34
SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR XVIII FORO DE AVANCES DE LA INDUSTRIA DE REFINACIÓN ISABEL LEAL ENRIQUEZ JULIO DE 2012

SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR

XVIII FORO DE AVANCES DE LA INDUSTRIA DE REFINACIÓN

ISABEL LEAL ENRIQUEZ

JULIO DE 2012

Page 2: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

IMPORTANCIA DE LOS PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA OPERACIÓN DE LAS PLANTAS DE REFINACIÓN

1. Mantenimiento de las condiciones para llevar a cabo el proceso

2. Recuperación de energía (economía del proceso)

3. Acondicionamiento de productos

1. Intercambiadores de calor (proceso-proceso)

2. Enfriadores3. Condensadores4. Calentadores5. Evaporadores6. Rehervidores7. Recuperadores de calor8. .9. .10. Etc.

Page 3: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

3

PROBLEMÁTICA

Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor F ( tiempo de operación) =

1. El equipo de transferencia de calor representa un gran porcentaje de la inversión en una planta de proceso (60%).

2. Está sujeto al decaimiento continuo de su eficiencia por el ensuciamiento de las superficies de transferencia de calor.

3. Sin embargo los equipos de transferencia de calor se diseñan para condiciones de operación constantes

4. Se dotan de amplios sobre diseños (100%) para amortiguar el efecto del decaimiento de las velocidades de transferencia de calor.

5. En procesos de refinerías, a pesar de ser un equipo estático es susceptible a fallas de tipo mecánico por la severidad de los procesos

6. El mantenimiento de los equipos es comúnmente de tipo correctivo

Page 4: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

PARÁMETROS DE EFICIENCIA EN INTERCAMBIADORES DE CALOR

Page 5: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

SISTEMA BIEN CARACTERIZADO Y DOCUMENTADO

SISTEMAS DE MEDICIÓN ROBUSTOS (REDUNDANTES)

BASES DE DATOS DE MANTENIMIENTO

MEDICIÓN PERÍODICA Y REGISTROMETODOLOGÍAS DE SIMULACIÓN

SISTEMAS ROBUSTOS DE RECONCILIACIÓN DE DATOS

INFORMACIÓN CONSISTENTE Y REPRESENTATIVA DE LA

OPERACIÓN EN FUNCIÓN DEL TIEMPO.

ANÁLISIS DEL DESENVOLVIMIENTO DE LA RIC CON EL TIEMPO

COSTOS DE OPERACIÓNCOSTOS DE MANTENIMIENTO

ANÁLISIS ECONÓMICO INTEGRALPROGRAMAS DE MANTENIMIENTO

SEGUIMIENTO OPERATIVO

ELEMENTOS A CONSIDERAR

Page 6: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

ESTE TRABAJO TRATA LOS ASPECTOS RELACIONADOS CON LAEFICIENCIA OPERATIVA 6

MANTENIMIENTO

BALANCECONFIABILIDAD - MANTENIBILIDAD

DISPONIBILIDAD

MANTENIMIENTO DE LA EFICIENCIA OPERATIVA

Probabilidad de que el equipo se desempeñe satisfactoriamente por un período mínimo bajo

ciertas condiciones de operación

Capacidad para procesar las corrientes del proceso de manera continua bajo un patrón de

condiciones regular

Buscar las condiciones para mantener el costo de operación y/u otros parámetros restrictivos

(emisiones, calidad) en valores óptimos

ELEMENTOS A CONSIDERAR

Page 7: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

7

Rf ( θ ) = Rf* - (Rf* - Rf°) exp (-β θ )

-0.0050.0100.0150.0200.0250.0300.035

0 500 1000 1500 2000

θ= Tiempo oper. después de la última limpieza

Rf ( θ ) = Factor de ensuciamiento al tiempo θ

Rf* = Factor de ensuciamiento asintótico

Rfo = Factor de ensuciamiento inicial

β = parámetro (1/días)

Rf

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORFactor de ensuciamiento Rf

Page 8: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

Q = Us * A * ∆T

Us = 1 / ( 1 / U limpio + Rf )

8

-

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

0 365 730 1095 1460 1825

UA

θ (días)

-

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

45,000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

$

días de operación

COSTOS DE OPERACIÓN

$ / hr$ acum. / 1,000$ limpio / 1,000

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORDeclinamiento de la eficiencia y aumento de los costos de operación

Page 9: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30

CAMB. 1

CAMB. 2

UA ∆H∆H

Q calto.

Q enfto.

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOREjemplo: Operación de una ric de dos cambiadores

Page 10: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30UA ∆H∆H

Q calto.

Q enfto.

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30

CAMB. 1

CAMB. 2

UA ∆H∆H

Q calto.

Q enfto.

CAMB. 2

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOREjemplo cont..: Análisis integral de la ric por caída en el desempeño de

un cambiador de calor

Page 11: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30

CAMB. 1

UA ∆H∆H

Q calto.

Q enfto.

CAMB. 2

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOREjemplo cont..: Análisis erróneo de la ric de un cambiador de calor de

manera individual

Page 12: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30

CAMB. 1

UA ∆H∆H

Q calto.

Q enfto.

CAMB. 2

Un análisis individual tenderá a

incrementar los costos de

limpieza por sobre predicción

de costos de operación

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOREjemplo cont..: Análisis erróneo de la ric de un cambiador de calor de

manera individual

Page 13: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

0

5

10

15

20

25

30

- 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

% in

crem

ento

rela

tivo

tiempo relativo

INCREMENTO EN EL COSTO DE OPERACIÓN

efecto individualefecto en RIC

EL ANÁLISIS DEBE SER INTEGRAL

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORLa red tiende compensar los efectos de pérdida de eficiencia de los

equipos individuales

Page 14: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

14

PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORGeneralmente el sistema no es tan simple y requiere el uso de

simuladores apropiados

Esquema típico de una planta de destilación combinada y sus curvas

compuestas de transferencia de calor

Existen diversos simuladores comerciales. El IMP desarrolló el

sistema SIMRIC que es un programa de propósitos múltiples para el

cálculo de redes RIC

Page 15: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

CONOCER LAS CONDICIONES DE SALIDA DE LAS CORRIENTES DE PROCESO PARA UN EQUIPODETERMINADO O UNA RED DE INTERCAMBIO DE CALOR.

ECUACIONES.-

BALANCE DE ENERGÍA:

M,Tent, H1

M,Tsal, H2

m,tent, h1

m,tsal, h2( ) ( ) ......1 0HMhm

0MHmhMHmh 2211

=−=−−+

ΔΔ

TRANSFERENCIA DE CALOR:

∫=Q

0

......2 TU

dQAΔ

1. SIMULACIONES RIGUROSAS DE RIC EXISTENTES (PARÁMETROS DE COMPARACIÓN INICIALES, COMPORTAMIENTO ÓPTIMO, ANÁLISIS)

2. SIMULACIONES SIMPLIFICADAS (ANÁLISIS COMPARATIVO, SEGUIMIENTO OPERATIVO)

SIMULACIÓN DE CAMBIADORES DE CALOR

Page 16: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

RECONCILIACIÓN DE DATOSFactor crítico y herramienta de seguimiento que determina cómo opera el sistema

16

100,000 bpd √

∆V = 10,000 bbl √

∆V = - 2,000 bbl √

∆V = 1,000 bbl √

∆V = 3,000 bbl √

16,000 bpd

27,000 bpd

51,000 bpd

Operación de un día

E = 100,000 bbl Variación de inventarios = 11,000 bbl S = 94,000 bbl_ =

MED AJUSTE OPCIÓN ANormal.

OPCIÓN BDiscri m.

100,000 bpd No 100,000bpd

100,000 bpd

16,000 Si 15,150 16,000

27,000 Si 25,560 27,000

51,000 Si 48,290 46,000

M Cp = 80,000 Kcal / hr °C √T 1 = 450 °C

m cp = 20,000 Kcal / hr °C √t1 = 120 °C

t 2 = 300 °C

T 2 = 400 °C

MED AJUSTEbalance

AJUSTEBalance + Ec. T. calor

Q caliente (Kcal/hr) - 4,000,000 3,880,000

Q frío (Kcal/hr) 3,600,000 3,880,000

Q prom. (Kcal/hr) 3,800,000 ------

Q = UA ∆T 4,059,000 3,875,000

T1 (°C) 450 √ 449

T2 (°C) 402.5 400.5

t1 (°C) 120 √ 125

t2 (°C) 310 319

∆T (°C) 203 194

UA = 20,000 Kcal / hr °C

Q frio Q caliente Q trans = =

Page 17: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

RECONCILIACIÓN DE DATOSFactor crítico y herramienta de seguimiento que determina cómo opera el sistema

17

100,000 bpd √

∆V = 10,000 bbl √

∆V = - 2,000 bbl √

∆V = 1,000 bbl √

∆V = 3,000 bbl √

16,000 bpd

27,000 bpd

51,000 bpd

Operación de un día

E = 100,000 bbl Variación de inventarios = 11,000 bbl S = 94,000 bbl_ =

MED AJUSTE OPCIÓN ANormal.

OPCIÓN BDiscri m.

100,000 bpd No 100,000bpd

100,000 bpd

16,000 Si 15,150 16,000

27,000 Si 25,560 27,000

51,000 Si 48,290 46,000

M Cp = 80,000 Kcal / hr °C √T 1 = 450 °C

m cp = 20,000 Kcal / hr °C √t1 = 120 °C

t 2 = 300 °C

T 2 = 400 °C

MED AJUSTEbalance

AJUSTEBalance + Ec. T. calor

Q caliente (Kcal/hr) - 4,000,000 3,880,000

Q frío (Kcal/hr) 3,600,000 3,880,000

Q prom. (Kcal/hr) 3,800,000 ------

Q = UA ∆T 4,059,000 3,875,000

T1 (°C) 450 √ 449

T2 (°C) 402.5 400.5

t1 (°C) 120 √ 125

t2 (°C) 310 319

∆T (°C) 203 194

UA = 20,000 Kcal / hr °C

Q frio Q caliente Q trans = = OPCIONES SIMPLIFICADAS PUEDEN LLEVARNOS A CONCLUSIONES ERRÓNEAS (NO

HAY REPRESENTATIVIDAD DE LA OPERACIÓN)

Page 18: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

Si no tenemos mediciones suficientes, cualquier información se puede

ajustar al modelopero…..

¿ Es representativa ?

18

Xi VARIABLES ESTIMADASConsistencia con el modelo

DATOS MEDIDOS Xi*

Detección de errores gruesos

INSTRUMENTACIÓN DEL SISTEMA

Aprovechar redundancia ≅

RECONCILIACIÓN DE DATOS

Análisis Experiencia

Errores aleatorios

MODELO DELPROCESO

MonitoreoOptimizaciónContabilidad

Mejoras

REDUNDANCIA EN LAS MEDICIONES IMPLICA MEDIR MÁS VARIABLES QUE LOS GRADOS DE LIBERTAD DEL SISTEMA

GRADOS DELIBERTAD

Qué se requiere :

NÚMERO DEVARIABLES= NÚMERO DE

ECUACIONES-Balances de materiaBalances de energíaEcuaciones de transporte

Notar que se refiere a Redundancia del sistema y no del hardware

RECONCILIACIÓN DE DATOSSistema robusto

Page 19: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

En su expresión más general, sea

X* i,j = variable i medida al tiempo j

Xi,j = variable i estimada consistente termodinámicamente al tiempo j

Se establece la Función Objetivo F

19

Formulación de la solución:

Sujeta a las siguientes condiciones en estado estacionario:

[ x – x*j ]T Q -1 [ x – x*

j ]Min F ( X ) = ΣJ = 1

N

G1 ( X ) = 0

Minimizar la diferencia global entre las

variables medidas y las estimadas

MODELO DEL PROCESOBalances de materiaBalances de energía

Ecuaciones de transporte

N = Número de juegos de datos a diferentes tiempos.Q = Matriz de varianza de los elementos i. Son

elementos de peso dependiendo de la variabilidad de medición.

RECONCILIACIÓN DE DATOSMetodología

Page 20: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

20

Para un solo juego de datos y de manera simplificada, la solución se puede establecer de la siguiente manera:

Min F ( X ) = Σi = 1

Mx i – x*

i

∆xmax i

2

Sujeto a:

G j ( X ) = 0 J = 1 a No. de restricciones

Xmin k - Xk ≤ 0

Xmax k - Xk ≥ 0

Por ser un métodoestadístico de mínimoscuadrados, las errores demedición son aleatorios yno deben estar sesgadospor errores gruesos.

En este modelo se involucrala experiencia del factorhumano.

Pueden aplicarse otrasfunciones de distribución.,pero hacen más complejo elesfuerzo de cálculo.

No considera los efectosdinámicos del sistema

Donde: ∆xmax i = Tolerancia de desviación de la medición

RECONCILIACIÓN DE DATOSFotografía en estado estacionario

Page 21: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

21

Un método eficiente para determinar el mínimo de la función objetivo es a través de la función de Lagrange L:

L ( X ) = F ( X ) + ΣJ = 1

JTiene solución única parasistemas de ecuacioneslineales.

Donde: W j = Multiplicador de Lagrange

W j G j ( X )

L i´ ( X ) = δL / δ Xi = 0 i = 1 a M (No. de variables)

L j´ ( X ) = δL / δ W j = 0 j = 1 a J (No. de restricciones)

Dependiendo de las restricciones puede ser un problema lineal (balances de materia y/o algunos de energía )

Xi W j

solución

RECONCILIACIÓN DE DATOSSolución de la función objetivo

Page 22: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

22

EJEMPLORed de intercambiadores de calor:

Page 23: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

23

NombreId. Temperaturas Flujo,

kg/hCp

kcal/kg°CEntrada, °C Salida, °C

Crudo 1 27 238 323,402 0.6

Crudo Despuntado 12 199.4 248.8 296,355 0.62

Reflujo Inferior Ligero 31 247.1 105.7 57,874 0.62

Turbosina 22 151 68.9 20,083 0.54

Querosina 25 211.9 87 43,802 0.56

Diesel 28 264.5 89.2 36,469 0.62

Gasóleo Pesado Atmosférico 33 338.6 131.7 6,768 0.68

Rec. de Gasóleo Pesado Atmosférico 37 290.8 170.9 131,701 0.62

Residuo de Vacío 41 372.2 229.4 188,604 0.67

Gasóleo Pesado de Vacío 35 291 258.6 76,521 0.67

Residuo Atmosférico 16 337.1 289.5 297,965 0.65

Reflujo Inferior Pesado 39 308.3 217.3 112,459 0.68

EJEMPLODatos de corrientes:

Page 24: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

24

Clave ServicioÁreatotalm2

CoeficienteGlobal

kcal/hr m2 °C

Envol-ventesen serie

Tipo TEMA

E-1 Crudo - Turbosina 132.3 76.6 1 AES

E-1-AB Crudo - Querosina 264.6 115.5 2 AES

E-2 Crudo - Diesel 264.6 173.2 2 AES

E-3-A Crudo - Recirculación Inferior Ligera 264.6 282.9 2 AES

E-4 Crudo - Gasoleo Pesado Atmosférico 132.3 83.1 1 AES

E-5-A Crudo – Recirculación de Gasóleo Pesado de Vacío 264.6 171.8 1 AES

E-103 Crudo - Residuo de Vacío 105.9 242.7 1 AES

E-6 Crudo - Recirculación Inferior Pesada 264.6 267.4 1 AES

E-7-AH Crudo - Residuo Atmosférico 705.2 205.4 2 AES

E-101-AB Crudo Desalado – Rec. de Gasóleo Pesado de Vacío 733.5 207.8 2 AES

E-102-AB Crudo Desalado - Residuo de Vacío 1,007.9 164.9 2 AES

E-1-AD Residuo Atmosférico - Rec. de Gasóleo Pesado de Vacío 672.5 203.6 4 AES

E-2-AB Residuo Atmosférico - Gasóleo Pesado de Vacío 217.9 233.4 2 AES

E-3-AD Residuo Vacío - Residuo Atmosférico 737.9 187.3 4 AES

EJEMPLODatos de cambiadores de calor:

Page 25: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

25

TEMPERATURAS DE CAMPO °C TEMPERATURAS AJUSTADAS °CENVOLVENTE TUBOS ENVOLVENTE TUBOS

CLAVE ENT. SAL. ENT. SAL. ENT. SAL. ENT. SAL.

Cambiadores de calor:E-1 170. 80. 30. 90. 170.1 76.5 31.3 37.3E-1 AB 215. 90. 40. 60. 214.8 90. 37.3 55.5E-2 A 260. 85. 60. 75. 259.2 82.3 55.5 79.3E-3 A 250. 110. 75. 108. 249.6 110.4 79.3 109.E-4 350. 130. 108. 120. 350. 130. 109. 115.E-5 A 215. 180. 120. 125. 215. 182.8 115. 130.7E-103 270. 240. 125. 150. 267.9 240. 130.7 151.6E-6 300. 220. 149. 180. 298.9 221.1 144.9 180.3E-7 AH 340. 275. 182. 248. 335.3 272.9 180.3 252.1E-101 AB 285. 215. 209. 230. 280.2 215. 202.9 231.9E-102 AB 325. 265. 230. 270. 322.5 267.9 231.9 269.4E-1 AD 300. 280. 275. 280. 297.1 280.2 272.9 280.1E-2 AB 290. 285. 275. 280. 289.5 285.5 280.1 281.1E-3 AD 280. 311. 365. 325. 281.1 308.6 364.6 322.5

EJEMPLOResultados del ajuste de datos:

Programa de redes de intercambio de calor SIMRIC del IMPLos flujos se consideraron fijos en este caso

Page 26: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

26

SUMARIO DE AJUSTE DE CARGAS TERMICAS DE CAMBIADORES

CARGAS TERMICAS COEF. GLOBAL ENSUCIAMIENTOENVOLVENTE TUBOS AJUSTADA SERV. INICIAL DIFERENCIAL

CLAVE MMkcal/h kcal/h m² °C h m² °C/kcal

E-1 0.976 10.09 1.014 95.7 76.6 0.0026E-1 AB 3.066 3.363 3.06 121.2 115.5 0.0004E-2 A 3.957 2.523 4.0 193.6 173.2 0.0006E-3 A 5.023 5.55 4.998 269.6 282.9 0.0002E-4 1.012 2.018 1.012 89.8 83.1 0.0009E-5 A 2.858 0.841 2.631 133.3 171.8 0.0017E-103 3.791 4.204 3.528 297.8 242.7 0.0008E-6 6.118 5.213 5.949 247.7 267.4 0.0003E-7 AH 12.589 11.099 12.075 200.0 205.4 0.0001E-101 AB 5.716 3.859 5.323 319.8 207.8 0.0017E-102 AB 7.582 7.35 6.893 162.7 164.9 0.0001E-1 AD 1.633 0.968 1.385 181.4 203.6 0.0006E-2 AB 0.256 0.968 0.208 141.3 233.4 0.0028E-3 AD 6.004 5.055 5.322 150.1 187.3 0.0013

EJEMPLOResultados del ajuste de datos (cont…):

Page 27: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

27

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 50 100 150 200 250

RD

DIAS

PLANTA REDUCTORA DE VISCOSIDAD REFINERIA DE CADEREYTA, N. L.

TREN DE INTERCAMBIO CARGA - RESIDUO

EA-1 A/E

RESIDUO DE VACIO

RESIDUO DEREDUCTORA

A B

C

D

E

BR

CR

0.08

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0.0

Rd

hr ft

2 °F

/ B

TU

TENDENCIA DEL FACTOR DE ENSUCIAMIENTO

ENVOLVENTE EA-1D

APLICACIÓN EN SEGUIMIENTO DE LA EFICIENCIA OPERATIVA

MANTENIMIENTO PREDICTIVOPeríodos óptimos de mantenimiento

Page 28: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

28

Costo total ( θ ) = Costo de Operación (θ1) + Costo de mantenimiento(s) (θ2)

Costo de operación:• Combustibles• Otros costos de operación del calentador• Antiensuciantes, etc

Costo de mantenimiento:• Mano de obra

•Equipos y materiales•Pérdida de producción

1er año 2o año 3 ……….Período total

θ1 θ2 θ1 θ2 θ1n = 1 n = 2 ……. k

Determinar el número de mantenimientos “n” en el período de análisis para MINIMIZAR:

PERÍODOS ÓPTIMOS DE MANTENIMIENTOPlanteamiento

Page 29: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

24 12 8 6 4 3 2 1 0.524

6

2

0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.50 4.00-4.50

3.50-4.00

3.00-3.50

2.50-3.00

2.00-2.50

1.50-2.00

1.00-1.50

0.50-1.00

0.00-0.50

• Análisis• Combinatorial para 2

cambiadores• 10 opciones de

frecuencia de mantenimiento por cambiador

• 102 = 100 combinaciones

• 24 simulaciones por combinación

• 2,400 simulaciones

PERÍODOS ÓPTIMOS DE MANTENIMIENTOProblemática para encontrar un óptimo global

Page 30: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

PERÍODO ÓPTIMO DE LIMPIEZA

DETERMINAR LA FRECUENCIA DE MANTENIMIENTO DE CADA CAMBIADOR DECALOR EN UN HORIZONTE DE OPERACIÓN DETERMINADO DE MANERA DEMINIMIZAR EL COSTO TOTAL DE OPERACIÓN.

30

METODOS ESTOCÁSTICOS• Combinatorial de malla• Búsqueda aleatoria (Montecarlo)• Búsqueda selectiva• Cristalización simulada• Evolución genética

F.OBJ. = $energía Σn Σj ∫Q dθ1 + Σn Σj Cmanto unit + Cenergía Σn Σj ∫ Q dθ2

Suponiendo que los períodosentre mantenimiento soniguales en cada equipo:

Programación no lineal de las variables enteras n1, n2, …… nj

Minimizar:PERÍODOS ÓPTIMOS DE MANTENIMIENTO

Metodologías

Page 31: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

31

CONCLUSIONES

El seguimiento operativo de la Redes de Intercambio de Calor son una herramienta fundamental parala toma de decisiones que permitan mantener su desempeño óptimo y acciones de mejora.

El seguimiento operativo debe fundamentarse en sistemas de medición robustos y metodologías dereconciliación de datos que permitan obtener información representativa de la operación y sutendencia.

Existen oportunidades de mejorar el costo operativo mediante el análisis de los costos demantenimiento contra los asociados a la pérdida de eficiencia de los intercambiadores de calor.

La economía de las operaciones de mantenimiento depende de las características de cada sistemaparticular, donde los parámetros dominantes son la sensibilidad del sistema respecto alensuciamiento

Otros parámetros significativos son el costo de la energía, el costo de mantenimiento y la eficienciacon la que éste se realiza (tiempo fuera de operación del equipo)

En la Industria Química de procesos, las actividades que van desde el monitoreo, control yoptimización de la operación, hasta las actividades contables y financieras, requieren de informaciónprecisa y representativa del comportamiento de los procesos de producción, que permitan operarlosde manera segura, óptima y soportar la toma de decisiones a nivel de negocio.

Page 32: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

32

Existen oportunidades de mejorar el costo operativo mediante el análisis de los costos demantenimiento contra los asociados a la pérdida de eficiencia de los intercambiadores de calor.

La economía de las operaciones de mantenimiento depende de las características de cada sistema enpartícular, donde los parámetros dominantes son la sensibilidad del sitema respecto al ensuciamiento(U vs Rf).

Otros parámetros significativos son el costo de la energía, el costo del mantenimiento y la eficiencia conla que éste se realiza (tiempo fuera de operación del equipo).

CONCLUSIONES

Page 33: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

FINGracias por su atención

Page 34: SEGUIMIENTO OPERATIVO DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR · Rehervidores 7. Recuperadores de calor 8. . 9. . 10. Etc. 3. PROBLEMÁTICA. Desempeño del Equipo de Transferencia de Calor

SIMRIC

Alcances

1. DETERMINACIÓN DEL COSTO DEL EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

a) Método Modular

b) Método Purohit

2. SIMULACION

a) Considerando Coeficientes Globales de Transferencia de Calor constantes

b) Realizando el cálculo de los Coeficientes Globales de Transferencia de Calor

3. AJUSTE DE DATOS DE CAMPO

4. TABLAS DE SENSIBILIDAD

a) Temperatura

b) Flujo (MCP)

c) Área (Producto UA)

5. ANALISIS DE PUNTO DE PLIEGUE

a) Análisis puntual

b) Optimización (Plantas nuevas)

c) Rediseño o Retrofit (Plantas existentes)

6. DETERMINACION DE PERIODOS RECOMENDABLES DE LIMPIEZA