 a 90% de inundación, Manual de Diseño de Procesos de PDVSA, PDVSA MDP-04-CF-14 (Eficiencia de Platos).
•
La velocidad de entrada al bajante debería ser limitada a un máximo de 0.15 m/s (0.5 pie/s). Para sistemas espumantes, deberían usarse velocidades menores (en el orden de 0.06 m/s (0.2 pie/s)). La velocidad a la salida de un bajante inclinado o escalonado no debería exceder dos veces la velocidad de entrada calculada, o 0.18 m/s (0.59 pie/s), cualquiera que sea menor según el Manual de Diseño de Procesos de PDVSA, PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula).
•
La caída de presión final en el plato seco generalmente se encuentra dentro del rango de 25 a 100 mm (1.0 a 4.0 pulgadas) de líquido caliente de acuerdo al Manual de Diseño de PDVSA, PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula).
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•
La siguiente tabla muestra algunos parámetros hidráulicos para Torres de Fraccionamiento, a tomar en cuenta según Manual de Diseño de PDVSA, PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula).
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•
En la siguiente tabla se puede observar los tiempos de residencia recomendados en los bajantes (Downcomers) dependiendo del peso molecular del hidrocarburo (Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, E. Ludwing).
METODOLOGIA Esta investigación se realizó cumpliendo con los siguientes pasos:
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RESULTADOS Y ANALISIS • Flujo de Alimentación a GLP-2 de 42.0 MBPD (LGN Pobre, Promedio y Rico). Respecto a la evaluación hidráulica de las torres de fraccionamiento de GLP-2 a un caudal de alimentación de 42.0 MBPD bajo los diferentes esquemas de LGN provenientes del CCO, se puede observar lo siguiente: ¾ Caída de Presión de Líquido Seco. En la Figura 1 se muestra las caídas de presión de líquido seco en la sección de platos para la columna despropanizadora (D8-504), para el caso en donde se procesan 42.0 MBPD de LGN, bajo los diferentes esquemas de composición provenientes del CCO (LGN Pobre, Promedio y Rico).
Caída de Presión de Líquido Seco (in)
1,8500 LGN Pobre
1,8000
LGN Promedio LGN Rico
1,7500 1,7000 1,6500 1,6000 1,5500 1,5000 0
5
10
15
20
25
30
35
40
N° de Platos
Figura 1: Caída de Presión Sección de Platos D8-504
En la Figura 1, la caída de presión en la sección de internos de la torre despropanizadora (D8-504) se encuentra dentro de los rangos establecidos por la norma PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula), de 1.0 a 4.0 pulgadas de líquido caliente. El rango de caídas de presión oscila entre 1.5 a 1.83 pulg. Para la torre desbutanizadora D8-506, Figura 2, se muestra la variación de caída de presión de líquido seco para el caso de 42.0 MBPD de LGN Pobre, Promedio y Rico. Gerencia de Procesamiento de Gas Occidente
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7,0000 LGN Pobre Caída de Presión de Líquido Seco (in)
6,0000
LGN Promedio LGN Rico
5,0000 4,0000 3,0000 2,0000 1,0000 0,0000 0
5
10
15
20
25
30
N° de Platos
Figura 2: Caída de Presión Sección de Platos D8-506
Para la torre desbutanizadora (D8-506), las caídas de presión a lo largo de la sección de internos, Figura 2, sólo el escenario de alimentación con LGN Promedio se encuentra dentro de los límites descritos en la norma, estos valores se encuentran en un rango de 1.3 a 3.0 pulgadas. Mientras que los otros dos esquemas de alimentación (LGN Pobre y Rico) se exceden los valores de caída de presión en las secciones de platos del tope y fondo de la columna, por ejemplo en el caso de LGN Pobre, sólo los dos primeros internos (platos) se encuentran entre los valores de descritos por la norma (3.71 – 3.94 pulgadas de líquido) y parte media de los platos debajo del plato de alimentación (plato 19). En tanto los internos del tope estos valores van desde 4.0 a 6.0 pulgadas de líquido. El LGN Rico oscila entre 2.5 y 4.5 pulgadas de líquido, por lo que tampoco cumple con lo establecido en la norma PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula). ¾ Porcentaje de Inundación. En las Figuras 3 y 4 se muestran los porcentajes de inundación de las torres de fraccionamiento de GLP-2, para los diferentes escenarios de composición evaluados en el estudio.
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70,00
65,00
% de Inundación
60,00 55,00 50,00
45,00
40,00
35,00
LGN Pobre LGN Promedio LGN Rico
0
5
10
15
20
25
30
35
40
N° de Platos
Figura 3: Porcentajes de Inundación Torre D8-504
120,00
110,00 100,00
% de Inundación
90,00 80,00 70,00 60,00
LGN Pobre
50,00
LGN Promedio
40,00
LGN Rico
30,00
0
5
10
15
20
25
30
N° de Platos
Figura 4: Porcentajes de Inundación Torre D8-506
La Figura 3, se observa que los porcentajes de inundación de los escenarios evaluados para la torre despropanizadora muestran un comportamiento eficiente, según lo mencionado en normas PDVSA MDP-04-CF-14 (Eficiencia de Platos) y PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula), lo cual indica que en un rango de 40 a 90% de inundación la torre se comporta de manera eficiente. Los valores reportados se encuentran entre 43 y 63 % para LGN Pobre, Rico y Promedio. Respecto a la torre desbutanizadora, Figura 4, se puede observar que sólo el escenario de LGN Promedio cumple con la normas en un rango de 53 a 73 % de inundación, el resto de los esquemas de alimentación muestran un Gerencia de Procesamiento de Gas Occidente
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porcentaje de inundación superior a los de la norma en toda la sección de internos de la columna. Para el escenario de LGN Rico la sección que se encuentra por debajo del plato de alimentación tiene un porcentaje de inundación que va desde 80 a 74 % mientras que la sección de platos del tope se encuentra de un 90 a 92%. Para el caso de LGN Pobre la columna desbutanizadora se encuentra totalmente inundada de un 95 a 113%. ¾ Velocidad por los Bajantes. En las Figuras 5 y 6 se muestran las velocidades de los bajantes (Downcomer) de las torres de fraccionamiento de GLP-2, para los diferentes escenarios de composición evaluados en el estudio.
0,8000
0,7000
LGN Pobre LGN Promedio
Velocidad DC (ft/s)
LGN Rico
0,6000
0,5000
0,4000
0,3000
0,2000 0
5
10
15
20
25
30
35
40
N° de Platos
Figura 5: Velocidades del Bajante Torre D8-504 0,6500
0,6000
LGN Pobre
LGN Promedio
0,5500 Velocidad de DC (ft/s)
LGN Rico 0,5000 0,4500 0,4000 0,3500 0,3000 0,2500 0,2000 0
5
10
15
20
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N° de Platos
Figura 6: Velocidades del Bajante Torre D8-506
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En la Figura 5, se puede observar que la velocidad en el bajante (Downcomer) se encuentra en un rango de 0.21 a 0.67 ft/s, esto indica que se estaría excediendo las velocidades en los bajantes de la sección del fondo de la torre despropanizadora (D8-504) para los tres escenarios de alimentación proveniente del CCO, de acuerdo a la norma PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula) la velocidad de entrada al bajante debería ser limitada a un máximo de 0.15 m/s (0.5 pie/s). Mientras que la sección del tope se encuentra en norma (0.41 ft/s). En la torre desbutanizadora (D8-506), las velocidades en el bajante, Figura 6, se observan unas velocidades comprendidas en un nivel de 0.63 a 0.25 ft/s. Las altas velocidades se presentan en la sección del fondo de la torre, siendo el caso de LGN Pobre quien muestra este comportamiento. De acuerdo al comportamiento de las velocidades del bajante sólo se encuentran en norma el escenario de LGN Rico y Promedio. ¾ Tiempo de Residencia. En las Figuras 7 y 8 se muestra los tiempos de residencia en la sección de platos para la columna despropanizadora (D8-504), para el caso en donde se procesan 42.0 MBPD de LGN, bajo los diferentes esquemas de composición provenientes del CCO (LGN Pobre, Promedio y Rico) y para la torre desbutanizadora D8-506. Tiempo de Residencia (s)
4,0000 3,5000 LGN Pobre 3,0000
LGN Promedio LGN Rico
2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 0
5
10
15
20
25
30
35
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N° de Platos
Figura 7: Tiempos de Residencia en Sección de platos Torre D8-504
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2,9000 LGN Pobre
Tiempo de Residencia (s)
2,7000
LGN Promedio LGN Rico
2,5000 2,3000 2,1000 1,9000 1,7000 0
5
10
15
20
25
30
N° de Platos
Figura 8: Tiempos de Residencia en Sección de platos Torre D8-506
Asumiendo
que
el
hidrocarburo
que
se
fracciona
en
la
torres
de
fraccionamiento de GLP-2 es de peso molecular mediano en el fondo y liviano en el tope, en la Figura 7 se puede observar que el tiempo de residencia en los internos de la torre despropanizadora se encuentra en un rango de 1.13 – 1.26 segundos en la sección del fondo, esta disminución del tiempo de residencia se debe a los múltiples Flow Paths (4), respecto a la sección del tope se puede mencionar que esta posee un tiempo de residencia de 3.2 – 3.6 segundos. Según las recomendaciones de Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, E. Ludwing el tiempo de residencia en los bajantes de una columna debe ser de aproximadamente 4 segundos para hidrocarburos de peso molecular mediano y de 3 segundos para hidrocarburos de peso molecular liviano. En la Figura 8, la torre desbutanizadora presenta un tiempo de residencia que oscila entre la sección de fondo y tope de 1.9 a 2.8 segundos. • Máximo Flujo de Alimentación permitido a GLP-2 por las torres de fraccionamiento bajo los diferentes escenarios de alimentación del CCO. ¾ Caída de Presión de Líquido Seco. En las Figuras 9 y 10 se muestran las caídas de presión de líquido seco en la sección
de
platos
para
la
columna
despropanizadora
(D8-504)
y
desbutanizadora (D8-506), para el caso en donde se procesan flujos de LGN Gerencia de Procesamiento de Gas Occidente
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dependiendo de la capacidad máxima permitida por las columnas de destilación, bajo los diferentes esquemas de composición provenientes del CCO (LGN Pobre, Promedio y Rico). En cuanto a la evaluación hidráulica de encontrar el valor máximo de alimentación de las torres de fraccionamiento de GLP-2 bajo los diferentes escenarios de alimentación del CCO sin que ocurran problemas hidráulicos en las columnas de fraccionamiento, se tiene que los valores del caudal de alimentación para cada unos de los escenarios evaluados son 27.5 MBPD de LGN Pobre, 42.8 MBPD de LGN Promedio y 34.55 MBPD de LGN Rico. 1,8500
LGN Pobre 27,5 MBPD
Caída de Presión de Líquido Seco (in)
1,8000
LGN Promedio 42,8 MBPD LGN Rico 34,55 MBPD
1,7500 1,7000 1,6500 1,6000 1,5500 1,5000 1,4500 1,4000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
N° de Platos
Figura 9: Caída de Presión Sección de Platos D8-504
En la Figura 9, se puede observar la caída de presión en la sección de internos de la torre despropanizadora (D8-504)
bajo los diferentes caudales y
composición de alimentación, cada uno de los escenarios se encuentran dentro de los rangos establecidos por la norma PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula). El mayor rango de caídas de presión lo tiene el escenario de alimentación de LGN Promedio por tener el mayor flujo de alimentación este caso se encuentra entre 1.68 a 1.8 pulgadas.
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Caída de Presión de Líquido Seco (in)
3,0000 LGN Pobre 27,5 MBPD LGN Promedio 42,8 MBPD
2,5000
LGN Rico 34,55
2,0000
1,5000
1,0000 0
5
10
15
20
25
30
N° de Platos
Figura 10: Caída de Presión Sección de Platos D8-506
La Figura 10 se muestran las caídas de presión referente a la torre desbutanizadora (D8-506) para cada uno de los escenarios de flujo y composición de alimentación, las mayores caídas de presión en los internos de la torre desbutanizadora se observan en el escenario de LGN Rico por manejar mayor contenido en pesados en la corriente de alimentación a este equipo, el rango de caídas de presión se encuentra en 1.79 a 3.02 pulgadas. ¾ Porcentaje de Inundación. Las Figuras 11 y 12 se muestran los porcentajes de inundación de las torres de fraccionamiento de GLP-2, para los diferentes escenarios de composición evaluados en el estudio.
LGN Pobre 27,5 MBPD LGN Promedio 42,8 MBPD
65,00
LGN Rico 34,55 MBPD 60,00
% de Inundación
55,00 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 0
5
10
15
20
25
30
35
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N° de Platos
Figura 11: Porcentajes de Inundación Torre D8-504
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80,00
LGN Pobre 27,5 MBPD 75,00
LGN Promedio 42,8 MBPD
% de Inundación
LGN Rico 34,55 MBPD 70,00
65,00
60,00
55,00
50,00 0
5
10
15
20
25
30
N° de Platos
Figura 12: Porcentajes de Inundación Torre D8-506
La Figura 11, se muestran los porcentajes de inundación de los escenarios evaluados para la torre despropanizadora. El mayor de los porcentajes de inundación lo muestra el escenario de LGN Promedio con un rango de 57 a 62%, este caso muestra un comportamiento eficiente, según lo mencionado en normas PDVSA MDP-04-CF-14 (Eficiencia de Platos) y PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula), lo cual indica que en un rango de 40 a 90% de inundación la torre se comporta de manera eficiente. Mientras que el caso de alimentación de LGN Pobre muestra un comportamiento ineficiente en un rango de 35.7 a 39.4% en toda la sección del fondo y parte del tope de la columna, este se debe al bajo contenido de pesados en la alimentación de la torre. Aunque otros autores recomiendan que el rango de eficiencia de operación de una torre de fraccionamiento se encuentra en un 10 a 90% (A Working Guide to Process Equipment, N. Lieberman), pues una baja eficiencia de operación en una torre de fraccionamiento puede dar origen a lagrimeo e inundación de la torre. Respecto a la torre desbutanizadora, Figura 12, se puede observar que el escenario que presenta mayor porcentaje de inundación es el de LGN Rico y por ende el de mayor eficiencia, según norma este caso cumple en un rango de 65.9 a 76.2 % de inundación.
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¾ Velocidad por los Bajantes. Las Figuras 13 y 14 se observan las velocidades estimadas en los bajantes (Downcomer) de las columnas de fraccionamiento de GLP-2. En la Figura 13, se puede observar que la velocidad en el bajante para los diferentes casos evaluados se encuentra en un rango de 0.65 a 0.24 ft/s para una alimentación de LGN Promedio, esto indica que se estaría excediendo las velocidades en los bajantes de la sección del fondo de la torre despropanizadora (D8-504), de acuerdo a la norma PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula) la velocidad de entrada al bajante debería ser limitada a un máximo de 0.5 pie/s. Mientras que la sección del tope se encuentra en norma.
0,8000
LGN Pobre 27,5 MBPD LGN Promedio 42,8 MBPD
Velocidad DC (ft/s)
0,7000
LGN Rico 34,55 MBPD
0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0
5
10
15
20
25
30
35
40
N° de Platos
Figura 13: Velocidades del Bajante Torre D8-504
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0,4300 0,4100
Velocidad de DC (ft/s)
0,3900 0,3700 0,3500 LGN Pobre 27,5 MBPD 0,3300
LGN Promedio 42,8 MBPD
0,3100
LGN Rico 34,55 MBPD
0,2900 0,2700 0,2500 0,2300 0
5
10
15
20
25
30
N° de Platos
Figura 14: Velocidades del Bajante Torre D8-506
La torre desbutanizadora (D8-506), las velocidades en el bajante, Figura 14, se observan que las mayores velocidades se alcanzan con el escenario de LGN Rico con unas velocidades comprendidas en un nivel de 0.40 a 0.23 ft/s. Una alta velocidad en los bajantes puede ocasionar arrastre de líquido al plato superior y dando paso al proceso de inundación del interno. ¾ Tiempo de Residencia. En las Figuras 15 y 16 se pueden observar los tiempos de residencia por cada plato en estas mismas torres. 5,0000
Tiempo de Residencia (s)
4,5000 4,0000
LGN Pobre 27,5 MBPD
3,5000
LGN Promedio 42,8 MBPD LGN Rico 34,55 MBPD
3,0000 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
N° de Platos
Figura 15: Tiempos de Residencia en Sección de platos Torre D8-504
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2,9000
Tiempo de Residencia (s)
2,8000 2,7000
LGN Pobre 27,5 MBPD
2,6000
LGN Promedio 42,8 MBPD
2,5000
LGN Rico 34,55 MBPD
2,4000 2,3000 2,2000 2,1000 2,0000 1,9000
0
5
10
15
20
25
30
N° de Platos
Figura 16: Tiempos de Residencia en Sección de platos Torre D8-506
En la Figura 15 se pueden observar los tiempos de residencia en los internos de la torre despropanizadora para los diferentes escenarios evaluados. El tiempo de residencia se encuentra en un rango de 1.4 a 1.7 segundos en la sección del fondo, respecto a la sección del tope se puede mencionar que esta posee un tiempo de residencia de 4.55 – 4.3 segundos, de los tres escenarios evaluados, el que presenta mayores tiempos corresponden para el caso de alimentación con LGN Pobre. En la Figura 16, la torre desbutanizadora presenta un tiempo de residencia que oscila entre la sección de fondo y tope de 1.9 a 2.8 segundos para el escenario de alimentación de LGN Promedio.
• Calidades de los Productos de Tope Torre Despropanizadora (D8-504). En la Tabla 4, se puede observar las calidades de los productos de tope de la torre D8-504 (despropanizadora) de GLP-2, para cada una de las sensibilidades (LGN Pobre, Promedio y Rico):
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Tabla 4: Porcentajes Molares Propano Propano Producto D8-504 CORRIENTES ANALIZADAS Componente Etano (% Molar)
Plan de Calidad
LGN Pobre
LGN Promedio
LGN Rico
Máx. 5.1
0.98
0.77
0.98
Propano (%Molar)
Min. 90
97.46
97.64
97.44
i-Butano (%Molar)
Máx. 1.82
1.43
1.43
1.43
n-Butano (%Molar)
Máx. 0.28
0.13
0.15
0.15
• Calidades de los Productos de Tope y Fondo Torre Desbutanizadora (D8506) En las Tablas 5 y 6, se muestran las calidades de los productos de tope y fondo de la torre D8-506 (desbutanizadora) de GLP-2, así mismo se puede observar la Presión de Vapor Reíd (RVP) de la corriente de Gasolina no estabilizada.
Tabla 5: Porcentaje Molares Mezcla de Butanos D8-506 CORRIENTES ANALIZADAS Componente Propano (% Molar)
Plan de Calidad
LGN Pobre
LGN Promedio
LGN Rico
Máx. 2.5
0.34
0.33
0.29
i-Butano (%Molar)
Min. 10
34.34
33.12
32.61
n-Butano (%Molar)
Min. 30
63.28
65.41
65.42
i-Pentano (% Molar)
Máx. 1.4
1.9
0.99
1.53
n-Pentano (%Molar)
Máx. 0.35
0.15
0.15
0.15
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Tabla 6: Presiones de Vapores Reíd Gasolina no Estabilizada D8-506 CORRIENTES ANALIZADAS Propiedad RVP (psia)
Plan de Calidad
LGN Pobre
LGN Promedio
LGN Rico
Máx. 15.0
11.72
13.32
14.8
Al comparar los valores máximos y mínimos de los porcentajes molares de los productos contaminantes de tope de las torres despropanizadora (etano, ibutano y n-butano) y desbutanizadora (propano, i-pentano y n-pentano) de GLP-2 (D8-504 y D8-506) respecto a los arrojados por la simulaciones de las diferentes composiciones provenientes del CCO, la corriente de Propano Producto (tope D8-504) se encuentran dentro de las especificaciones de diseño de la planta en cuanto al contenido de Metano (0.0 % molar LGN Pobre, Promedio y Rico), Etano (0.98 – 0.77 – 0.98 % molar LGN Pobre, Promedio y Rico), i-Butano (1.43 % molar para los tres escenarios) y n-Butano (0.13 – 0.15 – 0.15 % molar LGN Pobre, Promedio y Rico) . En cuanto a las calidades del tope de la torre desbutanizadora (D8-506), las calidades de la corriente de la Mezcla de Butanos, también cumple con las especificaciones de diseño de la planta, Propano (0.34 – 0.33 – 0.29 % molar LGN Pobre, Promedio y Rico), n-Pentano (0.15 % molar para los tres escenarios). En cuanto al i-Pentano presente en la mezcla de butanos, es de notar que este posee un porcentaje molar de 1.9 – 0.99 y 1.53 % molar, estando dentro de las especificaciones de calidad el escenario de alimentación a GLP-2 con LGN Pobre.
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CONCLUSIONES •
Las calidades de los productos de tope y fondo de las torres despropanizadora (D8-504) y desbutanizadora (D8-506) de GLP-2 se encuentran dentro
de las especificaciones del
SIALAB para las
composiciones de LGN evaluadas. •
Bajo el escenario de alimentación de 42.0 MBPD de LGN provenientes del CCO (LGN Pobre, Promedio y Rico), la torre despropanizadora (D8-504) cumple con las recomendaciones descritas en la norma PDVSA MDP-04CF-12 (Platos Tipo Válvula) referida a las caídas de presión en cada plato de 1.0 a 4.0 pulgadas de líquido.
•
De igual manera, para el escenario de alimentación de 42.0 MBPD de LGN proveniente del CCO, la torre desbutanizadora (D8-506), las caídas de presión a lo largo de la sección de internos, sólo el escenario de alimentación con LGN Promedio se encuentra dentro de los límites descritos en la norma, estos valores se encuentran en un rango de 1.3 a 3.0 pulgadas.
•
Se observa que los porcentajes de inundación de los escenarios evaluados para la torre despropanizadora (D8-504) muestran un comportamiento eficiente, según lo mencionado en normas PDVSA MDP-04-CF-14 (Eficiencia de Platos) y PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula), lo cual indica que en un rango de 40 a 90% de inundación la torre se comporta de manera eficiente
(escenario de fraccionar 42.0 MBPD de
LGN). •
Respecto a la torre desbutanizadora (D8-506), se puede observar que sólo el escenario de LGN Promedio cumple con la normas en un rango de 53 a 73 % de inundación (escenario de fraccionar 42.0 MBPD de LGN).
•
Las velocidades en el bajante (Downcomer) se encuentra en un rango de 0.21 a 0.67 ft/s, esto indica que se estaría excediendo las velocidades en los bajantes de la sección del fondo de la torre despropanizadora (D8-504) para los tres escenarios de alimentación proveniente del CCO, de acuerdo a la norma PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula) la velocidad de Gerencia de Procesamiento de Gas Occidente
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entrada al bajante debería ser limitada a un máximo de 0.15 m/s (0.5 pie/s). Mientras que la sección del tope se encuentra en norma (escenario de fraccionar 42.0 MBPD de LGN). •
En la torre desbutanizadora (D8-506), las velocidades en el bajante, se observan unas velocidades comprendidas en un nivel de 0.63 a 0.25 ft/s. Las altas velocidades se presentan en la sección del fondo de la torre, siendo el caso de LGN Pobre quien muestra este comportamiento (escenario de fraccionar 42.0 MBPD de LGN).
•
El tiempo de residencia en los internos de la torre despropanizadora (D8504) se encuentra en un rango de 1.13 – 1.26 segundos en la sección del fondo, esta disminución del tiempo de residencia se debe a los múltiples Flow Paths (4), respecto a la sección del tope se puede mencionar que esta posee un tiempo de residencia de 3.2 – 3.6 segundos (escenario de fraccionar 42.0 MBPD de LGN).
•
La torre desbutanizadora (D8-506) presenta un tiempo de residencia que oscila entre la sección de fondo y tope de 1.9 a 2.8 segundos (escenario de fraccionar 42.0 MBPD de LGN).
•
El valor máximo de alimentación de las torres de fraccionamiento de GLP-2 bajo los diferentes escenarios de alimentación del CCO sin que ocurran problemas hidráulicos en las columnas de fraccionamiento, se tiene que los valores del caudal de alimentación para cada unos de los escenarios evaluados son 27.5 MBPD de LGN Pobre, 42.8 MBPD de LGN Promedio y 34.55 MBPD de LGN Rico.
•
La caída de presión en la sección de internos de la torre despropanizadora (D8-504) bajo los diferentes caudales y composición de alimentación, los escenarios se encuentran dentro de los rangos establecidos por la norma PDVSA MDP-04-CF-12 (Platos Tipo Válvula). El mayor rango de caídas de presión lo tiene el escenario de alimentación de LGN Promedio por tener el mayor flujo de alimentación este caso se encuentra entre 1.68 a 1.8 pulgadas.
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•
Las caídas de presión referente a la torre desbutanizadora (D8-506) para cada uno de los escenarios de flujo y composición de alimentación, las mayores caídas de presión en los internos de la torre desbutanizadora se observan en el escenario de LGN Rico por manejar mayor contenido en pesados en la corriente de alimentación a este equipo, el rango de caídas de presión se encuentra en 1.79 a 3.02 pulgadas.
•
Los porcentajes de inundación de los escenarios evaluados para la torre despropanizadora (D8-504). El mayor de los porcentajes de inundación lo muestra el escenario de LGN Promedio con un rango de 57 a 62%. El caso de alimentación de LGN Pobre muestra un comportamiento ineficiente en un rango de 35.7 a 39.4% en toda la sección del fondo y parte del tope de la columna.
•
Respecto a la torre desbutanizadora, D8-506, se puede observar que el escenario que presenta mayor porcentaje de inundación es el de LGN Rico y por ende el de mayor eficiencia, según norma este caso cumple en un rango de 65.9 a 76.2 % de inundación.
•
Las velocidades en los bajantes para los diferentes casos evaluados se encuentran en un rango de 0.65 a 0.24 ft/s para una alimentación de LGN Promedio, esto indica que se estaría excediendo las velocidades en los bajantes de la sección del fondo de la torre despropanizadora (D8-504). Mientras que la sección del tope se encuentra en norma.
•
La torre desbutanizadora (D8-506), las velocidades en el bajante, se observan que las mayores velocidades se alcanzan con el escenario de LGN Rico con unas velocidades comprendidas en un nivel de 0.40 a 0.23 ft/s.
•
Los tiempos de residencia en los internos de la torre despropanizadora para los diferentes escenarios evaluados. El tiempo de residencia se encuentra en un rango de 1.4 a 1.7 segundos en la sección del fondo, respecto a la sección del tope se puede mencionar que esta posee un tiempo de residencia de 4.55 – 4.3 segundos, de los tres escenarios evaluados el que presenta mayores tiempos corresponden para el caso de alimentación con LGN Pobre.
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La torre desbutanizadora presenta un tiempo de residencia que oscila entre la sección de fondo y tope de 1.9 a 2.8 segundos para el escenario de alimentación de LGN Promedio.
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REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
•
CREOLE PETROLEUM CORPORATION LPG EXPANSION PROJECT ULE FRACTIONATION PLANT PROCESS DESIGN SPECIFICATIONS.
•
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESOS DE PDVSA, PDVSA MDP-04-CF14 (EFICIENCIA DE PLATOS).
•
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESOS DE PDVSA, PDVSA MDP-04-CF12 (PLATOS TIPO VÁLVULA).
•
APPLIED PROCESS DESIGN FOR CHEMICAL AND PETROCHEMICAL PLANTS, E. LUDWING.
•
A WORKING GUIDE TO PROCESS EQUIPMENT, N. LIEBERMAN.
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