Trabajo técnico presentado en el congreso DE LA INDUSTRIA QUIMICA Y PETROQUIMICA DEL MERCOSUR y 11º CONGRESO ARGENTINO DE PETROQUÍMICA Set. ’98 Buenos Aires -Argentina

TROUBLESHOOTING Y REVAMPING NUEVAS HERRAMIENTAS PARA MEJORAR LA PRODUCCION EN EQUIPOS DE PROCESOS. SPEKUJLJAK, Zvonko y MONELLA, Horacio. S I T Ingeniería S. R. L., San José 2832 - S3000HHX - Santa Fe. T. E./Fax 0054 342 4551 637. El estudio de los problemas operativos en las plantas de proceso y la corrección de defectos y modernizaciones de las instalaciones es una práctica permanente. Esto requiere del trabajo del personal de Planta, como así de la asistencia de especialistas externos a la Empresa. Citar algunos casos ocurridos en nuestro país es ilustrativo de cómo esta práctica resuelve situaciones dificultosas, incorporando a través de las soluciones, modernizaciones en los equipos. Las nuevas aplicaciones del conocimiento, que son necesarias para dar soluciones a problemas existentes en la producción o alcanzar mejoras significativas en todo el proceso productivo, se ven hoy afectadas directamente por la reducción de los grupos de Ingeniería y Proceso en las Plantas Petroquímicas, Químicas y Refinerías Petroleras, que se verifican tanto a nivel internacional como en nuestro país. Esta situación se ha constituido en una barrera para la absorción rápida y eficiente del avance del conocimiento producto de la maduración tecnológica, y se agudiza cuando el mercado va demandando productos con especificaciones cada vez más exigentes, ya sea por razones de calidad, precio, ambientales, o por la globalización de los mercados. Si bien las grandes empresas internacionales proveedoras de ingeniería y equipos de procesos incorporan estos avances en sus propuestas, por lo general no trabajan en actualizaciones, modernizaciones, puestas a punto y reconversiones de equipamiento existente, cuando se trata de plantas de tamaños medianos o pequeños. Esto evidentemente trae la obsolescencia del equipamiento de las plantas de producción, por el simple paso del tiempo y por la superación tecnológica.

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La falta de atención a veces, la no elaboración de un diagnóstico acertado ante un problema o limitación operativa en otras, dificultan la aplicación de soluciones modernas y adecuadas. Muchas veces, el Debottienecking de una instalación obliga a un estudio de los problemas que tiene el proceso para su operación, apareciendo en ese momento distintos problemas asociados, que deben ser corregidos. La práctica del Trobleshooting y eventualmente el Revamping de las instalaciones y equipos, es una práctica constante en la industria de procesos continuos a nivel internacional. Por lo general, la realización de esta tareas es a cargo de empresas especialistas en el tema. Una característica importante de esta actividad, es que tiene integración horizontal en las distintas disciplinas que intervienen, ya que deben concurrir conocimientos tan diversos como aquellos de los especialistas en equipos, en control de procesos, químicos, metalurgistas y de materiales, ingeniería de planta, etc., como así también una integración vertical, ya que no sólo los especialistas deben contribuir, sino los supervisores, operadores de planta y personal de mantenimiento que siempre aportan inevitablemente elementos de importancia en estos casos. En nuestro país se manifiesta una insuficiencia en este aspecto, ya que hay relativamente poca difusión de esta práctica, por diversas circunstancias, especialmente en los equipos de transferencia de materia y calor. Resulta de interés presentar algunos casos de Troubleshooting y Revamping, que podrán ser tomados como indicativos, y sirven para mostrar como esta práctica puede mejorar, en forma significativa, las operaciones de las plantas de producción continua. ALGUNOS CASOS EJEMPLOS DE TROUBLESHOOTING Y REVAMPING. Caso 1.- Columna lavadora de arrastre de gotas. Descripción. Se trata de una operación llevada a cabo en un evaporador de film ascendente, con atrapamiento de arrastres de gotas en la cabeza, consistente originalmente de una columna con tres platos de burbujeo, a la cual se le ingresa una pequeña corriente de lavado (condensado). Los vapores se envían a un condensador de superficie.

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Síntoma. El problema manifiesto fue la excesiva presencia de sólidos en el condensado, provocado por un atrapamiento ineficiente en los platos del líquido arrastrado por los gases.

Diagnóstico. El estudio de la hidráulica de funcionamiento de los platos de captura del arrastre indicó que se encontraban operando en una condición muy desfavorable, produciendo un rearrastre de líquido por la propia hidráulica del plato de burbujeo. Una relación de muy bajo caudal de líquido respecto del de gas, producirá arrastre importante de gotas. Si bien cada plato atrapa parcialmente a las gotas que llegan con el gas desde abajo, se produce una propagación hacia arriba, plato a plato, de gotas con contenido de sólidos provenientes del evaporador, que, debido al muy bajo caudal de renovación líquida en el plato, provoca inevitablemente la llegada de sólidos hasta el condensado. Solución. Se aconsejó la colocación de atrapagotas inerciales entre la salida de los tubos del evaporador y los platos de burbujeo. Estos elementos consisten en placas, de forma que las gotas arrastradas por los gases a la salida del evaporador impacten en este separador y no lleguen hasta los platos de lavado, a los cuales se optó por dejarlos en operación. Respuesta. La respuesta del equipo en las nuevas condiciones mostró una mejora muy importante en la captura de sólidos, disminuyendo en más de un orden de magnitud su concentración en el condensado. Moraleja. La aplicación de un elemento tradicional de contacto líquido-gas, como lo es el plato de burbujeo, a una tarea distinta para el que fue pensado, cual es el atrapamiento de gotas, en condiciones operativas no aconsejables, (bajo caudal de líquido en relación al de gas), no produce el efecto deseado,. Se corrige el defecto con la incorporación, en operación complementaria, de un elemento mas moderno y adecuado a la tarea, como lo es el separador inercial de gotas. Caso 2.- Revamp no-satisfactorio de una columna demetanizadora. Descripción. Se intenta aumentar la producción en un 20% y mejorar la especificación de fondo desde 100 a 50 ppm de una columna demetanizadora (1). El equipo consta originalmente con 47 platos de válvulas, cambiándose los internos por rellenos estructurados. La columna opera a 30 atm, Pag. nº 3 de 3

Síntoma. No se logra la especificación de metano en el fondo, aún aumentando al máximo posible la relación de reflujo, ni tampoco la producción prometida por el diseño. Diagnóstico. Se falla en la concepción de los auxiliares del relleno estructurado (distribuidores de flujos) colocados. Se consideró como fuente principal del problema, la no colocación de un distribuidor de vapores del hervidor en el fondo de la columna. Por otro lado, se debe considerar que se produce el fenómeno típico de las columnas rellenas que operan a alta presión, donde se verifica el arrastre de la fase gaseosa, hacia abajo, por la fase líquida. Estos dos fenómenos se potenciaron entre sí, produciendo celdas de recirculación del gas dentro del equipo; por ello, en una sección transversal de la columna se podría encontrar gases subiendo en un punto y bajando en otro. Solución. Se han llevado a cabo diferentes modificaciones. El cambio más decisivo fue la incorporación de un distribuidor de vapores de fondo. Respuesta. Se logran las especificaciones y carga prometidas en el diseño. Moralela. La utilización de las soluciones tecnológicas más modernas no garantizan buenos resultados, si no se aplican correctamente y con criticidad de acuerdo a la situación. Caso 3.- Presencia de, espumas en columnas lavadoras 1. Descripción. Se neutraliza una corriente de vapores orgánicos ácidos (niebla de ácido sulfúrico), a presión, con soda recirculante, en una columna rellena con elementos estructurados. Síntoma. La aparición de fuerte alcalinidad en el condensado de los vapores, indica la presencia de fuerte arrastre de soda por los gases. Diagnóstico. Estudiado el equipo, se encuentra que la principal causa del problema es la presencia de espuma en el equipo, promovida por sustancias tensioactivas presentes en el gas, que se acumulan en el líquido, y que se genera en el fondo de la columna. Esto es debido a que originalmente el distribuidor de gases producía el burbujeo de éstos en el líquido. La espuma avanzaba hacia arriba por el relleno, no siendo capturada eficientemente por el elemento de atrapamiento inercial colocado en la cabeza ("demister"). Este diagnóstico fue confirmado visualmente cuando se le agregó al equipo un visor.

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Solución. La solución índicada fue rediseñar el distribuidor de gases, no produciendo el burbujeo en el líquido, sino inyectándolo en la fase gaseosa del fondo de la columna. Respuesta. La respuesta del equipo fue inmediata, desapareciendo el problema, obteniéndose un condensado neutro. Moraleja. La espuma puede traer consecuencias dramáticas en la operación de una instalación. Siempre se deberá considerar sus posibles efectos en aquellas circunstancias que sea probable su presencia. Un detalle constructivo u operativo del equipo, a veces irrelevante a primera vista, puede ser el causante de un problema serio. Caso 4.- Presencia de espuma en una columna de tratamiento de gases con solución de monoetanolamina Descripción. La presencia de espuma en las columnas de absorción de gases con solución de monoetanolamina, produce serios problemas operativos: a) arrastre de gotas por el gas. b) significativo aumento del gradiente de presión del gas. Este es el caso del Revamping de un Removal de CO2 con solución de MEA, que presentaba serios problemas operativos. Síntoma. La presencia de arrastre de líquido por el gas y un aumento importante del gradiente de presión de esta fase, indicó la presencia de espuma en el equipo. Para poder operarlo sin producir significativos arrastres de líquido por el gas, se debió inyectar antiespumantes en forma constante. Esta inyección debía ser eliminada, ya que producía problemas derivados en equipos asociados aguas abajo (ensuciamiento). Diagnóstico. La espuma se genera por efectos químicos (sustancias tensioactivas, hidrocarburos, polimerizaciones) y por efectos mecánicos (burbujeo, arrastre de gas por el líquido), estabilizándose por presencia de sólidos finamente divididos en el líquido. Solución. El cambio de internos de la columna absorbedora, de rellenos al azar (o en algunos casos de platos de burbujeo), a rellenos estructurados, con el consecuente cambio de auxiliares (distribuidores, redistribuidores), de diseño adecuado,

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específicamente pensados para este servicio, hace que se disminuya totalmente la incidencia mecánica en la formación de la espuma. Respuesta. El equipo se encuentra operando por un lapso de 10 años sin inconvenientes. No hubo que inyectar, desde la remodelación, antiespumantes para operar satisfactoriamente. La carga de operación actualmente es 2,1 veces la de diseño. Moraleja. En los equipos que operen lavando gases con soluciones de aminas, la espuma es un problema dominante. El estudio de todos los aspectos de la operación y la corrección de los defectos de diseño podrá traer mejoras sustanciales en los resultados de funcionamiento. Caso 5.- Columnas lavadoras de gases con hidróxido de sodio II. Descripción. Se trata de dos columnas lavadoras de hidrocarburos en la interetapa de un compresor, con rellenos al azar. Son dos columnas, las cuales operan, según su diseño, una de ellas con recirculación de soda y otra posterior, con agua, a fin de eliminar C02.

Síntoma. Las columnas presentaron serios problemas de límites operativos para el caudal de gas procesado, levemente superior al de diseño. Personal de operación de planta optó por lavar al gas con soda en ambas columnas en paralelo, a fin de aliviar el problema, y aún así se produjeron problemas operativos que obligaron a sacar el sistema de servicio. Diagnóstico. Inspeccionados los equipos y estudiados los diferentes aspectos, se encontró que: a) El relleno no tenía un tamaño único, y su estado de conservación era deficiente. b) Los gases producen una reacción de polimerización (presencia de etileno, butadieno y otros hidrocarburos no saturados), debido a lo cual se depositan cantidades importantes de sólidos dentro de¡ equipo. c) La reacción de neutralización entre el C02 y el HONA producen sólidos. d) Se desprendieron las rejas de retención de rellenos, por fallas mecánicas. e) Los lechos se inundaban y fluidizaban los elementos de empaque. f) Se producían arrastres de líquido y elementos de relleno hacia afuera de las columnas.

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g) Intervenido el equipo, se encuentran rellenos (anillos metálicos tipo Pali) aplastados, fragmentados y con mucha suciedad. Solución. Se vacían los lechos, se limpian, acondicionan y reemplazan los elementos de relleno dañados, se reforma la sujeción de la reja de retención, se mide presión diferencial del lecho. Se rediseñan los distribuidores de líquido de cabeza. Se aconseja una práctica operativo que tome en cuenta a los distintos fenómenos involucrados y se anticipe a la situación de salida de servicio de la instalación. Respuesta. Las respuestas de los equipos son satisfactorias. Funcionan sin problemas operativos. Se debe esperar aún un tiempo para implementar todas las modificaciones aconsejadas y apreciar los resultados obtenidos. Moraleia. El seguimiento de las variables de funcionamiento que hacen operacionalmente disponible a un equipo es fundamental. En este caso, la acumulación de sólidos en el relleno hace que aparezca un momento en el cual el equipo alcanza su límite operativo y debe salir de servicio. Un anticipo de ello es el seguimiento de la caída de presión del gas, permitiendo anticipar acciones correctivas. Caso 6.- Columna productora de asfalto vial. Descripción. Columna de vacío de una refineria, procesando crudo reducido para obtener asfalto vial. Los elementos de contacto del fondo del equipo eran placas deflectoras de contacto líquido-gas. Síntoma. No se lograba producir el asfalto en especificación, debido a los restos de livianos que no se despojaban suficientemente en el fondo del equipo. Diaqnóstico. Las bandejas de contacto de la sección de agotamiento de la columna no operaban con la debida eficiencia de contacto, por lo que el stripping resulta demasiado pobre. Un aumento del caudal de vapor vivo no mejoró significativamente al producto de fondo. Adicionalmente, con frecuencia las bandejas sufrían accidentes operativos (súbita vaporización de agua), que las desmontaban de su posición, cayendo al fondo del equipo, perdiendo con ello su capacidad operativa.

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Solución. Se reemplazaron los elementos de contacto por una grilla estructurado, de diseño específico para el servicio (buen contacto líquido - vapor, bajos tiempos de residencia del líquido, a fin de evitar la coquización, bajas caídas de presión del lecho sobre el gas, período entre limpiezas relativamente prolongado. El deseable es mas de 2 años de operación sin intervención en la columna). Respuesta, El equipo se encuentra operando por más de dos años sin intervención para limpieza, con una significativa mayor carga y consecuente producción respecto a la situación anterior a la modificación. La especificación obtenida del asfalto de fondo es a entera satisfacción. Moraleja. Los equipos tradicionalmente utilizados para determinados servicios, no necesariamente son una buena solución, aunque pueden ser la mejor alternativa, hasta que aparece una propuesta tecnológicamente mejor, superadora. Conclusión. La práctica de la observación, estudio y corrección de los problemas operativos de los equipos de proceso permite mejorar, en muchos aspectos, al proceso productivo. Desde aumentar la producción, mejorar la especificación de producto, lograr una mejor operación de la instalación o un mejor control operativo, como así también prolongar los tiempos entre paradas de manteniento de los equipos. La modernización de los componentes (internos, instalaciones asociadas), y las mejoras en las prácticas operativas, debe ser una constante, no sólo en plantas de cierta antigüedad, sino en aquellas que si bien son "Grassroot", no siempre se aplican en su diseño las alternativas tecnológicas mas modernas, eficientes y adecuadas. Es habitual que en los propios procesos iniciales de comisionado y puesta en marcha de las instalaciones fallas de diseño y/o construcción, y deban llevarse a cabo tareas de Trobleshooting y Revamping en esos períodos. Referencias bibliográficas. 1.Kurtz, D., McNulty, K. & Morgan D., "Stretch the Capacity of High-Pressure Distillation Columns", Chem. Eng. Progr., Feb. 1991. 2.-

Kister, H., Distillation Operation, McGraw Hili.

3.-

Lieberman, N., Troubleshooting Process Operations, PennWells.

4.- Distlilation and absortion '97, Maastricht, Holanda, IChem, G. Bretaña.

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Glosario. Comisionado: Tareas de alistamiento mecánico y operativo de una Planta de Producción, pasando de la fase de erección a la de puesta en marcha. Debottienecking: Eliminación de cuellos de botella operativos en plantas de proceso. Demíster: Elemento de captura inercial de gotas arrastradas por gases, generalmente una malla. Grass-root: Erección de una planta desde el inicio del proyecto hasta la puesta en marcha ("desde cero"). Removal: Columna de eliminación de C02 de gases de síntesis. Revamping: Remodelación de un equipo o instalación, por cambio parcial de componentes. Por lo general, es requerido cuando se deben eliminar cuellos de botella, aumentar capacidad y/o mejorar especificaciones de productos. Troubleshooting: Estudio y solución de problemas operativos en equipos e instalaciones de proceso. ωωωω

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