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Copyright © 1978UOP Inc.

Derechos Reservados

El material contenido en este volumen no debe ser copiado ni reproducidoen modo alguno sin permiso por escrito de la UOP Inc.

UOP Inc.Des Plaines, Illinois U.S.A.

Impreso en U.S.A.

ÍNDICE

1. NATURALEZA DEL PETRÓLEO2. UNIDADES DE MEDIDA3. TERMINOLOGÍA4. TUBERÍAS5. VÁLVULAS6. RECIPIENTES7. ACCIONAMIENTOS. UNIDADES MOTRICES8. ACOPLAMIENTOS, ENGRANAJES Y CORREAS9. BOMBAS

10. COMPRESORES11. INSTRUMENTACIÓN12. EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR13. ACEITES COMBUSTIBLES (FUEL OIL), COMBUSTIBLES

GASEOSOS Y SISTEMAS DE ANTORCHA14. HORNOS15. TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS16. CALDERAS17. DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO18. TANQUES DE ALMACENAMIENTO19. EQUIPOS VARIOS20. DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA21. DESTILACIÓN A VACIO22. OXIDACIÓN DE ASFALTOS23. CRACKING TÉRMICO (VISBREAKING)24. TRATAMIENTO CON AMINAS25. TRATAMIENTO DE EFLUYENTES ACUOSOS26. DESALADORES ELECTROSTÁTICOS27. UNIDAD DE SUMINSTRO DE HIDROGENO

MANUAL DEENTRENAMIENTO

TRdlN YOUR ReflMCRY OPERATOR1)

NATURALEZADEL

PETRÓLEO

uopPrOCeSS DivisionUOP Inc.

1-1

NATURALEZA DEL PETRÓLEO(NATURE OF PETROLEUM)

Como Se FormóEl Petróleo

Origen DeUn YacimientoPetrolífero

La historia del petróleo empezó hace mucho tiempoDeberíamos retroceder miles o millones de años. En realidad,algunos científicos creen que su historia comenzó hace unos440.000.000 de años, hacia el principio de la era Primaria oPaleozoica.

En aquel tiempo la Tierra era un lugar extraño y desértico.Una gran parte del mundo estaba cubierto de agua. En la tierrahabía muchos volcanes activos, pero no había vida vegetalni animal.

Las circunstancias eran diferentes bajo el agua y a lo largode las playas marinas. Billones de diminutos animales yplantas pululaban estas aguas y, cuando murieron, sus cuerposse hundieron en el fango en el fondo del mar. Conformepasaron los años, más fango procedente de los ríos que fluíanal mar se asentó sobre las plantas y animales muertos. Losrestos de animales, plantas y fango se compactaron hastaquedar firmemente unidos, poco a poco convirtiéndose enuna capa rocosa.

En aquellos días, la corteza de la Tierra sufrió muchoscambios, fue sacudida por grandes terremotos y en algunoslugares la capa rocosa surgió sobre el nivel del mar, dandolugar a tierra firme.

Un largo tiempo después, quizás después de millones deaños, la capa rocosa se hundió nuevamente en el mar. Los ríosacarrearon arena, guijarros y tierra al mar cubriendo la caparocosa. Nuevamente pedacitos de animales y plantas semezclaron con el fango y la arena. A través de los tiemposestos sedimentos fueron firmemente apretados y formaron unanueva capa rocosa. El proceso de sucesivos levantamientos yhundimientos se repitió una y otra vez dando lugar a docenas ydocenas de capas roc'osas.

Gradualmente a través de millones de años, unasombroso acontecimiento ocurrió. De alguna forma losresiduos de animales y plantas en las rocas fueron calentadosy apretados hasta convertirse en gotas de petróleo.

El mismo proceso desconocido que formó el petróleoprodujo también gas natural. El petróleo y el gas natural seencuentran frecuentemente juntos. El petróleo y el gas seacumularon en pequeños espacios o poros de ciertas clases derocas tales como areniscas. Las gotas de petróleo fueronretenidas en los poros, de igual forma que el agua enuna esponja.

1-3

En algunos lugares de la tierra, pequeñas cantidades deaceite surgieron hacia la superficie a través de grietas en lasrocas. En algunos casos este aceite sobrenadaba en lasuperficie de ríos y lagunas; en otros sitios se formó unasubstancia dura, negra y breosa.

El aceite recogido de ríos y lagos fue usado para finesmedicinales, mientras que el material negro y duro conocidocomo brea o pez (pitch) se utilizó para antorchas y para elcalafateado de cascos de veleros.

Por primera vez en el año 1850 se obtuvo el petróleo porperforación. Desde entonces el desarrollo en la exploración yen el refino del petróleo, secundado por la producción desubstancias químicas derivadas, ha cambiado la economía y elmodo de vida de la mayoría del mundo.

Qué Es El Petróleo? El petróleo toma su nombre de dos palabras latinas —PETRA (roca) y OLEUM (aceite). De hecho, al inicio de laindustria petrolera, el petróleo fue frecuentemente llamado"ROCK OIL" (aceite de piedra). Este nombre sin duda seoriginó debido a que el petróleo usualmente se encontraba enformaciones rocosas.

El petróleo no es un elemento o un compuesto uniforme;más bien es una mezcla compleja de un enorme número decompuestos químicos, generalmente llamados hidrocarburos.En su estado natural, su apariencia varía desde un líquido claroblanquecino de consistencia muy liviana, a un color castaño overdoso, hasta llegar a un material asfáltico pesado casi sólidode coloración negra.

Los hidrocarburos son los componentes básicos másimportantes de los compuestos orgánicos. Los hidrocarburosson llamados así porque están constituidos principalmente porlos elementos hidrógeno y carbono. También se encuentranpequeñas cantidades, entre el cero y el cinco por ciento, deazufre, oxigeno y nitrógeno, dependiendo de su origen. Losporcentajes de carbón e hidrógeno en los petróleos de todaslas partes del mundo'no varían de forma muy marcada: elporcentaje de carbón varia entre 83 y 87 y el de hidrógenoentre 11 y 14. La mezcla de hidrocarburos en el petróleo esusualmente considerada como mezcla homogénea, lo quesignifica que cada galón o cada litro tiene las mismaspropiedades físicas y separación de fases normalmente noocurre durante el almacenafe. Sin embargo, en condicionesanormales, puede haber producción de gas y separación deceras parafínicas, asfaltos, breas y componentes resinosos.

1-4

Tipos De Petróleo Generalmente se clasifica el petróleo en tres tipos, que son:

1. Base Parafínica2. Base Mixta3. Base Asfáltica

Esta clasificación está fundamentada en las relativascantidades de ceras parafínicas y de asfalto en el petróleo.

Ser/es deHidrocarburos

El petróleo de Arabia Saudita, por ejemplo, está clasificadocomo de base mixta.

Los compuestos hidrocarbonados que se encuentranen petróleos pertenecen a varias series o familias dehidrocarburos.

Familia o Serie

Parafinas

Iso-parafinas

Olefinas

Nafténicos(Parafinas Cíclicas)

Aromáticos

Tipo

Cadenas de carbón sin ramificaciones.

Cadenas de carbón ramificadas.

Cadenas de carbón con doblesenlaces insaturados.

Cinco o seis átomos de carbono en unanillo.

Seis átomos de carbono en un anillocon tres dobles enlaces conjugados.

Qué Es Un Átomo? Un átomo es la partícula más pequeña que se obtiene en ladivisión de un elemento por medios químicos. Cada átomotiene las mismas propiedades químicas del elemento.

Qué Es UnaMolécula?

Una molécula es la partícula más pequeña de unasubstancia que se puede obtener por medios físicos tal quetodavía retenga las mjsmas propiedades de la substancia. Unamolécula está formada de uno o más átomos que estáncombinados químicamente.

Las moléculas de elementos pueden tener solamente unátomo, pero muchas veces, como en el caso de la mayorparte de elementos gaseosos, las moléculas tienen dosátomos iguales.

Moléculas de un solo elemento son, por ejemplo:

Carbono-C, Azufre-S, Hierro-Fe, Oxígeno-O2, Hidrógeno-H2,Cloro-CI2, etc.

1-5

Qué Es Un Cuando los átomos de dos or más elementos seCompuesto combinan químicamente, forman una molécula de unaQuímico? substancia totalmente diferente denominada un compuesto

químico. Los elementos se combinan en proporcionesponderales definidas. Estas relaciones están determinadasdirectamente por el número de átomos de cada elemento queestán presentes en las moléculas de un compuesto. Unejemplo de un compuesto químico es la sal común (Na Cl). Eneste caso, un átomo de sodio (un metal) se combina con unátomo de cloro (un gas) para formar una molécula de cloruro desodio o cloruro sódico (un sólido cristalino).

Debe quedar claro que una mezcla interna de dos elementos,sin una reacción química, es una mezcla y no un compuestoquímico. Un buen ejemplo de esto podría ser el resultado de lamezcla íntima de finas limaduras de hierro con azufre en polvosin que exista enlace químico entre los átomos.

Una fórmula química es la representación de uncompuesto químico usando los símbolos de los elementospara indicar el número de átomos de cada elemento queforman la molécula. Un simple ejemplo es la fórmula del agua,H2O, que representa la combinación química de dos átomos dehidrógeno (H) con uno de oxígeno (O).

Hoy se conocen 104 elementos diferentes cuyascombinaciones pueden formar un sinnúmero de compuestos.

Si nos imaginamos cuantas palabras pueden formarse conun alfabeto de veinte y seis letras se puede pensar luegocuantos compuestos químicos pueden formarse con unnúmero tan grande de elementos.

Parafinas Normales Los hidrocarburos de esta serie tienen todos los átomos decarbono ordenados en líneas rectas o cadenas. La serie seinicia con el Metano que tiene solamente un átomo de carbóny cuatro átomos de hidrógeno:

Qué Es UnaFórmula Química?

METANO CH4

Fórmula EstructuralH

H-C-HH

ETANO C2 H6

Fórmula EstructuralH H

H-C-C-Hi i

H H

Las parafinas son compuestos estables y se los describecomo "saturados". Se puede observar que en las fórmulasestructurales cada átomo de carbono está asociado con cadauno de los cuatro átomos contiguos por una sola línea querepresenta un enlace químico. Cada átomo de cada elementotiene un número de enlaces que deben empalmar con otroátomo contiguo para que el compuesto sea estable.

1-6

Este número de enlaces (llamados valencias) puede variarde uno a siete. Cuando todas estas uniones tienen lugar através de enlaces únicos como en el caso de las parafinas, elcompuesto se llama saturado. Cuando uno o más de estosenlaces no está saturado el componente se llama insaturado.

El hidrocarburo de cadena más larga conocido, tienealrededor de 70 átomos de carbono. Sin embargo, compuestoshidrocarbonados con más de 50-60 átomos de carbonoraramente se encuentran en el petróleo. Nótese que a medidaque el número de átomos de carbono aumenta, el compuestose hace más pesado y el punto de ebullición y el pesoespecífico aumentan también. Los compuestos con más de 17átomos de carbono son sólidos a temperatura ambiente ypresión atmosférica. El hecho de que cada hidrocarburo tienesu propio punto de ebullición diferente constituye elprincipio de la separación física del petróleo por medio dedestilación y fraccionamiento.

Los hidrocarburos contenidos en un petróleo se utilizanaproximadamente de la siguiente forma:

NOTA: Los subíndices en los compuestos enumerados acontinuación indican el número de átomos de carbono. Esto sehace para simplificar el método de indicar los grupos decompuestos que tienen el mismo número de átomos decarbono.

de C, a C3 (Metano, etano, etileno, propano, propileno, etc.)como combustible de refinería y carga a otras unidades deproceso.

C4 (Butano, butileno, isobutanos, etc.) para ajustarla volatilidad de las gasolinas y como carga a otras unidadesde proceso.

de C5 a C12 (Réntanos, pentenos, isopentanos, hexano,hexenos, isohexanos, etc.) como gasolina.

de C13 a C25 Como kerosene, gas oil, diesel fuel, etc.

de C25 a C70 Como varios aceites, lubricantes, y ceras.

1-7

Iso-Parafinas Una parafina que tiene una o más cadenas ramificadas sellama una iso-parafina.

Un ejemplo de este tipo con cuatro átomos de carbono es:

H H H H Butano normal C4H,0

H-C-C-C-C-H Punto de ebullición -0.6°CH H H H Gravedad específica 0.600

HH-C-H

H HH-C-C-C-H

H H H

Isobutano C4H,0

Punto de ebullición -11.7°CGravedad específica 0.579

HidrocarburosOlefínicos

Aunque los dos hidrocarburos arriba anotados tienen lamisma fórmula (C4H10), son diferentes compuestos químicos ytienen diferentes propiedades como se nota al revisar suspuntos de ebullición y pesos específicos.

Conforme se aumenta el número de átomos de carbono esfácil observar que se puede tener mayor número deisoparafinas. Por ejemplo, el hexano (C6H14) puede existir encinco estructuras diferentes.

La estructura de los hidrocarburos olefínicos es similar a lade los compuestos parafínicos, con la diferencia de que un parde átomos de carbono está unido por un doble enlace. Loscompuestos hidrocarbonados con uno o más doble enlaces sellaman insaturados. Esta estructura insaturada contribuye aque los compuestos sean más reactivos que las parafinas. Enotras palabras, los componentes insaturados son menosestables y exhiben mayor reactividad química. Algunosejemplos de olefinas simples son:

H HH-C=C-H

Etileno(Eteno)

H H HH-C=C-C-H

H

Propileno(Propeno)

C3H6

H H H HH-C=C-C-C-H

H H

Bu ti le no(Buteno-1)

C4H8

NOTA: El nombre de todas las olefinas termina en "ENO",mientras que los de las parafinas terminan en "ANO". De estamanera la terminación especifica indica si el compuesto essaturado o insaturado.

1-8

D; - Olefinas Cuando hoy dos enlaces dobles en la estructura de cadena,se tiene una di - olefina. El nombre de estos compuestossiempre termina en "DIENO". Algunos ejemplos dedi - olefinas son:

H H H HH-¿=C-C=C-H

BUTADIENO-1,3

H H H H HH-C=C-C-C=C-H

H

PENTADIENO-1,4

Las diolefinas son más reactivas que las olefinas; sonindeseables en la gasolina porque reaccionan entre siformando compuestos gomosos pesados. Sin embargo, estaspropiedades facilitan el que sean utilizadas en la obtención deresinas de petróleo. Estas resinas son similares a una breaseca y se utilizan en la fabricación de pinturas y cubiertas deasfalto. Es interesante anotar aquí que el butadieno se obtienea partir de una mezcla de butanos y butilenos y se utiliza parafabricar caucho sintético.

ALGUNOS HIDROCARBUROS DE LAFAMILIA DE LAS PARAFINAS

METANO

FORMULA

CH4

ESTRUCTURA

H

H-C-H

H

PESO PUNTO DEESPECIFICO* ESTADO** EBULLICIÓN**

0.415 GAS -161.7°C

ETANO C2H6

H H

H-C-C-H

H H

0.546 GAS -88.9°C

PROPANO C3H8

H H H

H-C-C-C-H

H H H

0.585 GAS -42.2°C

BUTANO C4H10

H H H H

H-C-C-C-C-H

H H H H

0.600 GAS -0.6°C

PENTANO C5H12

H H H H HI I I I I

H-C-C-C-C-C-H

H H H H H

0.630 LIQUIDO 36.VC

* EL PESO ESPECIFICO (O GRAVEDED ESPECIFICA) ESTA DETERMINADO A TEMPERATURAS EN LAS QUESE ESTE EN FORMA LIQUIDA

** A TEMPERATURA Y PRESIÓN ATMOSFÉRICA*** A PRESIÓN ATMOSFÉRICA uop 220-1-1

1-9

Acetilénicos(Enlaces Triples)

Los compuestos de triple enlace se llaman acetilénicos.El miembro más simple de esta clase, conocido ordinariamentecomo acetileno, se utiliza en quemadores y en soldaduraautógena.

Ciclo-Parafinas(Ñafíenos)

ACETILENO C2H2

Químicamente, los nombres de los acetilénicos terminan en"INO". Así, el nombre químico del acetileno es etino.

Estos son compuestos saturados que usualmente tienencinco o seis átomos de carbono dispuestos en un anillo de lasiguiente manera:

\_>

\CICLOPENTANO CICLOHEXANO

Estos compuestos cíclicos a menudo se conocen comonafténicos. Los que tienen cinco o seis átomos de carbono sonmuy estables. Los anillos de siete u ocho átomos de carbonono son muy estables y rara vez se encuentran en el petróleo. Elciclohexano se encuentran en el petróleo en grandescantidades, particularmente en los llamados crudos nafténicostales como los del Este de Texas. Estos compuestos ciclo-parafínicos pueden tener cadenas laterales:

Ejemplo:

C-C C-C

Metil — Ciclohexano Dietil — Ciclohexano

Los ciclohexanos y ciclopentanos se encuentran encantidades considerables en las gasolinas provenientes defracciones del petróleo. Tienen un octanaje cercano a 80 y sonsólo moderadamente aptas para gasolina regular. Sin embargo,son valiosos debido a que pueden convertirse en hidrocarburosaromáticos con un octanaje cercano a 100 o más elevado.Estas gasolinas constituyen la carga para un reformadorcatalítico.

1-10

HidrocarburosAromáticos

El nombre de aromáticos proviene del olor característicoque tienen estos compuestos. Tienen una estructura de seiscarbonos, similar a la de las ciclo-parafinas, pero soninsaturados, teniendo tres doble-enlaces conjugados. Laproducción de grandes cantidades de aromáticos ha sido muyimportante debido al incremento en la demanda decombustible de alto octanaje para automóviles y gasolinas deaviación.

Los aromáticos también han ido adquiriendo mayorimportancia en la fabricación de productos químicos.

Los aromáticos se consideran muchas veces como parte dela familia del "benceno", porque el benceno es el compuestoaromático más simple.

H

C-H

^H

BENCENO FORMULA SIMPLIFICADA

Se puede observar fácilmente que el benceno puedeformarse a partir de ciclohexano removiendo un átomo dehidrógeno de cada átomo de carbono. Estas relaciones ocurrenen varios procesos catalíticos que se utilizan actualmente en larefinación del petróleo. Se considerará esto con másdetalle posteriormente.

Muchos otros compuestos aromáticos diferentes puedenobtenerse del benceno.

Algunos hidrocarburos aromáticos son:

Benceno

PUNTO DEEBULLICIÓN(A PRESIÓN

ATMOSFÉRICA)

80.1°C

-CH3

Tolueno (Metil benceno)

1-11

C2H5

Etilbenceno

PUNTO DEEBULLICIÓN(A PRESIÓN

ATMOSFÉRICA)

135.7°C

para-Xileno(1,4-dimetil benceno)

138.4°C

CH3

CHI

CH3 Cumeno(Isopropilbenceno)

151.2°C

1,2,4-trimetilbenceno

170.1°C

CH3

AromáticosBicídicos Se encuentran en las porciones del petróleo pertenecientes

al kerosene y fuel oil. El compuesto más simple de estoshidrocarburos aromáticos biclclicos (doble anillo) esel naftaleno.

C10H8 Naftaleno

1-12


TMIN VOUB RCHMeRV OP€MTORS

UNIDADES

MEDIDA


2-1

UNIDADES DE MEDIDA(UNITS OF MEASUREMENT)

Tiempo

Temperatura

Las unidades de tiempo están basadas en el año, el cualestá dividido en 12 meses. Cada mes está dividido en semanasde siete días. Cada día consta de 24 horas, cada hora de 60minutos y cada minuto de 60 segundos.

Los años, meses y días del año son numerados y nombradoscon el objeto de indicar alguna fecha. Las horas del dfa estánnumeradas de 1 a 12 a.m. (mañana) para las 12 horascomenzando a media noche y desde 1 a 12 p.m. (tarde) para las12 horas comenzando a medio día. Para una simplificaciónadicional, el tiempo militar va de 1 a 24 horas, comenzando amedia noche. Esto elimina el a.m. y el p.m. Este método sesimplifica aún más cuando se usa una cifra de 4 dígitos, losdos últimos dígitos indican el número de minutos después dela hora. Luego 1320 horas es 1:20 p.m., 0140 es 1:40 a.m. y 1900horas es 7 p.m.

En la escala centígrada (Celsius) que se usa por todo elmundo el punto de congelación del agua es 0°C y el punto deebullición del agua es 100°C. Algunos países usan la escalaFahrenheit en la que el punto de congelación del agua es 32°Fy el punto de ebullición es 212°F.

La mayor parte de cálculos que involucran temperaturasestán basados en un tercer tipo de escala, la escala absoluta.En esta escala, la temperatura más fría posible se designa por0° y luego las escalas se ajustan convenientemente con laescala Fahrenheit o Centígrada. Una comparación entreFahrenheit y Fahrenheit absoluta (Rankine), Centígrada yCentígrada absoluta (Kelvin) aparece en la figura.

Para convertir temperaturas Fahrenheit a Centígrado oviceversa, las fórmulas son:

Centígrado a Fahrenheit;9/5 (0C)+32°=°F.

Fahrenheit a Centígrado;5/9 (°F-32°)=°C.

Fahrenheit a Fahrenheit absoluto (Rankine)°F + 460° = °R, °Rankine

Centígrados a Centígrado absoluto (Kelvin)°C + 273° = °K, °Kelvin

2-3

Cuando son frecuentes las conversiones, es preferibleutilizar tablas de conversión:

FAHRENHEIT RANKINE CENTÍGRADO KELVIN(FAHRENHEIT (CENTÍGRADOABSOLUTO) ABSOLUTO)

212C 672° 100°Ebullición del agua

373°

32C 492° 0°Congelación del agua

Cero absoluto

273°

0°

-460°

460°

0°

-18°

-273°

255°

0°

Presión Las unidades de presión más corrientes son el kilogramo porcentímetro cuadrado y la libra por pulgada cuadrada. Estaexpresión significa que, en una área dada, un número indicadode kilogramos o libras ejerce una fuerza normal a dichasuperficie. Para la superficie de la tierra al nivel del mar, lapresión atmosférica típica es 1,033 kg/cm2 o 14,7 libras/plg2. Esposible y corriente tener presiones por encima y por debajo dela presión atmosférica. Una bomba de vacio puede ser usadapara evacuar el aire de un recipiente, dejando una presiónmás baja que la atmosférica. Bombeando más aire dentro de lallanta de un automóvil incrementa la presión por encima de lapresión atmosférica.

Indicadores de presión corrientes (manómetros) indican cerocuando la presión es la presión atmosférica. Cualquier lecturade presión en estos instrumentos es realmente la presión porencima de la atmosférica; no la presión total absoluta. Porconsiguiente tales lecturas se dan en kilogramos porcentímetro cuadrado manométricos (kg/cm2). La presión totales en kg/cm2 absolutos.

Para convertir la presión medida por el instrumento enpresión absoluta se utiliza la siguiente fórmula:

Presión absoluta = Presión manométrica + 1,033 kg/cm2.

2-4

Densidad Y PesoEspecífico(GravedadEspecífica)

Para convertir presión en el sistema métrico a presión en elsistema Inglés se utiliza la siguiente conversión:

1 kg/cm2 = 14,2 Ibra/pulg2 (psi)760 mm Hg = 14,7 Ibra/pulg2 (psi)760 mm Hg =1 atm760 mm Hg = 29,9 pulg Hg

La densidad se define como el peso (masa) de unasubstancia por unidad de volumen. En el sistema métrico elcentímetro cúbico es la unidad de volumen y el gramo launidad de peso. Si un centímetro cúbico de hierro, madera,plomo y agua son pesados, se verá que tienen diferentespesos. Un centímetro cúbico de agua pesa 1 gramo, así que ladensidad del agua puede expresarse como un gramo porcentímetro cúbico.

El peso de un cuerpo puede ser calculado si se conoce ladensidad de dicho material. Una vez encontrado el volumen encentímetros cúbicos, se multiplica por la densidad en gramospor centímetro cúbico para dar el resultado que será el pesodel objeto.

La densidad de algunos sólidos en gramos por cm3:

OroMercurioPlomoHierro

g/cm3

19,313,511,47,7

AluminioMaderaHielo

g/cm3

2,60,80,9

Madera y hierro tienen densidad variable y la cifra indicasolamente la magnitud de la densidad.

La densidad de algunos líquidos:

g/cm3

Acido sulfúrico 2,00Agua de marAgua fresca

1,031,00

KeroseneGasolina

g/cm3

0,800,75

La densidad de algunos gases:

AireOxígenoNitrógeno

g/cm3

0,00120,001340,00118

Monóxido de carbonoHidrógeno

g/cm3

0,001170,000085

2-5

El peso específico (o gravedad específica) es la razón entreel peso de un objeto y el peso de un volumen equivalente deagua. Por ejemplo, un cm3 de un cierto tipo de hierro pesa 7,4veces más que un cm3 de agua; por tanto el peso del cm3 dehierro es 7,4 g.

El peso de cualguier objeto puede calcularse multiplicandoel volumen por la gravedad específica y por la densidaddel agua.

Nótese que la gravedad especifica del agua es 1,00 y que elagua pesa 1,00 g por centímetro cúbico. Resulta por tanto quela gravedad específica de un objeto es numéricamente igual asu densidad en gramos por centímetro cúbico.

Las densidades de los gases para fines prácticos secomparan a menudo con la del aire a presión atmosférica, envez de con la del agua, tal como se hace con líquidos ysólidos. Con aire como referencia comparativa, la "gravedadespecífica" de los gases enumerados en la página anterior es:

Aire 1,00 Monóxido de carbono 0,979Oxígeno 1,120 Hidrógeno 0,071Nitrógeno 0,983 Butano 2,004

La gravedad en grados Baumé es una escala que usa el aguasalada como referencia en vez de agua fresca. Se usa enrefinerías para determinar la gravedad de ácidos y álcalissolamente. La gravedad API es usada en la mayor parte decasos en la industria petrolera.

Grad. Baumé = — 130Grav. esp.

La gravedad API usa el agua como patrón a la que se leatribuye una Gravedad API 10°. Cuando la gravedad específicaaumenta, la gravedad API disminuye. Crudo con una gravedad42° API tiene una gravedad especifica de 0,82. La gravedadespecífica de los crudos norteamericanos comúnmente varíaentre 0,768 y 0,996, es decir de 52,6° a 10,5° en la escala API.Las lecturas API están normalizadas a una temperatura de 60°Fy, si se toman a cualquier otra temperatura, deberán sertransformadas a 60° para su uso correcto. Existen tablas paraesta transformación en el boletín "API Standard 2500" y enmuchos manuales de ingeniería.

2-6

Conversión DeUnidades DeVolumen

Calor

Las fórmulas de conversión son las siguientes:

141,5Grad. API =

Grav. Esp. =

Grav. Esp.

141,5

- 131,5

API + 131,5

Los siguientes factores de conversión se utilizan cuando secambia del Sistema Inglés al Métrico o viceversa.

1 metro cúbico (m3) = 6,29 barriles (bbl)1 metro cúbico (m3) = 35,3 pies cúbicos3,79 litros = 1 galón U.S. (gal)28,3 litros = 1 pie3

La transformación de energía de una forma a otra o latransferencia de energía de un cuerpo a otro generalmenterequiere alguna fuerza impulsora. Por ejemplo, si una barracaliente se coloca en contacto con una fría, la primera seenfriará y la segunda se calentará. El calentamiento es unaindicación de la energía interna del material. La fuerzaimpulsora que produce una transferencia de energía interna sellama temperatura, y aquella forma de energía que se transfierede un cuerpo a otro como resultado de una diferencia detemperatura se llama calor. Por ejemplo, si se aplica una llamaa un vaso de agua la diferencia de temperatura entre la llama yel agua hace que el calor fluya hacia el interior del aguaaumentando asi su temperatura. Si la temperatura de un gramode agua aumenta un grado centígrado, decimos que una caloríamás de energía térmica ha sido añadida al agua. El conceptode transferencia de calor es de vital importancia en losprocesos de refinación.

2-7


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TERMINOLOGÍA

uopProcess DivisionUOP Inc.

3-1

Análisis DeLaboratorioCorrientes

TERMINOLOGÍA(TERMINOLOGY)

En la refinería cada grupo de trabajo usa palabras propias asu desempeño. A continuación se enumeran algunas de lasmás corrientes.

1. COLOR SAYBOLT — Es una prueba usada paradeterminar el color de las gasolinas y los aceites decombustión. La escala va de 30 para las gasolinas a -16 paracombustibles de hornos.

2. COLOR UNION A.S.T.M. — Una prueba para determinar elcolor de los combustibles de hornos y productos pesados. Laescala va desde O para combustibles claros hasta 8 paracombustibles obscuros.

3. DENSIDAD API — Una escala arbitraria del InstitutoAmericano del Petróleo para medir la densidad de lospetróleos.

4. DENSIDAD BAUMÉ — Una unidad de medida del pesoespecífico usada en la Industria Química. Nosotros lautilizamos para sosa cáustica y ácidos.

5. DESTILACIÓN A.S.T.M. — Es un procedimientonormalizado de la Sociedad Americana para Pruebas deMateriales (American Society for Testing Materials) paradeterminar el margen de ebullición de los destilados delpetróleo.

6. NUMERO DE OCTANO — Es una prueba para determinarlas propiedades antidetonantes de una muestra de gasolina. Serealiza por medio de la combustión de una muestra en unmotor de gasolina y comparando los resultados con losobtenidos con un combustible de referencia (iso-octano, denúmero de octano 100 y heptano normal, de número de octano0). El número de octano es el porcentaje de iso-octano yheptano que iguala el comportamiento de la mezcla.

7. PESO ESPECIFICO (gravedad específica) — La razón delpeso del volumen de un cuerpo al peso de un volumen igual dealguna substancia patrón. En el caso de líquidos y sólidos elpatrón de referencia es agua y en el caso de gases el patrón esel aire.

8. PRESIÓN DE VAPOR REÍD — Es una prueba que indica lavolatilidad de un líquido, midiendo la presión generada en unrecipiente cerrado a una temperatura dada (70°F).

3-3

9. PUNTO DE FLUIDEZ — Es una prueba que determina latemperatura más baja a la que el combustible fluye cuando hasido enfriado bajo condiciones especificadas.

10. PUNTO DE INFLAMACIÓN — Una prueba designadapara la determinación de la temperatura a la que los productosdel petróleo forman vapores en cantidades suficientes paraformar una mezcla que se inflame momentáneamente cuandose pasa una llama por encima.

11. VISCOSIDAD — Es una propiedad que cuantifica lafricción interna o la resistencia a fluir. Se mide por el númerode segundos necesarios para que una muestra pase a través deun orificio o abertura patrón a una temperatura especifica.

Nomenclatura 1. ABSORBEDORA — Es una torre o columna en la queDel Equipo se ponen en contacto gases que suben y líquidos que bajan de

tal manera que parte del gas pueda ser absorbido por elliquido. Por ejemplo, una planta de gas tiene una torre queabsorbe propano y butano contenidos en la carga de gases.

2. ACANALAMIENTO — Flujo a través del equipo deproceso cuando la mayor parte del fluido fluyepreferencialmente a través de ciertas porciones del lecho oequipo y evita el paso por otras porciones debido a maladistribución, coquización, etc.

3. ACEITE DE ABSORCIÓN — Es el aceite usado en unatorre de absorción. Normalmente se usan kerosenos o aceitesde calefacción doméstica.

4. ACUMULADOR — Es un recipiente para elalmacenamiento temporal de un líquido o un gas. Normalmenteusado para recoger suficiente material para proveer una cargade reflujo continua.

5. AGUA DE ALIMENTACIÓN — Es el agua suministrada auna caldera de vapor para reponer las pérdidas por evaporacióny purgas.

6. AISLANTE — Un material aplicado al equipo para evitar latransferencia de calor.

7. ALTURA MANOMETRICA — Es la presión ejercida por unfluido debido a la altura a la que se halla la superficie delfluido por encima del punto en el que se toma la presión. Lapresión de descarga de una bomba está a veces relacionada ala altura de succión.

8. AMARGO — Un fracción de petróleo o un gas que poseeun olor hediente a causa de la presencia de mercaptanos o desulfuro de hidrógeno. También llamado Agrio o Acido.

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9. ATOMIZADOR — Es una tobera o boquilla usada paraproducir una lluvia fina de combustible de tal manera que elcombustible entre en íntimo contacto con el aire en la cámarade combustión.

10. BAJANTE (Downcomer) — El conducto o tubo derebose en una torre de destilación a través del cual el líquidoprocedente de un plato entra y es distribuido en el platoinferior.

11. BARRIL — Unidad corriente para la medida de líquidosen la industria de refinación de petróleos. Contiene 42 galonesamericanos o 35 galones británicos medidos a 60°F.

12. BATERÍA — Es un conjunto de equipos operando comouna unidad.

13. BOMBA — Es una máquina para desplazar un líquido abase de tomar energía de alguna otra fuente y transmitírsela allíquido.

Tipos comunes son:

a) Centrífuga:

Una bomba en la cual el movimiento del fluido se lleva acabo primordialmente por acción de la fuerza centrífuga(acción de rotación). Sin válvulas.

b) Multi-etapa:

Una bomba centrífuga que tiene 2 o más impulsoresmontados en el mismo eje. La descarga desde un impulsor seconduce a la succión del impulsor siguiente. Este tipo se usapara obtener una presión diferencial más alta entre la succióny la descarga.

c) Reciprocante:

Es un tipo de bomba de desplazamiento positivo queconsiste en un émbolo o pistón que se mueve hacia atrás yadelante dentro de un cilindro. El líquido es bombeado enambos desplazamientos de cada carrera en una bomba dedoble acción. El líquido es bombeado únicamente cuando elpistón se está moviendo en una sola dirección (por cadacarrera) en una bomba de acción simple.

3-5

d) Duplex:

Una bomba reciprocante que tiene dos o más cilindrospara liquido, cada uno de los cuales tiene su accionamientoindividual. Las bombas dobles tienen una presión de descargamás estable que las bombas simplex.

e) Simplex:

Es una bomba reciprocante que tiene un cilindro paralíquidos con su respectivo accionamiento. Generalmente usadaen lubricadores, inyección de productos químicos, etc.

f) Rotatoria:

Una bomba de desplazaimento positivo con una carcasafija que contiene uno o más elementos rotatorios consistentesde engranajes, levas, tornillos, aletas o modificaciones deestos elementos. Es apropiada para el bombeo de líquidosviscosos o cuando se requiere un vacío elevado.

14. CABEZA — Extremo desmontable de un intercambiador,de una columna, o de un tanque.

15. CABEZAL DE TUBOS (Colector) — Un colector común alque dos o más tuberías están conectadas. Los cabezales detubos en un calentador tienen tapones que pueden serremovidos para su limpieza.

16. CABEZAL FLOTANTE — Es un cabezal del haz de tubosde un intercambiador de calor que no está unido a la carcasa afin de permitir expansiones.

17. CAÍDA DE PRESIÓN (Pérdida de Carga) — Es ladisminución en presión debida a la fricción que ocurre cuandoun líquido o gas pasa a través de un tubo o recipiente a otraparte del equipo.

18. CALENDATOR U HORNO — Un horno usado paracalentar petróleo o gas natural para una unidad. El lugar dondese colocan los quemadores se llama caja de fuegos (hogar) delhorno. El fluido a ser calentado fluye a través de los tubos delcalentador. Los tubos expuestos a las llamas están en lasección de radiación y los tubos calentados por los gases decombustión están en la sección de convección.

19. CARGA (Alimentación) — Alimentación a las unidadesde proceso de la refinería.

20. CATALIZADOR — Es un material que aumenta odisminuye la velocidad de una reacción química sin cambiar suidentidad química propia.

3-6

21. CAVITACIÓN — Es una condición en el interior de unabomba en la que el liquido que está siendo bombeado sevaporiza parcialmente debido a la temperatura, calda depresión, etc. Puede ser identificada por la operación ruidosa yla presión de descarga errática. Puede ocasionar desgaste enlos impulsores o en la carcasa. Esto puede a menudoremediarse aumentando la presión en la bomba; usualmenteelevando el nivel del líquido alimentado a la bomba, odisminuyendo la velocidad del flujo a través de ésta.

22. CEBADO — El llenado de una bomba con líquido a fin dedesplazar vapores presentes y eliminar la tendencia a formarvapor o la pérdida de succión.

23. CICLÓN — Un recipiente cónico para separar sólidos ygases o líquidos y gases (o sólidos y líquidos) por medio de laacción centrífuga.

24. COMBUSTIBLE DE CALEFACCIÓN — Un aceitecombustible liviano usado en sistemas de calefaccióndoméstica.

25. CONDENSADOR BAROMÉTRICO — Es un condensadorque mantiene un vacío parcial en una torre de separación o enuna turbina de vapor por medio de la condensación de losvapores por contacto directo con agua.

26. CONDENSADOR PARCIAL — Es un condensador que aveces se sitúa en cabeza de una torre para condensar sóloparte de los vapores de cabeza.

27. CORRIDA (Factor de Disponibilidad) — El período detiempo que una unidad de proceso en la refinería permaneceen producción.

28. CORTE — Una fracción de petróleo obtenida pordestilación.

29. DEFLECTOR — Es una restricción parcial, generalmenteuna plancha o placa colocada para cambiar la dirección, paraguiar el flujo, o para promover la mezcla dentro del equipo enel que se ha instalado. (Ejemplo: ver intercambiadores decalor.)

30. DIQUE (Muro) DE CONTENCIÓN — Son bancos de tierrao paredes de hormigón alrededor de tanques dealmacenamiento u otro equipo que contenga combustible paraprevenir la propagación del fuego en caso de incendio.

31. ESFERAS HORTON (Esferoide Horton) — Un tanqueesférico patentado usado generalmente para elalmacenamiento de líquidos bajo presión; tales como butano,isopentano, etc.

3-7

32. ESPACIO LIBRE — La distancia desde la parte superiorde un recipiente hasta la superficie del liquido contenido en elmismo.

33. ESPUMA — Una preparación usada para extinguir elfuego. Consiste en dos soluciones que, sometidas a agitación,producen una espesa capa de espuma que cubre lassuperficies y sofoca el fuego.

34. ESTABILIZADORA — Una torre que separa hidrocarburosligeros de la gasolina a fin de que ésta reúna lasespecificaciones de presión de vapor.

35. EYECTORES DE VACIO — Eyectores de vapor paraextraer aire o gases no condensables.

36. FACTOR DE MEDICIÓN (Factor De Calibrado) — Es unaconstante numérica que debe ser multiplicada por el númerode divisiones de medida para determinar el flujo a través de unmedidor.

37. GASES DE CHIMENEA — Son gases provenientes de lacombustión del combustible. Puesto que su poder calorífico hasido substancialmente agotado, son descartados a través de lachimenea. Consisten principalmente en CO2, CO, O2, N2 y vaporde agua.

38. GAS INERTE — No reactivo, incombustible. En refineríaes generalmente el nitrógeno o CO2 (dióxido de carbono),gases procedente de la combustión.

39. HAZ DE TUBOS — Un grupo de tubos paralelos fijos,tales como los usados en intercambiadores de calor. El haz detubos incluye los espaciadores para los tubos, los deflectoresy las barras espaciadoras.

40. HERVIDOR — Es una parte de la torre defraccionamiento diseñada para suministrar todo o parte delcalor para la torre. El liquido es extraído del fondo de la torre ycalentado en el hervidor. Los vapores formados regresan a latorre. El líquido restante puede o no regresar a la torre. El calorpuede ser proporcionado por circulación de aceites detransferencia de calor, fondos de alguna otra torre, o vapor.

41. HIDRÓMETRO — Un instrumento graduado usado en ladeterminación de densidad API o Baumé.

42. HIDROXIDO DE SODIO O SOSA CÁUSTICA (NaOH) —Lejía usada en el tratamiento de aceites.

3-8

43. HORNO DE TUBOS — Es un equipo de calefacción en elcual el calor se aplica al aceite o petóleo mientras que éste esbombeado a través de un serpentín o serie de serpentines otubos dispuestos en una caja de fuegos u hogar apropiado.

44. IMPACTO DE LLAMA — Es el contacto de la llama conlos tubos de un horno. Normalmente no se considera deseable.

45. IMPULSOR — Es la parte móvil de una bomba centrífugao compresor que consiste en una serie de paletas acopladas aun eje central.

46. INHIBIDOR — Es un aditivo químico que se añade a losaceites para prevenir o minimizar reacciones indeseables talescomo la oxidación o formación de gomas. Inhibidores seañaden también a torres de enfriamiento o a unidades deproceso para prevenir la corrosión.

47. INTERCAMBIADOR DE CALOR — Equipo de procesocon un haz tubular para llevar a cabo la transferencia de calorde un líquido de proceso caliente a otro relativamente más frío.

48. JUNTA DE EXPANSIÓN — Es un tipo de unión usado entuberías que contiene una sección telescópica para amortiguartensiones o un fuelle para absorber esfuerzos causados porcontracciones o expansiones debidas a cambios detemperatura o a otras fuerzas.

49. LIMITE DE BATERÍA — El límite exterior asignado a unárea o una unidad de batería.

50. MARTILLEO HIDRÁULICO (Golpe De Ariete) — Martilleointenso y violento causado por bolsas de agua arrastradas porel vapor que fluye en las tuberías. (Llamado a veces también"golpe de ariete", aunque éste más correctamente es elimpacto causado por una onda de choque que se propaga porel interior de una tubería llena de líquido.)

51. MEDIDOR — Cualquier instrumento de medida, tal comolos usados para indicar el nivel en un tanque, para medirpresión, etc.

52. MERCURIO — Es un elemento de color plateado, líquidoa temperaturas ordinarias, usado extensamente eninstrumentos: termómetros, manómetros, medidores, etc. Esmucho más pesado que el agua, teniendo una gravedadespecifica de 13,5.

53. MOLÉCULA — Es la unidad más pequeña en que puededividirse una substancia de manera que todavía retenga todassus propiedades físicas y químicas.

3-9

54. ORIFICIO — Es un dispositivo de restricción paraestrangular el flujo en una tubería.

55. PESO MOLECULAR — Es la suma de los pesosatómicos de los átomos en una molécula. Ejemplo: metano(CH4: Carbono 12, Hidrógeno 1) 12+ 4 = 16.

56. PISTÓN O ÉMBOLO — Un dispositivo cilindrico quetiene un movimiento reciprocante dentro de un cilindro, y quehace que el fluido entre y salga de él.

57. PLACA CIEGA — Disco de metal colocado entre bridasen una tubería para detener o impedir el flujo. Constituye unamedida de seguridad durante las paradas o cuando se suelda otrabaja dentro del recipiente.

58. PLACA DE ORIFICIO — Es un instrumento que mide elflujo a través de una tubería por medio de la medición de ladiferencia de presión antes y después de una placa con unorificio central.

59. PLOMO TETRAETILO — El tetraetilo de plomo es unasubstancia química que retarda la tendencia de la gasolina ainflamarse antes de tiempo mientras se incrementa lacompresión en el interior de un motor de combustión interna.

60. PRECALENTAMIENTO — Es el calor añadido a un fluidoantes de efectuar alguna operación con ese fluido.

61. PRESIÓN ESTÁTICA — Acción del peso del fluido sinmovimiento.

62. PRODUCTO DE DESTILACIÓN PRIMARIA — Es unmaterial producido por destilación del crudo sin apreciablecracking ni alteración de las moléculas en el producto.

63. PRODUCTO DULCE — Que tiene un buen olor. Prueba"Doctor" con resultados negativos.

64. PURGA — Es uria conexión provista de un acoplamientoy de una válvula situados en un lugar alto o bajo de una tuberíao de un recipiente. Se usa para muestreo, drenaje de gas, agua,etc.

65. REACTOR — Es el recipiente en que toda o, al menos, lamayor parte de la reacción o conversión química se realiza. Enla mayoría de las unidades éste es el recipiente en que secoloca el catalizador.

66. RECICLO — Es la circulación continua sin extracción deproducto del sistema, o la parte de producto que regresa alsistema.

3-10

67. REFLUJO — Líquido que retorna a la torre defraccionamiento para controlar la temperatura y aumentar laeficiencia de la separación.

68. REGULADOR DE TIRO (Damper) — Es un dispositivopara regular el flujo de gases en una chimenea. Controla lacantidad del exceso de aire en el horno.

69. SOBRECALENTADOR (Recalentador) — Es un aparatocalentador (generalmente de tubos) que imparte a un materialmás calor que el requerido para la vaporización.

70. STRIPPER (Desorbedora) — Es un recipiente queremueve las fracciones ligeras de un corte lateral de la torrefraccionadora principal. Generalmente se inyecta vaporsobrecalentado al fondo del desorbedor para mejorar estaseparación. También llamada columna de Agotamiento.

71. TAMBOR DE AMORTIGUACIÓN — Es un recipiente oacumulador que sirve para proveer una reserva del liquido quefluye a través de un sistema a fin de amortiguar lasfluctuaciones de caudal.

72. TANQUE DE INTERMEDIOS — Es un tanque al cual elproducto de la unidad es continuamente bombeado o desde elcual se bombea carga a la unidad.

73. TIRO FORZADO — El aire suministrado al horno, torrede enfriamiento o intercambiador, por medio de ventiladores osoplantes que fuerzan aire a través del equipo.

74. TIRO INDUCIDO — El aire suministrado al horno, torrede enfiramiento o intercambiador, por medio de ventiladores osoplantes que succionan aire a través del equipo.

75. TOMA — Una conexión que permite retirar productolíquido de un costado o del fondo de un recipiente.

76. TOMAMUESTRAS — Es un dispositivo para extraermuestras de aceite de un tanque a varios niveles.

77. TORRE ATMOSFÉRICA — Columna de destilación queopera a una presión cercana a la atmosférica.

78. TORRE DE FRACCIONAMIENTO — Recipiente cilindricovertical usado en la separación de los componentes de unamezcla liquida por medio de destilación.

79. TUBO RAJADO — Una rajadura o grieta en un tubo de uncalentador o un intercambiador debido a falla mecánica,corrosión o sobrecalentamiento. Una grieta en un tubo de unhorno normalmente da lugar a un incendio.

3-11

80. TURBINA — Una máquina que desarrolla potencia sobreun eje gracias a la expansión del vapor en una serie de paletascurvadas del impulsor que está acoplado a un eje central.

81. VÁLVULA DE RETENCIÓN — Una válvula que permite elflujo del fluido solamente en una dirección, cerrándoseautomáticamente cuando se produce una inversión de flujo.

82. VÁLVULA DE SEGURIDAD — Es una válvula previamenteajustada para liberar una presión excesiva en un recipiente osistema. También llamada Válvula de Escape.

83. VÁLVULA REGULADORA — Es una válvula que controladirectamente el flujo de un líquido o gas a través de una linea.Normalmente es accionada por medio de algún instrumentoque controla temperatura, presión, nivel o condiciones de flujo.

84. VAPOR DE INTROMISIÓN (Aire De Intromisión) —Formación de bolsas de aire o de vapor en una línea o bombaque provocan interrupción de flujo o pérdida de succión.

85. VAPOR EXHAUSTO — Vapor expandido de baja presiónque ha accionado la turbina de una bomba, compresor ogenerador eléctrico.

86. VAPOR HÚMEDO — Vapor que contiene agua.

87. VAPOR SECO — Vapor de agua (generalmente de altapresión) que no contiene gotas de agua.

88. VAPOR SOBRECALENTADO — Vapor de agua calentadopor encima de la temperatura de saturación a una presióndada. Generalmente usado en torres, calentadores,desorbedores, etc.

89. VARILLA MEDIDORA DE AGUA — Una varilla que se usapara medir la profundidad del agua decantada en el fondo deun tanque de hidrocarburos.

3-12


OPGMTOK

TUBERÍAS


4-1

PropiedadesFísicas DelMaterial De LasTuberías

TUBERÍAS(PIPING)

TUBERÍAS — Existen muchas clases de tuberías fabricadaspara diferentes condiciones de servicio. Generalmente lastuberías se clasifican en los siguientes grupos:

a) De acuerdo con el material de fabricación:

Hierro forjadoAcero forjadoHierro fundidoCobre

BronceAluminioAcero inoxidablePlástico

b) De acuerdo con el método de fabricación:

FundidoSin costuraSoldado

c) De acuerdo con su resistencia: Número de cédulao espesor de la pared.

El hierro forjado es de bajo contenido de carbono con altocontenido de silicio y se usa a veces para los tipos máscomunes de sistemas de tubería tales como sistemasauxiliares: aire, vapor, agua, vapor de baja presión, etc. Sesuelda fácilmente y tiene buena resistencia a la corrosiónatmosférica. Este material no es adecuado para equipo deproceso. Las tuberías de hierro forjado pueden seridentificadas en la zona de almacenaje por medio de la pinturade color rojo en los extremos del tubo.

El hierro fundido tiene un alto contenido de carbono y es debajo costo. Tiene uso limitado en equipo de proceso. Tienealgunas aplicaciones en servicios auxiliares y se utiliza enpartes interiores de equipos tales como impulsores de bombas.Es quebradizo al impacto.

El acero al carbono es el material más común en plantas deproceso. Es el más usado en la mayoría de servicios conhidrocarburos a presión y temperaturas moderadas. Se usaacero al carbono pasivado cuando se requiere un acero demejor calidad.

Se utilizan aceros de baja aleación cuando ciertascondiciones de temperatura o corrosión dictaminan su uso. Unejemplo podría ser 1 1/4% cromo, 1/2% molibdeno, usado porsu resistencia al ataque de hidrógeno y resistencia moderada ala corrosión por azufre a altas temperaturas.

4-3

El acero inoxidable al 13% de cromo (tipo 410) se usaextensamente para el acabado interior de todas las válvulas ybombas de proceso. Se usan aceros inoxidables en variosservicios severos, dependiendo de las condiciones de presión,temperatura y corrosividad del fluido.

La inspección de las tuberías, válvulas y accesorios se debehacer visulamente para verificar la limpieza durante laconstrucción, y antes del arranque para constatar que eldiámetro apropiado ha sido usado, que el número de cédulacorresponde al de diseño, y de que se ha usado el tipoadecuado de válvulas, tapones, tapas de los tubos, drenajes,venteos, empaques, soportes de la tubería, distribuidores ymateriales de construcción. Después de la inspección visual,se prueban los tubos para asegurar que no existen fugas.Generalmente se incluyen recipientes y otros equipos queoperen a presiones similares. La mayoría de las pruebas sehacen con agua y se denominan pruebas hidrostáticas. Elsistema a ser probado se llena con agua y todos los gases sonventeados por el punto más alto. Antes de llenar columnasaltas se debe tener cuidado con que el peso del agua no ejerzauna presión en el fondo de la columna mayor que la presión dediseño. Un ejemplo sería una torre de crudo de 200 pies (61 m)diseñada para una presión interna de 50 psig. Suponiendo quela prueba se hace a 1,5 veces la presión de operación de 20psig, o sea 30 psig, el agua en la torre llena por si sola ejercerá86,7 psig de presión sobre el fondo de la columna, mientrasque en el tope de la columna la presión será cero. Alestablecer una prueba de presión en el tope de la columna de30 psig, la presión en el fondo de la columna aumentará hasta116,7 psig. Esta presión puede exceder tanto la resistencia a lapresión que puede causar la ruptura del recipiente. En estecaso se debe utilizar otro medio (líquido o gas) de prueba. Enel caso de una torre de crudo, vapor es lo más adecuado.

El operario debe observar si hay escapes de vapor queindiquen pérdidas del sistema. Cuando se usa agua, eloperador debe observar si hay fugas de agua del sistema y lapérdida de presión hidrpstática.

Otra forma de realizar la prueba es utilizando gas,generalmente aire, nitrógeno, o, en algunos casos, hidrógeno.Se unta una solución de jabón sobre los acoplamientos,soldaduras y bridas a fin de detectar burbujas que indiquenuna fuga. En algunas ocasiones, las bridas se cubren con cintaadhesiva, se perfora la cinta con un alfiler y se unta la soluciónde jabón sobre este agujero. Si la brida tiene un escape, seformarán burbujas. Las fugas deben ser corregidas. Algunasveces los empaques deben ser cambiados. Para hacer esto, elsistema debe ser despresurizado. Si la unidad va a serdrenada, todos los recipientes probados deben ser venteadosen el tope de la columna.

4-4

Cédulas De Las cédulas de tubería son usadas por los ingenierosTubería de diseño para seleccionar el tamaño adecuado del tubo para

una aplicación determinada.

Las cédulas de tubería permiten determinar la caída depresión, flujos y resistencias nominales a la presión y a latemperatura. Si el material del tubo es el mismo, un tubo de 1"de diámetro y de cédula 160 es mucho más recio que un tubode 1" de diámetro y cédula 40, ya que el espesor de la pared esmayor. Sin embargo, se requeriría mucha más fuerza (caída depresión) para mantener el mismo flujo a través del tubo de 1"de diámetro de cédula 160, que a través del tubo de 1" dediámetro de cédula 40, ya que el diámetro interno del tubo de1" de diámetro de cédula 40 es mayor. Debido a que un tubode cédula dada funcionará satisfactoriamente bajo un conjuntode condiciones, pero no en otras, las cédulas de tubería debenajustarse al diseño y debe evitarse el confundirlas omezclarlas.

Reemplace siempre un tubo de cédula 40 con un tubo decédula 40.

4-5

DATOS PARA TUBERÍAS COME(COMMERCIAL WROUG

CÉDULAS DE ESPE(SCHEDULE WAI

TamañoNominal

Ruinadas

0

«3•oV4iU

ofNJ23•oV4,(J

Of*5_23•o

•^4»U

Céd

ula

40

ovOC33•oX4<U

| C

édu

la 8

0

1416182024308

1012141618202430

DiámetroExterior

Pulgadas

141618202430

Us pesor

Pulgadas

0.2500.2500.2500.2500.2500.312

Diámetro Potencias del Diámetro InteriorInterior (en Pulgadas)

d "" I) " '• " "~~ '""d2 d3 d* d*

Pulgadas Pies

13.515.517.519.523.529.376

.125

.291

.4583

.625

.9582.448

182.25240.25306.25380.25552.25862.95

8.625 0.250 8.125 0.6771 66.0210.75 0.250 10.25 0.8542105.0612.75 0.250 12.25 i l . 0 2 1 150.0614 0.312 13.376 1.111 178.921618202430

8 8.62510 10.7512 12.7514 141618202430

'/8l/43/8

l/23/41

l>/4

1V222>/233i/24568

101214161820248

10121416182024

l/8l/43/8l/23/41

n/4

16182024300.4050.5400.6750.8401.0501.3151.6601.9002.3752.8753.5004.0004.5005.5636.6258.625

10.7512.7514.016.018.020.024.08.625

10.7512.7514.016.018.020.024.00.4050.5400.6750.8401.0501.3151.660

0.3120.3120.3750.3750.5000.2770.3070.3300.3750.3750.4380.5000.5620.6250.0680.0880.0910.1090.1130.1330.1400.1450.1540.2030.2160.2260.2370.2580.2800.3220.3650.4060.4380.5000.5620.5930.6870.4060.5000.5620.5930.6560.7500.8120.9680.0950.1190.1260.1470.1540.1790.191

15.37617.37619.25023.2529.00

8.07110.13612.0913.2515.2517.12419.0022.87628.75

0.2690.3640.4930.6220.8241.0491.3801.6102.0672.4693.0683.5484.0265.0476.0657.981

10.021 1 . 93813.12415.00016.87618.81422.626

7.8139.750

11.62612.81414.68816.50018.37622.0640.2150.3020.4230.5460.7420.9571.278

1.2811.4481.6041.9372.417

236.42301.92370.56540.56841.0

0.6726 65.140.8447 102.741.0075 146.171. 1042 j 175. 561.27081.42701.58331.90632.39580.02240.03030.04110.05180.06870.08740.11500.13420.17220.20570.25570.29570.33550.42060.50540.66510.83500.99651.09371.2501.40631.56781.88550.65110.81250.96881.06781.22401.37501.53131.83870.01790.02520.03530.04550.06180.07970.1065

232.56293.23361.00523.31826.56

0.07240.13250.24300.38690.6791.1001.9042.5924.2726.0969.413

12.5916.2125.4736.7863.70

100.4142.5172.24225.0284.8354.0511.9

61.0495.06

135.16164.20215.74272.25337.68486.82

0.04620.09120.17890.29810.55060.91581.633

2460.43723.95359.47414.9

12977.25350.

33215.57720.93789.

144590.304980 .744288.

448400.894660 .

1641309.2819500.7167030.

21864218.536.38 4359.3 35409.

1076.9 11038. 113141.1838.3 ¡ 22518. 275855.2393.2 32012. 428185.3635.25246.37133.3

12568.24389.

525.751041.41767.22326.23546 . 65021.36859.0

11971.23764.

0.01950.04820.11980.24060.55951.1542.6284.1738.831

15.05128.87844^66365.256

128.56223.10508.36

1006.01701.32260.53375.04806.36659.5

11583.476.93926.86

1571.42104.03168.84492.16205.2

10741.0.009940.02750.07570.16280.40850.87652.087

55894.91156.

137317.292205.707281 .

4243.210555.21366. ;30821.54084 .85984.

130321.273853.683201 .

0.0052420.017560.059050.14970.46101.2103.6256.718

18.25037.16188.605

158.51262.76648.72

1352.84057.7

10080.20306.29666.50625 .81111.

125320.262040.

3725.99036.4

18268.26962 .46544.74120.

114028.236994.

0.0021340.0083170.032000.088860.30320.83872.6667

859442 .1583978.2643352.6793832.

20511149.34248.

106987.258304.408394.824801 .

1472397.2476099.6264703.

19642160.0.001410.006390.02912

Área TransversalInterna

~~a ^4pulg.2 pies2

143.14188.69240.53298.65433.74677.7651.8582.52

117.86140.52185.69237.13291.04424.56660.52

51.1680.69

114.80137.88182.65230.30283.53411.00649.18

0.0570.1040.191

0.09310 0.3040.3799 0.5331.270 0.8645.005 1.495

0.9941.3101.6702.0743.0124.7070.36010.57310.81850.97581.2901.6472.0212.9484.5870.3553-0.56030.79720.95751.2681.5991.9692.8544.5080.000400.000720.001330.002110.003710.006000.01040

10.82 2.036 0.0141437.72 3.355 0.0233091.75 4.788 0.03322

271.8 7.393 0.05130562.2

1058.3275.8206.

32380.101000.242470.389340.759375.

1368820.2357244.5929784.

29113.88110.

212399.345480.683618.

1222982.2095342.5229036.

9.88612.73020.00628.89150.02778.855

111.93135.28176.72223.68278.00402.07

0.068700.088400.13900.20060.34740.54750.77730.93941.22721.55331.9305'

12.792147.94 0.332974.66 0.5185

106.16 0.7372128.96 0.8956169.44213.83265.21382.35

0.000459 0.0360.002513 0.0720.01354 0.1410.048520.22490.80273.409

0.2340.4330.7191.283

1.17661.48491.84172.65520.000250.000500.000980.001630.003000.004990.00891

ERCIALES DE ACERO FORJADOGHT STEEL PIPE DATA)'ESORES DE PAREDALL THICKNESS)

TamañoNominal

Pulgadas

Céd

ula

80C

e'du

la 1

00

oMC3

"5•ovl*w

1_w3•o

^4,

U

1«

JU

iy222V23

3V24568

101214161820248

101214161820244568

101214161820248

10121416182024

l/23/41

n/4iy222V234568

10121416182024

DiámetroExterior

Pulgadas

1.9002.3752.8753.54.04.55.5636.6258.625

10.7512.7514.016.018.020.024.08.625

10.7512.7514.016.018.020.024.0

4.505.5636.6258.625

10.7512.7514.016.018.020.024.08.625

10.7512.7514.016.018.020.024.00.8401.0501.3151.6601.9002.3752.8753.504.505.5636.6258.625

10.7512.7514.016.018.020.024.0

Kspesor

Pulgadas

0.2000.2180.2760.3000.3180.3370.3750.4320.5000.5930.6870.7500.8430.9371.0311.2180.5930.7180.8430.9371.0311.1561.2811.5310.4380.5000.5620.7180.8431.0001.093

DiámetroInterior

d

Pulgadas

1.5001.9392.3232.9003.3643.8264.8135.7617.6259.564

11.37612.50014.31416.12617.93821.5647.4399.314

11.06412.126

D

Pies

0.12500.16160.19360.24170.28030.31880.40110.48010.63540.79700.94801.04171.19281.34381.49481.79700.61990.77620.92201.0105

13.938 1.161515.688 1.305717.438 1.453220.938 1.74483.6244.5635.5017.1899.064

10.75011.814

1.218 13.5641.375 15.2501.500 17.0001.812 20.3760.8121.0001.1251.2501.4381.5621.7502.0620.1870.2180.2500.2500.2810.3430.3750.4370.5310.6250.7180.906

.125

.312

.406

.593

.781

.9682.343

7.0018.750

10.50011.50013.12414.87616.519.8760.4660.6140.8151.1601.3381.6892.1252.6263.4384.3135.1896.8138.500

10.12611.18812.81414.43816.06419.314

0.3020.38020.45840.59910.75530.89590.98451.13031.27081.41661.69800.58340.72920.87500.95831.09371.23%1.37501.65630.03880.05120.06790.09660.11150.14070.17710.21880.28650.35940.43240.56770.70830.84380.93231.06781.20321.33871.6095

Potencias del Diámetro Interior(en Pulgadas)

d2

2.2503.7605.3%8.410

11.3214.6423.1633.1958.1491.47

129.41156.25204.89260.05321.77465.0155.3486.75

122.41147.04194.27246.11304.08438.40

13.13320.8230.2651.6882.16

115.56139.57183.98232.56289.00415.18

49.0176.56

110.25132.25172.24221.30272.25395.06

0.21720.37700.66421.3461.7902.8534.5166.8%

11.8218.6026.9346.4272.25

102.54125.17164.20208.45258.05373.03

d3

3.3757.290

12.53624.38938.06956.006

111.49191.20443.32874.82

1472.21953.12932.84193.55771.9

10027.411.66807.99

1354.41783.02707.73861.05302.69179.2

47.59595.006

166.47371.54744.66

1242.31648.92495.53546.64913.08459.7343.15669.92

1157.61520.92260.53292.04492.17852.1

0.10120.23150.54131.5612.3954.8189.5%

18.10940.63780.230

139.72316.24614.12

1038.31400.42104.03009.74145.37204.7

Área TransversalInterna

d« ¿» °t ,P«lg-2

5.06214.13629.11770.728

128.14214.33536.38

1101.63380.38366.8

16747.24414.41980.67626.

103536.216234.

3062.7526.

14985.21621.37740.60572.92467.

192195.172.49433.5915.7

2671.6750.

13355.19480.33849.54086.83521.

172375.2402.5862.

12155.17490.29666.48972.7^120.

15&069.0.047160.14210.44121.8113.2058.138

20.3947.55

139.7346.0725.0

2155.5220.

10514.15668.26961.43454.66590.

139152.

7.59427.4167.64

205.1430.8819.8

2583.6346.

25775.80020.

190523.305176.600904.

1090518.1857248.4662798.

22781.69357.

165791 .262173.526020.950250.

1612438.4024179.

625.11978.5037.

19202.61179.

143563.230137.459133.824804.

1419857.3512313.

16819.51291.

127628.201136.389340.728502.

1222981.3102022.

0.0021970.087260.35%2.1004.288

13.7443.33

124.9480.3

1492.3762.

14679.44371.

106461.175292.345482.627387.

1069715.2687582.

1.7672.9534.2386.6058.888

11.49718.19426.06745.66371.84

101.64122.72160.92204.24252.72365.2243.4668.13%.14

115.49152.58193.30238.83344.32

10.31516.3523.7740.5964.5390.76

109.62144.50182.66226.98326.0838.5060.1386.59

103.87135.28173.80213.82310.28

0.17060.2%10.52171.0571.4062.2413.5465.4169.283

14.6121.1536.4656.7580.5398.31

128.%Í63.72202.67292.98

A

pies 2

0.012250.020500.029420.045870.061700.079860.12630.18100.31710.49890.70580.85221.11751.41831.75502.53620.30180.47320.66770.80201.05%1.34231.65852.39110.071630.11360.16500.28190.44810.63030.76121.00351.26841.57622.26450.26730.41760.60130.72130.93941.20701.48492.15470.001180.002060.003620.007340.009760.015560.024630.037610.064470.10150.14690.25320.39410.55920.68270.89561.13691.40742.0346

UOP 220-4-1

EmpalmesRoscados(ConexionesRoscadas)

Los empalmes roscados se usan primordialmente enlíneas de servicio, tales como agua, aire de planta, aire deinstrumentos, y en todas las conexiones hechasdirectamente a un instrumento, tales como tomas de las placasde orifico, medidores de presión, pozos de termopares ytermómetros.

Los tubos para conductos eléctricos son también roscados.Sin embargo, nunca deben intercambiarse con los accesoriosroscados utilizados para fluidos de proceso. El uso deempalmes roscados está limitado por la habilidad de hacer uncierre libre de fugas en las roscas. Esto puede conseguirse,pero un empalme soldado es mucho más confiable,particularmente si una junta tiene que ser calentada y enfriadarepetidamente.

Un buen lubricante de roscas ayudará a sellar una juntaroscada. Sin embargo, éste debe ser compatible con elproceso, ya que muchos lubricantes de roscas puedencontener compuestos que son venenos para los catalizadores.

Un lubricante de roscas recomendado por la UOP es el FELPRO C-100.

EMPALMES ROSCADOSSCREWED FITTINGS

(ACCESORIOS, BRIDAS, UNIONES)(FITTINGS. FLANGES, UNIONS)

CODO 45 CODO 90° CODO REDUCTOR LATERAL 45°

TAPA DE TUBO UNIONUNIVERSAL

TAPÓN BRIDA ANSÍ

ACOPLADORROSCADO

ACOPLADORSOLDADO

CODO DEUNION

REDUCTORINTRODUCIDO

T(TE) MANGUITO(BUSHING)

HEXAGONAL

CRUZ BRIDA DE UNIONHIDRÁULICA

UOP 220-4-2

4-9

Tipos De Aunque las tuberías se usan para contener y dirigirEmpalmes el flujo de los fluidos desde un recipiente a otro, normalmenteSoldados en línea recta, se usan varios accesorios de empalme para

cambiar la dirección del flujo. Algunos de los accesorios máscomunes son:

CODOS

Codo de radio grande — Se usa para cambiar la direccióndel flujo gradualmente hasta 90 grados.

Codo de radio corto — Se usa para cambiar la direccióndel flujo rápidamente a 90 grados.

Codo de 45 grados — Se usa para cambiar la dirección delflujo solamente 45 grados.

T — Se usa para proporcionar un flujo lateral desviado delflujo principal. Depende del sistema de válvulas.

Cruz — Se usa para proporcionar más de un flujolateral con respecto al flujo principal, dependiendo del sistemade válvulas.

Lateral de 45° — Usado para proporcionar un flujolateral con respecto al flujo principal, dependiendo del sistemade válvulas. Este accesorio generalmente se fabricalocalmente durante el montaje.

Codos de retorno — Se usan para cambiar la dirección delflujo en 180°. Generalmente se usan en hogares de hornos y decalderas.

4-10

. YLATERALES DE 45°

(ELLS, TEES, CROSSES, AND 45° LATERALS

CODO DE RADIOGRANDE

CODO DE RADIOCORTO

CODO DE 45°

"T" (TE) SOLDARLE

CRUZ SOLDARLE LATERAL DE 45°

CODOS DE RETORNO

CODO DE RETORNODE RADIO GRANDE

CODO DE RETORNODE RADIO CORTO

UOP 220-4-3

4-11 .

EmpalmesReductores

Un empalme de reducción es aquél que tiene la abertura deun extremo más grande que la del extremo opuesto. Cuando seespecifican los accesorios de reducción, la abertura másgrande se da primero, seguida de la abertura más pequeña. Lostamaños de las aberturas laterales se dan entoncescomenzando por la más grande. Por ejemplo, una cruz 4" x 3" x2" indica que el diámetro se reduce de 4" a 3" y que laabertura lateral es de 2". Asimismo, una T 4" x 4" x 3" indicauna parte recta de 4" y una rama lateral de 3".

ACCESORIOS DE REDUCCIÓN(REDUCING FITTINGS)

CODO DE REDUCCIÓNDE RADIO GRANDE

T" (TE) SOLDABLE DEREDUCCIÓN

EMPALME REDUCTOR

EMPALME REDUCTORCONCÉNTRICO

CRUZ SOLDABLECON REDUCCIONES

LATERALES

LATERAL DE 45°CON REDUCCIÓN

UOP 220-4-4

4-13

Métodos DeConexión DeTubos Con Bridas

Las bridas se utilizan para conectar o sellar seccionesde tubería. Se construyen de tal forma que se puedaninstalar o quitar piezas del equipo sin cambiar la tubería.Existen siete tipos básicos de bridas, denominadas: de cuellosoldado, de tubo introducido, traslapadas, roscadas, de tuboencajado y soldado, de orificio y bridas ciegas.

Las bridas de cuello soldado se distinguen de los otros tipospor el estrechamiento gradual del cuello y por la suavetransición de espesores en la región del extremo de la bridasoldado con el tubo. Las bridas de este tipo son preferidaspara condiciones de servicio severas. Las bridas de cuellosoldado son particularmente recomendadas para manejarlíquidos explosivos, inflamables o costosos.

Las bridas de tubo introducido (slip on) son preferidas a lasbridas de cuello soldado por su bajo costo inicial y por norequerir precisión durante el corte de la tubería. Sin embargo elcoste final resulta casi igual al del tipo de cuello soldado. Suresistencia a la presión interior es de unos 2/3 la de las decuello soldado y su resistencia a la fatiga es de sólo 1/3relativa a las de cuello soldado.

Las bridas de tubo introducido (slip on) se limitan a serviciosmoderados donde no haya choques o variaciones extremas depresión o de temperatura.

Las bridas roscadas, hechas de acero, se destinan aaplicaciones especiales. Su principal mérito reside en el hechode que pueden ser ensambladas sin soldadura. Las bridasroscadas son inadecuadas para condiciones que involucrencambios de temperatura o esfuerzos de torsión de cualquiermagnitud, particularmente bajo condiciones cíclicas en cuyocaso fugas a través de las roscas pueden ocurrir enrelativamente pocos ciclos de calentamiento o esfuerzo.

Las bridas de tubo encajado y soldado (socket weld),inicialmente fueron desarrolladas para su uso en tuberías dealta presión y de pequeño diámetro. Puede lograrse unacabado muy pulido en la parte interna de la tubería. Durantelos últimos años la brida de tubo encajado y soldado se hatransformado en la de uso más común en plantas químicas,sobre todo cuando se pule la soldadura interna.

4-14

MÉTODOS DE CONEXIÓN DETUBOS CON BRIDAS

(METHODS OF CONNECTING PIPE TO FLANGES)

BRIDA DE CUELLOSOLDADO

BRIDA DE TUBO ENCAJADOY SOLDADO

BRIDA ROSCADA

ORIFICIODE DERRAME

BRIDA DE TUBOINTRODUCIDO

BRIDA TRASLAPADAUOP 220-4-5

4-15

Métodos DeAcoplamientoDe Bridas

Las BRIDAS TRASLAPADAS se usan principalmente conjuntas traslapadas de extremos acampanados. El costocombinado del sistema es aproximadamente un tercio más altoque el de las bridas de cuello soldado. Un uso importante delas bridas de junta traslapada en sistemas de tubería de aceroal carbono o aceros de baja aleación es en servicios querequieren frecuentes desmantelamientos para inspección ylimpieza. El uso principal de las bridas traslapadas, sinembargo, es en tuberías resistentes a la corrosión cuandopuede usarse un material resistente a la corrosión para elextremo acampanado y acero al carbono para la brida. Estoreduce considerablemente el costo de la conexión puesto quelos materiales resistentes a la corrosión son más caros.

LA CARA ALZADA es la más común de las caras empleadascon bridas de acero. El alto de la cara es de 1/16" para bridasde 150 y 300 Ibs. y de 1/4" para todas las otras presiones. Lacara es acabada a máquina con ranuras concéntricas oespirales (aproximadamente 1/64" de profundidad yaproximadamente 1/32" entre surcos) para sostener elempaque a presión. Puesto que ambas bridas de un par sonidénticas no hay problemas al almacenarlas o ensamblarlas.Las bridas de cara alzada generalmente se instalan conempaques de anillos planos de anchura igual a la de la caraalzada, pero cuando se usan empaques planos metálicos, elancho del empaque debe extenderse hasta los orificosde los pernos.

CARAS MACHO Y HEMBRA — Están normalizadas en tiposgrande y pequeño. La cara hembra es de 3/16" de profundidady la cara macho de 1/4" de altura y ambas poseen un acabadoliso puesto que el diámetro externo de la cara hembra sirvepara situar y retener el empaque. Como puede verse, el anchode la superficie de contacto tanto de la brida de cuello soldadocomo de la brida de cara alzada es mayor que en la bridaroscada. Se notará este efecto especialmente en bridasroscadas instaladas en tuberías de tamaño corriente.

CARAS LENGUA-RANURA — Están también normalizadas endos tipos grande y pequeño. Difieren de las bridas macho-hembra en que el diámetro interno de la lengua-ranura no seextiende hasta el hueco de la brida, así que el empaque esretenido entre sus diámetros interior y exterior. Esto evita queel empaque entre en contacto con el fluido erosivo o corrosivode la línea.

El tamaño reducido de la lengua-ranura proporciona un áreade empaque mínima, dando como resultado una carga mínimade compresión del empaque y la más alta eficiencia de juntaposible con empaques planos.

4-16

CARA CON ANILLO DE JUNTA — Son las más costosascaras normalizadas pero también las más eficientes, ya que lapresión interna actúa sobre el anillo incrementando así lafuerza de sellado. Las dos bridas del par son igualesreduciéndose asi los problemas de almacenamiento y deensamblaje que existen con las juntas macho-hembra y lengua-ranura. Debido a que las superficies de contacto con elempaque están por debajo de la cara de la brida, las caras conanillo de junta son, de todas las caras, las menos propensas asufrir daño en el manejo o montaje. La ranura de fondo planoestá normalizada. Tanto empaques de anillo ovalado como deanillo octogonal pueden ser usados en este tipo de ranura.Solamente pueden usarse empaques de anillo ovalado enranuras de fondo redondo. Nunca se deben usar cementossellantes en una junta de anillo. La junta de anillo y elempaque deben ser limpiados perfectamente y luego frotadoscon un aceite ligero. La superficie de asiento debe ser demetal a metal. Los compuestos sellantes fluirán hacia afuera aaltas temperaturas y cualquier efecto sellante por ellos creadose perderá, con lo que la junta será incapaz de sellar.

Mucha atención debe prestarse al código de cada anillo yaque éste describe la aleación del metal del anillo. Vea lasespecificaciones de tubería de la UOP para la unidaden la que usted esté trabajando para verificar que se use laaleación apropiada.

CARAS PLANAS — Son una variante de las caras alzadas y aveces se fabrican rebajando a máquina 1/16" de la cara alzadaen las bridas de 150 Ibs. y 300 Ibs. Se emplean principalmentepara acoplar válvulas y accesorios de hierro fundido de125/250 libras.

Una brida de acero de cara plana permite emplear unempaque cuyo diámetro externo iguala al de la brida o puedeser tangente a los huecos de los pernos. De esta manera seminimiza el peligro de rotura de la brida de hierro fundidocuando se ajustan los pernos.

4-17 .

MÉTODOS DE ACOPLAMIENTO DE BRIDAS(METHODS OF MATING FLANGES)

CARA ALZADA JUNTA TRASLAPADA

CO

MACHO Y HEMBRADE CUELLO SOLDADO

MACHO Y HEMBRAROSCADOS LENGUA Y RANURA

JUNTA DE ANILLO DEASIENTO OVAL

BRIDA DE ANILLO DE JUNTA OCTOGONAL CON EMPAQUE DEANILLO OVAL U OCTOGONAL

BRIDA CON ANILLODE JUNTA

ANILLODE EMPAQUE

OVAL

ANILLODE EMPAQUEOCTOGONAL

ASIENTO PARAANILLO DEEMPAQUE

OCTOGONAL

AccesoriosEspeciales

Las bridas ciegas se usan para tapar los extremos delas tuberías, válvulas y aberturas de los recipientes a presión.Considerando la presión interna y la carga de los pernos, lasjuntas ciegas, particularmente las de gran tamaño, son las queestán más altamente tensionadas de todos los tipos de bridasASA. Sin embargo, en comparación con otras bridas, tienen asu favor el hecho de que no requieren aguantar tensiones delínea causadas por el sistema de tubería. Cuando exista laposibilidad de que se presenten severos golpes de ariete sedeberían emplear cierres hechos de tapa soldada.

(SPECIAL FITTINGS)

TAPASOLDABLE

BRIDA DE REDUCCIÓN

BRIDA CIEGA UOP 220-4-7

4-19

Bridas DeOrificio

Las bridas de orificio se usan extensamente conlos medidores de orificio para medir el flujo de líquidos y degases. Son básicamente iguales a las bridas normalizadas decuello soldado excepto que están provistas de perforacionesradiales en el anillo de la brida para tomas de medición ypernos adicionales que actúan para separar las bridas duranteinspección o reemplazo de la placa de orificio.

CONJUNTO DE LA BRIDADE ORIFICIO

(ORIFICE FLANGE MANIFOLD)

LENGÜETA

EMPAQUE

SOLDADURADE SELLADO

DIRECCIÓNDEL FLUJO

VÁLVULA DEBYPASS

PLACA DEORIFICIO

EMPAQUE

SOLDADURADE SELLADO

TOMA DEALTA PRESIÓN

TOMA DE BAJAPRESIÓN

A LA CELDA DEPRESIÓN DIFERENCIAL

A LA CELDA DEPRESIÓN DIFERENCIAL

UOP 220-4-8

4-20

Tubos Venturi Los Venturis se utilizan para medir flujos en serviciosespeciales cuando las placas de orificio no son adecuadasdebido a condiciones de proceso. Un Venturi consiste en untrozo de tubería del mismo diámetro que el del sectorprecedente con una estrangulación gradual a una garganta dediámetro inferior, seguida por una expansión al diámetrooriginal. Vienen provistos de conexions para tomas de presióny la medida del flujo se hace de forma idéntica a la de lasplacas de orificio.

VENTURI(VENTURI)

DIRECCIÓNDEL FLUJO

TAPONESSOLIDOS

CONEXIÓN DE ALTAPRESIÓN

VÁLVULA DE BYPASS

CONEXIÓN DE BAJAPRESIÓN

AL MEDIDOR DEPRESIÓN DIFERENCIAL

AL MEDIDOR DEPRESIÓN DIFERENCIAL UOP 220-4-16

4-21

Empaques Excepto por los tubos unidos por soldadura y las unionesroscadas, la mayoría de las juntas deberán ser embridadas y elacoplamiento de las dos bridas debe ir sellado con unempaque para impedir escapes. Los empaques se fabrican devarios materiales tales como asbesto, caucho, plásticos y casitodos los metales y aleaciones. Para bridas de hierro fundidode 125 a 250 Ibs., los pernos de la brida deben ir a través delempaque. Esto se hace para impedir la rotura de la quebradizabrida de hierro fundido. Este tipo de brida se usa con agua y enalgunos servicios de vapor. Las bridas restantes, de 150 Ib. omás, usan empaques centrados dentro de los pernos de labrida, pero nunca obstruyendo el diámetro interior de latubería. El material empleado en la confección del empaquedetermina en que servicios se le puede utilizar. Los empaqueshechos de asbesto compactado con otros materiales ligadorestales como papel, cauchos, plásticos, etc., no se usan cuandola temperatura excede de los 250°C, o con hidrocarburos, ocuando los fluidos del proceso puedan disolver el ligador.

Los empaques metálicos más comúnmente usados consistenen dos láminas metálicas con una capa de asbesto entre lasdos. Las caras metálicas del empaque pueden ser lisas oacanaladas. Otro tipo de empaque que puede ser usado en casitodos los servicios es el de espiral. Ésta es una espiral demetal con dos anillos de retención, uno interior y otro exterior.Se añade asbesto o teflón entre cada espiral para garantizar elsellado entre los empaques. Los empaques de anillo impidenfugas del fluido de proceso bajo las condiciones más severas,y se usan extensamente en servicios de alta presión dehidrógeno incluso a altas temperaturas. Este tipo de empaquepuede ser usado solamente con bridas diseñadas para estetipo de empaque.

x

Todos los empaques deben ser adecuadamente instalados ytodas las bridas deben ser adecuadamente apretadas de talforma que el empaque, que es más blando que la brida, secomprima uniformemente.

4-22

EMPAQUES(GASKETS)

EMPAQUES CON REVESTIMIENTOS DE METALY EMPAQUES DE LAMINA METÁLICA

ACANALADA PARA BRIDAS DE CARA ALZADA

TAMAÑODE LA

1 12

3 / 4

1

1-1/4

1-1/2

2

2-1 12

3

3 1 12

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

24

TIPO DEBRIDA

I.D.

1

1-5/16

1 - 1 / 2

1-7/8

2-1 /8

2-7/8

3-3/8

4-1 /4

4 - 3 / 4

5-3/16

6-5/16

7-1 12

9-3/8

11-1/4

13-1/2

14-3/4

16-3/4

19-1/4

21

25-1 / 4

150#

O.D.

1-7/8

2-1 14

2-5/8

3

3-3/8

4-1 /8

4-7 /8

5-3/8

6-3/8

6-7 /8

7-3 /4

8-3/4

11

13-3/8

16-1 /8

17-3/4

20-1 / 4

21-5/8

23-7/8

28-1 / 4

300»

O.D.

2-1 /8

2-5/8

2-7 IB

3-1 14

3-3/4

4-3 /8

5-1 /8

5-7/8

6-1 12

7-1 /8

8-1 12

9-7/8

12-1 /8

14-1/4

16-5/8

19-1/8

21-1/4

23-1 / 2

25-3 / 4

30-1 12

4000

O.D.

2-1 ,'8

2-5/8

2-7/8

3-1 14

3-3/4

4-3/8

5-1 /8

5-7/8

6-3/8

7

8-3/8

9-3/4

12

14-1/8

16-1/2

19

21-1/8

23-3/8

25-1 12

30-1 / 4

600»

O.D.

2-1 /8

2-5/8

2-7/8

3-1 14

3-3/4

4-3/8

5-1 /8

5-7/8

6-3/8

7-5/8

9-1 12

10-1/2

12-5/8

15-3/4

18

19-3/8

22-1 14

24-1 /8

26-7/8

31-1/8

900#

O.D.

2-1 12

2-3/4

3-1 /8

3-1 12

3-7/8

5-5/8

6-1 12

6-5/8

8-1 /8

9-3/4

11-3/8

14-1 /8

17-1 /8

19-5/8

20-1 / 2

22-5 / 8

25-1 / 8

27-1 / 2

33

1500»

O.D.

2-1 12

2-3/4

3-1 18

3-1 12

3-7/8

5-5/8

• 6-1/2

6-7 /8

8-1 14

10

11-1/8

13-7/8

17-1/8

20-1 12

22-3 / 4

25-1 14

27-3/4

29-3/4

35-1 / 2

2500*

O.D.

2-3/4

3

3-3/8

4-1 /8

4-5/8

5-3/4

6-5/8

7-3/4

9-1 14

11

12-1/2

15-1 14

18-3/4

21-5/8

TAMAÑODE LA

1 12

3 / 4

1

1-1 14

1-1/2

2

2-1 12

3

3-1 12

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

24

NÚMEROS DEL ANILLOPARA BRIDAS CON ANILLO DE JUNTA

TAMAÑO DE TUBERÍA

150#

300# 400# 600#

900#

1500#

2500#

1/2

-

R11

R12

R12

R13

3/4

-

R13

R14

R14

R16

1

R15

R16

R16

R16

R18

1-1 A

R17

R18

R18

R18

R21

1-1/2

R19

R20

R20

R20

R23

2

R22

R23

R24

R24

R26

2-1/2

R25

R26

R27

R27

R28

3

R29

R31*

R31

R35

R32

3-1/2

R33

R34

-

-

-

4

R36

R37

R37

R39

R38

5

R40

R41

R41

R44

R42

6

R43

R45

R45

R46

R47

8

R48

R49

R49

R50

R51

10

R52

R53

R53

R54

R55

12

R56

R57

R57

R58

R60

14

R59

R61

R62

R63

-

16

R64

R65

R66

R67

-

18

R68

R69

R70

R71

-

20

R72

R73

R74

R75

-

24

R76

R77

R78

R79

-

NOTAS

1. TODAS LAS DIMENSIONES ESTÁN EN PULGADAS. EL SÍMBOLO 9 INDICA LIBRAS.

2. LAS DIMENSIONES DEL REVESTIMIENTO DE METAL Y DE LA HOJA DE EMPAQUEESTÁN DE ACUERDO CON EL APÉNDICE E. FIGURA 7 DE LA A.S.A. B16.5.

* EL NUMERO DEL ANILLO PARA BRIDAS TRASLAPADAS DE 3" DE DIÁMETRO ES R30.UOP 220-4-9

4-23

PERNOS(BOLTS)

ESPÁRRAGOS PARA BRIDAS CONJUNTAS DE ANILLO

DE LA

1 12

3 / 4

1

1 - 1 / 4

1-1/2

2

2-1 12

3

3-1 12

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

24

150*

No.

4

4

4

4

4

4

8

8

8

8

8

12

12

12

16

16

20

20

TAMAÑO

1 / 2 x 3

1 / 2 x 3 - 1 / 2

1 /2x3 -1 /2

5 / 8 x 4

5/8 x 4

5/8 x 4

5/8 x 4

5/8 x 4

3 / 4 x 4 - 1 / 2

3 / 4 x 4 - 1 / 2

3 / 4 x 5

7/8 x 5

7/8 x 5

1 x6

1 x6

1 - 1 / 8 x 6 - 1 / 2

1 - 1 / 8 x 6 - 1 / 2

1 - 1 / 4 x 7

3001*

No.

4

4

4

4

4

8

8

8

8

8

8

12

12

16

16

20

20

24

24

24

TAMAÑO

1 / 2 x 3

5 / 8 x 3 - 1 / 2

5 / 8 x 3 - 1 / 2

5 / 8 x 4

3 / 4 x 4

5 / 8 x 4 - 1 / 2

3 / 4 x 5

3 / 4 x 5

3/4 x 5

3 / 4 x 5 - 1 / 2

3 / 4 x 5 - 1 / 2

3 / 4 x 5 - 1 / 2

7 / 8 x 6 - 1 / 2

1 X 7

1 - 1 / 8 x 7 - 1 / 2

1 - 1 / 8 x 8

1 - 1 / 4 x 8

1 - 1 / 4 x 8 - 1 / 2

1 - 1 / 4 x 9

1 - 1 / 2 x 1 0

400*

No.

4

4

4

4

4

8

8

8

8

8

8

12

12

16

16

20

20

24

24

24

TAMAÑO

1 / 2 x 3

5 / 8 x 3 - 1 / 2

5 / 8 x 3 - 1 / 2

5 / 8 x 4

3 / 4 x 4 - 1 / 2

5 / 8 x 4 - 1 / 2

3 / 4 x 5

3 / 4 x 5

7 / 8 x 5 - 1 / 2

7 / 8 x 6

7 / 8 x 6

7 / 8 x 6 - 1 / 2

1 x7

1-1 /8 x 8

1 - 1 / 4 x 8

1 - 1 / 4 x 8 - 1 / 2

1 - 3 / 8 x 9

1 - 3 / 8 x 9

1-1 12 x10

1 - 3 / 4 x 1 1

600*

No.

4

4

4

4

4

8

8

8

8

8

8

12

12

16

20

20

20

20

20

24

TAMAÑO

1 / 2 x 3

5 / 8 x 3 - 1 / 2

5 / 8 x 3 - 1 / 2

5 / 8 x 4

3 / 4 x 4 - 1 / 2

5 / 8 x 4 - 1 / 2

3/4 x 5

3 / 4 x 5

7 / 8 x 5 - 1 / 2

7 / 8 x 6

1 x 6-1 / 2

1 x7

1-1 18 x8

1 - 1 / 4 x 8 - 1 / 2

1 - 1 / 4 x 9

1 - 3 / 8 x 9 - 1 / 2

1-1 12 x 10

1-5/8 x 11

1 - 5 / 8 x 1 1 - 1 / 2

1-7/8 x 13

TUBE.*.

1 12

3 / 4

1

1-1 M

1-1 12

2

2-1 12

3

3-1/2

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

24

900*

No.

4

4

4

4

4

8

8

8

8

8

12

12

16

20

20

20

20

20

20

TAMAÑO

3/4 x 4-1 / 2

3/4 X 4-1 12

7 / 8 x 5

7 / 8 x 5

1 x 5-1 / 2

7/8 x 6

1 « 6 - 1 / 2

7 / 8 x 6

1 - 1 / 8 x 7

1 - 1 / 4 x 7 - 1 / 2

1 - 1 / 8 x 8

1 - 3 / 8 x 9

1 - 3 / 8 x 9 - 1 / 2

1-3 /8 x 10

1 - 1 / 2 x 1 1

1 - 5 / 8 x 1 1 - 1 / 2

1 - 7 / 8 x 1 3 - 1 / 2

2 x 1 4

2-1 12 x 18

1500*

TitT4

4

4

4

4

8

8

8

8

8

12

12

12

16

16

16

16

16

16

TAMAÑO

3 / 4 x 4 - 1 / 2

3 / 4 x 4 - 1 / 2

7 / 8 x 5

7 / 8 x 5

1 x5-1 12

7 /8 x6

1 x6-1 12

1-1 /8 x7

1 - 1 / 4 x 8

1-1 12 x10

1 - 3 / 8 x 1 0 - 1 / 2

1 - 5 / 8 x 1 2

1 - 7 / 8 x 1 3 - 1 / 2

2 x 1 5 - 1 / 2

2-1 M x17

2 - 1 / 2 x 1 8 - 1 / 2

2 -3 /4 x 20-1 12

3 x 22

3-1 / 2 x 25-1 / 2

2500*

No.

4

4

4

4

4

8

8

8

8

8

8

12

12

12

TAMAÑO

3 / 4 x 5

3 / 4 x 5

7 / 8 x 5 - 1 / 2

1 x6

1 - 1 / 8 x 7

1 x7

1 - 1 / 8 x 8

1-1 M x 9

1-1 12 x 10-1 12

1 - 3 / 4 x 1 2 - 1 / 2

2 x 1 4

2 x 1 5 - 1 / 2

2-1 / 2 x 20

2 - 3 / 4 x 2 2

NOTAS

1. TODAS LAS DIMENSIONS ESTÁN EN PULGADASUOP 220-4-10

4-24

EMPAQUES(GASKETS)

EMPAQUES NO METÁLICOS PARABRIDAS DE TUBOS

TAMAÑODE LA

TUBERÍA

1 / 2

3 / 4

1

1-1/4

1-1/2

2

2-1 12

3

3-1 12

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

24

30

36

42

48

125#C.I./150#F.S.CARA PLANA TOTAL

I.D. O.D.

1-5/16

1-21 132

1-29/32

2-3/8

2-7/8

3-1 12

4

4-1 12

5-9/16

6-5/8

8-5/8

10-3/4

12-3/4

14

16

18

20

24

30

36

42

48

4-1 14

4-5/8

5

6

7

7-1 12

8-1 12

9

10

11

13-1/2

16

19

21

23-1 / 2

25

27-1 / 2

32

38-3 / 4

46

53

59-1 / 2

150#F.S.CARA ALZADA

I.D. O.D.

27/32

1-1/16

1-5/16

1 -21 / 32

1 -29 / 32

2-3/8

2-7/8

3-1 12

4

4-1 12

5-9/16

6-5/8

8-5/8

10-3/4

12-3/4

14

16

18

20

24

1-7/8

2-1 /4

2-5/8

3

3-3/8

4-1 /8

4-7/8

5-3/8

6-3/8

6-7/8

7-3 /4

8-3/4

11

13-3/8

16-1 /8

17-3/4

20-1 / 4

21-5/8

23-7/8

28-1 / 4

250#C.I.CARA ALZADA

I.D. O.D.

1-5/16

1 -21 / 32

1 -29 / 32

2-3/8

2-7/8

3-1 12

4

4-1 12

5-9/16

6-5/8

8-5/8

10-3/4

12-3/4

14

16

18

20

24

30

36

42

48

2-7 IB

3-1/4

3-3/4

4-3/8

5-1 /8

5-7/8

6-1 12

7-1 /8

8-1 12

9-7/8

12-1/8

14-1/4

16-5/8

19-1 /8

21-1 14

23-1 / 2

25-3 / 4

30-1/2

37-1 / 2

44

50-3/4

58-3 / 4

300#F.S.CARA ALZADA

I.D. O.D.

27/32

1-1/16

1-5/16

1-21 132

1-29/32

2-3/8r 2-7/8

3-1 12

4

4-1 12

5-9/16

6-5/8

8-5/8

10-3/4

12-3/4

14

16

18

20

24

2-1 /8

2-5/8

2-7/8

3-1 14

3-3/4

4-3/8

5-1/8

5-7/8

6-1 12

7-1 IB

8-1/2

9-7/8

12-1/8

14-1/4

16-5/8

19-1/8

21-1/4

23-1 / 2

25-3/4

30-1 / 2

NOTAS

1. TODAS LA DIMENSIONES ESTÁN EN PULGADAS. ELSÍMBOLO # INDICA LIBRAS

2. LOS TAMAÑOS DE LOS EMPAQUES ESTÁN DE ACUERDOCON LA NORMA A.S.A. B 16.21

3. I.D. = DIÁMETRO INTERNO; O.D. = DIÁMETRO EXTERNOUOP 220-4-11

4-25

Tapas CiegasDe Acero,RecomendadasPara UsoTemporal

Muchas veces es necesario instalar temporalmentetapas ciegas en líneas de proceso o de servicio paraefectuar trabajos de reparación o simplemente porconveniencia durante la operación normal. Es importanteque estas tapas temporales sean del espesor apropiado paraque puedan resistir de forma segura la presión ejercida en lalínea.

Debe recalcarse que la información contenida en la tablasiguiente es para TAPAS TEMPORALES SOLAMENTE.

La tubería debe ser diseñada e instalada incluyendo un"DUTCHMAN" de espesor igual a una tapa ciega normal encualquier junta embridada de tuberías rígidas donde la junta nopueda ser removida fácilmente y donde sea necesario bloquearel flujo.

Las tapas de acero al carbono no deben ser usadas enservicios corrosivos. Todas las tapas corroídas o picadasdeben ser descartadas.

4-26

NOMOGRAMA PARA CALCULAREL ESPESOR DE TAPAS CIEGAS

(ALIGNMENT CHARTS FOR FRYING PAN BLANKS)

- - 60"

- - 50"

--40"

- - 30"

24"22"20"18"

16"14"

UJ + 12"O-t 4-10

UJCOD

o-- 8"

6"

5"

-- 4"

-- 3"

-- 2"

3"2-3/4"2-1/2"2-1/4"2"1-3/4"1-1/2"1-1/4"

1"

7/8"3/4"

5/8"

-- 1/2"O

g +3/8"

Q.

<

UJ

UJ0.

-- 1/4"

-J -- 3/16"

+ 1/16"

-- 1/32"

1000

900

800

700

600

-- 500

-- 400

-- 300

-- 200U

f,

tcUJ

o --£7)UJKQ.

NOTAS:

1. USADA CON BRIDAS DE CARA ALZADADE DOBLE MACHO

2. EL MATERIAL ES ACERO AL CARBONO

3. PARA TAPAS CIEGAS USADASTEMPORALMENTE

4. CUANDO EL ESPESOR REQUERIDO DELA TAPA CIEGA CAE ENTRECUALQUIER PAR DE VALORESCONSECUTIVOS, USE SIEMPRE ELVALOR MAS GRANDE DE ESTOS DOS

100

80

-- 60

-- 40

-- 20

10UOP 220-4-12

4-27

Soporte DeResorte

El soporte de resorte se usa para sostener tubería quepueda cambiar de posición debido a la expansión o a lacontracción del tubo o del recipiente al cual el tubo se acopla,cuando la temperatura de los fluidos del proceso cambia. Si eltubo estuviera soportado de forma rígida, la gran fuerza creadapor la expansión de los tubos y de los recipientes podría partirel soporte rígido o causar la desconexión del tubo y delrecipiente en la junta embriada, con el escape de fluidocorrespondiente. Esta situación implicaría una parada deproducción involuntaria. El resorte de la suspensión sostendráel tubo de tal manera que éste se pueda mover hacia arriba yhacia abajo, mientras que la varilla que conecta el resorte conel tubo le permitirá moverse hacia atrás y hacia adelante dadoque la varilla está sobre un pivote.

Los soportes de resorte se suministran desde la fábrica y seinstalan con un pasador de seguro. El pasador se remuevedespués de haber completado la instalación y las pruebashidráulicas. Una suspensión de resorte que fue diseñada parasoportar un tubo de vapor nunca debe ser usada con un tubolleno de líquido sin colocar nuevamente el pasador de seguro.El peso adicional del líquido puede dañar o cambiar el ajustede la suspensión de resorte. En la figura se muestra unasuspensión de resorte con su pasador de seguro.

SUSPENSIÓN DE RESORTEPARA TUBOS

(PIPE SPRING HANGER)

PASADOR DESEGURO

SUSPENSIÓNDE RESORTE

4-29

Soportes DeTubería

Zapatas DeTubería

Soporte A RasDel Suelo

Pernos "U'

En general, nunca se soporta una tubería rígidamente.(Una excepción puede ser un tubo que esté sujeto a vibración yque nunca esté sujeto a cambios de temperatura que no seanlos de la temperatura ambiente.) Los siguientes son algunos delos métodos usados para soportar tubería y que, no obstante,permiten que el tubo se mueva.

Se usan conjuntamente con la estructura de tubos. Tienenla forma de T, con la T invertida. La parte horizontal de la "T"descansa sobre la estructura para soporte de tubos. El extremovertical de la "T" está soldado al tubo. Cuando el tubo seexpande, la sección horizontal de la "T" se desliza sobre laestructura para soporte de tubos, pero todavía soportando eltubo. En algunos casos, debido a la excesiva expansión o a undiseño impropio la zapata del tubo puede deslizarse fuera de laestructura soporte de tubos. Si esto ocurre notifique a susupervisor inmediatamente de tal forma que la zapata del tubopuede ser reinstalada o alargada. En cualquier caso, el tubopuede ser soportado temporalmente.

Los haces de tuberías para válvulas de control o parabombas, a menudo se extienden a pocos pies sobre el suelo.Se suelda un tubo en los codos del haz de tubos. Se suelda unplato base en el extremo opuesto del tubo que descansa en elsuelo permitiendo que el haz de tubos se mueva con laexpansión pero, no obstante, soportando el peso del mismo.

Los soportes de tubos con pernos "U" se usan flojos paraguiar el tubo, pero permitiéndole que se deslice. Sin embargo,cuando el perno "U" está ajustado, puede mantener rígido eltubo y en algunos casos esto es deseable. Generalmente, elsentido común permitirá ver si un tubo está sujeto a algunaforma de expansión ocasionada por la elevación detemperaturas en el tubo o en el recipiente al cual se conecta, yesto determinará la configuración correcta.

Cuando dude, reporte la situación a su supervisor.

4-30

SOPORTE DE TUBERÍA(PIPE SUPPORTS)

, ASIDERO DEL RECIPIENTE, ESCUADRA DEL SOPORTE

, ASIDERO DEL RECIPIENTE, ESCUADRA DE SOPORTE

ABRAZADERADEL

SOPORTE

ASIDERO DELSOPORTE

PERNO"U" STANDARD

ASIDERO DELSOPORTE

ZAPATAS DE TUBERÍAS(PIPE SHOES)

INSTALACIÓN

ZAPATA

VIGA SOPORTE

BARRAZAPATA

TL- VIGA SOPORTE

TUBO .

ZAPATA

\

CORTE EL TUBO DE SOPORTEDE MANERA QUE SE ADAPTEAL CONTORNO DEL CODO.(EVITE QUEMAR CON ELSOPLETE UN AGUJERO ATRAVÉS DEL CODO)

VIGA SOPORTE

VENTEO

ACOPLAMIENTODE ACEROFORJADO

TUBERÍACORRIENTESOLDADADE 1 1/2" A 8'

3'-0" MAX.

PLATO BASE

UOP 220-4-14

4-31

HERRAMIENTAS(TOOLS)

Llave De Tubo

Llave Inglesa

Llave De ExtremoAbierto (LlaveDe Boca)

Llave De ExtremoCerrado (LlaveDe Copa)

Llave De Clavija

Llave De Martillo

Mazo (MarroO Combo)

Alicates

Alicates DeExtensión(AlicatesAjustables)

Las llaves de tubo están diseñadas para proporcionar elagarre y palanca requeridos para introducir y apretar tuboroscado desde 1/8" a 3" dentro de empalmes roscados. Lasllaves de tubo vienen en varios tamaños desde 9" a 36". Estenúmero indica la longitud del mango. Aún cuando las llaves detubo son ajustables para varios tamaños de tubos, el margenes limitado para cada tamaño de llave.

Una llave de extremo abierto de abertura ajustable que seusa para apretar o aflojar las tuercas de los pernos roscados.

Vienen en varios tamaños y longitudes y cada tamañose emplea con un tamaño de tuerca dado.

En principio, es la misma que una llave de extremoabierto excepto que esta llave encierra completamentea la tuerca.

Pueden ser de extremo abierto o cerrado. El mango terminaen punta. Este mango se usa para alinear las bridas, de maneraque los pernos puedan ser insertados a través de los huecos.

Es una llave de extremo abierto o cerrado con un mangocorto cuadrado hecho de acero forjado. Se emplea para ajustaro aflojar tuercas de los pernos roscados en bridas de grantamaño. La llave y la tuerca son giradas golpeando el mangocuadrado de la llave con un mazo o martillo.

Es una pieza de acero forjado de forma alargada con unacara cuadrada fijada al extremo de un mango de madera. Elextremo metálico se llama la cabeza y viene en varios pesos.

Una herramienta de agarre usada para girar o sostenerpequeños objetos tubulares. El diseño del mango permiteincrementar la palanca.

Alicates ajustables con mangos largos para proporcionarmayor brazo de palanca sobre el objeto que está siendo giradoo sostenido. Los alicates de extensión pueden proporcionarla palanca necesaria para abrir válvulas pequeñas que nopuedan ser abiertas con la mano.

4-33

Destornillador Una varilla de acero que se estrecha gradualmente hastaformar una hoja plana en un extremo y fijada dentro de unmango en el extremo opuesto. La hoja se inserta dentro de laranura en la cabeza del tornillo. Girando el destornillador eltornillo puede ser introducido o sacado de la madera o delmetal. Se usa también para ajustar tapones roscados en unatuerca o en otros objetos roscados.

Destornillador En principio, el destornillador Phillips es lo mismo que"Phillips" el destornillador corriente excepto que la hoja del extremo(Destornillador tiene la forma de cruz aguzada hasta terminar en punta.Estrella) La forma de cruz de la hoja proporciona más área de contacto

con la hoja de la cabeza de un tornillo pequeño.

Llaves Hexagonales Son pequeñas llaves en forma de "L". El contorno exterior(Llaves "Alien") es cuadrado o hexagonal y se ajusta dentro de un tornillo cuya

cabeza tiene un hueco de forma cuadrada o hexagonal. Seutilizan muy a menudo para tornillos fijos.

Martillo De Bola Un extremo de la cabeza de metal del martillo es plano y seusa para golpear cinceles, punzones, etc. El otro extremo esredondo y se usa para abollonar metales.

4-34

HERRAMIENTAS(TOOLS)

LLAVE DE TUBO LLAVE INGLESA

ALICATES DE EXTENSIÓN(ALICATES AJUSTABLES)

ALICATESDE PRESIÓN

ALICATES

LLAVES DE CLAVIJA

LLAVES DE EXTREMOABIERTO

(LLAVES DE BOCA)

LLAVES DE EXTREMO CERRADO(LLAVES DE COPA)

DESTORNILLADOR

irrDESTORNILLADOR PHILLIPS

(DE ESTRELLA)

LLAVES HEXAGONALES

MARTILLO DE BOLA MAZO(MARRO O COMBO)

UOP 220-4-15

4-35


OPeMTORÍ

VÁLVULAS


5-1

FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS VÁLVULAS(THE PRINCIPAL FUNCTIONS OF VALVES)

Abrir Y CerrarEl Flujo

Regulación OAjuste DelFlujo

Prevención DeFlujo Inverso(Contraflujo)

Escape DePresión

Éste es el servicio para el cual las válvulas se usangeneralmente. Las válvulas de compuerta son excelentes paraeste servicio. El diseño de su asiento, al abrirse, permite que elfluido se mueva a través de la válvula en línea recta con unarestricción al flujo y una pérdida de presión mínimas.

La regulación o ajuste del flujo se hace más fácilmentecon válvulas de asiento o de ángulo. El diseño de suasiento causa un cambio de dirección del flujo a través de laválvula, con lo que se incrementa la resistencia al flujo en laválvula. La construcción del disco de las válvulas de asiento yde ángulo permite una mejor regulación del flujo. Estasválvulas se usan raramente en tamaños mayores de 12pulgadas, debido a la dificultad en abrir y cerrar las válvulasgrandes contra la presión.

Las válvulas de retención o válvulas unidireccionales(válvulas "check") ejecutan la sola función de evitar oimpedir la inversión de flujo en las tuberías. Vienen en dostipos básicos: de balanceo y de levantamiento. El flujomantiene estas válvulas abiertas; la graveded y el flujo inversolas cierran automáticamente. Como regla general, las válvulasde retención de balanceo se usan con válvulas de compuerta;las válvulas de retención de levantamiento con válvulas deasiento.

Calderas y otros equipos que pueden ser dañados porpresiones excesivas deben estar equipados con válvulas deseguridad. Generalmente son válvulas lastradas con un resortetarado que se abren automáticamente cuando la presiónexcede el límite para el cual la válvula está calibrada. Estasválvulas se conocen como: válvulas de seguridad y válvulas dedescarga. Las válvulas de seguridad se usan generalmente paravapor, aire y otros gases. Las válvulas de descarga se usangeneralmente para líquidos.

5-3

Válvulas DeCompuerta(Válvulas DeAtajadera)

Las válvulas de compuerta son las más extensamenteusadas en tubería industrial. Esto es porque muchas válvulasse usan sólo como válvulas de cierre para cortar totalmenteo abrir totalmente el flujo. Ésta es la única función para la cualse recomiendan las válvulas de compuerta.

Como se ve en la figura, el fluido se mueve a través de laválvula de compuerta en Knea recta. Esta construcción ofrecepequeña resistencia al flujo y reduce la calda de presión almínimo. El disco de compuerta, accionado por el vastagoroscado y un volante, sube y baja en ángulo recto respecto a ladirección del flujo y se aprieta contra dos superficies deasiento para cortar el flujo.

Las válvulas de compuerta son preferidas para servicios queno requieren operación frecuente y donde el disco se mantienetotalmente abierto o totalmente cerrado. No son prácticas paraajustar el flujo. Con el tipo usual de válvula de compuerta, unaregulación cuidadosa del flujo es imposible. La velocidad delflujo contra una parte del disco puede causar vibración ychirridos, dañando las superficies de asiento. Además, cuandose estrangula el flujo, el disco está sujeto a severas pérdidasde metal por erosión.

Una válvula de compuerta normalmente requiere más giros(más trabajo) para abrirla completamente. Además, a diferenciade las válvulas de asiento, el volumen de flujo a través de laválvula no está en relación directa con el número de vueltasdel volante.

Puesto que la mayoría de las válvulas de compuerta usadastienen discos en forma de cuña triangular con un par deasientos que terminan en forma semejante, recubrir o repararlas superficies de asiento no es una operación sencilla.

5-4

VÁLVULA DE COMPUERTA(VÁLVULA DE ATAJADERA)

(GATE VALVE)

TUERCA DE LAMANGA DEL YUGO

MANGADEL YUGO

PERNOS DELAJUSTE DE LA

EMPAQUETADURA

GUIA DEL VASTAGOEN EL BONETE

VASTAGO

BONETE

ANILLOSDE ASIENTO EN

EL DISCO

DISCO

ANILLOSDE ASIENTO

EN EL CUERPO

VOLANTE

YUGO

BRIDA DELAJUSTE DE LA

EMPAQUETADURA

AJUSTE DE LAEMPAQUETADURA

EMPAQUETADURA

CAJA DEEMPAQUETADURAS

PERNOS DE UNIONDEL BONETE

CUERPO UOP 220-5-1

5-5

Válvulas De Asiento A diferencia del asiento perpendicular en las válvulas(Válvulas De Tapón de compuerta, el asiento en las válvulas de globo es paraleloO Válvulas De a la línea de flujo. Todo el contacto entre el asiento y elGlobo) Y . disco termina cuando el flujo empieza. Esto es másVálvulas De Ángulo ventajoso para un ajuste más eficiente del flujo, con menor

pérdida de metal por erosión del asiento.

La relación directamente proporcional entre la abertura delasiento y el número de vueltas del volante es una característicadistintiva de las válvulas de globo tipo tapón, que permiteestrecha regulación del flujo por el número de vueltas delvolante.

Un desplazamiento pequeño del disco — se requieren pocasvueltas para operar las válvulas de globo — ahorraconsiderable tiempo y trabajo asi como desgaste en las partesde la válvula.

Cualquier desgaste ocurrido como resultado de usofrecuente o severo presenta menos problemas demantenimiento que en las válvulas de compuerta. Asientos ydiscos en la mayoría de válvulas de globo pueden repararse sinremover la válvula de la tubería.

Las válvulas de globo no se recomiendan cuando laresistencia al flujo y la calda de presión pueden resultarexcesivas, pero son generalmente ideales para regulación y seprefieren cuando se requieren ajustes de flujo frecuentes.

5-6

VÁLVULA DE ASIENTO(VÁLVULA DE GLOBO)(VÁLVULA DE TAPÓN)

(GLOBE VALVE)

VOLANTE

TUERCA DEL VOLANTE

EMPAQUETADURA


ANILLO DEL VASTAGOEN EL DISCO

ARANDELADEL SEGURO

ANILLODE ASIENTO

EN EL CUERPO

VASTAGO

TUERCA DE LAEMPAQUETADURA


BONETE

ANILLO DE UNIONDEL BONETE

DISCO

CUERPO

UOP 220-5-2

5-7

VÁLVULA DE ÁNGULO(ANGLE VALVE)

TUERCA DEL VOLANTE


EMPAQUETADURA

BONETE

DISCO

CUERPO

VOLANTE

VASTAGO

ANILLO DELVASTAGO

EN EL DISCO

UOP 220-5-3

5-8

Válvula DeCompuerta DeVastagoAscendenteCon RoscadoExterior Y Yugo

En esta construcción el vastago roscado permanece fueradel cuerpo de la válvula tanto si ésta está abierta comocerrada. La rosca del vastago no está sujeta a los fluidos dela línea que pueden dar lugar a corrosión, erosión,sedimentos, etc. Esta construcción también permite unalubricación conveniente de la sección roscada del vastago.

El vastago ascendente muestra en un instante la posicióndel disco. Debe proveerse espacio adecuado para el vastagoascendente cuando la válvula está abierta y el vastago debeestar protegido contra daños cuando la válvula se abre.

VÁLVULA DE COMPUERTADE VASTAGO ASCENDENTE

(RISING STEM GATE VALVE)

MANGA DELYUGO

CLAVIJADEL DISCO

DISCO

TUERCA DE LAMANGA DEL YUGO

YUGO

VASTAGO

ANILLO DELVASTAGO

ANILLO DEL•" DISCO

ANILLO DELCUERPO

UOP 220-5-4

5-9

Válvula DeCompuerta DeVastago NoAscendente ConRoscado Interno

El vastago gira con el volante pero no se elevacuando el disco se levanta.

Ideal cuando el espacio disponible para el vastago eslimitado. Puesto que el vastago solamente gira cuando seopera, se minimiza el desgaste de la empaquetadura.

VÁLVULA DE COMPUERTADE VASTAGO NO ASCENDENTE

(NON-RISING STEM GATE VALVE)

VOLANTE

rrn

AJUSTA-EMPAQUETADURAS


RIBETES GUIASFUNDIDOS

EN EL CUERPO\

BRIDA DEL AJUSTA-EMPAQUETADURAS

EMPAQUETADURA

BOQUILLA DEL DISCO

CARA DEL DISCO

rrn-— BONETE

VASTAGO

DISCO

CUERPO

ANILLO DEASIENTO ENEL CUERPO

UOP 220-5-5

5-10

Válvulas De Algunas veces se denominan válvulas sin retorno. UnaRetención (Válvulas válvula de retención evita el flujo inverso o el contraflujoUnidireccionales) en una tubería.

Válvulas DeRetención DePistón

Válvulas DeRetención DeDe Bola

Válvulas DeRetenciónDe Balanceo

Las válvulas de retención de pistón dependen de lagravedad para su operación. Cuando hay flujo hacia arriba,el pistón se levanta de su asiento pero es retenido en la válvulapor guías. Si se produce flujo inverso, el pistón es forzadohacia abajo sobre su asiento y bloquea cualquier ulterior flujoinverso. La válvula de retención de pistón tiene una caída depresión más alta que la de una válvula de retención debalanceo.

Las válvulas de retención de bola son similares a lasválvulas de retención de pistón. El pistón simplemente esreemplazado por una bola.

Dado que el fluido fluye a través del cuerpo de laválvula aproximadamente en línea recta, las válvulas deretención de balanceo ofrecen menor resistencia al flujo quelas válvulas de retención de levantamiento. Las válvulas deretención de balanceo se utilizan por tanto en todos losservicios de presión, y especialmente en líneas de líquidos.

El disco está soportado por un gozne en su punto máselevado y descansa sobre un asiento pulido en una paredinterna inclinada. El disco se balancea libremente en un arco,desde la posición totalmente cerrada a una que permite unflujo sin obstrucciones. La válvula se mantiene abierta por elflujo, por lo que el tamaño de la abertura varía con el caudal.La gravedad y el flujo inverso empujan el disco hacia suasiento, con lo que se impide el flujo inverso.

El flujo a través de las válvulas de retención de balanceo esen línea recta y sin restricciones en el asiento, de forma similaral de una válvula de compuerta. Esta similitud en el efectosobre el flujo es la razón por la que generalmente se usanválvulas de retención de balanceo en combinación con válvulasde compuerta.

5-11

VÁLVULA DE RETENCIÓNDE PISTÓN

(PISTON CHECK VALVE)

ANILLO DE UNIONA LA TAPA

ANILLO DEASIENTO ENEL CUERPO

TAPA

DISCO

CUERPO

VÁLVULA DE RETENCIÓNDE BALANCEO

(SWING CHECK VALVE)

PASADORDEL GOZNE

GOZNE DELDISCO

ANILLO DEASIENTO

EN EL CUERPO

JOl PERNOS DELA TAPA

TAPACARA DEL

DISCO

TUERCA

DISCO

CUERPOUOP 220-5-6

5-12

Diseño Básico DeLas VálvulasDe RetenciónDe Levantamiento

El flujo a través de una válvula de retención delevantamiento sigue un curso tortuoso a través de un orificoen una pared horizontal en la cual el disco se asienta. Eldisco está equipado con una pequeña guía, usualmente arribay abajo, que se mueve verticalmente en guías moldeadas en latapa y en la pared del puente. El disco se asienta debido alflujo inverso o a la gravedad cuando no hay flujo, y puedemoverse libremente dependiendo de la presión que actúasobre él.

Se recomiendan válvulas de retención de levantamiento paravapor, aire, gas, agua y servicio general de vapor.

En tubería vertical, la válvula de retención de levantamientonormal no podría operar por lo que se ha diseñado una válvulade retención de levantamiento vertical para este servicio.

VÁLVULA DE RETENCIÓNHORIZONTAL DE LEVANTAMIENTO

(HORIZONTAL LIFT CHECK VALVE)

GUIA

ANILLO DELASIENTO

VÁLVULA DE RETENCIÓNVERTICAL DE LEVANTAMIENTO

(VERTICAL LIFT CHECK VALVE)

GUIA

ANILLO DELASIENTO

5-13.

Válvulas DeRetención O"Válvulas SinRetorno"(Stop-Check)

Estas válvulas de retención o válvulas "sin retorno" comoson frecuentemente llamadas, se encuentran en calderasen donde dos o más unidades están conectadas al mismocabezal. Automáticamente impiden el flujo inverso delcabezal si una caldera falla por cualquier causa.

Simplifican el trabajo de poner fuera de servicio una calderao de poner en marcha una caldera fría. También protegen alpersonal de reparación e inspección contra flujo inverso devapor si la válvula del cabezal se abre accidentalmente.

Ninguna planta de calderas múltiples debe estar sin válvulasde este tipo.

VÁLVULAS DE RETENCIÓNO VÁLVULAS STOP-CHECK

(STOP-CHECK OR NON RETURN VALVES)

ORIFICIO DEPURGA

ANILLO DE ASIENTOEN EL CUERPO

ORIFICIO DEDESCARGA

UOP 220-5-8

5 14

Válvula De Aguja Las válvulas de aguja están diseñadas para dar un controlfino del flujo en tuberías de diámetro pequeño. Su nombre sederiva de la forma del disco cónico aguzado y del asientosemejante. Vienen en modelos de globo y de ángulo, en broncey acero, y encuentran aplicación en vapor, aire, petróleo, gas,líquidos ligeros, fuel oil, y servicios similares.

Las roscas del vastago son más finas de lo usual, de talmanera que puedan realizarse finos ajustes de flujo.

VÁLVULA DE AGUJA(NEEDLE VALVE)

VASTAGO


DISCO

ASIENTO

CUERPO

UOP 220-5-9

5-15

Caja DeEmpaquetaduras(Prensaestopas)

Ajusta-EmpaquetadurasCon Tuerca

Ajusta-EmpaquetadurasCon Perno

Ajusta-EmpaquetadurasTipo Linterna

Ajusta-EmpaquetadurasDe Tipo DeInyección

Las cajas de empaquetaduras están diseñadas para sellarel vastago de la válvula e impedir fugas. Los prensaestopasconvencionales usan una variedad de materiales deempaquetadura; los más comunes están formados de trenzasde asbesto conteniendo un lubricante apropiado. Laempaquetadura tiene que efectuar un sello hermético sinpegarse al vastago. Conforme la empaquetadura se gasta, debecomprimirse ajustando el seguidor del prensaestopas o latuerca del prensaestopas para reducir cualquier fuga.Eventualmente se requerirá su reemplazo.

Constituyen los tipos convencionales de tuercasde empaquetaduras con ajusta-empaquetaduras movible.El ajusta-empaquetaduras tiene un pequeño labio en el filosuperior de tal manera que puede ser sacado con la punta deun destornillador si se queda aprisionado en el fondo.

Este es representativo de un ajusta-empaquetadurasconvencional con un prensaestopas que contieneempaquetadura. Para mantener la empaquetadura bajo unapresión constante, dos pernos roscados accionan elseguidor del ajusta-empaquetaduras. Si comienza a perder porel ajusta-empaquetaduras, se comprime más la empaquetadura.Debe tenerse cuidado de no atascar el vastago por presiónexcesiva. La empaquetadura requiere reemplazo, de vez encuando.

Algunas veces, el área de linterna está entubadapara circular un fluido de enfriamento, si la válvula estáen servicio caliente. En algunos servicios de alta presión, laválvula está entubada para eliminar cualquier exceso de líquidoque pase a través de la primera parte del empaque.

En los servicios denominados de fluidos sucios o lodosos,se usa un líquido de lavado en el espacio de linterna de talmanera que el vastago esté limpio, pasando a la última secciónde empaquetadura para efectuar un mejor cierre y reducir sudesgaste.

En este tipo de ajusta-empaquetaduras, la inyección deun compuesto sellante puede ser llevada a cabo mientrasla válvula está en operación. Hay una válvula de retención debola en el ajusta-empaquetaduras, pero, por seguridad, se sitúaotra válvula normalmente entre la válvula de retención y elpunto de inyección.

Para añadir compuesto sellante saque el tornillo de ajuste,añada compuesto sellante, y entonces vuelva a poner el tornillode ajuste. Abra la válvula pequeña y atornille el tornillo deajuste hasta que la fuga cese. Cierre la válvula pequeña.Compuesto sellante adicional puede ser entonces añadido aldepósito de reserva.

5-16

Reempaquetado Aunque algunos fabricantes mantienen que sus válvulasde las Válvulas sellan con respecto a la empaquetadura cuando están

totalmente abiertas, no creemos que haya suficiente margen deseguridad en esta práctica, asi que recomendamos quecualquier válvula deberá ser reempaquetada sólo cuando lalinea está despresionada al 100% en ambos lados de la válvula.Algunas veces, sin embargo, hay circunstancias que obligan alreempaquetado de una válvula mientras está en servicio. Estoscasos tienen que ser considerados individualmente y elsupervisor de la refinería tiene que especificar entonces lasprecauciones especiales de seguridad que tienen queobservarse.

5-17

DISEÑOS DE CAJAS DEEMPAQUETADURAS(STUFFING BOX DESIGNS)

AJUSTA-EMPAQUETADURASCON TUERCA

AJUSTA-EMPAQUETADURASCON PERNO

SEGUIDORDEL AJUSTA-

EMPAQUETADURAS

EMPAQUETADURAS

EMPAQUETADURA TÍPICA

TIPO LINTERNA

TIPO DE INYECCIÓN.

SEGUIDORDEL AJUSTA-

EMPAQUETADURA

EMPAQUETADURA

ANILLO LINTERNAUOP 220-5-10

5-19

Válvulas DeSeguridad Y DeDescarga ProtegenContra LaSobrepresión

Válvulas DeSeguridad

Las válvulas de seguridad y de descarga vienen enuna variedad de diseños para impedir daños al equipo pormedio de la descarga de sobrepresiones accidentales.Este exceso de presión puede desfogarse a la atmósferao descargarse a algún punto de presión más baja en elsistema. La mayoría de válvulas de seguridad y de descargason operadas por la acción de un resorte calibrado parapermitir la descarga predeterminada. En lugar de un resortetambién pueden utilizarse palances lastradas o combinacionesde palanca y resortes. En cualquier caso, el lastrado de laválvula se ajusta de manera que se obtenga un grado precisode control.

Una nomenclatura confusa es un problema en esta área. Losnombres "seguridad" y "descarga" son frecuentemente usadosindistintamente. En realidad existe una verdadera e importantediferencia entre estos dos tipos, por lo que sus nombres debenser usados apropiadamente.

Las válvulas de seguridad son para fluidos compresibles— vapor y otros gases. Esta compresibilidad demanda undesfogue rápido de la sobrepresión. Así, las válvulas deseguridad tienen asientos y tapones que se abren rápidamenteen caso de sobrepresión, desfogando a flujo total. Puedendescargar vapor directamente a la atmósfera o a un sistema derecuperación si se trata de un gas tóxico o costoso.

5-20

VÁLVULA DE SEGURIDAD(SAFETY VALVE)

DISCOAUXILIAR

DISCOPRINCIPAL

ANILLOSDE ASIENTO

RESORTEDEL DISCOPRINCIPAL

PIERNA DECONTRAPRESIÓN

FLUJO DEDESCARGA

PRESIÓN DE PROCESO UOP 220-5-11

5-21

Válvulas DeDescarga(Válvulas DeAlivio)

Las válvulas de descarga manejan fluidos no compresibles— líquidos tales como agua y aceites.

Una descarga inmediata de flujo total no es necesaria puestoque una pequeña cantidad de flujo reduce la sobrepresión deforma apreciable. Así, los asientos y tapones se abren y secierrran lentamente y descargan a un sistema de baja presión afin de recuperar el líquido.

VÁLVULA DE DESCARGA(VÁLVULAS DE ALIVIO)

(RELIEF-VALVE)

PERNO DE AJUSTE

RESORTEVASTAGO

PRESIÓN DE PROCESO

ESCAPE

DISCO

ANILLOSDEL ASIENTO

UOP 220-5-12

5-22

VálvulasBalanceadas

En las válvulas convencionales de seguridad y de descargala contrapresión ayuda al resorte a mantener el disco en laposición cerrada. Mediante el uso de fuelles especialesposicionados alrededor del resorte, las fuerzas de lacontrapresión son eliminadas y la válvula se abrirá a la presiónpredeterminada independientemente de la contrapresión.

En ningún caso debe efectuarse el ajuste de la válvula dedescarga o de seguridad mientras la válvula está instalada.Todos los ajustes deben ser hechos en el taller donde puedeverificarse si la válvula se abre a la presión correcta y se cierranuevamente cuando la presión baja a un valor especificado.

VÁLVULA BALANCEADA(BALANCED VALVE)

FUELLES

PROTECTOR DE LOSFUELLES

DESCARGADE PRESIÓN

PRESIÓN DE PROCESO UOP 220-5-13

5-23

Válvulas Macho(Válvulas DeTapón o Espitas)

El tapón es troncocónico y tiene perforaciones transversalesque son similares a las aberturas en el cuerpo de la válvula. Elacabado del cuerpo está pulido para que se adapte al tapóntroncocónico. La válvula se mueve de completamente abierta acompletamente cerrada en un cuarto de vuelta. Se inyectagrasa alrededor del tapón para que actúe como agente sellantey como lubricante.

VÁLVULA MACHO(ESPITA)

(PLUG VALVE)

EJE POLIGONALPARA PALANCA

O VOLANTE

AJUSTAEMPAQUETADURAS

ANILLOS "O"

CONEXIÓNPARA ENGRASE

VÁLVULADE RETENCIÓN

DEL SELLO

EMPAQUE

CUERPO

TAPÓN

CUBIERTA

RANURAS -SELLANTES

CÁMARA SELLANTEUOP 220-5-14

5-24

Válvulas De Bola La bola, lastrada con un resorte, tiene sus partes alineadascon las partes del cuerpo de la válvula. El resorte mantiene labola en contacto íntimo con los asientos para dar un cierrehermético. El resorte también compensa los desgastes de labola. Una válvula de bola va de abierta a cerrada en un cuartode vuelta. En el tipo de válvula de bola ilustrada, la bola y elasiento en forma de cuña pueden ser removidos sin retirar laválvula de la tubería.

VÁLVULA DE BOLA(BALL VALVE)

PALANCA MANUAL PARAGIRO DE 1/4 DE VUELTA

ENTRADA SUPERIOR PARAMANTENIMINETO

RESORTE

ASIENTO EN FORMADE CUÑA COMPENSA ELDESGASTE DEL ASIENTO

ASIENTOSFROTADORES PARA

LIMPIEZA DE LA VÁLVULAASEGURANDO CIERRE

HERMÉTICO UOP 220-5-15

5-25

Válvulas De Pie El objetivo de las válvulas de pie es el de mantener un nivelde liquido en la succión de una bomba centrífuga delevantamiento. También actúan como filtros y detienenpartículas indeseables que podrían entrar a la succión de labomba. Trabajan de forma parecida a las válvulas de retención.

VÁLVULAS DE PIE(FOOT VALVES)

VÁLVULA DE PIE DEDISCO DE BRONCE

VÁLVULA DE PIE

DISCODISCO

UOP 220-5-16

5-26

Válvulas ParaDescarga DePurgas(Slowdown)

Estas válvulas se usan en calderas. Note el sistema dedoble válvula. La segunda válvula soporta el trabajo deexpansión y por lo tanto sufre desgaste, mientras que laotra se usa para cierre hermético.

Estas válvulas están montadas en ángulo a fin de que ellíquido que fluya lave cualquier depósito formado en losasientos de la válvula.

VÁLVULA DE PURGADE CALDERAS

(BLOWDOWN VALVE)

FLUJO

VÁLVULA DECIERRE

HERMÉTICO

VÁLVULA DEEXPANSIÓN

DESCARGA UOP 220-5-17

5-27

Válvulas DeDiafragma

Se utilizan en líneas que manejan fluidos corrosivos.Un diafragma reemplazable se usa en lugar de la compuerta otapón para regular o cortar el flujo. El diafragma separa laspartes metálicas de los productos corrosivos; como no hayempaquetadura, no hay problema de fugas. Si se observa unafuga en el vastago, es señal de que el diafragma estáperforado.

Las partes mostradas son típicas de las válvulas operadascon volante manual. Estos esquemas ayudan a identificar yespecificar las partes individuales. Las válvulas de diafragmaconstan de tres componentes principales: cuerpo, diafragma ybonete.

VÁLVULA DE DIAFRAGMA(DIAPHRAGM VALVE)

VOLANTEMANUAL

DIAFRAGMA CUERPO PLATO DE DEDOS

UOP 220-5-18

5-28

Válvulas DeSeguridad ParaIndicadores DeNivel (VálvulasTipo "GaugeCock")

Estas válvulas desempeñan un papel muy importante enla seguridad de una unidad de proceso. Si un indicador devidrio armado con este tipo de válvula se rompe cuandoel vastago de la válvula esté en la posición totalmente abierta,la repentina caída de presión hace que la bola de aceroinoxidable se mueva hacia el asiento. Esto detiene el flujo dehidrocarburos y evita situaciones peligrosas.

VÁLVULA "GAUGE COCK1

(GAUGE COCK — GAUGE VALVE)

BOLA DE RETENCIÓNDE ACERO INOXIDABLE

CONEXIÓN ALRECIPIENTE

ANILLO REPULIBLEREEMPLAZABLE

CONEXIÓN DELINDICADOR DE NIVEL

VARILLA PARAPRESIONAR LA BOLA

CUERPO FORJADO VASTAGO DE ACEROINOXIDABLE

UOP 220-5-19

5-29

Boca De Agua La boca de agua contra incendios se opera con una llaveContra Incendios o palanca especial. Cuando se gira la válvula a la posición(Hidrante) totalmente abierta, el tapón baja y permite que la presión total

de la Ifnea principal actúe sobre la hidrante. El tapóndesconecta la hidrante de la linea principal y abre los huecosde drenaje permitiendo que la hidrante se drene. La boca deagua contra incendios no debe operarse en posición medioabierta ya que esto permitirla el flujo de la linea principal a losdrenajes. Si sucede esto, el flujo de agua a alta presión puededestruir las fundaciones.

NOTA: Los empalmes de las mangueras contra incendiostienen un roscado especial distinto del roscado corrientede tuberías.

5-30

BOCA DE AGUA CONTRAINCENDIOS (HIDRANTE)

(FIRE HYDRANT)

ROSCADO ESPECIAL PARACONEXIÓN CON LA

MANGUERA CONTRAINCENDIOS. NO ES EL ROSCADO

CORRIENTE DE TUBERÍA

DRENAJES DE LA BOCADE AGUA

UOP 220-5-24

5-31

Válvulas De Se aplica presión de aire de instrumentos a un ladoControl del diafragma que presiona contra un resorte de mucha

resistencia. El movimiento del diafragma se transmitedirectamente al tapón de la válvula por una varilla. El diafragmay el resorte están diseñados de tal manera que el tapón de laválvula vaya de abierto a cerrado (o de cerrado a abierto) conuna presión de aire sobre el diafragma de 15 a 3 psig (o de 3 a15 psig.) Para cambiar la posición de la válvula es necesariocambiar la presión del aire. Las válvulas se clasifican en:válvulas de acción directa y válvulas de acción inversa.

Acción directa: se abren cuando se aumenta la presión delaire.

Acción inversa: se cierran cuando se aumenta la presióndel aire.

La mayoría de las válvulas pueden ser cambiadas de accióndirecta a acción inversa. Se especifica la válvula de accióndirecta o inversa en el diseño de una planta para que, en casode fallo, la válvula se quede en una posición segura tanto parael equipo como para el personal.

5-32

VÁLVULA DE CONTROLDE ASIENTO DOBLE

(CONTROL VALVE) (DOUBLE SEATING)

VASTAGO DEL RESORTE

VASTAGO DEL TAPÓN

AJUSTA EMPAQUETADURAS

ANILLO DE LINTERNA

BONETE

TAPÓNANILLO DEL ASIENTO

INFERIOR

CUBIERTA DEL TAPÓN

ENTRADA DEL AIREDE CONTROL

DIAFRAGMA

RESORTE

CERRADO

ABIERTO- EMPAQUETADURA

ANILLO DELASIENTO SUPERIOR

DIRECCIÓN DEL FLUJOUOP 220-5-20

5-33

Válvulas DeMariposa

Una válvula de mariposa consiste en un disco, a vecesllamado veleta o aleta, un eje y el respectivo cuerpo. El ejeestá soportado en cojinetes y está sellado con alguna forma deempaquetadura.

Las válvulas de mariposa se usan normalmente ensituaciones de control donde no se requiere un cierrehermético. Pueden ser operadas manualmente, pero a menudoson operadas por alguna forma de accionador.

VÁLVULA DE MARIPOSA(BUTTERFLY VALVE)

MOTOR ACCIONADOR

EMPAQUETADURA

CUERPO

DISCO

UOP 220-5-21

5-35

Válvulas DeEscapeAtmosférico

Una válvula de escape atmosférico es una válvula deseguridad para la descarga del vapor expandido de una turbinade condensación. Normalmente opera bajo una presiónnegativa (vacío parcial). Si, por alguna razón, el equipoproductor del vacío falla, la válvula de escape atmosférico seabre y permite que el vapor se escape a la atmósfera.

Cuando se arranca una turbina de vapor de condensación, seatornilla hacia abajo el collar del vastago de la válvula deescape atmosférico para asegurar que el disco operelibremente. Se produce un sellado por agua para asegurar queno haya infiltración de aire al sistema. Una vez que la turbinade vapor de condensación total está operandosatisfactoriamente, el disco de la válvula se mantiene en suposición por efecto del vacío.

El sellado por agua debe mantenerse entre el disco y elasiento del cuerpo. El nivel de esta agua puede observarse através del visor de vidrio. El mejor método es el de mantenerun flujo continuo de agua con un rebose que pueda serfácilmente observado. Con el collar del vastago en la posiciónbaja, un cambio de presión a una presión positiva hace que eldisco se abra.

5-36

VÁLVULAS DE ESCAPEATMOSFÉRICO

(ATMOSPHERIC RELIEF VALVE)

ENTRADADEL AGUA

ENTRADA

VASTAGO

CUERPO

COLLAR DELVASTAGO

VISOR DE VIDRIOPARA EL NIVEL

DE AGUA

ALAATMOSFERA

\ DISCO DE LAVÁLVULA

UOP 220-5-22

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Válvulas Las válvulas deslizantes que se mencionan aquí son lasDeslizantes usadas en las unidades de cracking catalítico fluidizado. Estas

válvulas operan a temperatura y condiciones de corrosión muyseveras, por lo cual debe hacerse una selección muycuidadosa de los materiales de construcción. Hay válvulas conun solo disco y existen también válvulas con dos discos.

Cada disco es normalmente operado por un accionadorhidráulico independiente, o con un volante manual engranadopara operación de emergencia en caso de falla hidráulica. Paraextender la vida de la válvula, el lado del disco que recibe elflujo, la garganta de entrada y todas las superficies internastienen un revestimiento refractario reforzado con mallahexagonal.

Para la operación correcta de las válvulas deslizantes, elespacio entre los discos y las guías es muy importante. Si elintervalo es demasiado grande, se producirá una fuga decatalizador que dará lugar a severa erosión. Si el espacio esdemasiado pequeño, el disco se atascará en la guía cuando latemperatura aumente. Desgaste mecánico por rozamiento esotra posibilidad cuando el espacio es demasiado pequeño.

5-38

VÁLVULA C(SLIDE 1

EMPAQUETADURA

CILINDRO ACCIONADORHIDRÁULICO

PUNTO DEPURGA DE

AIRE O VAPOR

VASTAGO DELA VÁLVULA

PUNTO DEDEL LUBI

FLl

DISC<LAVA

5-

DESLIZANTEE VALVE)

E INYECCIÓNIBRICANTE

MALLA HEXAGONALREFRACTARIA

PUNTO DE PURGADE AIRE O VAPOR

LUBRICACIÓN

:><

EMPAQUETADURA

COS DEALVULA UOP 220-5-23

5-39


OP6MTOIK

RECIPIENTES

uopPrOCeSS DivisionUOPInc

6-1

RECIPIENTES(VESSELS)

Un recipiente es un elemento del equipo en el que sepueden acumular líquidos. Un recipiente de almacenamiento sellama tanque. Un tanque puede contener materias primas, talescomo petróleo, que serán cargadas a la unidad de crudo. Estetanque entonces se llama tanque de carga de la unidad decrudo o tanque de alimentación de la unidad de crudo. Enalgunos casos el petróleo debe ser mantenido caliente, por loque el tanque deberá tener un calentador tal como, porejemplo, un serpentín de vapor, y aislamiento en su paredexterior. Un tanque de carga es por tanto un recipiente quecontiene la alimentación o la carga de la unidad hasta que éstase halle lista para recibirla.

Otros recipientes permiten la entrada y salida continua delliquido. Examinemos, por ejemplo, el recipiente llamadofraccionador de crudo (conocido también como torre dedestilación atmosférica, torre atmosférica de crudo, etc.). Elfraccionador de crudo está constantemente recibiendoalimentación (petróleo) y se sacan continuamente losproductos, de manera que siempre hay un balance de líquido yvapor en el recipiente.

El tiempo que se tarda en separar los productos de un barrilde alimentación se llama tiempo de residencia. El fraccionadorprocesa el petróleo a presiones y temperaturas que le permitenrefinarlo en productos útiles y de valor. Los productos de latorre de crudo pueden ir a recipientes llamados tanquesintermedios, que los almacenarán hasta que puedan ser usadoscomo alimentación o carga a otro proceso. Los productosfinales están contenidos en recipientes llamados tanques deproducto terminado.

Otros recipientes a lo largo de la refinería llevan a cabo otrasfunciones de proceso y de servicios auxiliares. Talesrecipientes se enumeran a continuación:

1. Acumuladores — Reciben los vapores condensadosprovenientes de las columnas fraccionadoras y proporcionanuna reserva de líquido para la succión de las bombas de reflujoy de producto neto de cabeza. En algunos casos, los gasesincondensables son descargados del acumulador bajo controlde presión. Algunos acumuladores tienen también botasseparadoras de agua para el drenaje de pequeñas cantidadesde agua. Los acumuladores generalmente tienen una buenacapacidad de amortiguamiento.

6-3

2. Separadores — Separan grandes cantidades de gas degrandes cantidades de líquido.

3. Separador de líquidos — Generalmente, es un pequeñorecipiente que permite que se separen pequeñas cantidades delíquido de una corriente gaseosa.

4. Tambor de amortiguamiento—Un tambor deamortiguamiento disminuye el efecto de un flujo irregular en elproceso. El nivel de líquido en el tambor de amortiguamientopuede variar, pero el flujo desde el tambor es relativamenteconstante.

5. Reactores — Los reactores normalmente contienen uncatalizador; generalmente formado por pequeñas esferas otabletas. El reactor retiene brevemente la corriente de procesomientras está en contacto con el catalizador en condicionesque permitirán obtener los cambios de composición deseados.

6. Absorbedores — Generalmente, tienen la mismaapariencia externa de una columna fraccionadora. Sin embargo,en una columna de absorción se usa una corriente de procesopara absorber porciones de otra corriente de proceso porcontacto íntimo entre ambas corrientes.

Fraccionador El petróleo llega a una refinería conteniendo todos losDe Crudo productos finales en su forma natural o cruda. Algunos de los

productos finales solamente tienen que ser separados de losotros componentes y endulzados para convertirse en productosterminados tales como kerosene, combustible diesel, aceitesde calefacción doméstica e industrial, combustibles demotores de propulsión a chorro, propano y butano. Otroscomponentes y, en algunos casos (dependiendo de lascondiciones del mercado), algunos de los componentes antesmencionados, se convertirán en materias de alimentación avarios procesos de refinería en donde su estructura moleculares reordenada. En algunos casos, se producen productos másligeros a partir de materias de alimentación más pesadas; porejemplo, la gasolina a partir de gasoil. En otros casos seproducen productos más pesados a partir de materias másligeras, tal como en la producción de gasolinas a partir debutano y propano, por polimerización.

Fuera del gas natural y de algunos condensados ligeros delgas natural, hay muy pocos hidrocarburos usados en el hogar oen la industria que no hayan sido separados del petróleo porprocesamiento en una torre de fraccionamiento de crudo. Latorre de fraccionamiento de crudo se usa para separar enfracciones los hidrocarburos que tienen puntos de ebulliciónsimilares. Los hidrocarburos que hierven a baja temperatura

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ascienden a la cabeza del fraccionador, mientras que loshidrocarburos con puntos de ebullición intermedios asciendena la mitad del fraccionador y los hidrocarburos con puntos deebullición elevados permanecen en el fondo del fraccionador.El calor es la forma de energía que eleva la temperatura de loshidrocarburos hasta sus puntos de ebullición y que evapora loslíquidos por ebullición.

El calor usado en el fraccionador de crudo se suministra através del calentador de carga y de los intercambiadores decalefacción que cruzan diferentes corrientes del proceso. Paraseparar los varios productos entre sí, el líquido debe sercalentado y vaporizado, condensado y revaporizado variasveces, de manera que cada vez la separación de los productoses mayor. Para esto, los ingenieros de diseño han creadocorrientes de reflujo y reflujos circulantes. Un reflujo circulantees una corriente caliente de líquido que sale de la columna yes bombeada a través de las carcasas de intercambiadores decalor, mientras que los líquidos fríos que deben ser calentadosson bombeados a través de los tubos de los intercambiadoresde calor. De esta forma, el ingeniero de diseño conserva laenergía calorífica dentro del proceso y también provee unacorriente de reflujo enfriado.

El líquido caliente que ha sido removido del fraccionador yenfriado en los intercambiadores de calefacción se retorna alfraccionador de crudo para servir de reflujo. Como reflujo,enfriará los hidrocarburos vaporizados ascendentes,procedentes de los platos más bajos y los vapores quecondensen serán revaporizados por otros vapores calientesascendentes en el fraccionador. Este enfriamiento,condensación, calentamiento y revaporización vanconstantemente purificando y destilando los productoshidrocarburados deseados. Se crea otro reflujo con parte dellíquido obtenido por condensación de los vapores calientesque salen de la cabeza del fraccionador. Este reflujo permite elenriquecimiento en compuestos ligeros del producto obtenidoen cabeza de la columna.

Se sacan varios productos de la torre de crudo a diferentesalturas. Estos productos se llaman cortes laterales y se usancomo alimentación a unas columnas pequeñas llamadasstrippers (desorbedores o despojadores).

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FRACCIONADOR DE CRUDO(CRUDE FRACTIONATOR)

VENTEO

SALIDADE KEROSENO

REFLUJO CIRCULANTEDE GASOIL (GASÓLEO)

ALIVIO DELDESALADOR

ALIMENTATION

LC-LG

ROMPEDOR DE VÓRTICE

SALIDA DE VAPORES

REFLUJO

SALIDA DE REFLUJOCIRCULANTE

RETORNO DE VAPORES DELSTRIPPER DE KEROSENO

RETORNO DEVAPORES DE GASOIL

(GASÓLEO)

SALIDA DE GASOIL(GASÓLEO)

VAPOR DE AGUA

CORRIENTE DEENFRIAMIENTO

SALIDA DE FONDOS

UOP 220-6-1

6-6

DescripciónDe La TorreFraccionadoraDe Crudo

Los fraccionadores de crudo son, generalmente, lastorres de mayor altura y diámetro de la refinería.Fenómenos naturales, tales como huracanes, terremotos ycondiciones del terreno, pueden limitar la máxima altura(aproximadamente unos 275 pies u 84 m). Los diámetros estánusualmente limitados por el método de transporte usado paraenviar la torre (unos 13 pies por ferrocarril o 16 pies por barco).Este diámetro puede ser sobrepasado si el recipiente esfabricado en secciones y armado en la refinería. En donde nohay estas limitaciones, el ingeniero de diseño debe seleccionarlas dimensiones apropiadas para la torre de crudo, basado enel caudal de carga y el número de separaciones requeridas. Elespaciamiento de los platos es generalmente de unos 2 pies(60 cm). Se deja un espacio de 5 a 7 pies (1,5 a 2 m) para lassalidas laterales y de 3 pies (90 cm) en la cabeza de la columnapara evitar la salida de liquido en cabeza. En el fondo de lacolumna se deja libre un espacio de 7 pies (2 m) paravariaciones de nivel. Después de que el ingeniero de diseño hadeterminado el número de platos requeridos para un buenfraccionamiento, el número de platos acumuladores requeridospara las salidas laterales y el tiempo de residencia, sedeterminan la longitud y el diámetro apropiados de la torre decrudo.

Puesto que la torre de crudo debe procesar un gran númerode compuestos, varios de los cuales son de tipo corrosivo, latorre de crudo requerirá una forma diferente de metalurgia y dediseño a varias alturas. La cabeza de la columna está diseñadapara bajas temperaturas; así, las bridas de las boquillas puedenser de clase 150# y hechas de acero al carbono. Si embargo,bajas temperaturas permiten la condensación de compuestoscorrosivos; por lo cual, el interior de la columna debe estarrecubierto con monel u hormigón. Los primeros cuatro platosestán hechos de monel. Los primeros platos acumuladorespara salidas laterales están hechos de monel o de acero alcarbono, recubierto con hormigón. La mitad de la columnadonde la corrosión no es tan severa, es usualmente de acero alcarbono o de acero al carbono pasivado. Los platos estánhechos de acero al carbono y las válvulas de los platos de 12%Cr para prevenir oxidación. La sección del fondo de la columnapuede estar recubierta con acero inoxidable con 11% a 13% deCr para prevenir corrosión a altas temperaturas. Para altastemperaturas se aumenta la resistencia de las bridas de lasboquillas a 300i# y se utiliza acero con 1 a 1-1/4%Cr y 1/2%Mo.La composición del metal de los empaques de las bridastambién debe ser modificada.

Los platos de fraccionamiento son generalmente de tipoválvula, y pueden ser simples o multipaso, dependiendo delcaudal a través de la columna a varias alturas. El plato delfondo tiene una bajante con trampa para impedir que el vapor

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Strippers De LosCortes LateralesDel Fracc/onadorDe Crudo(Desorbedores OColumnas DeAgotamiento)

by-pase el plato. Todas las otras bajantes están selladas por elnivel del líquido mantenido en el plato por los vertederos. Losplatos acumuladores no tienen válvulas ni aberturas, exceptochimeneas o elevadores de vapor. Esto permite que el líquidose acumule en la salida lateral y que el vapor suba por lachimenea o elevador a la zona por debajo del próximo plato defraccionamiento. Se usan distribuidores para todas lascorrientes que entran a la columna, tales comoalimentación, reflujo y vapor de agotamiento.

Las boquillas de las mirillas de vidrio tienen una pantallapara vapores y las líneas del fondo tienen un rompedor devórtices para impedir que el gas salga a la succión de lasbombas de fondos. En la mayoría de las operaciones en lastorres de crudo, la máxima temperatura del líquido deseada, esaproximadamente de 700°F (370°C). Por encima de estatemperatura puede ocurrir la descomposición térmica ocracking (craqueo) con producción de olefinas.

El líquido sacado lateralmente de la torre de crudo entra auna columna de agotamiento a través de una boquilla lateral sobreel plato N° 1 (plato superior). La alimentación se distribuyey orienta a fin de que líquido no sea arrastrada conel gas de cabeza. Un stripper de corte lateral tienegeneralmente cinco platos de tipo válvula, de acero al carbono,siendo las válvulas de acero inoxidable con 12%Cr.

Para obtener la calidad de un producto deseada, debensatisfacerse las especificaciones del punto final (PF), o puntofinal de ebullición (PFE). Esto se controla balanceando loscaudales de extracción y de reflujo interno de la torre de crudo.También debe satisfacerse el punto inicial de ebullición (PIE).Esto se hace en el stripper mediante vapor de agotamiento.Introduciendo vapor seco en un líquido caliente decrece supresión parcial y, por lo tanto, reduce la temperatura a la cualel líquido hierve. Así, sin necesidad de añadir más calor en elstripper, pero usando vapor de agotamiento, se elimina delproducto la cantidad deseada de ligeros y se obtieneel PIE deseado.

Los materiales usados en el diseño de los strippers soniguales a los de las salidas de los cortes lateralescorrespondientes en la columna de crudo. Los stripperspueden estar montados uno sobre el otro sobre una base aprueba de incendios o uno al lado del otro a nivel del suelo. Encualquier caso, todos deben tener bombas para productos defondos y retornos de gases de cabeza hacia la torre de crudo.

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STRIPPER DE KEROSENO (ZONA SUPERIOR)(KEROSINE STRIPPER (TOP) )

STRIPPER DE GASOIL (ZONA INFERIOR)(GAS OIL STRIPPER (BOTTOM) )

VENTEO

KEROSENO DELA TORRE DE CRUDO

LC LG

SALIDA DE VAPORES(RETORNO A LA TORRE DE CRUDO)

GASOIL (GASÓLEO) DE LATORRE DE CRUDO

LC LG

SALIDA DE VAPORES(RETORNO A LA TORRE DE CRUDO)

VAPOR DE AGOTAMIENTO

VENTEO

SUCCIÓN DE LA BOMBA(KEROSENO A LA

BOMBA DE KEROSENO)



SUCCIÓN DE LA BOMBA(GASÓLEO A LA BOMBA

DE GASÓLEO)

6-9

Fracc/onador La función de una torre de vacío es la de fraccionarDe Vacío hidrocarburos que hierven a más de aproximadamente 700°F

(370°C) en la columna de crudo. En la columna de vacío lapresión puede ser reducida hasta alrededor de 1,0 psia(libras/plg.2 absolutas) debajo del plato de ceras de slop. Estorepresenta una reducción total en la presión absoluta de 28,7psi con respecto a la del fondo de la torre de crudo. Esta grandiferencia de presión facilita el que una gran cantidad dehidrocarburos se evapore en la torre de vacío, mientras que semantiene una temperatura de fondo que no excede, porejemplo, de unos 730-780°F, dependiendo del tipo de crudo.Para ayudar a producir asfaltos de penetración adecuada,puede inyectarse vapor de agotamiento en la bota del fondo dela columna para reducir la presión parcial del líquido del fondo.El fondo de la torre de vacío es de diámetro más reducido en laparte inferior para disminuir el tiempo que el líquido del fondopermanece a una elevada temperatura. También se provee unalínea de entrada de aceite de enfriamiento (quench) paraproteger las bombas de fondos.

La línea de alimentación de la torre de vacío es muy grandeen comparación con las lineas de alimentación de la mayoríade los fraccionadores. Esto se debe a que la baja presióncausa la vaporización de casi toda la alimentación de lacolumna de vacío. Esta situación requiere un dispositivoespecial llamado distribuidor tangencial, el cual imparte unadirección espiral a la alimentación y evita daños al equiposituado por encima del distribuidor, debido a la rápidaexpansión de la alimentación al entrar en la torre de vacío abaja presión.

Las partes internas de la columna de vacio están diseñadaspara dar una caída de presión mínima. El acumulador de cerasde slop, la rejilla, y las mallas de eliminación de gotas son lasúnicas partes internas que se extienden completamente a loancho de la sección total de la columna. La rejilla y las mallasson dispositivos de coalescencia para remover partículaslíquidas arrastradas por el rápido ascenso de los gases. Seusan distribuidores tipo spray para ayudar a la coalescencia enla rejilla y en las mallas.

Una columna de vacío no tiene platos, sino bandejaslaterales. Sus ribetes exteriores están perforados y reforzadoscon un enrejado metálico. Las bandejas laterales estántraslapadas y proveen en efecto de cascada al líquidocondensado. Los gases calientes pasan a través de la cascadapara revaporizar los componentes de más bajo punto deebullición del líquido. Los platos acumuladores estándiseñados para proveer un líquido libre de gases a la succiónde las bombas de los cortes laterales. Los venteos de lasbombas retornan a la columna para permitir la eliminación de

6-11

incondensables de la bomba durante el arranque. Esto ayuda aarrancar la bomba. Cuando la bomba está operandoadecuadamente, el venteo debe ser cerrado.

La sección de cabeza de la columna de vacío es de diámetromás reducido porque el caudal que circula a través de lacabeza de la columna es mucho menor que por los corteslaterales. De hecho, la presencia de demasiados ligeros en laalimentación o de ligeros formados por la descomposicióntérmica de los fondos, producirá una sobrecarga en loseyectores que producen y mantienen la baja presión en lacolumna de vacío. Las columnas de vacío están diseñadas parasoportar una presión interna de 50 psig (3,5 kg/cm2) y unapresión absoluta externa de 14,7 psia (760 mm Hg). Parareforzar las paredes del recipiente que trabaja entre estas dospresiones, se usan anillos de refuerzo. Estos son anillossoldados alrededor de la columna y espaciados a pocos piesentre sí.

Los materiales de construcción usados en el diseño de lastorres de vacío son, para la sección más baja, acero al carbonopasivado recubierto con una capa de acero inoxidable con11-13%Cr. El acumulador de ceras está hecho de aceroinoxidable con 12%Cr y la pared del acumulador estárecubierta con hormigón. La rejilla está construida de aceroinoxidable 304. La malla eliminadora de nieblas superior estáhecha de monel. Las bandejas laterals N° 13 y 14 estánconstruidas de acero inoxidable con 12%Cr. El resto estáconstruido de acero al carbono. Los diseños de columnas devacío para diferentes severidades de corrosión pueden permitirla eliminación del recubrimiento de aleación y algo de lasaleaciones en algunas bandejas y acumuladores.

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COLUMNA DE VACIO(VACUUM COLUMN)

VENTEO

REFLUJO DE GASOILDE VACIO LIGERO

REGISTRO(PASO DE HOMBRE)

REFLUJO DE GASOILDE VACIOPESADO

ROCIÓ DE GASOILDE VACIO PESADO

MALLA

ALIMENTACIÓN

RETORNO DEL VENTEODE LA BOMBA

SALIDA DE GASES

-VÁLVULA DE SEGURIDAD

MALLA DE ELIMINACIÓNDE NIEBLAS

LC&LG

SALIDA DE GASOILDE VACIO LIGERO

LIC

LC&LG

SALIDA DE GASOIL DEVACIO PESADO

TI

RETORNO DE CERAS

REJILLA

SALIDA DE CERAS

DISTRIBUIDORTANGENCIAL

ENTRADA DE VAPOR

ENFRIAMIENTO


SALIDA DE FONDOS UOP 220-6-3

6-13

Columna Una columna estabilizadora es un tipo de columnaEstabilizadora fraccionadora muy sencilla, usada generalmente para controlar

la presión de vapor de la gasolina por fraccionamiento de unaparte predeterminada de C4 (butano) que sale con losproductos de cabeza. La cantidad de butano remanente en lagasolina determina la presión de vapor de ésta. El TRC bajo elplato N° 19 controla la temperatura existente entre los platosN° 19 y N° 20, por variación de la cantidad de combustiblequemado o de fluido de calentamiento usado en el hervidor delfondo. Esto ayuda a mantener una cantidad constante debutanos en la gasolina y una presión de vapor dentro de lasespecificaciones, siempre y cuando la composición de laalimentación sea constante.

El material de construcción de la columna estabilizadora esacero al carbono pasivado, y el recipiente está diseñado parapresiones elevadas de 19 kg/cm2 a 270°C (270 psig a 518°F). Aesta presión, el producto de cabeza de bajo punto de ebulliciónpermanece en forma líquida en el acumulador de cabeza, elcual trabaja a 38°C (100°F). Todos los platos son de un solopaso y están construidos de acero al carbono, con válvulas deacero inoxidable al 12%Cr.

La columna es de diámetro más reducido por encima delplato de la alimentación, debido a la pequeña cantidad deproductos de cabeza comparada con la de los productosde fondo.

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ESTABILIZADORA(STABILIZER)

VENTEO

LCErLG

GAS DE CABEZAA CONDENSADORES

RETORNO DEL REFLUJO

TI-TRC

ALIMENTACIÓN

TI-TRC

RETORNO VAPORIZADODEL CALENTADOR

REGISTRO


SALIDA DELLIQUIDO ESTABILIZADO

SOPORTE

UOP 220-6-4

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Acumulador DeProductos DeCabeza

Todas las columnas de fraccionamiento tienen acumuladoresde productos de cabeza para recibir los gases de cabezacondensados. El acumulador de cabeza de la estabilizadora esel típico acumulador con bota de agua. Como una guíaaproximada de diseño, el acumulador de cabeza tiene ei mismodiámetro que la columna. Generalmente la longitud entre lastangentes del acumulador es tres veces el diámetro. La entradamostrada tiene un distribuidor ranurado para permitir unaadecuada distribución de fases mixtas. Este acumuladorpermite que el agua sedimente en la bota, sin la asistencia deun dispositivo de coalescencia. La línea de salida dehidrocarburos tiene un tubo vertical retenedor. El tubo verticalpermite que se forme un pequeño nivel líquido correspondientea un volumen considerable de agua que puede acumularse yalcanzar un nivel máximo en el acumulador antes de que salgapor la línea de salida de la fase orgánica. Hay boquillasembridadas para las tomas del visor del nivel de vidrio y delcontrol de nivel para la fase hidrocarburada. Puesto que eneste acumulador la cantidad de agua que se recoge por hora enla bota es poca, hay solamente bridas para el visor de nivel devidrio en la bota de agua, por lo que el agua deberá serdrenada manualmente. Hay una boquilla de salida de gas parapermitir que los gases incondensables vayan al sistema deantorcha o a algún otro sistema de recuperación, posiblementeal sistema de gas combustible de refinería. En general, lasalida debería ir al sistema de gas combustible de refinería,con un by-pass en el controlador de presión, para permitir elenvío del gas a la antorcha si fuera necesario. Si el sistema esde condensación total, el controlador de presión de la columnaestá en la corriente de los gases de cabeza antes delcondensador.

El acumulador de productos de cabeza tiene una boca deregistro de 16". En este recipiente hay un by-pass de gasescalientes. Éste está previsto para el caso en que los gases decabeza se condensen totalmente. Puesto que la presión devapor del líquido acumulado en este caso puede a veces serdemasiado baja para mantener una adecuada presión en elacumulador, parte de los gases calientes deben by-pasar elcondensador a fin dé aumentar la presión en el acumulador. Deotra manera, la bomba de reflujo podría ser incapaz de retornarel líquido a la columna y el control de presión de la columna yla operación del condensador de cabeza serían inestables.

Hay un rompedor de vórtice en la línea de salida dehidrocarburos para proteger las bombas de producto neto decabeza y de reflujo. También hay una salida para drenaje delrecipiente. El material de construcción de este recipiente es elmismo usado en la construcción de la columna estabilizadora,o sea acero al carbono pasivado. La presión interna de diseñodel acumulador de cabeza mostrado en la figura es de 19

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kg/cm2 (270 psig). La temperatura de diseño es de 120°C(248°F). La temperatura de diseño del acumulador de cabeza esmucho más alta que su temperatura de operación, puesto queel acumulador debe estar diseñado para soportar temperaturasque pudiesen alcanzarse si el condensador fallase.

ACUMULADOR DE PRODUCTOSDE CABEZA DEL ESTABILIZADOR

(CON BOTA DE AGUA)(STABILIZER OVERHEAD RECEIVER)

(WITH WATER BOOT)

ENTRADABY-PASS

DE GASESCALIENTES

LC-LG

MONTURA DELSOPORTE

SALIDA DE GAS

ROMPEDOR DEVÓRTICE

TUBO RETENEDOR

SALIDA DEHIDROCARBUROS

SALIDA DE AGUA UOP 220-6-5

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Columna Los desbutanizadores se usan en la refinería para eliminarDesbutanizadora C4 (butanos) y materiales más ligeros de grandes corrientes de

hidrocarburos. La ventaja de eliminar productos ligeros es quelas columnas que siguen al desbutanizador, pueden operar apresiones mucho más bajas. El desbutanizador propio debeoperar a una presión razonablemente alta para mantener losbutanos en forma líquida, de tal manera que puedanbombearse a la columna como corriente de reflujo. La presióninterna de diseño del desbutanizador mostrado en la figura esde 19 kg/cm2 (270 psig). La columna está diseñada para unatemperatura relativamente alta de 315°C (600°F).

Un típico ejemplo del efecto del uso de un desbutanizadorsobre los recipientes que le siguen, sería la presión deoperación de un despentanizador a baja presión. Una vez que ellíquido alimentado al desbutanizador ha sido desbutanizado, ellíquido de fondos va a un despentanizador como alimentación.El despentanizador puede operar entonces a sólo 20 psig, oaproximadamente 1,5 Kg/cm2. Si hubiese butano presente en laalimentación, esta columna debería ser operada a una presiónmucho más alta a fin de mantener un reflujo líquido. Si eldesbutanizador no estuviera presente, los butanos escaparíancon toda probabilidad al sistema de gas combustible, pero,debido al desbutanizador, los butanos permanecen líquidos ypueden ser bombeados al almacenamiento, usados comoalimentación para otras unidades, o pueden ser separados yvendidos como producto final.

Como puede verse en nuestro esquema del desbutanizador,la mitad inferior de la columna debajo del punto dealimentación contiene platos de dos pasos. La mitad superiortiene platos de un solo paso, y esto indica que hay unacantidad mucho mayor de hidrocarburos yendo hacia el fondode la columna que hacia la cabeza. Además, la cabeza de lacolumna es de diámetro más reducido. Este desbutanizadorparticular tiene una boquilla de salida lateral al hervidor y,como podemos ver, bajo el plato 30 hay un plato acumuladorcon chimenea. Esto, junto con la posición de la boquilla deretorno del hervidor, garantiza un adecuado suministro a labomba del hervidor. El líquido de salida del fondo de lacolumna puede salir por sí mismo debido a la alta presión de lacolumna, o puede ser bombeado. Sin embargo, si el control denivel del fondo se cerrase por cualquier causa, hay laposibilidad de que el hervidor empezase a vaciarse. El pozo desalida al hervidor debe estar siempre lleno a rebosar y laposición de la válvula de control de nivel siempre debe indicarque la salida de líquido de la columna está parcialmenteabierta. De esta manera se puede tener la certeza de que elpozo del hervidor está rebosando.

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Este desbutanizador es una columna de 30 platos. Los platosde la columna están hechos de acero al carbono, con válvulasde acero inoxidable con 12%Cr. Hay una línea de reflujo que vaa la cabeza de la columna encima del plato N° 1 y un punto dealimentación bajo el cuello de la columna. Hay un plato trampaentre el último plato de un solo paso y el primer plato de doblepaso, de tal modo que el líquido en la bajante se distribuyasobre el plato en lugar de ir directo a la bajante del plato dedos pasos. En el plato N° 30 hay dos trampas en la bajante afin de impedir que cualquier gas que suba por la chimenea by-pase el plato y suba por la bajante.

Generalmente, se tiene una mampara en la brida de la tomasuperior del indicador de nivel de vidrio y del controlador denivel, y hay un rompedor de vórtice en la línea de salida defondos para proteger la bomba si la hay.

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DESBUTANIZADOR(DEBUTANIZER)

VENTEO SALIDA DE VAPOR

ALIMENTACIÓN

LC& LG


REFLUJO

TI & TRC

RETORNO DEL HERVIDOR

SALIDA AL HERVIDOR

SALIDA DE LIQUIDO

UOP 220-6-6

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Fracc/onador De El fraccionador de productos está diseñado para tomarProductos alimentación desulfurizada, hidrocraqueada y desbutanizada, y,

de forma similar a la de la columna de crudo, su función es lade separar una alimentación de multicomponentes en variosproductos terminados y productos para alimentar a otrasunidades de la refinería. Es generalmente una columna muyalta. Tiene 52 platos de los cuales los primeros 30 son platosde dos pasos y los 22 restantes son de un solo paso. La razónde esto es que en las reacciones de hidrocracking, unaalimentación pesada se descompone en componentes másligeros. Si la unidad de hidrocracking opera de formaapropiada, habrá una mayor cantidad de materiales ligeros quepesados en la alimentación a la columna. La alimentación entraa la columna entre los platos 46 y 47, casi al fondo de estacolumna de 52 platos. Los platos por debajo de la sección dealimentación son platos de agotamiento. Los platos por encimade la sección de alimentación son platos de enriquecimiento.Los platos de salida de cortes no son platos acumuladorescomo los usados en la torre de crudo, sino platos de 2 pasoscon un pozo de extracción. La bajante del plato superiordescarga en el pozo asegurando que el mismo esté siemprelleno. Bajo cada plato de extracción, las bajantes tienen unatrampa, de tal manera que no hay posibilidad de que los gasessuban por las bajantes si el plato está operando ligeramenteseco.

Empezando por la cabeza de la columna, hay la boquilla degases de cabeza, y, puesto que la alimentación a la columnaestá razonablemente desbutanizada, estos gases deberían serpentanos o hidrocarburos de cinco átomos de carbono (C5). Lapróxima boquilla es la línea de entrada de reflujo. El reflujoviene del acumulador de cabeza en donde los gasescondensados han sido recolectados. El reflujo de retorno denafta es la próxima boquilla, seguida por la de los gases denafta que retornan del agotador de nafta. El agotador es similaral agotador de la unidad de crudo, excepto que el agotador denafta tiene un hervidor y no tiene punto de inyección de vaporde agotamiento. La próxima conexión es la de la línea de salidade naftas por la que el líquido va al agotador de nafta bajocontrol de nivel. Luego viene el retorno de gases del agotadorde kerosene. La siguiente boquilla está en el plato 30 y es lasalida de keroseno al agotador. Este agotador también tienehervidor sin vapor de agotamiento. La próxima es el retorno delos gases del agotador de diesel que retornan de su agotadorrespectivo. Luego hay una salida en el plato 40. Ésta es lasalida de diesel y el pozo de salida es un plato de un solopaso. La bajante descarga en el pozo, el cual, una vez lleno,rebosa al plato. La próxima boquilla es la de alimentación entrelos platos 46 y 47, y luego, bajo el plato 52 (el último plato), hayla del gas de agotamiento. El gas de agotamiento en estacolumna es el hidrocarburo procedente del acumulador de

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cabeza el cual se usa en lugar de vapor, puesto que el vaporpodría introducir agua en los productos, y en algunos casosesto no es deseable. Los fondos del fraccionador se reciclan alreactor de hidrocracking y de nuevo se descomponen enproductos más ligeros.

El control de las especificaciones del producto delfraccionador de productos es similar al de la torre de crudo. Lacantidad retirada controla el punto final. Un caudal de salidamás baja dará un punto final más bajo. Sin embargo, en unagotador de la torre de crudo, el punto inicial de ebullición secontrola por la cantidad de vapor de agotamiento que seintroduce en el agotador. En el caso del fraccionador deproductos hay un hervidor, asi que el punto inicial de ebulliciónes controlado por la cantidad de aceite de calefacción quepasa por el hervidor. Si uno desea elevar el punto inicial deebullición, se aumenta la cantidad de aceite de calefacción quepasa por el hervidor, lo cual a su vez aumenta la cantidad degases generados en el agotador. Si se desea bajar el puntoinicial de ebullición, se reduce el caudal de aceite decalefacción en el hervidor. En el caso del sistema de nafta, elreflujo se introduce en el plato N° 9 y la salida es en el platoN° 14. Este reflujo permite utilizar algo del calor contenido enesta corriente por intercambio con otras correntes de proceso,y también ayuda al ajuste de los cortes en los productos másligeros (afecta el grado de fraccionamiento). Se podríamantener constante la salida de nafta, aumentar el reflujo alplato N° 9, y con toda probabilidad bajar el punto final de lanafta producida, así como elevar el punto inicial de ebullición.Asi, tanto el reflujo, como la salida de nafta, como el calor delhervidor del agotador, desempeñan una función en el ajuste dela calidad del producto.

El fraccionador de productos es un recipiente de bajapresión. Su presión interna de diseño es de 3,5 kg/cm2 (50 psig)pero la temperatura es algo elevada. Está diseñado para 350°C(660°F). Puesto que el material que se alimenta al fraccionadorde productos ha sido desulfurizado, el material deconstrucción es acero, al carbono y todos los platos son delmismo material. Sin embargo, las válvulas de los platos estánhechas de acero inoxidable al 12%Cr debido principalmente aque las válvulas de acero al carbono pueden corroerse duranteperíodos de paro y podrían atascarse cuando se circula vaporde agua para purgar la columna.

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FRACCIONADOR DE PRODUCTOS(PRODUCT FRACTIONATOR)

VENTEO

REGISTRO

GAS DEL AGOTADOR DEDIESEL

SALIDA DE DIESEL ALAGOTADOR

CONEXIONES PARALC-LG

GASES DE CABEZA

REFLUJO

RETORNO DE NAFTA

GASES DE NAFTA

SALIDA DE NAFTA

GAS DEL AGOTADOR DEKEROSENO

SALIDA DE KEROSENO

ALIMENTACIÓN


SALIDA DE FONDOS

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ColumnaAbsorbedoraSaturada

La función de la columna absorbedora saturada esla de eliminar los hidrocarburos C4 de una corriente gaseosarica, compuesta de hidrocarburos de C, a C4. El gas ha sidopreviamente endulzado en un abosrbedor de DEA.(dietanolamina). Los hidrocarburos ligeros son absorbidos enun aceite pobre tal como la gasolina. El gas rico entra por elfondo del absorbedor y asciende a través de 30 platos deválvulas. El aceite pobre entra en la cabeza del absorbedor ybaja a través de 30 platos de válvulas. Mientras que el gas estáen contacto con el aceite pobre, todo el butano normal esabsorbido junto con una gran cantidad de isobutano y algo depropano. El gas pobre sale por la cabeza conteniendo metano,etano, propano, isobutano y cantidades extremadamentepequeñas de butano normal e isopentano. Algo de pentanonormal e hidrocarburos C6 y más pesados (C6+) pueden serarrastrados. El arrastre no debería ser mayor del 3%molar. Elgas pobre puede ser usado como gas combustible de refineríao como alimentación a un reformador de hidrógeno. El aceiterico es enviado a una unidad de concentración de gases endonde es despojado de todos los hidrocarburos C3 y C4.

Materiales de Construcción — El recipiente absorbedor estáconstruido de acero al carbono pasivado y está diseñado para16 kg/cm2 a 90°C (225 psig a 200°F). Hay 30 platos de acero alcarbono con válvulas de acero inoxidable con 12%Cr. Elabsorbedor de la figura es de 0,6 metros (2,0 pies) de diámetro.Dado que sería imposible trabajar en una torre tan pequeña, losplatos están unidos con varillas y se bajan dentro de lacolumna. El fondo de la columna está ensanchado para proveerun registro y para facilitar la amortiguación de oscilaciones enel nivel del líquido.

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ABSORBEDOR(ABSORBER)

VENTEO

MALLA ELIMINADORADE NIEBLAS

LC-LG

SALIDA DE LOS GASES

ENTRADA DELLIQUIDO

ENTRADA DEL GAS

ROMPEDORDE VÓRTICE

SALIDA DELLIQUIDO

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Absorbedor MEA Se usa monoetanolamina (MEA) en muchos procesos deabsorción. En este ejemplo particular el absorbedor es unatorre de relleno. El relleno es de monturas Intalox de porcelanasemicirculares, las cuales proveen una gran cantidad de áreasuperificial efectiva para el contacto entre el gas y el liquidocon un mínimo de resistencia al flujo del líquido y del gas.Este ejemplo particular de absorbedor MEA está diseñado pararemover CO2 de la corriente de gas efluyente de un reformadorde hidrógeno. Hay tres lechos, cada uno soportado por unarejilla hecha de porcelama, igual a la de las monturas Intalox.Hay un registro debajo del soporte de cada lecho y un registroencima del lecho superior. Este último es para instalar einspeccionar la malla eliminadora de nieblas y el distribuidorde la alimentación. Debajo de cada rejilla hay unre-distribuidor. Encima de cada rejilla hay un registro u orificiode mano (hand-hole), de tal manera que la rejilla pueda serinspeccionada.

Cuando se llena la torre con relleno, la caída del relleno seamortigua haciéndolo asentarse dentro de una torrepreviamente llena de agua. Cada lecho, empezando con el delfondo, se llena con 3 ó 4 pies de agua y el relleno se deja caerdentro del agua. La cantidad de agua sobre las monturasdebería ser aproximadamente de 3 a 4 pies. Cuando lasmonturas caen lentamente hacia abajo, se intercalan y secompactan dando una cantidad máxima de área superficial conla mínima caída de presión. A veces hay problemas debidos ala rotura de las monturas. Hay un tamiz en el fondo delabsorbedor MEA colocado sobre la línea de salida, a fin deretener trocitos de porcelana que pudieran ir a la succión de labomba.

Para preparar la puesta en marcha de la columna, se funde laMEA y tanto el absorbedor como el agotador (desorbedor ostripper) se llenan con una cierta cantidad de MEA. Seestablece la circulación de alimentación en la cabeza y desalida en el fondo del absorbedor. El gas rico en CO2 viene deotra unidad precedente, se alimenta al fondo del absorbedor, yse pone en contacto con la MEA que desciende a través de lasmonturas. El CO2 es absorbido en la MEA. El gas limpio sale através de la malla, la cual elimina cualquier MEA arrastrada, yluego sale por la salida de la cabeza de la torre de MEA comoproducto terminado. La MEA luego va a una columna agotadora(desorbedor) donde el CO2 es desorbido, y se circula de nuevoa la torre MEA. Ocasionalmente la MEA tiene que ser cambiadao repuesta debido a pérdidas. La MEA debe almacenarse enforma fundida de tal manera que esté lista para ser bombeadacuando se requiera. Sin embargo, no puede permitirse que laMEA esté demasiado caliente, puesto que tiene un olor muydesagradable y podría causar problemas en áreas pobladas.

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La torre de MEA está diseñada para una presión de unos 19kg/cm2 (270 psig). La temperatura de diseño es alta; en estecaso particular es de 345°C (650°F). En esta unidad el gas dealimentación viene de un metanador que opera a altastemperaturas, aunque el gas ha sido enfriado en unintercambiador intermedio de recuperación de calor. Elabsorbedor de MEA no tiene por que funcionar a 650°F, pero siel intercambiador fallase, el hidrógeno de alimentación podríaentrar el absorbedor a temperaturas muy altas por lo cual elabsorbedor debe estar diseñado para el caso hipotético deposible fallo.

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ABSORBEDOR MEA DELA PLANTA DE H2

(H2 PLANT MEA ABSORBER)

RELLENODE MONTURAS

INTALOX DE 1 1/2"

SALIDA DEL GAS

MALLA ELIMINADORADE NIEBLA

ENTRADA DE MEA

DISTRIBUIDOR DELA ALIMENTACIÓN

- REGISTRO DE MANO

SOPORTE

REGISTRO DE MANO

REDISTRIBUIDOR

REGISTRO DE MANO

LC- LGENTRADA DEL GAS

REGISTROCONO CON ORIFICIOS

DE 1/4"


SALIDA DE MEAUOP 220-6-9

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Separador De Prácticamente todas las unidades catalíticas que tienenAlta Presión una corriente de gas de reciclo, tendrán un separador de alta

presión. Éstos están diseñados principalmente para separarhidrógeno de hidrocarburos. El hidrógeno luego va a la succióndel compresor de reciclo. Los hidrocarburos pasan al tren defraccionamiento.

Uno de los componentes básicos de un separador de altapresión es una malla usada como eliminadora de nieblas(demister) la cual está generalmente construida de monel. Estásoportada en un deflector (baffle) en la cabeza del separadorpara coalescer o eliminar las gotitas de hidrocarburos de lacorriente de gas. Hay un distribuidor de entrada, generalmentelocalizado en la parte media del recipiente, que ayuda adistribuir el gas uniformemente a través de todo el recipiente.Hay un indicador de nivel de vidrio a media altura delrecipiente para mostrar el nivel de hidrocarburos y un indicadorde nivel de vidrio en el fondo para mostrar el nivel de agua. Loscontroladores de nivel controlan los caudales de agua y dehidrocarburos que salen del separador de alta presión. El nivelde líquido en el fondo del separador es importante. Algunos delos separadores de alta presión operan a una presión muchomás alta que la del próximo recipiente que le sigue. La altapresión en el separador, particularmente en unidades dehidrocracking que operan a presiones de hasta 2000 psi, podríaperderse si, por cualquier razón, el nivel de líquido no semantuviese en el fondo del recipiente. Esto puede causarproblemas graves en los recipientes que vienen a continuación.

La línea de salida, si va a una bomba, generalmente tiene unrompedor de vórtice. En los casos en que el líquido sale delrecipiente bajo presión propia no se requiere rompedor devórtice. En unidades de desulfuración y de hidrocracking, haysistemas para lavar con agua los enfriadores que preceden alseparador de alta presión. El agua tiene que ser eliminada delhidrocarburo a fin de reducir la carga en el equipo aguas abajo,tal como en el separador de baja presión o en el tambor deevaporación a baja presión (flash drum). Para esto, se instalaun deflector a la mitad del recipiente, se coloca una malla en laotra mitad del recipiente aproximadamente a un tercio de ladistancia desde el fondo del recipiente, y se instala undeflector vertical desde el deflector horizontal. Este deflectorsoporta una malla vertical que se extiende casi hasta el fondodel recipiente. Puesto que con toda probabilidad el aguacontendrá componentes corrosivos, el fondo del tanque debeestar revestido con metal u hormigón.

La línea de salida de hidrocarburos tiene un tubo retenedorque se extiende por encima de las mallas para la coalescenciadel agua. Esto asegura que, aunque se tenga un nivel de agua,el agua no irá a la salida de hidrocarburos. El agua que sale del

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fondo del separador puede ser enviada a un desorbedor decompuestos sulfurados y a continuación tratada para eliminarrestos de H,S y de NH3 antes de descargarla en un río o deenviarla a una unidad de tratamiento de efluyentes acuosos.

Hay también un conjunto de platos y de bajantes en elseparador de alta presión de las unidades de desulfuración yde hidrocracking, de tal manera que, durante la regeneración,los productos de combustión puedan ser eliminados de lacorriente gaseosa del gas de reciclo. Los platos permiten elcontacto apropiado. Cuando se usan platos, se inyecta el aguadirectamente en el separador de alta presión, donde se poneen contacto con el gas de reciclo ascendente. Los productosde combustión son absorbidos y eliminados por el fondo delseparador de alta presión y la corriente puede ir a una unidadde purificación de agua.

Una unidad de hidrocracking que opere a alta presión, tendrátípicamente una presión de diseño de 135 kg/cm2 (2000 psig).La temperatura de diseño del separador mostrado es de 120°Co, aproximadamente, de 250°F.

Puesto que habrá algunos productos corrosivos, el recipientedebe estar hecho de acero al carbono pasivado. Todas lasmallas están hechas de monel. El fondo de la torre, como semencionó antes, está revestido con hormigón, así como el tuboretenedor (standpipe).

Una de los detalles interesantes del separador de altapresión de una unidad de hidrocracking, es el hecho de quetiene cabezas semiesféricas. La mayoría de los recipientes, dehecho todos los recipientes, de los que hemos habladopreviamente, están construidos con cabezas elípticas deexcentricidad 2:1. La cabeza semiesférica puede ser construidacon un espesor mucho menor (mucho más delgada) que unacabeza elíptica 2:1 para una presión de diseño equivalente.

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SEPARADOR DE ALTA PRESIÓN(HIGH PRESSURE SEPARATOR)

SALIDA DE GAS

MALLA RETENEDORADE NIEBLA

ENTRADA

MALLA DECOALESCENCIA

REVESTIMIENTO DEHORMIGÓN

SALIDA DEL AGUA

REGISTRO

ENTRADA DE AGUA(CON BRIDA CIEGA)

TUBO RETENEDOR

LC- LG

SALIDA DEHIDROCARBUROS

UOP 220-6-10

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Tambor DeEvaporación ABaja Presión(Tambor De Flash)

La función de un tambor de evaporación a baja presión(tambor de flash) es la de eliminar hidrógeno y otrosgases ligeros disueltos en los hidrocarburos debido a laalta presión en el recipiente precedente al tambor deevaporación a baja presión. El recipiente precedente al tamborde evaporación, puede operar a unas 2000 psig y a unatemperatura de 130°F. El tambor de evaporación a baja presiónopera a 100 psig y 125°F. Aunque hay una pequeña caída detemperatura, con una caída de presión cercana a 1900 psig, sepuede esperar que la mayoría del hidrógeno se desorba dellíquido que entra al tambor de evaporación a baja presión, ycon esto se reduzca la cantidad de hidrógeno que podría ir aldesbutanizador. Así, sin calor de fraccionamiento ni deebullución, una gran cantidad de gases indeseables sonevaporados del líquido. El tambor de evaporación a bajapresión, al menos durante la regeneración en la unidad dehidrocracking, tiene que soportar la presencia de algunosmateriales corrosivos. El recipiente está hecho de acero alcarbono pasivado y tiene un revestimiento de hormigón deaproximadamente 3/4" de espesor en la mitad inferior delrecipiente.

El tubo retenedor vertical (standpipe) para la salida dehidrocarburos está hecho de monel así como el rompedor devórtice. Hay una gran cantidad de agua que sale de esterecipiente. Por ello, hay un control de nivel y un indicador denivel de vidrio en la bota de agua. El agua se bombea de labota del agua, por lo que hay un rompedor de vórtice en lasalida del agua. Puesto que los materiales que van a esta botason corrosivos, la bota está embridada al recipiente a fin deque pueda ser desmontada y reemplazada con otra nuevacuando la corrosión del metal sea excesiva.

Dentro del acumulador hay una malla de monel de 12"(0,3 m) de espesor. Esta malla sirve para dos propósitos: uno,ayudar a la retención de gotitas de hidrocarburos arrastradasen la corriente gaseosa y provocar su coalescencia y retorno; yotro, coalescer las gotas de agua, separándolas delhidrocarburo a medida que éste pasa a través de la mallaretenedora. La bota de agua está dimensionada de tal maneraque pueda ser utilizada como un registro para inspeccionar lamalla retenedora en el lado aguas abajo de la'malla, y hay otroregistro colocado aguas arriba para la inspección de este ladode la malla. Hay un distribuidor para gas e hidrocarburos en lalínea de entrada. Hay una línea de salida de gas y una líneapara la válvula de escape, puesto que cualquier sobrepresiónen el sistema normalmente se descarga en este punto. Hayboquillas embridadas para el indicador de nivel de vidrio y parael control de nivel de la fase orgánica.

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TAMBOR DE EVAPORACIÓN A BAJA PRESIÓN(TAMBOR FLASH DE BAJA PRESIÓN)

(LOW PRESSURE FLASH DRUM)

ENTRADA

9>CO-vj

REVESTIMIENTODE HORMIGÓN

VÁLVULADE SEGURIDAD

REGISTRO

MALLA DECOALESCENCIA

BOTA DEAGUA

LC-LG

SALIDA DE GAS

LC-LG


TUBO RETENEDOR

SALIDA DEHIDROCARBUROS LÍQUIDOS

SALIDA DEL AGUA UOP 220-6-11

Reactor TípicoDe Un SoloLecho Con FlujoAxial Hacia Abajo

1. Presión de diseño — 30 kg/cm2, 425 psig.

2. Temperatura de diseño de la carcasa — 400°C, 750°F.

3. Limitaciones en la presión y temperatura deregeneración—3,5 kg/cm2 a 525°C, 50 psig a 977°F.

4. Materiales de construcción.

A. Externos

1. Carcasa y cabezas de acero aleado con 0,5% demolibdeno. El interior de la carcasa y de las cabezas estárevestido con acero inoxidable con 11a 13%Cr. Elrevestimiento tiene un espesor de 3,2 mm o 1/8".

2. Todas las bridas son F-1 de 300# con empaque deanillo. F-1 indica que la brida está hecha de acero aleadoconteniendo 1/2%de molibdeno. La ranura para el empaque deanillo es de fondo plano y está acabada con un depósito desoldadura de acero inoxidable de 3,2 mm o 1/8" de espesor.

3. Todas las boquillas están recubiertas con una capade 3,2 mm o 1/8" de acero inoxidable con 11-13%de cromo.

B. Internos

El material usado en la construcción de las partesinternas es acero inoxidable. Acero inoxidable 18-8 se usageneralmente para los tamices. Excepción de lo antesmencionado, es el distribuidor de entrada. El constructorpuede escoger el tipo de acero inoxidable, que contendrácromo, níquel y titanio, o 18%de cromo, y 11%de níquel ycobalto.

5. Descripción de las partes internas del reactor.

A. Distribuidor de entrada

La brida de la cabeza del distribuidor de entrada estácolocada entre las dos bridas de entrada y está sujetadafirmemente por un anillo de asbesto trenzado comprimidoentre la brida del codo y la brida del distribuidor de entrada. Eldistribuidor consta de una rejilla que contiene cincuenta y seisorificios de 12,7 mm o 1/2" de diámetro, igualmente espaciadosen círculos concéntricos. La rejilla del distribuidor estácolocada encima de una serie de tres conos, cada uno un pocomás pequeño que el siguiente. Los conos introducen lacorriente de gas de proceso de tal manera que el gas deproceso es distribuido sobre el diámetro total del lecho decatalizador.

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B. Tamiz de la Boquilla de Salida

Hay un tamiz en el cabezal del fondo, construido conuna placa de acero inoxidable de 6,4 mm o 1/4" de espesor enforma de cono truncado. Las ranuras en la pared del cono sonde 1/4" x 1". Este tamiz permite el paso libre del gas deproceso pero retiene el material cerámico de soporte delcatalizador de 19 mm o 3/4" de diámetro que rodea al tamiz.

C. Boca de descarga del catalizador

Hay una boca de descarga de 102 mm o 4" de diámetrocolocada en la cabeza inferior. La boca tiene una brida deempaque de anillo con una brida ciega, excepto cuando sedescarga el catalizador. Instalada en la boca de descarga hayuna válvula de descarga y una extensión de la boquilla, llenacon bolas de cerámica de 6,34 mm o 1/4" de diámetro, que seextiende a través del material de soporte del catalizador de talmanera que el catalizador puede ser sacado del reactor sinperturbar el material de soporte del catalizador.

D. Material de Soporte del Catalizador

La cabeza inferior del reactor está llena de bolascerámicas de 19 mm o 3/4" de diámetro hasta un nivel de 152mm o 6" encima del extremo superior del tamiz en forma decono truncado. Sobre la capa de bolas de cerámica, hay unacapa de 102 mm o 4" de bolas de cerámica de 6,3 mm o 1/4"de diámetro. Sobre esta capa hay otra capa de 102 mm o 4" desoporte del catalizador de 3,2 mm o 1/8" de diámetro. Parareactores de flujo axial hacia abajo que tengan un diámetrosuperior a 8", las capas de soporte de catalizador de 1/4" y 1/8"de diámetro tienen 6" de espesor.

E. Canastas distribuidoras (Cestos distribuidores)

El catalizador descansa sobre la capa de soporte de3,2 mm o 1/8" de diámetro. Poco a poco se eleva el nivel delcatalizador hasta que falten 304 mm o 12" para el niveldeseado y entonces se colocan las canastas distribuidoras.Siete canastas grandes en un círculo de 380 mm o 15" de radioy tres canastas pequeñas en un círculo de 152 mm o 6" deradio. En el círculo de 152 mm (6") de radio, las tres canastasdeben estar espaciadas 325 mm (12,75") entre centros. En elcírculo de 380 mm o 15" de radio, las 7 canastas deberán teneruna distancia de 344 mm (13,5") entre centros. Luego seañaden y se nivelan los 304 mm (12") de catalizador restantes.Sobre el catalizador se pone una capa de 75 mm (3") de bolasde cerámica de 6,3 mm (1/4") de diámetro. Sobre ésta se colocauna capa de 75 mm (3") de bolas de cerámica de 19 mm (3/4")de diámetro. Las canastas distribuidoras largas y cortas tienen

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en su parte interior diámetros de 18" y de 14" respectivamentey una longitud de 22" y de 17". El fondo está cerrado con untamiz y en la parte alta hay un plato del calibre N° 12. Elalambre del tamiz es de 1,6 mm (1/16") de diámetro y el orificiodel tamiz es de 1 mm (0,042").

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REACTOR DE UN SOLOLECHO CON FLUJO AXIAL HACIO ABAJO

(SINGLE BED DOWN FLOW REACTOR)

CANASTASDISTRIBUIDORAS

BOLAS DECERÁMICA

1/8"1/4"3/4"

2

ENTRADA

DISTRIBUIDOR DEENTRADA

CATALIZADOR

BOLAS DECERÁMICA

SILLA DE ELEFANTE YSU TAMIZ

BOCA Y VÁLVULADE DESCARGA DEL

CATALIZADOR

SALIDA UOP 220-6-12

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Reactor De ParedCaliente DeLecho MúltipleY De Flujo AxialHacia Abajo

1. Presión de diseño típica del reactor: 155,0 kg/cm2,2200 psig.

2. Temperatura del diseño del reactor: 440°C, 824°F.

3. Materiales de construcción.

a) Externos

La carcasa, cabezas, boquillas y bridas del reactor estánconstruidas de aleación que contiene 2-1/4%cromo, 1%molibdeno. Los recipientes pueden ser hechos de placa oforjados.

b) Internos

Todas las partes internas del reactor, incluyendotuercas, pernos y tamices son de acero inoxidable tipos 316L,347,0321.

c) La carcasa y las cabezas están usualmente revestidascon una capa superpuesta de 10 + 2 pasos de soldadura deacero inoxidable tipo 347.

4. Descripción de las partes externas

a) Ambas cabezas del reactor, superior e inferior sonsemiesféricas, debido a los requerimientos de operación aalta presión.

b) El reactor tiene una boquilla de entrada de 508 mm o20" de diámetro y una boquilla de salida de 254 mm o 10" dediámetro. Hay 14 boquillas en el lado del reactor, 12 sonboquillas de termopozos de 50,0 mm (2") de diámetro y dosson boquillas de entrada de corrientes de enfriamiento de 152mm o 6" de diámetro. En la cabeza inferior hay una boquilla dedescarga del catalizador de 152 mm o 6" de diámetro.

5. Descripción de las Partes Internas del Reactor

a) Suspendido de la brida de entrada hay un distribuidorde entrada diseñado con una rejilla que contiene 68 orificios de19 mm (3/4") de diámetro, igualmente espaciados en círculosconcéntricos. Suspendidos de la rejilla hay tres conostruncados concéntricos que distribuyen la corriente de procesode entrada uniformemente sobre todo el plato distribuidorde entrada.

b) Plato Distribuidor de Entrada — El plato distribuidorde entrada contiene 100 tubos verticales, igualmenteespaciados, de 62,5 mm (2-1/2") de diámetro y 225 mm (9") delargo. El extremo superior de los tubos está cerrado y los lados

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de la parte superior tienen ranuras en ángulo de 45°. A 38 mm(1-1/2") del extremo inferior del tubo y a 25,4 mm (1") del platohay 4 orificios igualmente espaciados de 9,6 mm (3/8") dediámetro. Dado que la alimentación está formada por dosfases, líquido y gas, el liquido podría mojar solo partes delcatalizador y causar canalización de flujo en el reactor, por loque es necesario diseñar el reactor a fin de impedir que estoocurra. El gas de proceso entra por las ranuras en el ladosuperior del tubo. Cualquier líquido que pueda separarse delgas de proceso se recoge en los platos colocados alrededor delos tubos. Cuando se alcanza un nivel de aproximadamente 21mm (7/8"), el líquido entra en los tubos a través de los orificioslaterales de 9,6 mm (7/8") de diámetro. El líquido que se mezclacon la corriente de gas es pulverizado en finas gotitas ydistribuido a través de la primera capa de catalizador. Con laexcepción de cuatro orificios de 6,4 mm (1/4") de diámetro, elplato no permite el paso de líquido. El espacio entre la parteinterna del reactor y la circunferencia exterior del plato estásellado con asbesto trenzado de 25,4 mm (1") de grueso.

c) Lechos de catalizador — En el reactor hay 3 lechosde catalizador. Los lechos superior y medio están soportadosen una rejilla cubierta con un tamiz de malla de 9 x 9-1/2. Eltamiz está cubierto por una capa de material de soporte delcatalizador de 3,2 mm (1/8"). Sobre el material de soporte delcatalizador hay una entrada de gas de enfriamiento. Cadaentrada de enfriamiento consta de un tubo cabezal de 76 mm(3") de diámetro que divide al recipiente horizontalmente. Hay13 tubos distribuidores laterales, igualmente espaciados, aambos lados del cabezal y a un ángulo de 90° con el mismo. Elcabezal y los tubos laterales tienen orificios igualmenteespaciados para mejorar la distribución del gas deenfriamiento. El propósito de esta entrada de gas deenfriamiento es el de distribuir hidrógeno frío uniformementeen el gas caliente de proceso para reducir la elevación detemperatura causada por la reacción exotérmica en el lechosuperior del catalizador.

d) Platos redistribuidores — Debajo de las rejillas desoporte del catalizador, hay un plato redistribuidor, diseñadode la misma manera que el plato distribuidor de entrada sobreel lecho superior. Este plato redistribuye uniformemente el gasde proceso a los lechos inferiores. Sin embargo, dado quesería imposible descargar el catalizador de los lechos superiory medio a través de las rejillas de soporte, tamices y platosredistribuidores, se insertan tres boquillas de descarga delcatalizador a través del plato de redistribución y del tamiz yrejilla de soporte. Cuando se descarga el catalizador de loslechos inferiores, el catalizador de los lechos superiores fluyea través de estas boquillas y se saca por la boqulla existenteen la cabeza inferior.

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e) Tamiz de la canasta de salida—Hay un tamiz en lacanasta de salida de 456 mm (18") de diámetro externo por 354mm (14") de altura que se asienta sobre guías insertadas en latubería de salida. La canasta está diseñada para permitir ellibre paso de la corriente de proceso y retener el material desoporte de catalizador de 19 mm (3/4") de diámetro que rodeala canasta. Encima de la parte superior de la capa de materialde soporte de 19 mm de diámetro hay otra capa de 10 mm (4")de material de soporte de 6,4 mm (1/4") de diámetro. Sobreesta capa se coloca todavía otra de 101 mm (4") de material desoporte de 3,2 mm (1/8") de diámetro. Estas capas de materialde soporte sostienen el lecho inferior de catalizador en elreactor. Para reactores de diámetro superior a 8 pies, elespesor de las capas de soporte de 1/4" y 1/8" se aumentahasta 6" (15 mm).

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REACTOR DE LECHO MÚLTIPLEY FLUJO AXIAL

(MULTI BED DOWN FLOW REACTOR)

PLATO DISTRIBUIDORDE ENTRADA

POZOS DETERMOPARES

(TERMOPOZOS)

SALIDA

REGISTRO YENTRADA

TAMIZ DE SOPORTEDEL CATALIZADOR

PLATO REDISTRIBUIDOR

ENFRIAMIENTO(QUENCH)

PLATO REDISTRIBUIDOR

CARCASA EXTERIOR

REVESTIMIENTOINTERIOR

BOQUILLA DE DESCARGADEL CATALIZADOR

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Reactor De NOTA: Con la excepción de las dimensiones, éste esFlujo Radial un reactor representativo de los reactores de lecho fijo, de

flujo radial y de paredes calientes.

1. Presión de diseño típica: 40 kg/cm2, 570 psig.

2. Temperatura de diseño típica de las paredes del reactor:525°C, 977°F.

3. Materiales de construcción

a) Cuerpo y cabezas: A-387 Gr. II. Este código delmaterial indica que la carcasa y las cabezas del reactor estánhechas de una aleación de acero que contiene 1-1/4%de cromoy 1/2%de molibdeno. Las bridas y las tuberías también estánhechas de la misma aleación de acero pero el código de lasbridas es F-11 y el de la tubería es P-11. La brida tiene unajunta de anillo con una ranura de fondo plano. El código para elempaque de anillo es F-5, lo que significa que el empaquecontiene 5%cromo y 1/2%molibdeno. Todos estos materialesdan excelentes resultados a presiones y temperaturas altas.

b) Los materiales usados en la construcción de laspartes internas del reactor, con muy pocas excepciones,pertenecen a dos clases:

1. Cualquier parte interna que esté soldada a la pareddel recipiente será generalmente de acero inoxidable 405conteniendo de 11 a 13%de cromo. La excepción es el collarde guía de la tubería central perforada, el cual es de aceroinoxidable 316 L.

2. Las partes internas restantes del recipiente son deacero inoxidable 316. Una excepción es el anillo de expansiónde las placas de media caña (scallops), el cual es de acero A-387 Gr. 11, que contiene 1-1/4%de cromo y 1/2%de molibdeno.Todos las pernos son de aleación con 11-13%de cromo.

c) La cabeza inferior (fondo) del reactor debe estarrecubierta con ladrilló refractario.

4. Descripción de las partes internas

a) El distribuidor de entrada está diseñado para cambiarla dirección del flujo entrante, de dirección axial (hacia abajo)hacia los lados (radial). La parte superior del distribuidor deentrada tiene una brida que está mantenida firmemente entrelas bridas de la boquilla de entrada por compresión contra unanillo de asbesto trenzado colocado entre la brida deldistribuidor de entrada y la de la boquilla del reactor.

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b) Placa deflectora

Es un deflector horizontal suspendido de la cabezasuperior del reactor y provisto de un registro de acceso.

c) La mampara contiene el cierre y espacio muerto decatalizador y dirige la corriente de gas de proceso hacia el tubocentral.

d) Las placas de media caña (scallops) son seccionescilindricas ranuradas, cortadas a lo largo de la generatriz delcilindro, y presionadas herméticamente contra la pared internade la carcasa del reactor. El extremo inferior de las mediascañas descansa en un anillo de soporte situado en el fondo delreactor. Los extremos superiores de las medias cañas estánsostenidos por una varilla sujetadora y están abiertos parapermitir la entrada del gas de proceso. El gas es distribuidopor medio de las medias cañas a lo largo de la altura total dellecho del catalizador. El número de medias cañas varía segúnel diámetro de la carcasa del reactor. Un reactor de 1,5 m(5 pies) de diámetro contiene 20 medias cañas. Lasranuras en las medias cañas son demasiado pequeñas parapermitir que el catalizador pase por ellas. Cuando se carga elcatalizador no se debe permitir que éste caiga dentro de lasmedias cañas.

e) El tubo central es esencial para la distributionuniforme del gas de proceso a través del lecho de catalizador.El gas de proceso sale de las medias cañas, circulahorizontalmente a través del lecho de catalizador, y pasa através de agujeros perforados en el tubo central, el cual estádispuesto verticalmente en el reactor y se extiende a través detodo el lecho catalítico. El número y tamaño de los agujeros enel tubo central es cuidadosamente calculado por el ingenierode diseño para dar la mejor distribución del gas de proceso através del lecho catalítico. Los agujeros perforados en el tubocentral son de diámetro mayor que el diámetro de laspartículas de catalizador. Para evitar las pérdidas decatalizador, el tubo ce/itral está envuelto con una malla otamiz. Los agujeros de la malla tienen aproximadamente 1 mmde diámetro, de tal manera que el catalizador no puede pasar através del tamiz.

f) Cubierta del tubo central: Si se desea operar unaunidad de reformado catalítico a capacidades más bajas quelas de diseño por un prolongado período de tiempo, una menorcantidad de catalizador será requerida. Si se descarga parte delcatalizador para mantener una distribución apropiada a travésdel lecho, se coloca una cubierta sobre un tramo del tubocentral, a partir de su extremo superior. La cubierta y la partecorrespondiente cubierta del tubo central se llaman la

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"cubierta del tubo central". Cuando se extiende la cubiertadebe extenderse también la mampara exterior a fin depreservar el flujo lineal de la corriente del gas de proceso.

g) Manga del tubo central: En el centro de la cabezainferior del reactor se suelda una manga o tubo a la cabeza. Eldiámetro interno de la manga es 3,2 mm (1/8") más grande queel diámetro exterior del fondo del tubo central, el cual seacomoda dentro de la manga y descansa sobre un asientoformado en la cabeza inferior del reactor. Este asiento debeestar limpio antes de que el tubo central sea colocado dentrode la manga. El interior de la manga está acabado en suextremo superior de tal forma que una pieza de asbestotrenzado pueda taponar este espacio para evitar la fuga decatalizador entre la manga y el tubo central.

h) Boquilla de descarga del catalizador: En la cabezainferior de cada reactor hay una boquilla de descarga decatalizador de 102 mm de diámetro. Excepto cuando se estádescargando el catalizador, la boquilla debe estar tapada conuna brida ciega. Dentro de la boqulla hay una válvula. Laboquilla atraviesa la carcasa del reactor y el revestimiento deladrillo refractario hasta el lecho del catalizador. La partesuperior de la boquilla está llena de bolas de cerámica de 1/4"(6,4 mm) de diámetro hasta el nivel del ladrillo refractario.

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REACTOR DE FLUJO RADIAL(RADIAL FLOW REACTOR)

DISTRIBUIDOR DEENTRADA

CUBIERTA DELTUBO CENTRAL

TUBO CENTRAL

TAMIZ DELTUBO CENTRAL

VÁLVULA DE DESCARGADEL CATALIZADOR

DEFLECTOR (PLACA)

MAMPARA

NIVEL DE CATALIZADOR

MEDIA CANAPERFORADA

ASBESTO TRENZADO

REVESTIMIENTO DELADRILLO REFRACTARIO

ASBESTO TRENZADO

UOP 220-6-14

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Carga DeCatalizador AlReactor DeFlujo Radial

La cantidad de catalizador a ser cargada debe serdeterminada por la refinería. Sin embargo, hay algunosdetalles importantes que conciernen al operador. Éstosse enumeran a continuación:

1. Los bidones de catalizador deben estar tapados hastaque se carguen en los reactores. El catalizador nunca debeestar expuesto a la lluvia o a la intemperie.

2. Nunca deben mezclarse catalizadores distintos. Losbidones de los distintos catalizadores deben almacenarse eidentificarse separadamente.

3. Debe llevarse un registro exacto de cada bidón cargadoen el reactor.

4. No debe permitirse que ningún objeto extraño, tal comotuercas para cierre de los bidones, pernos, empaques,alambres de sellado, herramientas, etc., entre en el reactorjunto con el catalizador. Observe lo siguiente si usted tomaparte en la carga del catalizador:

— El catalizador nunca debe caer libremente a más de unmetro de altura.

— El reactor debe llenarse de manera que la superficie delcatalizador siempre permanezca horizontal y bien nivelada.Evite montones!

— Nunca camine sobre el catalizador a menos que estéusando raquetas en sus zapatos para distribuir su peso.

— Use una máscara contra el polvo para evitar que elpolvo del catalizador entre en sus pulmones. Lávese congrandes cantidades de agua cuando haya concluido su jornadalaboral.

— Asegúrese que el catalizador es cargado hasta el niveladecuado y que el lecho ha sido nivelado con una regla.

— Si se quiere una muestra del catalizador fresco, tomeuna pequeña cantidad (25 ce) de cada bidón cuando éstos sevierten en la tolva de carga. Guárdela en una bolsa de plásticosellada o en una botella. No deje la muestra expuesta al aire.Nunca la exponga a la humedad. Identifique adecuadamente lamuestra marcando la bolsa o recipiente.

— Cubra el extremo superior de las medias cañas de talmanera que no les entre catalizador durante la carga. Antes dequitar esta cubierta y antes de colocar las bolas de cerámicaen el espacio muerto entre la mampara y las medias cañas,limpie con un cepillo el catalizador que pueda estar adherido a

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Descarga DelCatalizador DelReactor DeFlujo Radial

la mampara deflectora, luego coloque 50 mm de bolas decerámica de 6,3 mm de diámetro entre la mampara y lasmedias cañas. Sobre esta capa de bolas de 6,3 mm dediámetro, ponga otra capa de 250 mm de espesor de bolas decerámica de 19 mm de diámetro.

— Asegúrese de que el distribuidor de entrada ha sidocolocado antes de cerrar el reactor.

— El catalizador que caiga al suelo o en plataformas debeser barrido y recogido en un bidón vacío marcado "barridos".Este catalizador recogido es de valor y puede ser recuperado.

NOTA: Nunca entre en un reactor a menos que se hayaasegurado de que no corre riesgo y la entrada esté permitida.Si el reactor no tiene la cantidad suficiente de oxígeno para larespiración se corre peligro de muerte.

1. Normalmente, antes de la descarga se tendrá querealizar el quemado del carbón del catalizador. Esto eliminael carbón, los gases de hidrocarburos y las piritas delcatalizador. Si el catalizador no ha sido regenerado, averigüecuales son las técnicas de seguridad para la descarga.

2. Los lechos de catalizador deben ser enfriados a 40°Capproximadamente antes de la descarga.

3. Los conductos de descarga se conectan a la boquillade descarga después de que la brida ciega y el empaque deanillo han sido retirados.

4. Se saca la válvula de descarga de la boquilla dedescarga, lo que permite que las bolas de cerámica salgan yvayan a pasar a un recipiente separado.

5. El flujo del catalizador es regulado con una válvula enel conducto de descarga.

6. El catalizador debe ser descargado en bidones decatalizador limpios. Los bidones de catalizador de la UOP sonextra fuertes.

7. Cada bidón debe tener un empaque y una tapaabrazadera empernada.

8. De cada bidón que ha sido descargado del reactor sedebe tomar una muestra de 25 ce. El área de descarga bajo elreactor debe estar barrida y limpia antes de empezar ladescarga. El catalizador que caiga al suelo debe ser recogido ycolocado en un bidón de "barridos" para después retornarlocon el resto del catalizador.

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9. Un bidón de catalizador contiene aproximadamente 100kg. El peso de tara del bidón es el peso del bidón, más el pesodel empaque, más el de la tapa abrazadera y del perno y tuercade la tapa abrazadera. El peso de tara más el del catalizador esigual al peso bruto de bidón.

Por ejemplo:

Peso de tara = 22,5 kgPeso neto de catalizador = 100,0 kgPeso bruto = 122,5 kg

Se debe llevar un registro del peso de tara, peso neto ypeso bruto de cada bidón.

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Preparación,Arranque Y ParoDe RecipientesY SistemasRelacionados

Después de que un recipiente ha sido construido y erigido,las partes internas han sido instaladas por el contratista,y el recipiente ha sido inspeccionado, el operador comenzaráa realizar las operaciones finales de preparación delrecipiente. Si se trata de una columna fraccionadora, existenbocas de registro en cada plato, las cuales permiten e! accesoa la columna y facilitan el trabajo de mantenimiento. Una vezque el trabajo ha sido realizado, estos registros tienen que sersellados y el operador debe asegurarse de que han sidocolocados y sellados apropiadamente. Primero, sin embargo, eloperador debe inspeccionar cada plato para comprobar querestos cualesquiera, papel, herramientas, linternas etc., hayansido removidos y que los platos estén limpios. El operadordebe cerciorarse de que varillas de soldadura, tuercas, pernos,piezas de madera, basura, y otros objetos hayan sidoremovidos del fondo de la columna. Una vez que el interior dela columna ha sido inspeccionado completamente, las bocas deregistros exteriores son cerradas. El operador debe tenercuidado de asegurarse de que los contratistas hayan limpiadominuciosamente las caras de las bridas, eliminado laherrumbre y removido cualquier aspereza de las caras, de queel empaque esté instalado, y de que las bridas esténempernadas y ajustadas herméticamente.

Una vez que la columna esté completamente cerrada elsiguiente paso consiste en una prueba hidrostática con uncódigo de prueba, en el que los factores de temperatura ypresión están calculados, o una prueba de fuga de líquido en laque no se considera el factor temperatura. Normalmente sepresiona la unidad hasta la presión deseada, llenádola conagua, siempre y cuando por supuesto las fundaciones puedansoportar este peso. Si se pide al operador que llene la columnacon agua, su supervisor debe indicarle que equipo debe estarincluido en la prueba hisdrostática junto con el recipiente. Esposible que parte del equipo deba ser excluido de la pruebahidrostática debido a ser incapaz de soportar la presión. Elequipo no incluido en la prueba hidrostática debe ser aisladocon juntas ciegas, y esto incluye las válvulas de descarga.Cuando se llene la columna con agua, la columna debe serventeada en cabeza para remover todo el aire. La columnaentonces se llena completamente hasta que rebose agua por elventeo; la válvula de venteo entonces se cierra y posiblementese tapona. Generalmente no existe otro punto de venteo másalto excepto quizás por un venteo en la línea de salida deproductos de cabeza, la cual deberá ser también cerrada. Elcontratista o el personal de mantenimiento procederá entoncescon la prueba hidrostática. Cuando la prueba se haya realizado,el agua deberá ser drenada. El operador que esté asignado aldrenado de un recipiente, debe primero abrir el venteo decabeza y luego puede proceder al drenaje por el fondo de lacolumna. Sin embargo, el drenaje debe llevarse a cabo

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lentamente, ya que normalmente la tubería de venteo es de 1"y la de drenaje es de 10". El operador debe cerrar la línea de10" parcialmente de tal manera que el cuadal volumétrico desalida del agua no sea mayor que el de entrada de aire alrecipiente, con lo que se impide la formación de vacío en elrecipiente. Muchas columnas no están diseñadas para vacío ypodrían reventar y desplomarse debido al drenaje simplementeporque el operador se ha olvidado de abrir el venteo. Si laválvula de venteo ha sido taponada, asegúrese con certeza deque el tapón ha sido removido y de que la válvula está abierta.Si es posible, no se fie de un solo venteo, abra dos o tres a finde asegurarse de que la columna esté venteándose.

En algunas partes de las tuberías conectadas al recipiente,han sido colocadas bridas para aislar la sección sometida aprueba hidrostática de las otras secciones que no pueden sersometidas a la presión de prueba. Estas bridas tienen que serremovidas y contadas. Inserte un empaque nuevo entre lasbridas y, por supuesto, vuelva a colocar los pernos y ajúsfelosherméticamente.

La siguiente fase de la operación es el lavado con agua. Nopermita nunca que el agua de lavado de las líneas vaya a parara recipientes, ya que, si hay suciedad en las tuberías, éstapodría ir al recipiente, intercambiadores, hornos, etc. Elsupervisor a cargo del drenaje del recipiente debe cuidar que eloperador drene por líneas específicas, digamos una línea desucción de la bomba después de que la brida de la bomba hayasido abierta. Sin embargo, asegúrese de que el agua sucia delavado no entre en la bomba. Prosiga con el lavado hasta queel agua de lavado de la línea de succión salga limpia.

Todas las líneas de alimentación, líneas de retorno dealimentación de calderas, líneas de reflujo, líneas de salida decortes laterales, etc. deben ser desconectadas y lavadasseparadamente con agua para aseguarse de que esténabsolutamente limpias. Entonces deben ser reempacadas yreempernadas. Luego se colocan tamices en las bridas de lasucción de todas las .bombas, se llena el fondo del recipientehasta un cierto nivel y se circula agua a través del hervidor,retornándola por la línea de vapor. También puede ponerseagua en el acumulador de productos de cabeza, bombeandoentonces el agua a través de la línea de reflujo. Puede inclusodejarse la columna llena con el agua de la prueba hidrostática,y se deja entonces drenar el agua por todas las líneasconectadas a la columna. Cuando la columna está llena deagua, puede permitirse que el agua rebose en el acumulador decabeza y regrese a la columna a través de la línea de reflujo,con las bombas de reflujo funcionando.

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En la etapa de lavado con agua y de prueba de las bombas,hay otros aspectos que deben tenerse en consideración. Elsupervisor probablemente le dirá al operario que todas lasválvulas de control deben ser removidas completamente de lalínea, puesto que el lavado con agua no se realiza a través deesta clase de equipo. Tal como se dijo antes, ciertos equiposdeben ser bloqueados durante la prueba hidrostática porque nopodrían soportar la presión de prueba. Uno de estos equiposson las válvulas de descarga o de escape.

Debe asegurarse de que las bridas ciegas hayan sidoremovidas de las válvulas de descarga. La operación deválvulas accionadas por motor eléctrico también presentaproblemas. Un motor eléctrico diseñado para proveer lapotencia suficiente para bombear hidrocarburos (y puede queel hidrocarburo pese sólo un 60%del peso del agua) estaríasobrecargado en la operación con agua a menos que se tomenlas precauciones necesarias. El motor eléctrico no puedesuministrar suficiente potencia para bombear agua al mismocaudal de diseño que para bombear hidrocarburos, así que ladescarga de una bomba centrífuga debe ser cerradaparcialmente hasta que el motor opere con un amperaje seguro(de diseño o menor). Usualmente, un electricista coloca unamperímetro alrededor de los cables conductores que salen delestator del motor e informa al operador de cual es el amperajecirculante. La válvula de descarga de la bomba se cierra hastaque el amperímetro indique una corriente inferior alamperaje de diseño, indicado en la placa de identificación delmotor. Usando este método el motor no se sobrecargará. (Elmotor debe estar provisto de desconectado automático encaso de sobrecarga.) Debe asegurarse también de que labomba no se recaliente.

Las placas de orificio generalmente no se incluyen en ellavado con agua o prueba de bombas, sino que se instalandespués de que estos preliminares han sido completados.Durante el lavado con agua todos los puntos bajos de drenaje yconexiones de cualquier tipo deben ser abiertos paraasegurarse de que no están taponados y de que el agua quesale es razonablemente clara. Ésta es una buena oportunidadpara desatascar drenajes, venteos y puntos similares en dondepueda haberse acumulado suciedad. Si no se hace ahora,puede que luego uno tenga que desatascarlos conhidrocarburos en la línea, lo qual puede presentar problemasde seguridad.

Durante el lavado con agua, se prueban las bombas. Este esel momento de observar las bombas para comprobar sulubricación y ver que no haya recalentamiento ni cavitacióndebido a la obturación de los tamices colocados en la succiónde las bombas. Debe informar a su supervisor de cualquier

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ruido extraño y recalentamiento anormal que Ud. observe.Generalmente las bombas son relevadas cada 4 horas a basede un sistema de rotación a través de una bomba de reserva.Cada bomba debería operarse de 12 a 24 horas. Si la bombaestá ligeramente desalineada o tiene algún defecto, aquí escuando debe ser observado. Por supuesto, cualquier bombaque empieza a cavitar o tiene problemas serios de vibración ocalentamiento debe pararse inmediamente. Esto generalmenteno presenta problema alguno a menos que se esté bombeandode un recipiente a otro y que la bomba tome la succión delotro recipiente. Cuando esto ocurra, el sistema entero tieneque ser parado hasta que la bomba haya sido reparada o hastaque pueda arrancarse la bomba de recambio.

El lavado con agua da al operador una excelente oportunidadpara aprender como se operan las válvulas y ver que lasbombas estén bombeando apropiadamente y que los niveles delos indicadores de nivel estén en su debida posición. ¡Note:los flotadores de los controles de nivel indicarán un valor másalto con agua que con hidrocarburos!

Hay algunas piezas del equipo que generalmente no se lavancon agua, por ejemplo: reactores de reformado catalítico y laslíneas de succión de los compresores. Estos equiposusualmente son tratados con ácido o por abrasión conperdigones previamente a la puesta en marcha. Los sistemasde aceite de los compresores usualmente son acidificados yno lavados con agua. Las líneas de vapor, generalmente secalientan lentamente con vapor; entonces se abren las válvulasde admisión y descarga de vapor, permitiéndose un barrido conun caudal elevado de vapor a través de las líneas de vapor; Laslíneas de aire se barren de forma similar con aire. No tienesentido lavarlas con agua, ya que ésta podría afectar a losinstrumentos. Las lineas de gas combustible constituyen otrosistema que tiene que ser barrido con vapor y luego secadocon aire comprimido antes de admitir gas combustible. Debetenerse cuidado de no arrastrar suciedad ni orín a las boquillasde los quemadores o mecheros. Las boquillas debendesconectadas antes.de barrer las líneas y luego se reinstalanen los quemadores. Una vez que el operador se ha aseguradode que la línea esté limpia, puede dar un barrido con vapor através del quemador, si así lo desea.

Un punto que debe ser tomado en cuenta, cuando se estácirculando agua en un sistema pequeño y cerrado, es que nohay manera de eliminar el calor generado por la bomba, por loque el líquido se calienta gradualmente. Esto puede dar lugar aevaporación y producir cavitación. Si se detecta una elevaciónde temperatura, notifique a su supervisor a fin de recibirinstrucciones de como afrontar el problema o pare la bombadurante un rato, deje enfriar el sistema, y póngala nuevamenteen marcha.

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Una vez que la bomba ha sido probada con agua y el lavadode la línea ha sido completado el problema siguiente es el dedesalojar el agua del sistema, y esto es muy importante. Siquedase agua en el sistema, ésta podría penetrar en hervidorescalientes y equipos similares durante el arranque produciendodaños de consideración. Así que, antes de purgar la unidad yde cargar aceite y gases de hidrocarburos, debe asegurarsecon absoluta certeza de que no queda agua en el sistema. Paraello, el operador debe asegurarse de que todos los puntosaltos de venteo y todos los puntos bajos de drenaje esténabiertos y de que toda el agua haya sido drenada. El operadordebe recorrer las líneas y tuberías tratando de visualizar si hayalgún punto donde puedan quedar bolsas de agua. Si no hayposibilidad de drenar estas bolsas, habrá que buscar algunamanera de desalojar el agua totalmente del sistema.

Un área que presenta gran dificultad es la de loscalentadores; especialmente los de paso múltiple. Si cada pasode un calentador de paso múltiple tiene una válvula de controlo una válvula manual o siquiera una brida, puede entoncesbarrerse cada paso separadamente con aire. Todos los otrospasos pueden ser cerrados o bloqueados temporalmente conbridas ciegas. Pero si hay, digamos, cuatro pasos con unaentrada comúm, un barrido con aire sólo desalojará el líquidode uno de los pasos sin eliminar el agua de los otros tres. Eneste caso, las líneas de gas combustible tendrán que serpuestas en operación, la unidad tendrá que ser aprobada paraservicio, restringiendo ciertas áreas para soldaduras, y,entonces, tomando las precauciones necesarias, debenencenderse los quemadores a llama muy baja y gradualmenteevaporar el agua de todos los pasos. Usualmente no senecesita una llama alta, ya que basta una llama baja paraevaporar el agua. El supervisor deberá dar al operadorinstrucciones claras y oportunas para llevar a cabo el secadode los calentadores e intercambiadores de hornos.

La siguiente etapa en la preparación de un recipiente es lade desalojar el aire, de tal manera que cuando se alimentenhidrocarburos, las líneas del recipiente, cabezales de líneas,acumuladores de productos de cabeza, enfriadores,condensadores, etc., no tengan oxígeno presente que podríacrear una atmósfera explosiva. Esto puede hacerse de una odos maneras. Puede utilizarse un gas inerte como N2; sinembargo, a menudo N2 no es disponible o es demasiadocostoso. Otro procedimiento más común es el de utilizar vapor.Si las calderas están listas para operar, las líneas de vapor hansido barridas y están limpias de suciedad, y todas las trampashan sido reinstaladas en el sistema (las trampas deben habersido desconectodas previamente para evitar acumulación desuciedad durante el barrido de los cabezales de vapor y delsistema de condensado) y están funcionado, entonces el

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sistema está listo para el purgado a vapor. Usualmente, la UOPpondrá una conexión para vapor en la descarga de las bombasde los hervidores. Se acopla una manguera de vapor a estaconexión, y se desaloja el líquido por la línea del calentador, através del calentador y entrando en el recipiente por la línea deretorno de vapores del calentador. Puede recogerse algo decondensado en el fondo de la columna, por lo que deberátenerse abierto un drenaje para permitir la salida delcondensado al desagüe. El vapor de agua asciende por lacolumna, hasta que finalmente sale por el venteo de cabeza.Este venteo puede cerrarse, permitiéndose que el vapor salga através de los enfriadores de agua o de aire para condensaciónde los productos de cabeza. Naturalmente, no es deseable lapresencia de agua de enfriamiento en los condensadores nique esté operando el ventilador en los enfriadores de aire(aerorefrigerantes).

Algunas veces los enfriadores con aire tienen que sercubiertos con una lona, tablero o cartón, de tal manera que nocircule aire a través del enfriador que pudiera condensar elvapor. (¡Cuidado! Cuando se circule vapor a través decualquier intercambiador, especialmente condensadoresenfriados con agua, asegúrese de que el lado del agua estéventeándose, de modo que el aumento de temperatura causadopor el vapor no pueda presionar este lado del intercambiador ycausar grandes daños en el equipo). El vapor entra en elacumulador de productos de cabeza el cual se ventea paradesalojar el aire. Debe ventearse el vapor por la parte superiorde las mirillas de vidrio y por los venteos en los puntos altosde los condensadores enfriados por agua o por aire. Además,deben ventearse los indicadores de nivel (mirillas de vidrio) dela columna, si los materiales de construcción lo permiten, ytodos los puntos altos del sistema. Debe permitirse tambiénque el vapor regrese por la línea de reflujo, ventee a través deldrenaje del sistema de válvulas en E, y vaya a la bomba dereflujo a través del by-pass alrededor de la válvula de control.Yendo en la otra dirección, se barre con vapor desde elacumulador de productos de cabeza hacia abajo hasta labomba de reflujo, de tal manera que cada línea sea purgada. Eloperador, en cuanto le sea posible, debería mantener todos losventeos abiertos. El operador debe tomarse su tiemporesiguiendo todas las salidas de las líneas para asegurarse deque todos los sistemas han sido perfectamente purgados convapor.

Algunas veces el vapor tiene que seguir una tubería tan largapara ir de la bomba del hervidor al calentador del hervidor yluego regresar a la columna, que puede condensar yacumularse en los codos en U de los calentadores verticales.En tal caso, se puede encender un quemador a bajo fuego enel calentador para vaporizar este condensado y asi ayudar a

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mantener el calentador libre de condensado. Algunas veces elcalor de las llamas piloto basta. En otros calentadores, puedeencenderse un quemador. Si se enciende solo un quemador yel calentador tiene más de uno, en otras ocasiones los demásquemadores deberían ser encendidos en rotación.

Un método usado para determinar si se ha eliminado el airede un recipiente, consiste en tomar un recipiente o bombatomamuestras y conectar una salida en T a la cabeza de labomba de muestreo. En la sección recta de la T ponga unmedidor de vacío. Deje salir vapor de la columna purgando através de la bomba, luego cierre la válvula en la bomba y laválvula en la columna. Sumerja la bomba en agua. Una vez quetodo el vapor se haya condensado, debería haber un buen vacíoen la bomba, provisto que no haya ninguna fuga. Si el vacíollega hasta 725 mm de mercurio, puede suponerse que elsistema está razonablemente libre de aire. Esta es una formade verificarlo. Otra manera de verificarlo consiste en tomarmuestras y analizarlas en un analizador de oxígeno portátil paraver si hay algo de aire en las muestras. Una vez que todo elaire ha sido sacado del recipiente y el recipiente está calientepor efecto de la purga con vapor, si el suministro de vapor hasido cortado, el recipiente se enfriará. Si el venteo se cerrase,se crearía un vacío en el sistema, pero si los venteos sedejasen abiertos se succionaría aire con lo que deberíarepetirse todo el trabajo anterior. Lo que se debe hacer es ircerrando lentamente todos los venteos y dejar una baja presiónde vapor en el sistema, quizás unas 25 Ibs/pulg2, dependiendode la presión de diseño del recipiente o sistema. El supervisordeberá dar instrucciones de cual debe ser la presión utilizadaen cada sistema particular. Con presión de vapor en el sistemael operador deberá verificar si hay fugas. Una vez que todas lasfugas han sido encontradas y tapadas, se debe aliviar toda lapresión de vapor de la columna. Una vez que ésta ha sidoaliviada, la columna todavía se enfriará. Para evitar queentre aire en el sistema a través de un venteo abierto, o que seforme un vacío cuando los venteos estén cerrados, permita laentrada de gas combustible para presionar la columna hastaque alcance la presión del sistema de gas combustible. Estomantendrá una presión positiva constante en la columna.Algunas veces, la presión del sistema de gas combustible esmás alta que la presión para la cual fue diseñada la columna.En este caso, se deberá tener cuidado de no presionar lacolumna a una presión que haga que las válvulas de descargase abran. En este tipo de columna, introduzca gas combustiblelentamente y, a medida que la columna se enfríe, continúeintroduciendo gas combustible para mantener una presiónpositiva en la columna. Cuando la columna alcance latemperatura ambiente, se puede llevar la presión hastaaproximadamente 0,7 kg/cm2 (10 psig) y cerrar la entrada de gascombustible.

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Una vez el sistema se encuentra a la presión de gas deseaday cada uno de los recipientes y equipo relacionado están enequilibrio, se procederá a purgar (drenar) el agua otra vez porlos puntos bajos de venteo y drenaje. Cuando se ha purgadotoda el agua libre deben reponerse los tapones en todos losdrenajes. El operador puede todavía necesitar algún venteo enla cabeza para la puesta en marcha así que puede dejar algunodestapado durante cierto tiempo. La unidad ahora está listapara la introducción de hidrocarburos.

Durante el arranque y puesta en marcha el operador trabajarádirectamente bajo las órdenes de su supervisor immediato y élle informará que nivel deberán tener las columnas, en queorden debe arrancarse el equipo, etc.

Confiamos que con esto se haya dado una idea de como seprepara la planta para el arranque y que precauciones debentomarse. Esto no significa que el operador sea responsable portodas las operaciones, pero él debe estar al corriente de que eslo que se está haciendo y reconocer que el supervisor estápresente para indicarle y ayudarle tanto como le sea posible.Por supuesto, informe a su supervisor de cualquier cosa que leparezca anormal y manténgale al corriente de que es lo que seestá haciendo en cada instante.

El paro de una columna puede ser tan difícil como elarranque si no se realiza adecuadamente. Cuando se corta elcalentamiento de la columna, los gases pueden condensar yproducir el vacío. Las columnas que no están diseñadas paravacío pueden reventar y derrumbarse. Así, una vez que la presiónde la columna esté por debajo de la presión del sistema de gascombustible, el operador puede comenzar a introducir gascombustible en la columna. En la mayoría de los casos hay unaválvula de by-pass alrededor de la válvula de control depresión. La válvula de control de presión de la columna,generalmente, envía gas combustible hacia el sistema de gascombustible desde el acumulador de productos de cabeza. Así,abriendo este by-pass, el gas combustible del sistema de gascombustible puede retornar y llenar la columna. Dependiendodel volumen de gas eh todo el sistema de gas combustible, esdeseable hacer esto lenta y cuidadosamente. Debe evitarse quecaiga la presión del sistema de gas combustible y se apaguenlos quemadoresres de los hornos y calentadores que estánoperando. Algunas veces, cuando no se dispone de gascombustible, es posible balancear la presión con la de otrascolumnas que están todavía operando, así que la columnapueda enfriarse sin peligro.

Una vez que la columna ha sido enfriada, todo el líquidorecogido en el fondo de la columna puede ser transferido a lostanques de "slop", a otras columnas, o a otras unidades, y loshidrocarburos pueden ser drenados por todos los puntos bajos.

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Columnas donde hay hervidores internos deben tener losdrenajes abiertos a fin de drenar el líquido de los hervidoreshacia el fondo de donde será drenado fuera de la columna. Engeneral, cuando el operador ha removido todo el hidrocarburoposible de las columnas, éstas pueden ser otra vez barridascon vapor. Si la columna en su interior tiene presión de gascombustible dentro de ella, se puede sacar el gas hacia elcabezal del sistema de antorcha.

Sin embargo, se llegará a un punto en el cual, si se continúaenviando vapor a la antorcha, ésta puede apagarse. Por lotanto, después de un período de tiempo razonable, gasesligeros tales como metano e hidrógeno, pueden ventearse a laatmósfera, dependiendo de las regulaciones locales contra lacontaminación atmosférica. Esto no debe hacerse con gasespesados, tales como propano y butano, que puedenacumularse a nivel del suelo y causar explosiones. Se puedecontinuar barriendo con vapor las columnas hasta que todoslos gases de hidrocarburos hayan salido de ellas.

El condensado recogido en el fondo de las columnascontendrá cantidades considerables de aceite y por lo tantoeste aceite debe ser enviado a las piscinas de aguacontaminada con aceite, de donde pueden ir a un separadordonde se recupera el aceite del agua. Luego, el agua puededescargarse en un rio o corriente natural sin ningunacontaminación de hidrocarburos.

Con la columna barrida y libre de todos los hicrocarburos(comprobar con un explosímetro) se puede permitir la entradade aire. Por lo tanto, el operador puede cortar el vapor ypermitir que el aire entre por los venteos y llene la columna.Las columnas entonces, deben ser sopladas con ventiladorespara asegurarse de que todos los gases tóxicos de cualquiertipo son eliminados del sistema. Ingenieros de seguridaddeben muestrear el gas que sale por los venteos y por otrospuntos a lo largo de la columna para confirmar que la columnase encuentra en condiciones seguras y que la atmósfera esrespirable. Cuando la columna es abierta, se verificará otra vezque hay la adecuada cantidad de aire para la respiración de laspersonas dentro de la columna. Nunca debe entrarse en unrecipiente sin las guarniciones de seguridad y sin que hayaalguien afuera vigilando la cuerda a la que Ud. está atado.Trabaje siempre con un compañero fuera de la columna quemantenga contacto constante con Ud., de tal manera que si leocurre algo anormal dentro de la columna, el hombre de afuerapueda pedir ayuda o sacarlo del recipiente. NUNCA entre en unrecipiente sin que haya alguien vigilando afuera de la boca deregistro!

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YOUP B€f IM€BY OPtífllORS

ACCIONAMIENTOS.UNIDADES MOTRICES


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TURBINAS DE VAPOR(STEAM TURBINE)

Turbinas DeVapor

Tipos DeTurbinas

Las turbinas son máquinas capaces de realizar trabajo.Se usan ampliamente en las refinerías para el suministro depotencia. Se usan para accionar bombas centrífugas,compresores de gas, soplantes de aire, ventiladores ygeneradores eléctricos. Cada turbina está diseñada para unpropósito específico y desarrolla una potencia específica. Losprincipios básicos para el diseño de una turbina son siemprelos mismos, aunque generalmente cuanto mayor es la turbina,más complicada es.

La turbina de vapor opera a base del mismo principio que elmolino de viento, o la rueda de paletas movida por un flujo deagua que proviene de un río. En una turbina de vapor, el vaporpasa a través de una tobera pequeña a gran velocidad y empujalas aspas o alabes montados en un rotor. La fuerza del vaporhace que el rotor gire y esta fuerza desarrollada puede accionaruna bomba o un compressor, o generar electricidad.

TURBINAS DE IMPULSIÓN — En una turbina de impulsiónel vapor es dirigido desde las toberas hacia los alabesmontados en un disco giratorio. La caída de presión seproduce únicamente a través de la tobera y la presión en losalabes permanece constante.

TURBINAS DE REACCIÓN — En las turbinas de reacción elvapor se expande en anillos alternos de alabes fijos y dealabes móviles. La caída de presión se efectúa tanto en losalabes fijos como en los alabes móviles.

Las turbinas pueden ser o sólo de impulsión o de unacombinación de impulsión y reacción.

Las turbinas simples en la mayoría de los casos son del tipode impulsión.

Las turbinas se clasifican también por las condiciones a lasque sale el vapor de la máquina.

a) Turbina de condensación: Es aquélla en la cual el vaporexhausto sale a una presión inferior a la presión atmosférica.

b) Turbina no condensante: Es aquélla en la cual el vaporexhausto sale a una presión por encima de la presiónatmosférica.

7-3

Principios DeOperación DeUna Turbina DeImpulsión Típica

El vapor se expande en la tobera la cual le dirige hacialos alabes montados en el borde del primer disco giratorioo rodete. El flujo del vapor cambia a una dirección axial, amedida que pasa a través de los alabes. Entonces unos alabesestacionarios redirigen el vapor al segundo juego de alabes. Eneste sistema la energía calorífica del vapor se transforma enenergía cinética de velocidad y luego en trabajo mecánico.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DEUNA TURBINA DE IMPULSIÓN

NO CONDENSANTE(PRINCIPLES OF OPERATION OF A NONCONDENSING IMPULSE TYPE TURBINE)

TOBERA DE VAPOR

ALABES MÓVILES

DIRECCIÓN DEROTACIÓN

nf - ALABEESTACIONARIO

ENTRADA ALA TOBERA

ALABES ¿^ VISTAMÓVILES DIAGRAMATICA

DE LOS ELEMENTOSINTERNOS DE UNA

TURBINA

VELOCIDADI

DESCARGA JDE LA TURBINA ^

RELACIÓN PRESIÓN VELOCIDAD DEL VAPOR ATRAVÉS DE UNA TURBINA DE IMPULSIÓN

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Turbina De El vapor entra en la válvula del regulador o gobernadorVapor Típica después de haber pasado a través del filtro y de la válvula de

estrangulamiento. La posición de la válvula del gobernadordetermina que cantidad de vapor se admite en la cámara devapor y las toberas. Cuando el vapor pasa a través de lastoberas, su velocidad se incrementa a valores muy altos.Entonces el vapor rápidamente entra en la primera fila dealabes donde parte de la energía se usa para mover el rodete.Los alabes inversores estacionarios sirven para invertir ladirección del flujo de manera que el vapor entrará en ladirección apropiada a la segunda fila de alabes móviles. En lasegunda fila de alabes móviles se extrae más energía delvapor. Finalmente el vapor sale de las turbinas a través de latubería de salida del vapor exhausto. La carcasa está sellada ala entrada del eje por medio de varios anillos segmentados decarbón los cuales se mantienen en su lugar por medio de unosresortes de retención. En eje está soportado en chumaceraslubricadas o en cojinetes de bolas. El gobernador y suarticulación controlan la posición de la válvula del regulador ogobernador. Si la carga aumenta, la turbina tenderá a disminuirde velocidad. La acción de los contrapesos y del resorte delgobernador, transmitidos a través de la articulación, abren másla válvula de vapor permitiendo que entre más vapor, con loque la turbina se mantiene a una velocidad fija. Una reducciónen la carga tiene el efecto contrario. El ajustador manual develocidad se usa para fijar la velocidad a la cual la turbina debetrabajar. El mecanismo de disparo de emergencia se construyey se ajusta de modo que corte el suministro de vaporaccionando una válvula de cierre rápido cuando la velocidadpasa de un valor predeteminado. La mayoría de losmecanismos de disparo por exceso de velocidad estánregulados para operar entre 10% y 15% por encima de lavelocidad de operación. Se han conocido casos en los cualeslos rotores de la turbina se han destrozado debido asobrevelocidades.

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TURBINA DE VAPOR TÍPICA(TYPICAL STEAM TURBINE)

VÁLVULA CENTINELA

EMPAQUETADURA DEANILLOS DE CARBÓN

VAPOR DE SELLOS

ALABES O PALETAS DE PALANCA DE DISPAROLA TURBINA

CONJUNTO DEL / CONJUNTO DELPASADOR DE DISPARO / GOBERNADORPOR SOBREVELOCIDAD / DE CONTRAPESOS

VAPOR DE FUGA

EJE DELA TURBINA

DRENAJE DELA CARCASA

AJUSTADORDE VELOCIDAD

tásTi H n nfeî ra QE

SALIDADEL VAPOR

ALABE GUIA OESTACIONARIO

ENTRADADE VAPOR

VÁLVULA DEESTRANGULACIÓN

Rodamientos YLubricación

El eje del rotor debe girar libremente pero el movimientoaxial del eje debe ser muy pequeño, de otra manera sedañarían los alabes del rotor.

Para mentener el eje en la posición correcta, se usanrodamientos. Estos pueden ser chumaceras o cojinetesantifricción de rodillos o de bolas. El rodamiento máscomúnmente usado en turbinas pequeñas es la chumacera enla cual se emplea metal Babbit como superficie de rodamiento.El metal Babbit es una aleación de estaño, antimonio y plomo.Como esta mezcla de metales tiene un punto de fusión bajo, latemperatura máxima de un rodamiento hecho de este materiales importante, y no debería ser operado a más de 75°C. Latemperatura normal de operación debería estar alrededor de los55°C.

SuministroDe Vapor

En la mayoría de las turbinas pequeñas se emplea una formasimple de lubricación de la chumacera mediante un anillo delubricación. Este anillo es holgado y gira con el eje. A medidaque éste gira, arrastra aceite desde el depósito al rodamiento.

En turbinas pequeñas el depósito de aceite no está enfriadopor agua y el calor generado se disipa a la atmósfera. A medidaque aumenta el tamaño de la turbina, la cantidad de calorgenerado es mayor, por lo cual los depósitos de aceite estánenfriados con agua.

En las turbinas más grandes se emplea un sistema delubricación forzada. Éstos tienen entonces bombas derecambio de aceite lubricante, filtros de aceite, un depósitogrande de aceite y un enfriador de aceite independiente.

En estos tipos de turbina se establece la circulación delaceite lubricante antes de que la turbina sea puesta en marchay se deja funcionar después de que la turbina ha sido paradapara enfriar los rodamientos.

El suministro de vapor a una turbina debe estar libre tantode condensado como de cualquier líquido, pues éste causaríauna rápida erosión de'los alabes del rotor. Ésta es una de lasrazones por las que el vapor generado es sobrecalentado. Lacondensación en las líneas de vapor aumenta con la distanciadesde la caldera. Se instalan trampas de vapor a lo largo de lalínea para extraer el condensado a medida que éste se forma.Para reducir la posibilidad de entrada de condensado en lasturbinas, todas las tomas de vapor se hacen por la partesuperior de las líneas de distribución de vapor.

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Válvulas De A menos que la carcasa de la turbina esté diseñadaSeguridad para soportar la presión total de suministro, debe estar

protegida por alguna forma de dispositivo de seguridad.Normalmente se coloca una válvula de seguridad en la líneaque está entre la admisión y la válvula de bloqueo.

Se acoplan válvulas centinelas a la carcasa de las turbinasque están diseñadas para resistir la presión del vapor.

La válvula centinela deja escapar vapor para advertir queexiste presión excesiva, pero no es lo suficientemente grandepara liberar tanto vapor que se reduzca rápidamente la presiónen la carcasa.

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DETALLES DE LA LUBRICACIÓN DE UNA TURBINA(DETAILS OF TURBINE BEARING LUBRICATION)

^~ VÁLVULArV-"""^ CENTINELA

m

GOBERNADOR

ENTRADADE VAPOR "X

CARCASA DERODAMIENTOS

ALABES MÓVILES

ANILLOS DE CARBÓN CONRESORTES DE RETENCIÓN

CARCASA DE LOSRODAMIENTOS

SELLOSDE ACEITE

ANILLOS DELUBRICACIÓN

DEPOSITO DEACEITE

DESCARGADEL VAPOR

DRENAJE DEL VAPOR DESELLO

Se//os YEmpaquetadurasDe Las Turbinas

Cuando la presión en el interior de una turbina es más altaque la presión atmosférica, algo de vapor se fuga a lo largodel eje. La fuga de vapor reduce la potencia desarrollada yaumenta el consumo de vapor. En algunos casos una presiónmás baja que la presión atmosférica en el interior de la turbinapuede provocar una admisión de aire a lo largo del eje. Estotiende a elevar la presión de la turbina y puede causarcorrosión. Por lo tanto ambas formas de fuga deben sereliminadas al máximo.

Para minimizar estas fugas se emplea un sistema deempaquetaduras, pero en vez de las empaquetaduras que seusan en una bomba o en el prensaestopas de una válvula, elempaquetado usado en las turbinas se compone de anillos decarbón o de sellos de laberinto.

Los anillos de carbón tienen la forma de segmentossostenidos entre sí por medio de resortes de retención. Unavez instalados no es posible ajusfarlos.

Los sellos de laberinto consisten en un número de tirasdelgadas, circulares y de borde afilado, soportadas en lacarcasa y posicionadas de tal manera que el espacio entre eleje y el borde de estas tiras es muy pequeño. Una vez queestas tiras han sido acopladas no es posible ajustarías.

Ninguno de estos sellos sella completamente el vapor, asíque, en las turbinas no condensantes, está previsto quedespués de un número de anillos o de secciones de laberinto,el vapor se fugue a la atmósfera.

En las turbinas que operan a vacío, conocidas como turbinasde condensación, se agrega vapor de sellos. El vapor de sellosimpide el ingreso de aire hacia el interior de la turbina a basede mantener una presión ligeramente positiva en la cámara desellos, la cual minimiza la fuga de vapor por los sellos hacia elinterior de la carcasa de la turbina.

7-12

EMPAQUETADURA Y SELLO BÁSICOS(BASIC GLAND AND SEAL)

VAPORDE SELLO

ANILLOS DECARBÓN

CON RESORTES

DESCARGA DEf VAPOR DE SELLO

ANILLOS DE CARBÓN CONRESORTES DE RETENCIÓN

SELLO SIMPLE DE LABERINTO

TURBINA DE VAPOR - VAPOR DE SELLO


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CONTROL / ENTRADADE PASO DE VAPOR

RESORTE DE RETENCIÓN

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ANILLOS DE CARBÓN

EJE DE LA TURBINA

UOP 220-7-4

7-13

Gobernadores Básicamente los sistemas de regulación (gobernadores)(Reguladores) de una turbina controlan el flujo de vapor para mantener una

velocidad constante aún cuando varíe la carga.

El gobernador de velocidad más simple y familiar paraturbinas pequeñas es el de contrapesos de acción directa.

En el diagrama se puede ver que en la posición de arranquecon los contrapesos en reposo, la válvula del gobernador estáabierta. A medida que la válvula principal de vapor se abrelentamente, el eje de la turbina comienza a girar. A medida quela rotación aumenta, los contrapesos se levantan y separandebido a la fuerza centrífuga, comprimiendo así el resorte delgobernador. Esto hace que la barra de articulación delgobernador se mueva ajusfando la abertura de la válvula devapor y controlando la velocidad al valor requerido.

Para fijar la velocidad al comienzo de la operación, se regulael ajustador de velocidad, el cual fija el brazo de palanca de laarticulación que actúa sobre la válvula de estrangulamiento. Semide entonces la velocidad con un tacómetro. Si la velocidadde la turbina aumentase, los contrapesos serían lanzados haciaafuera. Esto comprimiría el resorte del gobernador y cortaría elsuministro de vapor hacia la turbina, reduciendo así suvelocidad. Entonces los contrapesos descienden ajustando laarticulación y permitiendo el paso de más vapor hacia laturbina con lo que eventualmente se alcanza el equilibrio.

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POSICIONES DE LOSCONTRAPESOS DEL GOBERNADOR

(FLYBALL GOVERNOR POSITIONS)

RESORTE DEL GOBERNADOR

CONTRAPESO

EJE DE LA TURBINA

AJUSTADOR DE VELOCIDAD

ARTICULACIÓNDELGOBERNADOR

CONDICIONES INICIALES

VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTOTOTALMENTE ABIERTA

RESORTE DEL GOBERNADOR

EJECONTRAPESO

VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTOFLOTANDO

A VELOCIDAD DEOPERACIÓN NORMAL

RESORTE DEL GOBERNADORCONTRAPESO

EJE

VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTOCERRADA

A EXCESO DE VELOCIDAD

UOP 220-7-5

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Válvulas Manuales Las turbinas pequeñas y medianas tienen una o varias— Incrementadores toberas que están permanentemente abiertas sinDe Potencia volantes manuales. Estas toberas dirigen el vapor de alta

velocidad hacia los alabes del rotor de la turbina, haciendo queéste gire.

La mayoría de las turbinas pequeñas y medianas tambiéntienen dos o tres toberas operadas manualmente, normalmentelocalizadas en la parte inferior de la carcasa de la turbina.

Cuando una turbina está operando a carga normal, con laválvula del gobernador totalmente abierta y no alcanza suvelocidad normal de operación, entonces deben abrirse estastoberas manualmente una a una mientras se comprueba lavelocidad de la turbina. Al abrir las toberas la cantidad devapor que incide en los alabes del rotor aumenta. Estas toberasdeben estar totalmente abiertas o totalmente cerradas. Sidespués de haber abierto las toberas manuales, la velocidad noaumenta, o peor aún, se reduce, la falla podría ser debida auna presión de descarga del vapor exhausto más alta que lapresión de diseño.

Estas toberas operadas manualmente sólo deben seroperadas cuando la turbina gira a una velocidad inferior a lanormal.

DETALLES DE LAS VÁLVULASMANUALES E INCREMENTADORESDE POTENCIA Y SU LOCALIZACION

(DETAILS OF HAND VALVE, HORSE POWERINCREASER & LOCATION)

VÁLVULA CENTINELA

CARCASAGOBERNADOR

-! V

CORTE TRANSVERSAL DE UNAVÁLVULA MANUAL

VÁLVULAS MANUALES

PALANCA DE REPOSICIÓN7 DEL MECANISMO DE DISPARO/ POR EXCESO DE VELOCIDAD

ENTRADA'DE VAPOR

VÁLVULA DEESTRANGULAMIENTO

DEL GOBERNADOR

VISTA DEL EXTREMO DE UNA TURBINA DE VAPOR TÍPICA

7-16

Mecanismo DeDisparo PorExceso DeVelocidad

Indicadores DeVelocidad —Tacómeíros

En condiciones normales de operación el gobernador regulala velocidad de la turbina, pero es posible que el gobernadorfalle y la velocidad aumente hasta llegar a causar daños ala turbina, y en algunos casos pueda poner en peligro laseguridad del personal. Para impedir esto, cada turbina estáequipada con un mecanismo de disparo por sobrevelocidad, elcual corta completamente el suministro de vapor si por algunarazón la velocidad excede el valor máximo de exceso develocidad permitido.

En un mecanismo simple de disparo por sobrevelocidad, elaccionador consiste en un peso que se mantiene dentro del ejepor medio de un resorte. A velocidades normales el accionadorpermanece en el interior del eje. Si la turbina se acelera, lafuerza centrífuga vence la tensión del resorte y el accionadores forzado hacia afuera donde golpea el gatillo de disparo, elcual a su vez libera el mecanismo que corta el suministro devapor a la turbina.

El mecanismo de disparo por sobrevelocidad tiene que serreposicionado después de que la turbina se ha parado.

Existen varios tipos de indicadores de velocidadconocidos como tacómetros. Tres tipos son los máscomúnmente usados:

A. DE ACOPLAMIENTO DIRECTO — Es aquél en el cual eltacómetro se acopla directamente al eje de la turbina.

B. DE IMPULSOS MAGNÉTICOS — Los impulsosmagnéticos del eje son recogidos por un dispositivo sensor yla velocidad se indica en un dial con una escala graduada.

C. DE LENGÜETAS DE VIBRACIÓN — Este tipo detacómetros se usa para medir la velocidad por medio devibraciones. Este tacómetro se adosa a la palanca delgobernador o algún otro acoplamiento externo que dé lamáxima vibración. Este punto debe ser localizadoexperimentalmente. Cuando este tipo de tacómetro se colocaen el punto de mayor, vibración, se indica la velocidad en el dialpor medio de una de las lengüetas vibradoras. Después de queuna turbina ha sido reparada por mantenimiento, se debecomprobar su velocidad con un tacómetro cuando esté a carga,y luego ajustada a su velocidad correcta. Velocidadesdemasiado bajas no permiten el desarrollo de la potenciarequerida.

VELOCIDAD — Las turbinas pequeñas están diseñadas paraoperar a una velocidad constante. Ésta es normalmente lamisma velocidad que la de los motores eléctricos, de talmanera que tanto las bombas accionadas por vapor comoeléctricamente puedan utilizar las mismas bombas derecambio.

7-17

•vi—L

00

MECANISMO DE DISPARO POR SOBRE VELOCIDAD, VÁLVULAY ARTICULACIÓN

(OVERSPEED TRIP, VALVE & LINKAGE)

PALANCA DEDISPARO MANUAL

ACCIONADOR PARAEL DISPARO DE

SOBREVELOCIDAD

PALANCA DEDISPARO

EJE DE LATURBINA

VÁLVULA DEL GOBERNADOR

PALANCA DEREPOSICIÓN

PALANCA ENPOSICIÓN

DISPARADAVÁLVULA DE

DOBLE ASIENTO

FILTRO

ENTRADADE VAPOR

ASIENTO DE LA VÁLVULA

OPERACIÓN DE TURBINAS DE VAPOR(OPERATION OF STEAM TURBINES)

Un procedimiento de operación que puede ser usado para lamayoría de las turbinas de vapor incluye lo siguiente:

Arranque 1. Comprobar que el nivel del aceite lubricante sea eladecuado. Si la turbina tiene una bomba auxiliar de aceite,arrancarla y observar la presión del aceite.

2. Abrir las purgas en las líneas de entrada y salida ypermitir que se purgue todo el condensado.

3. Abrir todos los drenajes de la carcasa.

4. Examinar todas las líneas de agua de refrigeración paraasegurarse de que el agua esté circulando.

5. Abrir la válvula de salida del vapor.

6. Abrir la válvula de estrangulamiento ligeramente, paraadmitir un poco de vapor. Permitir que la turbina se calienteadecuadamente.

7. Abrir la válvula de estrangulamiento lo suficiente paracomenzar a rodar la turbina e inmediatamente escucharcualquier sonido de rozamiento o chasquido. Se debe llamar aun especialista para que investigue y corrija cualquier sonidoanormal antes de que se intente operar la turbina. Tambiénexaminar el anillo de aceite para verificar si está lubricando losrodamientos. Ver si se sobrecalientan los rodamientos.

8. Cerrar los drenajes cuando haya la certeza de que todaslas partes drenadas estén libres de agua y que la turbina se hacalentado lo suficiente para impedir la acumulación de aguaadicional.

9. Abrir la válvula de estrangulamiento para incrementargradualmente la velocidad. Sin embargo, la mayoría de bombasmultietapa de productos calientes, deben ser arrancadasrápidamente. Por esto las turbinas que las operan constituyenuna excepción a esta práctica. A medida que la velocidad deoperación se aproxima, asegurarse de que el gobernador tomacontrol. Esto puede hacerse observando el movimiento delsistema de la válvula del gobernador.

10. Cuando el gobernador haya tomado control, abrir laválvula de estrangulamiento.

7-19

Operación 1. Las observaciones periódicas de los niveles de aceite enlos rodamientos y la detección de cualquier sonido o vibraciónanormal permiten al operador corregir muchas fallas antes deque se tornen serias.

2. Muchas turbinas están equipadas con válvulas manualespara controlar parte del flujo de vapor que va a las boquillas.Cada válvula individual debe estar totalmente abierta ototalmente cerrada. Estas turbinas deben ser operadas con elmenor número posible de válvulas manuales abiertas quepermitan mantener la carga. Operando de esta manera seutiliza el vapor más económicamente.

3. El mecanismo de disparo por sobrevelocidad esproporcionado por los fabricantes de la turbina con el objetode proteger al personal y al equipo. Ocasionalmente, seinhabilita el mecanismo de disparo por sobrevelocidad,atándole con alambres. Esta práctica viola las reglas deseguridad y el sentido común.

4. Ajustar la presión del vapor de sellos ocasionalmente paraimpedir el acceso de vapor desde la purga hacia los pedestalesdel rodamiento. Esto contaminaría el aceite y corroería losrodamientos.

5. Ocasionalmente observar la operación de los anillos deaceite de los rodamientos. Ver también el color del aceite delubricación. El aceite de lubricación de turbinas a veces setorna negro y gomoso. Si esto ocurre, pedir a un maquinistaque drene el aceite y lo reemplace con aceite nuevo.

Paro 1. Accionar manualmente el mecanismo de disparo porsobrevelocidad. Esta es la forma más fácil de parar la turbina ya la vez se comprueba la operación del mecanismo de disparopor sobrevelocidad.

2. Cerrar la válvula de estrangulamiento.

3. Reposicionar el mecanismo de disparo, dejándolo en laposición correcta para el próximo arranque.

4. Cuando el eje de la turbina se haya detenido, cerrar laválvula de descarga y abrir totos los drenajes entre la válvulade estrangulamiento y la válvula de descarga. Cualquieracumulación de agua en la carcasa causará la corrosión en larueda de alabes o rodete y en el interior de la carcasa. Unrodete corroído hará que la turbina vibre en el próximoarranque. La corrosión de la tobera y de los alabes reduce laeficiencia de la turbina.

7-20

CalentamientoDe La Turbina

Turbinas En"Stand-By"De RelevoAutomático

TurbinasDe Reacción

5. Cortar el agua de enfriamiento.

6. Abrir la purga de la carcasa de la turbina.

Excepto en los casos de emergencia, una turbina devapor debe ser calentada antes de ser puesta en servicio.

Las turbinas en "stand by" (en espera) deberían estargirando lentamente. La velocidad de rotación lenta es críticaya que la velocidad de la turbina debe ser lo suficientementerápida para lubricar las chumaceras, pero si gira demasiadorápidamente pero por debajo de la velocidad de operaciónnormal, la bomba podría trabarse debido al calor generado enlos anillos de desgaste de la bomba porque el flujo en elextremo de la bomba es insuficiente para enfriar los anillos dedesgaste. Se debe tener en cuenta que cuando la turbina sepone en operación, después de que ha sido calentada, debeentrar en operación tan rápidamente como sea posible parareducir la posibilidad de que se trabe la bomba.

La velocidad de rotación lenta se obtiene por medio de unapequeña línea de by-pass de vapor alrededor de la válvula decontrol.

La válvula automática de vapor es accionada mediante unatoma instalada en la línea de descarga de la bomba operadapor motor, de tal modo que cuando la presión cae bajo un nivelprefijado, la válvula de vapor se abre y la turbina se acelerahasta alcanzar la velocidad de operación.

En una turbina de impulsión la expansión tiene lugar através de las toberas, mientras que en una turbina de reacción,la expansión tiene lugar en los alabes del rotor. Para mantenerla expansión a través de los alabes tan eficientemente comosea posible, cada conjunto de alabes rotativos o estacionariostiene un sello, normalmente de tipo laberinto. Los alabes sonde forma diferente a los de las turbinas de impulsión.

Como es normal que el vapor entre inicialmente a la turbinaa través de una tobera, comercialmente no existe una turbinaque sea 100%de reacción. Turbinas de reacción normalmenteson una combinación de turbinas de impulsión y de reacción.La primera etapa es una etapa de impulsión seguida por etapasde reacción.

7-21

TURBINAS DE REACCIÓN(REACTION TURBINES)

DIRRECCION DEL VAPOR

DIRRECCION DEL VAPOR

DIRECCIÓNDE ROTACIÓN

DIRECCIÓNDE ROTACIÓN

ALABES DEIMPULSIÓN

ALABES DEREACCIÓN

TIRAS DESELLO

VELOCIDAD DEL VAPOR

TURBINA DE REACCIÓNRELACIÓN PRESIÓN - VELOCIDAD

ANILLO DE LOS ALABES

TIRAS DE SELLO

TAMBOR DEL ROTOR

LOS BORDES DELANILLO

ENVOLVENTEFORMAN LAS

TIRAS SELLANTES

HILERA DE TOBERASDE REACCIÓN

DETALLES DE SELLOS ENTRE ETAPAS

7-22

Turbinas DeCondensación

Arranque

Estas turbinas son una combinación de las turbinasde impulsión y de reacción. Debido a su diseño estas turbinasexpanden el vapor a una baja presión absoluta. Debido a que laexpansión se efectúa a una presión inferior a la presiónatmosférica, se requieren sellos de aire y eyectores de vacío.Estas turbinas son más complicadas y producen más potenciaque las turbinas tratadas previamente en este capítulo y seusan en la refinería normalmente para accionar generadores ocompresores.

Para obtener la máxima potencia de salida de la turbina decondensación se aumenta considerablemente el tamaño de losalabes hacia el extremo de salida del vapor exhausto de lamáquina. Esto se debe a que se tienen que expandirvolúmenes más grandes de vapor a través de los alabes de laturbina a presiones cada vez más bajas. Existe la posibilidadde que se presenten problemas de erosión debido a las gotasde agua presentes en el vapor a baja presión. Las turbinas decondensación se controlan generalmente con gobernadoreshidráulicos.

1. Repasar el libro de instrucciones de operación de lamáquina, en la parte concerniente al arranque.

2. Comprobar el nivel de aceite en el depósito de aceite y enel gobernador de velocidad. Examinar la condición del aceite.

3. Observar la condición externa general de la unidad.

4. Desenergizar el solenoide que opera la válvula dedescarga de aceite, para cerrar la válvula.

5. Suministrar aceite al sistema de lubricación de la turbinae iniciar la circulación.

6. Reposicionar el disparo por baja presión de aceite, tirandohacia arriba la palanca manual del émbolo del tapón.

7. Reposicionar la válvula de disparo hidráulico localizada enla caja de rodamientos en el lado del vapor, empujando haciaabajo la tapa de la válvula hasta que la válvula de disparohidráulico se reposicione. Observar que el aceite del cilindrode disparo mueva la palanca de disparo hasta que ésta quedeen su posición apropiada.

8. Abrir todas las válvula de la línea de drenaje de la válvulade estrangulamiento del disparo, cámara de vapor y carcasa.

9. Iniciar la circulación de agua en el condensador desuperficie.

10. Cebar y arrancar la bomba de condensado.

7-23

11. Arrancar los eyectores de aire en el condensador desuperficie. Típicamente, para el arranque se proporciona uneyector más grande denominado eyector de arranque, debido algran volumen de aire que debe ser removido.

12. Normalmente, no se debe intentar arrancar la turbinahasta que se obtenga un vacío mínimo de 10". Si es necesario,cerrar las válvulas de la línea de drenaje.

13. Reposicionar la válvula de estrangulamiento del disparo.Abrir la válvula rápidamente, pero no totalmente; de estamanera el acceso repentino de vapor hace que el rotor empiecea girar. Ajustar la válvula de estrangulamiento del disparo detal manera que el rotor mantenga su posición a una velocidadque no exceda las 500 R.P.M.

14. Cerrar las válvulas de la línea de drenaje cuando poréstas empiece a salir el vapor y no condensado, si no secerraron ya en la etapa 12.

15. Escuchar sonidos anormales que puedan indicar fricciónu otro problema interno. Si se detecta cualquier problema,parar la turbina, determinar la causa y remediarla. Si no sedetecta ningún problema continuar con la etapa 16.

16. Poner el sistema de sellos en operación de acuerdo conlas instrucciones del fabricante. En ningún caso se debeadmitir vapor de sello a las empaquetaduras cuando el rotor noesté girando.

17. Mantener la velocidad a aproximadamente 500 R.P.M.hasta que el rotor y la carcasa se hayan calentado. El tiemporequerido para el calentamiento puede variar, pero será deaproximadamente media hora. El operador experimentadorápidamente se familiarizará con la unidad y entenderá susrequerimientos. Durante este período de calentamientoexaminar los rodamientos para detectar sobrecalentamientos y,comprobar la temperatura del aceite que sale del enfriador deaceite. Si esta temperatura excede la temperaturarecomendada por el fabricante del enfriador, admitir agua deenfriamiento para enfriarla; si esto no ocurre, esperar hasta quela turbina llegue a su velocidad de operación. La temperaturadel aceite que sale de los rodamientos debería seraproximadamente de 140°F y nunca debería exceder los 175°F.

18. Diparar manualmente la válvula del disparo hidráulico,operando el disparo manual localizado delante de la caja derodamientos en el lado del vapor. Observar que se cierre laválvula de estrangulamiento del disparo. Reposicionar laválvula del disparo, abrir la válvula de estrangulamiento deldisparo y regresar a la velocidad de 500 R.P.M. No permitir queel rotor se llegue a detener.

7-24

19. Comprobar el vacío, el cual debería ser cercano al valorestimado. No intentar subir la velocidad de la turbina conmenos de 20" de vacío.

20. Abrir lentamente la válvula de estrangulamiento deldisparo, incrementar gradualmente la velocidad hasta casillegar a la velocidad crítica. Comprobar la vibración y el ruidode la unidad. Pasar y superar la velocidad crítica con unmínimo de demora, llevar la velocidad hasta un punto donde elgobernador de velocidad asuma el control.

21. Abrir totalmente la válvula de estrangulamiento deldisparo, entonces cerrarla al menos un cuarto de vuelta paraevitar que se atasque. Si en cualquier instante de este períodode aceleración se detecta vibración severa o ruido, reducir lavelocidad inmediatamente y operar a 500 R.P.M. para máscalentamiento adicional. Si no se detecta ningún ruido ovibración anormales verificar la operación del gobernador develocidad conforme éste asuma el control.

22. Subir la velocidad al valor deseado.

23. Admitir agua al enfriador de aceite, si aún no se habíahecho y ajustar el flujo de agua para mantener la temperaturarecomendada por el fabricante del enfriador (aproximadamente120°F).

24. Ajustar el sistema de sellos para las condiciones deoperación.

Parada De La 1. Reducir la carga al mínimo.Unidad

2. Disparar manualmente la válvula hidráulica de disparo quecierra la válvula de estrangulamiento.

3. Parar el sistema de sellos.

4. Parar los eyectores de aire del condensador principal.

5. Parar la bomba de condensado.

6. Parar la circulación de agua en el condensador principal.

7. Abrir todas las válvulas de la línea de drenaje desde laválvula de estrangulamiento del disparo, la cámara de vapor yla carcasa.

8. Observar las presiones del aceite conforme la unidad sedetiene.

9. Suministrar aceite a la turbina durante al menos una horadespués de que el rotor se ha detenido.

7-25

10. Cuando el suministro de aceite a la turbina se hasuspendido, examinar el dispositivo de disparo por bajapresión de aceite.

11. Parar la circulación de agua al enfriador de aceite.

12. Examinar los sellos y la válvula de estrangulamiento deldisparo para verificar que existe un cierre hermético. El vaporno debe fugarse dentro de la carcasa cuando la turbina estáparada.

13. Si la turbina va a estar parada por un tiemposuficientemente largo como para que ésta alcance latemperatura ambiente, dejar en servicio los eyectores de airedel condensador principal por lo menos veinte minutos, parasecar la turbina mientras ésta está caliente.

Precauciones 1. El arqueamiento del eje o la desviación de la carcasapuede ocurrir si se permite que el rotor esté parado enpresencia del calor. Un eje arqueado es el resultado de unamala operación y puede transformarse en un serio problema.Básicamente un eje puede arquearse o la carcasa desviarsecomo resultado de las siguientes condiciones:

a) Cuando la turbina está fría:

Si la turbina está fría, el abrir cualquier válvula de vapor(válvula de estrangulamiento, válvula de vapor de sello, válvulade entrada de baja presión) puede ocasionar un arqueamientodel eje o una desviación de la carcasa si el rotor no comienza agirar en unos pocos minutos después de que la válvula devapor ha sido abierta.

b) Cuando la turbina está caliente:

Cuando el rotor de una turbina caliente se detiene, éste searqueará en unos pocos minutos tanto si las válvulas de vapormencionadas en (a) están abiertas como cerradas. Para impedirel arqueamiento del eje, el rotor debe ser rodado continua ylentamente, o girado 180° cada pocos minutos.

Si un rotor de una turbina caliente ha dejado de girar a lospocos minutos después del paro, o si se ha admitido vapordurante unos minutos a una turbina fría, se debe ponerespecial cuidado en detectar fricción en las empaquetaduras ovibraciones cuando el rotor se vaya a operar nuevamente. Si sepresentan rozamientos internos, parar la turbina hasta que éstase haya enfriado suficiente y uniformemente para evitar elarqueamiento del eje o la desviación de la carcasa. Esteenfriamiento puede requerir ocho (8) horas o más según el

7-26

tamaño de la turbina. Un ligero arqueamiento del eje odesviación de la carcasa puede ocasionar una vibraciónexcesiva sin que esté acompañada de fricción interna; estopuede ser corregido operando la turbina a una velocidad deaproximadamente 100 R.P.M. hasta que el arqueamiento del ejeo la desviación de la carcasa desaparezcan y la máquina opereuniformemente.

2. En aquellas turbinas donde se admite vapor de sello alas empaquetaduras, se debe tener especial cuidado en queeste vapor no entre mientras el rotor esté parado y que el vaporde sellos se corte tan pronto como la turbina se dispare yantes de que el rotor se llegue a detener. En las turbinas cuyosrotores se fabrican contrayendo los rodetes de los alabes en eleje, falta de cuidado en la operación del vapor del sellos podríadar como resultado que el rodete más cercano al sistema desellos se llegase a aflojar.

3. Se debe impedir el ingreso de agua a la turbina. Unpoco de agua puede arruinar los alabes, diafragmas,chumaceras, etc. Arrastres de agua pueden ser el resultado deun nivel de agua muy alto en las calderas, fluctuacionesviolentas en el nivel del agua en la caldera, excesivo arrastrede agua de la caldera en forma de espuma, líneas de vapor maldrenadas antes de arrancar la turbina, contraflujo desde laslíneas de extracción debido a un drenado inapropiado, etc. Enuna tubería de vapor diseñada correctamente, la toma de lalínea de suministro de vapor a lalurbina se hace por la partesuperior del cabezal y la instalación adecuada de una pierna deagua con una trampa de vapor respectiva, en el extremo delcabezal, pueden impedir que los arrastres de agua provenientesde la caldera entren en la turbina.

4. Remover todos los restos de soldadura, virutas,depósitos y suciedad de la línea de vapor. Esto se puede hacersoplando la tubería con vapor de alta presión. Una malalimpieza de la línea de vapor a la turbina puede dañarseriamente las válvulas, alabes y boquillas.

7-27

TURBINA DE CONDENSACIÓN TÍPICA(TYPICAL CONDENSING TURBINE)

Las turbinas de condensación se emplean donde se desea una potencia máximaa partir de un flujo estrangulado de vapor, se dispone de agua de condensación yy no hay necesidad de vapor de calentamiento. Este diseño combinado deimpulsión y reacción tiene una etapa de impulsión y 36 etapas de reacción. Doschumaceras soportan el rotor sólido con sus pistones de balance. El aro dealabes soporta los alabes fijos de las 25 primeras etapas de reacción. La cámarade vapor integral contiene válvulas de un solo asiento, accionadas por unmecanismo de palancas.

00

UOP 220-7-9

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UNA TURBINAVAPOR TÍPICA DE CONDENSACIÓN

(SCHEMATIC DIAGRAM OF A TYPICALCONDENSING STEAM TURBINE UNIT)

REGULADOR(GOBERNADOR)

VAPORDE ALTAPRESIÓN DESCARGA DE LA

TURBINA

VÁLVULA DE ALIVIOATMOSFÉRICA

-vi

CO

DRENAJE DECONDENSADO

ACOPLAMIENTOAL EQUIPO

ACCIONADO

AGUA DEENFRIAMIENTO

ENFRIAMIENTO

CONDENSADORDE

SUPERFICIE

POZOCALIENTE

EYECTOR DEARRANQUE

EYECTORPRINCIPAL

VAPOR

CONDENSADO ALEDIFICIO DE CALDERAS

BOMBA DEL CONDENSADORDE SUPERFICIE UOP 220-7-10

MOTORES ELÉCTRICOS(ELECTRIC MOTORS)

En una refinería moderna los motores eléctricosproporcionan la mayor parte de la potencia consumida porbombas, compresores, ventiladores, etc. Se fabrican muchostipos de motores eléctricos. Cada motor tiene ciertascaracterísticas de arranque, carga que soporta y velocidad. Enuna refinería se emplean dos tipos de motores: los de A.C.(corriente alterna) y los de D.C. (corriente continua). Losmotores de D.C. se usan únicamente en aplicacionesespeciales, tales como en áreas en las cuales no se tiene unafuente constante de energía y por lo tanto tienen queautoabastecerse de la misma. Debido a las diferencias en lapotencia, los motores pueden requerir voltajes diferentes.Normalmente la mayoría de las refinerías tienen dos o tresfuentes de energía.

Por ejemplo:

a) Para motores de hasta 200 HP un suministro de 440voltios.

b) Para motores por encima de los 200 HP un suministrode 4160 voltios.

En la mayoría de los casos, se usan motores trifásicosde inducción, pero hay algunos casos en los que se especificael uso de motores sincrónicos. Los motores sincrónicos seusan para grandes soplantes, compresores y bombascentrífugas, las cuales son sensibles a ligeros cambios develocidad, on en aplicaciones que requieren un alto consumode potencia.

Sin embargo, la selección de un motor accionador puedeestar influenciada por el efecto que éste tendrá en el factor depotencia de la planta. El factor de potencia es la relación entrela onda de corriente y la onda de voltaje en un circuito de A.C.Un factor de potencia (fp) está en atraso o adelanto cuando laonda de corriente está en adelanto o retraso con relación a laonda de voltaje. El objetivo en una refinería es el de tener un fptotal, cercano a la unidad, ya que un fp atrasado o adelantadono es eficiente. Un fp bajo (menor que la unidad) es perjudicialpor muchas razones, especialmente por el alto costo que debepagar la refinería por la energía consumida. Los motores deinducción tienen un factor de potencia pobre, peroproporcionan factores de potencia aún peores cuando sereduce la carga. Los motores sincrónicos tienen factores depotencia que van de 0,8 a 1,0 y generan un factor de potencia

7-31

adelantado a cargas reducidas. De ahí que, aunque los motoressincrónicos tienen un costo inicial más alto que los motoresde inducción, un estudio de la situación del fp de toda larefinería puede dictaminar su uso en ciertos lugares,especialmente para soplantes, compresores y bombascentrífugas de gran tamaño.

Normalmente se acepta que un motor tenga una elevaciónde temperatura permitida de 60°C sobre la temperaturaambiente sin que sufra ningún problema serio. A causa delcalor generado en el motor debido a la alta corriente dearranque, en la mayoría de los motores se especifica el númerode arranques que pueden realizarse en una hora. Esto nosignifica que en casos de emergencia no puedan hacerse másarranques, pero esto podría significar que los arranques y lasparadas innecesarias serían perjudiciales para el motor.

En áreas de alta humedad se proveen calentadores dentrodel motor para mantener el aire en el interior de los motoresparados a una temperatura mayor que la del ambiente,impidiendo así que la humedad penetre en el motor cuandocambia la temperatura.

Probablemente la causa principal de fallo de un motor esdebida al fallo de los cojinetes por:

a) Mala alineación del motor y del equipo que estáaccionado, dando lugar a un empuje desequilibrado sobre loscojinetes. Esto normalmente puede ser detectado por la altatemperatura de los cojinetes o por los consumos de corrientemás altos que los normales. Si esto se detecta, el motordebería ser cambiado y examinado tan pronto como sea posible.

%

b) Falla de lubricación. Al igual que en cualquier otroelemento del equipo, los cojinetes deben ser examinados paraasegurarse de que la lubricación sea la recomendada.

Tipos De Motores MOTORES SINCRÓNICOS — Un motor sincrónico deEléctricos A.C. (corriente alterna.) opera a una velocidad específica,

independiente de la carga del motor. Desde una fuente exteriorse suministra corriente continua a los devanados de D.C. en elmotor. Esto crea un campo magnético en el rotor el cual eseléctricamente independiente del campo del estator. Lavelocidad sincrónica de un motor dado es la velocidad derotación del campo de su estator. Así, si el campo del estatorestá girando a 1.800 R.P.M., la velocidad sincrónica es de 1.800R.P.M. y la velocidad del motor se mantendrá a 1.800 R.P.M.incluso si la carga cambia.

7-32

MOTORES DE INDUCCIÓN — Los motores de inducción sellaman así debido a que en este tipo de motores se transmitela energía del estator al rotor por inducción electromagnética.No existen conexiones eléctricas entre el estator y el rotor. Eldistintivo característico del motor de inducción es que el rotordebe operar a una velocidad ligeramente menor que la delcampo del estator para que el motor pueda funcionar. Estadiferencia de las velocidades se denomina desplazamiento.Aunque el motor proporciona velocidades bastante constantes,cargas pesadas hacen que el desplazamiento del rotor seincremente, reduciendo la velocidad del rotor e induciendo unacorriente elevada en el rotor. Los motores de inducción puedenser monofásicos o polifásicos. Más del 90% de los motoresusados en la industria son motores trifásicos de inducción.

MOTORES DE JAULA DE ARDILLA — El tipo más común delos motores de inducción usados en una refinería es el motortrifásico de "jaula de ardilla". El rotor de un motor de jaula deardilla consiste en una serie de barras de cobre, colocados enun núcleo de hierro, del cual están convenientemente aisladas.En los extremos del rotor los alambres o barras de cobre estánsoldados a dos anillos. El rotor puede girar libremente en elestator. El estator está formado por un conjunto deelectroimanes, colocados en forma cilindrica. Loselectroimanes reciben energía de una fuente exterior y, debidoa aplicarse corriente alterna trifásica al estator, se genera uncampo magnético rotatorio.

La velocidad de rotación de este campo está dada por lafrecuencia (número de ciclos por segundo) de la corrienteeléctrica. El campo magnético rotatorio en el estator induceuna corriente eléctrica en los alambres conductores o barrasdel rotor el cual crea un campo magnético que sigue larotación del campo magnético del estator.

7-33

PARTES INTERNAS DE MOTORES ELÉCTRICOS(ELECTRIC MOTOR INTERNALS)

ANILLOSTERMINALES

ROTOR DE UN MOTORDE JAULA DE ARDILLA

ESTATOR

CONDUCTORES OBARRAS DE COBRE

ROTOR

PLATO TERMINAL

ROTOR Y ESTATOR DE UN MOTORDE JAULA DE ARDILLA

BOBINAS DEVANADAS(ALIMENTADAS CON

CORRIENTE CONTINUA)

ANILLOSDESLIZANTES

DEVANADOS DE LA JAULA DE ARDILLA(CORRIENTE INDUCIDA)

ROTOR DE UNMOTOR SINCRÓNICO UOP 220-7-11

7-34

Arranque El método de arranque de los motores eléctricos grandesDel Motor de más de 200 HP varía en todas partes. Sin embargo, los

motores están normalmente especificados para arrancar sincarga; por ejemplo, si el motor mueve una bomba, la válvula dedescarga deberá estar cerrada. En los EE.UU. el método normalde arranque de una bomba grande es a plena corriente decarga. Esto significa que no se utilizan sistemas para reducir elalto flujo de la corriente de carga. En Europa, en un grannúmero de casos, debido a que el suministro de energía esdiferente, es normal utilizar un sistema para reducir la elevadacorriente de arranque. Los dos métodos más comúnmenteusados son (1) arranque con reactancia y (2) el método estrella-delta. En el primero, la reactancia está formada por unaresistancia en cada línea de entrada la cual reduce la corrientede arranque. En el método estrella-delta, el devanado delestator está conectado primero en estrella, luego cuando elrotor ha llegado a cierta velocidad, se cambia la conexión deldevanado a conexión delta y la carga de arranque se reducepor 0,577 del voltaje de la línea. Este cambio tiene lugar a unavelocidad predeterminada del motor y el paso de estrella adelta se realiza automáticamente. Una vez que el motor alcanzasu velocidad de operación, el motor se conecta a su carganormal de operación.

Circuitos De Algunos motores están equipados con circuitosReaceleración Y de reaceleración, de tal manera que en caso de una fallaReestablecimientos de energía de corta duración, el motor se mantenga enAutomáticos servicio. Sin embargo, es práctico tener estos circuitos

solamente en determinadas bombas importantes, ya que encaso de tenerlas en todas las bombas, la corriente desobrecarga sería tan grande que podría originar una falla deenergía.

Debido a los problemas de distribución, es normal que cadarefinería tenga su propia secuencia prioritaria de arranquedespués de cualquier fallo de energía. Esta práctica debeseguirse a fin de no someter a esfuerzos innecesarios elsistema de suministro de energía.

Carcasas DeLos MotoresEléctricos

Existen varios tipos de carcasas y la selección depende dela localización del motor en la refinería. La clasificación dela localización está definida por el A.P.I, y depende de ladistancia desde el motor hasta una fuente de vaporesinflamables.

Los tipos de carcasa para motores eléctricos que se usanmás comúnmente son:

a) Motor totalmente cerrado enfriado con ventilador. Eneste tipo el motor se encuentra totalmente cerrado y estáequipado con un ventilador para su enfriamiento exterior.

7-35

b) Motor a prueba de explosión es aquél que estádiseñado y construido para resistir una explosión dentro de sucarcasa sin causar la ignición de cualquier gas inflamable quepueda encontrarse en el área circundante.

Protección A medida que se aplica carga al motor, se requiere másDe Sobrecarga energía a fin de que el motor continúe operando a su velocidad

normal. Por ejemplo, cuando un motor se diseña para operaruna bomba que fue diseñada para bombear 200 barriles porhora de un hidrocarburo de peso específico 0,72, y se cambiael servicio de la bomba, como puede ocurrir en las pruebas depuesta en marcha, y se emplea para bombear agua con unpeso específico de 1,0, la carga extra podría ser en muchoscasos causa suficiente para que el motor se queme. Estosucede porque la corriente extra para la potencia requeridaorigina un calentamiento excesivo en los conductores de losdevanados del motor que puede fundir el aislamiento yproducir un corto-circuito. A fin de impedir este problema, seagrega un relay de sobrecarga. Éste normalmente consiste en untramo de conductor instalado fuera de la línea principal dealimentación de la bomba. Así, conforme el consumo deenergía se incrementa, la corriente a través de este relaytambién aumenta. Esto origina un calentamiento en el relayque da lugar a un disparo térmico que desconecta el motor. Noes posible arrancar nuevamente el motor si su temperatura noha descendido a su valor normal y el relay ha sidoreposicionado. Si una bomba va a bombear un líquido quetiene un peso específico mucho más alto que el de diseño, ladescarga de la bomba debe ser cerrada hasta que la carga delmotor se reduzca a su valor normal.

7-36

MOTOR TÍPICO(TYPICAL MOTOR)

CÁNCAMOS DE ALZADO

PURGA DE GRASA

EJE

•vi¿O

VENTILADOR EXTERNO

ENTRADA DE AIRE

GRASERO

DEFLECTOR INTERNO DE AIRE

VENTILADOR INTERNO

RANURAS DEL ROTOR

ENTREHIERRO

RANURAS DEL ESTATOR

SALIDA DE AIRE

UOP 220-7-12

Diagnóstico LOS motores eléctricos cuidados adecuadamente y sinDe Problemas abuso, prestarán un largo servicio libre de problemas. Al operar

un motor eléctrico se deben evitar las siguientes prácticasdefectuosas:

1. El jugar con el botón de arranque producirá picadurasen los contactos, lo cual hará necesario su reemplazo.Notificar al electricista si el motor no arranca como es debido.

2. Falta de mantenimiento y limpieza ocasionará laacumulación de polvo y suciedad alrededor del motor queacabará por penetrar en los cojinetes y en el devanado delestator.

3. Nunca se debe permitir que el agua moje un motoreléctrico. El agua puede destruir el aislamiento del devanadodel estator.

4. El equipo de arranque para los motores de la plantaincluye dispositivos que abren el circuito y detienen losmotores en el caso de que baje el voltaje o se produzca unasobrecarga. El objeto de estos dispositivos es el de protegerlos motores y no debe interferirse con su operación. Si unmotor se para y no puede ser reestablecido en servicio normalnotificar al supervisor.

Caso / — Arranque A) Gira en sentido contrario — Un electricista debeDel Motor reconectar dos de las tres líneas de suministro de energía.Sin Carga

B) Hace ruidos cuando gira — Cojinetes defectuosos;reparar en el taller.

C) Gira a baja velocidad y no es posible elevar su velocidad— Varias causas posibles deben ser examinadas en el tallerpor un especialista en motores.

Caso // — El Motor A) El interruptor se recalienta.Está OperandoY Se Aplica 1. Capacidad insuficiente del interruptor. Se puede

Carga remediar colocando uh interruptor de la capacidad adecuada.

2. Carga excesiva. Esto se puede remediar simplementebajando la carga al valor prescrito.

B) Rotura de los fusibles.

1. Capacidad insuficiente del fusible. Se puede repararcolocando un fusible de la capacidad adecuada.

2. Sobrecarga. Puede ser tratada de acuerdo con lodescrito en (A).

7-38

C) Recalentamientos

1. Sobrecarga.

2. Varios problemas eléctricos que deben ser analizadospor un especialista.

D) La velocidad baja de repente

1. Sobrecarga

2. Problemas eléctricos.

Caso /// — El Motor Si el motor gira libremente, se tienen varias posibilidadesNo Arranca tales como: rotura del devanado del estator, rotura delEstando Sin fusible, falla del interruptor de contacto, etc. Consultar conCarga un electricista. Primero observar si el rotor gira libremente, y si

cuando se conecta el interruptor se produce un zumbido.

7-39

MOTOR DIESEL(DIESEL ENGINE)

Ciclo Diesel Los motores diesel se diferencian de los otros motores decombustión interna de varias maneras. Las relaciones decompresión son más altas que las de los motores con bujíasde encendido. La carga que entra a la cámara de combustión através de las válvulas de admisión es solamente aire sinmezcla de combustible. Los inyectores reciben combustible apresión procedente de la bomba del combustible y lointroducen en cada cámara de combustión al tiempo preciso,en iguales cantidades y en las condiciones apropiadas para sucombustión. El encendido del combustible se produce por elcalor del aire comprimido en la cámara de combustión.

Se entenderá con mayor facilidad el funcionamiento de loselementos del motor, si se conoce lo que sucede en la cámarade combustión durante cada una de las cuatro etapas delpistón en el ciclo. El orden en que se suceden es: etapa deadmisión, etapa de compresión, etapa de explosión y etapa deexpulsión.

ETAPA DE ADMISIÓN — Durante la etapa de admisión, elpistón se mueve hacia abajo con las válvulas de admisiónabiertas y las válvulas de expulsión cerradas.

La carrera de descenso del pistón permite la entrada de airedesde el exterior al cilindro a través de las válvulas deadmisión abiertas. La carga de entrada está compuestasolamente de aire sin mezcla de combustibles.

H

ETAPA DE COMPRESIÓN — Al final de la etapa deadmisión, las válvulas de admisión se cierran y el pistón subeiniciando la etapa de compresión. Las válvulas de expulsióntambién permanecen cerradas.

Al final de la etapa de compresión, el aire en la cámara decombustión ha sido forzado por el pistón a ocupar un espaciode alrededor de un quinceavo (1/15) del volumen ocupado alcomienzo de la etapa. Por lo tanto la relación de compresiónes de 15 a 1, porporcional a la presión a la que el aire fuecomprimido en la cámara de combustión.

La compresión del aire a un pequeño volumen causa laelevación de la temperatura del mismo. Hacia el final de laetapa de compresión la presión del aire en el cilindro sobre elpistón es de aproximadamente 35 a 40 kg/cm2 (500-575 psig) ysu temperatura es de unos 540°C (1000°F).

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Bomba DeCombustible

Durante la última parte de la etapa de compresión y antes dela etapa de explosión, se inyecta una pequeña cantidadcontrolada de combustible. Inmediatamente después de lainyección de combustible a la cámara de combustión, éste seenciende por efecto del calor del aire comprimido y empieza lacombustión.

ETAPA DE EXPLOSIÓN — Cuando el pistón alcanza el finalde la carrera de compresión, la combustión del combustiblecausa un incremento adicional de la presión en el cilindro. Amedida que se agrega más combustible prosigue lacombustión, los gases se calientan y se expanden aún más, loque hace que el pistón sea empujado hacia abajo y contribuyaa la rotación del cigüeñal. Durante la etapa de explosión, elpistón se mueve hacia abajo y tanto las válvulas de admisióncomo las de expulsión permanecen cerradas.

ETAPA DE EXPULSIÓN — Durante la etapa de expulsión, laválvula de admisión está cerrada, las válvulas de expulsión seabren y el pistón empieza a ascender. Al ascender el pistón,los productos de la combustión son forzados a salir de lacámara de combustión a través de las válvulas de expulsión. Laapropiada operación del motor depende de dos cosas: primero,compresión para el encendido y, segundo, que el combustiblese mida y se inyecte a los cilindros en la cantidad adecuada enel tiempo preciso.

La bomba de combustible está acoplada a un eje común elcual acciona el compresor, la bomba de combustible, elregulador y el eje del tacómetro. Este eje está accionado por elmotor a través del tren de engranajes y gira a la velocidad delcigüeñal del motor.

La bomba está compuesta de dos unidades principales:

1. Una bomba de engranajes que bombea el combustibledesde el tanque de suministro al regulador a través de un filtrode combustible.

2. El regulador que controla el flujo de combustible desdela bomba de engranajes, así como la velocidad máxima y lavelocidad del motor a vacío (en ralentí).

ReguladoresHidráulicos

Los reguladores hidráulicos se usan en equipos desuministro de energía estacionarios, en donde es convenientemantener una velocidad constante con cargas variables. Elregulador hidráulico en la figura usa aceite lubricante bajopresión como medio de energía. El regulador varía la presióndel aceite para aumentar o disminuir el suministro decombustible. Un resorte de oposición acoplado al sistema depalancas del gobernador actúa oponiéndose a la fuerzacentrífuga de los contrapesos.

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Inyectores

Sistema DeLubricación

A fin de tener una operación estable, se introduce una caídade velocidad en el sistema de regulación, entendiéndose porcaída de velocidad la característica de disminuir la velocidadcon el aumento de la carga. La magnitud de esta caídadepende de las especificaciones del motor y se puede ajustarfácilmente para cubrir un margen de aproximadamente de0,5 a 7%.

Suponiendo que se aplique repentinamente al motor unacierta carga adicional, la velocidad disminuirá, los contrapesosserán forzados hacia dentro y descenderá el émbolo de laválvula piloto. Así se admitirá aceite a presión que levantará elémbolo. El movimiento del émbolo se transmite al eje terminalpor medio de una palanca. La rotación del eje terminal setransmitirá a través de una palanca a la bomba de combustible,la cual aumentará la alimentación de combustible al motor.

El inyector introduce combustible en el interior de cadacámara de combustión (cilindro) y combina las funciones demedición, distribución e inyección (ver fig. 3).

El inyector contiene una válvula de retención de bola.Cuando el émbolo del inyector se mueve hacia abajo, cubre losorificios de alimentación. El impulso de una onda de presióncierra la válvula de retención y al mismo tiempo atrapa unacantidad de combustible en la copa del inyector. Al continuarel movimiento del émbolo hacia abajo, se inyecta estecombustible en la cámara de combustión, se descubren losorificios de drenaje y la bola de la válvula se levanta de suasiento. Esto permite el flujo libre del combustible a través delinyector y del drenaje para fines de enfriamiento.

Los motores diesel se lubrican a presión. La presión essuministrada por una bomba de engranajes localizada en eldepósito de aceite del motor. Se monta en la bomba unregulador para controlar la presión del aceite de lubricación. Enla cabeza del filtro de aceite de flujo total se provee unaválvula de by-pass, como seguro contra la interrupción del flujoa causa de suciedad o de algún elemento taponado (ver fig. 4).

1. El aceite se alimenta a la bomba de lubricación a travésde un tubo de succión ranurado.

2. El aceite fluye a través del regulador de presión, através de un filtro de flujo total (y a través de un enfriadorenfriador cuando lo hay) y a través de pasajes perforados.

3. El aceite fluye a las distintas partes móviles del motor através de perforaciones en el bloque, cabeza del cilindro, árbolde levas, cigüeñal, accesorios de movimiento, balancines, etc.

4. Los cojinetes de las bielas se lubrican a través depasajes perforados en el cigüeñal.

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Sistema De Aire

SÍStemB De El agua se circula mediante una bomba centrífuga montadaRefrigerac/Ón en el extremo frontal del motor y accionada por correas desde

el eje del cigüeñal. El agua circula alrededor de las camisas delcilindro y a través de la cabeza del cilindro. Dentro de lacabeza el agua circula por las ranuras de cobre del inyector, locual ayuda a la disipación de calor en el sistema de inyección.Las conexiones de descarga de las cabezas estáninterconectadas. El motor tiene termostatos con los cuales secontrola su temperatura de operación. El líquido refrigerante esagua de refrigeración de la turbina (ver fig. 5).

El aire debe entrar siempre a través de un filtro (o de unsilenciador). El filtro puede montarse sobre el motor o sobre elequipo asociado. Los filtros, según el servicio del motor,pueden ser: de baño de aceite, de elemento de papel o de tipocombinado. De aquí se envía el aire directamente al "manifold"de entrada.

Compresor De Aire El compresor de aire es una unidad de un solo cilindroaccionada por medio del eje del cigüeñal y elementosaccesorios. El aceite de lubricación se recibe desde el sistemade lubricación del motor a través de perforaciones. La cabezadel cilindro se enfría mediante el mismo líquido deenfriamiento del motor. Los compresores de aire reciben aireprefiltrado del sistema de admisión de aire del motor a travésde una tubería especial. Las etapas de operación son lassiguientes (ver fig. 6):

ADMISIÓN DE AIRE — El aire es absorbido por el compresora través de un filtro independiente o desde el sistema de airedel motor después de los filtros o silenciadores. Cuando elpistón desciende, se produce un vacío parcial en el cilindro. Ladiferencia entre la presión atmosférica y la presión del cilindroobliga a abrir la válvula de admisión, permitiendo que el airefluya hacia el interior del cilindro. Cuando el pistón haalcanzado el punto más bajo de su carrera, la presión delresorte es la suficiente para vencer la menor diferencia depresión y empuja la válvula contra su asiento cerrándola.

COMPRESIÓN — Cuando el pistón comienza su carreraascendente, el incremento de presión del aire en el cilindro yen la cabeza, hace que se abran las válvulas de descarga.Entonces el aire comprimido fluye a través de las válvulasabiertas hacia el tanque de aire a medida que el pistóncontinúa su carrera ascendente. En la carrera descendente delpistón la válvula de expulsión se cierra y la válvula de admisiónse abre excepto durante el período de descarga.

DESCARGA — Cuando la presión en el tanque de aire llega aun nivel predeterminado, se aplica presión de aire sobre laparte superior de la cubierta del descargador por medio de un

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regulador del compresor. Esta presión empuja la cubierta haciaabajo, mantiene la válvula de admisión abierta durante unciclo sin efecto de bombeo para impedir que el aceite pasehacia la cámara de compresión, y sella los conductos deadmisión.

Cuando la presión en el tanque de aire desciende, la cubiertaretorna a su posición superior y las secuencias de admisión yde compresión se repiten nuevamente.

FIGURA 1REGULADOR HIDRÁULICO

(HYDRAULIC GOVERNOR)(AL AUMENTAR CARGA DECRECE LA VELOCIDAD)

(LOAD ON - DECREASED SPEED)

PALANCA FLOTANTE

TORNILLO PARAAJUSTE DEL LIMITE

INFERIOR

PISTÓN DEEMPUJE

CABEZA DELCONTRAPESO

EJE DE AJUSTEDE VELOCIDAD

BRAZO DELCONTRAPESO

ENTRADA DEL ACEITEHIDRÁULICO

ACOMPLAMIENTODEL EJE UOP 220-7-13

7-45

FIGURA 2

REGULADOR HIDRÁULICO(HYDRAULIC GOVERNOR)

(AL DISMINUIR CARGA INCREMENTA LA VELOCIDAD)(LOAD OF - INCREASED SPEED)

TORNILLO DE AJUSTEDE CAÍDA DE VELOCIDAD TORNILLO PARA

AJUSTE DEL LIMITEINFERIOR

PALANCA TERMINAL

ASIENTO DELRESORTE

COJINETE DEEMPUJE AXIALPISTÓN DE EMPUJE

EMBOLO DE LAVÁLVULA PILOTO

EJE DE AJUSTEDE VELOCIDAD

CONTRAPESO

ENTRADA DE ACEITEHIDRÁULICO

ACOMPLAMIENTODEL EJE

DRENAJE DE ACEITE

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FIGURA 3INYECTOR(INJECTOR)

(CICLO DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE)(FUEL INJECTION CYCLE)

MEDICIÓN PRE-INYECCION INYECCIÓN PURGA

NO. NOMENCLATURA NO. NOMENCLATURA

123456789

COPARETENEDOR DE LA COPACUERPOEMBOLO BUZOVÁLVULA DE RETENCIÓNMALLAENTRADA DE COMBUSTIBLEORIFICIORESORTE

10' 11

121314151617

BARRA DE CONEXIÓNSALIDA DE COMBUSTIBLEANILLO "O"PALANCA DEL BALANCÍNTORNILLO DE AJUSTEVARILLA DE EMPUJEACOPLAMIENTOLEVA

tUOP 220-7-15

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FIGURA 4FLUJO DEL ACEITE DE LUBRICACIÓN

(LUBRICATING OIL FLOW)

LEVANT A-VALVULAS

EJE DEL BALACIN

PISTON

BALACINES

ENSAMBLAJEDE VÁLVULAS

VÁLVULAS —

COMPRESOR DE AIRE

FILTRO DE ACEITELUBRICANTE

VARILLA PARAMEDIR EL NIVEL

DEL ACEITE

EJE DE LEVAS

CIGÜEÑAL BOMBA DE ACEITE LUBRICANTEUOP 220-7-16

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FIGURASFLUJO DE LIQUIDO REFRIGERANTE

(COOLANT FLOW)

RETORNO DEL REFRIGERANTEDEL COMPRESOR DE AIRE

PASO PARA EL AGUA

AL RADIADOR

CONDUCTOS DEAGUA DE LA CABEZA

CAMISA DE AGUA

TERMOSTATO

BY-PASS DE AGUA

BOMBA DE AGUA

DEL RADIADOR UOP 220-7-17

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FIGURA 6

COMPRESOR DE AIRE(AIR COMPRESSOR)

1 CONEXIÓN DE AIRE DEL REGULADOR

2 VÁLVULA DESCARGADORA

3 ENTRADA DE AIRE

4 VÁLVULA DE ADMISIÓN

5 VÁLVULA DE EXPULSIÓN

6 LIQUIDO REFRIGERANTE

UOP 220-7-18

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DESCRIPCIÓN DE UNA TURBINA DE GAS(DESCRIPTION OF A GAS TURBINE)

Es muy común encontrar una turbina de gas como parte delas instalaciones de generación de energía. Dichasinstalaciones contienen todo el equipo necesario para realizarla conversión de un combustible dado a energía eléctrica delvoltaje y frecuencia que demanden los requerimientos de laplanta. Además de la turbina propiamente dicha tenemos lostableros de control, sistema de alimentación de energíaeléctrica y, en ciertas ocasiones, los respectivostransformadores. Ya que forma parte del sistema de generacióneléctrica, la turbina de gas es uno de los equipos motores másimportantes de la refinería.

La turbina de gas es un accionador primario rotativo cuyosprincipios de funcionamiento son análogos a los de unaturbina de vapor. En vez de utilizar vapor como fuerza motriz,aquí se usan aire y gases a alta temperatura provenientes deuna cámara de combustión que pasan a través de toberasdirigidas a las paletas o alabes del rotor. Los gases seexpanden rápidamente y empujan dichos alabes produciendo larotación del eje y cualquier equipo que esté acoplado a él.

En las turbinas de gas se aspira el aire de la atmósfera, sefiltra y libra de partículas sólidas y se le dirige a la aspiraciónde un compresor axial. Se realiza la compresión de este aire yse le inyecta a una cámara de combustión en donde unachispa eléctrica inicia la combustión del combustible quetambién se inyecta en esta cámara. Sólo se requiere ciertaporción del aire para sustentar la combustión, pero en todocaso el aire remanente y los gases productos de la combustiónse calientan debido al calor generado por el quemado delcombustible. Como se mencionó anteriormente, estos gases aalta presión y temperatura pasan a la sección de la turbinadonde al expandirse generan la fuerza motriz que hace girar laturbina. Luego los gases son descargados a la atmósfera.

Todo los equipos montados en una turbina de gas tienen uneje común. En orden de instalción éstos son:

1) Motor de arranque (diesel o eléctrico)

2) Convertidor de par motor.

3) Sistema de engranajes y accesorios

4) Compresor axial

5) Turbina de gas

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6) Engranajes reductores de velocidad

7) Acoplamiento al generador eléctrico

8) Generador

9) Excitatriz

Con excepción del motor de arranque y del convertidor depar motor todo el equipo es accionado por la turbina de gas.

De manera general la secuencia de arranque es como sigue:

1) Deberán estar en servicio los sistemas decalentamiento y refrigeración del aceite de lubricación yactivados los sistemas de control que controlan dichossistemas.

2) El nivel de aceite en el tanque deberá ser el apropiado.

3) El sistema de agua de refrigeración debe seroperacional y debe tenerse suficiente reserva de agua derefrigeración.

4) El sistema de combustible primario debe ser puesto enservicio desde el punto de almacenaje o suministro hasta laválvula de control del sistema propiamente dicho.

5) Si existe, se deberá hacer lo mismo que en número (4)con el sistema auxiliar de combustible.

6) Para el arranque es común utilizar LPG, destilado odiesel según el sistema. Asegúrese de que las venas de vaporde las líneas de combustible estén en servicio, sobre todocuando se utiliza LPG.

NOTA: Usualmente no se utiliza crudo para el arranque, entodo caso puede ser utilizado como combustible auxiliar encaso de emergencia.

7) Si el motor de arranque es diesel, asegúrese de queexista la cantidad de combustible suficiente para el arranque.Verificar el sistema de lubricación del motor.

8) Desconectar el sistema eléctrico del sistema dedistribución de energía del generador.

9) Arrancar la bomba de lubricación de emergencia. Si nose tiene corriente alterna, entonces lo común es utilizar unmotor a batería. Inspeccionar el sistema de lubricación yeliminar cualquier cantidad de gas que exista en el sistema.Revisar el sistema de enfriamiento de este circuito paraasegurarse de que esté listo para ponerlo en servicio.

7-52

10) Una vez que esté en funcionamiento el sistema delubricación, se procede a girar el eje unas cuantas veces paraasegurarse de que no exista interferencia mecánica de ningunaíndole. Si todo ha procedido satisfactoriamente hasta estepunto la turbina está lista para arrancar.

11) Cuando se acciona el botón de arranque se inicia lasiguiente secuencia:

A) El engranaje de trinquete comienza a hacer girar el eje.

B) El motor del eje inicia la rotación del eje. El motordiesel es puesto en marcha por un motor eléctrico de puestaen marcha que se desembraga automáticamente cuando elmotor diesel arranca.

C) El sistema de embrague conecta la turbina de gas yel motor de arranque hace girar a todo el sistema.

D) Una vez que comienza a girar todo el eje, sedesconecta el engranaje de trinquete.

E) El equipo acelera hasta la velocidad de ignición. Seinicia el proceso de combustión en la cámara. Se notará unaumento de temperatura hasta 260°C o más. Continúaacelerando hasta alcanzar la velocidad a la cual el sistema seautoabastece de combustible.

F) El sistema de arranque es desconectado por elconvertidor de par motor aunque seguirá funcionando duranteunos 5 minutos adicionales hasta enfriarse, luego cesará defuncionar por completo.

G) La turbina continuará acelerando lentamente a unavelocidad correspondiente a un aumento aproximado de 3°Cpor minuto en los gases de escape. Continuará estaaceleración hasta que se alcance una velocidad de rotación(RPM) adecuada. En este punto el sistema de control develocidad tomará control por medio de la regulación de lacantidad de combustible que se inyecta a la cámara decombustión.

H) Una vez que la turbina gira a una velocidad que hagaposible la generación de electricidad de 50 ó 60 Hz se puedenconectar el generador y la excitatriz al panel de distribución.En este punto se controla el voltaje de salida por medio de laexcitatriz.

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12) Paro de la turbina:

A) Desconectar el generador del panel de distribución.

B) Parar la sección turbina.

C) Una vez que la turbina a desacelerado lentamentehasta pararse, conectar el engranaje de trinquete y seguirhaciéndola girar hasta que el eje se enfríe. Este período deenfriamiento puede ser considerable. El objetivo de estaoperación es evitar que el eje se deforme debido al calor. Siesto sucediera, en el próximo arranque el equipo estaríatotalmente desalineado y produciría vibración excesiva quecausaría graves daños al sistema.

Naturalmente los procedimientos descritos son generales ysiempre se deberá tomar como fuente principal de informaciónlos manuales del equipo específico con el cual se va a trabajar.

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VISTA LATERAL DE UNATURBINA DE COMBUSTIÓN DE GAS

(SIDE VIEW GAS COMBUSTION TURBINE)

SECCIÓN DELCOMPRESOR

SECCIÓN DE COMBUSTIBLE

MOTOR DIESELDE ARRANQUE

PANEL DEMEDICIÓN

1en

ESTATOR DELCOMPRESOR ENSAMBLAJE DE

LA TURBINATOBERA DELCOMBUSTIBLE

ENTRADADE AIRE

ALTERNADORDE INDUCCION^X

ENGRANAJES UOP 220-7-19

t

1Oí

ENGRANAJESAUXILIARES

MOTOR DIESELDE ARRANQUE

VISTA SUPERIOR DE UNATURBINA DE GAS

(TOP VIEW GAS COMBUSTION TURBINE)

ENTRADADE AIRE

SILENCIADOR

CÁMARAS DE COMBUSTIÓNSALIDA GENERADOR

UOP 220-7-20


ACOPLAMIENTOSENGRANAJESY CORREAS


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ACOPLAMIENTOS(COUPLINGS)

En la industria petrolera se utilizan bombas y compresorespara mover líquidos y gases. Sin embargo, las bombas ycompresores son movidos por otras máquinas llamadasmáquinas motrices o accionadoras.

Existen varios tipos de accionadores que producen energíamecánica de diferentes maneras. Por ejemplo: un motoreléctrico y un motor de combustión interna. La fuerzaproducida por una máquina motriz puede ser utilizada paraaccionar una bomba o un compresor. Para conseguir esto seutiliza un acoplamiento, el cual transmite la fuerza desde unamáquina a otra.

La manera más simple de acoplar máquinas consiste enmontar ambas sobre el mismo eje. Si dos máquinas estánsobre el mismo eje se dice que están acopladas de formadirecta. Acoplando dos ejes es un método común de transferirfuerza o par motor desde una máquina a otra. El mecanismoque une dos ejes separados constituye un acoplamiento.

Cada uno de estos métodos de acoplar máquinas tiene susventajas y desventajas.

Las unidades acopladas o montadas sobre el mismo eje sonmás compactas y más fáciles de alinear. Si la instalación va aser permanente y no es necesario cambiar la máquina motriz,es preferible usar una unidad de este tipo.

Reemplazar una máquina motriz es mucho más fácil si setiene una unidad de acoplamiento. Si se desea que las bombastengan accionadores intercambiables se deberá utilizar algúnsistema de acoplamiento.

Acoplamientos Para unir dos ejes de una unidad simple se utilizaRígidos un acomplamiento rígido. Puede ser del tipo brida o del tipo

manga. El tipo manga'es de diámetro más pequeño, pero eltipo brida es mucho más fácil de desconectar. Losacoplamientos rígidos se utilizan en equipos muy pequeños yaque no proporcionan compensación por falta de alineación opor desplazamientos longitudinales, lo cual no resulta prácticoen la mayoría de las aplicaciones.

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AcopiamientosFlexibles

Las combas, comoresc'1"?? y máquinas motrices tienen«ríes muv ngidos v es a menudo imposible mantenerlosperfectamente alineados. Rc-t^c máauinas están normalmenteacopiadas con acopiamientos flexibles. Ei acoplamiento

• .;-„. s ¡ene ai menos una parte que puede doblarse omoverse. La figura muestra un acoplamiento flexible simple. Secoloca un caucho pulido duro o bloque plástico entre las dosbridas. Ya que no pueden doblarse mucho, estosacoplamientos transfieren par motor entre las dos máquinasmuy eficientemente. Los movimientos axiales y radiales soncontrolados mediante cojinetes. Los acoplamientos flexiblespueden ser ajustados para distintos grados de expansión o defalta de alineación.

Cuando una máquina está a velocidad de régimen, su ejepuede tender a un leve desplazamiento hacia atrás o haciaadelante mientras gira. Este desplazamiento se denominavaivén. También, cuando la temperatura del eje aumenta, el ejese expande. Esta expansión y contracción también causavaivén. Para compensar estos desplazamientos la parte flexibledel acomplamiento está hecha de placas metálicas delgadas.Si el vaivén ocurre, las placas se pandean (encorvan). Estaligera relajación de las placas permite el vaivén. Se muestra enla figura inferior la posición de estas placas metálicas en elacoplamiento.

ACOPLAMIENTO RÍGIDO(RIGID COUPLINGS)

UOP 220-8-1

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ACOPLAMIENTO FLEXIBLESIMPLE AMORTIGUADO

(CUSHIONED SINGLE-ENGAGEMENTFLEXIBLE COUPLINGS)

UOP 220-8-2

ACOPLAMIENTO DE ANILLOSMETÁLICOS LAMINADOS

(LAMINATED METAL RING COUPLINGS)

EJE IMPULSOR

ANILLO METÁLICOLAMINADO

EJE IMPULSADO

UOP 220-8-3

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AcoplamientosDe Engranaje

El acoplamiento de tipo engranaje es el más usadoen la actualidad en la industria del petróleo. El acoplamientode engranajes consiste en un engranaje montado en elextremo de cada eje. La manga que recubre el engranaje tienedientes en la parte interior, los cuales calzan con el engranajeque está sobre el eje. Para facilitar su desmontaje la mangaestá hecha de dos secciones. Las mitades de la manga seunen por medio de pernos. Este tipo de acoplamiento puedecompensar la falta de alineación y el vaivén. Se le debemantener bien lubricado puesto que existe contacto metal ametal en los engranajes.

ACOPLAMIENTO DE ENGRANAJEGEAR COUPLING

(VISTA LATERAL)(SIDE VIEW)

ACOPLAMIENTO DOBLE

Con dos series de ranuras, una acada lado del manguito flotante.La desalineación de los ejes secompensa por la posición neutradel manguito entre los dos cubosdel eje.

DESPLAZAMIENTOLATERAL

Entre la carcasa y el cubo hay unespacio bastante amplio que permite el desplazamiento lateral decada eje. Como que la carga estásoportada por la película deaceite, no hay contacto metal ametal. De ahí que aún bajo cargasmáximas el eje (Iota con pocaresistencia.

DOS CUBOS

El cubo es presionado y acunadoa cada eje. Cada cubo estáranurado con ranuras cortadas auna distancia máxima del ex-tremo de! eje.

TAPÓN DELACEITE

CARGA SOPORTADAPOR EL ACEITE

Al localizar la superficie quesoporta la carga a una distanciamáxima de los terminales del eje.la desalineación entre las ranurasse reduce a 1/10 de ladesalineación entre los ejes,haciendo que el error entre lascaras motrices sea tan pequeñoque no se rompa la película deaceite.

\

MANGUITO FLOTANTE

Un casquillo flotante con ranurasinternas va montado sobre los doscubos. Las ranuras de la mangaencajan permanentemente con lasranuras de cada cubo.

NIVELES DE ACEITE

El acoplamiento se llena conaceite cuando es tá parado(nótese al tapón de aceite). Cuan-do gira la fuerza centrífugadistribuye el aceite tal que lasranuras están cont inuamentesumergidas en aceite.

CHUMACERAS

El casquillo es arrastrado sobrecojinetes de anillo localizadosdirectamente sobre la linea decentros transversal en las carasranuradas de los tubos (super-ficies de carga). Esto elimina lasoscilaciones y las vibracionesconsecuentes.

UOP 220-8-4

8-6

ACOPLAMIENTO DE ENGRANAJE(GEAR COUPLING)

(VISTA DE UN EXTREMO)(END VIEW)

FLEXIBILDADCada conjunto de ranuras engranaalrededor de toda la circunferen-cia formando una unidad. La uni-dad gira como una pieza única. Eljuego angular y lateral se permiteentre las caras de las ranuras.

PERFECTAMENTEALINEADO

DESALINEACIÓNDESCENTRADA

DESALINEACIÓNANGULAR

PELÍCULA DE ACEITELa presión centrífuga creada porla rotación forma una película deaceite entre las ranuras la cualamort igua la potencia t ran-smitida y elimina todo contactometal a metal. Si no hay contactometal a metal no hay desgaste.

DESALINEACIÓNDESCENTRADA Y ANGULAR

UOP 220-8-5

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Transmisión Por Una correa en "V" es un mecanismo simple paraCorreas En "V" transmitir potencia entre dos ejes paralelos. Se monta una

polea acanalada en cada eje. Los lados de la polea forman unaranura. La correa en V se monta ajustada a esta ranura.

La transmisión por correas en V puede también utilizarsepara variar la velocidad de los ejes. La razón de la velocidadentre los dos ejes depende del diámetro de las poleas. Cuandola polea del equipo accionado es de mayor diámetro, suvelocidad es menor.

La correa transmite potencia por medio de su fricción conlos lados de la ranura en la polea. Cuando la correa resbala notransfiere toda la potencia desde una máquina a la otra,causando una pérdida de potencia y excesivo desgaste de lacorrea en V.

Para ayudar a eliminar el deslizamiento, se puede aumentarla tensión de la correa en V, incrementando la distancia entrelos dos ejes o usando más correas en paralelo, lo cual reducela carga sobre cada una de éstas. Con menor carga por banda,las posibilidades de resbalamiento disminuyen.

Una correa en V consiste en tres secciones: tensión, fuerza ycompresión. Cada sección tiene una misión diferente.

La sección de tensión debe extenderse cuando la correapasa alrededor de la polea. La sección de tensión está hechade caucho relativamente blando. A medida que la banda pasaalrededor de la polea, la sección de compresión se comprimedentro de la ranura. Esta sección es de un cauchorelativamente duro para soportar fuerza y desgaste. Cuando labanda pasa alrededor de la polea, la sección de tensión seextiende y la de compresión se acorta. El tamaño de la secciónde fuerza no cambia.

Un ajuste cuidadoso de las transmisiones por correas en Vminimiza el desgaste. Las dos poleas deben estarperfectamente alineadas. La banda debe tener suficientetensión de manera que no resbale a plena carga. Una bandafloja que resbala en las poleas produce un chillido. Esto causapérdida de potencia y genera calor que acaba por desgastar lacorrea. Una banda que es demasiado ajustada empuja el ejehacia un lado causando el desgaste de los cojinetes. Senecesita más potencia para mover la transmisión y la correapuede romperse fácilmente.

Una correa en V bien instalada normalmente experimenta unpandeo igual a su espesor por cada cuatro pies (120 cm) dedistancia entre ejes. Si la distancia fuese de dos pies (60 cm)el pandeo debería ser igual a la mitad del espesor de la correa,etc.

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La luz de una transmisión por banda en V es la distanciaentre los centros de las poleas. La tensión de una correa en Vno puede ser comprobada mientras la unidad estáfuncionando. Nunca se debe usar pasta o lubricante en lascorreas en V ya que ablanda y debilita las correas. Paradisminuir el resbalamiento, podemos incrementar la tensión,disminuir la carga, o usar una transmisión multi-banda.

Cuando se instala una correa nueva, debe ser examinadadespués de unas cuantas horas de trabajo, a fin de darle sutensión apropiada, puesto que las bandas nuevas puedenalargarse un poco al principio. Cuando cualquier banda de unapolea múltiple está gastada, se debe reemplazar todo el juegode correas.

CORREAS EN "V"UOP 220-8-6

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Tren De Un engranaje trabaja como una llave mecánica: cuantoEngranajes mayor es el engranaje mayor es el par motor que puede

transmitir. Pero un engranaje pequeño puede ser construidopara transmitir tanta potencia como un engranaje grande abase de hacerlo girar más rápidamente. Una alta velocidad o unmomento angular elevado también corresponde a un mayor parmotor. La velocidad es también un aspecto indicativo de lapotencia. La potencia producida en una máquina motriz es unacombinación de par motor y velocidad.

Toda máquina tiene una velocidad a la cual opera mejordependiendo de cuanto par motor o velocidad sea necesario.Cuando la velocidad óptima de la máquina motriz y del equipomovido es la misma, no se necesita un tren de engranajes.Pero cuando las dos velocidades óptimas difieren se necesitaun engranaje para efectuar un cambio de velocidad. Elcambiador de velocidad o tren de engranajes permite queambas piezas del equipo operen a velocidades óptimas.

Un tren de engranajes es una serie de engranajes endentadosentre sí. Un tren de engranajes consta de dos o másengranajes que permiten la conversión de velocidad a parmotor. Cuanto mayor es la diferencia entre el número dedientes de los dos engranajes, mayor es la conversión entrepar motor y velocidad. Cuando ambos engranajes tienen elmismo diámetro y número de dientes no se produceconversión de par motor y velocidad.

Cuando los engranajes son de distinto tamaño, el de menortamaño normalmente se llama piñón y el de mayor tamaño sellama simplemente una rueda dentada. El piñón gira a altavelocidad pero con un par motor bajo, la rueda mayor gira amenor velocidad pero desarrolla un par motor más elevado.Dos ruedas de engranaje giran en direcciones opuestas; si seutiliza un número impar de ruedas, tanto la primera como laúltima giran en la misma dirección. Las ruedas intermedias notienen ningún efecto en el cambio de velocidad.

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Engranajes Rectos Ejes paralelos pueden estar conectados por medio deengranajes rectos. Los dientes de los engranajes rectos sonparalelos a las líneas de centros de los ejes. Cuando losdientes de estos engranajes se endentan, se ponen encontacto por todo el ancho del área. Los engranajes rectos sonrelativamente baratos, pero muy ruidosos.

HELICOIDALRECTO

UOP 220-8-7

EngranajesHeíicoloidales

EngranajesHeíicoloidalesDobles

Los dientes de un engranaje helicoloidal tienen sucara cortada en ángulo. Por ello, los dientes son mucho másgrandes que los de los engranajes rectos. Puesto que losdientes son más grandes, tienen más área de contacto paraengranarse. El engranaje ocurre con un movimiento deslizante,de modo que la transmisión es silenciosa.

Estos engranajes tienen los dientes cortados en dosángulos opuestos sobre la misma cara. Se llaman aveces engranajes dobles helicoidales en forma de espina depescado. Estos engranajes desarrollan fuerzas de empuje endos direcciones opuestas con lo que la fuerza de empuje sobreel diente en una dirección anula la fuerza de empuje en la otradirección.

HELICOIDAL DOBLEUOP 220-8-8

8-11

Engranaje De Cuando se requiere una conversión muy grande de velocidadTornillo a par motor, se utiliza un mecanismo de engranaje conSin Fin tornillo sin fin. En lugar de una serie de dientes, el tornillo sin

fin tiene un diente continuo semejante a un tornillo roscado.La transmisión por tornillo sin fin puede ser utilizada paraconvertir velocidad a par motor pero no para convertir parmotor a velocidad. La máquina motriz debe estar conectada altornillo sin fin y el equipo a la rueda dentada. Por cadarevolución del tornillo sin fin la rueda dentada gira un ánguloequivalente a un diente.

EJE MOTRIZ

TORNILLO SIN FINUOP 220-8-9

8-12

Engranajes ParaEjesPerpendiculares

Los engranajes cónicos o angulares se usan cuando setienen ejes perpendiculares entre sí. Los dientes, rectoso helicoidales, están cortados sobre una de las caras de larueda biselada a un ángulo determinado. Un engranaje cónicohelicoloidal gira más suavemente que un engranaje cónico dediente recto.

A veces estos engranajes se utilizan simplemente paraacoplar dos ejes perpendiculares sin necesidad de cambiarvelocidad ni par motor. En este caso ambas ruedas son delmismo tamaño y tienen el mismo número de dientes.

ENGRANAJES PARA EJES PERPENDICULARES(GEARS FOR PERPENDICULAR SHAFTS)

ENGRANAJE TÍPICO(TYPICAL GEAR)

UOP 220-8-10

8-13


TMIN YOUR ReflMfcRY OPERATOR1.

BOMBAS


9-1

BOMBAS CENTRIFUGAS(CENTRIFUGAL PUMPS)

La función básica de una bomba es la de transferir líquido deun recipiente a otro. Una bomba realiza este trabajoimpartiendo energía al líquido. La energía de movimiento setransforma en energía de presión en la bomba. Una bombacentrífuga debe tener siempre alimentada la succión paratrabajar eficientemente. Cuando se diseña la bomba, lascondiciones en la succión constituyen la base de los cálculos.La presión de succión viene determinada por la presiónhidrostática sobre la línea de succión ejercida por el líquidoa bombearse.

El líquido entra en el ojo del impulsor aproximadamente a lapresión de succión de diseño. La rotación del impulsorentonces lanza el líquido rápidamente hacia afuera delimpulsor para acumularse en la carcasa de la bomba, llamadavoluta. Este efecto causado por la rotación del impusor a suvez reduce la presión en el ojo del impulsor facilitando laentrada de más líquido a la sección donde se encuentra elimpulsor.

El objeto de una bomba es el de aumentar la presión de unlíquido y facilitar su transferencia a otro recipiente.

9-3

Fundamentos DeUna BombaCentrífuga

Para entender como opera una bomba centrífuga vamosa analizar las partes de una bomba simple.

En primer lugar tenemos un impulsor en la carcasa (voluta).Cuando el impulsor gira, el líquido es forzado hacia la voluta.Note que la curva de las aspas va en sentido opuesto a ladirección de rotación.

a) Cuando el líquido incrementa su presión en la voluta, secrea una carga desequilibrada en los cojinetes del eje, la cualse conoce como empuje radial. Para reducir este efecto seutiliza un divisor de flujo. Este sistema se denomina carcasacon voluta doble.

b) La carcasa tipo difusor constituye otro método decontrarestar el empuje radial. Se puede ver que el difusor es unanillo estacionario con aspas situado alrededor del impulsor, elcual convierte la velocidad en presión, a lo largo de todo elimpulsor sin tener un alto empuje radial desequilibrado enun punto.

Existen varias clases de impulsores:

a) Impulsor abierto

b) Impulsor semi-abierto (con un lado cubierto)

c) Impulsor cerrado (con dos lados cubiertos). Note lasvarias vistas del lado del impulsor, las cuales muestran comoel diseño del impulsor puede afectar la presión de descarga.

9-4

IMPULSORES(IMPELLERS)

BOMBAS CENTRIFUGAS(CENTRIFUGAL PUMPS)

FUERZAS RADIALES

CARCASA

IMPULSOR

DIVISOR DEFLUJO

PALETA

CARCASA DE DOBLE VOLUTA CONDIVISOR DE FLUJO

DIFUSOR

ANILLO ESTACIONARIO DIFUSOR CONPALETAS ALREDEDOR DEL IMPULSOR

ABIERTO PARCIALMENTE ABIERTO CERRADO

VISTA LATERAL DE UNIMPULSOR CERRADO

ALTA MEDIA BAJA

PRESIÓNDESARROLLADA POR DIFERENTES

ABERTURAS DE LAS PALETASUOP 220-9-1

9-5

Empuje Axial Cuando el accionador (motor o turbina) de la bomba espuesto en marcha, se produce un empuje axial a lo largo deleje en dirección hacia la parte delantera. Cuando se alcanzanlas condiciones normales de operación, el impulsor estábalanceado axialmente debido a la acción que la presión ejerceen las dos caras del impulsor.

Cualquier esfuerzo residual de empuje es absorbido por loscojinetes de empuje axial.

Para reducir el desequilibrio causado por cualquier altapresión que actúe sobre la parte posterior del impulsor, seaplica uno de los siguientes métodos:

1. Añadiendo aletas en la parte posterior del impulsor.

2. Con un orificio en el impulsor que permita el retornodel liquido a la aspiración.

EMPUJE AXIAL DELMOVIMIENTO DEL ACCIONADOR(AXIAL THRUST FROM MOTION OF DRIVER)

ACCIONADOR

ORIFICIO FIJO

CÁMARA DEBALANCE DEL

EMPUJE

PALETA

ORIFICIO VARIABLE(VARIA CON LA PRESIÓN

EN EL REVERSO DEL IMPULSOR)

EMPUJE AXIALDEL MOTOR

PRESIÓN DE DESCARGA

ESTA FUERZA BALANCEAEL EMPUJEDEL MOTOR

PRESIÓN DEASPIRACIÓN

AGUJERO

9-7

Caja De 1. Para evitar las pérdidas del líquido bombeado a lo largoEmpaquetaduras del eje, se usa una empaquetadura o sello. Puede ser un

prensaestopa o un sello mecánico.

2. Para prevenir el desgaste del eje de la bomba se utilizauna camisa. Tanto la caja de empaquetaduras como el sellomecánico sufren desgaste alrededor de la zona de sellado.Este fenómeno se llama estregamiento. Por lo general seutiliza alguno forma de cierre de anillo tipo "O".

3. Cuando se tiene cierre por empaquetaduras, estasconsisten en un conjunto de aros montados en el eje. Estosanillos pueden ser individuales o recortados de una trenza deempaquetadura. Hay distintos tipos de materiales, tales como:asbestos grafitados, o cintas trenzadas de Metal Babbit (metalblanco blando; una aleación de estaño y cobre) que envuelvenun ánima de asbesto.

4. En el centro de la caja de empaquetadura normalmenteexiste un anillo linterna. Su objeto es el de crear un sitio paraproveer enfriamiento y lavado de la caja de empaquetadura. Ellíquido tiene que ser compatible con el líquido bombeado. Porejemplo, en la bomba de crudo, si el líquido de lavado tiene unbajo punto de inflamación y hay excesiva pérdida dentro de labomba a lo largo del eje, se puede afectar la calidad final delproducto que se está bombeando.

9-8

CAJA DE EMPAQUETADURAS(STUFFING BOX)

ANILLOS DEDESGASTE

IMPULSOR __l-

AGUJERO DE BALANCE

LAVADO O ENFRIAMIENTO

ENFRIAMIENTO (QUENCH)

MANGA DEL EJE

SEGUIDOR DEL AJUSTA-EMPAQUETADURAS

ANILLO LINTERNA

EMPAQUES TÍPICOS(TYPICAL PACKING)

ASBESTOCUBIERTO

ANILLOSPREFABRICADOS

ASBESTOGRAFITADO UOP 220-9-3

9-9

Sellos Mecánicos En general las bombas centrifugas tienen un sello mecánico.Éste impide las fugas de líquido de proceso hacia el exterior;un sello mecánico opera con dos partes: una rotativa que vaincorporada al eje y apretada por medio de resortes contra otraestacionaria. Las caras rotatoria y fija deben ser planas paraasegurar un sello eficiente. La parte estacionaria esnormalmente de carbón y está fijada en la brida del sello conun anillo "O". La parte rotativa es normalmente de aceroinoxidable; no está unida al eje o camisa, sino que, gracias auno o varios resortes, se mantiene apretada contra la caraestacionaria. Se utiliza una junta de cierre, que puede ser devarios tipos, entre la parte rotativa y el eje. Normalmente estajunta es un simple sello en "O". Existen también sellos doblespara trabajos especiales.

El desarrollo del cierre mecánico ha ocurrido a base deldesarrollo de los materiales, los cuales pueden ser estelita(stellite), tungsteno y cerámica, junto con una superficie dedesgaste de carbón. Por lo tanto, la vida de los sellosmecánicos ha sido mejorada notablemente.

Los inconvenientes en las juntas "O" constituyen unproblema de menor escala debido a la existencia de materialestales como: vitón, teflón, y silicona, dependiendo del servicio.Un buen sello tiene que tener caras planas y la presión debeestar distribuida uniformemente. Dicha distribución se lograutilizando resortes dobles.

El liquido de lavado del sello se toma de la brida dedescarga de la bomba a través de un separador ciclónico, paraasegurarse de que el líquido de lavado entre limpio en el sello.El lavado del sello mantiene limpios los resortes asegurandosu buen fundionamiento.

El enfriamiento del sello (quench) se realiza con agua, lacual circula alrededor de la brida del sello, para condensar losvapores que hayan podido escaparse al exterior y puedan serpeligrosos. La tubería de condensado va a un lugar seguro.

9-10

SISTEMA TÍPICO DE SELLO MECÁNICO(TYPICAL MECHANICAL SEAL ARRANGEMENT)

GARGANTA PARA FLUJODE LAVADO CARA ROTATORIA

MANGADEL EJE

.ANILLO "O"

cmnm_GARGANTAPARA QUENCH

-ANILLO "O"

TORNILLO DERETENCIÓN

RESORTE,

/CARA DRENAJEFIJA DEL QUENCH

SUPERFICIE DE SELLO

SELLO MECÁNICO SIMPLE(SINGLE MECHANICAL SEAL)

SUPERFICIE DE SELLO

TORNILLO DERETENCIÓN

ANILLO "O"

EXTERIOR

CARAESTACIONARIA

SELLO MECÁNICO DOBLE(DOUBLE MECHANICAL SEAL)

RESORTE

SELLO DE ANILLO "O"

SELLO DE ANILLO "O"

SELLO DE ANILLO "O'

9-11

Cojinetes Y GayaDe Cojinetes

Para que el eje esté centrado y gire con mínima fricciónse monta en cojinetes. Los cojinetes controlan el empuje radialy axial.

Para mantener la operación eficiente de los cojinetes se loslubrica y aisla de la atmósfera. En bombas centrífugas simples,se usan normalmente cojinetes de bolas montadas en una cajaque tiene un nivel constante de aceite mantenido usualmentepor una botella de aceite de lubricación. Note como loscojinetes difieren en construcción y que el cojinete de empujeaxial es un cojinete doble llamado comúnmente de-espalda-a-espalda. Los cojinetes están lubricados por medio de un anilloelevador de aceite que gira con el eje. Debido al mayordiámetro del anillo con respecto al eje, el anillo estáparcialmente sumergido en el aceite, el cual lo impregna y sepropaga a lo largo del eje, formando una película que seextiende hasta los cojinetes.

Los alojamientos de los cojinetes están mantenidos apresión atmosférica por un venteo en el tope de la caja.

Si la bomba es para servicio caliente (más de 175°C) elalojamiento de cojinetes se enfría por medio de agua.

CAJA DE COJINETES(BEARING BOX)

SELLO DE ACEITE

COJINETE RADIAL

VENTILACIÓNY LLENADO COJINETE DOBLE DE

EMPUJE AXIAL

SELLO DEACEITE

NIVEL NORMAL DEACEITE

ANILLO DEFLECTOR ANILLOS ELEVADORESDE ACEITE PARA

LUBRICAR COJINETES

ACOPLAMIENTO

UOP 220-9-7

9-13

Cojinetes De Estos cojinetes son de metal blanco y se utilizan en bombasManguito de servicio pesado. A causa del bajo punto de fusión del(Chumaceras O metal blanco, la caja de rodamientos o cojinetes está enfriadaMuñoneras) con agua y está provista de un termómetro.

Cojinetes Tipo Estos cojinetes están hechos también de metal blanco"Kingsbury" y se utilizan para absorber el empuje axial del collar de empuje

del eje.

Lubricación En la mayor parte de los casos, la lubricación de estos tiposde cojinetes se realiza con una bomba por la cual se circulaaceite alrededor de los cojinetes proveniente de undepósito de reserva y enfriado por agua para mantener unatemperatura constante. Se usa también un calentador paracalentar el aceite hasta la temperatura de operación antes de lapuesta en marcha de la bomba.

9-14

TIPOS DE COJINETES(TYPES OF BEARINGS)

CARAS DELCOJINETE

CHUMACERA NORMALVISTA SECCIONAL DELCOJINETE DE EMPUJE

"KINGSBURY"

COJINETE DE EMPUJETIPO "KINGSBURY"

SUPERFICIE DEMETAL BLANCODEL COJINETE

ANILLOBASE "--

PLATOSDE ^-

NIVELACIÓN"

ZAPATAS<

COLLARÍNDE —

EMPUJE

k.

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y*i'j\^Ñ

,

—^

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< ^s

~1

—

UOP 220-9-8

9-15

Bomba Típica Ésta es una bomba de una sola etapa. Es uno de los tiposDe Una más comunes de bombas centrífugas. Puede ser utilizadaSo/a Etapa para una gran variedad de líquidos tanto de elevado peso

especifico (tales como crudo o agua) como de bajo pesoespecífico (tales como butano o propano). Pueden serempleadas dentro de un amplio margen de temperaturas ypresiones.

Estas bombas permiten el uso de agua de enfriamiento encamisas (chalecos) de refrigeración o la adición de líquido deenfriamiento (quench) al sello. La bomba de la figura no estáequipada ni con camisa ni con quench, por lo que se puedededucir que no es una bomba para servicio caliente. Laconexión de barrido o lavado al sello tampoco está conectada,así que se supone que la bomba trabaja con fluidos limpios. Dehecho, es un tipo de bomba utilizada para condensados.

La bomba consta de:

I. Eje de bomba — una pieza pulida de acero.

3. Acoplamiento con espaciador — para conectar bomba yaccionador.

3. Anillo deflector externo — para evitar la contaminacióndel lubricante con producto, en caso de que falle el sello.

4. Empaque de cabeza — para evitar pérdidas por lacarcasa (carcasa divida).

5. Chaveta (chavetero) del impulsor — para fijar elimpulsor en el eje.

6. Impulsor — para aplicar la fuerza al líquido, tal como sediscutió previamente.

7. Carcasa — para contener el líquido, tal como se vio alprincipio.

8. Cojinete de bolas radial — para equilibrar el empujeradial y retener el eje en su posición.

9. Base para bomba y accionador — hecha de acero yrellenada con cemento para eliminar vibración en la fundación.

10. Sello de aceite — para impedir pérdidas a lo largodel eje.

II. La camisa (manga) del eje — es reemplazable e impideel desgaste del eje en la región del sello. Esta camisa estáfabricada de tal manera que pueda alojar el sello.

9-16

12. Anillo elevador de aceite — acarrea el aceite delsumidero de aceite a los cojinetes.

13. Cojinete de bolas de empuje axial — para balancear elempuje axial y fijar el eje en su posición.

14. Anillo deflector interno — para evitar que se rocíeaceite hacia afuera de la caja de cojinetes.

15. Caja de cojinetes — donde se montan los cojinetes deempuje radial y axial para soportar el eje; actúa también comodepósito de reserva del lubricante para la lubricación de loscojinetes.

16. Anillos de desgaste para la carcasa y el impulsor —éstas son partes reemplazables lubricadas por una película delíquido de proceso; el espacio libre (tolerancia) entre los anillosde desgaste controla el volumen de líquido que circula, desdela descarga hacia la succión, el cual ayuda a equilibrar elempuje axial. Cuando los anillos de desgaste se desgastan,pueden ser reemplazados y la eficacia de la bomba retorna a suestado original.

17. El sello mecánico — impide las fugas de líquido a lolargo del eje.

9-17

to00

CARCASA DEVOLUTA

IMPULSOR

BOMBA CENTRIFUGA DE UNA ETAPA(SINGLE STAGE CENTRIFUGAL PUMP)

SALIDA DEL REFRIGERANTEDESCARGA

/ SELLO/ MECÁNICO

COJINETE RADIAL

ANILLO ELEVADOR

DEFLECTOR DE ACEITEVENTEO DE LA CAJA DE COJINETES

COJINETE DE EMPUJE AXIAL

SUCCIÓN

ANILLOS DEDESGASTE

DRENAJE DELA CARCASA

CONEXIÓNPARA

LAVADODEL SELLO

ACOPLAMIENTO

EJE

CAJA DE COJINETES

ENTRADA PARAEL REFRIGERANTE

MANGADEL EJE

BOTELLA DE NIVEL DE ACEITE

ANILLODEFLECTOR UOP 220-9-9

OPERACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS(OPERATION OF CENTRIFUGAL PUMPS)

El operador puede prolongar la vida de sus bombascentrifugas y disminuir la frecuencia de mantenimiento y loscostos si sigue cuidadosamente los procedimientos dearranque y parada.

Procedimiento De 1. El operador deberla verificar donde sea aplicable.Arranque

a) Que esté en servicio la alimentación de agua deenfriamiento.

b) Que esté en servicio la alimentación de agua al chalecoo camisa de refrigeración de la bomba.

c) Que esté en servicio el enfriamiento del motor.

d) Que esté en servicio el líquido de lavado del empaque.

e) Que esté en servicio la corriente de enfriamiento delsello.

f) Que la lubricación de la bomba y los cojinetes del motortenga el tipo correcto de lubricante y que los niveles de aceitesean correctos.

g) Si es posible, gire el eje de la bomba.

h) Verifique que la alimentación de energía eléctrica estédisponible y que el sistema de interruptores y de protecciónesté en posición de trabajo.

i) Si el accionador es una turbina, compruebe que laturbina esté disponible y a punto.

j) Si la bomba es para servicio caliente, tome el tiemponecesario para calentar la bomba y asegúrese de que la bombaesté a la temperatura de proceso.

2. Arranque — partiendo de la posición en que la succión yla descarga estén completamente cerradas.

a) Verifique que esté cerrado el drenaje de la carcasa de labomba.

b) Compruebe que el venteo de la bomba esté cerrado.

c) Ponga en servicio el medidor de presión. (Abra laválvula.)

9-19

d) Abra lentamente la válvula de succión y eleve la presiónen la carcasa. Entonces ventee cualquier gas de la carcasahasta que ésta esté llena de líquido. Una vez llena, abratotalmente la válvula de succión.

e) Gire ligeramente el volante para abrir la válvula dedescarga. Si la bomba es para servicio caliente, se la debecalentar. Esto significa que debe haber algún medio de by-pasar la válvula de retención (válvula "check"), tal como unpequeño orificio taladrado en la válvula de retención o unapequeña Knea que by-pase la válvula de retención.

NOTA: Depende de la práctica de la refinería, pero enmuchos casos la bomba de recambio para cualquier serviciodebería dejarse con la válvula de succión abierta, y la bombabajo presión de succión. Desde luego esta práctica no eliminala necesidad de llevar a cabo las verificaciones de rutina antesdel arranque de la bomba. No existe excusa para no comprobarlos niveles de aceite, agua de enfriamiento, etc. antes delarranque de la bomba.

3. Con la válvula de descarga apenas abierta, arranque labomba si está accionada eléctricamente; si está accionada porturbina se debe tener cuidado en seguir los pasosrecomendados para el arranque de una turbina.

4. Mire la presión en el medidor acoplado en la descargapara ver si sube a su valor normal. Si el motor de la bombatiene un amperímetro compruebe la carga. Si la carga delmotor es mayor que la normal o si no hay presión de descarga,averigüe la razón. Si estas condiciones subsisten, pare labomba e informe a su supervisor.

5. Si la presión es normal y la carga del motor es normalabra la válvula de descarga lentamente.

6. RECUERDE REVISAR LA BOMBA REGULARMENTE,especialmente la lubricación de cojinetes, calentamiento yruidos anormales.

Procedimiento 1. Cierre la válvula de descarga.De Parada

2. Pare la bomba.

3. Según cual sea la razón por la que la bomba fue parada,lleve a cabo cualquier instrucción que pueda haberle sidodada.

4. Si es necesario desmontar la bomba y trabajar en ella,asegúrese de que esté debidamente aislada del proceso, demanera que no exista peligro alguno para los mecánicos.

9-20

CONDICIONES NORMALES DE OPERACIÓN(NORMAL PUMPING OPERATIONS)

Venteo DeBombas

Filtros De LaSucción DeLas Bombas

Cavitación

Fallo De LaBomba DeAlimentación AlHorno DeFuego Directo

Agua De LavadoAl EquipoDe Proceso

Todas las bombas centrífugas requieren venteo antesdel arranque para remover cualquier gas que esté en lacarcasa. Se debe proceder con cautela para evitar que escape ala atmósfera o al alcantarillado una cantidad excesiva dehidrocarburos.

BAJO NINGUNA CIRCUNSTANCIA DEBERÍA DEJARSEABIERTO Y SIN ATENCIÓN UN VENTEO O DRENAJE.

Cuando se ventean hidrocarburos ligeros a la atmósfera sedeben tener en cuenta las condiciones del viento y laubicación de los hornos. Siempre que sea posible, se debeventear al sistema de antorcha.

Durante el arranque, se utilizan filtros en todas lassucciones de las bombas para retener impurezas arrastradasen la tubería. El filtro debe estar localizado en tal forma que, sies necesario cambiarlo, las impurezas no caigan dentro de lasucción de la bomba.

La causa principal de este fenómeno es una condición desucción inadecuada, especialmente en las bombas con filtroincorporado en la succión. Los filtros deberán ser examinadossi ocurre cavitación. En columnas donde hay gran diferencia enel punto de ebullición entre el producto de cabeza y el defondo, la cavitación ocurre algunas veces durante el arranque.También puede ocurrir cuando se trata de ajustar lascondiciones de operación si se produce mezcla de losproductos de cabeza y de fondo dando lugar a la vaporizaciónde productos ligeros en la bomba. El único camino a seguir esque el operador en la sala de control logre ajustar la columna asus condiciones normales de operación y se eliminen losproductos ligeros del fondo.

La parada de dicha bomba puede ser causada porcavitación, fallo de energía eléctrica, o fallo delvapor. En cualquier caso se produce una emergenciaque requiere, previa notificación del supervisor, unaparada immediata del horno. Notifique a su supervisorINMEDIATAMENTE si hay problemas de esta naturaleza.

En algunos casos, por ejemplo durante el lavado con agua,se utilizan las bombas para este servicio. Los requerimientosde potencia de la bomba aumentan según el incremento depeso específicio. Esto significa que la carga en el motor serámás alta que su valor de diseño. Todo motor tiene su placa de

9-21

El Efecto De LaCirculaciónEn Los AnillosDe Desgaste

LubricaciónDe La CajaDe Cojinetes

Cambio DeBombasCentrífugas

identificación donde se puede leer el máximo amperaje. Si elmotor no lleva un amperímetro incorporado, se debe utilizar unamperímetro portátil. La válvula de descarga deberá ser cerradahasta que la lectura en el amperímetro no exceda del valorlímite. Si no se toman estas precauciones, el motor sedisparará por sobrecarga y no puede ser puesto en marchahasta que se reajuste el mecanismo de disparo ("reset"). Estosdisparos repentinos pueden causar serios daños al motor.

En bombas grandes de varias etapas, si se usa agua comolíquido de lavado, se debe tener mucho cuidado de no cerrarexcesivamente la válvula de descarga de tal manera que elcaudal de agua sea insuficiente para enfriar los anillos dedesgaste. Esto podría hacer que la bomba se atascase.

Hay un flujo continuo de líquido desde la descarga hasta lasucción en el interior de la bomba. Sin embargo, ésta es unapequeña fracción del volumen total que se está bombeando.Este líquido enfría y lubrica los anillos de desgaste.

Si la bomba está girando con la válvula de succión cerrada,no existe suficiente líquido para lubricar y remover calor de losanillos de desgaste, y la bomba se atascará.

Si la bomba está girando con la descarga cerrada y lasucción abierta por un largo período de tiempo, se genera unacantidad excesiva de calor que puede vaporizar el fluido quepasa a través de los anillos de desgaste y puede ser otra causapara un agarre o atasco de dichos anillos, dañando a la bomba.En cualquier caso, en estas condiciones se trabaja con unacantidad excesiva de empuje radial sobre el impulsor.

El nivel correcto de aceite en la caja de cojinetes vieneasegurado por la botella de nivel de aceite. Se debecontrolar el nivel de aceite en la botella continuamente.

Suponiendo que la bomba P1 está en servicio y la bombaP2 debe ser puesta en marcha, se procede así:

1. Arrancar la bomba de relevo P2, de acuerdo con elprocedimiento descrito hasta el punto número cinco; la bombaha sido arrancada y la presión de descarga es normal.

2. Cuando se abre la descarga de la bomba P2, cerrarlentamente la descarga de P1 para evitar variaciones bruscasde caudal.

Cuando la válvula de descarga de P2 está totalmenteabierta y la descarga de P1 totalmente cerrada y la bomba P2trabaja satisfactoriamente, parar el motor de P1.

3. Seguir cualquier instrucción especial para cerrar lasválvulas, etc. en P1.

9-22

SISTEMA TÍPICO DE BOMBAS PRINCIPALY DE RELEVO ACCIONADAS CON MOTOR(TYPICAL MOTOR/MOTOR SPARE PUMP ARRANGEMENT)

DESCARGA

fróco

SÍMBOLOSM = MOTORP = BOMBA SUCCIÓN

UOP 220-9-10

CambioAutomáticoDe Bombas

Puede ser turbina-motor o motor-motor; esto significa quela bomba de relevo debe permanecer en la siguiente posición:

a. Válvula de succión y descarga abiertas.

b. Todas las líneas de enfriamiento deben estar abiertas.La lubricación debe ser comprobada regularmente.

c. La línea que transmite la presión desde la descarga dela bomba que está en operación hasta el sensor deberápermanecer abierta.

d. Si la bomba de relevo está accionada por turbina, laspurgas (trampas) de vapor deben ser examinadas para ver queno haya condensado en la turbina. La turbina debe estargirando lentamente todo el tiempo.

El método de puesta en marcha se define como aquél enel que, si la presión en la descarga de la bomba principal,disminuye, se genera una señal que activa un relay y entonces:

a) En el caso de que la bomba de relevo esté accionadapor motor eléctrico, el dispositivo acciona el mecanismo dearranque del motor.

b) Si la bomba de relevo está accionada por turbina, elrelay actúa sobre la válvula de admisión de vapor a la turbina.

Como el dispositivo sólo acciona el motor o la turbina de labomba de relevo, se debe examinar y parar la bomba principal.Si la bomba de relevo debe ser parada, debe dejarsefuncionando en la posición de relevo y se debe reposicionar elrelay para dejarlo en posición de operación automática.

9-24

SISTEMA TÍPICO DE BOMBA ACCIONADA CON MOTOR YBOMBA DE RELEVO ACCIONADA CON TURBINA PARA

OPERACIÓN AUTOMÁTICA(TYPICAL MOTOR — AUTO CUT — IN TURBINE SPARE PUMP ARRANGEMEN D

DESCARGA

SUCCIÓN

PG

BY-PASS PARA ELCONTROL DEGIRO LENTO

VAPOR11.3 kg/cm2

ATMOSFERA

SALIDA DEVAPOR

3.5 kg/cm2

SÍMBOLOS

M = MOTORP - BOMBAT = TURBIN/

BombaCentrífuga DeOcho Etapas

Debido al alto empuje axial desarrollado por esta bomba,se disponen los impulsores en posición opuestaalternada. Note como se transmite el fluido de la cuarta a laquinta etapa. Debido a! balance del empuje axial por medio delos propios impulsores, los cojinetes de empuje pueden ser debolas en vez del tipo "Kingsbury", lubricados por medio de unbaño de aceite en vez de utilizar un sistema de lubricación apresión.

El diseño de impulsores opuestos es el método más usadopara disminuir el empuje axial en las bombas de etapasmúltiples, debido a su bajo costo.

9-25

BOMBA CENTRIFUGA DE OCHO ETAPAS CONIMPULSORES OPUESTOS

(8 STAGE CENTRIFUGAL PUMP WITH OPPOSED IMPELLERS)

CO

ro

PARA LAVADODEL SELLO

REFRIGERACIÓN(QUENCH)

PARA EL SELLO

ANILLODEFLECTOR

ANILLOS DEDESGASTE

VENTILACIÓN

CANAL DECRUCE

SELLO DEACEITE

CAJA DE COJINETESEN EL LADO DEL

ACCIONAMIENTO

DIFUSOR

ANILLOS DEDESGASTE

PALETA GUIADE SUCCIÓN

CAJA DECOJINETESTRASERA

DESCARGACANAL DE CRUCE DESDE LADESCARGA DE LA 4a ETAPA

A LA SUCCIÓN DE LA 5a ETAPAUOP 220-9-12

Bomba CentrífugaDe Varias EtapasCon TamborDe Balanceo

La bomba del ejemplo es equivalente a once bombas deuna sola etapa en serie, pero con una carcasa común. Seutilizan difusores a la descarga de cada impulsor para guiarel líquido a la succión del siguiente. Cada impulsor estáprovisto de un juego de anillos de desgaste. La presión dedescarga de esta bomba normalmente es de 180 Kg/cm2 (2560psig).

El tambor de balanceo está conectado por un lado a ladescarga y por el otro a la succión. Este tambor ayuda acontrarestrar el empuje axial entre la descarga y la succión y,además, hace que la presión en el sello de la descarga sea lapresión de succión. Para el empuje axial residual debe usarseun cojinete de empuje axial apropiado.

Nótese los diversos tipos de cojinetes empleados en estabomba: los extremos del eje están soportados en cojinetesradiales de manguito mientras que el cojinete de empuje es uncojinete doble tipo "Kingusbury". Nótese también que el aceitede lubricación se suministra a través de una bombaindependiente que debe ser arrancada antes de poner enmarcha la bomba principal. La bomba está provista también determómetros para observar la temperatura de los cojinetes, lacual no debe superar los 70°C.

9-28

BOMBA DE VARIAS ETAPAS CON TAMBOR DE BALANCEO(MULTI-STAGE PUMP WITH BALANCING DRUM)

¥i\jco

SUCCIÓN LINEA DE BALANCEOA LA PRESIÓN DE SUCCIÓN

ENTRADA DEL AGUADE REFRIGERACIÓN

LAVADO DEL SELLO

COJINETE DEMANGUITO

A

i

, QPI 1 1

DESCARGA

TAMBOR DE BALANCEOTERMÓMETRO

UNA ETAPALABERINTO DIFUSOR

i iCOLLAR DE

EMPUJE AXIAL

IMPULSOR CARCASASELLO MECÁNICO

COJINETE SISTEMADE MANGUITO "KINGSBURY"

UOP 220-9-25

Bomba De Una Note el impulsor de doble succión. Es como tener dosEtapa Con impulsores de espalda a espalda; consecuentemente, laDoble Succión bomba mueve un gran volumen de líquido.

El impulsor de doble succión constituye otro método deequilibrar el empuje axial, de manera que permite el uso decojinetes de empuje pequeños. Si la bomba es para serviciocaliente se deberán conectar lineas para enfriamiento.

9-30

BOMBA DE UNA SOLA ETAPA Y DOBLE SUCCIÓN(DOUBLE SUCTION SINGLE STAGE PUMP)

DESCARGA

SUCCIÓN

COJINETE DELACCIONAMIENTO

CONEXIÓNPARA -

EL VENTEO

1SELLO DEACEITE

<p¿3

ANILLOELEVADORDE ACEITE

COJINETE

SELLO MECÁNICO

IMPULSOR DEDOBLE SUCCIÓN

ANILLOS DEDESGASTE

LAVADO PARAEL SELLO

QUENCH PARAEL SELLO

VENTEO

COJINETETRASERO

AGUJERO PARATACOMETRO

\ COJINETE

Bomba VerticalEn Línea

La bomba está montada verticalmente de manera que ocupamenos espacio; su posición vertical permite montarla en unasección recta de tubería ahorrando así el costo de codos. Estetipo de bomba no tiene cojinetes y trabaja solo con loscojinetes del motor. Esto puede crear algunos problemas,debido al movimiento del eje, sobre todo en la región del sello.

Note el orificio en la parte posterior del impulsor. Éste es unorificio de balanceo, para que la presión detrás del impulsorfluya a la succión disminuyendo asi el empuje axial.

BOMBA VERTICAL EN LINEA(VERTICAL INLINE PUMP)

EJE DEL MOTOR ACCIONADOR

MANGA DEL IMPULSORREMOVIBLE PARA PERMITIR

MANTENIMIENTO DELA BOMBA

LAVADO PARA ELSELLO

DESCARGA

AGUJERO DEL BALANCEDEL IMPULSOR

\ANILLOS DE DESGASTE

UOP 220-9-14

9-32

Bombas"Sundyne"

El motor acciona al impulsor a través de una multiplicadorde velocidad que aumenta las revoluciones de 7.000 a 14.000RPM. Por esta razón, la bomba deberá ser cuidadosamenteajustada cuando se instale. Note que no hay anillos dedesgaste entre el impulsor y la carcasa. El impulsor es del tiposemiabierto pero con varios orificios de balanceo, lo que nopermite que se cree excesivo empuje axial.

BOMBA "SUNDYNE"(SUNDYNE PUMP)

EJE DEL MOTOR ACCIONADOR

PASAJES DEACEITE LUBRICANTE

FILTRO DEACEITE

SUCCIÓN

ENGRANAJES PARA ELAUMENTO DE LA VELOCIDAD

MULTIPLICADORADE VELOCIDAD

SELLOS: UNO PARA LABOMBA Y OTRO PARA LA

MULTIPLICADORA

DESCARGA

CONO DIFUSOR

IMPULSOR

9-33

cpCO-b.

DETALLES DEL IMPULSOR Y DE LOSUNA BOMBA "SUNDYNE"

(SUNDYNE IMPELLER & SEAL DETAILS)

RESORTE DEL SELLO

COPA DELSELLO

SUPERFICIEDE SELLADO

ANILLO DE SELLO ESTACIONARIO

ANILLO DE SELLO ROTATORIO

EJE

MANGA DEL EJE

ANILLOS "O"

IMPULSOR

UOP 220-9-16

Bomba Sumergible Esta bomba lleva un filtro incorporado en la succión. ElDe Dos Etapas eje para el impulsor está sumergido en el líquido que se está

bombeando y sujetado por cojinetes.

La caja de empaquetadura para esta bomba está en el codode descarga. Como la succión está sumergida no existenproblemas de succión.

BOMBA SUMERGIBLE DE DOS ETAPAS(2-STAGE SUBMERSIBLE LIFT PUMP)

CANAL DEENGRASE


ARANA DELCOJINETE

IMPULSORES

FILTRO

ACOPLAMIENTOFLEXIBLE

COJINETE DEL EJE

CAJA DECOJINETES

APRETADOR DE LAEMPAQUETADURA

EMPAQUES

DESCARGA

MANGA DEL EJEEN EL COJINETE

MANGA DEL COJINETE

CARCASA DE VOLUTA

MANGA DEL COJINETE

SUCCIÓN

9-35

CARACTERÍSTICAS DELAS BOMBAS CENTRIFUGAS

(CHARACTERISTICS OF CENTRIFUGAL PUMPS)

ComportamientoDe Las BombasCentrífugas

Antes de que una bomba sea enviada de la factoría dondefue manufacturada, se realizan pruebas de capacidad desdecero hasta un valor máximo. Estos datos se conocen comocurvas de "rendimiento" o "curvas características". Un ejemplose muestra en la Fig. A. La curva característica muestra lavariación de la presión de descarga desarrollada por la bombay la eficiencia de la bomba en función de la capacidad, cuandose opera a una velocidad constante. Note que la potenciaaumenta cuando aumenta la capacidad. En otras palabras, si labomba está funcionando a velocidad constante y se abre aúnmás la válvula de descarga, la capacidad aumentarádemandando del accionador mayor potencia. Esto sucede aúncuando disminuya la presión de descarga. Las bombascentrifugas se deben arrancar con la descarga casi cerrada yaque la potencia requerida es mínima a capacidad cero. Estopermite que el motor alcance su velocidad antes de que seaplique la carga total. Por otra parte, resulta más difícil lograrsucción cuando la descarga está totalmente abierta. La curvapresión-capacidad es independiente del peso especifico delliquido que está siendo bombeado. La presión, medida en piesde liquido o una unidad similar, tiene que ser igual para dosbombas idénticas operando a la misma capacidad y girando ala misma velocidad si una bombea agua y la otra gasolina.Puesto que los dos impulsores giran a la misma velocidad, losdos líquidos salen del impulsor a la misma velocidad y, por lotanto, pueden ser movidos a la misma distancia o a la mismaaltura. En cambio la presión desarrollada y la potenciarequerida varían directamente con el peso específico delliquido bombeado. Un cambio en la gravedad especifica darálugar a un cambio de presión y de potencia. Cuanto máspesado sea el liquido, mayor será la presión para la mismavelocidad.

Si tomamos el ejemplo del agua y de la gasolina, la bombadesarrolla el mismo nivel hidrostático para la misma velocidad,pero la bomba que maneja agua desarrolla más presión que laque maneja gasolina. Cuanto más presión se desarrolla, mástrabajo se realiza.

Ocasionalmente dos bombas centrifugas operan en serie oen paralelo. La curva de capacidad combinada para dosbombas centrífugas operando en serie se muestra en la Fig. D.La presión total a una capacidad dada es la suma de laspresiones individuales.

9-37

La curva combinada para las presiones de dos bombastrabajando en paralelo se muestra en la Fig. B. Aguf lacapacidad total a una presión dada es la suma de lascapacidades individuales.

En una refinería las bombas centrifugas están accionadaspor motores de inducción o por turbinas. Los motores dieseltrabajan a velocidad constante. Las turbinas en cambio son develocidad variable. El efecto de la velocidad en la curvacapacidad — presión se indica en la Fig. C. Dentro de ciertoslimites se puede conseguir un efecto similar variando eldiámetro del impulsor. Un incremento en la velocidad de labomba aumenta la demanda de potencia en el accionador.

La eficiencia de una bomba centrifuga decrece rápidamentesi aumenta la viscosidad del liquido bombeado; la potenciarequerida aumenta rápidamente. Por lo general materialesviscosos pueden ser manejados tanto por bombasreciprocantes como por bombas rotativas.

NOTA: La presión hidrostática ejercida por una columna deliquido es el producto de la altura de la columna por su pesoespecifico y por la aceleración de la gravedad. Para líquidosdel mismo peso especifico, las presiones son proporcionalesa las alturas correspondientes. Es por lo tanto corrienteexpresar presiones hidrostáticas en término de su alturacorrespondiente. La presión hidrostática en unidades de altura(longitud) a veces se denomina carga o carga hidrostática oaltura hidrostática. Cuando se dé una presión en unidades delongitud debe entenderse automáticamente que se trata de unacarga; la presión real no puede ser calculada a menos que seconozca el peso especifico.

9-38

FIGURA A

CURVAS CARACTERÍSTICAS A VELOCIDADCONSTANTE

(CHARACTERISTIC CURVES AT CONSTANT SPEED)

120

#

OuiOEUJ

20

120

IMPULSOR1750 R.P.M.

10" DÍA.

PRESIÓN - CAPACIDAD

POTENCIA AL FRENOPARA UN PESO ESPECIFICO

UNIDAD (PESO ESPECIFICO = 1.0)

200 400 600 800 1000 1200

CAPACIDAD, GALONES (U.S.) POR MINUTO (G.P.M.)

1400

9-39

FIGURA B

DOS BOMBAS CENTRIFUGAS EN PARALELO

cp¿.o CURVA COMBINADA

400 800 1200 1600 2000 2400

CAPACIDAD, GALONES USA/MINUTO UOP 220-9-24

U

Ktu5<

I

FIGURA C

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD(SPEED VARIATION)

140

120

(A

Z 100

80

60

40

20

1900 R.P.M.

IMPULSORDÍA. = 10"

200 400 600 800 1000 1200 1400

CAPACIDAD, G.P.M. UOP 220-9-19

9-41

FIGURA D

DOS BOMBAS CENTRIFUGAS EN(TWO CENTRIFUGAL PUMPS IN SERIES)

UJ

Z

cc<ÜzotouiK0.

250

CURVA COMBINADA

0 400 800 1200 1600 2000

CAPACIDAD, G.P.M. UOP 220-9-20

9-42

Diagnóstico De 1. Fallo En El Suministro Del LíquidoProblemas EnBombas Centrífugas a. Bomba no alimentada, no cebada

b. Insuficiente velocidad

c. Descarga hidrostática demasiado alta

d. Altura de levantamiento de succión demasiado alta (másde 15 pies). Comprobar con indicador de vacio.

e. Pasajes del impulsor parcialmente obstruidos.

f. Dirección de rotación equivocada.

2. Sobrecarga En El Accionador De La Bomba

a. Altura hidrostática total de descarga más baja que laestablecida. La bomba bombea demasiado líquido.

b. Líquido bombeado de diferente peso específico yviscosidad que los de diseño.

c. Defectos mecánicos.

— Eje curvado, torcido.

— Elemento rotativo descentrado de su posición.

— Cojinetes gastados.

3. Insuficiente Presión*

a. Velocidad demasiado baja

b. Aire en el líquido

c. Defectos mecánicos

— Anillos de desgaste gastados

— Impulsor dañado

— Fuga interna debido a empaque defectuoso.

4. Capacidad Insuficiente

a. Fugas de aire en la succión o cajas de empaquetaduras.

b. Velocidad demasiado baja

9-43

c. Altura hidrostática total desarrollada más alta que la quedebería desarrollar en operación normal.

d. Altura de levantamiento de succión demasiado alta (másde 15 pies). Comprobar con indicador de vacío.

e. Pasajes del impulsor parcialmente obstruidos.

f. Insuficiente altura de succión, para líquidos calientes.

g. Defectos mecánicos.

— Anillos de desgaste gastados

— Impulsor gastado o dañado

— Pérdidas internas debido a defectos del empaque.

h. Válvula de pie demasiado pequeña u obstruida porsuciedad.

i. El tubo de succión o la válvula de pie no están sumergidossuficientemente.

j. Filtro de succión obstruido.

5. Pérdidas De Líquido Después Del Arranque

a. Fugas en la línea de succión

b. Altura de levantamiento de succión demasiado alta (másde 15 pies)

c. Aire o gases en el líquido

d. Filtro de succión obstruido.

6. Vibración

a. Desalineación

b. Fundación no rígida (base de hormigón fracturada)

c. Impulsor parcialmente tapado que causa desequilibrio.

d. Defectos mecánicos

— Eje curvado

— Elementos rotativos fuera de su posición.

— Desgaste de cojinetes.

9-44

e. Vaporización en la succión

f. Capacidad excesiva

g. Filtro de succión obstruido.

9-45

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTOPOSITIVO

(POSITIVE DISPLACEMENT PUMPS)

Una bomba de desplazamiento positivo trabaja del mismomodo que si se pusiera un bloque en un cubo de agua. Elbloque desplazará un volumen de agua igual al volumen delbloque. El liquido se desplaza en el cilindro gracias almovimiento del pistón. Una bomba que desplaza un volumenconstante de líquido se llama bomba de desplazamientopositivo. Esta bomba admite un volumen de fluido en elcilindro y luego lo desplaza por medio del movimiento delpistón. Cuando el líquido es desalojado por el movimiento delpistón en una sola dirección se habla de una bomba de acciónsimple. Cuando se desaloja líquido en ambos sentidos delmovimiento del pistón (ida y regreso), se habla de una bombade doble acción.

Las bombas reciprocantes se clasifican según el número depistones (cilindros): "simplex" significa uno, "dúplex" significados, etc. Una bomba múltiple se define como aquélla que tienemás de un pistón (cilindro). Se usan bombas reciprocantescuando se requiere alta presión y bajo caudal, o cuando elfluido es bastante viscoso.

El pistón lleva anillos incorporados a fin de disminuir laspérdidas. Estos anillos se encuentran entre las paredes delcilindro y el pistón. Los cilindros están diseñados de tal modoque se pueden cambiar sus camisas cuando sea necesariodebido al desgaste. La camisa es el recubrimiento metálicointerno reemplazable de un cilindro.

Las bombas con pistón de tipo "tapón" solamente desalojanparte del líquido admitido en el cilindro, dado que el tapón notoca la camisa del cilindro. En este caso no se necesita usarcamisa ya que el tapón reciprocante no toca las paredes delcilindro. El tapón se desplaza dentro de una caja deempaquetaduras estacionaria. Esta caja impide pérdidas delcilindro hacia el exterior. Para bombas reciprocantes de"tapón" de doble acción con un tapón se requiereempaquetadura en el vastago y en el tapón. Si la bomba dedoble acción tiene dos tapones conectados por tes y crucetas,los dos tapones requieren cierre de empaquetadura pero seelimina la empaquetadura del vastago.

El principio de la bomba reciprocante depende de la acciónde las válvulas. El líquido entra en el cilindro a través de lasválvulas de succión, cuando empieza la carrera de expansióndel pistón, y se descarga a través de las válvulas de descarga

9-47

Bombas DeDesplazamientoPositivoAccionadasPor Vapor

por efecto de la carrera de compresión del pistón. Las válvulasactúan como válvulas de retención en que permiten el flujo enuna sola dirección. Al comenzar la carrera de compresión(avance) del pistón las válvulas del cilindro están cerradas. Lafuerza que genera el desplazamiento del pistón abre lasválvulas de descarga y se desplaza el líquido fuera del cilindro.Cuando el pistón retrocede (expansión), crea un pequeño vacíosuficiente para abrir las válvulas de succión y cerrar lasválvulas de descarga. Normalmente el volumen admitido esaproximadamente igual al desalojado.

Se emplea el mismo mecanismo en las bombasreciprocantes de doble acción. Durante la carrera de avance ellíquido es desplazado en esta dirección pero al mismo tiempoun volumen de líquido entra en el cilindro por el otro extremo.Aunque el flujo de esta bomba también es pulsante, la presiónde descarga es más uniforme que el de una bomba de simpleacción. Las bombas de acción múltiple producen aún menospulsaciones.

La bomba de engranaje es también de desplazamientopositivo. Estas bombas utilizan dos engranajes, uno deaccionamiento y otro de arrastre, que giran en direccionesopuestas. El tipo de engranajes depende del servicio de labomba.

Las bombas de engranajes rectos se usan para bajasvelocidades de hasta 600 RPM. Para velocidades mayores, dehasta 1.750 RPM, se usan bombas con engranajes de doblehélice.

NOTA: Las bombas de desplazamiento positivo no debenoperar con las válvulas de succión o descarga cerradas. Sepueden producir serios daños al operar este tipo de bomba conla descarga cerrada, debido a la alta presión generada. Si seopera con la succión cerrada se pueden causar daños debido ala falta de lubricación.

Se puede utilizar vapor de agua a presión como agentemotor para impartir movimiento a las bombas dedesplazamiento positivo. Esto requiere mucho cuidadodurante el arranque de la bomba. Se debe controlar elsistema de lubricación y se deben lubricar manualmente todasaquellas partes que no estén bien lubricadas por este sistema.Deben abrirse todos los drenajes en el cilindro de vapor, y enlas lineas de entrada y salida de vapor para purgar elcondensado. Abrir la descarga de vapor para permitir que secaliente el sistema de líneas de vapor y para proteger alaccionador contra sobrepresión en caso de que se abra la líneade entrada de vapor accidentalmente.

9-48

LA LINEA DE DESCARGA DE LA BOMBA DEBE ESTARABIERTA, PUES UNA BOMBA RECIPROCANTE NUNCA DEBESER ARRANCADA CON LA DESCARGA CERRADA. EN CASOCONTRARIO, SE CAUSARÍAN GRAVES DAÑOS AL EQUIPO.

Se debe purgar la bomba de gases o vapores contenidos enel cilindro de la siguiente manera, antes del arranque: con laspurgas de la carcasa de la bomba cerradas, se abre la válvulade succión ligeramente. Entonces se abren las purgas de lacarcasa de la bomba ligeramente para desplazar aire o vapor dela bomba; esto se llama "cebado". Cuando la carcasa de labomba está llena de liquido, la bomba está lista para serarrancada.

Se cierran los drenajes en el cilindro de vapor. Luego se abrelentamente la válvula de entrada de vapor para admitir vapor enla camisa de vapor, donde una válvula tipo "D" admite yexpulsa vapor del cilindro. El movimiento de esta válvula selogra por medio de una varilla acoplada al pistón y accionadapor una palanca. La acción de dicha válvula provoca a su vezel movimiento alterno del pistón.

Para parar la bomba primeramente se cierra la válvula deentrada del vapor y se abren los drenajes del cilindro. Estosdrenajes se dejan abiertos para expulsar condensado quepudiera formarse. Entonces se puede cerrar la descarga de labomba. Recuerde que nunca se puede cerrar la descarga antesde parar la bomba. Después se puede cerrar la válvula deentrada y abrir los drenajes de la carcasa. La válvula dedescarga del vapor puede ahora cerrarse mientras que losdrenajes se dejan abiertos.

9-49

BOMBA RECIPROCANTE ACCIONADA POR VAPOR(STEAM-DRIVEN RECIPROCATING PUMP)

LADO DEL VAPOR LADO DE LA BOMBA

enO

TUERCAS DEAJUSTE DE , CÁMARA

LAS VALVULAS\ DE VAPOR

VÁLVULA DEDESLIZAMIENTO TIPO "D"

ENTRADA

SALIDA

VÁLVULASAMORTIGUADORAS

EMPAQUE

BARRA DEEMPUJE

BRAZOACCIONADOR

BARRA DELPISTÓN

PISTÓN DEL\ / LIQUIDO

DRENAJE CAJA DEEMPAQUETADURAS

PISTON AVAPOR

ANILLOS DELPISTÓN

VÁLVULAS DEDESCARGA

VÁLVULAS DESUCCIÓN

ANILLOS DELPISTÓN

CAMISAREEMPLAZABLE

Bombas DeEngranajes

En este tipo de bombas, el líquido es atrapado entrelos dientes de los engranajes que lo circulan desde el lado dela succión a la descarga.

Hay una válvula de alivio en caso de que se sobrepase ciertapresión. Esta válvula está situada en el lado de la descarga ydescarga en la succión.

Si el liquido es muy viscoso, la bomba puede estar provistade una camisa o chaleco de vapor para calentar el producto.

BOMBA DE ENGRANAJES(GEAR PUMP)

VÁLVULA DEALIVIO INTERNA

ENTRADA DE VAPORDE CALENTAMIENTO

SUCCIÓN

SALIDA DEL VAPORDE CALENTAMIENTO

ENTRADA DE VAPOR DECALENTAMIENTO

DESCARGA

RUEDAS DE ENGRANAJES

O I

9-51

Bomba De En este tipo de bombas se puede regular la carrera delInyección Típica pistón para reducir o incrementar el volumen descargado.(Tipo "Ram")

En la entrada y en la descarga hay válvulas de retención debola. Note que son válvulas dobles. Esto es indicativo de quela bomba trabaja a altas presiones.

Uno de los problemas de estas bombas es la tendencia aformar gomas en las válvulas de bola. Cuando se trabaja acaudales bajos estas válvulas no cierran completamente, ydeben ser removidas para su limpieza.

9-52

tpc!nco

BOMBA DE INYECCIÓN(INJECTION PUMP)

TAPA REGULADORA

BIELA

EMPAQUETADURAPREFABRICADA

ANILLO LINTERNA

AJUSTADORDEL AJUSTA-

EMPAQUETADURAS

VARILLA DE CONEXIÓNEMBOLO

SELLO DE ACEITE

DESCARGA

DOBLEVÁLVULA DE

BOLA

CUERPO DE LABOMBA

DOBLEVÁLVULA DE

BOLA

SUCCIÓN

DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS QUE PUEDENSUSCITARSE EN LAS BOMBAS

DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO(TROUBLE-SHOOTING POSITIVE DISPLACEMENT PUMPS)

Bombas 1. Incapacidad De Producir El Caudal RequeridoAccionadasPor Vapor a. Bomba no cebada.

b. Insuficiente velocidad.

c. Altura hidráulica más alta que la de operación normal.

d. Altura hidráulica de levantamiento de succióndemasiado alta.

e. Fuga de aire en la succión o caja de empaquetaduras.

f. Válvula de pie demasiado pequeña u obstruida.

g. Tubería de succión no lo suficientemente sumergida,

h. Empaque del pistón desgastado.

i. Válvulas del producto desgastadas.

2. Incapacidad De Obtener La Presión Requerida

a. Baja presión de vapor.

b. Alta presión en el cabezal de desfogue.

c. Anillos gastados en el pistón del cilindro de vapor.

d. Anillos del pistón de producto agarrados a la camisa(atascados).

e. Diámetro del pistón no apropiado.

3. Pérdidas De Capacidad Después Del Arranque

a. Pérdidas (fugas) en la línea de succión.

b. Altura de levantamiento de succión demasiado alta.

c. Entrada de vapores en el líquido.

9-55

4. Vibración En La Bomba

a. Desalineación.

b. Fundación no rígida.

c. Pistón del producto empacado deficientemente(demasiado apretado).

5. La Bomba Tiende A Un Recorrido Corto (Carrera Corta)

a. Empaques demasiado ajustados en los cilindros devapor y productos.

b. Excesivo amortiguamiento del vapor.

c. Válvulas del vapor desajustadas.

6. Operación Errática De La Bomba

a. Vapor atrapado en el producto.

b. Presión de succión no adecuada.

c. Bomba operada fuera de su zona de operación.

Bombas 1. La Bomba No Desarrolla Su CapacidadRotativas

a. Altura de succión demasiado alta. Se forman burbujas

en la succión que disminuyen el desplazamiento efectivo de \¡\

bomba.

b. Filtro de succión obstruido o de área insuficiente.

c. Extremo de la tubería de succión insuficientementesumergida, facilitando la entrada de bolsas de aire.

d. Tubería de succión demasiado pequeña, demasiadolarga o con accesorios que aumentan las pérdidas por friccióny causan vaporización del liquido.

e. Empaquetadura defectuosa permitiendo entrada de aireen el interior de la bomba.

f. Aire en la tubería de succión.

g. Baja velocidad.

h. By-pass de la cabeza o de la linea de retornoparcialmente abierto.

i. Válvula de seguridad incorrectamente montada oajustada.

9-56

j. Partes de la bomba desgastadas.

2. La Bomba Consume Demasiada Potencia

a. Velocidad más alta que la normal.

b. Maneja líquido más viscoso, o más pesado que elespecificado en el diseño.

c. Obstrucción en la línea de descarga que hace que labomba opere por encima de la succión de diseño.

d. Empaquetadura demasiado ajustada.

e. Elementos rotativos desgastados por roce excesivo.

3. Operación Ruidosa

a. Insuficiente alimentación de líquido.

b. Diámetro demasiado pequeño de la tubería de succión.

c. Fugas de aire en la succión o en la caja deempaquetadura.

d. Bomba desalineada.

e. Excesiva holgura en elementos rotativos.

f. Válvula de seguridad desajustada.

4. Desgaste Rápido De La Bomba

a. Impurezas (sólidos) en el líquido manejado.

b. La carcasa soporta un peso excesivo de tubería.

c. Contrapresión excesiva.

d. Problemas de-corrosión en las superficies de fricción.

e. Rodaje de la bomba en seco.

5. Pérdida De Cebado Después Del Arranque

a. Extremo de la línea de succión no lo suficientementesumergida.

b. Líquido vaporiza en la línea de succión.

c. Bolsas de aire o vapor en las líneas.

d. Fuga de aire en la succión.

9-57

TERMINOLOGÍA DE BOMBAS Y DEFINICIONES(PUMPING TERMS AND DEFINITIONS)

BOMBEAR — Es la adición de energía a un líquido paramoverlo de un punto a otro.

BOMBA RECIPROCANTE — Usa pistón, tapón, diafragmas uotros accesorios, para desplazar el líquido durante la carrera.

PISTÓN O TAPÓN — De una bomba reciprocante es elelemento en movimiento; está en contacto con el líquido y leimparte energía.

SIMPLEX — Bomba reciprocante con un solo pistón o tapón.

DÚPLEX O TRIPLEX — Están equipadas con 2 o 3 pistones,respectivamente.

SIMPLE ACCIÓN — Dispone de una succión y una descargapor cada carrera.

DOBLE ACCIÓN — Dispone de dos succiones y dosdescargas por cada carrera.

CÁMARA DE AMORTIGUACIÓN — Cámara Incorporada en labomba o en la tubería para minimizar la pulsación del líquidobombeado.

BOMBA CENTRIFUGA — Emplea la fuerza centrífuga paradar presión al líquido y permitir el movimiento del fluido.

IMPULSOR — Es el elemento rotativo que transmite energíaal líquido.

CARCASA — De una bomba centrífuga es la "envoltura" delimpulsor. Contiene los cojinetes que soportan al eje delimpulsor.

SIMPLE ETAPA — Aquélla que dispone de un solo impulsor.

MULTI-ETAPA — La que dispone de dos o más impulsores.

VELOCIDAD CRITICA — Es aquella velocidad en la que lafrecuencia de rotación del eje es igual a su frecuencia natural.Operación a esta velocidad dará lugar a vibración excesiva.

BOMBAS ROTATIVAS — Usan engranajes, paletas, pistones,tornillos, levas, etc. y producen un desplazamiento positivo dellíquido.

9-59

EMPAQUETADURA — Es cualquier material usado paraevitar fugas entre el elemento estático y el rotativo.

SELLOS MECÁNICOS — Son accesorios montados en el ejede una bomba centrífuga para evitar fugas de la carcasa. Amenudo se prefieren a las empaquetaduras debido a su vidamás prolongada y menores pérdidas.

CAVITACIÓN — Es un fenómeno causado por lavaporización del líquido dentro de la bomba. Esto sucedecuando la presión en cualquier punto es inferior a la presión devapor del líquido a dicha temperatura. El vapor formado semueve en el líquido a través de la bomba hasta la región dealta presión, en donde el colapso de las burbujas produceondas de choque que pueden dañar al impulsor y a la carcasa.

VISCOSIDAD — Es la propiedad de un líquido que se oponea cualquier fuerza tendiente a moverlo.

PESO ESPECIFICO (GRAVEDAD ESPECIFICA) — Es elnúmero que denota la razón (el cociente) entre el peso dellíquido y el peso de igual volumen de agua.

ALTURA DE LEVANTAMIENTO DE SUCCIÓN — Existecuando la toma de succión se encuentra bajo la línea centralde la bomba.

ALTURA ESTÁTICA DE SUCCIÓN — Es la distancia verticaldesde la línea central de la bomba al nivel de la superficie libredel líquido bombeado, más pérdidas por rozamiento en la líneade succión y accesorios.

PRESIÓN DE SUCCIÓN — Existe cuando la toma de laalimentación está por encima de la línea central de la bomba.

PRESIÓN DE SUCCIÓN ESTÁTICA — Es la distancia verticaldesde la línea central de la bomba al nivel de la superficie libredel líquido bombeado.

PRESIÓN DE SUCCIÓN DINÁMICA TOTAL — Es la distanciavertical desde la línea central de la bomba a la superficie libredel líquido a ser bombeado, menos la pérdida por rozamientoen la línea de succión y accesorios.

PRESIÓN NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH) REQUERIDA— Es la presión necesaria en el lado de la succión de labomba para llenar la bomba hasta la válvula de descargadurante la operación.

9-60

PRESIÓN NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH)DISPONIBLE — Es la distancia vertical desde el nivel libre delliquido alimentado a la bomba, hasta el nivel libre de descargao el nivel libre de la superficie del líquido descargado.

PRESIÓN DINÁMICA TOTAL — Es la distancia vertical desdeel nivel libre de la alimentación al punto libre o superficie librede descarga, más las pérdidas por fricción.

PRESIÓN DE VAPOR — Presión de vapor de un líquido a unatemperatura dada es la presión ejercida por el vapor enequilibrio con el líquido a la misma temperatura.

9-61


COMPRESORES


10-1

COMPRESORES CENTRÍFUGOS(CENTRIFUGAL COMPRESSORS)

Típico CompresorCentrífugo DeReciclo De Gas EnLa Unidad DePlatforming

En un compresor centrífugo, el gas entra al ojo de succióndel primer impulsor. Cuando gira, el impulsor fuerza al gas amoverse desde el centro del mismo hacia afuera, hasta elborde extremo del impulsor. El aumento de la velocidad delgas crea un área de baja presión en el ojo del impulsor,permitiendo que más gas entre al ojo del impulsor. El gas en elborde extremo es forzado dentro de un pasaje, llamado eldifusor, donde la velocidad disminuye, aumentando la presióndel gas. En el compresor aquí presentado, hay 5 etapas, lo cualquiere decir que hay 5 impulsores y 5 difusores queincrementan la presión del gas en etapas. Se instalanlaberintos entre los impulsores para evitar escapes de gasentre las etapas. Cada etapa tiene su propia toma de drenajeen la carcasa para asegurar la purga de líquido del compresorantes del arranque.

Para equilibrar el empuje axial desarrollado entre el extremode descarga y el de succión de la máquina se instala untambor de equilibrio en el extremo de descarga del compresor.Para eliminar el escape de gas por el eje, se forma un sello conaceite de sellado.

La siguiente información, presentada a guisa de ejemplo,se refiere a un compresor centrífugo de gas, de 5 etapas,impulsado por un motor eléctrico de 1100 Kw. con unacaja de velocidades en la proporción 3 a 1.

COMPRESOR

Especificaciones de diseño:

Velocidad

Presión de Succión

Presión de descargaCaudal

Cojinetes de empujedel compresor

Presión del aceite enlos cojinetes

Presión diferencial del aceitede sellado

SISTEMAMÉTRICO

SISTEMAINGLÉS

10,000 rpm

32 kg/cm2 455 psig

42 kg/cm2 600 psig

1,360 rrWdía 48,000 pies3/día

60°C

1,2 kg/cm2

0,35 kg/cm2

140°F

17 psig

5 psig

10-3

Componentes Del CARCASA DEL COMPRESOR — ES del tipo dividióCompresor verticalmente y el barril interno se puede remover

completamente para ganar acceso a los componentes internos.

IMPULSOR — El impulsor de un compresor de gas es muysimilar a un impulsor cerrado de una bomba centrifuga eimparte velocidad al gas.

DIAFRAGMAS — Son separaciones entre etapas quecontiene difusores que convierten la velocidad del gas enpresión.

SELLOS DE LABERINTO — Están compuestos de una seriede anillos en forma de cuchillo que mantienen una pequeñaholgura radial con el eje en un caso, o con la parte exterior delojo del impulsor en otro. Esto minimiza las fugas de gas entreetapas.

TAMBOR DE EQUILIBRIO — Está diseñado paracontrarrestar el empuje axial creado en el compresor por ladiferencia de presiones entre la succión y la descarga.

El tambor está localizado en el eje, después del impulsor dela última etapa. Una linea de equilibrado conecta el tambor a lasucción del compresor. Además de contrarrestar el empuje,también permite que ambos sellos trabajen a la más bajapresión de succión.

MECANISMO DE SELLADO — El mecanismo de sellado deeste compresor emplea una película de aceite para impedir queel gas de proceso escape a la atmósfera. Un manguito cónicorotatorio se emplea para minimizar las pérdidas de aceite enlas trampas de aceite amargo o contaminado.

GAS DE REFERENCIA — Este es el gas de succiónconectado al depósito de reserva del aceite de sellado paraayudar a mantener una presión diferencial constante en elsistema de aceite de sellado.

TRAMPAS DE ACEITE AMARGO O CONTAMINADO — Estasseparan el aceite amargo del gas. El gas escapa, por la partesuperior de la trampa y va a antorcha por medio de un orificiode restricción, mientras que el aceite sale continuamente altanque de drenaje de aceite. El nivel en la trampa de aceite esmantenido mediante un flotador.

LINEA DE GAS DE PURGA — Se usa solamente durante laregeneración del catalizador, para proveer un purgado connitrógeno en el sistema de aceite amargo de sellado, y eliminarla posibilidad de combustión del aceite en contacto con eloxígeno existente en los gases de regeneración.

10-4

ACEITE DE SELLOS AMARGO — Es el aceite de sellado queha estado en contacto con el gas de proceso. El aceite amargosale del sello y va a las trampas de aceite contaminado.

ACEITE DE SELLOS DULCE — Es el aceite de sellado queno ha entrado en contacto con el gas de proceso. Se lo retornaal depósito de aceite para reusarlo.

ACEITE DE SELLOS DE CONTROL - El aceite dulce sesuministra al tanque elevado de aceite de sellos para mantenerel aceite de sellado a una presión de 0,35 kg/cm2, o de 4 a 5psig, por encima de la presión de succión del compresor.

ACOMPLAMIENTO DEL ACCIONAMIENTO — Unacoplamiento lubricado conecta el eje del compresor al eje delmultiplicador de velocidad .

JUNTA DE EXPANSIÓN — Para compensar la expansióntérmica de la caja del multiplicador de velocidad y de loscojinetes.

COJINETE RADIAL (MUÑONERA) — Se usa para soportar eleje del rotor y contrarrestar el empuje radial.

COJINETE DE EMPUJE AXIAL — Cojinete tipo "Kingsbury"de doble acción para contrarrestar el empuje axial nocontrarrestado por el tambor de equilibrio.

TOMA PARA TACOMETRO — La tuerca de la tapa se puederemover mientras el compresor funciona a fin de insertar untacómetro mecánico en el eje para comprobar la velocidad derotación (r.p.m.) del compresor.

10-5

COMPRESOR DE <COMPRESOR CENTRI

(RECYCLE GAS(5 STAGE CENTRIFU

GAS DE REFERENCIA

LINEA DEL GAS DE PURGA\

ENTRADA DE ACEITE DE SELLOS

SELLO DE ACEITELUBRICANTE

COJINETE RADIALTIPO MUÑONERA

SUCCIÓN

DIAFRAGM/

IMPULS

\ .

SELLOS DE LABERI

TAMBOR DE E

ACEITE DESELLOS DULCE

ACEITE DESELLOS AMARGO

ACOPLAMIENTODEL MOTOR

JUNTA DEEXPANSIÓN

ACEITE DESELLOS DE CONTROL

DRENAJES

10-7

E GAS DE RECICLORIFUGO DE 5 ETAPAS& COMPRESSOR.)FUGAL COMPRESSOR)

DESCARGA

GAS DEREFERENCIA

LINEA DELGAS DE PURGA

ERINTO

E EQUILIBRIO

SALIDADE ACEITE

ENTRADA DE ACEITE DE SELLOS

ENTRADA DE ACEITELUBRICANTE

COJINETE DEEMPUJE AXIAL

TOMA PARATACOMETRO

DRENAJESRETORNODE ACEITEDE SELLOS

DULCE

ACEITE DE SELLOSAMARGO

ACEITE DE SELLOSDE CONTROL

UOP 220-10-1

10-7

Típico SelloDe Laberinto

Un sello de laberinto está formado por una serie de bordesen forma de cuchillo que rodean a un eje de rotación. Laholgura entre los bordes afilados y el eje se debe mantenerbajo una tolerancia muy estricta. Siempre existe una pequeñafuga de gas a través de este tipo de sello. Sin embargo, parareducir aún más esta fuga, algunos sellos de laberinto seacomodan a una superficie en forma de sierra, torneada en eleje. Ambos tipos se muestran en el dibujo, combinados en unsolo sello.

SELLO DE LABERINTO TÍPICO(TYPICAL LABYRINTH SEAL)

UOP 220-10-2

10-9

Ensamblaje El aceite de sello, mantenido en un depósito de reserva, entraDel Sello al sello y una pequeña cantidad que fluye entre los sellos del

buje (casquillo) flotante, sella y se junta con el gas de procesoque se fuga a través de los laberintos. Como el aceite de selloestá a una presión más alta que la del gas de proceso, el gasno puede retroceder a través del sello del buje flotante. Elaceite que pasa a través del sello del buje sufre una caída depresión, así que la mezcla de aceite y gas de proceso queescapa a través del laberinto está a la misma presión que lapresión del gas. Tanto el aceite como el gas están a unapresión más baja que la presión de succión del compresor. Entanto haya un flujo de hidrógeno a través del laberinto del gasde proceso, el aceite no podrá escaparse hacia la parte interiordel compresor. Esta combinación de gas y aceite se conocecon el nombre de "aceite amargo" o contaminado y se lo envíaa las trampas respectivas. Una gran parte del aceite de sellocircula alrededor del buje flotante, su pasador de sujección y elresorte de tensión, sale del sello y va al controlador del tanqueelevado de aceite de sellos. El tanque se encuentra a unaaltura dada y esta elevación, más un nivel constante de aceiteen el tanque, mantienen una presión diferencial constante enel sello, que aproximadamente es de 0,35 kg/cm2 (de 4 a 5 psi)más alta que la presión de succión del compresor. Se mantienela presión de succión en el tanque elevado de aceite de sellosa través de una línea de gas de referencia. El aceite de selloque va al controlador del depósito de aceite elevado se llamaaceite de control. Un poco de aceite de sello fluye entre elsello creado por el buje flotante trasero y el plato final delsello. Este aceite fluye alrededor de la tuerca de retención delsello y a través de parte del laberinto trasero, sale del sello yretorna al depósito de reserva para volver a ser utilizado.

10-10

COMPRESOR DE GAS(GAS COMPRESSOR)

ENSAMBLAJE DEL MECANISMO DE SELLO(SEAL MECHANISM ASSEMBLY)

MANGA DEL RESORTE DE TENSIÓNSELLO DEL BUJE FLOTANTE

PASADOR

PLATOFINAL DEL

SELLO

TUERCARETENEDORA

DEL SELLO

LABERINTOEXTERIOR

BUJE FLOTANTEEXTERIOR

BUJE FLOTANTEINTERIOR

GAS DE PROCESODE LA SUCCIÓN

CAJA DELSELLO

MANGA

MANGA DELSELLO

LABERINTO PARAGAS DE PROCESO

10-11

SISTEMAS DE ACEITE DE LUBRICACIÓNY DE SELLO

(LUBRICATING & SEAL OIL SYSTEMS)

Depósito DeAceite (Cárter)

Flujo Del Aceite El aceite desde la bomba de aceite de lubricación fluye aDe Lubricación través de tres enfriadores de aceite y por uno de los dos filtros

de aceite, los cuales están provistos de un medidor de presióndiferencial. Las bombas de aceite de sello toman succióndespués de los filtros y el aceite restante se dirige a lamáquina donde lubrica los cojinetes del motor del compresor yel engranaje del multiplicador de velocidad, así como losacoplamientos del motor y del engranaje multiplicador develocidad y los cojinetes del compresor. El aceite, después delubricar la máquina, fluye de nuevo al tanque. El sistema deaceite de lubricación tiene dos controles de presión y untanque presionado para ayudar a mantener lo más constanteposible el flujo del aceite a los cojinetes.

Éste es un tanque de acero, soldado, con una capacidadde 2770 litros o 732 galones, que tiene un indicador de nivel,alarma por bajo nivel, un indicador de temperatura, un disco deruptura y un serpentín de vapor para calentamiento, junto conlas boquillas de conexión y las válvulas requeridas para laoperación del sistema.

Tipo Turbina "90" o equivalente para el sistema delubricación y de sellos.

1. La bomba principal es accionada por una turbina de vapor.

2. La bomba auxiliar o de "standby" es accionada por motor.

3. La bomba auxiliar arranca automáticamente cuando lapresión de descarga de la bomba normal de aceite delubricación cae por debajo de 3,2 kg/cm2 (46 psig).

4. La bomba auxiliar se tiene que parar manualmente y elautomático de arranque debe ser reposicionado cada vez.

Bombas Principales Tipo: EngranajesY Auxiliares DelAceite De Capacidad: 325 litros/minuto o 86 galones/minutoLubricación

Presión normal de descarga: 4 kg/cm2 o 57 psig.

Revoluciones: 1.450 RPM

Tipo De Aceite

Bombas De AceiteDe Lubricación

10-13

Turbina A VaporDe Accionamiento

Presión de entrada del vapor:

Escape:

Revoluciones:

Disparo de sobrevelocidad

10,5 kg/cm2, 150 psig

3,5 kg/cm2, 50 psig

1.450 RPM

1.670 RPM

SISTEMA DEL ACEITE DE SELLOS(SEAL OIL SYSTEM)

Bombas De AceitePara Sello

Bomba PrincipalY Auxiliar DeAceite De Sello

El aceite de sellos fluye desde la descarga de la bomba deaceite de sello a los sellos del compresor. El flujo de aceite sedivide en cada sello, con una parte, aceite amargo, que secontamina con gas de proceso. Este aceite se contamina amedida que va absorbiendo hidrocarburos livianos, sulfuro dehidrógeno y cloruros. Este aceite contaminado fluye a lastrampas y luego es drenado hacia el tanque de aceite amargo.El aceite de la parte exterior del sello no está contaminado porel gas de proceso, se denomina aceite dulce y es el queregresa al tanque o cárter de aceite.

En este caso particular hay un tercer flujo de aceite dulce decontrol. Este flujo de aceite de control va al tanque elevado deaceite de sellos donde se mantiene al nivel deseado medianteun controlador de nivel. Para mantener el nivel deseado en eltanque si el controlador está fuera de escala, y para controlarel flujo total de aceite de sello, hay una derivación ajustablemanualmente que lleva una corriente de aceite desde ladescarga de la bomba de aceite de sellos hasta el depósitode aceite.

A. Bomba principal — Accionada por turbina de vapor

B. Bomba auxiliar — Accionada por motor

C. Bomba auxiliar — Arranca automáticamente cuando elnivel de aceite de sello en el tanque elevado baja a 17 cm (7")

D. La bomba auxiliar se debe parar manualmente y se debereposicionar su arrancador automático.

TipoRevolucionesCapacidadPresión de descargaPresión de aperturade la válvula de alivio

Tornillo1.450 RPM75 litros/minuto o 20 gal/minuto49 kg/cm2 o 700 psig.

51 kg/cm2 o 725 psig.

10-14

Turbina de Vapor Presión del vapor de entrada 10,5 kg/cm2 o 150 psig.

Tanque ElevadoDe Sellos

Caja DeEngranajes DelMultiplicador DeVelocidad

Presión de escapeRevolucionesSobrevelocidadPotencia desarrollada por

el motor

3,5 kg/cm2 o 50 psig.1.450 RPM1.670 RPM

15 Kw a 1.450 RPM

Este dispositivo mantiene una diferencia constante entrela presión del aceite de sello y del gas mediante un nivelcontrolado de aceite en el tanque.

Nivel normal: 400 cm (157") por encima del centro del eje delcompresor

Alarma por alto nivel: Nivel normal más 17 cm (7")

Alarma por bajo nivel: Nivel normal menos 17 cm (7")

Aranque automático de la bomba auxiliar: Nivel normalmenos 17 cm (7")

Paro del compresor: Nivel normal menos 53 cm (21")

La presión del aceite de sello se controla alrededor de 0,3kg/cm2 (4 psig) por encima de la presión del gas de proceso.

La caja de engranajes está conectada al motor y se usapara accionar el compresor.

Tipo: doble engranaje helicoloidal

Velocidad del eje a la entrada: 2.950 RPM

Velocidad del eje a la salida: 10.000 RPM

Razón: 1/3.4

Temperatura del aceite de lubricación: 40°C (104°F)

Presión del aceite de lubricación: 1 kg/cm2 (14,2 psig)

Max. temperatura en los cojinetes: 75°C (167°F)

10-15

ALARMAS INDICADORAS DEL COMPRESOR(COMPRESSOR INDICATING ALARMS)

1) Alto nivel en el tanque elevado desellos. Nivel normal

2) Bajo nivel en el tanque elevado desellos. Nivel normal

3) Baja presión de aceite en loscojinetes

4) Bajo nivel en el tanque de aceite(cárter). Nivel normal

5) Alta temperatura del cojinete deempuje del compresor

6) Alta temperatura del gas en ladescarga del compressor

7) Alta temperatura a la salida delenfriador

Métrico Inglés

+17 cm +7"

-17 cm -7"

0,8 kg/cm2 11 psig

-22,5 cm -9"

70°C 158°F

90°C 194°F

55°C 131°F

CONDICIONES DE PARO (DISPARO)DEL COMPRESOR

(COMPRESSOR SHUTDOWN CONDITIONS)

Métrico Inglés

Alta temperatura de los cojinetes del motor

ParoNormal

75°C55°C

167°F131°F

Baja presión de aceite en los cojinetes

ParoNormal

0,4 kg/cm2

1,2 kg/cm26 psig

17 psig

Bajo nivel en el tanque elevado de sello

Nivel Normal -53 cm -21"

10-17

GLOSARIOFl -FRAL -LAH -LAL -LGR -LGT -

LICAHL -

LS -PAL -PAH -PDI -Pl -SFI -TAH -TALH -TH -TI -TS

INDICADOR DE FLUJO (MEDIDOR DE CAUDAL)REGISTRO DE FLUJO CON ALARMA DE BAJO CAUDALALARMA DE ALTO NIVELALARMA DE BAJO NIVELINDICADOR VISUAL DE NIVEL DE VIDRIO (VISOR DE REFLEXIÓN)INDICADOR VISUAL DE NIVEL DE VIDRIO (VISORTRANSPARENTE)INDICADOR Y CONTROL DE NIVEL CON ALARMAS DE ALTO YBAJO NIVELINTERRUPTOR ACCIONADO POR EL NIVELALARMA DE BAJA PRESIÓNALARMA DE ALTA PRESIÓNINDICADOR (MANÓMETRO) DE PRESIÓN DIFERENCIALINDICADOR DE PRESIÓNINDICADOR VISUAL DE FLUJO (VISOR DE VIDRIO)ALARMA DE ALTA TEMPERATURAALARMA DE ALTA Y BAJA TEMPERATURATERMÓMETROINDICADOR DE TEMPERATURA (ELECTRÓNICO)INTERRUPTOR ACCIONADA POR UNA TEMPERATURA

Oe

- INSTRUMENTO MONTADO LOCALMENTE

- INSTRUMENTO MONTADO EN EL PANEL DE LA SALA DECONTROL

10-18

COMPRESOR DE GAS DE RECICLO(RECYCLE GAS COMPRESSOR)

(DIAGRAMA P & I)(P & I DIAGRAM)

I LINEA DE GAS DE REFERENCIATANQUE ELEVADO DE

ACEITE DE SELLOS"

CONJINETE DEEMPUJE AXIAL

TALH

_ ARRANQUE AUTOMÁTICO DE LA BOMBA1 V / AUXILIAR POR BAJO NIVEL

1 ' i ii i r...l 1...i i r , t

ARRANQUEAUTOMÁTICODE LA BOMBAAUXILIAR PORBAJA PRESIÓN

VENTEOS DE H2

PROCEDIMIENTO DE PURGA DE UNCOMPRESOR DE GAS DE RECIRCULACION

(RECYCLE GAS COMPRESSOR PURGE PROCEDURE)

1. Retirado de las placas ciegas

a) Después de la última evacuación de la sección dereacción de la unidad de platforming, esta sección debe serpresionada a 0,35 kg/cm2 con hidrógeno.

b) Con la sección de reacción a 0,35 kg/cm2 (5 psig) lasplacas ciegas pueden ser removidas de la siguiente manera:

(1) Asegúrese de que la válvula macho 1A aguas arribade la placa ciega de la línea de succión esté cerrada.

Asegúrese de que la válvula macho 1B abajo de la placaciega de la línea de descarga esté cerrada.

(2) Remueva la placa ciega y póngala al revés de maneraque el orificio esté entre las bridas y quede expuesto el discode bloqueo.

Los empaques fie/itálicos deben ser removidos yreemplazados por nuevos. Se requieren dos empaques; uno acada lado del orificio. Las bridas deberán ser ajustadasdiametral mente.

2. Purga del compresor

a) Todas las válvulas del sistema de conexiones de purga yde los drenajes del compresor deben estar cerradas.

b) El sistema de aceite de sello debe estar operando a latemperatura apropiada

c) Abra las siguientes válvulas en el sistema de purga.

N° 2N° 3N° 4N° 8N° 5

Abra despacio la válvula N° 11 para permitir que elnitrógeno fluya por el compresor y salga por el venteo. Como lamayoría de este gas podría by-pasar el rotor a través de lalínea de equilibración, la válvula N° 8 tendrá que serestrangulada para obtener una pequeña presión positiva de

10-21

nitrógeno en el compresor. Cuando tenga una presión positivaen el compresor, individualmente abra o cierre los drenajes dela carcasa del compresor, comenzando por el lado de succióndel compresor y terminando por el lado de la descarga. Dejeque cada drenaje se ventee unos 30 segundos.

Abra el punto alto de venteo de la línea de gas dereferencia y luego el drenaje en los puntos bajos de la línea derebose del aceite de sello. Cuando se haya drenado elcompresor, los venteos de la línea de referencia y de aceite desellos hayan sido purgados y todos las válvulas estén cerradas,abra la válvula N° 8 totalmente y purgue el compresor duranteun minuto. Entonces cierre la válvula N° 11.

d) Purgado con hidrógeno: con la válvula N° 11 cerrada,abra despacio la válvula N° 12 y purgue el compresor conhidrógeno durante un minuto; luego cierre las válvulas N° 12 yN° 5.

3. Aumento de presión en el compresor de reciclo.

a) Cuando la sección de reacción esté a la presión dearranque, abra la válvula N° 12 y permita que la presión delcompresor suba hasta 0,7 kg/cm2 (10 psig) por debajo de lapresión del sistema de reacción. Cierre la válvula N° 12 ycompruebe con jabón que las bridas y accesorios delcompresor no tengan fugas. Ajuste las que tengan fugas.Asegúrese de que los venteos de las trampas de aceite desello estén cerrados. Cuando se hayan corregido todas lasfugas, abra las válvulas N° 9, N° 7 y N° 8; y permita que lapresión del compresor se iguale con la presión de la secciónde reacción.

b) Luego cierre todas las válvulas del sistema de purga.

c) Con la misma presión tanto en el compresor como en lasección de reacción, abra totalmente la válvula macho N° 1 A.Luego se puede abrir la válvula macho 1B de descarga

10-22

ARRANQUE Y OPERACIÓN DEL COMPRESOR(COMPRESSOR STARTUP & OPERATION)

(1) Verificar todas las tuberías y el equipo de lubricación dela máquina. Asegurarse de que estén limpios y listos paraentrar en funcionamiento.

(2) Para la operación inicial, poner un filtro en la succiónpara evitar que material extraño pueda dañar los impulsores delcompresor.

(3) Compruebe manualmente el giro libre del rotor sin que seproduzcan ruidos mecánicos durante la rotación.

(4) Purgar el compresor con N2, siguiendo el procedimientode purga. Aumentar la presión del compresor hasta 1,75 kg/cm2

(25 psig) con nitrógeno. Abrir el drenaje de la carcasa yasegurarse de que no haya liquido en el compresor. Cerrar losdrenajes después de purgar el liquido.

(5) Compruebe el nivel del depósito de aceite paralubricación y sello.

a) Arrancar el sistema de aceite de lubricación

i. Comprobar el flujo de aceite y su retorno al tanque.

ii. Comprobar la temperatura del aceite de lubricación yponer en marcha el serpentín de vapor o ventiladores deenfriamiento para tener una temperatura de aceite delubricación de 40°C ± 5°C (104 ± 9°F)

b) Arrancar la bomba de aceite de sellos.

i. Comprobar el flujo por medio de los visores de vidrio.

ii. Comprobar el nivel en el tanque de aceite de sellos.Ajustar el flujo al valor-requerido. Poner en control automático.

iii. Poner en servicio las trampas de drenaje de aceiteamargo.

(6) Completar la purga con hidrógeno y aumentar la presióndel compresor hasta la presión del sistema. Arrancar el motordel compresor. La válvula de descarga del compresor debeestar completamente abierta, pero con la válvula de mariposa(succión) abierta sólo del 15 al 20%. Abra la válvula demariposa para mantener una presión de succión y una cargasegura en el motor.

10-23

Verificar las temperaturas en los cojinetes del compresor,flujo de aceite de lubricación y flujo de aceite de sello.

(7) Abrir las válvulas de succión y de descarga delcompresor. Comprobar el amperaje del motor. Verificar que nohaya vibración. Cuando todo parezca normal durante laoperación de la máquina, debe mantenerse la máquina enobservación durante 10 minutos. Las visitas de observacióndeben ser repetidas con bastante frecuencia en las primerashoras de operación.

(8) Se debe llevar un registro de todas las temperaturas,presiones y flujos leídos a intervalos regulares.

PARO DEL COMPRESOR(COMPRESSOR SHUTDOWN)

(1) Parar el motor del compressor.

(2) Cerrar las válvulas de succión y de descarga.

(3) (a) Depresionar el compresor a la antorcha, hasta bajar lapresión a la del cabezal de la misma.

(b) Parar la bomba del aceite de sello, dejando la bombade aceite de lubricación en funcionamiento.

(4) Purgar el compresor con nitrógeno y dejarlo bajo presiónpositiva de nitrógeno.

(5) Cuando la temperatura del aceite de lubricación seaconstante (es decir, cuando la temperatura del aceite delubricación que va a los cojinetes sea la misma a la entrada y ala salida), parar la bomba de lubricación.

(6) Cuando hay que.parar el compresor por largo tiempo, elrotor se debe girar manualmente todos los días y se debenponer placas ciegas en la succión y en la descarga.

10-24

COMPRESOR DE GAS DE RECICLO(RECYCLE GAS COMPRESSOR)

o

en

SUCCIÓN

VÁLVULA MACHO

VÁLVULA DEMARIPOSA

8"(203 mm)

PLACACIEGA/ORIFICIO

VENTEO

í1 1X1 <

Y11

' í . «

/COMPRESOR^ PLACAV^ DE GAS JDE GAS J CIEGA/ORIFICIO VÁLVULA

MACHO

ADICIÓN DE H2DE LA PLANTA DE H2

NITRÓGENO DE BOTELLAS

1" (25 mm)

DESCARGA

EXCESO DEL GAS DELSEPARADOR UOP 220-10-5

13

Compresores Los compresores axiales dentro del campo industrialAxiales se fabrican principalmente para niveles de presión moderados

o bajos y para grandes capacidades. La relación de compresióncon aire varía entre 2 y 5, con un máximo de alrededor de 7para una unidad grande de una sola carcasa. Algunas de lasmás importantes aplicaciones incluyen el suministro de airepara la combustión del gas en turbinas de gas, en unidades decracking catalítico, en reactores nucleares, en plantaspetroquímicas y para elevar la presión del gas natural.

La capacidad de un compresor axial varía desde 25.000piesVmin. hasta más de un millón de pies3/min. Las presionesde descarga generalmente son inferiores a las 100 psig, peropueden llegar a 500 psig. Esta baja presión y alta capacidadcaraterísticas de la máquina axial es la principal diferenciaentre un compresor centrífugo y un compresor axial y se debea la diferencia de construcción del rotor y del estator en lasdos máquinas. En un compresor centrífugo el camino del gases rotativo o radial. En un compresor axial el camino del gas esmás o menos una línea recta o axial. De ahí se derivan losnombres respectivos de estos dos compresores de tiporotativo: centrífugo y axial. Otra diferencia entre estos doscompresores, es que la curva de presión/capacidad para unamáquina axial es mucho más profunda que la del compresorcentrífugo y que la zona de operación entre normal y máximaes mucho menor; esta zona puede ser extendida mediante eluso de aspas ajustables en el estator.

La eficiencia de un compresor axial generalmente es mejorque la correspondiente de un compresor centrífugo a elevadoscaudales de flujo. Las velocidades de operación de los axialesson considerablemente más altas que las de unidadescentrífugas equivalentes. Los compresores axiales producenmenor aumento de presión por etapa que los centrífugos, porlo que requieren más etapas para una elevación total depresión dada. Sin embargo, para las mismas condiciones, unaxial es generalmente más pequeño y de menor peso que uncentrífugo requiriendo una fundación más pequeña de másfácil erección. La eficiencia de operación (tiempo en servicio)de un axial es casi la misma que la de un centrífugo, aunquelos compresores axiales son más sensibles a la erosión y a lacorrosión. Estas unidades están libres de pulsaciones aexcepción de cuando operan al límite de su capacidad.

Los componentes principales de un compresor axial son: lastuberías de succión y de descarga, el estator el cual seencuentra en una carcasa y no gira, las aspas o alabes delestator, el rotor con aspas fijadas al eje, el eje el cual contieneel collar de empuje y el tambor de balance, cojinetes radiales ycojinetes tipo Kingsbury para soportar el empuje axial, ytambién sellos si se requieren. El rotor puede ser ahuecado

10-26

(anillo cilindrico) y las aspas pueden estar soldadas al eje oempernadas al mismo o acopladas al eje mediante expansióntérmica. En otros casos se tienen cilindros huecosaprisionados o soldados a un eje central. Las aspas dealeación de acero pueden ir montadas con pernos interiores ypueden ser ajustadas individualmente, pero para hacer esto sedebe desmontar la máquina.

Las aspas del estator están montadas en la carcasa, estánconstruidas de aleación de acero forjado, tienen formaaerodinámica y están dispuestas en hileras espaciadas entrelas cuales giran las aspas del rotor. Las aspas del estatorsirven para convertir una porción de la energía cinéticagenerada por las aspas del rotor, en energía de presión y paratransferir el gas al próximo anillo de aspas de rotación con elángulo adecuado. Las aspas del rotor tienen una acción dereacción y producen alrededor del 50% de la energía depresión. Ambos, estator y rotor, van disminuyendo en diámetroa medida que se acercan al extremo de descarga de lamáquina. Esta disminución gradual del diámetro obliga al gas aocupar volúmenes más pequeños lo cual ayuda a aumentar ymantener la presión del gas.

Hay muchas aplicaciones de compresores axiales en lascuales la composición del gas puede ser alterada y, puesto quela zona de máxima eficiencia es limitada en un compresoraxial, este cambio de composición del gas puede requerir unángulo diferente de las aspas del estator para mejorar laeficiencia. En este caso se pueden suministrar aspas de tipoajustable. Los cambios necesarios para mantener la eficienciade la máquina en las nuevas condiciones se pueden realizarfácilmente. Las aspas ajustables del estator pueden ser devarios tipos. En algunos casos sólo las aspas de entrada sonajustables o, en otros casos, las cuatro primeras hileras deaspas, o, a veces, todas las aspas. En ocasiones estas aspasse ajustan manual e individualmente, pero en la mayoría de loscasos las aspas están ligadas y el cambio se puede hacerhidráulicamente bajo control de un FRC, lo cual permite elcontrol de flujo de gas durante la operación del compresor.

Una ventaja del compresor axial es que el rotor operageneralmente por debajo de la primera velocidad crítica y nopresenta problemas en el arranque. Debido a las aspas delestator, la carcasa está divida a lo largo de una línea horizontaly frecuentemente se construye en tres secciones: (1) lasección de succión, (2) la sección central sobre las aspas, y (3)la sección de descarga. La carcasa puede ser manufacturadade varios materiales. Las conexiones de succión y de descargason usualmente en forma de voluta.

10-27

roCD

ASPAS GUIAS DE ENTRADA

SELLO DE LABERINTO

SUCCIÓN

COJINETEDE EMPUJE

i

COMPRESOR AXIAL(AXIAL COMPRESSOR)

ANILLODE SELLO

ALABES AJUSTABLES DEL ESTATOR/

/ ANILLO POSICIONADOR DE/ LOS ALABES DEL ESTATOR/ /

/ ALABES FIJOS DEL/ ESTATOR

PALETAS GUIASDE LA DESCARGA

i/i DESCARGA

íDIFUSOR DE

/ DESCARGA

SELLO DELABERINTO

COJINETERADIAL

DISCO DEL ROTOR EJE DEL ROTOR

Paro Y ArranqueDe Una SoplanteAxial

Se revisará ahora el procedimiento de arranque parauna soplante de aire en una unidad de cracking catalíticoen un reactor de lecho fluidizado (FCC). Inicialmente se deberárealizar una observación visual del sistema total de lubricaciónde la máquina y del sistema de vapor a las turbinas. También,junto con el personal de mantenimiento, se deberá comprobarque la máquina se encuentra lista para funcionamiento. Elprimer sistema a ser puesto en marcha, puesto que es el quemás tiempo requiere, es el sistema de calentamiento deldepósito de aceite para calentar el aceite hasta la temperaturade diseño. Usualmente esta temperatura está en la zona de130°F a 140°F (54°C a 60°C).

Abrir las válvulas de succión y de descarga en la bombaaccionada por turbina y abrir el by-pass de la válvula de controlde alivio de presión. Cerrar el agua de enfriamiento de losenfriadores de aceite lubricante y poner en servicio las válvulasdel lado de proceso en un enfriador y en un filtro de aceite.Bloquear el enfriador y el filtro que no se estén usando.Bloquear la línea de aceite lubricante al compresor y a loscojinetes del engranaje; esto se puede hacer en el regulador depresión. Asegúrese de que el by-pass del regulador de presiónestá cerrado. Bloquear la línea de aceite hidráulico al actuadorde la válvula de retención. Asegúrese de que la línea dedescarga del vapor de la turbina que acciona la bomba no estébloqueada. Caliente la línea de admisión de vapor a la turbina ydrene todo el condensado de la turbina y del cabezal deentrada. Cuando la carcasa de la turbina esté caliente, arrancarla turbina y llevarla hasta la velocidad de diseño medianteregulación manual hasta que la presión en la válvula de controlde alivio de presión baje a 35 psig (2,5 kg/cm2) y se cierra el by-pass. Luego, la turbina se autocontrolará por acción desu gobernador. El indicador en el vastago de la válvula debeseñalar 50% abierto. Comprobar que el aceite fluya a través delos orificios de restricción y purgar cualquier cantidad de airepresente tanto en los filtros como en los enfriadores de aceitepara permitir que el aceite los llene completamente. Ajustar elcontrolador de presión de aceite al compresor y a los cojinetesdel engranaje para mantener una presión de 12 psig (0,8kg/cm2). Abrir las válvulas de bloqueo del controlador depresión. Observar todos los visores de vidrio para asegurarsede que hay flujo de aceite a todos los cojinetes. En este puntocomprobar que no hay emulsión o agua en el aceite delubricación. Cuando el sistema está trabajando correctamentecon los cojinetes bien lubricados y las temperaturas de losretornos de aceite iguales o ligeramente inferiores a latemperatura de aceite en el depósito (120°F, 50°C), preparar yponer en marcha la bomba eléctrica, parar la turbina a vapor ydejarla en "standby". Comprobar el nivel en el depósito deaceite y llenarlo si es necesario.

10-29

Una vez que el sistema de aceite está operando, abrir laválvula de venteo pequeña y la válvula de venteo grande (snortvalves). Comprobar con los electricistas que el motor seencuentre listo para arrancar. Avisar al servicio de suministrode energía eléctrica que se va a arrancar el motor y se va atener un aumento en el consumo de energía eléctrica.Presionar el botón de arranque. El motor debe ser arrancadoestableciendo un caudal de flujo mínimo.

Durante el arranque de cualquier motor eléctrico grande serequiere una tremenda demanda de potencia para conseguir elarranque del mismo. Cualquier exceso de sobrecarga al motorpara tratar de conseguir la compresión de demasiada cantidadde gas hará que el devanado del estator del motor sesobrecaliente. La mejor manera posible de conseguir que bajela temperatura es continuar con el motor en operación peroreduciendo la cantidad de gas que se bombea. Para esto seajustan las aspas guías de entrada o se regulan las válvulas deventeo en la descarga del compresor (snort valves) a fin dereducir la cantidad de gas bombeado, disminuyendo así losrequerimientos de potencia del motor. Sin embargo, si latemperatura continúa subiendo, esto es indicación de que hayuna falla mecánica en el motor y la máquina deberá ser paradasi las lecturas de temperatura o amperaje son demasiado altas.Si no existe disparo automático de parada por alta temperaturael devanado del motor puede sufrir serios daños. Temperaturasde 260-270°F generalmente justifican el paro de la máquina,pero éstas varían según el fabricante.

Las temperaturas normales de operación del aceite deretorno de los cojinetes del compresor, multiplicador develocidad, engranajes reductores de velocidad y cojinetes delmotor son de aproximadamente 150°F, siendo la temperaturade entrada de unos 120°F, teniéndose por lo tanto unaelevación aproximada de 30°F a través de los cojinetes. Loscojinetes sufrirán fatiga y perderán gran parte de su vida útil sise permite que trabajen a temperaturas cercanas a los 180°F.Si las temperaturas a las cuales los cojinetes están operandoson altas, se debe realizar algún tipo de corrección, ya sea conrespecto al flujo de aceite hacia los mismos o por medio de unparo programado si los cojinetes han sido dañados por efectodel sobrecalentamiento producido por una falla mecánica. Enel paro normal de una soplante axial, se disminuirá la carga delsistema mediante la disminución de flujo, para lo cual se abrenlas válvulas de venteo (snort valves) y se para el motor. Si elparo de la soplante se produjo por una falla de energía, sedebe comprobar si ha habido paso de catalizador a través de laválvula de retención y si el mismo se ha depositado en eltramo de línea comprendido entre la descarga de la soplante yla válvula de retención.

10-30

Sí ha sucedido esto, limpiar la línea utilizando la conexiónde aire de planta a presión y barrer el catalizador soplándolohacia el regenerador. Cuando la línea esté limpia se puedearrancar nuevamente la soplante.

(NOTA: En los párafos anteriores y en general el término"bloquear" es equivalente a "cerrar la válvula".)

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTOPOSITIVO

(POSITIVE DISPLACEMENT COMPRESSORS)

CompresoresReciprocantesDe DesplazamientoPositivo

CompresoresReciprocantesTípicos De UnaSola Etapa

Este tipo de compresores se usa ampliamente en unarefinería para comprimir gas a un volumen menor, elevando asíla presión del gas y creando un flujo del mismo. A veceslos compresores reciprocantes de desplazamiento positivo seusan para mantener una presión determinada en un recipienteo en un sistema de servicio como, por ejemplo, aire de planta osistema de aire de instrumentos. A este tipo de compresor sele denomina compresor de reposición o de compensación. Otrotipo de compresor es el compresor de gas de reciclo. Este tipode compresor se usa para proveer un flujo de gas ygeneralmente no aumenta la presión del gas de formasignificativa.

Un ejemplo mostrado aquí es un compresor de alimentaciónde gas. Éste es un compresor opuesto ybalanceado horizontalmente, con cilindros no lubricados.

Detalles del compresor

Presión de succiónTemperatura de succiónPresión de descargaTemperatura de descarga

Hay dos cilindros en la máquina y cada cilindro tiene dosválvulas de succión y descarga. La tubería de succión desde eltambor de succión, incluyendo los amortiguadores, estáprovista de venas de vapor de calentamiento con su respectivoaislamiento.

La lubricación del compresor está provista por una bomba deengranajes accionada por el cigüeñal. Para el arranque existeuna bomba manual de cebado.

12 kg/cm2

38°C25 kg/cm2

96°C

170 psig100°F355 psig205°F

10-31

CondicionesDe Diseño

Procedimiento DeArranque DelCompresor

Presión del aceite de lubricación:Presión normal 2,8 kg/cm2 40 psig.Alarma por baja presión 1,1 kg/cm2 16 psig.Paro por baja presión 0,9 kg/cm2 13 psig.

El sistema tiene una válvula de escape para proteger laspartes mecánicas en caso de presión excesiva. Esta válvulaestá ajustada a 5,3 kg/cm2 (17 psig.).

Hay filtros dobles con su respectivo indicador de presióndiferencial.

El sistema tiene su propio enfriador para el aceite delubricación.

Temperatura normal de operación: 55° ± 5°C; 131°F ± 9,0°F

Temperatura máxima (alarma) del aceite de lubricación: 70°C,158°F

El engranaje reductor de velocidad tiene su propio sistemade aceite de lubricación junto con su propio enfriador.

Presión normal del aceite de lubricación: 1 kg/cm2 ± 0,2

Temperature normal del aceite de lubricación: 50°C

Temperatura máxima (alarma) del aceite de lubricación: 70°C

1. Verificar que el compresor esté listo para el arranque.

2. Comprobar que la tubería esté completa y que no hayabridas ciegas.

3. Verificar que la máquina ha sido purgada siguiendo elprocedimiento de purga adecuado y que se encuentre bajopresión de hidrógeno. (Ver procedimiento de purga).

4. Comprobar que las venas de vapor de la línea de succiónestén en operación.

5. Comprobar y poner en servicio el sistema de agua deenfriamiento del aceite de lubricación, de la máquina, y de lasempaquetaduras del reductor de velocidad. Comprobar el flujode agua a través de los visores de vidrio. Verificar el nivel delrefrigerante del sistema de enfriamiento de los cilindro; añadirsi se requiere más.

6. Drenar el amortiguador de succión y asegurarse de que nohaya líquido.

10-32

7. Comprobar que todo el sistema de lubricación estécebado y comprobar manualmente el giro libre del ejedetectando que no exista ningún ruido mecánico.

8. Comprobar que el nivel de aceite de lubricación en elcompresor y en el engranaje reductor se encuentre en el valoradecuado.

9. Comprobar que los descargadores de ambas válvulas desucción del cilindro estén en posición de descarga.

10. Comprobar que el venteo de las empaquetaduras delcilindro y el venteo a antorcha estén abiertos.

11. Establecer comunicación con el cuarto de control y, sino hay reparos, abrir las válvulas de succión y de descarga yllevar la máquina hasta el valor de la presión de succión dediseño.

12. Accionar la bomba manual de lubricación para enviaraceite al compresor y al reductor de velocidad. Arrancar elmotor. Cuando el motor esté operando se debe dejar deaccionar la bomba manual de lubricación.

13. Informar al cuarto de control de que la máquina estáfuncionando y pedir autorización para comenzar a cargarla. Estodebe hacerse cambiando la posición de los descargadores delas válvulas de succión uno por uno, comunicándose siemprecon el cuarto de control después de cada operación de carga.

La máquina se cargará al 25%, luego al 50%, después al75%, y por último al 100%. Se debe cargar una válvula en cadacilindro y no cargar totalmente cada cilindro antes de empezara cargar los otros cilindros.

Cuando la máquina esté totalmente cargada, o cargada hastalas condiciones de operación de la unidad, comprobar todaslas presiones, temperaturas y flujos de aceite lubricantes,agua de enfriamiento y gas de proceso y comenzar también allevar un registro de erstas lecturas en la hoja de datos. Si seproduce cualquier cambio pronunciado en la temperatura,presión o flujo, avisar al supervisor y examinar la causainmediatamente.

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Típico CompresorDe Tres EtapasPara ReposiciónDe Gas OCompensación

El ejemplo tratado aquí es un compresor de reposición degas. Éste es un compresor balanceado y opuestohorizontalmente, de cilindros lubricados. La máquinatiene tres cilindros y cada cilindro constituye una etapa.Esto quiere decir que cada cilindro aumenta la presión del gas.El hidrógeno se alimenta al tambor de succión de la primeraetapa del compresor. El pistón de la primera etapa toma el gasde la succión y lo descarga a través de un enfriador de aguallamado enfriador intermedio, al tambor de succión de lasegunda etapa, donde el pistón de la segunda etapa losucciona y lo entrega al tambor de succión de la tercera etapaa través de otro enfriador de agua. El pistón de la tercera etapalo succiona y entrega el gas a la tubería de proceso.

La presión de succión de diseño del tambor de la primeraetapa es 15 kg/cm2 (213 psig), y la descarga de la tercera etapaes 159 kg/cm2 (2260 psig).

Cada cilindro es de doble acción y tiene dos descargadoresen las válvulas de succión. El cilindro de la primera etapa tieneun espacio muerto variable mientras que la segunda y terceraetapas tienen espacios muertos fijos. Estos espacios muertospermiten al operador variar el volumen del gas comprimido.

El control de presión está en la succión de cada etapa, y elcontrol de presión en el tambor de succión de la primera etapase hace tomando gas de la succión de la segunda etapa. Lapresión del tambor de succión de la segunda etapa escontrolada desde la descarga de la tercera etapa, retornandogas antes del interenfriador.

La línea de succión de cada tambor de succión tiene vena devapor de calentamiento y cada tambor de succión tiene unamalla de alambre de monel para proteger el compresor.

Sistema De Aceite La máquina está lubricada por una bomba de lubricaciónDe Lubricación accionada por motor eléctrico. El aceite es enfriado por

ventiladores de aire y tiene un filtro de aceite con malla de 50mieras en el sistema.

Presión normal del aceite de lubricación:3-4 kg/cm2, 45-57 psig.

Baja presión (alarma) del aceite de lubricación:1,0 kg/cm2, 14 psig

Baja presión (paro) del aceite de lubricación:0,7 kg/cm2, 10 psig.

Temperatura normal del aceite de lubricación:55±5°C, 131 ±9°F.

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La temperatura se debe mantener por encima de 35°C, 95°F.

Temperatura alta (alarma) del aceite de lubricación: 70°C,158°F.

Los cilindros están lubricados por un lubricador mecánicoaccionado por engranajes. Éste provee alimentación por goteode aceite lubricante a los cilindros.

Los cilindros del compresor están enfriados por una camisa(chaqueta) de agua en termosifón (convección natural); la cajade empaquetaduras se enfría mediante circulación de agua.

CONDICIONES DE DISEÑO(DESIGN CONDITIONS)

PRESIÓN DE SUCCIÓNkg/cm2

psig

TEMPERATURA DE SUCCIÓN

PRESIQN DE DESCARGAkg/cm 2

psig

TEMPERATURA DE DESCARGA

15

213

38°C100°F

34483

120°C250°F

2aETAPA

33

470

38°C100°F

751065

120°C250°F

3aETAPA

74

1050

38°C100°F

1592260

115°C240°F

UOP 220-10-7

10-35

Procedimiento DeArranque DeUn Compresor

1. Verificar que el compresor esté listo para funcionar.

2. Examinar las tuberías para asegurarse de que las bridasciegas que deban ser removidas han sido removidas y de quelas líneas que deben estar bloqueadas están bloqueadas.

3. Comprobar que la máquina haya sido purgada de acuerdocon el procedimiento de purga y que esté bajo presión dehidrógeno.

4. Examinar y poner en servicio la vena de vapor de la líneade succión.

5. Poner en servicio el agua de enfriamiento a la caja deempaquetaduras. Observar el flujo de agua en la mirillaindicadora. Llenar el tanque termosifón del cilindro. Es posibleque sea necesario usar anticogelante. Circular agua deenfriamiento por los enfriadores intermedios entre etapas.

6. Comprobar que los tanques de succión de la primera,segunda y tercera etapas se encuentren drenados de líquido.

7. Comprobar que el venteo de la empaquetadura delcilindro y el venteo a antorcha estén abiertos.

8. Verificar que el sistema de lubricación tenga aceite dondesea necesario. Examinar el filtro del aceite, limpiarlo si esnecesario. Hacer funcionar la bomba de aceite de lubricación yel enfriador de aceite del sistema de lubricación, ajusfando elby-pass de enfriamiento para regular la temperatura del aceite.

9. Hacer girar manualmente el eje del compresor y detectarcualquier ruido mecánico.

10. Girar manualmente el lubricador y asegurarse de que lastuberías de descarga a los puntos de inyección de aceite esténllenas. Desacoplar las tuberías al nivel de la válvula deretención del aceite al cilindro.

11. Poner los descargadores de la válvula de succión en laposición de descarga en los tres cilindros.

12. Poner los espacios muertos en posición abierta. Ésta esla posición en la cual el compresor realiza un mínimo detrabajo.

13. Ajustar las válvulas de control de presión en los trescilindros de la primera, segunda y tercera etapa, a la presióndeseada. En este punto los tres cilindros deberían estar bajo lapresión de succión.

10-36

14. Abrir las válvulas macho (de tapón) de succión y dedescarga de la máquina. Ahora ésta se encuentra bajo lapresión de succión de la planta.

15. Comunicarse con el cuarto de control, y arrancar lamáquina. Cuando la máquina ha sido examinada y se haconfirmado que todo está en orden, informar al cuarto decontrol que la máquina está operando y pedir permiso paracargarla. Entonces cargar la máquina hasta los requerimientosde operación.

Cargar todos los cilindros igualmente, verificando la presiónde succión de cada cilindro después de cada paso einformando al cuarto de control de lo que se está haciendo.

Cuando la máquina haya alcanzado la presión normal deoperación, examinar todas las válvulas de escape para ver sihay fugas. Empezar a registrar las lecturas importantes ycomunicar al supervisor cuando se presenten variacionesnotables en el flujo, temperatura o presión con respecto a lascondiciones normales.

PuntosImportantes

Lubricación DelCilindro

No se recomienda operar por mucho tiempo con válvulasde succión en la posición de descarga, ya que el gas calientepasa del cilindro a la succión continuamente, haciendo que elgas se caliente más y más. Los anillos de teflon del compresortienen un coeficiente de expansión muy alto y el grado dedesgaste de los anillos de teflón aumenta cuando sube latemperatura.

En el compresor de gas de reposición hay una alarma poralta temperatura en la descarga.

Temperatura del gas a la descarga de la primera etapa:Normal 106 - 138°C, 223 - 280°FAlarma por alta temperatura 153°C, 307°F.

Segunda etapa:Temperatura normal 116 - 128°C, 241 - 262°F.Alarma por alta temperatura 143°C, 289°F

Tercera etapa:Temperatura normal 94 - 129°C, 201 - 262°F.Alarma por alta temperatura: 143°C, 289°F.

Cuando el cilindro está lubricado, hay que evitar excesivoaceite. Esto hace que los anillos se peguen y también setaponen las válvulas de descarga.

10-37

Procedimiento DeParo De UnCompresorReciprocante

Accionadores

PARO NORMAL:

1. Poner en posición de descarga las válvulas de descargade la succión. Parar el motor del compresor y parar cualquierbomba de aceite que opere externamente.

2. Cerrar la válvula principal de descarga.

3. Cerrar la válvula principal de succión.

4. Depresionar la máquina al sistema de antorcha.

5. Cerrar el agua de enfriamiento y drenar.

6. Purgar la máquina si es necesario. Esto depende de larazón del paro, considerando las instrucciones locales deoperación y la disponibilidad de nitrógeno.

7. Aislar eléctricamente la máquina si ésta va a ser reparada.

PARO DE EMERGENCIA:

1. Si baja la presión de aceite de lubricación a un nivelpredeterminado, el compresor parará automáticamente. En estecaso cerrar las válvulas de descarga y succión y depresionar lamáquina. Examinar el dispositivo de disparo por la posibilidadde un mal funcionamiento antes de proseguir.

2. La máquina debe ser parada instantáneamente si:

a) Hace cualquier ruido mecánico anormal.

b) Hay roturas de tuberías, causando escape de gas.

c) Tiene vibraciones anormales.

Si por razones de seguridad tiene que pararse elcompresor.

(1) Parar el mo.tor.

(2) Cerrar las válvulas de descarga y de succión.

(3) Depresionar la máquina y purgarla según losprocedimientos locales.

(4) Investigar el problema

Generalmente el conjunto del compresor está accionado porun motor eléctrico, pero en algunos casos se puede usar unaturbina de vapor. Muchos compresores están accionados pormáquinas de combustión interna.

10-38

COMBINACIÓN DE ACCIONADORY COMPRESOR

(DRIVER-COMPRESSOR COMBINATION))

UOP 220-10-8

10-39

Cigüeñal

Pieza DeDistancia

El cigüeñal se acopla al reductor de velocidad y a uncontrapeso que ayuda a mantener el movimiento reciprocanteuniforme del compresor. En el cigüeñal hay uno o máspasadores. Conectada a los pasadores hay una barra deconexión o biela. En el punto de contacto entre el pasador y labiela existe una chumacera (cojinete de manguito) divididahecha de metal Babbit o metal blanco. La biela está conectadaen su otro extremo a una cruceta mediante el pasadorcorrespondiente. En el punto de contacto hay otra chumaceradividida. La cruceta se mueve hacia adelante y hacia atrás (enun movimiento reciprocante) en la guía de la cruceta. Tambiénconectada a la cruceta está el eje o vastago del pistón.

Esta pieza conecta la cruceta y la carcasa de la gula dela cruceta a la cabeza del compresor. El vastago del pistón salede la carcasa de la cruceta a través del prensaestopa de sellodel aceite y entra a la cabeza del compresor a través delprensaestopa de sello del gas de proceso. Las fugas de aceitede lubricación y la fuga de gas de proceso a través de susprensaestopas son recogidas en la pieza de distancia de dondeson venteadas y drenadas. La pieza de distancia opera apresión atmosférica.

10-40

MONTAJE DE LA CRUCETA(CROSSHEAD ASSEMBLY)

CHUMACERADIVIDIDA

PASADORBARRA DE CONEXIÓN O

BIELAGUIA DE LA CRUCETA

CRUCETA DE BALANCE CIGÜEÑAL PASADOR DE LACRUCETA

PIEZA DEDISTANCIA

VASTAGODEL PISTÓN

VENTEO

DRENAJE

Reductor Cuando se usa un motor eléctrico, éste estáDe Velocidad generalmente acoplado a un reductor de velocidad, ya que un

compresor reciprocante no requiere la alta velocidad de unamáquina centrifuga. Un reductor de velocidad está compuestode una serie de engranajes dentados de manera que el motormueve el engranaje pequeño, el cual mueve el engranajegrande, reduciendo la velocidad en proporción a lacircunferencia de los engranajes.

10-42

REDUCTOR DE VELOCIDAD(SPEED REDUCER)

9.uCO

PIÑÓN DEALTA VELOCIDAD

DEFLECTOR DEALTA VELOCIDAD

RODAMIENTO DEALTA VELOCIDAD

BOMBADE ACEITE

ACOPLAMIENTOPARA LA BOMBA

FILTRODE ACEITE

ENFRIADORDEL ACEITE

ENGRANAJE DEALTA VELOCIDAD

ENGRANAJE DEBAJA VELOCIDAD

VÁLVULA DE ALIVIO

EJE DE BAJAVELOCIDAD

DEFLECTOR DEBAJA VELOCIDAD

RODAMIENTO DEBAJA VELOCIDAD

MANÓMETRO

TERMÓMETRO

UOP 220-10-10

Cabeza DelCompresor

CompresorReciprocante DeDoble Efecto

Descargadores DeLas VálvulasDe Succión

Espacios MuertosFijos Y Variables

El eje o vastago del pistón entra en la cabeza del compresoral extremo del eje del cilindro a través de la empaquetadura ymueve un pistón, el cual forma un sello con la pared delcilindro mediante unos anillos, en un movimiento reciprocante.

La cabeza del compresor tiene dos válvulas de succión ydos válvulas de descarga. De esta manera el gas desucción puede entrar al cilindro y el gas de descarga puedesalir del cilindro en las dos carreras del pistón, hacia adelantey hacia atrás.

Para controlar la cantidad de gas que es bombeado porel compresor una de las válvulas de succión puedeser descargada. Esto generalmente reducirá la capacidad delcompresor en un 50%. Cuando se arranca un compresor, lasdos válvulas de succión deberían estar descargadas. Paradescarga una válvula de succión, girar el volante en sentido delas manecillas del reloj. Esto moverá hacia abajo un conjuntode barras contra un plato accionado por resortes. El plato esseparado del asiento de la válvula, tal que, cualquier gas queentra al cilindro durante la carrera de succión del pistón esdescargado de regreso a través de la válvula de succión en lacarrera de descarga del pistón.

Los descargadores de las válvulas de succión NUNCA debenser abiertos parcialmente.

Otro método para controlar el flujo en loscompresores reciprocantes es mediante el bolsillo o espaciomuerto, localizado al extremo de la cabeza del compresor. Esteespacio aumenta o disminuye el volumen de gas que puedeentrar en el cilindro durante la carrera de succión, afectandosolamente a la válvula de succión del extremo de la cabeza. Elefecto del bolsillo sobre el volumen de gas que entra alcilindro en la carrera de succión puede ser variado en el casode tener bolsillos variables. En los bolsillos fijos la máximareducción de flujo ocurre cuando se abre el bolsillo y no hayreducción de flujo cuando se cierra el bolsillo.

10-44

CABEZA DE UIM COIVIPKESOFC(RECIPROCATING COMPRESSOR HEAD)

BOLSILLO VARIABLE(VARIABLE CLEARANCE POCKET)

QUENCH DE VÁLVULASENFRIAMIENTO DE SUCCIÓNDEL AJUSTA

EMPAQUETADURAS

DESCARGADORESDE LA VÁLVULAS

DE SUCCIÓN ENFRIAMIENTO

BOLSILLOVARIABLE

SEGVC

VOLANTE DEREGULACIÓN DEL

BOLSILLO VARIABLE

VASTAGODEL PISTÓN

VÁLVULA DEDESCARGA

PISTÓN DEL BOLSILLOVARIABLE

TUERCASOSTENEDORA

DEL PISTÓN

PIEZA DEDISTANCIA

PISTÓN DELCOMPRESOR

ANILLOS DEEMPAQUE

ANILLOS DELPISTÓN

TÍPICA VÁLVULA DE UN COMPRESOR(TYPICAL COMPRESSOR VALVE)

/

DESTALLES DE LACONSTRUCCIÓNDEL CUERPO

PLACA DE LAVÁLVULA

RESORTES DELA VÁLVULA

ASIENTO DE LAVÁLVULA

CUERPO DELA VÁLVULA

RETORNA LA PLACA A SUPOSICIÓN DE REPOSO UOP 220-10-12

FfEl¿IKKUl¿/\IM I t IISUL.2HI-I-U(RECIPROCATING COMPRESSOR HEAD)

(FIXED CLEARANCE POCKET)

ENTRADADE AGUA DE

ENFRIAMIENTO

VASTAGO DELPISTÓN

DESCARGADORESDE LA VÁLVULA

DE SUCCIÓN

ALIDA DELAGUA DECRIAMIENTO

EITECANTEAJA DEETADURA

VÁLVULA DE SUCCH

VÁLVULA DBOLSILLO Fl,

VOLABOLSI

ENTRADA DEL GASSALIDA

DE AGUA DEENFRIAMIENTO

_ i

O O O O O

ENTRADADE AGUA DE

ENFRIAMIENTO

SO!D

VÁLVULA DEDESCARGA

PISTÓNANILLO

DF EMPAQUE ANILLO DEL SALIDA DEL

CompresoresReciprocantesBalanceados YOpuestos

Amortiguadores

Cuando dos compresores operan con un solo cigüeñal,éstos son balanceados y opuestos. Cuando un número imparde compresores opera con un solo cigüeñal, el compresorimpar no es opuesto pero está balanceado mediante una varillade conexión y cruceta simuladas.

El movimiento reciprocante de un compresor puede causarserias vibraciones pulsantes en las tuberías de succión y dedescarga del mismo. Para evitar esto se colocanamortiguadores en las tuberías de succión y de descarga, loscuales proporcionan un adecuado volumen de gas en lasucción del compresor, de tal manera que la presión no sereduzca grandemente durante la etapa de succión y también unvolumen adecuado para recibir el suministro de gas sin teneruna elevación brusca de la presión en la tubería de descarga.

COMPRESOR RECIPROCANTE OPUESTO YBALANCEADO CON AMORTIGUADORES

(BALANCED AND OPPOSED RECIPROCATINGCOMPRESSOR WITH SNUBBERS)

AMORTIGUADORDE LA SUCCIÓN

DE GAS DEREPOSICIÓN

AMORTIGUADORDE LA DESCARGA

DE GAS DEREPOSICIÓN

BOMBA MANUAL DEACEITE

PURGA DEACEITE

AMORTIGUADORDE LA SUCCIÓN

DE GAS DE RECICLO

DE LA DESCARGAAMORTIGUADOR

DE GAS DE RECICLO

CONEXIONESDEL AGUA DE

ENFRIAMIENTO

ENFRIADORDE ACEITE

FILTRODE ACEITE

10-51

Purga Del El primer paso en realidad es un examen del sistema deCompresor Con purga para comprobar que las válvulas están en laNitrógeno posición correcta antes de empezar la purga. La válvula N°1 en

la linea de entrada de nitrógeno de 1 1/2" debe estar cerrada.La válvula N°2, válvula de retención, puede dejarse an laposición en que haya quedado. La válvula N°3, válvula depurga, entre las válvulas N°4 y N°2 debe estar abierta. Laválvula N°4 debe estar cerrada. La válvula N°25 en la línea de1" de entrada de nitrógeno debe estar cerrada. La válvula N°5de 3/4", que es la válvula de venteo entre el cabezal denitrógeno y el sistema de venteo, debe estar abierta. La válvulaN°6 de venteo de purga debe estar abierta. La válvula N°7,válvula de succión del compresor, debe estar cerrada. Laválvula N°9 debe estar cerrada. La válvula N°10 de entrada denitrógeno a la linea de succión del compresor debe estarcerrada. La válvula N°11, válvula de succión en el lado del eje,y la válvula N°12, válvula de succión en el lado de la cabeza,deben estar en posición de descarga. La válvula N°13 delbolsillo debe estar abierta. La válvula N°14, en el by-pass de laválvula de alivio debe estar cerrada. La válvula N°15, segundaválvula de bloqueo en el by-pass de la válvula de alivio, debeestar cerrada. La válvula N°16, válvula de purga entre lasválvulas de bloqueo N°14 y N°15, debe estar abierta. La válvulaN°17, válvula de descarga del compresor, debe estar cerrada.La válvula N°18, de purga de nitrógeno al venteo, debe estarcerrada. La válvula N°20, que es la purga de nitrógeno alcabezal principal de las descargas de la primera, segunda ytercera etapas, debe estar cerrada. Las válvulas N°24, N°23 yN°22, de descarga de la tercera, segunda y primera etapas,respectivamente, deben estar cerradas. La válvula N°21 dedrenaje entre las válvulas N°20, N°23 N°24 y N°22, debe estarabierta.

La segunda etapa del procedimiento de purga es la purga ensí. Las válvulas deben posicionarse en el orden siguiente. Laválvula N°3, de drenaje entre la N°2 y la N°4, y la válvula deretención N°2 y la válvula N°4 deben estar cerradas. La N°1debe estar abierta. La N°3 puede estar parcialmente abiertajusto para drenar algo de nitrógeno y remover cualquier gascontaminado que podría encontrarse en el drenaje. Cerrarentonces la válvula N°3. Abrir la válvula N°4. La válvula N°25debe abrirse ligeramente para permitir un pequeño flujo denitrógeno a través de la misma, el cual saldrá a través de laválvula de venteo N°5. Luego cerrar la válvula N°5, y abrircompletamente la válvula N°25. Abrir la válvula N°10. Estopermitirá que el nitrógeno entre a la línea de succión delcompresor. Abrir parcialmente las válvulas N°8 y N°9 parapermitir que el nitrógeno fluya a través de las mismas y através de la válvula de venteo N°6; luego cerrar las válvulasN°8 y N°9. Con las válvulas de succión N°11 y N°12 todavía enposición de descarga y la válvula N°13 del bolsillo abierta, abrirparcialmente la válvula N°14 para permitir que el nitrógeno

10-52

fluya a través de la válvula N°16, luego cerrar la válvula N°16 ycrear una presión positiva en el compresor. Cuando se tengauna presión de por lo menos 1 kg/cm2 en el mismo, abrirligeramente la válvula N°15 y purgar el gas contaminado quepudiera estar en el cabezal y en las tuberías de alivio. Entoncescerrar las válvulas N°14 y 15 y volver a abrir válvula N°16Entonces abrir válvula N°17 y 18 para permitir que se purguenitrógeno a través de la válvula N°18 hacia la válvula de venteoN°6.

Mientras se esté purgando el sistema en esta dirección,accione manualmente el compresor al menos una revolucióncompleta para remover todo el gas contaminado que pudieraestar atrapado en la cabeza del compresor.

El tercer paso del procedimiento de purga, consiste en ponertodas las válvulas en la posición en que estaban en el primerpaso. En este punto el compresor ha sido purgado y está listopara el arranque.

SISTEMA DE GAS DE PURGA DE UNCOMPRESOR RECIPROCANTE

(RECIPROCATING COMPRESSOR PURGE GAS MANIFOLD)

3/4"

1-1/2"

(22^ — -

(§>f

WT

1

DESCARGA TDE LA 1a ETAPA J f* ALCA

DESCARGA _„ DE pl

DE LA 2a ETAPA / 6

DESCARGA o-DE LA 3a ETAPA /

5® | | (20)

k?"AL N2DEJRGA C|L|NDROS

UOP 220-10-15

10-53

Lubricador De AltaPresión De LaCabeza DelCompresor

El objeto del lubricador es el de bombear una cantidadmedida de aceite a alta presión a ciertas partes de uncompresor o de una bomba. Los lubricadores tienen unnúmero variable de salidas de descarga y miden la cantidad delaceite descargado.

El lubricador tiene una bomba de doble pistón, accionadapor una excéntrica acoplada al eje del motor. Uno de lospistones de la bomba es un pistón de succión y el otro es unpistón de descarga. Hay una ventana de observación a travésde la cual se puede observar la cantidad de aceite que se estábombeando. Hay también un dial de ajuste con el cual seregula la cantidad de aceite bombeado. La escala va de O a 8,con 8 correspondiendo al máximo suministro de aceite.

El lubricador opera de la manera siguiente: cuando gira elcigüeñal, el pistón de succión se mueve hacia arriba hastadescubrir el orificio de entrada "A" y el aceite fluye hacia lacámara. En la carrera de descenso el pistón cierra la entrada"A" y fuerza el aceite a través del pasaje "B" hacia el depósito"C" en el fondo de la ventana de observación. En el nuevo girodel cigüeñal, el pistón de descarga se mueve hacia arribadescubriendo la entrada "D". El aceite entra a la cámara y, amedida que el pistón desciende, el aceite es forzado haciaafuera a través de una válvula de retención, a la tubería dedescarga.

El mecanismo de ajuste funciona en el suministro de aceitedesde el pistón de succión. Controlando el flujo de aceite através del pasaje "B", con el ajuste en la posición de "O" no sepermite la descarga desde el pistón de succión.

10-54

LUBRICADOR DE ALTA PRESIÓN DE LA CABEZA DEL COMPRESOR(COMPRESSOR HEAD HIGH PRESSURE LUBRICATOR)

oíOí

FILTRODE ACEITE

GUIA

CIGÜEÑAL

PISTÓNDE SUCCIÓN

PISTÓNDE DESCARGA

TUBERÍADE DESCARGA

VENTANA DE OBSERVACIÓN

CONTROL DE DESCARGA

LEVA INCLINADA

VÁLVULA DE RETENCIÓN

RESORTE

Típico Sistema El engranaje accesorio acciona la bomba de engranajes laDe Lubricación cual succiona, a través de un filtro, aceite desde la carcasaDe La Carcasa del cigüeñal y descarga a través de un enfriador y filtros a los

engranajes de reducción, a los rodamientos, a las bielas y a lascrucetas. Se provee una válvula de alivio en la descarga de labomba de engranajes para proteger el sistema y se tiene otraválvula de alivio, interna, en la bomba para proteger la misma.Como protección contra la pérdida de lubricación existe undisparo automático por baja presión de aceite. Se tiene unabomba manual para lubricar la máquina durante el arranque.Una vez que la bomba principal de lubricación está a régimen,la válvula de retención en la descarga se cierra y se deja deoperar la bomba manual. Una buena práctica es la de bloquearla válvula de succión cuando no se requiere la operación deesta bomba.

10-56

TÍPICO SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE LA CARCASA(TYPICAL FRAME LUBRICATION SYSTEM)

VÁLVULA DE 3 VÍASMEDIDOR DE PRESIÓN

DE ACEITEINTERRUPTOR DE PARO PORBAJA PRESIÓN DE ACEITE -

LUBRICANTE

VÁLVULA DECOMPUERTA

ENFRIADOR DE ACEITE

TERMÓMETRO

I IA LOS RODAMIENTOS, VARILLAS DE

CONEXIÓN Y CRUCETAS

VÁLVULA DE ALIVIOAJUSTADA A 65 PSIG (4,6 KG/CM 2)

FILTRO DE SUCCIÓN

LOS COMPONENTES Y LAS TUBERÍAS DEL SISTEMADENTRO DE LA LINEA DE PUNTOS ESTÁN LOCALIZADOSDENTRO DE LA CARCASA

BOMBA DE ACEITE DEENGRANAJES

UOP 220-10-17


TRfllM YOUR R£RM€RY OPGR^TORÍ

INSTRUMENTACIÓN


11-1

INSTRUMENTACIÓN(INSTRUMENTATION)

Función De La Como usted sabe, se necesita una gran cantidad deInstrumentación equipo para la operación de una refinería moderna. La

instrumentación es el medio con el cual se controla larefinería. Los diversos instrumentos están constantementeleyendo y transmitiendo mensajes de temperatura, presión yflujo para llevar a cabo el proceso de control y regulación.

En la refinería el operario es el cerebro. Él utiliza lainformación proporcionada por los diferentes instrumentos afin de decidir la acción apropiada para el control de lasunidades de proceso. El operario debe estar constantementeenterado de las lecturas transmitidas por los instrumentos.

En una refinería la instrumentación realiza básicamentecuatro funciones de medición y control: temperaturas,presiones, flujos y niveles de los líquidos. Con las técnicasmodernas, la instrumentación puede convertirse en una áreacompleja y difícil.

En este capitulo se tratará la instrumentación básica y losprincipios necesarios para mantener una operación apropiadade la unidad.

11-3

OPERACIÓN(HOW IT OPERATES)

Medición DeLa Temperatura

Termómetros

Termopar

Una de las funciones más importantes de lainstrumentación es la medición de la temperatura. En larefinería el operario está obligado a mantener ciertos equiposde proceso a una temperatura especificada. Estas temperaturaspueden ser medidas por medio de varios tipos deinstrumentación. Las temperaturas más importantes deben sermedidas por instrumentos que puedan transmitir la señal a lassalas de control. Algunas de las mediciones de temperatura delos procesos deberán combinarse con instrumentosadicionales de tal manera que puedan ser controladasefectivamente.

Una de las formas de medir la temperatura es por medio deun termómetro de vidrio lleno de líquido. Se usaprincipalmente como indicador local montado en untermopozo. Otro tipo de termómetro de montaje local, usadoextensivamente en la refinería, es el termómetro de dialgraduado. Conforme cambia la temperatura del vastago, elpuntero refleja la temperatura existente.

Los dos tipos de termómetros mencionados indicantemperaturas locales en los puntos donde se instalen. Para elcontrol de procesos en las refinerías modernas se necesitanotros tipos de instrumentos para la medida de la temperatura.

Otro sistema indicador de temperaturas ampliamente usadoes el termopar. Éste es un sistema muy simple, compuesto dedos alambres de metales diferentes, con sus extremossoldados entre sí. Cuando la temperatura aumenta, el extremoexpuesto a este aumento de temperatura genera un voltaje muypequeño proporcional al cambio de temperatura. Lostermopares, junto con su equipo electrónico apropiado, seutilizan para transmitir temperaturas leídas en las diversaspartes de una unidad de proceso.

11-4

TERMÓMETROS(THERMOMETERS)

TERMÓMETRO YTERMOPOZO ROSCADO

O

UOP 220-11-1

TERMÓMETRO CONTERMOPOZO EMBRIDADO

SOLDADURADE SELLO

UOP 220-11-2

CONJUNTO TÍPICO DETERMOPAR CON SU TERMOPOZO

TORNILLOS DELA CABEZATERMINAL

CONEXIÓN PARAEL CONDUCTO

BLOQUE AISLANTES DECERÁMICA

JUNTA CALIENTETOCA EL EXTREMODEL TERMOPOZO

UOP 220-11-3

11-5

Medida De La medida de la presión en la refinería es muyLa Presión importante. Todos los procesos de refinería están diseñados

para operar dentro de un margen específico de presión.Cualquier torre de destilación, por ejemplo, debe operar a unapresión interna exacta y controlada antes de que latemperatura pueda ser regulada. Además de las torres, debenmedirse las presiones en casi todos los recipientes, líneas degas combustible, líneas de aire, líneas de agua, equipos debombeo, etc.

Muchas de las medidas de presión son locales únicamente,pero aquéllas que sean más importantes o críticas deben sertransmitidas a la sala de control.

La mayoría de los manómetros utilizan un tubo de Bourdongeneralmente construido de acero. Para servicios severosdichos manómetros deberían ser construidos de aleacionestales como: acero inoxidable, monel o inconel, pero nunca decobre o de bronce para servicios en líneas de hidrocarburos,puesto que un incendio podría causar la fusión de estosmetales y ocasionar una pérdida de presión en la planta. Elfuncionamiento de un tubo de Bourdon se basa en el principiode que cualquier tubo que esté doblado tratará de extendersecuando aumente la presión en su interior. En cuanto el tuboBourdon comienza a extenderse, se produce un pequeñomovimiento en su extremo y la magnitud de este movimientoes incrementada por medio de engranajes y palancas demanera que el puntero indique la presión correcta en la escalagraduada del instrumento.

El departamento de instrumentación debe recalibrarcualquier medidor de presión que muestre una indicacióndudosa. En la parte posterior de la caja del medidor de presiónhay un tapón de alivio de presión. En caso de que salte estetapón de alivio, bloquear el manómetro inmediatamente yreemplazarlo con otro para las mismas presiones y demetalurgia adecuada.

11-6

MEDIDA DE PRESIÓN(PRESSURE MEASUREMENT)

MANÓMETRO DE TUBO BOURDON

TUBO BOURDON

ENTRADA

MEDIDOR DE PRESIÓN MEDIDOR DE PRESIÓNCOMPUESTO

UOP 220-11-4

11-7

Medida De Los medidores y controladores de flujo son importantes enCaudales la refinería para determinar la cantidad de fluido (líquido o gas)

que circula a través de una tubería o recipiente. Prácticamentetoda la medición de flujos se hace por medio de medidoresdiferenciales.

Este medidor opera según el principio de que hay unadiferencia definida de presión a través de una placa de orificiocuando hay flujo del fluido. La placa de orificio es plana, dedisco delgado, montada entre bridas y con un huecoconcéntrico de diámetro específico, calculado de manera queel flujo pueda ser medido con la precisión requerida para dichosistema. La diferencia de presión puede ser medida con unmanómetro de tubo en U, el cual puede ser calibradodirectamente en relación a la variación de flujo.

En realidad, en casi todas las refinerías el tubo U esreemplazado con una celda de presión diferencial (DP) cuyaoperación es similar, pero que puede ser combinada con otrosequipos neumáticos apropiados para trasmitir la indicación ymedida del flujo a la sala de control.

11-8

MEDICIÓN DEL FLUJO(FLOW MEASUREMENT)

CONJUNTO DE LA PLACA DE ORIFICIO

SOLDADURA DESELLO

SOLDADURA DESELLO

\

TOMA DEALTA PRESIÓN

A LA CELDADP

DIRECCIÓN DEL FLUJO

LADO DE ALTAPRESIÓN DELORIFICIO

LADO DE BAJA PRESIÓNDEL ORIFICIO

LADO DE BAJA PRESIÓNLADO DE ALTAPRESIÓN

UOP 220-11-5

11-9

Medición Del En casi todos los recipientes es importante mantener unNivel De Los nivel definido de líquido. Por ejemplo, en un acumulador, siLíquidos el nivel del líquido llegase a ser demasiado alto un producto

bueno podría perderse al sistema de antorcha. De igualmanera, al ser demasiado bajo se puede perder la succión dela bomba que toma líquido del recipiente. En la refinería losniveles de los líquidos pueden ser medidos y/o controlados.

Los niveles se miden por medio de un sistema de flotadorcomo se muestra en la figura A. Un adecuado control y/oindicación en la sala de control se hace a través de equiponeumático o electrónico.

La indicación de nivel puede ser verificada a través delindicador de vidrio instalado adyacente al instrumento (Fig. B).Para la construcción del indicador de vidrio, vea la Fig. C.

11-10

FIGURA A

CONTROLADOR DE NIVEL TÍPICO CONFLOTADOR Y TUBO DE TORSIÓN(TYPICAL LEVEL CONTROLLER DISPLACER)

CONEXIÓN DEL BRAZO ALTUBO DE TORSIÓN

FLOTADOR(DESPLAZADOR)

CENTRO DEL FLOTADOR

CÁMARA DELFLOTADOR

BRAZO DE PALANCA

SOPORTEDEL FLOTADOR

BRIDA DE CONEXIÓN

BRIDA DE CONEXIÓN

UOP 220-11-6

11-11

FIGURA B

INDICADOR DE NIVEL TÍPICO(TYPICAL LEVEL GAUGE)

GAS DESDEEL RECIPIENTE

BRIDA VÁLVULA DE RETENCIÓNDE BOLA

BRIDA

VISOR DE VIDRIO

LIQUIDODESDE EL

RECIPIENTE

VÁLVULA DE RETENCIÓNDE BOLA

VÁLVULA DECOMPUERTA

VÁLVULADE DRENAJE UOP 220-11-7

11-12

FIGURA CCONSTRUCCIÓN DE UN INDICADOR

DE NIVEL DE VIDRIO(LEVEL GLASS CONSTRUCCIÓN)

VISOR TRANSPARENTE

CRISTAL TRASERO

CÁMARA DEL LIQUIDO

CRISTAL DELANTERO

PARED FRONTAL

VISOR DEREFLEXIÓN

PARED TRASERACÁMARA DEL

LIQUIDO

\_ VIDRIOREFLECTOR

PARED FRONTAL

UOP 220-11-8

Contra/adores Las refinerías usan controladores neumáticos (operados conaire) o controles electrónicos. El controlador es un instrumentoque reconoce una condición dada del proceso, tal comopresión, y que acciona otro equipo de instrumentación paraque efectúe un cambio de presión, si la presión es diferente dela presión deseada, o mantiene la misma presión si éstacoincide con la deseada.

El operario del tablero de control encontrará muchasaplicaciones diferentes del sistema de control. Todas éstasfuncionan normalmente utilizando el mismo tipo decontrolador. La figura muestra un ejemplo típico de uncontrolador usado por la industria de hoy día. Loscontroladores se pueden operar tanto en la posición manualcomo en la posición automática.

En la posición manual el operador debe cambiar la posicióndel puntero que indica la salida, para poder compensarcualquier variación externa que exista en el proceso. Enautomático el controlador asume las funciones por si sólo. Enalguna ocasión, será necesario cambiar de automático amanual o viceversa. Para realizar esta maniobra se deberáproceder estrictamente de acuerdo con las recomendacionesdel fabricante del controlador y teniendo en cuenta cualquierposible alteración en la marcha del proceso.

CONTROLADOR COMÚN(TYPICAL CONTROL STATION)

INDICADOR DE LAVARIABLE DE PROCESO

ÍNDICE

INDICADOR DE SALIDA

RUEDA O BOTÓN PARAOPERACIÓN MANUAL

BOTÓN O RUEDAPARA AJUSTE

DEL "SET POINT"

PALANCA"AUTO/MANUAL'

INDICADORDE MEMORIA

UOP 220-11-9

11-14

Válvulas De La válvula de control es uno de los elementos esenciales enControl la instrumentación automática para el control de procesos.

Explicada simplemente, una válvula de control es un orificiovariable en una línea. Cuando el tamaño del orificio varía, elcuadal del fluido (líquido o gas) también cambia, para ciertascondiciones dadas.

En la Fig. A se encuentra la descripción de las diferentespartes de una válvula de control. Ésta es solamente una de lasmuchas variedades de válvula de control que se utilizan. Estaválvula se mantiene normalmente cerrada por la acción delresorte. La presión del aire en la parte superior del diafragmaabre total o parcialmente esta válvula (el tapón de la válvulabaja), según sea la presión de aire trasmitida desde elcontrolador.

Esta válvula es de cierre automático en caso de fallo del aire(se necesita presión de aire para abrirla). Sin embargo, eldiseño de la parte superior de la válvula (el sistema deldiafragma) puede ser tal que la válvula opere al revés. En estecaso el diafragma es mantenido en su posición más baja por laacción del resorte (válvula cerrada) y la entrada de aire estásituada debajo del diafragma y del vastago de conexión.

El cuerpo de la válvula puede ser de un solo orificio (tapónsimple) o de dos orificios (tapón doble).

La válvula de un solo orificio tiene solamente un orificio pordonde pasa el fluido. Esto se ilustra en la válvula de cuerpodividido de la Fig. B. La válvula de dos orificios de la Fig. Atiene doble tapón y dos asientos por donde el fluido puedepasar dividido en dos direcciones.

El tapón es la parte móvil de la válvula que provee larestricción de flujo variable. Para satisfacer los requerimientosdel proceso, se diseñan varios tipos de tapones.

11-15

DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DEUNA VÁLVULA DE CONTROL

(CONTROL VALVES)

1. Cuerpo DeLa Válvula

2. Anillo DeAsiento Superior

3. Anillo DeAsiento Inferior

4. Tapón

5. VastagoDel Tapón

6. Bonete

7. CubiertaDel Tapón

8. Buje Guía

Está construido para contener los asientos de la válvula,vastago del tapón, las guías del vastago y los canales para elfluido. El cuerpo está diseñado para las condiciones delproceso: presión, temperatura y corrosión.

En la válvula de dos orificios, el asiento superior es uno delos dos asientos construidos de aleación metálica parasoportar desgaste y corrosión y proveer una superficie de sellocon la cara superior del tapón. Este asiento es desmontable ypuede ser reemplazado cuando sea necesario.

Es idéntico al anillo de asiento superior, con la diferenciade que provee una superficie de sello para la parte inferior deltapón.

En la posición cerrada, el tapón, que está ligado a suvastago, encaja con los anillos de asiento superior e inferior.Cuando el vastago se mueve hacia abajo, el tapón se separa delos anillos de asiento y permite el paso del fluido a través delcuerpo de la válvula.

Está conectado a la parte inferior del resorte del vastago(N°18) y se desliza dentro de los manguitos de gula (N°8). Elvastago se mueve hacia abajo debido a la presión del airesobre el diafragma (N°16) con lo que se separan los asientosdel tapón de los anillos de asiento. Cuando se disminuye lapresión del aire sobre el diafragma, el resorte tira del vastagohacia arriba, asentando las caras del tapón sobre los anillos deasiento.

Contiene el buje superior N°20, que actúa como guia delvastago. Contiene también el prensaestopas N°9 que presionael empaque N°10.

El empaque produce un sello hermético alrededor delvastago para evitar fugas del fluido de proceso en la válvula. Elanillo de cierre hidráulico (N°11) proporciona la circulación dela lubricación del empaque que se suministra a través de untapón grasero N°15.

Esta cubierta puede quitarse cuando la válvula de controlse cierra y se drena para extraer la suciedad o depósitos decualquier naturaleza.

Este buje, tal como el buje superior N°20, mantiene alvastago en posición y evita su vibración.

11-17

9. Prensaestopa

10. Empaque

VerN°6 BONETE.

VerN°6 BONETE.

11. Anillo De CierreHidráulico Ver N°6 BONETE.

12. Bu/e

13. Resorte

19. Yugo

15. Conexión DeEngrase

16. Diafragma

17. Cámara DelDiafragma

18. Vastago DelResorte

19. TornilloDe Ajuste

20. Buje

21. Indicador DePosición DelVastago

Actúa como soporte de guía para el vastago del tapón en suconexión con el resorte del vastago N°18.

Este resorte produce una fuerza contraria a la presión delaire aplicada al diafragma N°16. Cuando la presión del airesobre el diagrama es de 15 psig (1,05 kg/cm2) el resorte secomprime completamente, el vastago N°5 es empujadocompletamente hacia abajo, y la válvula se abre totalmente.Cuando no hay presión de aire sobre el diafragma, el resorte seexpande completamente cerrando la válvula.

Sostiene al resorte N°13, al vastago del resorte N°18 y a lacaja del diafragma N°17. También permite acceso al tornillo deajuste de la carrera del vastago N°19 para que el operadorpueda leer el indicador de posición.

Ver N°6 BONETE.

Ver N°13 RESORTE.

Es un recipiente cerrado en el que se inyecta aire apresión sobre la parte superior del diafragma.

Transmite la fuerza del diafragma y el resorte al vástagcdel tapón N°5.

Ver N°14 YUGO.

Ver N°6 BONETE.

Indica hasta que punto la válvula está abierta.

EN CASO DE FALLO DEL AIRE DE INSTRUMENTOS, ESTAVÁLVULA SE CIERRA.

11-18

FIGURA A

VÁLVULA DE CONTROL(CONTROL VALVE)

ENTRADA DELAIRE DE CONTROL

CÁMARA DEL DIAFRAGMA

VASTAGO DEL RESORTE

TORNILLO DE AJUSTE

VASTAGO DEL TAPÓN

CASQUILLO DEL PRENSAESTOPAS

ANILLO LINTERNA

BONETE%

TAPÓN

ANILLO DE ASIENTOINFERIOR

BUJE GUIA

CUBIERTA DEL TAPÓN

DIAFRAGMA

RESORTE

YUGO

BUJE

CERRADO INDICADOR DE LA POSICIÓNDEL VASTAGO

EMPAQUETADURA

TAPÓN GRASERO

BUJE

ANILLO DE ASIENTOSUPERIOR

CUERPO DE LA VÁLVULA

FLUJO (DIRECCIÓN)UOP 220-11-10

11-19

FIGURA B

VÁLVULA DE CONTROL(CONTROL VALVE)

TUERCA DE LA BRIDA DELA EMPAQUETADURA


EMPAQUETADURA

TAPÓN DE LA VÁLVULA

ANILLO DE ASIENTO

CUERPO INFERIOR

VASTAGO DEL TAPÓNBRIDA DE LAEMPAQUETADURA

RESORTE (EMPAQUETADURA)

ANILLO DE TEFLON

CUERPO SUPERIOR

UOP 220-11-11

Diagnóstico DeUna VálvulaDe Control

1. Comprobar la presión de aire al diafragma de la válvulade control (o al posicionador) con respecto a la presión desalida en el controlador. Deben ser iguales; si no lo son puedehaber una funga de aire en la tubería.

2. Examinar todas las válvulas de bloqueo, alrededor de laválvula de control. Las válvulas antes y después de la válvulade control deben estar completamente abiertas, la de bypass,cerrada herméticamente.

3. Comprobar el indicador del vastago. La posición de laválvula debe corresponder a la presión de aire sobre eldiafragma. Averiguar si la válvula cierra con aire o abre con aireantes de decidir que no funciona correctamente.

4. Si aparentemente no hay flujo, abrir la válvula de bypasspor unos pocos segundos. La válvula de control puede estarabierta pero obturada. Si es así, el control debe hacerse con elbypass (ver procedimiento específico).

5. Verificar los manómetros del posicionador de la válvula, siésta tiene posicionador. El posicionador que se usa paraayudar a abrir o cerrar las válvulas de control en serviciosdifíciles, debe tener tres manómetros. Normalmente la presiónde suministro debe ser de 1,4 kg/cm2 (20 psig) a menos que seemplee una relación 2:1 en el posicionador; entonces lapresión de suministro sería de 2,5 kg/cm2 (35 psig). La presiónde entrada o la señal de aire de control debe seraproximadamente igual a la del manómetro de salida, o a lamitad de la presión de salida si se usa una relación de 2:1. Sino, el problema puede ser un atascamiento de la válvula o unposicionador defectuoso.

6. Si la válvula está subiendo y bajando rápidamente, elproblema puede ser debido a un posicionador defectuoso.

11-21

APLICACIONES DEL CONTROL AUTOMÁTICO(CONTROL APPLICATIONS)

Control DeTemperatura

Control DePresión

Los sistemas de control por medio de instrumentos se usanen refinería en varias aplicaciones. Un sistema de controlcompleto para una aplicación específica, se llama a menudo unbucle o un circuito de control. La mayoría de los circuitos decontrol que se encuentran serán tratados a continuación.

El control de temperatura de una carga de hidrocarburocalentado con vapor se muestra en la figura A. El trasmisor detemperatura compara la temperatura del fluido del procesodespués del intercambiador de calor con el valor deseado en elcontrolador de temperatura (TRC). El TRC regula entonces laválvula de control de vapor que va al intercambiador de calorpara mantener la temperatura deseada en la corriente delproceso. Si se requiere menos calor (temperatura), elcontrolador disminuirá la presión del aire a la válvula decontrol, permitiendo que fluya menos vapor al intercambiador,reduciendo de esta forma la temperatura de salida delhidrocarburo del proceso.

Controlar la temperatura en un proceso con un horno es algosimilar al anterior. En este caso sin embargo (Fig. B) latemperatura de la corriente de proceso se controla por mediode la cantidad de gas y de aceite combustible.

Las columnas de destilación a veces tienen un control detemperatura de cabeza (Fig. C). La temperatura de la partesuperior de la torre se transmite al controlador de temperatura.Si esta temperatura es demasiada alta (sobre el set point) elcontrolador disminuirá la presión de aire a la válvula de control(aire cierra) abriéndola para que permita el paso de mayorcantidad de reflujo frío, enfriando así la cabeza de la torre.Cuando la cabeza está a la temperatura deseada, la abertura dela válvula de control mantiene la cantidad requerida de reflujo.

Algunas torres pueden tener el punto de control detemperatura situado algunos platos por debajo del platosuperior, como indica la figura D.

El control de presión puede tener varias variaciones.Básicamente sin embargo se usa el circuito de control depresión de la figura E. En este sistema, la presión a controlarsees transmitida al controlador. Si la presión es demasiado alta,se incrementa el aire a la válvula de control (abre con aire)abriendo la válvula. Ésta permite que mayor cantidad de gasdescargue al sistema de desfogue de gas. Cuando la presiónalcanza el punto deseado, se reduce el aire a la válvula decontrol para mantener la presión deseada en el proceso.

11-23

Control DeFlujo

Control DeNivel

Control Deínter fase Liquida

Control De UnCorte Lateral EnUna Torre

Control EnCascada

Alarmas

Los sistemas de control de presión pueden estar enrecipientes de otro tipo o aun en líneas de proceso. El métodode control es similar.

La figura F muestra un circuito típico de control de flujo.El valor real del flujo en la línea es transmitido al controlador.La presión del aire al diafragma de la válvula de control esregulada para dar el caudal deseado.

El operario probablemente encontrará varios tipos decontroles de nivel en una refinería. Básicamente todos sonsimilares al sistema de la Fig. G. El nivel del líquido setrasmite al controlador, el cual cambia la presión de aire sobrela válvula de control para mantener el nivel deseado. Si el niveles demasiado alto el controlador incrementará la presión deaire sobre el diafragma de la válvula de control (abre con aire)causando así la disminución del nivel en el separador.

El control de interfase líquida en una refinería generalmentese utiliza cuando se separa una fase acuosa y una faseorgánica (hidrocarburo). Estos sistemas operan de formaidéntica a los controladores de nivel.

En la Fig. H se muestra un control sobre la corriente(corte) lateral en una torre. Este corte es un kerosenedestilado con control de flujo. El caudal se controla por elmismo método que el descrito antes pero aquí además se debecontrolar el nivel del líquido en el fondo del stripper. Esto sehace controlando la cantidad de líquido que se alimenta alstripper. Si el nivel de los fondos del stripper disminuye laválvula de control de la alimentación se abre retornando elnivel a su posición normal.

El control en cascada emplea dos controladores; se usapara proveer mejor control que el disponible con un solocontrolador. Un sistema simple de control en cascada,nivel/flujo, se ilustra en la Fig. I. En este caso, el controladorde nivel no regula la válvula de control directamente. El LRCcambia el set point del FRC, el cual controla el flujo a unnuevo punto de control. Supongamos que el nivel en el tambores bajo. El transmisor de nivel envía esta señal al LRC. El LRCcambia el set point del FRC para permitir un mayor flujo haciael tambor. El FRC a un punto de control más alto incrementarála presión de aire a la válvula de control (abre con aire) de talmanera que el flujo más alto se mantenga.

Los sistemas de alarma se instalan en áreas críticas dondese requiere atención inmediata cuando una variable de procesose encuentra en una zona peligrosa en cuanto a operación.Estas alarmas son similares a las que existen en losautomóviles para indicar cuando la presión del aceite es

11-24

demasiado baja, el alternador no funciona, etc. Loscompresores de una refinería tienen, por ejemplo, luces yalarmas acústicas para indicar la necesidad de atencióninmediata. En las áreas críticas de proceso ciertas presiones,temperaturas y niveles activan el sistema de alarma. Cuando eloperador lleve estas variables a una zona de operación segura,la luz de la alarma se apagará.

FIGURA A

CONTROL DE TEMPERATURAEN UN INTERCAMBIADOR

(TEMPERATURE CONTROL)

VAPOR

VÁLVULA DECONTROL

CONTROLADORREGISTRADOR DE

TEMPERATURA

TRANSMISOR DETEMPERATURAMONTADO ENEL TABLERO

AL PROCESO

INTERCAMBIADORDE CALOR

TRAMPA DE VAPOR

CONDENSADO UOP 220-11-12

11-25

FIGURA B

CONTROL DE TEMPERATURAEN UN HORNO

(HEATER TEMPERATURE CONTROL)

HORNO TRANSMISOR DETEMPERATURA

MONTADOEN EL TABLERO .

CARGA WlWvV

I I

CONTROLADORREGISTRADOR -

DE TEMPERATURA

«*•

AL PROCESO

GAS COMBUSTIBLE A LOSQUEMADORES UOP 220-11-13

FIGURA CCONTROL DE TEMPERATURA EN

LA CABEZA DE UN FRACCIONADOR(FRACTIONATING TOWER TOP

TEMPERATURE CONTROL)

TRANSMISOR DETEMPERATURAEN EL TABLERO

-REFLUJO

y, CONTROLADOR^ REGISTRADOR

DE TEMPERATURA

CONDENSADORACUMULADOR

$

VÁLVULA DECONTROL

, COLUMNAFRACCIONADORA

IPRODUCTO

BOMBA

UOP 220-11-14

11-26

FIGURA D

CONTROL DE TEMPERATURAEN UN FRACCIONADOR

(TEMPERATURE CONTROL ON DISTILLATION COLUMN)

FRACCIONADOR

VAPORES DE CABEZA

ACUMULADOR

REFLUJOTRANSMISOR DETEMPERATURA

' MONTADO ENEL TABLERO

PRODUCTO DECABEZA

CONTROLADORREGISTRADOR DETEMPERATURA

BOMBA UOP 220-11-15

FIGURA ECONTROL DE PRESIÓN

(PRESSURE CONTROL)

PRC

" \_ CONTROLADOR 1

TRANSMISORDE PRESIÓN "¡

CARGA LIQUIDAY GASEOSA ~\

»- '

1 ri {

f

\

i

m * GAS

ACUMULADOR OSEPARADOR

LIQUIDO AL PROCESOUOP 220-11-16

11-27

FIGURA F

CONTROL DE FLUJO (CAUDAL)(FLOW CONTORL)

LIQUIDOPROCEDENTE

DE UNRECIPIENTE

DE PROCESO

TRANSMISORDE FLUJO

BOMBA

CONTROLADORREGISTRADOR DE FLUJO

PLACA DEORIFICIO

VÁLVULADE CONTROL

FIGURA G

CONTROL DE NIVEL(LEVEL CONTROL)

CAUDALCONTROLADOAL PROCESO

UOP 220-11-17

CARGA LIQUIDAY GASEOSA

SEPARADOR

TRANSMISOR DENIVEL

CÁMARA DELFLOTADOR

VÁLVULA DECONTROL

CONTROLADORREGISTRADORDE NIVEL

AL PROCESO

UOP 220-11-18

11-28

FIGURA HCONTROL DEL CORTE DE KEROSENOEN LA FRACCIONADORA DE CRUDO

(CRUDE TOWER KEROSINE SIDE STREAM CONTROL)

TO

VAG(

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1

2

3

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LINEA DE RETORNODE VAPORES

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ORIFICIO

CONTROLADORREGISTRADOR

DE FLUJO

KEROSENO

VÁLVULA DECONTROL

UOP 220-11-19

11-29

FIGURA I

CONTROL EN CASCADA NIVEL—FLUJO (CAUDAL)

(CASCADE LEVEL — FLOW CONTROL)


DE NIVEL(PRINCIPAL)


DE FLUJO(SECUNDARIO)

GAS

TAMBOR DEAMORTIGUAMIENTO

PLACA DEORIFICIO

VÁLVULA DECONTROL

LIQUIDO ALPROCESO

UOP 220-11-20

11-30

CONTROL DE NIVEL(LEVEL CONTROL)

Superior

Medio

Inferior

Muestra un tanque con un nivel normal de operación. El airellega a la válvula de control a 9 psig (0,6 kg/cm2) y ésta se abreel 50%.

El nivel en el tanque sube. El aire llega a la válvula decontrol a 15 psig (1,1 kg/cm2) y ésta se abre totalmente.

El nivel en el tanque baja. El controlador manda una señal de3-4 psig. (0,2-0,3 kg/cm2) a la válvula de control y ésta se cierrahasta solo un 10% de abertura.

CONTROL DE NIVEL(LA VÁLVULA SE ABRECON PRESIÓN DE AIRE)

(LEVEL CONTROL AIR TO OPEN VALVE)

TRANSMISOR DENIVEL

•€?•

TRANSMISORDE NIVEL

AL CONTROLADOR

AIRE A LA VÁLVULAi—

A DE CONTROL

CERRADO

ABIERTOA ALMACENAJE

CERRADO

ABIERTOA ALMACENAJE

TRANSMISORDE NIVEL

3 CERRADO

! ABIERTOA ALMACENAJE

UOP 220-1 1-21

11-31

CONTROL DE PRESIÓN(PRESSURE CONTROL)

Superior

Medio

Inferior

Muestra un recipiente a la presión deseada de 7,0 kg/cm2.

La válvula de control se halla abierta al 50% debido a unaseñal neumática que ésta recibe de 9-10 psig (0,7 kg/cm2).

La presión en el recipiente ha bajado a 3,5 kg/cm2. La señal,neumática ha la válvula a variado a 12 psig (0,8 kg/cm2) y ésta secierra al 25% de abertura.

La presión en el recipiente cambia a 10,5 kg/cm2. El aire enla válvula llega a 5-6 psig (0,4 kg/cm2). La posición de la válvulaes 75-80% abierta.

CONTROL PRC(PRC — CONTROL)

LA PRESIÓN DE AIRE CIERRA LA VÁLVULA(AIR TO CLOSE VALVE)

AIRE A LA VÁLVULADE CONTROL

7.0

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Kg/cm2

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ABIERTO

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ABIERTO

CERRADO

INSMISOR

GASCOMBUSTIBLE

GASCOMBUSTIBLE

LIQUIDO

10.5 Kg/cm 2 -O ABIERTO

i CERRADO GASCOMBUSTIBLE

i i i ' i iTRANSMISOR

LIQUIDO UOP 220-11-22

11-32

CONTROL DE FLUJO (CAUDAL)(FLOW CONTROL)

Superior

Medio

Inferior

Muestra la válvula de control en posición cerrada sin aireque la controle y sin flujo.

La válvula está abierta el 50% con señal neumática de 9-10psig (0,7 kg/cm2) y cinco unidades de flujo en el indicador localde flujo.

La válvula está abierta al 100% con señal neumática máximade 15 psig (1,05 kg/cm2) y el indicador local señala el caudalmáximo.

CONTROL FRC(FRC — CONTROL)

AIRE PARA ABRIR LA VÁLVULA

POSICIÓN IJÍ?DE LA VÁLVULA

UNIDADES DEFLUJO

ABIERTO.UCERRADO: »AIRE A LA VÁLVULA

DE CONTROL

AL CONTROLADOR

POSICIÓN LÍDE LA VÁLVULA

1K

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] CERRADO

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POSICIÓN L

DE LA VÁLVULA| ABIERTOICERRADO

UOP 220-11-23

11-33

Poniendo Un FlujoDe Líquido ODe Gas En UnBypass DeControl

A veces es necesario desmontar una válvula de control,sea para su reparación o para su recambio. Laresponsabilidad del operario es de hacerlo sin interrumpirla operación o perturbar el proceso de manera que el productose salga de especificaciones.

El operario debe observar las condiciones de flujo queexisten cuando ocurre el problema. Sigue una lista deproblemas que puede encontrar y la solución a cada uno deellos.

1. Válvula de control inoperable. No cambia la posicióndel indicador de la válvula de control tanto con presión de airemáxima como sin presión de aire.

El líquido o el gas puede que todavía fluya a través de laválvula. Póngase en contacto con la sala de control y averigüeel valor de flujo apropiado. Si el cuarto de control requiere 7unidades de flujo y el indicador local N°7 indica solamente 3unidades de flujo, abra despacio la válvula de by-pass N°3,hasta que el indicador local N°7 indique 7 unidades de flujo.

Entonces empiece a cerrar lentamente la válvula N°1 hastaque el indicador de flujo N°7 indique 5 unidades de flujo. Elsiguiente paso es abrir lentamente la válvula de by-pass N°3hasta que el indicador de flujo N°7 otra vez indique 7 unidadesde flujo. Repita el procedimiento anterior, hasta que la válvulade bloqueo de la válvula de control esté completamentecerrada.

2. Vastago de la válvula de control atascado, permitiendoun caudal en exceso de la cantidad deseada de 7 unidades enel indicador local del flujo N°7. Empiece a cerrar lentamente laválvula de bloqueo que precede a la válvula de control hastaque la cantidad de flujo indicada en el indicador de flujo N°7sea de 5 unidades. Luego abra la válvula de by-pass N°3lentamente hasta que el indicador N°7 indique 7 unidades.Repita la operación hasta que la válvula N°1 estécompletamente cerrada.

3. Para desatascar una válvula de control con el indicadorde flujo N°7 indicando 7 unidades de flujo controlado por elby-pass y las válvulas de bloqueo N°1 y N°2 bloqueadas(completamente cerradas), compruebe primero que la válvulade drenaje N°5 esté completamente cerrada. Entonces quitelentamente el tapón de drenaje y abra lentamente la válvulaN°5. Si no hay ningún flujo de fluido, introduzca una varilla dediámetro pequeño en la válvula de drenaje para asegurarse deque esta válvula de drenaje no está taponada con el mismomaterial que tapona la válvula de control N°4. Una vez queusted esté seguro de que el drenaje está abierto, retire la

11-34

varilla y cierre la válvula N°5. Abra la válvula de bloqueo N°2.Si es posible, abra la válvula de control N°4. Con la válvula decontrol N°4 abierta, abra lentamente la válvula de drenaje N°5.El fluido retornará a través de la válvula de bloqueo N°2 y de laválvula de control N°4, con la esperanza de que remueva laobturación del cuerpo de la válvula de control a través de laválvula de drenaje.

4. Como medida de seguridad para retirar una válvula decontrol después de establecer el control de caudal con laválvula de by-pass N°3, de acuerdo con el indicador local deflujo N°7, cerrar completamente la válvula de bloqueo N°1 y laN°2. Asegúrese de que la válvula de drenaje N°5 está cerrada yretire lentamente el tapón de drenaje. Con el tapón de drenajeafuera, abra lentamente la válvula de drenaje N°5. Si no salefluido a través de la válvula N°5, inserte una varilla paralimpiarla. Cuando la linea entre la válvula de bloqueo N°1 y laválvula de control N°4 termine de drenarse, abra la válvula decontrol N°4 y permita que se drene la línea entre la válvula decontrol y la válvula N°2. Si no se puede abrir la válvula decontrol se afloja con precaución la brida del lado de salida dela válvula de control N°4. De esta manera se baja la presión delsistema y se procede a remover la válvula de control N°4.

5. Para poner en servicio una válvula de control despuésde que ha sido colocada de nuevo en la línea, cierre la válvulade control N°4 y abra la válvula de dranaje N°5. Abraligeramente la válvula de bloqueo N°1.

Permita pasar una pequeña cantidad de líquido o de gas através de la válvula de drenaje N°5 para limpiar la válvula decontrol. Cierre la válvula de bloqueo N°1. Abra la válvula decontrol N°4. Abra ligeramente la válvula de bloqueo N°2 y dejeque salga una pequeña cantidad de líquido o de gas usando laválvula de drenaje N°5. Cierre la válvula N°5 y vuelva a poner eltapón en la válvula de drenaje. Cierre la válvula de control N°4.Abra la válvula de bloqueo N°1 y la N°2. Empiece a cerrarlentamente el by-pass N°3.

Cuando la indicación de flujo en el indicador local de flujoseñale 6 unidades, el operario en la sala de control con elcontrol manual incrementa la salida de aire a la válvula decontrol para llegar a siete unidades de flujo. De nuevo cierrelentamente el by-pass N°3 hasta que el indicador local N°7esté a 6 unidades.

El operario en el tablero de control puede recuperarnuevamente el flujo a 7 unidades por acción manual. Repita elproceso anterior hasta que el by-pass N°3 esté completamentecerrado y la indicación de flujo sea de 7 unidades. Entonces eloperario en el tablero de control debe igualar los punteros de

11-35

la variable de proceso y del set-point y colocar el controladoren automático.

Asegúrese de que no haya bridas con escapes y de que selimpie cualquier cantidad de hidrocarburo que se haya vertidoen el suelo.

INSTALACIÓN DE VÁLVULADE CONTROL TIPO "E"

("E" TYPE CONTROL VALVE MANIFOLD)

INDICADOR DE FLUJOMONTADO EN EL TABLERO

INDICADOR LOCALDE FLUJO

PLACA DE ORIFICIO(BRIDAS)

VÁLVULA DE BY-PASS

VÁLVULA DE BLOQUEO AGUAS ARRIBA

VÁLVULA DE PURGA Y DRENAJE

VÁLVULADE CONTROL

VÁLVULA DE BLOQUEO AGUAS ABAJO

TAPÓN DELDRENAJE UOP 220-11-24

11-36

VÁLVULA DE CONTROL DE DOBLE DIAFRAGMAPARA GAS COMBUSTIBLE.

INSTALACIÓN DE VÁLVULA DECONTROL TIPO "F"

(DOUBLE DIAPHRAGM FUEL GAS CONTROLVALVE ("F" VALVE ASSEMBLY))

La válvula de control de gas combustible de doble diafragmaestá diseñada para garantizar un suministro uniforme yregulado de combustible a uno o más quemadores ya sea dehorno o de calderas. La presión del gas que viene del tamborde gas combustible está regulada a 3,5 kg/cm2.

La máxima presión del gas en el lado de baja presión de laválvula de control es de 2,1 kg/cm2 siempre y cuando elsistema en "F" esté operando de forma adecuada con unarelación de diafragma de 2 a 1. Cualquier presión superior a 2,5kg/cm2 será venteada a la atmósfera, evitándose así la rupturadel diafragma de la válvula de control. Esta válvula de alivioestá solamente para proteger el diafragma y no para descargarel exceso de presión de las líneas que van a los calentadores.Se regula la válvula de manera que exista un mínimo decombustible que va a los quemadores (límite de paso mínimo).Esto asegura que siempre exista llama en los quemadores,evitando que se produzca una explosión si se llena el horno degas y se pone en contacto con las paredes que permanecencalientes.

La válvula de control está diseñada con dos diafragmas,ambos conectados al vastago de la válvula de control.Generalmente el diafragma superior es el doble en área que elde la parte inferior. Cuando exista una presión de aire decontrol de 0,21 kg/cm2 en el diafragma superior, suponiendoque el diafragma tuviera 65 cm2, se producirán 13,5 kg defuerza ejercida hacia abajo en el vastago abriendo la válvula ypermitiendo que el gas fluya a través de la misma. El diafragmainferior tendría 32,5 cm2. Cuando la presión del gas suba a 0,42kg/cm2se igualarán los 13,5 kg provenientes del diagramasuperior y el vastago de la válvula de control dejará de moversey mantendrá la presión constante a 0,42 kg/cm2. Si el aire decontrol se incrementase a 0,7 kg/cm2 en el diagrama superior,la fuerza ejercida en el diagrama superior sería de 45 kg. Laválvula de control subiría la presión en la línea de gascombustible a 1,4 kg/cm2. A esta presión la válvula de controlnuevamente cesaría de moverse y se tendría una presiónestable de gas combustible de 1,4 kg/cm2 en los quemadores.En este ejemplo la relación de diafragmas es de 2:1. Otrasrelaciones podrán ser empleadas con resultados similares.

11-37

OPERACIÓN DE UNA INSTALACIÓN DEVÁLVULAS DE CONTROL TIPO "F"

(OPERATION OF THE "F" VALVE ASSEMBLY)

El departamento de instrumentos deberá colocar el límitemínimo de cierre en la válvula cuando todos los quemadoresdel horno estén encendidos. En este punto, el operario decontrol pondrá la válvula "F" en manual con una salida de 3psig (0,21 kg/cm2). El instrumentista abrirá o cerrará el volanteN°5 hasta que la presión en el manómetro N°12 sea de 0,42kg/cm2. Una vez hecho esto, nunca debe cambiarse. Si 0,42kg/cm2 en cada quemador proporciona demasiado calor alproceso, apague un quemador. El controlador "F" empezará aabrirse y la presión aumentará en los quemadores restantes. Siel operario de control informa que la temperatura del procesoestá todavía subiendo, apague otro quemador. Para balancearel número de quemadores con las condiciones del proceso, lapresión del lado de baja presión de la válvula de control N°3,será superior a 0,42 kg/cm2 en el manómetro N°12.

Para poner en servicio un sistema tipo "F" cuando se poneen marcha una caldera o un horno y con la válvula "F"controlando la presión de gas combustible a más de unquemador, con la cámara de combustión totalmente purgadacon vapor de agua, y con presión de gas combustible en laválvula N°1 y todas las líneas purgadas con vapor o nitrógenoaguas abajo de la válvula N°1, siga el siguiente procedimiento:

A. Bloquee (cierre completamente) todos los quemadoresde uno en uno

B. Bloquee las válvulas N°1, 2, 4, y 5

C. Abra las válvula N°13 y N°6. Esto pone en servicio elmanómetro N°12 y la válvula de alivio N°7.

D. Con un operario en el quemador y otro en la válvulaN°5 del sistema "F" se seguirán los siguientes pasos:

1. Suponiendo que no hay un quemador de gas piloto,el operador encenderá una antorcha hecha con cinta deasbesto atada con alambres a un trozo de tubería de 1,3 metrosde longitud mínima cuyo extremo ha sido sumergido en gasoilligero.

2. El operario abre la válvula N°5 en el sistema "F"permitiendo el paso de gas combustible al conexionado delquemador.

11-38

3. El operario que mantiene la antorcha en la boquilladel quemador abrirará la válvula del quemador tan pronto comola válvula N°5 esté abierta para evitar el disparo de la válvulade alivio N°7. Tan pronto como el gas combustible hayabarrido las tuberías de conexión, purgando todos los inertes, elquemador se encenderá.

4. El operario debe mantener la presión de gas indicadapor el manómetro N°12 del sistema "F" a 0,7 kg/cm2 por mediode la válvula N°5.

5. El operario en los quemadores procederá al siguientequemador, pondrá la antorcha en la boquilla y abrirálentamente la válvula del quemador.

El operario a cargo del sistema de control "F" tendráque mantener abierta la válvula N°5 para mantener una presiónconstante del gas combustible de 0,7 kg/cm2 en el manómetroN°12.

6. Cuando han sido encendidos suficientes quemadorespara satisfacer las necesidades del proceso, se puede poner elcontrolador de presión de gas combustible en operación deacuerdo con el siguiente procedimiento:

a) El operario en la sala de control pondrá elcontrolador en manual con una salida de aire de 3,0 psig, o sea0,21 kg/cm2.

b) Abrir las válvulas N°1 y N°4. La presión aumentaráen el manómetro N°12.

El operario de la válvula "F" comienza a cerrar la válvula N°5en el sistema "F" hasta que la presión en el manómetro N°12sea de nuevo 0,7 kg/cm2. En este punto, el tablerista en la salade control continúa aumentando la salida de aire al controladorde la presión del gas combustible. Como la presión en elmanómetro N°12 nuevamente sube por encima de los 0,7kg/cm2, el operario en la válvula "F" continua cerrando laválvula N°5 hasta qué la válvula quede completamente cerrada.En este punto el tablerista tiene control completo del reguladorde la presión de gas combustible.

NOTA: Si en el procedimiento descrito anteriormente encualquier momento los quemadores se apagasen, debeseguirse el proceso siguiente:

1. Cierre la válvula de by-pass N°5 en el sistema deválvulas "F"

2. Cierre las válvulas de cada uno de los quemadores.

11-39

3. Purgue con vapor de agua la cámara de combustiónhasta que el vapor sea visible en la chimerrea.

4. Cierre el vapor de purga (sofocamiento).

5. Repita el procedimiento de encendido de los quemadores.

VÁLVULA DE CONTROLSISTEMA "F"("F" ASSEMBLY)

VENTEO

VOLANTE (FLUJO MÍNIMO) -

VÁLVULA DE BLOQUEO(AGUAS ARRIBA)

DIAFRAGMA (AIRE)

DIAFRAGMA(GAS COMBUSTIBLE)

VÁLVULA DEPURGA Y DRENAJE

BLE DEL CABEZA

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VÁLVULA DE ,r TOMA DE PRESIÓN

VÁLVULA/DE BY-PASS

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VÁLVULA DEy SEGURIDAD

> VÁLVULA DE TOMADE INSTRUMENTO

^^^ SEÑAL NEUMÁTICA

- VÁLVULA DE CONTROL

UOP 220-11-25

11-40

Regulador DePresión Y FiltroDe Aire DeInstrumentos

En cada controlador local, se instala un regulador depresión y filtro de aire de instrumentos para reducir la presióndel cabezal de aire de instrumentos. Usualmente estareducción es de 7 kg/cm2 a 1,4 kg/cm2, requeridos para operarel controlador local. El filtro elimina el polvo y gotas de aguaque puedan haberse acumulado en la línea. De vez en cuandoabra ligeramente la válvula de drenaje para ver si hay líquidopresente; si lo hay notifique a su supervisor.

Si la presión de aire de instrumentos al controlador tiene queser ajustada, la contratuerca debe ser aflojada sin permitir queel tornillo de ajuste gire.

Una vez que la contratuerca esté floja, se puede regular lapresión de aire por medio del tornillo de ajuste a fin deaumentar o disminuir la presión sobre el diafragma.

Aflojando el tornillo de ajuste (hacia arriba) se baja la presiónen la línea del controlador local.

REGULADOR DE PRESIÓN Y FILTRODEL AIRE DE INSTRUMENTOS

(INSTRUMENT AIR FILTER PRESSURE REGULATOR)

BONETE

RESORTE PRINCIPAL

VENTEO DE LA VÁLVULADE DESFOGUE

ENTRADA DEL AIREA 7,0 Kg/cm 2DE PRESIÓN

VÁLVULA INTERNA

COLECTOR DEIMPUREZAS

TORNILLODE AJUSTE

CONTRATUERCA

ORIFICIO DE LAVÁLVULA DE DESFOGUE

DIAFRAGMA

SALIDA DELAIRE BAJO CONTROL A

1,5 Kg/cm2DE PRESIÓN

CUERPO

FILTRO

VÁLVULA DE DRENAJE

LLAVE DE PURGA UOP 220-11-26

11-41

POSICIONADOR TÍPICO(TYPICAL POSITIONER SET UP)

AIRE DE SALIDA.PRESIÓN EN LA LINEA

DE O A 20 PSI(O DE O A 35 PSI)

REGULADA POR LACONTRAPRESIÓN EN LA

BOQUILLA

RESTRICCIÓN

SUMINISTRODE AIRE

DEL INSTRUMENTO

BOQUILLACERRADO1/2 PULG(12,7 MM)ABIERTO

RECORRIDODE LA

VÁLVULA

RESORTE

RECORRIDO1/2 PULG.(12,7 MM)

PRESIÓN DELAIRE EN EL

FUELLE

J L

AIRE PARAABRIR LAVÁLVULA

NOTE: EL DEFLECTOR PUEDE SER AJUSTADOMANUALMENTE PARA OBTENER LA CONTRAPRESIÓNDESEADA.) POR EJEMPLO, SI EL AIRE DE INSTRUMENTOSESTA A 9 PSI, SE POSICIONA EL DEFLECTOR DE MANERAQUE UNA CONTRAPRESIÓN DE 9 PSI DEJE LA VÁLVULAMEDIO ABIERTA.) TÍPICAMENTE SE AJUSTA PARA DAR DE3 A 15 PSI SI EL AIRE DE INSTRUMENTOS ESTA ENTRE 3 Y 15PSI, O PARA DAR DE 6 A 30 PSI SI EL AIRE DEINSTRUMENTOS VIENE SUMINISTRADO A 35 PSI.

UOP 220-11-27

11-43


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CvVr©

EQUIPO DETRANSFERENCIA

DE CALOR


12-1

EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR(HEAT TRANSFER AND EQUIPMENT)

Transferencia El enfriar y el calentar son operaciones vitales en laDe Calor industria del petróleo. Es necesario que los ingenieros de esta

industria comprendan que los principios de transferencia decalor son importantes para diseñar, seleccionar o mantener losequipos de intercambio de calor.

Los mecanismos de transferencia de calor sin transferenciade masa son: conducción, convección y radiación. Laevaporación y la condensación son fenómenos importantes detransferencia de calor en los que además existe transferenciade masa.

La transferencia de calor ocurre siempre que existanregiones con temperaturas diferentes y que puedancomunicarse entre sí. El calor fluye de la región de mayortemperatura a la de menor temperatura. El equilibrio se alcanzacuando las temperaturas de ambas regiones sean iguales. Elequilibrio es independiente del contenido calorífico (energíatérmica) de las regiones.

Hay tres maneras básicas de transferencia de calor de unasubstancia a otra. Estas son: a) conducción; b) radiación; c)convección.

CONDUCCIÓN — En la mayoría de los intercambiadores decalor hay paredes metálicas (tubos) que separan un fluido deotro que está a una temperaturas distinta. El calor del fluidomás caliente pasa a través de la pared de separación al fluidomás frío.

La transferencia del calor depende de:

— la diferencia de temperatura de los fluidos

—el área de intercambio térmico

— la naturaleza de las substancias que intercambian calor.

RADIACIÓN — Todos estamos familiarizados con el calorradiante emitido por el sol. El calor se transfiere a través delespacio por medio de ondas electromagnéticas.

El calor radiante juega un papel de menor importanciarelativa en el intercambio de calor pero es muy importante enla mayor parte de hornos y calderas.

CONVECCIÓN — La tercera forma de transferencia de calores la más usada para calentar las viviendas. El aire es

12-3

Factores QueAfectan LaTransferenciaDe Calor

calentado por un radiador o por medio de otra fuente de calor.A medida que el aire se calienta se hace más liviano, sube y esreemplazado por el aire frío que es más pesado. Este procesose conoce como convección natural. Este mismo fenómeno esel que sucede en la transferencia de calor en fluidos.

a) DIFERENCIA DE TEMPERATURA

Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre lasdos substancias, mayor es la fuerza que causa la transferenciade calor.

b) CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Toda substancia tiene una conductividad térmica definidaque afecta a la cantidad de calor que se transfiere. Los metalesson buenos conductores mientras que la madera y el carbónson malos conductores.

c) ÁREA

El área de la superficie de transferencia es importante parala transferencia. Cuanto mayor es el área más calor puede sertransferido, siempre que los demás parámetros no seanafectados.

d) VELOCIDAD DE LOS FLUIDOS

La velocidad de los fluidos en los tubos afecta a la cantidadde calor que se transfiere. La velocidad también afecta a ladeposición de impurezas. Con velocidades altas se reduce laposibilidad de deposición de impurezas en los tubos. Unincremento en la velocidad de los fluidos incrementa lacantidad de calor transferido.

e) LA DIRECCIÓN DE LOS FLUJOS

La dirección de los flujos de los líquidos que intercambiancalor afecta a la velocidad de transferencia de calor. Se ve enlos diagramas que, cuando se usa idéntico equipo con igualesvelocidades de los flujos, uno con flujos en contracorriente yel otro en paralelo, la temperatura final será más alta en elcaso de contracorriente. Por eso, en el diseño de este equipo,el flujo en contracorriente es el preferido debido al hecho deque el medio más frío puede ser elevado a más altatemperatura y que, en general, se necesita un área menor parala misma transferencia de calor. Como se ve en los diagramas,el flujo en contracorriente ocurre cuando los fluidos caliente yfrío a través del intercambiador circulan en direccionescontrarias, mientras que, en el flujo en paralelo, las corrientesde los fluidos caliente y frío llevan la misma dirección.

12-4

EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR(HEAT TRANSFER EQUIPMENT)

DISTANCIA A LO LARGODEL INTERCAMBIADOR

25SALIDA ENTRADA

DISTANCIA A LO LARGODEL INTERCAMBIADOR

Equipos DeTransferenciaDe Calor

Hay dos tipos de equipo para transferencia de calor: directoe indirecto.

En el tipo de transferencia directo, los fluidos frío y calientese mezclan; por ejemplo, en una torre de enfriamiento o en unatorre de fraccionamiento. La transferencia de calor a través dela pared de un tubo se conoce como transferencia de calorindirecta. Ejemplos de este tipo son intercambiadores de calorde doble tubo, o de carcasa y tubos. Cada pieza del equipo detransferencia de calor está diseñada para un propósitoespecífico en cada unidad de proceso. Este equipo estádiseñado para controlar la temperatura del proceso y paraconservar tanto como sea posible la energía calórica.

Se puede clasificar como sigue:

1. INTERCAMBIADO-RES DE CALOR — Este equiporecupera el calor por intercambio entre dos corrientes delproceso.

2. ENFRIADORES — Usan aire o agua como medio paraenfriar los fluidos del proceso donde no haya una corrienteapropiada del proceso para utilizarla en el intercambio.

3. CONDENSADORES — Son enfriadores cuya función esla de retirar el calor latente y sensible y de transformar el vaporen un líquido sub-enfriado.

4. HERVIDORES — Se usan para suplir los requerimientosde calor en el proceso de destilación. El medio de calefacciónpuede ser vapor, aceite caliente, o una corriente del proceso.

5. HORNOS — Estos se usan para transferir calor a unacorriente del proceso por medio de la combustión de uncombustible.

12-5

TIPOS DE INTERCAMBIADORES(TYPES OF EXCHANGERS)

Intercambiadores El tubo interior consiste en una sección aleteada y losDe Doble Tubo dos extremos de los tubos aleteados están conectados por

medio de un tubo en U de 180° para el retorno.

El elemento interno en U está insertado en dos tubos demayor diámetro. El diámetro externo de las aletas tiene que serligeramente menor que el diámetro interno de la carcasa. Lascarcasas están soldadas a una placa terminal, donde elterminal flotante de la horquilla está cerrado con una cubiertaempernada y empacada proporcionando un espacio suficientepara la expansión y contracción de los tubos o elementosinternos.

Las conexiones de entrada y salida están hechas en losterminales. Los tubos de entrada y salida están sellados por unempalme cónico de-metal-a-metal hecho en el tubo.

Los intercambiadores de doble tubo van montados en hacespara formar intercambiadores de mayor capacidad.

12-6

TIPOS DE INTERCAMBIADORES(TYPES OF EXCHANGERS)

EMPAQUEDE LA TAPA

TAPA DE LACARCASA

CODO 180°

TUERCA DECONEXIÓN AL CONO

SOPORTES MOVIBLESDE LA CARCASA

TUERCA DE UNION

BRIDA GEMELAPIEZA TERMINALDE LA CARCASA BRIDA DE CONO

LA CARCASA

ADAPTORRECTO

ROSCADO

TUERCA DECONEXIÓN DEL CONO

SUPERFICIECÓNICA

PIEZA TERMINAL DE LACARCASA

UNION CÓNICA

TUERCA DE UNION

SUPERFICIESESFÉRICAS

TORNEADAS

ADAPTOR RECTOROSCADO

12-7

IntercambiadoresDe TuboY Carcasa

Los intercambiadores de tubo y carcasa consisten en unnúmero de tubos paralelos encerrados en una carcasacilindrica.

Un fluido circula dentro de los tubos y se le llama fluido detubos. El otro fluido circula fuera de los tubos y se le llamafluido de carcasa. Todos los equipos de este tipo constanbásicamente de las mismas partes, aunque pueden estardispuestos de distintas formas para adaptarlos a necesidadesespecíficas.

Estos intercambiadores pueden dividirse según la siguienteclasificación basada en la construcción del cabezal de tubos.En todos los casos los tubos están mandrilados o soldados alcabezal para impedir pérdidas hacia la carcasa.

CABEZALES FIJOS — Este es el tipo de intercambiador mássimple, pero tiene algunas limitaciones, tales como:

a) Diferencia de temperatura límite de 65°C entre losfluidos dado que no hay tolerancias para expansión.

b) No se puede limpiar dentro de la carcasa. El líquido decarcasa debe ser un líquido limpio.

CABEZAL FLOTANTE — Para permitir que los tubos puedanexpandirse debido a la diferencia de temperatura en elintercambiador, uno de los cabezales de los tubos se muevelibremente dentro de la carcasa.

Esta cabeza flotante debe estar encerrada dentro de lacarcasa con una tapa para retornar el fluido de los tubos a lasalida. La mayoría de los intercambiadores son de este tipo.

TUBOS EN "U" — Los tubos son de una sola pieza y hechospara cada caso. Los tubos pueden expandirse y contraerse ysólo un cabezal es necesario. El haz de tubos puede sersacado para inspeccionarlo y limpiarlo. Los tubos sólo puedenlimpiarse mediante el uso de reactivos químicos. El uso máscomún es en hervidores en los que el vapor se condensa en lostubos.

12-8

INTERCAMBIADORES DETUBO Y CARCASA

(SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS)

TERMINAL DE TUBOSEMPERNADO

-i5PlEn

INTERCAMBIADOR DE CABEZALES FIJOS

TERMINAL DE TUBOSDE EXPANSIÓN

LIBRE

yEMPAQUE

INTERCAMBIADOR DE CABEZA FLOTANTE

ENTRADA A LA CARCASADESCARGA

DE LOS TUBOS

SALIDA ENTRADA ADE LA LOS TUBOS

CARCASA

INTERCAMBIADOR DE TUBOS EN U UOP 220-12-4

12-9

Haz De Tubos El haz de tubos consta de tres partes principales: tubos,cabezales y deflectores. Los tubos son necesarios paramantener los fluidos separados. Los cabezales están por lamisma razón y los tubos están sujetos a los cabezales. Losdeflectores dirigen el flujo del líquido en la carcasa. Los tubosestán distribuidos en el cabezal según uno de las tresconfiguraciones siguientes:

DISPOSICIÓN TRIANGULAR — Ésta da la mayor cantidad detubos para un tamaño determinado, pero la limpieza delexterior de los tubos se tiene que hacer con reactivosquímicos.

DISPOSICIÓN CUADRANGULAR — Este tipo permite la fácillimpieza del exterior de los tubos.

DISPOSICIÓN ROMBOIDAL — Es similar a la anterior perogirada 45°. Esta configuración contiene el mínimo número detubos para un tamaño determinado.

Aumentando el número de pasos en los tubos o en lacarcasa se incrementa la velocidad de flujo, con lo cual seaumenta la transferencia de calor.

12-10

CONFIGURACIONES DE LOS TUBOS EN UNINTERCAMBIADOR USANDO TUBOS DE 19 MM

(TYPICAL EXCHANGER TUBE LAYOUT PATTERNS)

CONFIGURACIÓNTRIANGULAR

CONFIGURACIÓNEN CUADRADOS

CONFIGURACIÓN ENCUADRADOS DIAGONALES

CARCASA CARCASA

VARILLA DESUJECCION

ooo®oooBOOOOOOOOboooooooooiooooooooo

OOOOOOOOOOOOOO9oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo«oooooooooooooo' ooooooooooooooooooooooooo»OOOOOOOOOOO '

000*000

VARILLA DESUJECCION

CARCASA

VARILLA DESUJECCION

CONFIGURACIÓNTRIANGULAR

CONFIGURACIÓNEN CUADRADOS OCUADRANGULAR CONFIGURACIÓN

EN CUADRADOS DIAGONALES OCONFIGURACIÓN ROMBOIDAL

UOP 220-12-5

INTERCAMBIADORES CON PLACAPORTATUBOS (CABEZAL) FLOTANTE

(FLOATING TUBESHEET EXCHANGER)

Este tipo de intercambiador es el tipo más común usado enrefinerías. Note la dirección del flujo a través de los diferentespasos de los tubos y como la cabeza flotante tiene holgurapara moverse dentro de la tapa de la carcasa.

El flujo en la carcasa es de un sólo paso, pero la circulacióndel líquido está controlada por los deflectores. Sin losdeflectores, los tubos se pandearían y el flujo sería paralelo alos tubos, dando una transferencia de calor pobre.

Cada intercambiador está diseñado para una funciónespecífica con los deflectores instalados a distanciasdeterminadas.

Detalles De Una Anteriormente, la cabeza flotante se empernabaCabeza Flotante directamente a la placa portatubos flotante y podía ser dejada

en la placa portatubos cuando se sacaba el haz de la carcasa.Este sistema dejaba un espacio muerto grande entre el ladoexterno de los tubos y la carcasa.

El anillo sujetador de la cabeza flotante hace un uso máscompleto de la carcasa pero tiene que ser sacado antes de queel haz pueda ser removido.

Note que un fallo de los empaques internos puede causar lacontaminación de los líquidos entre la carcasa y los tubos.

12-12

VISTA TRANSVERSAL DE UN INTERCAMBIADOR DE PLACAPORTA-TUBOS FLOTANTE

(CROSS SECTIONAL VIEW OF FLOATING TUBESHEET EXCHANGER)

VENTEO

TAPA DE LACARCASA

NJ

W

DRENAJE

CUBIERTA DEL CABEZAL FLOTANTE

, ANILLO ESPACIADOR DE LA CABEZA FLOTANTE

ENTRADAAL CANAL

ANILLO PARTIDO SUJETADOR/ DE LA CABEZA FLOTANTE

TUBOS DELINTERCAMBIADOR

BOQUILLA DEDESCARGA DELA CARCASA

FLUJO DE PASOSIMPLE EN LA

CARCASA

ESPACIADORDE LOS /

DEFLECTORESPLACA

PORTATUBOSFLOTANTE

BOQUILLADE ENTRADA

ALACARCASA DEFLECTOR DE ENTRADA

PLACA PORTATUBOS FIJA

DESCARGADEL

CANAL

4 PASOSEN LOSTUBOS

TABIQUE DEDISTRIBUCIÓN

TAPA DELCANAL

CANAL

UOP 220-12-2

INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CARCASA(SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER)

DETALLES DE LA CABEZA FLOTANTE(DETAIL OF A FLOATING HEAD)

BRIDA DE UNION DE LACARCASA CON LA TAPA

BRIDA DE LA TAPADE LA CARCASA

TAPA DE LA CARCASA

PERNO DE SUJECCION

EMPAQUE DE LA TAPA DE LA CARCASA

TAPA DEL CABEZAL FLOTANTE

EMPAQUE DEL CABEZAL FLOTANTE

PERNO DEL CABEZAL FLOTANTE

BRIDA DEL CABEZAL FLOTANTE

ANILLO CENTRADOR DEL CABEZAL FLOTANTE

BRIDA

ENTRADA A LA CARCASA

CARCASA

VARILLA DE SUJECCION

ESPACIADOR

PLACA PORTATUBOSFLOTANTE

TUBOS

DEFLECTOR

BARRA DE EMPALME(GIRADA 90° CON RESPECTO

AL ANILLO CENTRADOR)

Hervidor TipoCaldera ConTubos En "U"(Hervidor DeCalderín)

Note que la altura del vertedero mantiene al haz de tuboscubierto con liquido en todo momento. Note también elespacio para el vapor sobre los tubos para la vaporización dellíquido.

En circunstancias normales, el haz de tubos no debe excederlos 2/3 del diámetro de la carcasa.

VISTA TRANSVERSAL DE UN HERVIDOR TIPO CALDERACON TUBOS EN "U"

(CROSS-SECTIONAL VIEW OF U-TUBE KETTLE TYPE REBOILER)

- CANAL PLACAPORTATUBOS

FIJA

SALIDA DE VAPORESDEL HIDROCARBURO TOMAS DEL

CONTROL DEL NIVEL

ENTRADADEL

VAPOR

5 ' cESPACIO PARA LA SEPARACIÓN DEL VAPOR

TUBOS EN U DEFLECTORESn \ / rf

VERTEDERO

' SALIDA DEL ENTRADA DELCONDENSADO HIDROCARBURO

CARCASA DESCARGA DELHIDROCARBURO

CALIENTE

TAPA bELCANAL UOP 220-12-7

Procedimiento ParaSacar De ServicioUn IntercambiadorDe Calor

1. Primero se cierra el paso de fluido caliente. Esto se debehacer lentamente para permitff que el intercambiador seenfríe lentamente.

No se debe cerrar el fluido frío primero, porque de otro modoel calor del lado caliente causaría el calentamiento del fluidofrío, el cual no dispone de espacio para su expansión, lapresión aumentaría y causaría la ruptura del intercambiador.

2. Después de que el fluido caliente ha sido cerrado, tanto ala entrada como a la salida de los intercambiadores, y latemperatura ha bajado hasta la del fluido frío, se pueden cerrarlas válvula del fluido frío.

3. Drenar o bombear los líquidos de la carcasa y de lostubos.

12-15

4. Por seguridad, las líneas de entrada y salida se debentapar con bridas ciegas.

5. Si en el intercambiador circulan aceites agrios o quepuedan formar incrustaciones de sulfuro de hierro, se debelavar con agua antes de destaparlo.

Procedimiento Para 1. Examine el intercambiador cuidadosamente paraPoner En Servicio asegurarse de que todas las conexiones han sido hechas yUn Intercambiador de que todas las tuberías estén listas. No debe haber pernosDe Calor sueltos, todas las bridas deben tener sus empaques, etc.

2. Todas las válvulas deben estar en posición cerrada.

3. Abra las válvulas de venteo de los fluidos frío y caliente.

4. Abra un poco la válvula de entrada del fluido frío. Venteetodo el aire hasta que esté lleno de líquido. Cierre la válvula deventeo del fluido frío.

5. Abra ligeramente la válvula de salida del fluido caliente,ventee todo el aire y cierre la válvula de venteo. En este puntoambos lados del intercambiador están llenos de líquido.Entonces abra completamente la válvula de entrada del fluidofrío y la de salida del fluido caliente.

6. La válvula de salida del fluido frío puede ser abiertalentamente hasta que el fluido frío esté circulando por elintercambiador.

7. Comenzar a abrir lentamente la válvula de entrada delfluido caliente.

•»

8. Ambas válvulas, la de salida del fluido frío y la de entradadel fluido caliente deben abrirse lentamente hasta que esténabiertas completamente.

Todas las operaciones deben hacerse lentamente y debetenerse cuidado de que no haya cambios súbitos detemperatura.

Detección DeFugas En LosIntercambiadores

En algunos casos, antes de ponerlo en servicio, se someteel equipo a pruebas hidrostáticas para detectar fugas, aunqueel equipo hubiese ya sido probado en el taller de fabricación.

Algunas veces, durante la operación, los productos secontaminan debido a fugas en los tubos del intercambiador. Elmétodo básico de prueba es el siguiente:

12-16

En un intercambiador de cabezales fijos, después de que sehan sacado las tapas, se conecta el equipo de pruebahidrostática a la carcasa y se detectan las fugas por lapresencia de agua en uno o más tubos. El tubo que pierde essacado de servicio mediante tapones metálicos que se colocanen los extremos del tubo. La prueba se repite hasta que nohaya tubos con pérdidas.

En un intercambiador de cabezas flotantes el procedimientoes algo diferente.

Después de que las tapas han sido sacadas se coloca unanillo de prueba especial para cerrar herméticamente los tubosy la carcasa. El procedimiento entonces es similar al anteriorpara cabezales fijos. Siempre se usa un líquido frío para laspruebas ya que un liquido caliente podría causar expansión delos tubos y de la carcasa resultando en daños al equipo.

La prueba hidrostática a temperatura ambiente se hace apresiones de 1,5 veces la presión de diseño corregida por latemperatura, excepto en el caso de hierro fundido que tieneotros códigos de control.

Se debe tener en cuenta cuando se hace una pruebahidrostática que la diferencia de presión máxima entre lostubos y la carcasa no debe excederse. Este valor vieneestampado en la placa metálica que identifica alintercambiador.

Torres De En torres de enfriamiento de agua se transfiere calor delEnfriamiento agua al aire por contacto directo. El enfriamiento se obtiene

por la evaporación de parte del agua. El aire que entra a la torrede enfriamiento está parcialmente saturado con agua y, amedida que el aire sube por la torre, el contenido de agua en elaire aumenta hasta que se satura completamente.

Hay dos tipos principales de torres de enfriamiento: deconvección natural y de convección forzada.

Las torres de convección forzada circulan aire por medio deventiladores de tiro forzado o de tiro inducido. Los ventiladoresde tiro forzado están a nivel del suelo. La ventaja de este tipoestriba en la comodidad de efectuar reparaciones omantenimiento general. La desventaja es que se puederecircular aire caliente saturado, reduciendo el enfriamiento.

Las torres de tipo inducido tienen ventiladores en la partesuperior de la torre que fuerzan al aire hacia arriba. Laposibilidad de recirculación de aire caliente saturadodisminuye debido a la velocidad que tiene el aire al abandonarla torre.

12-17

En cada tipo de torres de enfriamiento, el aire entra por elfondo y sale por la parta alta. El agua caliente entra por la partesuperior, en donde se distribuye uniformemente y cae encontracorriente con respecto a la corriente de aire ascendente.

Normalmente dentro de cada torre hay tablas o vigasdeflectoras para romper la caída natural del agua y produciruna mezcla más intima aire-agua, la cual incrementa latransferencia de calor.

La temperatura del agua enfriada depende de:

a) De la cantidad de agua que entra en la torre

b) De la temperatura del agua a la entrada

c) De la temperatura ambiente

d) De la humedad del aire

e) Del volumen de aire circulante

f) Del tamaño de la torre

g) De las condiciones mecánicas del sistema dedistribución del agua y de los deflectores dentro de la torre.

La máxima temperatura admisible del agua de enfriamientoes de 50°C. Por encima de esta temperatura se inicia laformación de depósitos dentro de las tuberías del agua derefrigeración.

12-18

TORRE DE ENFRIAMIENTO DE TIRO INDUCIDO(INDUCED DRAFT COOLING TOWER)

AIRE CALIENTE YVAPOR DE AGUA

VENTILADOR

ENTRADA DE AGUA

ro

CD

FLUJO DEAIRE

LUMBRERA

DEFLECTORES DEREDISTRIBUCIÓN

DEFLECTORESPARA

ROMPER LACAÍDA DEL AGUA

AGUA DE ENFRIAMIENTOA LAS BOMBAS

DE CIRCULACIÓNUOP 220-12-8

Enfriadores Y Un gran porcentaje del enfriamiento y condensación en unaCondensadores A refinería se hace por medio de intercambiadores que usanBase De Aire tubos con aletas por fuera de los cuales circula aire como

(Aerorefrigerantes) medio de refrigeración.

Un enfriador de aire o aerorefrigerante consiste en unventilador con una o más secciones de transferancia de calormontadas horizontalmente en un armazón de soporte. Lassecciones de transferencia de calor consisten de tubos conaletas fijados entre los cabezales. Están diseñados de maneraque un cabezal es fijo, mientras que el otro puede compensarlas expansiones o contracciones térmicas.

Los cabezales tienen tapas removibles para permitir que selimpien e inspeccionen los tubos.

El objeto de las aletas es el de aumentar el área detransferencia de calor y por ende permitir una mayor disipaciónde calor.

Los ventiladores que van montados sobre los tubos seconocen como de tiro inducido y los que están montados bajolos tubos se denominan de tiro forzado.

Para controlar la temperatura de salida, el flujo de aire através de los tubos con aletas se regula ya sea por el cambiodel ángulo de las aspas del ventilador o abriendo o cerrandolas lumbreras o persianas.

La velocidad del ventilador se establece y determina pormedio de la velocidad lineal de los extremos de las aspas. Lasaspas son normalmente de plástico o de aluminio. Todos losventiladores están provistos de disparos automáticos para paroen caso de vibración excesiva. Aún cuando el ventilador estéparado, la mayoría de estos enfriadores retienen un 30% deeficiencia. Durante la operación normal, se deben inspeccionarlos cabezales para detectar pérdidas. Examine regularmente lasaspas del ventilador para ver que no rocen con el resto delequipo, que giren libremente y que no estén quebradas nidobladas.

Si un ventilador se para por si solo, antes de que se intenteponerlo en marcha nuevamente se debe determinar que es loque ocasionó la parada.

Asegúrese de que las aspas estén intactas — a menudo seaflojan y caen. Una causa frequente de parada es por accióndel interruptor de disparo automático debido a vibraciónexcesiva.

Un operario debe saber qué ventiladores deben estarfuncionando en su unidad en todo momento, de manera quepueda determinar si su funcionamiento es normal.

12-20

PLACA DEIDENTIFICACIÓN

CABEZAL FIJOrolo

ENFRIADORES POR AIRE(AEROREFRIGERANTES)

(-FIN FAN COOLERS)

RANURA PARAEXPANSIÓN

CARCASA YGUIAS DELENFRIADOR

ENTRADA

DETALLE DEL CABEZALMOSTRANDO UN

DEFLECTOR ABIERTO

TAPÓN TIPO HOMBRERA CON EMPAQUES DEMETAL SOLIDO ENFRENTE

DE CADA EXTREMO DE LOS TUBOS

CANAL O RANURA PARA ELMANDRILADO DE LOS TUBOS

LOS TUBOS ESTÁN MANDRILADOS DENTRO DEL CABEZALUOP 220-12-9


OP€MTOIK

COMBUSTIBLES(FUEL OIL),

COMBUSTIBLESGASEOSOS YSISTEMAS DEANTORCHA


13-1

SISTEMAS DE ACEITE Y GAS COMBUSTIBLE YSISTEMA DE ANTORCHA

(FUEL OIL, FUEL GAS AND FLARE SYSTEMS)

Sistema De El sistema de antorcha (o tea) es la válvula de emergencia deAntorcha una refinería. Este sistema proporciona a varias unidades la

capacidad de depresionar su contenido en un lugar donde loscomponentes puedan ser quemados bajo condicionescontroladas y seguras.

Las lineas de alivio de presión de varias unidades de larefinería se juntan en el cabezal de la tea o antorcha. Hay unapurga de una pulgada de diámetro del sistema de gascombustible para mantener una presión positiva en el cabezalde la antorcha en todo momento a fin de eliminar la posibilidadde ingreso de aire al sistema que pudiera causar unaexplosión.

El gas que va a antorcha fluye a través de un tambor deseparación a través de una válvula de retención de lengüetapara impedir contraflujos indeseables al cabezal de la antorcha.

El tambor de separación está provisto de una bota colectoracon una bomba que succiona el líquido y lo manda al tanquede slops. El tanque de separación tiene un visor de nivel, unaalarma de alto nivel para el líquido y un manómetro. Cuandosea necesario desalojar grandes cantidades de materialescomo propano, butano o sus mezclas, el contenido puedealcanzar temperaturas muy bajas en el tambor separador,debido al efecto de autorefrigeración. Es necesario tomar lasprecauciones adecuadas para impedir la congelación de laslíneas. Por lo tanto, algunos recipientes de este tipo tienenserpentines de vapor para acelerar la vaporización de talmanera que los residuos líquidos puedan ser bombeados aalmacenamiento a presión atmosférica.

Los vapores que fluyen desde el tanque separador a laantorcha salen del tope del recipiente y entran a la chimeneade antorcha a un nivel más alto que el extremo superior delrecipiente. Esta línea no contiene espacios de acumulación delíquidos, de tal manera que todo material que condense luegode salir del recipiente drenará nuevamente a éste. Unaantorcha tiene una altura típica de 100 a 200 pies (30 a 60 m) ysu extremo está manufacturado de una aleación que puedaresistir altas temperaturas.

Existe otra lengüeta de retención dentro de la chimenea paraevitar contraflujo y hay un pequeño by-pass provisto de unretenedor de llama utilizado cuando se trabaja con flujos degas muy pequeños.

13-3

Generalmente existen tres llamas pilotos espaciadas entre sí120° para el encendido de la antorcha. El sistema de encendidode los pilotos se regula manualmente y está formado por unamezcla de aire y gas combustible. La llama de encendido sepropaga a través de un tubo hasta el quemador piloto. Estosquemadores pilotos queman gas combustible de refinería.

Algunos tipos de antorcha están provistos de un anillode vapor para minimizar la producción de humo. Elfuncionamiento de la antorcha sin humo puede esperarse encondiciones normales en la combustión de gases de fuga delas válvulas de alivio o procedentes del venteo de las unidadesde proceso. La antorcha está provista de una línea de vapor yde una válvula de control manual en la línea de vapor. Cuandola operación del proceso requiere un venteo manual, se debenotificar a la persona responsable de la antorcha de maneraque se inyecte vapor suficiente para eliminar el humo.

Durante condiciones anormales la válvula de control delvapor debe abrirse para eliminar el humo en lo que sea posible.Sin embargo, una operación totalmente sin humo durante unasobrecarga puede resultar imposible debido a las grandescantidades de vapor que se requerirían.

Algunas refinerías emplean también un sello de aguadespués del tanque de separación como un precaución deseguridad para impedir el contraflujo de aire al sistema. Estaagua puede estar localizada en un recipiente separado o en labase de la antorcha misma.

Hay ocasiones en las que algunas unidades deben aislarsedel cabezal de la antorcha. Debido a la presencia de sulfuro dehidrógeno en el cabezal, se debe usar equipo de protección(máscaras, etc.) para realizar esta maniobra. El aislamiento(desconexión) de cualquier sistema de alivio es una decisiónimportante y se requiere permiso del supervisor para poderrealizarlo.

13-4

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DELSISTEMA DE ANTORCHA

(SCHEMATIC DRAWING OF A FLARE SYSTEM)

BOQUILLA DE COMBUSTIONDE LA ANTORCHA

CHIMENEA DE LA ANTORCHA

VÁLVULA DE RETENCIÓNDE LENGÜETA

V¿n

TAMBORSEPARADORDE LÍQUIDOS

RETENEDOR DELLAMA

GASCOMBUSTIBLE

R.O.

í7>H

PILOTOS Y SISTEMADE ENCENDIDO

PLACA

ALIVIO DE PRESIÓNDE LAS UNIDADESDE LA REFINERÍA

BOMBEO ALTANQUE DE SLOP

SISTEMA DE IGNICIÓNDE LOS PILOTOS

1GAS

COMBUSTIBLE

AIRE

UOP 220-13-1

SISTEMA DE GAS COMBUSTIBLE(FUEL GAS)

(FUEL GAS SYSTEM)

Equipo El recipiente acumulador de gas combustible, hecho dePrincipal acero al carbono, está equipado con un sistema de balanceo

de presión, un visor de nivel, un indicador de nivel con alarmapara alto nivel, y una válvula de alivio que opera a 5,25 kg/cm2 ó75 psig.

El objeto del tambor de gas combustible en la refinería es elde proveer un almacenaje para los gases combustibles yproporcionar gas libre de líquidos a una presión constante de3,5 kg/cm2 o 50 psig al sistema de gas combustible.

La mayor parte del gas combustible recogido en el recipienteacumulador proviene de las unidades que tratan gases, peroexiste también una pequeña cantidad proveniente de losventeos de los prensaestopas de los compresores.

Control DePresión DelGas Combustible

El controlador de presión del gas combustible es deltipo dividido. Esto significa que actúa sobre dos válvulasde control.

Un controlador de presión de tipo completo abre o cierra unaválvula de control sobre su margen completo de descarga deaire de instrumentos.

El margen completo de salida del aire de instrumentos es de0,21 kg/cm2 (3 psig) a 1,05 kg/cm2 (15 psig). Sin embargo, uncontrolador de tipo dividido regula una válvula de control de0,21 kg/cm2 a 0,63 kg/cm2 y otra válvula de control de 0,63kg/cm2 a 1,05 kg/cm2.

El controlador dividido en el sistema de control del tanqueacumulador de gas combustible regula una válvula sobre elpropano que viene al tanque acumulador de 0,21 kg/cm2 a 0,63kg/cm2. A 0,21 kg/cm2 de salida hacia la válvula de control, estaválvula se encuentra completamente abierta, permitiendo lareposición de propano y estableciendo la presión en el tanque.Cuando la presión del gas combustible está a 3,5 kg/cm2, perose requiere propano para mantener la presión del tambor, lasalida del aire del controlador dividido estará entre 0,21 kg/cm2

y 0,63 kg/cm2.

Sin embargo, si el consumo de gas combustible en loshornos de gas decrece, la presión en el recipiente se elevará yel aire de salida a la válvula de reposición de propano subirá a0,63 kg/cm2 y cerrará esta válvula. Si la presión de gascombustible todavía aumenta, la salida de aire del controladorsubirá a más de 0,63 kg/cm2 y la segunda válvula de control seabrirá permitiendo el flujo de gas hacia el sistema de antorchay manteniendo constante la presión del recipiente.

13-7

Nivel DelLíquido

Si aparece un nivel de líquido en el acumulador de gascombustible, se deben comprobar todas las temperaturas yniveles en los acumuladores de cabeza de los fraccionadores.Es posible que el líquido venga acarreado hacia el recipientede gas combustible a causa del alto nivel en un recipiente odebido a la alta temperatura del mismo.

El problema debe ser corregido inmediatamente.

Si el nivel del líquido comenzara a hacerse visible a travésdel visor, hay que drenar el recipiente a la antorcha o alsistema de drenaje. Hay que evitar sin embargo el paso dehidrocarburos ligeros al sistema de drenajes.

El distribuidor de gas combustible proporciona gas a lossiguientes equipos:

1. Gas inerte en los tanques de almacenaje

2. Sistema de antorcha

3. Hornos en las varias unidades de proceso.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DELSISTEMA DE GAS COMBUSTIBLE

(SCHEMATIC DRAWING OF A FUEL GAS SYSTEM)

CONTROLADORDIVIDIDO

PRCAHL

A LA ANTORCHA

GAS A LA REFINERÍA

TAMBOR DE GAS COMBUSTIBLE+ DE LA REFINERÍA

LIAH

DRENAJE A LA ANTORCHAO AL DESAGÜE

PROFANO ,-JÍGAS COMBUSTIBLEDE OTRAS FUENTES UOP 220-13-2

13-8

SISTEMA DE ACEITE COMBUSTIBLE (FUEL OIL)(FUEL OIL SYSTEM)

1. EQUIPO PRINCIPAL

a) Tanque aislado de aceite combustible con sucontrolador de nivel.

b) Bombas de aceite combustible. Accionada por turbina(bomba primaria). Accionada por motor (bomba auxiliar).

c) Horno de fuel oil.

d) Dos juegos de filtros. Uno colocado antes de lasbombas de circulación y otro colocado después del horno.

e) Controlador de presión del cabezal de aceitecombustible.

2. SISTEMA DE ACEITE COMBUSTIBLE

a) Las fuentes de suministro de aceite combustible altanque de fuel oil, o a la succión de las bombas de circulaciónde aceite combustible son:

— Reposición de emergencia desde almacenaje altanque diario (*) bajo control de nivel de este último.

— Aceite combustible procedente de las unidades deproceso.

— Slops (residuos) de almacenaje.

(-*) Un tanque diario es un tanque de almacenamientotemporal al cual se descarga desde una o varias unidades y delcual se extrae contenido en forma continua para su uso enotras unidades.

3. TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Cuando no hay suficiente aceite de residuos y aceitecombustible de refinería para mantener el nivel en el tanquediario de aceite combustible, el nivel deberá reponersemediante una aportación desde almacenaje. El drenaje de aguaen el fondo del tanque diario debe ser examinadofrecuentemente y el agua debe ser drenada.

4. BOMBAS DE ACEITE COMBUSTIBLE

Las bombas de aceite combustible circulante succionandel tanque diario. Usualmente la bomba accionada a turbina

13-9

está en servicio mientras que la bomba impulsada a motor seencuentra en condiciones para operar en cualquier instante(stand-by). Esta bomba debe tener siempre las válvulas desucción y de descarga abiertas y debe estar siempre purgada.La válvula en la toma de presión de la descarga de la bomba enoperación debe estar abierta ya que ésta provee la puesta enmarcha automática de la bomba auxiliar. Las dos bombas sonrotativas de desplazamiento positivo y su descarga estáprovista de una línea de alivio que retorna a la succión. Lasbombas de circulación de aceite combustible bombean a unhorno vertical calentado por gas y de allí al cabezal principalque provee aceite combustible bajo control de presión a lasunidades y otras zonas de proceso.

Se mantiene en el cabezal una presión de aproximadamente7 kg/cm2 o 100 psig.

Cualquier aceite en exceso del que se requiere en lasunidades pasa a través del controlador de presión y regresa altanque diario.

Generalmente el sistema está diseñado para circularapproximadamente 3 veces la cantidad quemada, suponiendoque todos los quemadores de aceite combustible estánfuncionando al 100% de capacidad.

5. Si por alguna razón falla el flujo de aceite combustible alhorno, entonces el flujo de gas al quemador se cortaautomáticamente.

Otros modelos tienen puesta en marcha automática decualquiera de las bombas circulantes. Aunque la bombaaccionada por turbina es la bomba principal, a veces es labomba impulsada por motor la que está en funcionamiento. Laturbina de vapor puede mantenerse en rotación lenta abriendouna pequeña válvula de globo en el by-pass del sistema deválvula de control en "E" en la línea de entrada de vapor.Abriendo la toma de presión en la descarga de la bombaimpulsada por motor y sellando la purga de aire con la manohasta que 1,4 kg/cm2 de presión de aire de instrumentos vayaal diafragma de la válvula de control de vapor, se cierra laválvula de control. A partir de este punto las válvulas debloqueo situadas antes y después de la válvula de controlpueden ser abiertas. Una caída de presión en la descarga de labomba impulsada por motor, eliminará la presión de aire en laválvula de control del vapor, con lo que ésta se abrirá ypermitirá así la entrada de vapor hacia la turbina que estarácontrolada por su regulador de velocidad. Al igual que en todaslas bombas de arranque automático, las válvulas de succión yde descarga de la bomba deben estar completamente abiertasen cualquier momento y la bomba debe estar completamentecebada.

13-10

6. OPERACIÓN CON BY-PASS

El tanque diario de aceite combustible puede ser by-pasadoabriendo la válvula de by-pass en la línea de succión de labomba y la válvula en la línea de retorno a la succión.Entonces se cierra la válvula en la línea de retorno al tanquediario y la válvula de succión del tanque. El horno de aceitecombustible también puede ser by-pasado. Para ello, sinembargo, se deben extinguir los fuegos en el horno, debeabrirse completamente el deflector en la chimenea y debeintroducirse vapor de sofocación en la cámara del horno.

En este punto, se abre la válvula de by-pass, se cierra laválvula de entrada al horno y también la válvula de salida.

Se usan filtros dobles en la línea de succión de la bomba deaceite circulante. Estos filtros son de malla 0,8. La presióndiferencial a través de los filtros no debe superar los 0,7 kg/cm2

ó 10 psig. La presión diferencial se mide bloqueando la tomade presión posterior y abriendo la toma de presión anterior alfiltro. Se lee el manómetro, luego se bloquea la toma depresión anterior y se abre la toma posterior. Restar la presiónposterior al filtro de la anterior para obtener la presióndiferencial a través del sistema. Se instala otro juego de filtrosen la línea posterior al horno de aceite combustible. Lasmedidas de presión diferencial se hacen de la misma formaque se dicustió en el párrafo anterior.

7. CALENTAMIENTO POR VENAS DE VAPOR

Se debe usar continuamente el calentamiento con vapor. Lasvenas de vapor deben estar en buen estado y todas las trampastrabajando eficientemente.

13-11

DIAGRAMA DE FLUJO ESQUEMÁTICODE UN SISTEMA DE ACEITE COMBUSTIBLE

(SCHEMATIC FLOW DIAGRAM OF A FUEL OIL SYSTEM)

TANQUE DIARIODE ACEITE

CALENTADORDEL ACEITE

COMBUSTIBLE

GASCOMBUSTIBLE

ALCALENTADOR.

BOMBAS DECIRCULACIÓN

DE ACEITECOMBUSTIBLE

(MOTOR YTURBINA).

AMBAS PROVISTAS PROVISTODE ARRANQUE DE UIVI

AUTOMÁTICO. MECANISMODE CIERREA BAJO

CAUDAL DEACEITE.

ACEITECOMBUSTIBLEA REFINERÍA

FILTRODÚPLEX

PICAL

ACEITE COMBUSTIBLE DE LAS UNIDADESDE PROCESO O DEL TANQUE DE SLOP

REPOSICIÓN DESDE EL TANQUE DEALMACENAMIENTO

RETORNO DE ACEITECOMBUSTIBLE DE LA

REFINERÍA

UOP 220-13-3


HORNOS


14-1

CALENTADORES DE FUEGO DIRECTOU HORNOS

(FIRED HEATERS OR FURNACES)

La forma de energía más importante usada en una refineríaes el calor. La energía calórica se obtiene por la combustión(quemado) del combustible. Naturalmente, puesto que lacombustión involucra fuego y altas temperaturas, lacombustión debe estar bien controlada para ser segura. Eneste capítulo se discutirán las características de diseño y laoperación segura de diferentes hornos o calentadores.

El aspecto principal es el fuego o combustión. Todosconocemos el fuego y sus efectos, pero para entender quecausa el fuego, debemos entender los papeles que juegan elaire, el combustible y la temperatura de ignición. Se cubriráprimeramente el aire. Nada se quemará a menos que eloxígeno esté presente para combinarse con el combustible. El20 % del aire es oxígeno, mientras que el resto está compuestoprincipalmente por nitrógeno, el cual es inerte y no contribuyea la combustión. En todos los calentadores de fuego directo, eloxígeno se suministra mediante la introducción de aire dentrodel calentador. En algunos diseños el aire es forzado dentrodel horno con ventiladores, pero, en la mayoría de los casos, elaire se introduce dentro del horno mediante el tiro natural. Paraasegurarse de que esté presente la suficiente cantidad de airepara realizar la combustión completa, se arrastra hacia elquemador más aire que la cantidad teóricamente requeridapara quemar todo el combustible.

Puesto que el combustible es un hidrocarburo que contienecarbono e hidrógeno y el aire contiene oxígeno, los productosde la combustión que salen por la chimenea del calentadordeben contener estos componentes.

El hidrógeno contenido en el combustible (hidrocarburo)reacciona con el oxígeno contenido en el aire para formaragua. Dos moles de hidrógeno (H2) reacciona con un mol deoxígeno (O2) para formar dos moles de agua (H2O). El carbonoforma dióxido de carbono. Un mol de carbono (C) más un molde oxígeno dan un mol de dióxido de carbono (CO2).

El nitrógeno que entra con el aire no interviene en lacombustión y sale por la chimenea del calentador con el aguay el dióxido de carbono, más el exceso de oxígeno.

El porcentaje de exceso de aire requerido para completar lacombustión es usualmente de 15-25% o 3-5% de oxígeno.

14-3

Combustibles En una refinería se usan dos formas básicas decombustibles: líquidos y gaseosos.

El combustible líquido más comúnmente usado es el fuel oil(aceite pesado) N°6; sin embargo, se pueden utilizar otrosaceites pesados tales como el "slurry" de craking catalítico yfondos de vacío, los cuales pueden mezclarse para formar unaceite combustible pesado. El único problema con este tipo deaceites combustibles es que no se deberían usar tubos desuperficie extendida (tubos atetados) en la sección deconvección de los calentadores. Estos son tubos que tienenaletas o pernos soldados para incrementar el área detransferencia de calor. Si se usan tubos de superficieextendida, el diseño debe proveer sopladores de hollín paraeliminar el hollín depositado al quemar combustibles muypesados.

Cuando se utiliza combustible líquido, se lo atomiza convapor antes de mezclarlo con el aire para que la mezcla seahomogénea y pueda ser encendida. El vapor de atomización semezcla con el aceite en el quemador y forma una lluvia muyfina que sale a presión por la boquilla del quemador. Estecombustible pulverizado es mezclado con aire y llevado a latemperatura de ignición mediante una llama piloto, o medianteel calor irradiado por la caja de refractario del horno. Si elcombustible líquido no se vaporiza ni se quema, cubrirá lasparedes, pisos y tubos del horno y luego formará coque enestas secciones. El coque actúa como un aislante,particularmente en los tubos, por lo que debe evitarse laexistencia de aceite sin quemar en el interior del horno.Además existe el peligro de explosión al encenderse esteaceite no quemado y vaporizado en la parte superior del horno.

El tipo más común de combustible gaseoso es el gas derefinería, que es una mezcla de todas las corrientes gaseosasque salen de los varios recipientes de la refinería.Generalmente, todas estas corrientes de gas son recogidas enun tambor de gas, se mezclan y luego se alimentan a losdiferentes calentadores. Para realizar esto, es decir proveer uncombustible de poder calorífico constante a los calentadores,la densidad y el contenido calorífico del gas deberán serrazonablemente constantes.

Otro combustible gaseoso es el gas natural, el cualgeneralmente se recibe de fuera de la refinería. El gas naturaltiene una densidad relativamente constante, está compuestode metano en su mayor parte, y quema de forma limpia,aunque puede resultar caro.

En caso de que no se disponga ni de gas de refinería ni degas natural, temporalmente se puede usar otro combustible

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gaseoso formado por una mezcla de propano y de butano. Estegas licuificado de petróleo (LPG) es un combustible excelente,pero es caro y se debe usar solamente en el arranque inicial yen circunstancias extraordinarias en las que no se disponga deotros combustibles.

Para efectuar la combustión del combustible gaseoso con elaire, se debe formar una mezcla que se encienda y se debesuministrar a esta mezcla la suficiente cantidad de calor paraque alcance la temperatura de ignición. Para cada tipo de gashay una concentración de aire a la cual el calor cedido por laignición es suficiente para calentar el resto de la mezcla lobastante rápido como para mantener una combustión continua.Fuera de los limites de esta zona de combustión el efectodiluyente de los gases no quemados es tan grande queapagarán la llama.

Los límites de inflamabilidad superior e inferior paramantener la combustión del hidrógeno son 71,4% y 6,2% dehidrógeno, respectivamente. Para metano el límite superior es13,3% de metano y el límite inferior es 5,8% de metano.

Temperatura La temperatura de ignición es la temperatura a la cualDe Ignición una mezcla de aire y gas debe calentarse para que la mezcla se

queme sin el suministro externo de calor.

Esta temperatura difiere bastante para los diferentesmateriales. La temperatura de ignición a la presión atmosféricapara hidrógeno es de 580°C o 1076°F. Para metano a la presiónatmosférica es 650°C o 1202°F. Para fuel oil N°6 es 407°C o764°F. Se ve entonces que es más fácil alcanzar la temperaturade ignición del fuel oil N°6 que las temperaturas de ignicióndel hidrógeno o del metano.

También se puede deducir que, sin la apropiada temperaturade ignición dada por el calor suministrado por una llama piloto,o una antorcha de ignición, o el calor radiante del bloque de unquemador, el combustible no quemará.

Sin oxígeno o aire el combustible no quemará, y sin lamezcla apropiada de aire y combustible no se puede mantenerla llama.

El calor producido por el quemado del combustible setransfiere al fluido de proceso de tres maneras: por radiación,por convección y por conducción.

RADIACIÓN — Se puede explicar mejor si se compara conla luz. Si los tubos están encarados a la llama del quemador, elcalor es transferido por radiación. A estos tubos se los conocecomo tubos de radiación. Entre el 60 y el 70% del calortransferido en el hogar es calor de radiación.

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CONVECCIÓN — Ocurre cuando los gases calientesfluyen desde el hogar hacia la chimenea. Los tubos absorbenel calor al paso de los gases calientes. Éste se conoce comocalor de convección.

CONDUCCIÓN — Ocurre cuando se transfiere calor desdela cara exterior del tubo al aceite que fluye en el interior delmismo.

Por alguna de las siguientes razones se requiere calor en lasunidades de proceso.

1. Para incrementar la temperatura del hidrocarburo yproducir su vaporización, de tal manera que pueda serseparado en varios cortes de puntos de ebullición cercanos porfraccionamiento.

2. Para aumentar la temperatura del aceite hasta el puntoen el que se producen reacciones térmicas. Ejemplo: unidad de"Visbreaking".

3. Para incrementar la temperatura del aceite hasta elpunto necesario para que se produzcan reacciones catalíticas.Ejemplo: "Platformer".

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HORNOS VERTICALES(VERTICAL HEATERS)

Un horno vertical consta de un cilindro u hogar vertical, deacero, montado sobre soportes revestidos de hormigón paraprotegerlos contra el fuego.

La base externa del horno debe estar a 7 pies del nivel delsuelo para proveer el suficiente espacio de trabajo. La carainterna del hogar está recubierta con material refractario uhormigón aislante. El hogar contiene tubos radiantesverticales, los cuales están conectados por sus extremossuperiores e inferiores mediante codos de radio corto de 180°.Los tubos se soportan en soportes hechos con materiales dealta aleación.

Los quemadores y sus bloques envolventes están montadosen el piso del calentador. Pueden haber desde un quemadorhasta 6 simétricamente colocados en el fondo dependiendo deltamaño del calentador y de los requerimientos del proceso. Enel fondo hay una puerta de acceso al hogar y una puerta deinspección. Generalmente, hay una o más puertas deinspección en las paredes del hogar según sea el tamaño delhorno.

En la parte baja del hogar se tienen entradas laterales paravapor de sofocamiento o de purga. En el horno mostrado, laslíneas de proceso salen por el fondo. En el techo del horno seencuentran las entradas de las líneas de proceso y la puertaque sirve para levantar los tubos.

El techo también soporta a la sección de convección, la cualcontiene los tubos de convección en posición horizontal.

La sección de convección soporta la chimenea de acero lacual va revestida de hormigón aislante. En la chimenea seencuentran una válvula de mariposa, un termopar de lachimenea, y una conexión para la medida del tiro. El objeto delmedidor de tiro es el cíe determinar la presión en pulgadas deagua en el interior de la chimenea. Esta presión debe sersiempre negativa, de tal forma que el aire necesario para lacombustión pueda ingresar en el horno.

Los hornos verticales se usan con frecuencia porquerequieren poco espacio. Pueden ser de un solo paso, si el flujode proceso tiene una sola entrada, pasa por todo el hogarsubiendo y bajando por el interior de los tubos verticales y salepor el fondo. O pueden ser hornos de paso múltiple, los cualestienen varias entradas en la sección de convección,conexiones externas hacia la sección de radiación dentro delhogar, varias zonas de radiación, y varias líneas de salida delhogar.

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La cantidad de pasos que se requiere está determinada porel tiempo total de residencia que necesita el proceso y la cargaque pasa a través del calentador.

El flujo de proceso entra por la zona de convección en laparte superior del horno, fluye a través de la zona deconvección donde es calentado por los gases que van a lachimenea, pasa por conexiones externas e ingresa en la secciónde radiación en donde se lo calienta hasta la temperaturarequerida por el proceso, y sale del horno. La temperatura secontrola mediante la cantidad de combustible quemado en elhorno. Si se desea una temperatura alta en la corriente desalida, se deberá aumentar la cantidad de combustible a losquemadores. Si los quemadores están funcionando a sumáxima capacidad y se requiere más calor adicional, se deberáencender otro quemador cuidando de balancear el quemadohasta alcanzar la temperatura de salida que necesite elproceso.

Se proveen, en el fondo del hogar, lineas de vapor desofocamiento para purgar el horno de residuos de combustibleno quemado antes del encendido. El vapor que entra al hogardesplaza a los residuos de combustible no quemado. El vaporde sofocamiento puede también ser usado para limitar lacantidad de oxigeno en el horno en caso de incendio.

En los calentadores verticales se pueden usar combustiblesgaseosos o combustibles líquidos con vapor de atomización.En caso de que se use combustible líquido, la sección deconvección no debe tener tubos aletados, a menos de que seinstalen sopladores de hollín para eliminar periódicamente elhollín depositado en estos tubos.

A veces, un proceso no requiere el uso de la sección deconvección del horno y el fluido de proceso entra directamentea la sección de radiación. En este caso la sección deconvección podría ser utilizada, por ejemplo, para proveer uncierto porcentaje del calor necesario para el hervidor de unfraccionador. Los fondos del fraccionador se envían a lasección de convección y luego van a un calentador adicional elcual proporciona el resto del calor necesario para la operaciónde fraccionamiento.

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HORNO VERTICAL(VERTICAL HEATER)

CONEXIÓN DE MUESTREO

ENTRADA DEL FLUIDODE PROCESO

PUERTA PARA ELLEVANTAMIENTO

DE LOS TUBOS

CHIMENEA

VÁLVULA DEMARIPOSA

CONEXIÓN PARAMANÓMETRO DE TIRO

TUBOS DE CALENTAMIENTODE LA SECCIÓN DE

RADIACIÓN -\VAPOR DE

SOFOCAMIENTO

BLOQUE ENVOLVENTE

SALIDA-^

TUBOS DE CALENTAMIENTODE LA SECCIÓNDE CONVECCIÓN

INTERCONEXIÓN

VAPOR

BLOQUE DELQUEMADOR

MIRILLA

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Sección De La sección de convección puede existir tanto enConvección calentadores verticales como en calentadores de tipo caja o de

tipo cabina y generalmente se usa para recuperar calor de losgases calientes exhaustos que escapan por la chimenea. Losprimeros tubos que van montados sobre el hogar se llamantubos de impacto térmico debido a que están expuestos a lallama y además están circundados por el flujo de gasescalientes. Los restantes tubos que se encuentran por encimade estas primeras hileras de tubos son los tubos deconvección propios. Los tubos de convección pueden sertubos de superficie extendida. Tubos de superficie extendidason aquellos tubos que tienen aletas o pernos soldados.

La figura muestra una serie de tubos horizontales soportadospor sus respectivos extremos en placas soporte. Cubriendo losextremos de los mismos se encuentra la caja del calentador.Este tipo de diseño requiere que la caja del calentador seapurgada con vapor de sofocamiento y drenada durante losarranques, mientras que aquellos tubos que están sostenidospor soportes en la parte intermedia y no tienen placas soporteni cabezales se purgan con el mismo vapor de sofocamientodel hogar. La figura muestra la salida de la sección deconvección yendo a la sección de radiación del horno vertical.Como se mencionó previamente, en algunos hornos la salidade la sección de convección puede ir a un calentador adicional.

En otros casos la sección de convección se usa para lageneración de vapor, mientras que el serpentín superior, quees el más cercano a la chimenea, se usa para precalentar elagua de alimentación a las calderas. Esta agua va a un tamborde vapor. El líquido del tambor de vapor va al segundoserpentín, que se encuentra debajo del serpentín deprecalentamiento de agua, y el vapor de este serpentín regresaal tambor de vapor y puede usarse como vapor saturado. Sinembargo, si se requiere vapor recalentado, el vapor saturadopasa por un tercer serpentín suspendido entre el segundoserpentín y el conjunto de serpentines más cercanos a lallama. El vapor que sale de este serpentín está recalentado y vadirectamente al sistema de vapor.

La sección de convección tiene como temperatura máximade diseño la temperatura de entrada de los gases decombustión, o en otras palabras, la temperatura de diseño delos gases que ascienden del hogar. Generalmente estatemperatura nunca excede de los 1450°F (787°C). Normalmentela temperatura por encima de la sección de convección y latemperatura de los gases que salen por la chimenea estánalrededor de los 700 a 750°F (370° a 400°C). Si la temperaturade la chimenea estuviera por debajo de los 500°F (260°C) sepodría producir condensación y, si se usa gas o aceitecombustible que contenga apreciables cantidades de azufre, sepodría dar lugar a corrosión del recubrimiento y del cuerpo deacero de la chimenea.

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Sección DeRadiación

Observando la parte superior de la sección de radiación, sepueden apreciar los codos de radio corto que conectan cadauno de los tubos. La entrada viene directamente del proceso odel sistema de convección. La salida es por el fondo del horno.El fluido de proceso pasa de un tubo a otro y continúa conesta trayectoria hasta completar el recorrido a través del horno.También se puede observar la posición de la puerta de acceso,la colocación simétrica de los quemadores en el círculo dequemadores y la puerta de inspección del hogar.

VAPOR DESOFOCAMIENTO

DRENAJE

CAJA DE HUMOS

ENTRADA DEL FLUIDODE PROCESO

CAJA DELCALENTADOR

SALIDA A LA SECCIÓN DERADIACIÓN

PLACA DE SOPORTE DELOS TUBOS

SECCIÓN DE CONVECCIÓNDE UN CALENTADOR VERTICAL

QUEMADOR

MIRILLA

DIÁMETRO DEL CIRCULODE QUEMADORES

ENTRADA PROCEDENTEDE LA SECCIÓN DE CONVECCIÓN

SALIDA

PUERTA OE ACCESO

SECCIÓN DE RADIACIÓN UOP 220-14-2

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HORNOS DE TIPO CAJA(BOX TYPE HEATER)

El horno de tipo caja se llama asi, o se denominatambién horno de tipo cabina, debido a su forma. Este tipo decalentador se usa generalmente en unidades de crudo y devacio. Este horno es más largo que alto. Tiene quemadoreslaterales y los tubos de la sección de radiación estáncolocados horizontalmente a lo largo de la pared vertical y enel techo inclinado o sección intermedia. Ésta abarca toda lasección de radiación. Los tubos de la sección de radiación sellaman tubos de pared.

Generalmente hay muchos quemadores a ambos lados delhorno, lo cual da una buena distribución del calor dentro delhogar. En el centro del hogar hay una pared de radiación opared central por lo cual a veces se los denomina tambiénhornos de pared central. Esta pared central está construida deladrillo refractario. La llama de los quemadores está limitada alas paredes laterales, el ladrillo refractario de las paredes secalienta e irradia calor a los tubos. Esto tiene la ventaja de queexiste muy poca probabilidad de que la llama toque a lostubos. El contacto con la llama podría producir una zonacaliente localizada, lo que a su vez podría causar formación dedepósitos de coque en el interior de los tubos. El coque actúacomo aislante y el liquido o el gas de proceso no puedenremover suficiente calor al pasar por este punto, por lo que eneste sitio el tubo se recalentará en exceso pudiendo excederselos límites de resitencia térmica del metal y produciéndose larotura del tubo.

Cuando se observe la pared de radiación o pared central, senotará la existencia de unas líneas obscuras correspondientesa las juntas de expansión, sistemáticamente diseñadas en lapared para permitir que los ladrillos se expandan. Estas líneasson simétricas y forman un diseño geométrico definido. Si seobservan otras líneas que no forman un diseño geométricoregular, es muy posible que se trate de grietas.

A veces, debido a la mala operación de los quemadores, unlado de la pared de radiación puede estar más caliente que elotro. Ésta es una condición muy peligrosa, ya que la paredpodría ladearse y eventualmente desplomarse. El operario debeobservar la pared regularmente a través de la mirilla del hogarpara comprobar que no exista mayor calentamiento en un ladode la pared que en el otro. El operario también debe asegurarsede que el mismo número de quemadores operen a cada lado dela pared y que, además, estos se encuentren uniformementeespaciados. El operario debe rotar los quemadores que no seencuentren en servicio, de tal manera que el calor se distribuya

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uniformemente sobre la pared radiante durante su jornada detrabajo.

A excepción de la disposición horizontal de los tubos en elhogar, la existencia de varias chimeneas, y el uso dequemadores laterales, muchas de las características de loshornos tipo caja o cabina son idénticas a las de loscalentadores verticales. Sin embargo, es necesario hacermención especial de los soportes de los tubos.

Los soportes para los tubos horizontales están colocadosbajo el tubo, lo que permite que el tubo descanse sobre elsoporte y pueda deslizarse hacia adelante y hacia atrás. Puestoque no se remueve calor del soporte, éste está hecho de unaaleación con un alto contenido de cromo, generalmentealrededor de un 25%. Cuando los tubos se expanden, debenestar libres para moverse hacia adelante y hacia atrás en lossoportes. El operario debe observar la posición de los tubos enlos soportes y asegurarse de que los tubos están centrados enlos soportes; es decir, que no se han desplazado de modo quehayan quedado parcialmente soportados o totalmente nosoportados. Ésta es un situación muy peligrosa, ya que si lostubos metálicos calientes no están sostenidos, puedendoblarse y posiblemente romperse.

La sección de convección de los hornos tipo caja estámontada en el techo y opera de la misma forma que la secciónde convección de los calentadores verticales. La entrada delfluido de proceso puede realizarse por la sección deconvección. El ejemplo que se está estudiando es un sistemade dos pasos. La entrada del fluido de proceso está a amboslados de la sección de convección. Los tubos estáninterconectados en cada paso, pero los pasos se mantienenseparados. Los tubos de interconexión de la sección deconvección son internos en este calentador y permiten que losdos pasos de la sección de convección entren a los tubos deimpacto térmico. Éstos son los tubos que están expuestostanto al calor de radiación como al calor de convección. Apartir de aquí el fluido de proceso fluye a la sección intermediade la zona de radiación del hogar y circula hacia adelante yhacia atrás hasta que alcanza los tubos de radiación y los dospasos se unen en una línea común, que es la línea dealimentación a la torre de crudo.

Empezando por el fondo, en un calentador tipo caja se tienela nomenclatura siguiente. Primero encontramos los bloquesde los quemadores. Estos envuelven a los quemadores yayudan a mantener la temperatura de ignición cuando sequema aceite, dado que así se irradia calor hacia elcombustible atomizado. Note la pantalla situada encima de losbloques de los quemadores para evitar el impacto de la llamaen la hilera de tubos inferior.

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Si se observe la línea de salida, se verá que en ella hay unaboquilla embridada dirigida hacia abajo, la cual se usa parainyectar aire y vapor durante el quemado de coque en lostubos. Cuando los tubos se han ensuciado con carbón, ocoque (coke), éste puede ser quemado por combustión con airemientras se mantiene y controla el quemado con la cantidad deoxígeno inyectada junto con el vapor.

La linea de vapor de sofocamiento o de ahogo se usa parapurgar el hogar durante el arranque y para extinguir el fuego encaso de accidente.

La siguiente conexión es una conexión para la medición deltiro. Como se indicó anteriormente, el tiro se mide por lapresión existente en el hogar. La presión al nivel del fondo delhorno normalmente es alrededor de -0,5 pulgadas de agua.(ATENCIÓN: ésta es una presión manométrica negativa por loque, para obtener la presión absoluta, se la debe restar de lapresión atmosférica.) La presión en el techo del hogarnormalmente es de -0,05 pulgados de agua, también negativa.

El medidor de tiro en la chimenea se encuentra debajo de lamariposa (entre la mariposa y la sección de convección o entrela mariposa y el hogar si no existe sección de convección) ynormalmente debe indicar un valor negativo que va de 0,68 a0,75 pulgadas de agua.

Continuando con la nomenclatura, llegamos a los tubos depared que se encuentran junto a las paredes de la zona deradiación del horno. Después tenemos los termopares de lasección intermedia, los cuales son especialmente útilesdurante el secado del refractario, necesario en hornos nuevoso después de paradas prolongadas. El refractario se secamediante un calentamiento lento, a razón de 25°C por horahasta alcanzar en el hogar una temperatura de 480°C, medidacon los termopares de la sección intermedia. Se continúa elsecado manteniendo la temperatura de 480°C durante doshoras por cada pulgada de espesor de refractario interno sobrela carcasa del hogar. Por supuesto, las recomendaciones delvendedor deben seguirse si se dispone de ellas.

Lo siguiente son los tubos de impacto térmico. Como ya seexplicó, estos tubos están sujetos tanto al calor de radiacióncomo al calor de convección.

A continuación están los sopladores de hollín. Como antesse mencionó, en los calentadores que queman combustiblelíquido se debe eliminar periódicamente el hollín depositadoen los tubos de superficie extendida. Luego tenemos la lineade entrada del fluido de proceso en la cual se observa unaboquilla embridada hacia arriba a través de la cual se venteanlos productos de combustión y el vapor durante el quemado decarbón de los tubos.

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La caja de humos es una sección de conexión entre lasección de convección y la chimenea. En la chimenea hay unatoma para el medidor de tiro con la que se mide la presión enla chimenea; también hay una conexión para un indicador detemperatura (TI) con el que se mide la temperatura de lachimenea por encima de la sección de convección. En elinterior de la chimenea se encuentra una válvula de mariposafabricada de un acero de alta aleación, la cual se opera desdeel piso.

Antes del primer arranque del horno, se debe inspeccionar lamariposa para asegurarse de que la misma y su indicadorestén instalados correctamente, es decir que la mariposa estáabierta si el indicador asi lo indica.

La chimenea tiene un recubrimiento de hormigón aislante.Este recubrimiento ayuda a proteger la pared de la chimeneacontra la atmósfera corrosiva y las altas temperaturas.

En la chimenea hay una toma de muestras debajo de lamariposa para muestrear los gases y determinar el exceso deoxígeno en el gas de chimenea. En refinerías se mantienegeneralmente del 3 al 5% de exceso de oxígeno en los gasesque salen por la chimenea. Una excesiva cantidad de oxígenoes una indicación de que demasiado aire entra por la parteinferior del hogar o de que hay una fuga de entrada de aire enla sección de convección. El aire introducido por la parteinferior del calentador debe ser calentado para que latemperatura del hogar sea la deseada para el proceso. Unexceso de aire significa por tanto un mayor consumo decombustible. Un exceso de aire también implica que un mayorcaudal de gas fluye a través de la sección de convección, conlo que la temperatura de ésta se eleva dando lugar a una peorutilización del combustible y reduciendo la vida de los tubosde la sección de convección. Para reducir el exceso de oxígenoal 5%, el operario debe cerrar la válvula de mariposacuidadosamente a fin de reducir el tiro en el horno. Si los gasesde la chimenea tienen menos del 3% de exceso de oxígeno, elhorno puede estar al .límite de producirse una combustiónincompleta, es decir, no hay suficiente oxígeno para quemarcompletamente el combustible y la temperatura del hogar baja.El regulador de combustible, si la temperatura está controladaautomáticamente, se abre y alimenta más combustible con loque se empeora la situación. Esto puede ocasionar unasituación muy peligrosa, pues, si el operario apresuradamenteva y abre la mariposa para introducir más aire en el hogar,puede dar lugar a la entrada de una cantidad suficiente deoxígeno para encender violentamente todo el combustible noquemado lo cual como es lógico ocasionará una explosión quedestruirá el horno completamente. En el caso de combustiónincompleta, lo cual se notará al observar una llama opaca y

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desigual (cimbreante), se debe reducir la cantidad decombustible hasta obtener del 3 al 5% de exceso de oxígenoen el gas de chimenea o hasta que el operario compruebe quela llama es brillante y no sale humo por la chimenea. En estepunto se puede abrir la mariposa y suministrar la cantidadapropiada de exceso de aire para el volumen de combustiblerequerido. Lo que suele suceder en esta situación, es que latemperatura del hogar aumenta, debido a tenerse una mejorcombustión, cuando se reduce el suministro de combustible.Recuerde siempre que primero se debe disminuir elcombustible y luego abrir la mariposa.

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HORNO DE TIPO CAJAO CABINA

(BOX TYPE HEATER)VISTA LATERAL

(SIDE VIEW)

VÁLVULAS DEMARIPOSA

yy

CO

MEDIDORDE TIRO A

CONEXIÓNPARA

TOMA DEMUESTRAS

CONEXIONES PARA ELQUEMADO DE COQUES

ENTRADAS —»

TI SOPORTES DELOS TUBOS

SALIDAS *•

CONEXIÓN PARA ELQUEMADO

CONEXIONESPARA VAPOR 7

DESOFOCAMIENTO

'I DOS QUEMADORES DEGASES RESIDUALES SOLO

TUBOS DEINTERCONEXIÓN

QUEMADOR

HORNO DE TIPO CAJAO CABINA

(BOX TYPE HEATER)VISTA FRONTAL

(END VIEW)

CHIMENEA

DGC

CAJA DE HUMOS

SECCIÓN DECONVECCIÓN

VÁLVULA DEMARIPOSA

TOMA DE MUESTRAS

ESPACIO PARAEXPANSIONES FUTURAS

ENTRADA

SOPLADOR DE HOLLÍNTUBOS DE IMPACTO

TÉRMICODGC

TERMOPARES DE LASECCIÓN INTERMEDIA

TUBOS DE PARED

DGC

SALIDA


BLOQUES DE LOSQUEMADORES

DGC : CONEXIÓN PARA MEDIDOR DE TIRO

ENTRADA

TERMOPAR DE LASECCIÓN INTERMEDIATUBOS DE LA SECCIÓN

INTERMEDIA

MIRILLAS

PARED CENTRAL

SALIDA

PUERTA DE ACCESO

VAPOR DE SOFOCAMIENTO

UOP 220-14-4

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Horno De Un horno de alimentación a la unidad de VisbreakingVisbreaking (cracking térmico) es muy similar a cualquier otro calentador.

Contiene el mismo equipo con algunas excepciones. El hornode la unidad de Visbreaking es del tipo caja, pero con losquemadores en el piso, y tiene una pared central. Losquemadores están dispuestos en forma angular de tal maneraque la llama incida sobre la pared radiante y la pared irradiecalor hacia los tubos de la sección de radiación. Los tubos sonde un solo paso pero también puede ser de dos pasos, aunquecon dos pasos puede haber problemas ya que es difícilmantener idéntica carga a través de cada paso y el tiempo deresidencia en el horno debe ser muy exacto. La sección deradiación está compuesta de una sección intermedia y de lasección de tubos de pared. Los tubos de impacto térmico seencuentran en la caja de humos y no hay sección deconvección. Se tienen también conexiones para vapor desofocamiento, mariposa de regulación del tiro, medidores deltiro, indicadores de temperatura y termopares. Puesto que losquemadores se encuentran en el piso, el fondo del calentadordebe estar a unos dos metros por encima del nivel del terreno.

Una diferencia esencial en los hornos de Visbreaking es lade que, en lugar de codos de radio corto de 180°, se usancodos mandrilados. Los tubos se mandrilan a presión dentrode un empalme de acoplamiento al extremo del cual se insertaun tapón roscado, el cual permite la inspección visual del tubo(por supuesto, cuando la unidad está parada y no existe flujoen su interior). También permite la inserción de equipo delimpieza para realizar la descoquización de los tubos. Laconexión mandrilada se conecta al extremo del tubo siguiente.La distancia entre los tubos es pequeña y el fluido de procesozigzaguea de tubo a tubo. Los tubos están soportados en susextremos por medio de una placa de soporte. Las conexionesmandriladas están contenidas en una caja de cabezales.Debido a que estas conexiones mandriladas pueden tenerfugas si los tapones no están apropiadamente asentados, lascajas de cabezales deben tener conexiones de vapor de purga.

La operación del horno de Visbreaking es algo especial porel hecho de que trabaja a temperaturas bastante altas, puestoque se usa para el cracking térmico de las moléculas deaceites pesados para dar aceites ligeros y gases. En otroshornos la alimentación a la planta puede ser reducida hastamás del 50% y esto no causa efectos negativos en la calidaddel material que sale del horno. Sin embargo, en un horno deVisbreaking el tiempo de residencia es crítico. El tiempo deresidencia es el tiempo durante el que el hidrocarburo está auna temperatura dada. Puesto que en un Visbreaker estatemperatura es bastante más alta que la temperatura de"cracking" de 370°C, cuanto más tiempo permanezcan en elhorno los hidrocarburos pesados más extensa será sudescomposición en productos más ligeros. Sin embargo,

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tiempos de residencia demasiado prolongados darán lugar a laformación de excesivas cantidades de coque, el cual sedeposita aislando los tubos, lo que hace que se requierantemperaturas más altas en el hogar y en los tubos de paredpara dar al fluido de proceso la temperatura deseada. Estopuede:producir la falla de un tubo o hacer que sea necesario elparo de la unidad para quemar o descoquizar los tubos delcalentador. Si la unidad eatá operando a la carga de diseño, setendrá una velocidad de aceite frío de diseño de 6 pies/seg. através de los tubos. Sin embargo, si se disminuye la carga, lavelocidad bajará, el tiempo de residencia aumentará yaumentará la cantidad de coque depositada en los tubos y laproducción de cortes livianos mientras que la eficiencia delhorno disminuirá. El método usado para mantener la velocidaddeseada consiste en inyectar vapor a la alimentación cuando laalimentación disminuye. La cantidad de vapor inyectada esproporcional a esta disminución.

El vapor inyectado se convertirá en vapor sobrecalentado eirá al fraccionador para ser removido como agua en elacumulador de productos de cabeza. Puesto que latemperatura de operación del proceso es de 500°C (930°F), latemperatura de salida del calentador es tan alta, que para laoperación del fraccionador se necesita una corriente de aceitede enfriamiento procedente de la torre de vacío, la cual se uneal producto que sale del horno para reducir su temperaturadesde 500°C (930°F) hasta unos 440°C (830°F).

Naturalmente, cualquier sustitución de quemadores que serealice en el horno de esta unidad es muy critico, ya que un cambiode 2,8°C (5°F) en la temperatura de proceso podría ocasionarprofundos cambios en la composición del efluyente del horno.Puesto que se debe distribuir el calor uniformemente a través detodas las secciones del horno, se coloca un conjunto de mamparaso deflectores en la parte alta del hogar. Estas mamparas estándispuestas de tal manera que el espacio entre ellas sea muypequeño cerca de la chimenea y se agrande paulatinamenteconforme uno se aleja de la chimenea. Esto asegura un flujouniforme de gases calientes a través del horno. El conjunto demamparas debe ser inspeccionado periódicamente para comprobarque se encuentren en la posición correcta, particularmente en lainspección inicial del horno se debe asegurarse de que losintervalos entre las mamparas cumplan las especificaciones delconstructor.

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CALENTADOR DE CARGA DE VISBREAKING{VISBREAKER CHARGE HEATER)

VISTA LATERAL(SIDE VIEW)

CHIMENEARECUBRIMIENTO DE HORMIGÓN AISLANTE

MARIPOSA

MUESTRA DE GAS DE CHIMENEAx

SOPORTE DE LOS TUBOS,

PUERTA DE ACCESO

MAMPARASCAJA DE CABEZALES

MIRILLAS

MIRILLA

CONEXIÓN PARAMEDICIÓN DEL TIRO

TERMOPAR PARA TEMPERATURASDEL GAS DE CHIMENEA

REFRACTARIO

REFRACTARIO

VAPOR DESOFOCAMIENTODE LA CAJA DE

CABEZALES

TUBOS DERADIACIÓN I

QUEMADOR


PLACA PARA SOPORTEDE LOS TUBOS

REFRACTARIO

MIRILLA


QUEMADORES


REFRACTARIO

14-

CALENTADOR DE CARGA DE VISBREAKING(VISBREAKER CHARGE HEATER)

VISTA FRONTAL(END VIEW)

SOPORTE DE LOS TUBOSDE IMPACTO TÉRMICO

TUBOS DE LA .SECCIÓN INTERMEDIA

TERMOPOZOS DELA SECCIÓN INTERMEDIA

CHIMENEA

, MARIPOSA

MIRILLAPARED CENTRAL DE

LADRILLO REFRACTARIOPUERTA DE ACCESO

SALIDA (t

DG

VAPOR DE AHOGO

QUEMADOR ANGULAR

TUBOS DE IMPACTO TÉRMICO

SOPORTE DE LOS TUBOS INTERMEDIOS

TUBOS DE RADIACIÓN

REFRACTARIO

SOPORTE DE LOS TUBOSDE RADIACIÓN

CARCASA DEL HOGAR

ENTRADA

DG (MEDICIÓN DEL TIRO)

VAPOR DE AHOGO

QUEMADOR ANGULAR

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Horno De Ca/'a Para servicios tales como los de calentar la carga alDe Alta Presión reactor de la unidad de Hidrocracking se usan hornos de caja

de alta presión. Los tubos de proceso del calentador operan auna presión determinada, por ejemplo de 2.200 libras. Lostubos cuelgan del techo y son verticales en lugar dehorizontales como lo son los de la mayoría de los calentadoresde caja. Los quemadores son de piso, existiendo un quemadorde alto suministro de calor en el centro del horno y dosquemadores de más bajo suministro de calor entre los tubos ylas paredes del horno. Una de las diferencias que se observanes que el aislamiento de hormigón o refractario a su vez estárecubierto con ladrillo refractario de alta resistencia de variaspulgadas de espesor. También se colocan estos ladrillos en elpiso. Esto protege al aislamiento de hormigón. La operación deun horno de alta presión requiere suma atención ya que, si untubo está sometido a un sobreesfuerzo debido a una maladistribución del calor, puede romperse violentamente.

Este horno es similar a cualquier otro horno. Tiene chimeneacon recubrimiento aislante, mariposa y mamparas de techo enla caja de humos. Los tubos penden del techo y se mantienenalineados mediante dos guías.

En estos hornos también se usa vapor de ahogo y las tomasde muestras, tales como tomas de muestras de la chimenea,tomas de muestras para los gases de combustión, medidoresde tiro e indicadores de temperatura, son similares a los decualquier otro horno. Sin embargo, en los hornos de altapresión se colocan termopares de superficie en los tubos. Paraobservar la temperatura de la pared de tubos, como parte delprocedimiento de operación, se usa un pirómetro portátil. Estopermite ver si se desarrollan zonas recalentadas en los tubos.Los tubos son de acero inoxidable y consecuentemente debenser tratados como tales. El acero inoxidable está sujeto avarias formas de ataque ácido o corrosión, especialmente encondiciones de humedad. Cuando se para un horno se puedeproducir condensación a menos de que se tomen ciertasmedidas. Si por cualquier razón no se va a abrir el horno, sedeben dejar prendidos los pilotos para mantener la temperaturadel hogar aproximadamente a 205°C (400°F). Si se va a entrar alhogar, éste debe enfriarse, y si se va a permitir el ingreso deaire dentro de los tubos de proceso, éstos deben lavarse conuna solución de carbonato sódico. Para neutralizar cualquierácido que pueda corroer los tubos exteriormente, se los deberociar con una solución de carbonato sódico.

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HORNO DE CARGA PARAEL REACTOR DE HIDROCRACKING(HYDROCRACKING REACTOR CHARGE HEATER)

VISTA FRONTAL(END VIEW)

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MARIPOSA -\^

hMAMPARASDEL TECHO ~\

TERMOPOZO(A LA SALIDA) ~~ - _ -

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SOPORTE ^DE LOS TUBOS

PUERTAS DE •<OBSERVACIÓN ~\

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y^- REFRACTARIO

LADRILLOT/~ REFRACTARIO

VAPOR DEf SOFOCAMIENTO

1L

UOP 220-14-7 '

14-26

Puesto que se trata de hornos de alta temperaturay de alta presión, debemos tener en cuenta algunos de losprocedimientos y técnicas empleadas para prevenir cualquiercontratiempo en el horno y mantener una buena operaciónestable. Estos procedimientos son útiles en la operación decualquier horno, pero son muy importantes en la operación deun horno de alta temperatura y alta presión. Uno de laspreocupaciones principales en la operación de un horno de altapresión es la rotura de un tubo o la vida corta de los tubos.Esto puede ser causado por un exceso de combustión a lacarga de diseño del horno. Si el horno está diseñado paraelevar la temperatura de un liquido o gas de proceso de latemperatura ambiente a 700°F y la carga normal a través delhorno es de 10.000 BPD, operando la unidad a 12.000 BPD oelevando la temperatura a 750°F se podría posiblementedisminuir la vida de un tubo de manera considerable. Operandoa las corrientes y temperaturas de diseño pero con demasiadoaire en el hogar también puede dar lugar a un exceso decombustión y a una reducción en la vida de los tubos. Unexceso de aire puede ser normal entrando a través de lasmamparas de aire secundario hacia los quemadores. Estopuede ser regulado con la mariposa de la chimenea. Sinembargo, hay otra forma por la que un exceso de aire puedeentrar en el hogar y es a través de grietas en las paredes delhogar. El operario debe observar la pared y asegurarse de queno haya fugas en ninguna parte entre la mariposa de lachimenea y las mamparas de aire secundario. Las puertas deinspección deberán cerrarse siempre después de usarlas.Todas las soldaduras y costuras deben ser inspeccionadaspara asegurarse de que no haya entrada incontrolada de aire alhorno. Los empaques alrededor de las tuberías de proceso deentrada y salida del horno son áreas que también deberán serexaminadas. Otra causa del acortamiento de la vida de lostubos puede deberse a combustión excesiva en una seccióndel hogar debido a una distribución impropia de losquemadores. Es mejor tener todos los quemadores encendidosa carga moderada que tener un 50% de ellos sobrecargados.

Sin embargo, cuando los caudales han sido reducidos y esnecesario operar con un número menor de quemadores,entonces éstos deben rotarse periódicamente de tal forma quese mantenga una distribución uniforme de calor en el hogar.Tan pronto como sea posible, todos los quemadores deben serpuestos en servicio.

Otra causa de reducción de la vida de los tubos o el fallo deéstos es debida a la pérdida de flujo de proceso a través de lostubos. Puesto que el flujo de proceso absorbe calor en el hogara través de los tubos, la pérdida de flujo hace que latemperatura de los tubos aumente. La temperatura del hogarpuede estar muy por encima de la temperatura de diseño del

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metal de tubo, por lo que en este caso los tubos puedendebilitarse y fallar cuando se retorna a la presión normal deproceso. Generalmente se pierde flujo de proceso debido afallos en la bomba. Un operario no debe perder tiempo tratandode arrancar la bomba auxiliar. Si la bomba no está ya a punto ylista para operar, deben apagarse inmediatamento losquemadores y entonces proceder a arrancar la bomba auxiliar.Si la bomba auxiliar está lista para operar es permisibleentonces mantener encendidos los quemadores a unacapacidad moderada y tratar de arrancar la bomba. Si, porcualquier razón, la bomba no arranca inmediatamente, apaguelos quemadores. Cuando un operario se demora en apagar losquemadores de un horno que no tiene flujo de proceso, hayuna gran posibilidad de que los tubos se dañen. La políticamás segura es siempre la de apagar los quemadores yentonces proceder a arrancar otras bombas o compresores, olo que fuese necesario, para reestablecer el flujo de proceso.

Otra razón para el acortamiento de la vida de los tubos es elensuciamiento o la formación de incrustaciones en los tubospor el lado del proceso o el adelgazamiento originado porcorrosión y erosión. El coque es el material que generalmenteensucia la mayoría de los tubos debido a un control pobre dela llama, impacto de la llama, bajo caudal de proceso etc. Sinembargo, una alimentación sucia puede causar la misma clasede problemas. Una carga que tenga una naturaleza altamentecorrosiva o una gran cantidad de suciedad o lodos de lugar a laformación de incrustaciones o al adelgazamiento de los tubos.

Las llamas mal dirigidas o el impacto de las llamas en lostubos puede causar a menudo zonas calientes localizadas,dando lugar a la formación de depósitos de coque. Lasboquillas de los quemadores deben siempre orientarse en lacaja del quemador de acuerdo con las especificaciones delfabricante. Cada vez que se reemplacen las boquillas de losquemadores, éstas deben colocarse en la orientación original.Las llamas mal orientadas o el impacto de la llama sobre untubo pueden ser debidas a boquillas sucias de losquemadores. Algunos quemadores tienen orificios muypequeños que pueden ser fácilmente taponados o cerrados porla suciedad que acarrea el combustible, o debido a depósitosde coque. Como consecuencia, las demás toberas de losquemadores pueden estar a presiones más altas y entonces lasllamas alcanzan alturas excesivas en el hogar, con lo quepuede producirse impacto de la llama en los tubos. Cada vezque un quemador está mal orientado o tiene una boquillasucia, debe retirarse para limpieza.

Muchos hornos tienen quemadores combinados que soncapaces de quemar gas o aceite combustible. Algunas veceslos operarios tratan de hacer funcionar los quemadores

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combinados al mismo tiempo, es decir quemandosimultáneamente aceite y gas combustible. Esto puede doblarel suministro de calor dando lugar a un grave recalentamientoen una zona particular del horno. Este recalentamiento puedecausar temperaturas excesivamente altas en los tubos dandolugar al fallo de los mismos.

Las fallas mecánicas en los hogares pueden también acortarla vida de los tubos. Éstas se deben generalmente a soportes ysostenedores de tubos mal posicionados o dañados y que noestán soportando debidamente a los tubos. Si los tubos nodisponen de soportes, pueden pandearse, flexionarse oromperse.

Los operarios deben observar el interior del hogar tan amenudo como sea posible y dar aviso inmediatamente siocurre cualquier falla mecánica, tal como del refractario, delladrillo refractario, o de la pantalla. Esta pantalla protectoraestá situada encima y alrededor del quemador. Si esta pantallase rompe y cae, la llama puede tocar el fondo de los tubos.Cualquier falla mecánica en un horno debe ser notificada alsupervisor. Incluso si el operario tiene dudas, debe reportarsus observaciones y pedir insturucciones a su supervisor antesde que las dudas causen un serio accidente.

La verificación de las temperaturas y la observación de laoperación de los hornos de alta presión es tan importante queen muchos casos se instalan termopares para temperaturassuperficiales. Estos medidores están fijos en la superficieexterior de los tubos y permiten comprobar que no se tengantemperaturas más altas que las de diseño.

Frecuentemente se emplean pirómetros ópticos infrarojospara medir la temperatura de los tubos. Éstos son de unaexactitud razonable y a menudo son muy cómodos puesto quepermiten comprobar secciones del horno en donde lostermopares no han sido instalados.

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HORNO DE CARGA PARAUN REACTOR DE HIDROCRACKING(HYDROCRACKING REACTOR CHARGE HEATER)

VISTA LATERAL(SIDE VIEW)

CHIMENEA

REVESTIMIENTO DELA CHIMENEA

PUERTA DE ACCESO PARA ELLEVANTAMIENTO DE LOS TUBOS

SALIDAA

TERMPOZODG

DG(MANÓMETRO DE TIRO)

MARIPOSA

CODOS DERETORNO

MIRILLA

UOP 220-14-8 '

14-30

Quemadores Uno de los componentes más importantes de los hornos defuego directo es el quemador. Los quemadores pueden estarinstalados dentro del horno, en los lados, en los extremos, oen el piso. Los quemadores pueden estar dispuestos en loslados extremos a más de un nivel y pueden estar diseñadospara operar con casi cualquier clase de combustible.

Los tipos más comunes de combustible usados en refineríason aceite o gas combustible procedentes de las operacionesde los procesos de la refinería, o gas natural. Algunas vecesdurante el arranque, se puede emplear butano o propano, peroesto se hace únicamente cuando no se dispone de otro tipo decombustible. A menudo, los quemadores están diseñados paramanejar varios gases residuales e incluso pueden trabajar conresiduos de desecho. Sin embargo, los quemadores para aceitecombustible que operan con fuel oil N°6 y los quemadores degas combustible que operan con gas de refinería o gas naturalson los tipos más usados.

Los diversos sistemas que operan con distintoscombustibles, tales como el sistema de aceite combustible yel sistema de gas combustible, serán discutidos en otrocapítulo. Discutiremos aquí tres tipos diferentes dequemadores: el quemador de aceite, el quemador de gas y elquemador combinado de aceite y gas. El quemador de gascombustible puede ser de dos tipos:

1. Quemador de gas crudo.

2. Quemador tipo aspiración.

El conjunto del quemador está contenido en un bloqueenvolvente o mufla. Este es de ladrillo refractario para serviciosevero insertado en el piso del horno y circundado por elaislamiento de hormigón refractario. La sección delantera delbloque envolvente se extiende más allá del piso. Debe existiruna junta de expansión entre el hormigón refractario aislantedel piso y el bloque. De otro modo, conforme el bloque secalienta y se expande se romperá y caerá sobre la llama. Estoproducirá una dirección errónea de la llama y, además puedeapagar el fuego totalmente y, por consiguiente, crearproblemas serios.

Los registros de aire secundario se encuentran montados enel piso del horno y se extienden hacia afuera. En losquemadores de gas crudo, estos proveen tanto aire primariocomo aire secundario, por lo que su nombre correcto deberíaser simplemente el de "registro de aire". En los quemadorestipo aspiración los registros de aire externos son los registrosde aire secundario, puesto que el aire primario es aspirado por

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efecto Venturi del mismo quemador. Cuando el gascombustible pasa a través del venturi, aspira aire a través de unregistro. El registro puede regularse para suministrar lacantidad apropiada de aire de combustión para el tipo decombustible usado. Los combustibles más pobres requierenmenos aire de combustión que los combustibles más ricos.Muchas veces se crea retroceso de llama debido a la presenciade demasiado aire en el sistema cuando se quemancombustibles pobres. Uno de los métodos para eliminar esteretroceso es el de apagar el quemador, reducir la abertura en elregistro de aire de manera que el volumen de aire que llegue alquemador sea menor, y entonces volver a encender elquemador. Una vez que los registros de aire primario oregistros de aspiración de aire han sido ajustados para un tipoparticular de combustible, debe mantenerse una relaciónapropiada aire/combustible, puesto que cualquier aumento enel flujo de gas incrementará el flujo de aire a través del registrode aspiración de aire.

Los quemadores de gas son de diversos diseños. Hay tiposde araña con brazos perforados que salen de un distribuidorcentral. Existen también quemadores con un distribuidor al quese acoplan tubos verticales con boquillas dentro del bloqueenvolvente. En los de tipo aspiración, generalmente existe unquemador central. La cantidad adecuada de aire es reguladapor el registro de aire de aspiración al quemador.

Los quemadores de aceite consisten en una bayoneta, quese compone de tubos de vapor, tubo y orificio de aceite,orificios de vapor, boquilla del quemador y una horquilladesmontable. Los quemadores de aceite combustible se debenlimpiar más a menudo que los de gas y es necesario quepuedan ser desmontados rápidamente para poder remover labayoneta y limpiar las boquillas del quemador sin que seanecesario retirar toda las tuberías de aceite y vapor. Pararemover la bayoneta se cierra la entrada de aceite y seintroduce vapor a la boquilla de aceite abriendo una pequeñaválvula de paso de aceite. Se afloja el yugo de ensamblaje y sesepara para permitir sacar la bayoneta. Las conexiones de lastuberías de vapor y aceite están dentro del yugo. Las partesfijas permanecen con la guía de la bayoneta y la partedesacoplada se saca conjuntamente con la bayoneta. Laconexión entre las dos partes del conjunto está sellada conempaques, uno para el aceite y otro para el vapor, los cualesdeben ser reemplazados cada vez.

Los quemadores de aceite están provistos del bloque delquemador, además de la mufla envolvente construida de uncemento de gran resistencia, que irradia una gran cantidad decalor. Este calor irradiado es capaz de mantener la temperaturadel aceite por encima del punto de ignición para asegurar sucombustión completa.

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QUEMADOR COMBINADOGAS—ACEITE

(GAS-OIL COMBINATION BURNER)

ENTRADASDEGAS

QUEMADORESDE GAS

QUEMADORDE ACEITE

ENTRADAS DEACEITE Y VAPOR

QUEMACACEITE CC

(FUEL Oí

CAJA DELQUEMADOR

ENTRADA DE AIRE

UOP 220-14-9

CUBIERTA MÓVIL

CONJUNTO DEL QUEMADOR'DE ACEITE

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TQUEMADORESDEGAS

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QUEMADOR PARAACEITE COMBUSTIBLE

(FUEL OIL BURNER)

CAJA DELQUEMADOR

ENTRADA DE AIRE

CUBIERTA MÓVIL

CONJUNTO DEL QUEMADORDE ACEITE

BLOQUEENVOLVENTE

DISCO DEFLECTORPARA CONTROL

DEL TIROSALIDAS DE DRENAJE

ANILLO DE REBOSEDE LA PLACADEL FONDO

PERNOS DE SOPORTE

CONEXIONES DE DRENAJE

CONJUNTOY DI

DE AIR(PILOT GAS

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JUNTA DE EXPANSIÓN -

SISTEMA DEL REGISTRODE AIRE SECUNDARIO

UOP 220-14-10

14-33

ARASTIBLEER)

x BLOQUEENVOLVENTE

DISCO DEFLECTORPARA CONTROL

DEL TIRO, SALIDAS DE DRENAJE

ANILLO DE REBOSEDE LA PLACADEL FONDO

PERNOS DE SOPORTE

CONEXIONES DE DRENAJE

CONJUNTO DEL PILOTO DE GASY DEL REGISTRO

DE AIRE SECUNDARIO(PILOT GAS AND SECONDARY AIR

REGISTER ASSEMBLY)

JUNTA DE EXPANSION

SISTEMA DEL REGISTRODE AIRE SECUNDARIO

UOP 220-14-10

SISTEMA DE ASPIRACIÓNDEL PILOTO DE GAS

ENTRADA DE GASAL PILOTO

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BAYONETA PARA ACEITE TÍPICA(TYPICAL OIL GUN)

TUBOCONCÉNTRICO

INTERIOR

CÁMARADE ENTRADA-

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DE ACEITE p

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CONEXIONESMÚLTIPLES ._„„ BOQUILLA

ACEITE CÓNICAVAPOR CENTRO

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CÁMARA DE MEZCLADO

UOP 220-14-12

QUEMADOR DE GAS TIPO ASPIRACIÓN(INSPIRATING GAS BURNER)

BOQUILLADE ENTRADA

AIRE

GAS

AIRE

MANECILLA PARA EL DISCODE CONTROL DE AIRE

TUBO VENTURI

DISCO PARA CONTROLDE AIRE

BOQUILLA/DE DESCARGA

UOP 220-14-13

14-35

Arranque Y Inicialmente la tubería de admisión de aceiteParo De Un combustible debe ser examinada y limpiada, asi como todasQuemador De las boquillas y toberas. El quemador debe ser insertado aAceite Combustible la distancia apropiada dentro del bloque. Una vez que se tiene

esta distancia se debe marcar en el quemador de tal forma queal reemplazarlo siempre quede localizado según lasespecificaciones originales.

Durante el arranque debe cerrarse el paso de aceitecombustible al quemador. La válvula de by-pass del control delvapor de atomización debe ser abierta y debe precalentarse labayoneta con vapor. El operario debe observar que llegue vapora la boquilla del quemador para asegurarse de que todas lastoberas están abiertas. Una vez que el quemador ha sidoprecalentado, se prende el piloto.

Entonces se abre el controlador de presión de vapor deatomización después de asegurarse de que todo el condensadoha sido drenado del cabezal que precede a la válvula, y secierra el by-pass de vapor. La toma de vapor del controlador devapor debe ser puesta en servicio muy cuidadosamente paraevitar romper el diafragma del controlador. Si se ha realizadoen forma correcta, la toma de vapor sólo debe estarligeramente caliente cuando se toque. El aceite combustiblepuede entonces abrirse gradualmente y puede ponerse enservicio la conexión del instrumento en el lado del aceitecombustible. Usualmente se pone un sello de glicerina en ellado del aceite para proteger el diafragma. El vapor deatomización debe responder entonces a la presión del aceite ydar la relación de caudal correcta de vapor de atomizacióncorrespondiente a la presión de aceite.

Entonces se enciende la llama y se pueden abrir totalmentelas válvulas del aceite combustible y poner en servicio elcontrolador de presión del aceite combustible. Una vez que sehaya conseguido la llama correcta y exista indicación detemperatura en el controlador de temperatura, se puedecontrolar el flujo de combustible por medio del TRC.

Cuando se apague un quemador, se debe cerrar el paso deaceite y permitir que el vapor de atomización pase a través delby-pass de la válvula de control de vapor para limpiar todos losresiduos de aceite que pudieran quedar en el quemador. Siesto se hace correctamente, la llama continuará encendidahasta que todo el aceite haya sido purgado de la bayoneta. Encaso contario la llama se apagará y el aceite combustibleinundará el bloque del quemador o el interior del horno.

14-36

Ajuste De Un buen ajuste de la llama es uno de los procedimientosLa Llama más difíciles de realizar. Para hacerlo correctamente deben

balancearse las presiones en el hogar y deben ajustarse loscontroles de la mariposa de la chimenea y de los registros deaire primario y secundario. Conforme el horno se calienta elaire que entra se expande. Cuanto más combustible se quemeen un horno y más aire entre, mayor será la presión en el hogarpara una determinada abertura de la mariposa en la chimenea.Naturalmente si se cierra la mariposa de la chimenea, el hogartendrá una presión positiva y la llama saldrá a través de losregistros de aire primario y secundario. Sin embargo, pormedio de una observación cuidadosa de los medidores de tiro,puede ajustarse la mariposa de la chimenea para tener el tirocorrecto en el hogar. Puesto que el tiro es creado por elcalentamiento de los gases, el único tiro disponibleincialmente durante el arranque será el creado por la altura dela chimenea , la velocidad del viento sobre el extremo de lachimenea y la atmósfera del hogar que ha sido calentada conel vapor de purga. En el arranque inicial, para obtener un buentiro bajo condiciones atmosféricas razonables, se debe abrirtotalmente la mariposa de la chimenea. Las entradas de aireprimario y secundario deben estar abiertas aproximadamenteun 50%. En la combustión de gas, el aire aspirado suministraráprácticamente todo el aire de combustión requerido por elquemador. Sin embargo, durante el arranque puede haberdificultades debido a la baja velocidad de calentamientoporque el bajo flujo de gas puede ocasionar retroceso de lallama, particularmente en caso de exceso de aire.

La llama se debe encender con el piloto, nunca con otroquemador. En donde no se disponga de encendedor piloto, lallama se encenderá con una antorcha. En cualquier caso, laantorcha o el encendedor piloto deben aplicarse a las toberasde los quemadores antes de que el gas sea admitido en elquemador. Si se tiene flujo de gas dentro del horno y se aplicala antorcha se puede producir una explosión.

Abra lentamente la válvula de gas, después de que elencendedor piloto ha sido prendido o la antorcha encendida hasido colocada en la boquilla del quemador. Cuando el gas seencienda, incremente ligeramente el flujo de gas a fin deobtener una llama pequeña pero razonable. La válvulareguladora de gas debe estar abierta ligeramente y se debesuministrar a la válvula de control una señal de aire deinstrumentos de 3 psig tal que se tendrán 6 psig de gas en lasboquillas de los quemadores, siempre y cuando éstosdispongan de un caudal mínimo ajustado correctamente.

Véase el capítulo 11 para la descripción de un sistema deválvula de control tipo "F". Cuando la válvula controlaquemadores múltiples, 3 psig de aire de instrumentos pueden

14-37

dar una presión demasiada alta para un solo quemador, por loque puede ser necesario cerrar más la válvula de bloqueo en elsistema de la válvula de control, para mantener la presión delgas a no más de 6 psig. Si se cierra la válvula aguas abajo dela válvula de control de gas, se puede aumentar la presión enla descarga de la válvula de control hasta tal punto que laválvula de alivio de presión del diafragma empezará adescargar. Este problema se puede eliminar por medio delestrangulamiento de la válvula de control.

Una vez que se ha encendido la llama, se debe ajustar el airesecundario y el de aspiración. Se ajusta el aire de aspiraciónpara obtener una combustión completa y evitar el retroceso dela llama, mientras que el ajuste del aire secundario permiteobtener una llama azul con un ligero matiz anaranjado odestellos amarillos en el extremo de la llama. Una de lasformas de ajustar el aire de aspiración es observando cuanlejos está la llama de la boquilla del quemador. Ajustando elregistro de aire de aspiración se puede acercar o alejar la llamade las boquillas. Una distancia de 1/8" a 1/4" (de 3 a 6 mm) esideal.

Una llama demasiado alejada de las boquillas del quemadorno es aceptable y, si está justo sobre la boquilla, hay mayorposibilidad de retroceso de llama.

Una vez que el número apropiado de quemadores ha sidoencendido para que el horno alcance las condiciones dediseño, el hogar se calentará, dando lugar a que el aireadmitido se expanda. Habrá demasiado exceso de aire, debidoa que la mariposa de la chimenea está abierta totalmente.Cerrando lentamente la mariposa y observando losinstrumentos medidores de tiro, el hogar alcanzará la presiónnegativa apropiada en pulgadas de agua. Si la mariposa secierra demasiado se pueden presentar problemas debido aaumentar la velocidad de calentamiento. La situación idealserla la de tener la abertura de la mariposa para unacombustión máxima y después ajustar todos los registros deaire primarios y secundarios para equilibrar las llamas. Estosignifica sin embargo que, a baja capacidad, el horno tendríauna cantidad de oxígeno en exceso. Pero también seránmínimos los problemas para ajustar la cantidad apropiada deaire de combustión, cuando se lleve el horno a la máximacapacidad de combustión. De todas formas, una vez que lamariposa de la chimenea ha dado una presión adecuada alhogar, todos los registros de aire primario y secundario debenreajustarse. Es decir, realmente se requiere un balance entrelos registros de aire secundario y la mariposa de la chimeneapara suministrar la cantidad de aire de combustión y unapresión apropiada en el hogar.

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Naturalmente, cuando se están realizando los ajustes sedeben cerrar las puertas de inspección, etc. a excepción deaquélla por la cual el operador está observando el hogar.

El ajuste de la llama cuando se utiliza aceite combustible, enlo que respecta al control del exceso de aire y a la presión enel hogar, es el mismo que para un quemador de gas, aexcepción de que la bayoneta de aceite nunca tiene unquemador de tipo aspirante. Sin embargo, en la mayoría de loscasos habrá un registro de aire primario y un registro de airesecundario. El ajuste que debe hacerse en este caso es el delvapor de atomización. En general, este ajuste se hace cuandoel hogar se pone en servicio y los quemadores estánencendidos. Usualmente, una hilera de quemadores operarácon una válvula de control para el vapor atomizado, con la cualse mantendrá la relación apropiada de vapor-aceite en elcabezal del horno. El departamento de instrumentación es elllamado a corregir el ajuste de los controladores, si es que sedesea cambiar la relación aceite-vapor. Lógicamente eldepartamento a cargo del horno decidirá la relación del vaporde atomización requerida para obtener una llama apropiada. Lallama no debe ser extremadamente blanca. Esto indicaría quehay un exceso de vapor de atomización y si los controladoresse mueven a través de su zona de operación, cualquierincremento ligero en la relación vapor-aceite podría extinguir elfuego. Para que exista una combustión aceptable, la llamadebe ser ligeramente amarilla con matices blanquecinos. Siexiste poco vapor de atomización, se tendrá una llamahumeante.

La secuencia de efectos si se tiene demasiado poco vapores: llama anaranjada, llama humeante y, finalmente, pérdida dela misma.

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PROCEDIMIENTO TÍPICO DE DESCOQUIZACIÓN(TYPICAL DECOKING PROCEDURE)

Combustión O Instalar termopares en la parte intermedia del horno a travésQuemado de las tomas provistas para tal efecto. Entiéndese que esta

temperatura media es a la que están expuestos los tubos y lasparedes, aunque no es la temperatura real de los tubosmismos. Las temperaturas de la parte intermedia se mantienende 1150°F (620°C) a 1200°F (650°C) durante el proceso dequemado. Nunca deben sobrepasarse los 1200°F (650°C).

No se requieren los termopares normales durante elquemado, aunque pueden dejarse en su lugar. Si lastemperaturas altas afectan al potenciómetro, es mejordesconectarlo.

Cuando se dispone de vapor, el flujo se selecciona a criteriodel operario; este flujo de vapor se mide en términos depresión de entrada. Enfriar el vapor de salida a la atmósferacon agua, a fin de reducir el nivel de ruido.

Cuando se haya establecido el flujo de vapor, se enciendenlas llamas y los termopares de la sección intermedia indican laelevación de la temperatura. Cuando se alcance la temperaturade autoignición se puede establecer el flujo de aire.

El caudal apropiado de aire se establece a criterio deloperario. El flujo de aire también se mide en términos depresión de entrada o, mejor aún, en términos de la diferenciade presión a la entrada entre las presiones de vaporúnicamente y de vapor más aire. Si cualquiera de las presionesvaría, cortar el suministro de aire, reposicionar la entrada devapor y establecer nuevamente la circulación de aire.

Si se agrega demasiado aire, se producirá quemado de másde un tubo. El quemado de 2 ó 3 tubos al mismo tiempo puedeno ser perjudicial pero no es recomendable. Mientras estéentrando el aire, la unidad debe ser estrechamente vigilada, eloperador debe seguir el progreso del quemado, observando elbrillo de los tubos y la velocidad del quemado a lo largo deltubo. Periódicamente se debe invertir el flujo para comenzar elquemado desde el otro extremo. Esto tiene dos objetos:primero, el terminal frío del calentador no se quemarácompletamente porque la temperatura está por debajo de latemperatura de autoignición y, segundo, el cambio detemperatura o choque térmico aflojará y removerá grancantidad de coque, disminuyendo por consiguiente la cantidadde quemado requerido.

14-41

Cuando se inviertan los terminales del horno y se corte elsuministro de aire, es conveniente llegar a establecer un flujomáximo de vapor (el que permita la capacidad de la caldera)dado que cambios térmicos y la velocidad tendrán a aflojar elcoque y soplarlo. Cerrar el vapor durante un período de 30segundos y después abrirlo totalmente para soplar el coquedescargado. Repetir este procedimiento tantas veces como seanecesario.

Cuando ya no queden tubos brillantes que indiquen que elquemado está en progreso, incrementar la presión del aire enalgunas psig. Si no se produce brillo en los tubos el quemadoha sido completo.

Para seguridad del operario, se debe inspeccionar unacantidad suficiente de tubos en la parte media y extremos delhorno, para asegurarse de que el quemado ha sido completo.Debe repetirse en los quemados siguientes hasta que laoperación esté firmemente establecida.

La operación de quemado no es difícil y, de hecho, es muchomás fácil y mejor que la descoquización manual. El uso deturbinas no solamente deja residuos que tienden a formarmanchas calientes sino que también deja rayaduras en dondefácilmente puede depositarse el coque.

Con una atención muy cuidadosa del operador, un tubo nose sobrecalentará ya que la velocidad de quemado puede serreducida inmediatamente cerrando la válvula de aireparcialmente o totalmente hasta que desaparezca el brillo.

Puesto que el consumo de aire es pequeño y la velocidad delvapor de enfriamiento es grande, el horno responde casiinmediatamente a nuestras acciones de control. Para pruebasiniciales, presiones de 0,35 kg/cm2 (5 psig) de aire, con 2,1 kg/cm2

(30 psig) de vapor son conservativamente suficientes, dado que 0,7kg/cm2 (10 psig) probablemente será la presión de quemado parauna operación normal.

Entonces, basados en los párrafos anteriores, procedamosde la siguiente manera (las presiones de aire incluyen laspresiones de vapor).

NOTA: las siguientes instrucciones son para un ramal delserpentín dividido. El procedimiento debe repetirse al mismotiempo en el otro lado. Si el horno está encendido, debemantenerse por lo menos un flujo de vapor en ambosserpentines, caso contrario pueden ocurrirsobrecalentamientos locales.

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1. Establecer en el serpentín flujo de vapor de 2,1 kg/cm2

(30 psig). Enfriar con agua el vapor que sale a la atmósfera parareducir el nivel de ruido.

2. Encender los quemadores y mantener la combustiónhasta que los termopares conectados en la parte intermediaalcancen una temperatura de 1175°F.

3. Ajustar nuevamente la presión del vapor a 2,1 kg/cm2

(30 psig), ya que la caída de presión cambiará durante elcalentamiento.

4. Con el flujo de vapor a 2,1 kg/cm2 (30 psig), abrirlentamente la válvula de admisión de aire. Observar el cambiode presión en el indicador de caudal de aire.

5. Observar los tubos mientras se incrementa la presióndel aire a 0,35 kg/cm2 (5 psig) [2,45 kg/cm2 (35 psig) de presióntotal]. Al menos en un tubo se debería estar quemando coque.Los primeros tubos de entrada pueden no estarsuficientemente calientes para autoignición.

6. Observar la velocidad de progreso del quemado.

7. Continuar incrementando el aire hasta que la velocidadde quemado aumente razonablemente o hasta que el quemadose produzca en otros tubos.

8. Si el quemado se produce en varios tubossimultáneamente, disminuir el aire.

Las válvulas están dispuestas para cortar el aire e invertir elflujo de vapor inmediatamente. Antes de invertir el flujo,permitir el paso de un flujo máximo de vapor. Al invertir unlado más a menudo que el otro, siguiendo una pauta regular,se puede determinar el mejor procedimiento de quemado. Sepuede hacer una serie de comparaciones en los quemadossucesivos hasta que el método de quemado óptimo pueda serestablecido. La operación termina, como se dijo antes, cuandono se pueda conseguir más quemado.

Descoquización se utiliza un método de turbina para remover el coqueManual de aquellos tubos que estén aislados y no puedan ser

observados directamente.

14-43

ARRANQUE DE UN HORNO(HEATER START-UP)

1. Inspeccionar el horno y todas las conexiones y tuberíasrelacionadas a fin de asegurarse de que todo el equipo estélisto e intacto.

2. Limpiar el horno de toda clase de basuras y desechos deconstrucción.

3. Si se emplea aceite combustible, asegurarse de que hayacirculación en los cabezales y el combustible tenga latemperatura apropiada.

4. Asegurarse de que todo el condensado haya sido drenadode las líneas de vapor de atomización y de vapor de ahogo.

5. Si se usa aceite, purgar y calentar los quemadores convapor. Asegurarse de que todas las válvulas de vapor esténcerradas.

6. Si se usa gas, antes de conectar los quemadores, purgartodos los cabezales de entrada de gas a los quemadores.Cuando los quemadores hayan sido conectados, purgar tantolos pilotos como los quemadores. Asegurarse de que todas lasválvulas de los quemadores y de los pilotos estén cerradas.

7. Abrir las mariposas de las chimeneas.

8. Purgar el hogar con vapor de sofocamiento hasta que seobserve un flujo visible de vapor a la salida de la chimenea.

Puesto que esto requiere una gran cantidad de vapor,notificar a la sección de calderas antes de admitir vapor.Entonces admitir vapor lentamente.

9. Cuando se haya completado la purga y el fluido estécirculando a través de todos los tubos del horno a la velocidadde diseño, encender los pilotos.

10. Con los pilotos encendidos prender un número reducidode quemadores espaciados uniformemente en el hogar. Ajustarlas mariposas de aire para obtener una llama limpia. Dejar queel hogar se seque a temperaturas moderadas. Cuando estéseco, elevar la temperatura a razón de 50 a 100°F por horahasta la temperatura de proceso, para lo cual se usan tantosquemadores como se requieran, pero siempre manteniéndolosuniformemente espaciados.

14-45

11. Cuando un número suficiente de quemadores esténencendidos de manera que se pueda operar la válvula decontrol, cambiar el suministro de combustible del by-pass a la'válvula de control en posición manual.

12. Conectar el control automático tan pronto como latemperatura a la salida esté dentro del margen del controlador.

NOTA: Se supone que cada quemador opera dentro de unmargen de presiones específico. Si la presión es demasiadoelevada, la llama puede alejarse del quemador; si es demasiadopequeña, el quemador se puede apagar. Se debe prestarextrema atención a la presión del combustible durante elarranque.

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PROCEDIMIENTO DE PARO NORMALDE UN HORNO

(NORMAL HEATER SHUTDOWN PROCEDURE)

Para QuemadoresDe GasCombustible

Para QuemadoresDe AceiteCombustible

Para el paro normal de una unidad de proceso, laalimentación se reduce lentamente a un valor mínimo. Estoreduce la carga en el horno. Cuando la presión de loscabezales disminuye, deben apagarse los quemadores de talforma que las llamas permanezcan espaciadas uniformementepor todo el hogar. La presión de gas mínima segura en elcabezal normalmente es de 0,35 kg/cm2. Reducir la temperaturade salida del horno a una temperatura baja que puede variarsegún sea el proceso. Cuando se llegue a este punto, procedertal como se indica a continuación:

a) Cerrar la válvula principal de gas y depresionar el cabezalde entrada del combustible al horno. Después cerrar lasválvulas individuales de los quemadores. Asegurarse de que lasválvulas piloto de los quemadores estén cerradas.

b) Desconectar el sistema de combustible por medio debridas y placas ciegas.

Proceder como en el caso anterior hasta que a las salidasdel calentador exista una temperatura baja práctica quepuede variar según sea el proceso. Continuar como se indica acontinuación:

a) Cerrar el paso de combustible a los quemadores.

b) Abrir las válvulas de by-pass del vapor de atomizaciónpara permitir purgar las líneas de combustible hacia el horno.Al mismo tiempo cerrar el vapor de atomización hacia losquemadores. Esto permite que se queme el combustible en vezde que se desparrame en el piso del hogar.

c) Parar la circulacJón de aceite combustible ydesconectar los cabezales con placas ciegas. Circular vaporpor la línea de fuel oil de regreso al tanque y luego aislarla conplacas ciegas si es posible, según sean los requerimientos delas otras unidades de proceso.

Después de que los quemadores de gas y aceitecombustible hayan sido apagados, el procedimiento a seguirdepende del proceso particular:

a) En algunos casos se circula vapor por los tubosmientras estén calientes. En otros procesos la cargapermanece en circulación a través del horno hasta que éste seenfríe.

14-47

b) Tan pronto como se hayan apagado los quemadores seabre completamente la mariposa de la chimenea, así como lasentradas de aire a los quemadores para ayudar a enfriar lostubos.

c) Después de que se ha examinado el vapor desofocamiento para segurarse de que se ha drenado todo elcondensado, purgar el hogar con vapor. Asegurarse de que lascalderas tengan suficiente presión de vapor y circular vapor porel horno hasta que éste sea visible a la salida de la chimenea.

d) Asegurarse de que todos los hidrocarburos hayan sidoevacuados completamente, realizando los ensayoscorrespondientes, antes de realizar trabajos de soldadura, etc.dentro del horno.

14-48

MEZCLAS EXPLOSIVAS(EXPLOSIVE MIXTURES)

Las mezclas de gas y aire no presentan peligro si se quemandebidamente dentro del horno. Si la llama se apaga y la mezclase acumula en el horno, puede producirse en cualquiermomento una mezcla explosiva. Si la mezcla se enciende, laexplosión resultante puede dañar seriamente el hogar y poneren peligro al personal de operación presente en el área.

Mientras los quemadores operen apropiadamente, hay pocopeligro de que se forme una mezcla explosiva.

Las causas más comunes de que haya gas sin quemar en elhogar son:

1. El gas puede acumularse en el horno debido a escapesa través de válvulas defectuosas o que han sido abiertasaccidentalmente durante periodos de mantenimiento si no sehan colocado placas ciegas en las tuberías. Antes de encenderel horno, debe seguirse el procedimiento apropiado a fin deasegurarse de que no hay gas en el horno.

2. Debido a presiones excesivas del gas, o a fallasmecánicas de los quemadores, puede apagarse la llama y elcombustible puede entrar en el horno sin quemarse. Paraprevenirlo, los quemadores deben ser examinados ymantenidos de forma regular.

3. El peligro más serio se presenta cuando se interrumpeel suministro de gas por un período suficiente para extinguirtodas las llamas en el horno, debido a problemas en losinstrumentos, fallo de energía eléctrica o errores en laoperación. Cuando ocurre una emergencia de este tipo, sedebe cerrar la válvula principal de gas, purgar el horno convapor, cerrar las válvulas individuales de cada quemador y, porúltimo, seguir el procedimiento de arranque del horno.

Exceso De Cuando existe un exceso de combustible y disminuyeCombustible la relación aire-combustible, la temperatura de salida del horno

disminuye. La válvula de control de temperatura se abre paraaumentar el suministro de gas, con lo que disminuye aún más latemperatura.

Esta situación puede detectarse fácilmente por inspecciónvisual del hogar. La llama no será mayor que la normal pero elhogar estará cargado de humo y la visibilidad será máslimitada. Para corregirla, se debe reducir lentamente lacantidad de combustible hasta que la temperatura retorne a lanormalidad.

14-49

Bajo ninguna circunstancia se debe abrir la mariposa de lachimenea o incrementar el aire a los quemadores en tanto nose haya removido el combustible no quemado.

14-50


TRATAMIENTODE AGUA

PARA CALDERAS


15-1

TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS(BOILER WATER TREATMENT)

Los objetivos principales del tratamiento del agua paracalderas son los siguientes: impedir la formación de depósitosen las superficies de transferencia de calor, proteger de lacorrosión los metales de todo el sistema y asegurar que elvapor producido sea de la pureza requerida para el propósito.El origen de las impurezas en el agua que hacen necesario eltratamiento es bien conocido, como también lo son lasconsecuencias que resultan de la falta de tratamiento.

Las impurezas sólidas importantes incluyen sales disueltasde calcio y magnesio. Éstas pueden estar presentes comobicarbonatos, llamada dureza alcalina, o como sulfatos,cloruros o nitratos, llamada dureza no alcalina. Expresionesantiguas son los términos dureza "temporal" y "permanente",las cuales se refieren al efecto del calor, con el cual losbicarbonatos se descomponen mientras que las otras salesson químicamente estables. Las sales de sodio y la sílice sonotras impurezas que deben tenerse en cuenta si estánpresentes en cantidad apreciable.

Las impurezas gaseosas incluyen oxígeno y anhídridocarbónico disueltos.

Los depósitos derivados de sales de calcio y magnesio en elagua de alimentación de calderas forman una capa aislantesobre el metal de la caldera, permitiendo que éste alcance unatemperatura más alta, ya que no está suficientemente enfriadopor el agua. Esta temperatura puede ser lo suficientemente altacomo para debilitar el metal, causando de esta manera unafalla. Cuanto mayor sea la incrustación peor daño puedecausar, aunque esto también depende de la temperatura delgas, de la velocidad de transferencia del calor y de lanaturaleza física de la incrustación. También pueden formarsedepósitos de óxidos de hierro disueltos en el condensado deretorno o procedentes de la corrosión de la línea dealimentación. El oxígeno y el dióxido de carbono disueltostambién pueden corroer el metal.

Los métodos de tratamiento se pueden dividir de manerageneral en dos grupos. En el primero se añaden productosquímicos para neutralizar los efectos dañinos, pero losproductos de la reacción permanecen en la caldera y deben sereliminados continuamente por evacuación. En el segundométodo, la mayoría de las impurezas son removidas en unaunidad de tratamiento antes de que el agua entre en lascalderas y solamente se hace necesario una mínima cantidadde tratamiento químico adicional.

15-3

TratamientoInterno

TratamientoExterno

En el primer método, que es principalmente interno, lassales que de otra manera formarían incrustaciones insoluolesduras, precipitan por efecto del carbonato o fosfato sódicopara formar un lodo blando. Se impide el asentamiento y elretorno hacia las superficies de transferencia de calor usandoacondicionadores orgánicos de lodos.

El almidón, los alginatos y taninos, han sido usados comoacondicionadores de lodos con éxito variable, pero loscompuestos más activos y eficientes son el poliacrilato desodio y el polimetacrilato. Éstos, no solamente evitan lasincrustaciones y mantienen los lodos en suspensión, sino queademás eliminan las incrustaciones previas, manteniendolimpias las calderas, evitando la necesidad de paradas y lanecesidad de limpiezas onerosas, ya sean mecánicas o acidas.

Este método interno trabaja perfectamente bien en lascircunstancias apropiadas, lo cual generalmente quiere decir laexistencia de calderas con bajos flujos de transferencia decalor y agua de alimentación no demasiado dura. Al usaracondicionadores de lodos, tales como el polimetacrilato,solo o en combinación con otros materiales orgánicos, esposible operar con éxito un tratamiento interno con unacalidad de agua peor que la que originalmente habría sidoposible y con la cual de otra manera sería necesario el uso deuna unidad auxiliar de ablandamiento.

La simplicidad del método interno tiene muchas ventajas yaque no requiere un gasto adicional o el uso de una plantaseparada de tratamiento. El balance químico que tiene quemantenerse necesariamente en la caldera puede controlarsepor medio de unos pocos y simples exámenes fáciles deaprender por el menos experto de los operarios.

Con el empleo de calderas de más alta velocidad detransferencia, lo cual incluye calderas compactas modernas acualquier presión de trabajo, puede solamente tolerarse aguade la mejor calidad.

Debido a las altas'velocidades de transferencia de calor,puede aislarse substancialmente el metal aún con solo unapequeña capa de incrustación de tal manera que puede ocurrirun sobrecalentamiento localizado.

Excepto en unas pocas áreas en las cuales se dispone deagua blanda, es necesario generalmente el empleo de unaplanta auxiliar de ablandamiento. Existen muchos tipos deplantas auxiliares y la elección está determinada generalmentepor la calidad del agua de alimentación que puede ser toleraday por el deseo de emplear el tratamiento más simple y másbarato.

15-4

El ablandador de resinas de intercambio es uno de los mássimples y menos costosos y por esta razón es el usado máscomúnmente. Sin embargo, estas resinas se emplean a vecescon agua de calidad totalmente inadmisible.

El principio de operación asegura que casi todo el calcio ymagnesio (y la mayoría de los otros metales en solución) seeliminan intercambiándose con sodio. Ninguna otra impurezase intercambia: todos las aniones y las substancias noionizadas permanecen en el agua, incluyendo el oxígenodisuelto.

Si el agua no tratada contiene bicarbonato de calcio, éste setransformará en bicarbonato de sodio en el agua dealimentación. Dentro de la caldera este bicarbonato sedescompone al calentarse, transformándose en carbonato desodio y finalmente en sosa cáustica. Algunas aguas son ricasen bicarbonatos y la alcalinidad es excesiva en la caldera,necesitándose una mayor purga de evacuación. Aún así, laproporción de la alcalinidad en relación con las sales totalespuede ser muy alta con peligro de un ataque cáustico.

Cuando existe una alta proporción de dureza permanente, elablandamiento de intercambio de base es un método excelentepara proporcionar agua de alimentación con un bajo contenidode sales formadoras de depósitos. Pero como la cantidad totalde sales que pasan a la caldera después del intercambiopermanece fija, se necesita una evacuación intensiva paraimpedir arrastres en la caldera.

Cuando existe una alta proporción de dureza porbicarbonatos, se prefiere el proceso de desalcalinización. Estorequiere el uso de una resina diferente de tipo hidrogeniónico.Su efecto es el de eliminar una cantidad de calcio y magnesioigual a la de bicarbonato y reemplazarla con cationes dehidrógeno, produciendo un ácido. El gas de ácido carbónicoresultante se elimina con burbujeo de aire en la torredesgasificadora.

Usando sosa cáustica, es posible hacer una pequeñacorrección del pH y el agua parcialmente ablandada pasa através de una resina de intercambio básico para eliminar lamayor parte de la dureza residual.

En esta etapa la alcalinidad es baja y las sales, en unaproporción igual a la dureza en bicarbonatos, han sido yaconvertidas y eliminadas. De esta forma la eliminación porpurga es ahora considerablemente menor. El proceso dedesalcalinización es más costoso en su instalación y laoperación es más compleja que la del intercambio básico, perogeneralmente produce agua de mejor calidad.

15-5

Sílice

Gases Disueltos

Un efecto semejante se obtiene usando el antiguo procesocal/sosa, aunque no es muy eficiente. El problema se origina altener que eliminar grandes cantidades de lodos, pero muchasplantas operan este proceso con excelentes resultados. Lalechada de cal elimina la dureza por bicarbonato, la sosaelimina la dureza permanente.

Es posible encontrar resinas de intercambio iónico queeliminen todas las sales minerales ionizadas, incluyendo sílice,produciendo agua de alimentación muy pura. Aunque esteproceso de desmineralización es el más costoso de todos encuanto a instalación y operación, puede proporcionar muchosahorros de combustible y de agua debido a la pequeñacantidad de evacuación que se precisa. Este proceso deintercambio iónico utiliza resinas catiónicas y amónicas.

Con el proceso de intercambio con resinas básicas paradesalcalinización, los aniones, incluyendo la sílice,permanecen en el agua. Con el tratamiento interno, la sílicegeneralmente constituye una pequeña proporción total de lasimpurezas y cualquier precipitado que se forme está diluidocon otras substancias. Utilizando el tratamiento externo, seproduce mucha menor cantidad de lodos en la caldera pero lasílice puede constituir la mayoría. Esto último es importante,porque la sílice forma las incrustaciones más duras eintratables, especialmente en presencia del hierro y en agua debaja alcalinidad.

Ningún ablandador es cien por cien eficiente, ni tampocorecibe el cuidado y la atención que requiere. Siempre pasan ala caldera pequeñas cantidades de impurezas, que sonsusceptibles de medirse. La forma de tratamiento de estasimpurezas es similar a la del tratamiento interno pero, sinembargo, se requiere una menor cantidad de tratamientoquímico.

El oxígeno disuelto es una de las impurezas más engañosasy difíciles de eliminar. Puede ser eliminado en gran proporciónen un desaireador, o disminuido considerablemente,simplemente calentando el agua de alimentación ya que losgases son menos solubles en agua caliente que en fría.

El oxígeno remanente se trata luego añadiendo agentesreductores tales como sulfito de sodio o hidracina, los cualesreaccionan para formar substancias menos dañinas.

Debe mantenerse en la caldera un pequeño exceso de losproductos químicos para los diferentes tratamientos para quepuedan entrar en acción durante las fluctuacionesrelativamente pequeñas que ocurren en la calidad del agua dealimentación, asegurando de esta forma que se completen lasreacciones.

15-6

En la mayoría de las plantas, gran parte del agua dealimentación entra en forma de condensado de retorno que seintroduce directamente al tanque de alimentación. En unproceso que opere de forma apropiada es posible impedir lacontaminación del condensado ya sea con aceite o por aguano tratada o con trazas (algunas veces grandes cantidades) deuno o más de los productos manufacturados. Si se contamina,todo el trabajo hecho en el agua de alimentación puede serinútil.

La pureza del vapor generalmente se mide con frecuencia,pero a menudo solo para detectar trazas de impurezasacarreadas en la caldera. El control de la cantidad acarreada escuestión de diseño de la ingeniería de la caldera y de laoperación en las condiciones correctas tanto de presión comode proporción de vaporización. Como las sales solublescontribuyen a la formación de espuma en el agua de la caldera,se establece un límite máximo al que puede concentrarse elagua antes de que la formación de espuma se convierta en unproblema.

Si la caldera se opera correctamente tanto en lo que serefiere a presión como a carga, y el agua se mantiene libre decontaminantes productores de espuma, el contenido de sólidosen el vapor puede fácilmente mantenerse bajo los límites degarantía.

Los sólidos pueden ser retenidos en la caldera si se hantomado las precauciones para que no sean acarreados por elvapor, pero el problema con los gases es otra cosa. Si se haaplicado el tratamiento correcto, el oxígeno no debe estarpresente en el vapor, pero puede haber anhídrido carbónico.

El tratamiento interno con fosfatos o el ablandamientobásico de intercambio, deja todo el bicarbonato original en elagua de alimentación y, por lo tanto, una cantidad equivalentede dióxido de carbono entra en el vapor. La desalcalinización ydesmineralización producen dióxido de carbono en muchamenor cantidad ya que se ha eliminado previamente elbicarbonato.

En la forma gaseosa los gases disueltos hacen poco daño,pero cuando el vapor se condensa y los gases se disuelven,entonces el condensado puede ser muy corrosivo. Tanto eloxígeno como el dióxido de carbono causan corrosión por sisolos, pero juntos son aún más corrosivos que cualquiera deellos separadamente. El resultado es un ataque rápido de lasturbinas, tuberías de calentamiento o líneas de condensado.

15-7

El costo de los salarios y de los materiales necesarios paramantener estos sistemas de alta corrosión potencial encondiciones de buen mantenimiento es una razón más quesuficiente para emplear alguna forma de tratamiento. Aunqueel mantenimiento del equipo del condensado en condicionesóptimas puede ser de menor importancia, lo que generalmenteimporta es el mantenimiento de la caldera en sí.

La corrosión del hierro y del cobre es constante todo eltiempo, y a menudo peor cuando la planta está parada y eloxígeno puede entrar en el sistema.

Los productos de la corrosión retornan al tanque dealimentación y luego a la caldera. En este punto, se forman nosolamente depósitos pesados, sino que interfieren en laeficiencia del acondicionamiento de los lodos de sales duras,creando depósitos de composición química compleja. Laconcentración localizada de sales del agua de calderas bajoestos depósitos ferrosos da como resultado la corrosión.

Es en las calders modernas, a cualquier presión de trabajo,en donde menos se toleran los depósitos en las superficies decalentamiento y de generación de vapor, y se hace másimportante que nunca el mantener la atención en elcondensado.

Si el agua de alimentación ha sido correctamente tratada, nodebe haber oxígeno en el vapor. Es por esto por lo que esnecesario impedir la entrada de oxígeno en el sistema, a travésde juntas mecánicas defectuosas, o de tanques colectoresabiertos.

TratajnientO El dióxido de carbono es ácido y su naturaleza corrosivaCon Aminas puede ser neutralizada con un álcali o una amina. La más

usada es la ciclohexilamina, o la morfolina, o ambas. A pesarde que la morfolina es más cara y tiene menor poderneutralizador que la ciclohexilamina, es más usada debido aque es más soluble en agua caliente y puede así dar un pH altocon un condensado recién formado.

Estas aminas neutralizantes pueden ser dosificadas en elsistema en proporción a la cantidad de dióxido de carbono. Deesta forma, empleando tratamientos internos, o con aguaablandada en intercambio básico, es posible que haya una grancantidad de dióxido de carbono que debe ser eliminado delagua de calderas y debe tenerse en cuenta que las aminasneutralizantes pueden ser caras.

Con la desalcalinización o con el intercambio con cal y baseo con la desmineralización, se reduce el dióxido de carbono yde esta forma el vapor es menos corrosivo.

15-8

Resumen

Sistemas DeTratamiento DeAguas ParaCada Caso

Otro método de tratamiento consiste en usar una amina queforme una película. Esta puede ser una amina primaria decadena larga tal como la octadecilamina, la cual tiene lapropiedad de formar una película repelente al agua en lasuperficie limpia del metal, con lo que se le protegeefectivamente de la acción corrosiva del condensado. Estemétodo es más o menos independiente de la cantidad dedióxido de carbono u oxígeno contenidos en el agua. Debido asu afinidad con el metal, las aminas formadoras de películaspueden hacer desprender los depósitos antiguos de corrosióny, si se usan en exceso en sistemas sucios, pueden causar untaponamiento debido a escalas de corrosión que han sidoacarreadas a lo largo de la tubería.

Esta propiedad detergente es bien conocida y existenmétodos simples para poner en marcha un sistema detratamiento con aminas formadoras de películas evitandoproblemas de taponamiento. Existen también aminas terciariasformadoras de películas que no tienen un efecto detergentetan pronunciado y que son fáciles de dosificar junto con otrosmateriales en el agua de alimentación.

Hemos esbozado brevemente algunas de las formas detratamiento del agua de alimentación de calderas. El campo essumamente complejo y, en el caso de que el agua sintratamiento contenga sólidos o que tenga un alto grado desalinidad, deben emplearse otros métodos de tratamiento.

Lo que debe tenerse presente es que hay una gran variedadde métodos de tratamiento de aguas y que es absolutamenteindispensable el realizar un análisis del agua sin tratamientopara asegurar la elección del método o métodos másapropiados.

Partiendo del agua sin tratamiento, extremo izquierdo, lossistemas de intercambio eliminan selectivamente, en parte ototalmente, los sólidos disueltos. Las barras indican loscontenidos en dureza, alcalinidad, sulfatos, cloruros y sílice.

Los intercambiadores de catión sodio ablandan el aguapor sustitución de las durezas de calcio y magnesio consodio procedente de las resinas pero no alteran lossolidos totales disueltos. Si la alcalinidad es demasiado alta,la mezcla de aguas provenientes de los intercambiadoresde cationes de hidrógeno y sodio pueden producir agua blandade baja alcalinidad. Una desmineralización completa eliminacasi todos los sólidos disueltos. Si la eliminación de sílice esinnecesaria se utiliza una resina aniónica ligeramente básica.

15-9

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SISTEMAS DE INTERCAMBIOIÓNICO

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TRATAR) INTERCAMBIO INTERCAMBIO DESMINERALIZADO DESMINERALIZADOCATIÓN SODIO CATIÓN SODIO - CON RESINA CON RESINA AMÓNICA

HIDROGENO AMÓNICA BÁSICA BÁSICA FUERTEDÉBIL | ,.-.„ „-,, .., ,

QUÍMICA DEL INTERCAMBIO IÓNICO(ION EXCHANGE CHEMISTRY)

INTERCAMBIO DE CATIONES(CATION EXCHANGE)

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ACIDO CARBÓNICO

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15-11

QUÍMICA DEL INTERCAMBIO IÓNICO(ION EXCHANGE CHEMISTRY)

INTERCAMBIO ANIONICO(ANIÓN EXCHANGE)

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AGUA

ACIDOSILÍCICO

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15-12

UNIDAD TÍPICA DE INTERCAMBIOIÓNICO DE UN SOLO LECHO

(TYPICAL ION EXCHANGE UNIT — SINGLE BED)

UNIDAD DEINTERCAMBIO

IÓNICO

MATERIAL DEINTERCAMBIO

SALIDA DERETROLAVADO

ENTRADA

COLECTOR DEAGUA DE LAVADO

ENTRADA DE RETROLAVADO

SALIDA

EYECTOR

SALIDA DEENJUAGUE

PROCESO TÍPICO DE ABLANDAMIENTOCON CAL EN CALIENTE

(TYPICAL HOT LIME SOFTENING PROCESS)

CONDENSADOR DELVENTEO DE CONTACTO

CONTROL DE DIRECTOENTRADA

VENTEO

ENTRADA DEAGUA SIN TRATAR

MEDIDOR

RELOJ

ALIMENTACIÓNDE

PRODUCTOSQUÍMICOS

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ENTRADADE VAPOR

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AGUA DERETROLAVADODE LOS FILTROSAGUA TRATADAA LOS FILTROS

AGUA DERETROLAVADOA LOS FILTROS

15-13

DESAIREACION(DEAERATION)

DesaireadoresCon Vapor

TipoPulverización

Tipo CombinadoDe Platos

Los gases disueltos en el agua suministrada a calderaspueden producir corrosión y picaduras (corrosión alveolar); porlo tanto deben ser eliminados para proteger a la caldera,tuberías, bombas y líneas de condensado. Los gasespredominantes son oxígeno y anhídrido carbónico. Sueliminación se hace por la elevación de temperatura del agualo cual disminuye el nivel de saturación de los gases en ellíquido, y luego el despojamiento se realiza inyectando vaporen el agua. El oxígeno y el CO2 pueden removerse endesaireadores mediante cualquiera de estos dos métodos: bajopresión con vapor o usando vacío. En servicios de calderas lonormal es usar vapor y discutiremos este método.

El agua de alimentación a la caldera se introduce enforma pulverizada; luego se inyecta vapor que se pone encontacto con el agua y desorbe los gases disueltos en lamisma. Los diseños de los desaireadores son de dos tipos: depulverización y combinados de platos.

El agua se alimenta en forma pulverizada a una cámaraprimaria llena de vapor, el cual la calienta y la despoja degases. Luego se despoja con vapor en una zona secundaria dedesaireación en la cual se circula vapor libre de oxígeno pararemover las trazas residuales de gas antes de que el agua vayaa almacenamiento, el cual está diseñado normalmente paramantener la suficiente cantidad de agua para tener un tiempode residencia de 10 minutos dada la capacidad de diseño de lacaldera.

El agua pulverizada se alimenta a un espacio lleno devapor, luego desciende en forma de lluvia a través de una seriede platos. En contracorriente y con flujo transversal asciendevapor el cual calienta el agua y desorbe los gases absorbidos.

15-14

DESAIREADORES(DEAERATORS)

VENTEO PARA GASES

CONDENSADOCALIENTE

DESAIREACIONPRIMARIA

NIVELDE AGUAVARIABLE

ENTRADAENTRADA

ZONA DE DESAIREACIONY DESORCIÓN SECUNDARIA

DRENAJE

ÍT TAGUA

DESAIREADA

NIVEL CONTROLADODE AGUA

ALMACENAJE DEAGUA DESAIREADA

REBOSADERO PARAEMERGENCIA

TIPO DE LLUVIA

VENTEO

ENTRADADE AGUA

CONTROLDE NIVEL

ENTRADA DE VAPOR

CÁMARA DELFLOTADOR PARA

EL CONTROL DE NIVEL

ALMACENAJE DE AGUADESAIREADA

CONDENSADOR DELVENTEO INTERNO

PLATOS DE CALENTAMIENTOY DESAIREACION

A LA BOMBA DE ALIMENTACIÓNDE LA CALDERA

TIPO COMBINADO UOP 220-15-6

15-15


BTMIM VOUB BeHhegv oporiioiKtyFte

CALDERAS


16-1

CALDERAS DE VAPOR(BOILERS)

La generación de vapor es el proceso de convertir agua envapor por la aplicación de calor.

Cuando el agua está hirviendo, el vapor y el agua tienen lamisma temperatura. Ésta se conoce como temperatura desaturación. Aunque la temperatura permanece constante, sedebe agregar calor para transformar el líquido en vapor. Estacantidad de calor se conoce como calor latente devaporización.

Si el vapor producido está libre de agua a la temperatura deebullición, se dice que es un vapor seco y saturado. Cuando elvapor contiene líquido se llama húmedo. Si el vapor se calientasobre la temperatura de ebullición, se dice que es vaporrecalentado (sobrecalentado).

Existen tablas que contienen datos sobre los puntos deebullición a varias presiones y también proporcionaninformación sobre la cantidad de calor contenido en el vapor.Éstas se conocen como TABLAS DE VAPOR.

Otro gráfico de uso corriente para obtener información sobrelas propriedades del vapor se conoce como GRÁFICO DEMOLLIER.

Ebullición Y Nuestro objeto es el de producir vapor por ebullición.Circulación

Es fácil observar como en un recipiente calentado desdeabajo se forman burbujas de vapor en el área calentada cuandoel agua comienza a hervir. Estas burbujas y el agua calienteson desplazadas por agua libre de vapor más fría y máspesada, formándose así una corriente de circulación que llevalas burbujas a la superficie donde el vapor escapa.

En una caldera de t'ubos, el agua y el vapor fluyen por unagran cantidad de tubos. La idea básica puede ser simplificadavisualizando un circuito simple como se muestra en eldiagrama.

Un brazo del circuito se calienta en el hogar mientras que elotro está protegido por una pared de ladrillo refractario, la cualtiene por objeto el mantener un brazo más frío que el otro. Lasburbujas de vapor se forman en el lado caliente (conocidocomo "elevador" o brazo de flujo ascendente). Esta mezcla devapor y agua asciende y es reemplazada por el agua más fría ymás pesada proveniente del ramal de flujo descendente.

16-3

En operación normal, existe un flujo continuo de agua desdeel tambor hacia abajo por la pierna de descenso y de regresohacia el tambor por la pierna de retorno. Este tipo de calderase denomina de circulación natural. Aún cuando la operaciónde muchas calderas no es tan simple como en el ejemplo, yaque normalmente se componen de circuitos más complejos, elprincipio es el mismo.

Cuando se diseña una caldera para utilizar todo el calordisponible que puede ser extraído económicamente, tanto lostubos como el circuito se diseñan de tal forma que, a plenacarga, siempre exista un flujo de agua tal a través de cadatubo, que mantenga al metal dentro de un margen detemperaturas seguro.

Las calderas de alta presión es normal que sean decirculación forzada. Esto significa que se bombea el agua através de los varios circuitos. En ambos casos normalmente secircula una cantidad de agua mayor que la cantidad de vaporgenerado.

Hay diseños de un solo paso, los cuales son ideales paraoperación a presiones superiores a la presión crítica, en lasque el agua se transforma en vapor sin hervir. Hay, sinembargo, diseños de un solo paso a presiones bajo el puntocritico, en los cuales el agua de alimentación se bombea en unextremo de los tubos y por el otro extremo sale vapor saturado.

16-4

CIRCUITO SIMPLE DE TUBOS(SIMPLE WATERTUBE CIRCUIT)

MEZCLA DEVAPOR Y AGUA

RAMAL DEASCENSO,

"ELEVADOR",CALENTADO

PARED DE LADRILLOREFRACTARIO

VAPOR

BAJANTE NOCALENTADO

AGUA

EN UN CIRCUITO SIMPLE DE TUBOS,EL VAPOR SE FORMA EN EL LADOCALIENTE. LA MEZCLA RESULTANTEDE VAPOR-AGUA PESA MENOSQUE EL AGUA MAS FRÍA EN EL LADONO CALENTADO Y ES POR TANTODESPLAZADA. EN EL TAMBOR, LASBURBUJAS DE VAPOR SUBEN A LASUPERFICIE DEL AGUA Y EL VAPORSE LIBERA.

UOP 220-16-1

PROPIEDADES DEL VAPORDE AGUA

(STEAM PROPERTIES)

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ABSOLUTAS)

COMO UNA MEDIDA DE LOS EFEC-TOS DE LA PRESIÓN SOBRE LAFUERZA QUE PRODUCE CIR-CULACIÓN, ESTE GRÁFICO COM-PARA EL PESO ESPECIFICO DELAGUA Y EL DEL VAPOR SATURADO.LA DIFERENCIA ENTRE LOS PESOSESPECÍFICOS DISMINUYE CON-FORME SE INCREMENTE LAPRESIÓN, HASTA UNA PRESIÓN DE3206.2 PSIA, LA PRESIÓN CRITICA,EN LA CUAL NO EXISTE DIFERENCIA

UOP 220-16-2

16-5

Tipos De Calderas Existen dos tipos básicos de generadores de vapor ocalderas, como corrientemente se les denomina. Un tipo degenerador de vapor es el llamado de tubos de combustión,donde toda la transferencia de calor se efectúa por el paso delos gases calientes de la combustión a través de tubossumergidos en agua. El agua y el vapor están contenidos enuna carcasa simple de forma cilindrica. Ejemplos de este tipode caldera se usan en locomotoras a vapor y en las calderas debarcos.

El otro tipo de generador de vapor se conoce simplementecomo caldera de tubos, o de tubos de agua. En este tipo decaldera, el hogar está rodeado de tubos por cuyo interiorcircula una mezcla de agua y vapor. Este tipo de caldera es deuso corriente en los generadores de refinería. Aunque laprimera caldera de tubos data del Siglo XVIII, los diseños hancambiado mucho en estos últimos 30 años.

En la actualidad es mucho más común el uso de los tubosverticales o semiverticales en las secciones de radiación yconvección. Además se emplea al máximo el calor que sedesperdicia en los gases por la chimenea, donde se instalancalentadores de aire y economizadores.

Las calderas compactas tipo paquete constituyen en laactualidad la forma más común de generadores de vaporempleados en operaciones de refinería. Estas calderas sellaman compactas debido a que se fabrican como una unidadintegral completa y se transportan como tales al punto deutilización, listas para su conexión y su uso inmediato. Lamayoría de las calderas de tubos compactas tienen uno de lossiguientes tipos de configuración estructural, "A", "D", u "O",como se muestra en el diagrama.

El tamaño de estas calderas está limitado sólo por lacapacidad del vehículo de transporte y por las dimensionesmáximas admisibles para el transporte. El otro tipo de calderaes aquél que se construye en el punto de utilización. Este tipoes mucho más caro, costando aproximadamente dos vecesmás que una caldera de tipo compacto. El precio de lascalderas se estipula por kilo (o por libra) de vapor producido.

En todos los tipos de construcción moderna, los tubos de lapared del hogar se tocan (éstos son conocidos como tubostangentes) o se juntan con una aleta de metal paraproporcionar un sello hermético al paso de los gases entrecada tubo. En esto se diferencia una caldera de un horno dehidrocarburos ya que en este último existe espacio detransferencia de calor alrededor de los tubos.

16-6

TIPOS DE CALDERA(BOILER TYPES)

SALIDA DEVAPOR

GASES DECOMBUSTIÓN

QUEMADOR

CALDERA DE TUBOS DECOMBUSTIÓN DE 3 PASOS

EL AGUA ESTA EN EL LADO DELA CARCASA Y EL VAPOR SE

SEPARA EN LA PARTE SUPERIOR

EL TIPO "A" TIENE DOS PEQUEÑOSTAMBORES INFERIORES OCABEZALES. EL TAMBOR SUPERIORES MAS GRANDE Y PERMITE LASEPARACIÓN DEL AGUA Y DELVAPOR. LA MAYOR PARTE DE LAPRODUCCIÓN DE VAPOR OCURREEN LOS TUBOS MAS HACIA EL CEN-TRO DEL HOGAR.

EL TIPO "D" PERMITE MUCHAFLEXIBILIDAD. AQUÍ LOS TUBOSMAS ACTIVOS SON LOS QUE EN-TRAN EN EL TAMBOR CERCA DE LALINEA DE NIVEL DEL AGUA. LOSQUEMADORES SE ENCUENTRANGENERALMENTE EN LAS PAREDESEXTREMAS.

EL TIPO "O" ES TAMBIÉN UNSISTEMA COMPACTO DE TUBOSPARA GENERAR VAPOR. SU ALTURAES UN FACTOR LMITANTE PARA ELTRANSPORTE, DE AHÍ QUE, PARAIGUAL CAPACIDAD SE REQUIERE AMENUDO UNA CALDERA MASLARGA. LOS PISOS DE LOS TIPOS"D" Y "O" SE CUBRENGENERALMENTE ' CON LADRILLOSREFRACTARIOS.

DISEÑO DE LA PARED DE TUBOS

TUBOS TANGENTES TUBOS UNIDOS UOP 220-16-3

16-7

Tambor De Vapor

Tambor De Lodos

El tambor de vapor es el tambor donde el agua y el vapor seseparan. Aqut se encuentra la entrada de agua de alimentación,la cual entra bajo control de nivel. Todos los tubos de flujoascendente y descendente van acoplados a este tambor. Existetambién una salida de vapor hacia el sistema de proceso o aun recalentador. En el tambor de vapor se instalan válvulas dealivio o de escape para proteger al sistema.

El método de separación del agua y del vapor es el mismoen la mayoría de calderas y se lleva a cabo en un separadormecánico o en un separador ciclónico. La mezcla de vapor y deagua procedente del haz ascendente se dirige al separadorciclónico por medio de una placa deflectora. La fuerzacentrífuga en el ciclón separa las gotas de agua, y el vapor saledel ciclón y pasa a través de más separadores hasta que setiene vapor relativamente seco para uso en las unidades deproceso.

Los tambores de lodos son los cabezales de recolección enel fondo de los haces de tubos ascendentes y descendentes.De estos tambores de lodos se extrae la purga. La purga es ellíquido que se extrae de la caldera para mantener baja laconcentración de sólidos en el agua de la caldera.Normalmente hay dos corrientes de purga, una es una purgacontinua de una cantidad fija de agua, la otra es intermitente.La purga interminente se ajusta para mantener el agua decalderas dentro de la especificación de sólidos disueltos quese estipule.

16-8

TAMBOR DE VAPOR(STEAM DRUM)

o>cb

SALIDA DEL VAPOR

DRENAJE

ENTRADAS DEVAPOR

VAPOR Y AGUAPROCEDENTES DEL HAZDE TUBOS ASCENDENTE

ELEMENTOS SEPARADORESPLATOS ACANALADOS

DEFLECTORES

SEPARADOR CICLÓNICO

DEFLECTOR INTERNO

AGUA AL HAZDESCENDENTE

VAPOR Y AGUAPROCEDENTES DEL HAZDE TUBOS ASCENDENTE

UOP 220-16-4

SopladoresDe Hollín

Ventiladores DeTiro Forzado

La mayoría de calderas están equipadas con sopladoresde hollín, los cuales sirven para mantener la superficie exteriorde los tubos limpia y libre de material que pudiera afectar latransferencia de calor.

Se utiliza vapor para el soplado del hollín y la frecuencia dela operación depende del tipo de combustible usado. Latemperatura de los gases de la chimenea es un indicio de lanecesidad de un soplado de hollín. Una temperatura superior ala normal en los gases de la chimenea para una carga dada devapor a condiciones normales de combustión, indica que lostubos de la sección de convección están comenzando aensuciarse y no se tiene la transferencia de calor apropiada.

Existen dos tipos de sopladores de hollín: los fijos oestacionarios y los retraíbles.

Un soplador de hollín estacionario, como su nombre indica,es un tubo fijo con agujeros. Los agujeros permiten la salidade vapor a presión para el barrido de los tubos.

En los sopladores retraíbles, la lanza es operada pormedio de motores eléctricos. Un motor gira la lanza a unavelocidad constante mientras que otro motor de dosvelocidades la desplaza. Se emplea una velocidad lenta cuandola lanza entra y una velocidad mucho mayor cuando la lanza seextrae. Esto ahorra tiempo y vapor.

Un método de operación automática del soplador de hollínretraíble se basa en la temperatura de los gases de lachimenea. Una desventaja es que durante el soplado del hollínse produce una reducción de la temperatura ya que el vaporusado para el soplado del hollín enfría los tubos, de allí que elsoplado podría causar una ligera reducción en la producción devapor en un momento dado.

Se debe recalcar que las trampas de vapor colocadas en laslíneas de los sopladores de hollín deben funcionar de modoapropiado de tal manera que no se sople condensado sobre lostubos.

El soplado de hollín no se debe llevar a cabo a caudalesbajos, a fin de evitar la posibilidad de apagar los quemadores.

La mayoría de las calderas son de tiro forzado. Estosignifica que el aire que va a los quemadores se suministra pormedio de un ventilador de tiro forzado. Este ventilador puedeser operado por una turbina de vapor o de aire o por un motoreléctrico. El ventilador mantiene una presión positiva en elhogar. Para mantener una relación controlada decombustible/aire en el hogar, se varía la velocidad de la turbinade vapor o de aire. Si se usa un motor eléctrico, se regulan laspersianas que controlan la entrada del aire.

16-10

SOPLADORES DE HOLLÍN(SOOT BLOWERS)

SOPLADORES DE HOLLÍNO ESTACIONARIOS

o o o o oo o

SOPLADORESDE HOLLÍN

RETRAIBLESo p/ p o oO Óí'Q\ O O

UOP 220-16-5

Arranque Normal La caldera debe ser examinada para tenerse la seguridadDe Una Caldera de que esté lista para el arranque y de que todo el equipo esté

disponible. Se debe verificar lo siguiente:

a) Que se disponga de un nivel normal de agua y que losvisores de nivel estén operando.

b) Que la tapa ciega del cabezal de vapor haya sidoremovida de manera que, cuando se genere vapor, éste puedaentrar en el cabezal (también se debe abrir la válvula de cierreen la línea de salida de vapor, la cual se encuentra cerca delcabezal principal de vapor).

c) Que la tapa ciega del cabezal de purga haya sidoremovida de manera que el cabezal de purga esté operando.

d) Que el hogar haya sido purgado y esté libre dehidrocarburos. Encender el piloto del quemador.

e) Remover la tapa ciega del cabezal de combustible yencender el quemador principal.

f) Asegurarse de que el venteo del tambor esté abierto.

g) Incrementar la temperatura aproximadamente 40°C porhora. Mantener abierto el venteo hasta que todo el aire hayasido expulsado, entonces cerrar el venteo de vapor y permitirque la presión aumente lentamente.

La purga deberá ser operada durante este período inicialpara comprobar el nivel de agua en la caldera y asegurarse deque no haya obstrucciones en el sistema de purga. En lasetapas iniciales, el arranque de la caldera debería durar almenos cinco horas, hasta que los operarios conozcan todas lascaracterísticas del arranque.

Si el cabezal común de vapor ya está en funcionamiento (convapor suministrado por otras calderas) la válvula de retenciónpuede ser abierta aún cuando la presión en la caldera sea másbaja que su presión normal de operación. Cuando la presiónalcance el nivel deseado, el vapor automáticamente comenzaráa entrar en el cabezal común.

El nivel del tambor de vapor debe ser observadoconstantemente durante esta etapa. Si es muy alto, seproducirá un arrastre de agua. El dispositivo automático derebose debería ponerse en servicio tan rápido como seaposible. Cuando el control automático de nivel estéfuncionando, el nivel del tambor debe ser observado ycomprobado manualmente cada cuatro horas.

16-12

*******CALDERA COMPACTA TIPO "D(TYPICAL "D" TYPE PACKAGE BOILER)

VISTA SUPERIOR DEL HOGAR(TOP VIEW OF FIRE BOX)

O5_û

QUEMADOR

CÁMARA COMÚNDEL AIRE

DE TIRO FORZADOTUBOS TANGENTES DE

PARED

FLUJO DEGASES DE

COMBUSTIÓN

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TUBOS DEPARED CON

ALETAS DE UNION

A LA CHIMENEASOPLADORES DE

HOLLÍNUOP 220-16-6

Limpieza Química Éste es un método para la limpieza de todas las partesDe Una Caldera internas de una caldera para remover aceite u otros depósitos

que puedan haberse acumulado durante la fabricación,mantenimiento u operación.

Existen varias combinaciones de compuestos químicos quepueden usarse para lograr una limpieza satisfactoria. Si seusan mezclas comerciales, se deben seguir las instruccionesdel fabricante.

Ejemplo: Una mezcla satisfactoria para la limpieza decalderas es

Sosa cáustica 36 KgCarbonato de sodio 36 KgFosfato trisódico 72 KgSulfito de sodio 3,6 Kg

Esta mezcla es suficiente para 15,5 m3 de agua. Mezcle losproductos químicos en agua caliente hasta que se disuelvan enel tambor de alimentación de productos químicos y entoncesbombéelos conjuntamente con el agua de alimentación altambor de vapor. Esto significa que los productos químicosdeben ser añadidos mientras la caldera se está llenando.

Para limpiar partes interiores que normalmente están en elespacio de vapor, desmóntelas cuando sea posible ycolóquelas en una canasta debajo del nivel normal del líquidoen el tambor de vapor. Se debe tener cuidado de que no seimpida la circulación normal del agua.

PROCEDIMIENTO:

1. Llene la caldera hasta el nivel normal usando la bombade agua de alimentación, introduciendo la solución química talcomo se sugirió anteriomente.

2. Asegúrese de que la caldera esté aislada del cabezal devapor y del cabezal de purga.

3. Abra el venteo en la parte alta del tambor de vapor,purgue el hogar, compruebe la ausencia de hidrocarburos;entonces encienda los quemadores.

4. Este procedimiento de limpieza puede combinarse conun secado del refractario si se quiere. Eleve las temperaturasdel hogar a aproximadamente 40°C/hora hasta que la presiónde vapor del tambor esté a 7 kg/cm2 por ejemplo, ventee elvapor si es necesario para mantener una presión estable.Encienda los quemadores evitando producir zonas decalentamiento excesivo. Se debe añadir agua de alimentación

16-15

a la caldera para mantener el nivel normal del tambor durantela operación de limpieza junto con productos químicos enproporción al agua agregada.

5. La caldera debe ser purgada cada cuatro horas y, si esposible, a través del sistema de purga continua hacia eldrenaje. Un análisis de la purga proporciona indicios de comova la limpieza.

6. La duración de la limpieza varía, pero se podría esperarque dure entre 24 y 48 horas.

7. Al concluir la limpieza se apagan los quemadores y secierra el suministro de combustible a la caldera. Se permiteque la caldera se enfríe y se depresiona. Cuando latemperatura está por debajo de los 60°C y la presión a O (cero),se drena la caldera y se abren los venteos totalmente. Sevuelve a llenar la caldera con agua tratada limpia y fresca hastaun nivel elevado y se vacía a través de las purgas y de losdrenajes del fondo. Lavar al menos dos veces. Después delavar, abra el drenaje y examine las partes internas. Si éstas noestán en buenas condiciones de limpieza, se requerirá otralimpieza química.

a) Si la limpieza es satisfactoria, reemplace todos losempaques que hayan estado expuestos a la solución delimpieza.

b) Remueva los visores de vidrio. Limpíelos ycompruebe que no haya obstrucciones en la tubería y luegovuelva a instalarlos.

c) Vuelva a instalar todos los accesorios internos quehubieran sido desmontados para su limpieza.

d) Después de que todas las partes hayan vuelto a serinstaladas y la caldera esté lista para funcionar, llénela conagua tratada hasta que el agua rebose por los venteos.Entonces aumente la presión hasta la presión de operaciónpara verificar todas las conexiones que pudieran haber sidoalteradas desde que se realizaron las pruebas hidrostáticas.

La caldera está ahora lista para funcionamiento normal. Si lacaldera no va a entrar en servicio se sugiere que se dejecompletamente llena, hasta que el agua rebose por losventeos, con agua dosificada con hidrazina (200 ppm) paraevitar o reducir la posibilidad de corrosión por oxigeno. Enalgunos casos se puede aplicar una presión positiva denitrógeno para eliminar el oxígeno.

16-16

CALDERA COMPACTA TIPO "D(TYPICAL "D" TYPE PACKAGE BOILER)

VISTA LATERAL DEL EXTREMO(END ELEVATION)

TAMBOR DEVAPOR

QUEMADORES

I I III ,r~iiI

_i

\_ IAMBUK

i DE LODOS

\ CONEXIÓNDE PURGA

UOP 220-1 6-7

16-17

Procedimiento De Éste depende de los requisitos legales locales, de laPrueba Según presión de trabajo y de diseño, y de quien esté autorizadoNormas Del Código para certificar y supervisar la prueba, pero el procedimiento es

similar a aquél utilizado para detectar fugas.

Procedimiento ParaDetectar Fugas

Control DelAgua De Calderas

Después de completar cualquier mantenimiento o reparaciónde los tubos, la caldera deber ser probada a 1-1/2 veces lapresión de diseño del tambor de vapor.

a) La salida de vapor, la entrada de agua y las purgasdeben haber sido tapadas para el mantenimiento. Debido a quela presión de la prueba es superior a la presión de alivio de lasválvulas de seguridad, éstas deben ser aisladas del sistema pormedio de tapas ciegas.

b) Cerrar todas las válvulas de drenaje — abrir todos losventeos del tambor de vapor.

c) Llenar la caldera con agua tratada o condensado si esposible; sino, usar agua limpia filtrada.

d) Llenar hasta que el agua rebose por los venteos, cerrarlos venteos y aplicar la presión hidrostática de prueba con unabomba de prueba.

e) Mantener la presión de prueba hasta que se verifique lahermeticidad de la caldera.

f) Al concluir, depresionar, abrir los venteos y drenar.

g) Cerrar todos los venteos y drenajes.

h) Si la caldera va a entrar en servicio, remover todas lastapas ciegas de las válvulas de alivio, entrada de agua, salidade vapor y purgas.

Es esencial para la operación uniforme y eficiente de lacaldera que el agua sea analizada a intervalos regulares y queesté conforme con ciertas especificaiones o límites deimpurezas. Note que'algunos de estos límites tabulados varíancon la presión de operación de la caldera.

16-18

CONTROL DEL AGUA DE CALDERAS(BOILER WATER CONTROL)

PRESIÓNDÉLA

CALDERA,PSIG

0-300

300-450

450-600

SOL/DOSDISUELTOS

TOTALES pH

3.500 10 min/ppm max 11 max

3.000 ppm 10/11

2.500 ppm 10/11

SÍLICE FOSFATOS

125 20-40ppm max ppm max

90 ppm 20-40ppm

50 ppm 20-40ppm

/VÍVELESDESEABLES

DE SULFITO EHIDRAZINA

20 ppm/1 ppm

20/1

20/1

UOP 220-1 6-8

Estos límites son para agua extraída del tambor de la caldera.

El límite inferior del pH es para:

1. Minimizar la corrosión acida.

2. Favorecer la precipitación del calcio como fosfato decalcio en presencia de acondicionadores de lodos.

3. Favorecer la precipitación de metales tales como hierroo cobre.

4. Minimizar el arrastre de sílice en las calderas de altapresión.

El límite superior del pH es para minimizar la posibilidad deque se debilite el metal en el tambor de vapor o en los tubosde la caldera.

16-19


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DESTILACIÓN

PETRÓLEO


17-1

DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO(PETROLEUM DISTILLATION)

La Idea BásicaDe La Destilación

Variables DeDestilación

Es un hecho que una mezcla de líquidos puede ser calentaday hervida, y que los primeros vapores de la mezcla tendrán unacomposición diferente de la composición de la mezcla en ellíquido. Por ejemplo, una mezcla de alcohol y agua, cuandohierva producirá un vapor que será más rico en alcohol.

La destilación es el proceso que se basa en elenriquecimiento de las fases que ocurre durante la ebullicióncon el objeto de separar mezclas. El término fraccionamientose usa a veces para describir el proceso de destilación. Ladestilación depende del hecho de que las substancias tienendiferentes puntos de ebullición. Si dos substancias tienen elmismo punto de ebullición, entonces la destilación no podráser usada para separarlos.

El agua hierve a 100°C, 212°F, y a una atmósfera absoluta,14,7 psig ó 1,033 kg/cm2. Si la presión es diferente, el punto deebullición será diferente. En la ebullición, la temperatura y lapresión están relacionadas entre sí por medio de una funciónconocida; no son independientes la una de la otra. Si tratamosde hervir agua en la cima de una montaña, el agua hervirá auna temperatura menor que la que herviría al nivel del mar. Loslíquidos tienen puntos de ebullición definidos si se conoce lapresión. Debido a que la destilación es un proceso deebullición es de esperarse que la presión y la temperatura dedestilación no serán variables independientes.

El punto de ebullición de la mezcla depende de lacomposición de la misma. Si un material hierve a 200°C y otroa 300°C, una mezcla de los dos a partes iguales hervirá a algúnvalor intermedio, tal vez a 250°C, pero no necesariamente (enrealidad, en algunos sistemas esta temperatura podría serinferior a 200°C ó superior a 300°C). En el caso de una mezclasi se conoce la presión y la composición, entonces el punto deebullición es fijo. Mirándolo de otra manera, una mezcla líquidacon un punto de ebullición a 300°C y a una presión de 10kg/cm2 deberá tener una cierta composición que se podrácalcular si se trata de mezclas simples, tales como en el casode sistemas de dos componentes como pentano normal-hexano normal, por ejemplo. Para mezclas más complejas,puede decirse solamente que la composición estará dentro deun cierto margen (puede calcularse con bastante exactitud pormedio de procedimientos más complicados).

Los otras variables de importancia en el proceso dedestilación son los caudales y el nivel de líquido. Las medidasdel nivel indican la cantidad de líquido disponible en los

17-3

Como TrabajanLas ColumnasDe Destilación

acumuladores y en los fondos de las torres de destilación, locual es importante para proteger las bombas y operaradecuadamente los hervidores. Los caudales indican lacantidad de carga que está siendo procesada y la cantidad deproducto producido. Se utilizan controles automáticos paraajustar los flujos y los niveles de tal manera que la operaciónde las torres sea estable.

Una columna de destilación es una torre metálicadiseñada para sacar ventaja del enriquecimiento queocurre durante la ebullición de mezclas líquidas. El objeto deldiseño es el de efectuar la separación de la mezcla dealimentación que entra continuamente a la columna al mismotiempo que se extraen continuamente los productos. Laoperación continua constituye el método más económico paraefectuar estas separaciones a escala industrial. La torre operacon calentamiento en el fondo y enfriamiento en cabeza. Deesta manera podemos esperar que la parte alta de la torreestará más fría que el fondo. Es decir, las mezclas de cabezaestarán más frías que las del fondo y, como estamos siemprehablando de temperatura de ebullición, la temperatura deebullición de la mezcla de cabeza será más baja que el puntode ebullición de la mezcla en el fondo.

Dentro de la columna de destilación hay una serie de platosplanos horizontales. Éstos están dispuestos de manera que semantenga un nivel de líquido y que los vapores ascendentesfluyan a través del líquido en forma de burbujas. Por ejemplo,un plato perforado tiene pequeños huecos a través de loscuales burbujean los vapores. Otra clase de platos es elllamado de campanas, en los cuales van montados campanas uotros dispositivos metálicos ranurados de tal modo que losvapores ascendentes fluyan a través de las ranuras y burbujeenen el líquido del plato. Los platos se colocan con unaseparación de 12" a 24" de manera que una columna de 50platos puede tener de 50 a 100 pies de altura.

Los platos de destilación tienen también bajantes(downcomers). Cuando el nivel del líquido en un plato excedecierta altura, el líquido rebosa por encima de un vertedero ydesciende al plato inferior a través de una bajante. La bajantepuede ser un tubo circular o puede ser el espacio entre lapared de la columna y una placa plana vertical adosada a unlado del plato horizontal. En cualquier caso el borde del topede esta placa vertical forma un vertedero. La altura delvertedero fija la altura del líquido en el plato. Todo esto secomprende mejor mirando al diagrama de un plato típico. Lacolumna de destilación tiene muchos platos. Los vapores queburbujean a través del líquido del plato provienen de laebullición del plato inmediatamente inferior. Se puede pensarque todo este vapor se condensa, ya que el líquido en un plato

17-4

Pensando En LaDestilaciónDel Petróleo

es más frío que el vapor procedente del plato inferior;entonces, el calor de esta etapa de condensación ocasionaalguna vaporización y este vapor sube al plato inmediatamentesuperior. Puesto que cada plato produce un enriquecimientopor ebullición, este enriquecimiento se hace en formacontinua.

La idea global de la operación de una columna es que laoperación debe ser balanceada. La suma de los caudales delos productos debe ser igual al caudal (o caudales) de laalimentación. También el caudal del calor removido debe serigual al caudal del calor introducido. La presión tiene que serconstante, de manera que las medidas de temperatura puedanser usadas para estimar las composiciones. Se mantiene lapresión por medio del balance de vapor producido con el vaporremovido por condensación, lo cual constituye realmente elbalance del calor introducido y del calor removido.

Finalmente, pero de igual importancia, es que los productostengan la composición deseada. Con la presión constante, lacomposición es función de la temperatura y viene dada porésta. Entonces, el objeto es el de conseguir una temperaturadada en el fondo o en cabeza de la torre. Lo que al finaldetermina la separación es el flujo de vapores y líquidos quesuben y bajan en la columna. Caudales internos elevados(hasta cierto punto) producen una separación mejor En lapráctica, este fenómeno se reduce a regular lo que se llama elreflujo o la relación de reflujo. La cantidad de líquido queretorna al plato de cabeza normalmente se expresa como unarazón, ya sea con la carga o con el producto de cabeza. Poresta razón, es común el uso de un control automático paravariar los caudales de reflujo y mantener constante latemperatura de cabeza.

El petróleo es una mezcla de materiales muy compleja.El aceite crudo puede contener miles de substanciasdiferentes con una gran cantidad de algunas de ellas y muypoco de otras, pero miles de variedades en cada caso. Elpetróleo puede ser procesado a través de reactores paraproducir las variedades de productos deseables, tales como elaceite combustible y la gasolina. Cada substancia en elpetróleo reacciona de manera distinta, y cada substanciapuede producir productos diferentes, de manera que losreactores utilizados producen mezclas muy complejas. Porestas razones los procesos de separación son muy importantesen las refinerías y la destilación es sin duda alguna el procesode separación más importante. Un buen conocimiento de ladestilación es extremadamente importante para el operario deuna refinería.

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DIAGRAMA DE UN PLATO TÍPICO(DIAGRAM OF A TYPICAL TRAY)

CAMINO DELLIQUIDO

CAMPANA DEBURBUJEO

im rriVCAMINO DEL

VAPOR

PARED DE LACOLUMNA

UOP 220-17-1

17-6


OPeiMTOIK

TANQUES

ALMACENAMIENTO


18-1

TANQUES DE ALMACENAMIENTO(STORAGE TANKS)

Tanques DeAlmacenamiento

Tanques DeTecho Cónico

En una refinería se requieren varias instalaciones parael almacenamiento de hicrocarburos tales como: petróleocrudo, productos intermedios y productos terminados comoLPG, gasolina y diesel. Las propiedades físicas de loshidrocarburos varían desde las de un asfalto pesado y viscoso,el cual debe ser almacenado a alta temperatura paramantenerlo fluido, hasta las de los gases ligeros de petróleoque tienen que ser almacenados a bajas temperaturas o altaspresiones para tenerlos en forma líquida. Esta gran variaciónen las propiedades significa que un solo tipo de tanque no esapropiado para todos los productos.

Debido a que el almacenamiento de los hidrocarburos es porsu naturaleza peligroso, se construyen los tanques bajo unconjunto de normas similares a aquéllas que se emplean en lasunidades de proceso. Los tanques se calibran y se usan paradeterminar la capacidad de las varias unidades de proceso.Además, el contenido de los tanques determina la capacidadde ventas y los impuestos a ser pagados por el refinador.

Debido al peligro ocasionado por la presencia de vapores dehidrocarburos y a posibles chispas eléctricas, todos lostanques están conectados a tierra. Para mayor seguridad seentierra una rejilla especial y todas las conexiones a tierraestán soldadas a esta rejilla. Esto suministra un caminometálico continuo para que la electricidad generada en laatmósfera llegue a tierra. Otra fuente de peligro es laelectricidad estática. Durante las operaciones de bombeo odebido a agitación se genera electricidad estática. La conexióna tierra permite que la carga estática pase a tierra.

Los tanques de techo cónico son los recipientesmás usados para almacenamiento de los productos delpetróleo. Son los más baratos y los de diseño más simple. Unagran desventaja de los tanques de techo cónico es la pérdidacontinua de vapor por los venteos del tanque debido a lo quese denomina respiración del tanque.

Los tanques de techo cónico operan en un margen depresión desde 1-1/2" de presión de agua a 1-1/2" de vacío deagua. Conforme un tanque se llena el vapor sobre el líquidodebe ser desplazado a la atmósfera, o condensado en unsistema de recolección de vapores.

El vapor descargado a la atmósfera puede formar una mezclaexplosiva alrededor del tanque. La cantidad de hidrocarburodescargado en el aire saturado puede ser apreciable según sea

18-3

la presión de vapor del material en el tanque y la temperaturaambiental. De forma similar, cuando se está vaciando eltanque, entra aire por el venteo, ocasionando una evaporaciónposterior y formando una mezcla explosiva.

La respiración de un tanque de techo cónico también seproduce por las variaciones de la temperatura ambiente de lanoche al día, lo cual ocasiona también una apreciable pérdidade vapor.

TANQUE DE TECHO CÓNICO(CONE ROOF TANK)

VENTEOPARA PRESIÓN

O VACIO

TERMÓMETRO

ESCOTILLA PARA MEDIDA

CÁMARA DEESPUMA

LINEA DE ESPUMA

CONEXIÓN AL SISTEMA DEESPUMA FUERA DEL DIQUE

MEZCLADORLINEA DE ENTRADA

<T^J/

uF^DRENAJE DE AGUADECANTADA

UOP 220-18-1

18-4

Venteos

SofocadorDel Venteo

EscotillaDe Medida

Entrada DeServicio

MezcladoresDe Tanques

ACCESORIOS DE LOS TANQUESDE TECHO CÓNICO

(CONE ROOF TANK FITTINGS)

a) Venteo de cuello de ganso o venteo de tipo abierto —

Está diseñado para permitir los máximos flujos de bombeo yde circulación de vapor y de aire. El venteo posee una mallapara evitar la entrada de pájaros o insectos. Este tipo de venteoes para materiales de baja presión de vapor deaproximadamente 150°F como mínimo en flash de copa abierta.

b) Venteo de conservación. Válvula de venteo para presión yvacío —

Se usa con materiales con flash de copa abierta de menosde 150°F. Esta válvula se calibra para abrir bajo presión o vacíode 1,5 pulgadas de agua. También posee una malla para evitarel ingreso de pájaros o insectos.

Está fijado al venteo de tipo abierto y se opera con uncable. Debido a que el venteo puede inflamarse, el sofocadorpuede ser cerrado desde el nivel del suelo a fin de extinguircualquier fuego.

Se localiza en el techo del tanque y se emplea para observaro medir el contenido del tanque. Cada escotilla de inmersióntiene marcado un punto de referencia (ver ilustración); bajoéste y sobre el fondo del tanque hay un plato situado de talmanera que la distancia desde el punto de referencia al fondodel tanque permanezca constante durante toda la vida deltanque.

Normalmente hay una entrada de hombre en el techodel tanque y al menos una en el costado del mismo. Algunostanques tienen tres entradas de hombre laterales.

Los mezcladores de tanques se colocan tanto en lostanques de techo cónico como en los de techo flotante. Sonnormalmente mezcladores de tipo impulsor o hélice, ubicadosa tres pies de la base del tanque y estratégicamente situadosalrededor de la pared del tanque. Los mezcladores estánaccionados por un motor externo y se usan para evitar laestratificación del líquido en el tanque. También pueden serusados para la mezcla de componentes.

Otro mezclador que se usan en tanques es el mezclador dechorro, el cual es una corriente del líquido contenido en eltanque bombeado a través de una bomba de circulación y queentra en forma de chorro a alta velocidad a través de unaboquilla inclinada con respecto a la pared del tanque.

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Brazo Oscilante Algunos tanques de techo cónico tienen acoplado a su líneade succión un brazo oscilante. Éste es un tramo de tubería quese extiende desde el centro del tanque hasta la válvula desucción. El extremo del tubo en el centro del tanque cuelga deun alambre, el cual corre a través del techo, sobre una polea yva a una manivela a nivel del piso. Elevando o bajando el brazooscilante es posible tomar la succión a varios niveles deltanque. Cuando se usan bombas centrífugas no se debepermitir que el brazo oscilante se vacíe.

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VENTEO DE CUELLODE GANSO O VENTEO ABIERTO

(GOOSENECK VENT)

SOFOCADOR(VÁLVULA DE CIERRE)

BRIDA DELTANQUE

UOP 220-18-2

VENTEO DE CONSERVACIÓN(CONSERVATION VENT)

ASIENTOS DE METALMETAL

MALLA DE ALAMBRE

VÁLVULA DE VENTEODE VACIO

VÁLVULA DE VENTEODE PRESIÓN

BRIDA DEL TANQUE UOP 220-18-3

18-7

Lineas De EspumaY CámarasDe Espuma

RetenedoresDe Llamas

Indicadores DeTemperatura

MedidoresAutomáticosDe Nivel

CalentadoresDe Tanques

Sello De GasEn Los TanquesDe Techo Cónico

Drenaje De Agua

Las líneas y las cámaras de espuma se instalan enlos tanques de techo cónico que contienen hidrocarburoscon un punto de flash de menos de 150°F. Se componen de untubo acoplado verticalmente a la pared del tanque con unaentrada justo bajo el techo y el otro extremo fuera del diquedel tanque. En el extremo de la linea, justo antes del tanque,hay una cámara de mezclado. El tanque está separado de lalinea de espuma por medio de un diafragma de vidrio, plomo oalgún otro material débil el cual se rompe cuando se aplica lapresión de la espuma.

Algunos venteos tienen acoplados retenedores de llamaspara evitar la entrada de llamas dentro del tanque a través delventeo. Los retenedores de llamas consisten en una celdahecha de placas acanaladas o de una celda de mallas dealambre.

Los indicadores de temperatura se colocan tanto enlos tanques de techo cónico como en los de techo flotante.Generalmente miden la temperatura del contenido del tanque atres pies de la base del tanque y a dos pies y seis pulgadas dela pared del tanque.

Estos se adaptan tanto a los tanques de techo cónico comoa los de techo flotante y miden el nivel del liquido en eltanque.

Estos se incorporan tanto a los tanques de techocónico como de techo flotante cuyo contenido requieracalentamiento constante para conservarse fluido. Pueden serserpentines, tendidos en el fondo del tanque, o unintercambiador de calor en la línea de succión. El medio decalefacción puede ser vapor o aceite caliente. A veces seemplean calentadores de fuego directo (hornos).

Para impedir el contacto de ciertos productos con eloxígeno del aire, algunos tanques están provistos deuna purga de nitrógeno o de algún otro gas dulce de refinería.Esto puede afectar el producto almacenado debido a laabsorción de gas.

Los tanques de techo cónico y de techo flotante seconstruyen normalmente con una fosa de desagüe, de talmanera que el agua acumulada en el producto se decante ypueda ser drenada hacia afuera. La línea de drenaje de agua vade la pared del tanque a la fosa con la apertura de succiónmirando hacia abajo. Abriendo la válvula en la línea de drenaje,el agua sale de la fosa debido a la presión del producto en eltanque.

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Diafragma De Los Si se almacena gasolina en tanques de techo cónico,Vapores De Cabeza es común el conectar los venteos de varios de estos tanques a

un tanque de diafragma. Cuando la temperatura aumenta losvapores se acumulan bajo el diafragma expandido y, cuando latemperatura se reduce, el diafragma retorna el vapor al tanquesin pérdidas de productos. Lo mismo ocurre en operaciones dellenado y vaciado de tanques.

CÁMARA MEZCLADORA DEESPUMA

(FOAM MIXING CHAMBER)

BRIDA DEL TANQUE

CÁMARA MEZCLADORA

VTTJJ—irV

DIAFRAGMA

RETENEDOR DE LLAMAS(FLAME ARRESTER)

BRIDA DEL TANQUE UOP 220-18-4

18-9

TANQUES DE TECHO FLOTANTE(FLOATING ROOF TANKS)

Techos FlotantesDe Pontón

Techos FlotantesDe DobleCubierta

Vigas De RefuerzoContra El Viento

SoportesDel Techo

En este tipo de tanque el techo descansa sobre la superficiedel líquido y sube y baja con el nivel del líquido. Esto reducelas pérdidas por evaporación y también la posibilidad deacumulación de vapores explosivos.

Hay dos tipos de construcción del techo: el de tipo depontón y el de doble cubierta.

Los techos flotantes de pontón tienen pontones anularesen el borde y una cubierta simple en el centro.

La superficie superior del pontón está inclinada hacia abajoy hacia el centro para drenaje, mientras que la superficieinferior está inclinada hacia arriba y hacia el centro del techopara atrapar vapores.

La relación del tamaño del área del pontón al área totaldepende del tamaño del tanque y de los requerimientos deflotación. Además de proporcionar flotación, la cámara de airedel pontón proporciona aislamiento. La cubierta de espesorsimple puede expansionarse para la acumulación de losvapores que puedan formarse. Los vapores atrapados bajo elcentro de la cubierta forman una capa aislante hasta que secondensen.

Los techos de pontón están diseñados para poder flotar auncuando el centro y dos compartimientos estén perforados.

Los techos flotantes de doble cubierta tienen doscubiertas completas sobre la superficie del líquido. Lacubierta superior se inclina hacia abajo y hacia el centro paraproporcionar un drenaje positivo. El espacio de aire entre lasdos cubiertas proporciona un buen aislamiento sobre toda lasuperficie del liquido. Se diseña de tal manera que pueda flotaraun con dos pontones inundados.

Debido a que los tanques de techo flotante songeneralmente tanques abiertos, la parte superior de la pareddel tanque tiene que ser reforzada con una viga contra el vientopara el caso de que pueda haber vendavales muy intensos. Eltamaño de esta viga de refuerzo depende del tamaño deltanque. En algunos casos, se la emplea como un corredor.

Los techos flotantes están provistos de soportes opiernas para impedir que en su posición baja en un tanque casivacío el techo pueda obturar las entradas y salidas del tanqueo pueda dañar cualquier intercambiador de calor u otro equipoque pudiera haber en el tanque.

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Los soportes del techo están construidos de tubo y tienendos posiciones, una posición inferior a unos 2' 6" sobre elfondo del tanque y una posición a 6' para cuando se requieraentrar en el tanque para limpieza. Existe el suficiente númerode soportes para distribuir adecuadamente el peso del techo.

Drenajes Del Sirven para remover el agua que se deposite sobre elTecho techo. Los tipos más comúnmente usados son:

a) Drenaje de manguera flexible

b) Drenaje de tubo articulado

En cada caso el tubo o la manguera va desde un pozo o fosaen el techo a través del liquido contenido en el tanque y salepor medio de una válvula de desagüe situada en la parteexterior de la pared del tanque. En ambos casos, la manguera yel tubo deben ser drenados para impedir la congelación delagua en épocas frías. Existe una válvula de retención en elextremo del drenaje que da al techo con el objeto de evitarque, debido a fugas en el tubo o en la manguera, el productoinunde el techo.

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TANOUE DE TECHO FLOTANTE(FLOATING ROOF TANK)

SELLO

DRENAJEDEL TECHO

DRENAJEDEL AGUA

ESCOTILLADE MEDIDA

VENTEO

ESCALERADEL TECHO

DIQUE DERETENCIÓNDE ESPUMAVÁLVULA

DERETENCIÓN

PLATAFORMASUPERIOR

TIPOS DE TECHOS

PONTÓN

DOBLE CUBIERTA

VIGAS DE REFUERZOCONTRA EL VIENTO

DETALLES DE LOS ACCESORIOS DEL TECHOVENTEO DE LA CORONA

BOCA DEHOMBRE DE

LA CUBIERTA

SOPORTEDEL TECHO

VENTEO AUTOMÁTICODE PURGA

A

UOP 220-18-5

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Escaleras DeAcceso Al Techo

Venteos de PurgaAutomática

Venteos DeLa Corona

Sellos Del Techo

Proporcionan un acceso seguro desde el borde superiordel tanque a la cubierta del techo flotante. La escalera estásuspendida del borde y soportada sobre ruedas, las cualescorren sobre rieles apropiados en la cubierta del techo.

Están acoplados a las cubiertas de techo flotantepara ventear el aire retenido bajo el techo flotante durante elllenado inicial del tanque. Después de que el líquido se haelevado lo suficiente como para hacer flotar el techo, el venteose cierra automáticamente. Cuando se vacía el tanque elventeo se abre automáticamente justo antes de que el techo seasiente sobre sus soportes, para impedir la formación de vacio.

Algunas veces se proporcionan venteos en la coronapara desalojar cualquier vapor que pudiera acumularse en elespacio de la corona.

El espacio entre la corona rígida del techo flotante y la pareddel tanque se cierra por medio de un sello. El sello consiste enun anillo de metal, el fondo del cual permanece bajo lasuperficie del líquido.

Para cerrar el espacio entre el anillo sellante y el borde deltecho flotante se emplea un tejido continuo revestido decaucho sintético a prueba de la intemperie y hermético a losvapores. El anillo sellante se mantiene en posición contra lapared del tanque por medio de unas barras de suspensión tipopantógrafo. Las barras de suspensión tipo pantógrafo tambiénmantienen el techo centrado dentro del tanque.

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DE LOS SELLOS DEL TECHO(DETAILS OF ROOF SEALS)

ANILLO SELLANTE

PARED DEL TANQUE

SELLO CONTINUO FLEXIBLE

BARRAS DE SUSPENSIÓN /TIPO PANTÓGRAFO *

CUBIERTAINFERIOR

7

CONTRAPESO

UOP 220-18-6

18-15

Recipientes DeAlmacenamientoA Presión

El almacenamiento de la mayoría de los productosvolátiles tales como butano, propano, etc., se hace enesferas. La temperatura ambiente en el lugar de emplazamientode las esferas detemina la presión de almacenamiento o, si serequiere refrigeración, la temperatura de almacenamiento fija lapresión de vapor del líquido, y la esfera se diseña de talmanera que, a la temperatura más alta encontrada enoperaciones normales, la presión de vapor no abra la válvula dealivio. Cada recipiente posee una válvula de alivio, un sistemaautomático de medida del volumen contenido, un indicador detemperatura y un sistema de muestreo por medio de una líneade toma de muestras. Para enfriar el exterior de la esfera, seacondiciona un riego de aspersión con agua fría.

(SPHERE)

VÁLVULAS DE SEGURIDAD BOQUILLA DE ASPERSIÓN

INDICADORDE PRESIÓN

ESFERA

PUNTODE MUESTREO

AGUA FRÍA

SOPORTE

TERMÓMETRODRENAJE DE AGUA UOP 220-18-7

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Diques De Se emplean diques en los tanques, algunas vecesLos Tanques llamados muros contra incendios, para evitar que el líquido

contenido en los tanques se desparrame en caso de una falla orotura de la pared del tanque o por rebose.

Es una práctica normal colocar diques alrededor de cadatanque individual o de cada grupo de tanques. Los diquespueden estar construidos de tierra, hormigón o acero.

Los drenajes que conectan el área de diques con lossumideros del alcantarillado o con el sistema de aguas derefinería se operan desde fuera del dique, debido a laposibilidad de poder recuperar el aceite derramado dentro delárea del dique. El tamaño del dique debería ser:

— Petróleo crudo 100% del volumen del tanque

— Gases de petróleo:Propano 25% del volumen del tanquePentano 50% del volumen del tanque

— Otros productos de petróleo:

Deben ser al menos igual al 100% del tanque másgrande más el 10% de los tanques restantes dentro del dique.

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EQUIPO DE MEDICIÓN(MEASURING EQUIPMENT)

Cinta DeMedición (CintaDe Inmersión)

Plomada O PesoDe Inmersión

La medición se lleva a cabo por medio de una cinta deacero graduada con un peso en su extremo. Las cintasse suministran en varias longitudes y la selección por tantodepende de la altura del tanque. Las cintas de medición sediseñan sin las seis primeras pulgadas para permitiracoplamientos. Las cintas sólo deben usarse si son rectas ysin dobleces y deben mantenerse siempre limpias cuando nose usan.

El peso se acopla al anzuelo en el extremo de la cintapara tensar la cinta y llevarla a través del producto.

(Peso De Medición) Se confeccionan de bronce y son de altura calibrada. Unaversión de tamaño grande se emplea para penetrar aceitespesados.

Varilla MedidoraDe Agua (VarillaPara DetectarAgua)

Varilla ParaMedida DelEspacio Libre

Pasta DetectoraDe Agua

Pasta DetectoraDe Aceite

Termómetro

Esta varilla se ata a la cinta de medición y seusa conjuntamente con una pasta detectora de aguapara localizar depósitos de agua en el fondo de un tanquede producto. Cuando se trata de productos ligeros se puedeemplear papel de tornasol que se fija a la varilla por medio declips.

Esta es una barra con una escala graduada con el cero ala mitad de la varilla y con graduaciones en ambasdirecciones. Esto facilita la medida del espacio libre tal comose explica en detalle más adelante.

Con esta pasta se recubren las barras y los pesosde inmersión para determinar el nivel del agua. La pastacambia de color en contacto con el agua; una de las pastasmás comúnmente usadas cambia de un azul obscuro a un azulclaro.

Se recubre con pasta la zona de la cinta de medida dondese espera que se encuentre el nivel del aceite. La pasta sedisuelve en contacto con el líquido dejando una marcaclaramente definida.

El termómetro de taza se usa para determinar la temperaturade los productos que no están a presión. Consiste en unapieza de madera en cuyo extremo inferior se encuentra unapequeña taza, la cual se llena de líquido cuando la pieza demadera se sumerge. El termómetro se sujeta de tal manteraque su bulbo quede dentro de la taza.

La pieza de madera se iza rápidamente a la superficie con loque se obtiene una temperatura exacta en virtud de que la taza

18-19

mantiene el producto en contacto con el bulbo del termómetromientras que la temperatura se mantiene constante durante elcorto tiempo necesario para izar el termómetro.

Los termómetros son instrumentos de precisión que debenser:

— Manejados con cuidado

— Limpiados después de su uso

— Sujetos a calibraciones periódicas

— Inspeccionados para ver si existe separación del mercuriou otros daños.

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EQUIPO DE MEDICIÓN(MEASURING EQUIPMENT)

CINTA DE MEDICIÓN CONPESO DE INMERSIÓN

PLOMADAO PESO DEINMERSIÓN

(

VAPARA

DEL

i i

RILLAMEDIDAAGUA

TERMDE

í10T

\

1MA,

ETROZA

VARILLA PARAMEDIDA DEL

ESPACIO VACIO

PUNTOS DE REFERENCIA PARA MEDIDA(VARIOUS GAUGING MARKS)

PUNTO DE REFERENCIA PUNTO DEREFERENCIA

PUNTO DEREFERENCIA

UOP 220-18-8

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TERMINOLOGÍA(TERMS)

Nivel

Espacio Libre

Medición Inicial

Medición Final

Punto DeReferencia

Distancia DeReferencia

Placa DeReferencia

Sedimentos DeFondo Y Agua(B.S. & W.)

La distancia desde el fondo del tanque a la superficie delaceite. Ésta es una medida del contenido del tanque.

Es la distancia desde la superficie del aceite a un punto dereferencia marcado en la parte alta del tanque. Ésta es unamedida del espacio libre del tanque y, substrayéndola de laaltura de referencia del tanque, se puede determinar elvolumen de producto contenido en el tanque.

Es la medida de nivel efectuada en el tanque antes de larecepción o de la entrega de un producto.

Es la medida de nivel efectuada en el tanque después de larecepción o de la entrega de un producto.

Es un punto o marca de referencia en la escotilla demedición desde la cual se deben efectuar todas lasmediciones.

Es la distancia desde el punto de referencia hasta el fondodel tanque.

Se coloca un placa horizotal de metal en el fondo deltanque para disponer de una superficie lisa sobre la cual puedadescansar el peso de inmersión. Se usa más comúnmente entambores y en esferas.

Es el sedimento de fondo y agua que se acumula en losfondos de los tanques de almacenamiento.

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MARCAS DE REFERENCIA(REFERENCE MARKS)

ESCOTILLADE MEDIDA

DISTANCIA DEREFERENCIA

NIVEL DEL LIQUIDO LIQUIDO

V PLACA DE REFERENCIA UOP 220-18-9

ProcedimientosDe Medida

1. MÉTODO DE INMERSIÓN — Usar una cinta demedición y un contrapeso normalizados. Abrir la escotilla demedición y localizar la marca de referencia. Introducir elcontrapeso y la cinta a través de la escotilla abiertamanteniendo la cinta en contacto con un costado de laescotilla hasta que el contrapeso justo toque el fondo deltanque (o el plato de referencia). Mantener la cinta vertical enla marca de referencia y no arqueada porque esto daría unalectura falsa. Comprobar que la lectura de la cinta coincida conla distancia de referencia. Si no, la cinta está obstruida. Izar lacinta y leer el nivel. Repetir hasta que se obtengan medidasidénticas.

NOTAS:

a) Se debe tener cuidado cuando se efectúan medidas deinmersión en los tanques de techo flotante, en observar que eltecho flote libremente, ya que un techo parcial o totalmentesumergido, atascado o soportado en el fondo afectará lainterpretación de las medidas de nivel.

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EquipoDe MediciónAutomático

b) El ingreso de aire puede afectar el volumen ocupadopor un líquido, de ahí que, después de mover un producto, sedebe permitir un período de asentamiento antes de efectuaruna medición.

2. MÉTODO DEL ESPACIO LIBRE — Usar una cinta demedida y una barra de medición del espacio libre normalizadas.

Abrir la escotilla de medición y localizar la marca dereferencia. Introducir la barra y la cinta a través de la escotillahasta que la barra justo toque la superficie del líquido. Moverla cinta hacia abajo lentamente hasta que la próxima marca degraduación esté exactamente en la marca de referencia.Mantener la cinta vertical en la marca de referencia y tomar lalectura.

Sacar la cinta y observar el nivel marcado sobre la barra. Elespacio libre final se obtiene sumando este incremento a lalectura observada en la escotilla. Si por cualquier razón labarra ha sido introducida más allá de la marca central de cero,todavía se puede obtener el espacio libre restando elincremento marcado sobre la barra, pero es más fácil cometererrores cuando se lleva a cabo esta operación mentalmente.

En la actualidad la mayoría de los tanques de unarefinería están provistos de equipos automáticosde medición. Hay varios tipos, pero los más comunesconsisten en un flotador conectado al medidor por medio deun cable de acero inoxidable. La cinta y el mecanismo delcarrete se colocan en una caseta a prueba de la intemperiesituada en la base del tanque donde la cinta puede ser leídafácilmente. Sin embargo, siempre es necesario efectuar en untanque pruebas manuales de inmersión para comprobar elequipo automático.

18-25


YOUR K£f INGRY OPGIWTOIK

EQUIPOS VARIOS


19-1

ÁCIDO SULFHÍDRICO O SULFURODE HIDRÓGENO(HYDROGEN SULFIDE)

Precauciones DeSeguridad ConGases QueContenganAcido Sulfhídrico

El H2S es un gas extremadamente tóxico. Elenvenenamiento con este gas se produce por la aspiracióndel mismo, incluso a bajas concentraciones. Ocurren dosformas de envenenamiento: agudo y subagudo.

EnvenenamientoAgudo Con H2S

El envenenamiento agudo puede ser causado porrespiración de aire o gas que contenga 0,06 a 0,10 % de H2S (de0,10 a 0,15 gramos de H2S por 100 litros a condicionesnormales) durante un minuto. Mucho gas natural o de refineríacontiene más de 0,15 gramos por 100 litros.

El gas del separador en una unidad "Hydrobon" puedecontener hasta un 1% de H2S, mientras que el gas del stripperpuede contener hasta un 10% de H2S.

Nunca se deben respirar estos gases. Una respiraciónprofunda de un gas con alta concentración de H2S causará lapérdida del conocimiento y la muerte, particularmente si lavíctima se cae y permanece en la presencia de dicho gas.

En una ocasión un operario encontró la muerte cuandoestaba tratando de cerrar un escape en una válvula deseguridad en la cabeza de una columna de fraccionamiento degasolina, en la cual la concentración de gas sulfhídrico eraalta. La respiración de un poco de este gas le hizo perder elconocimiento y caerse. En otro caso, un operario que estabamidiendo el volumen contenido en un tanque de gasolina fueencontrado muerto junto al tanque.

En ambos casos el uso de una máscara protectora podríahaber salvado la vida de los dos hombres. En una ocasión unhombre que se encontraba de pie al lado de un tanque dealmacenamiento de gasolina natural aspiró gases del tanqueque le hicieron perder el conocimiento, cayéndose al suelo.Afortunadamente cayó fuera del dique que rodea al tanque y,después de un colapso corto, volvió en sí y se recuperó. Sieste hombre hubiera caído dentro de la pared habría respiradoaún más H2S pudiendo haber encontrado la muerte.

La operación de cualquier unidad que procese gases quecontengan H2S es perfectamente segura si se observan lasprecauciones ordinarias. Ningún trabajo debe ser realizado enla unidad donde exista peligro de aspirar H2S y el operarionunca debe entrar o permanecer en el área contaminada si nousa una máscara antigás para H2S.

19-3

Síntomas De UnEnvenamientoAgudo Por H2S

Primeros AuxiliosEn El TratamientoDe UnEnvenenamientoAgudo

Son los siguientes: Espasmos musculares,respiración irregular, pulso bajo, mal olor del aliento,náusea, pérdida del conocimiento y suspensión del ritmo de larespiración. Después de una recuperación aparente, unainflamación de los tejidos de los pulmones puede causarenfermedades graves o la muerte dentro de las 8 a 48 horassiguientes.

Llevar a la víctima en seguida hacia un ambiente deaire fresco. Si la respiración no se interrumpe, mantenga ala victima inmóvil en aire fresco. Recuéstelo en una camasi es posible. Consiga la atención de un médico y mantengaal paciente inmóvil y bajo observación por espacio de 48 horas.

En el caso de que la víctima permanezca inconsciente y conla respiración interrumpida, la resucitación debe comenzar enseguida. La falta de respiración, aunque sea solo por cortotiempo, puede resultar en una lesión permanente. Es de capitalimportancia que se disponga de un equipo resucitador en lasala de primeros auxilios, y también de varios resucitadoresportátiles situados en las áreas donde se trabaje con H2S.

Si no se dispone de un resucitador, deberá comenzarse conla respiración boca a boca. La rapidez en estos casos esesencial. El método a seguir es el siguiente:

1. Examine la boca de la víctima y vea si contienesubstancias extrañas. Si existe alguna mucosidad, alimentos,arena, tabaco, dientes flojos, etc., vuelva su cabeza hacia unlado y remueva todos estos objetos con los dedos o con losdedos envueltos en una tela.

2. Levante el cuello de la víctima y coloque una almohada,manta, etc., bajo sus hombros. Inclínele la cabeza hacia atrástan bajo como sea posible.

3. Tire de la mandíbula hacia adelante con el pulgarintroducido a un lado de la boca. Mantenga esta posición a finde tener abierto el sistema respitatorio.

4. Cierre las cavidades nasales con los dedos de su manolibre, respire hondo y ponga su boca sobre la boca de lavíctima y su pulgar, creando un sello hermético; o bien, cierrela boca de la víctima, respire profundamente y coloque su bocasobre la nariz de la víctima. Sople en la boca o nariz de lavíctima hasta que vea que su pecho se hincha. En el caso deun niño, dé aire a través de la boca y de la nariz, con el pulgarcolocado en la boca.

19-4

EnvenenamientoSubagudo ConH2S

Síntomas de UnEnvenamientoSubagudo

5. Retire su boca y escuche para ver que se produzcaespiración (salida de aire). Para adultos, llene los pulmones aun ritmo de aproximadamente 12 veces por minuto. Para niñosllene los pulmones 20 veces por minuto, usando aspiraciones yespiraciones moderadas.

6. Si los primeros intentos de llenar los pulmones con aireno dan resultado, vuelva a la víctima de lado y adminístrelevarios golpes entre los hombros con el fin de desalojarcualquier obstrucción.

7. AHORA REPITA EL PROCEDIMIENTO COMPLETO.

NOTA: Puede usarse un pañuelo sobre la boca o nariz dela víctima a fin de evitar el contacto directo. Esto no afecta elpaso del aire.

8. NO SE RINDA! Algunas víctimas han sido resucitadasdespués de más de 4 horas de respiración artificial.

Si otras personas están presentes envíe a alguien a buscarun médico. Los otros pueden frotar los brazos y piernas delpaciente y aplicar bolsas de agua caliente, mantas, o cualquierotro medio del que se disponga para mantener a la víctimaabrigada.

Después de que el paciente haya sido revivido, se le debemantener inmóvil, abrigado y bajo observación durante 48horas para detectar inmediatamente si se ha producido edemapulmonar.

En cualquier caso de envenenamiento agudo con H2S, el usode oxígeno que contenga 5% de anhídrido carbónico esrecomendable tanto si la respiración se haya interrumpido ono. Esta mezcla es un estimulante para reiniciar la respiración.

Respirando aire o gas conteniendo 0,01 a 0,06% de H2S(0,01 a 0,10 gramos por 100 litros) durante una hora y mediapuede causar envenenamiento sub-agudo o crónico.

Dolor de cabeza, inflamación de los ojos y garganta, náusea,mareo, indigestión, excesiva saliva, cansancio, etc. sonsíntomas que se presentan después de estar expuestocontinuamente a H2S en concentraciones bajas.

19-5

Traíam/enío De Mantenga al paciente en la obscuridad para minimizarUn Envenenamiento la posible inflamación de los ojos y consiga tratamientoSubagudo médico para la inflamación de los ojos y de la garganta.

Observe el posible desarrollo de un edema. Cuando sesospeche un envenenamiento subagudo, la atmósfera deberáser analizada regularmente a fin de detectar la presencia deH2S, empleando métodos tales como el olor, papel húmedo deacetato de plomo, o el método de Tutweiler para ladeterminación de H2S, y de esta forma asegurarse de que elH2S está ausente.

Prevención DelEnvenenamientoPor H2S

El mejor método para prevenir dicho envenenamiento es elde permanecer fuera de las áreas donde se sospeche quepueda haber H2S. Empleando el sentido del olfato no es unmedio infalible para determinar su presencia, pues a pesar deque este compuesto tiene un olor a huevos podridoscaracterístico y desagradable, usualmente paraliza los órganosolfatorios hasta el punto de que la víctima no se da cuenta deque lo está respirando. Esto sucede sobre todo cuando existenaltas concentraciones de gas.

Deben usarse máscaras de gas apropiadas para su uso en lapresencia de H2S en todos los trabajos donde los operariospuedan estar expuestos a este peligro. Tales máscaras debenser examinadas con frecuencia para asegurarse de su buenfuncionamiento. En cualquier trabajo que se realice dentro ofuera de equipo que contenga concentraciones apreciables deH2S, todos los operarios deberán usar estas máscaras ydeberán trabajar en parejas de tal manera que si el uno esvíctima de envenenamiento, el otro pueda socorrerle o pedirayuda.

Como se ha indicado anteriormente, la atmósfera en la cualse trabaja deberá ser analizada periódicamente para constatarque no haya concentraciones pequeñas que pudieran causarun envenenamiento subagudo.

RECUERDE: ¡EL QUE SU OLFATO NO SE LO INDIQUE NOQUIERE DECIR QUE NO HAYA H2S PRESENTE!

19-6

EYECTORES DE VAPOR(STEAM JET EJECTORS)

Principios DeSu Operación

PresiónDel Vapor

Presión DeDescarga

Carga

En la figura se muestra un eyector de dos etapas. Enun eyector el vapor es inyectado a alta velocidad a través deuna tobera especial, con lo que se transfiere suficiente energíapara la circulación de los gases desde el cabezal de succiónhasta el difusor en el cabezal de descarga de la primera etapa.La presión en el cabezal de descarga de la primera etapa es,por supuesto, más alta que la presión en el cabezal de succión;sin embargo, si la velocidad del vapor a través del difusor essuficientemente alta, el gas no puede regresar al cabezal desucción (no habrá inversión de flujo). Si un solo eyector no essuficiente para elevar la presión de los gases hasta la presiónatmosférica a la cual puedan ser venteados, el vapor secondensa y se usa un segundo eyector para succionar a losincondensabes y llevarlos a una presión más alta.

Las dimensiones de un eyector son sumamente críticas, detal modo que un eyector dado sólo puede operar dentro de unmargen limitado. Un cambio substancial de las condiciones desucción o de descarga probablemente requerirá un cambio enlas dimensiones de la tobera o del difusor o de ambos. Elefecto de los cambios en las condiciones de operación puederesumirse así:

Debe ser mantenida muy próxima a aquélla para la cualel equipo fue diseñado. Si la presión del vapor es excesivahabrá un caudal excesivo de vapor que puede ser incapaz depasar a través del difusor y puede darse el caso que el vaporfluya al cabezal de succión. Si la presión es demasiado baja seproducirá una pérdida drástica en la eficacia del eyector.

Debe tenerse en cuenta que si se usa vapor húmedo seproducirán fluctuaciones incontrolables en la operación deleyector y, además, se producirá erosión de la tobera y deldisfusor.

Si la presión de descarga sobrepasa la de diseñopuede producirse inversión de flujo. Un incremento en lapresión de descarga de un eyector que descarga a la atmósferasolo es posible si la descarga está obstruida. En unidades devarias etapas un incremento de la presión entre etapas debidoa temperaturas de condensación altas o al fallo de la segundao tercera etapa, afectará inmediatamente a la operación de laprimera etapa.

Una disminución de la carga (kgs/hr de gases al eyector)resultará en la obtención de un vacío algo más alto, pero si lacarga aumenta por encima de la de diseño, el vacío obtenidodisminuirá repentinamente.

19-7

Temperatura DeAgua DeRefrigeración

La temperatura a la cual se condensa el vapor enlos condensadores intermedios y finales, tendrárelativamente poco efecto en el vacío obtenido pero reducirásubstancialmente la carga a la cual el eyector deja defuncionar puesto que un incremento en la temperatura delcondensado aumenta la presión entre etapas.

OperaciónNormal

Con el fin de asegurar la flexibilidad en el sistema deeyectores de una unidad de vacío, generalmente se construyendos juegos en paralelo, cada uno con el mínimo número deetapas necesario para lograr un vacío satisfactorio. Losvapores de cabeza de una típica unidad de vacío que van a loseyectores contienen aire de fugas, vapor procedente de la torrede destilación atmosférica, hidrocarburos ligeros y compuestosde azufre y de nitrógeno generados por descomposicióntérmica en el horno, e hidrocarburos más ligeros que lagasolina que no hubieran sido eliminados de la alimentación.

El vapor y los hidrocarburos ligeros condensan en elcondensador intermedio, de tal manera que el caudal a travésde la primera etapa puede ser mucho mayor que el caudal através de la segunda etapa.

Si se producen gases debido a descomposición térmica enel horno, se sobrecargarán rápidamente los eyectores de lasegunda etapa.

Tanto los vapores condensables como no condensablesextraídos por los eyectores de una unidad típica de vacío sonsumamente hedientos de tal manera que el condensado debeser despojado (desorbido) y los no condensados deben serincinerados.

ARRANQUE: En el arranque de una unidad de vacíoes práctica corriente el purgar con vapor el calentador y la torrey luego hacer la prueba de presión de la torre con vapor a 50psig. Se supone que esto se ha hecho y que todas las válvulasde los eyectores están cerradas.

a) Cerrar el vapor a la torre.

b) Ventear vapor en cabeza de la torre hasta que la presiónsea aproximadamente de 0,2 kg/cm2; luego cerrarherméticamente el venteo de cabeza.

c) Abrir las válvulas de entrada y salida de uno de loseyectores de la segunda etapa.

d) Abrir las válvulas de entrada y salida de uno de loseyectores de la primera etapa.

19-8

e) Circular agua de refrigeración en amboscondensadores.

f) Pasar vapor por los eyectores de la primera y segundaetapas.

g) Comprobar que el vapor sea seco y regular la presióndel vapor a la indicada en la placa de registro del equipo. Tanpronto como aparezca el nivel en el condensador intermedioarranque la bomba del condensado y controle el nivel.

h) Dejar funcionar a los eyectores hasta que se obtengaun vacio constante aunque la presencia de agua en la torrepueda resultar en la obtención de un vacio inicial pobre(pequeño).

i) Cargar la unidad de vacío y proceder con lasoperaciones normales.

Adición De Los operarios deberán observar y averiguar queEyectores presión intermedia proporciona la operación más estable para

un determinado conjunto de eyectores. En la mayoría de lasunidades de 2 etapas, ésta es de aproximadamente 260-130 mmHg de vacío absoluto. Cuando el vacío de la torre disminuye oes demasiado sensible a las condiciones del proceso, se debeañadir otro eyector. Si la presión intermedia ha subido (el vacíoabsoluto medido en mm Hg ha aumentado) se debe añadir otrasegunda etapa. Si la presión intermedia no ha cambiado, perola presión de la torre ha subido, se debe añadir otra primeraetapa; este aumento puede requerir la adición de otra segundaetapa.

a) Abra la válvula de descarga del eyector

b) Abra el vapor de la tobera

c) Compruebe que la presión del vapor en la tobera estébien controlada.

d) Abra la válvula de succión del eyector.

A veces los eyectores son incapaces de conseguir un vacíoadecuado o funcionan erráticamente. Esto puede ser elresultado de un gran número de problemas, algunos de loscuales se indican a continuación, y que deberán ser verificadospara cada caso particular.

a) ENTRADA DE AIRE AL SISTEMA: Apriete las tuercas detodos los pernos de las bridas y escotillas en la torre de vacíoy en la línea de cabeza. Ajuste y lubrique todos losprensaestopas de las válvulas. Cierre herméticamente todaslas válvulas de venteo y de drenaje y apriete cualquier

19-9

conexión roscada. Vea que el líquido de lavado de losempaques de las bombas esté bien ajustado para manteneruna presión positiva en el empaque.

b) ENTRADA DE AIRE ENTRE ETAPAS: Este problemapuede ser detectado por un aumento de la presión entreetapas.

Ajuste todas las bridas, empaques de las bombas yconexiones roscadas. Compruebe que la trampa de condensadono esté atascada y permita que entre aire a la segunda etapa.

c) ESCAPE DETRÁS DE LA TOBERA: Ciertos tipos deeyectores pueden fácilmente dejar entrar aire o vapor a travésde una fuga en el punto donde la tobera se une al cuerpo.

d) PRESIÓN DEL VAPOR INCORRECTA: Compruebe losdatos en la placa de identificación del eyector y cambie el set-point del controlador.

e) VAPOR HÚMEDO: Se nota debido a que causa unfuncionamiento irregular. Compruebe que las trampas de vaporfuncionan como es debido.

f) TOBERAS Y DIFUSORES GASTADOS: Es el resultado deusar vapor húmedo.

g) FILTROS DE VAPOR OBSTRUIDOS O ATASCADOS:Generalmente existe un filtro principal delante del controladorde presión del vapor y otro filtro en la tobera de cada eyector.

h) TEMPERATURAS DEL CONDENSADO DEMASIADOALTAS: Puede ser el resultado de circular un caudal de aguade refrigeración insuficiente o de ensuciamiento del lado delos tubos o de la carcasa de los condensadores.

i) CONDENSADORES INUNDADOS: Es el resultado de unmal funcionamiento del controlador de nivel o de la trampa devapor del condensado, o del fallo de la bomba.

Si la bomba no mantiene succión, compruebe que no entreaire en el empaque.

j) INSTALACIÓN DEFECTUOSA: Defectos en la alineaciónapropiada de los empaques y detalles similares, los cuales sonnormalmente insignificantes, pueden atrapar bolsas decondensado o causar turbulencia que puede afectar elfuncionamiento del equipo de vacío. Si un juego de eyectoresha sido desmontado, cada tobera debe volver a ser montadacon el difusor correcto.

19-10

k) CONTRA-PRESION: Puede ser debida a depósitos enlos condensadores, a la obturación del retenedor de llama en elventeo, a una bolsa de condensado o a otras posiblesobstrucciones.

I) OPERACIÓN IMPOSIBLE: Tal como el tratar de obteneruna presión absoluta más baja que la presión de vapor delliquido en el sistema. Si el gas oil de vacio producido es muyligero puede ser imposible obtener un vacfo en la torre.

m) ALTO NIVEL DE FONDO EN LA TORRE: Si se permiteque el nivel de fondo de la torre suba, puede producirsecracking (descomposición) térmico debido al excesivo tiempode residencia a elevada temperatura.

n) ENTRADA DE VAPOR EN EL SISTEMA: Examine lasconexiones de vapor en la torre, calentador, intercambiadores,etc.

o) CRACKING EN EL HORNO: Ocurre a temperaturas muyelevadas y puede ser verificado realizando una prueba.Oliensis, o una determinación del número de Bromo en elgasoil de vacío ligero.

Cuando es difícil localizar una fuga, se puede instalar unmedidor especial para medir los incondensables que seventeen y muestras de éstos pueden ser analizadas en ellaboratorio.

19-11

CORTE DE UN EYECTORDE VAPOR

(CUT-AWAY VIEW OF STEAM JET EJECTOR)

TAPÓN PARAINSPECCIÓN

DE LA BOQUILLA

FILTRO DE VAPOR \ ^ ¡ ¡ ims ENTRADADE VAPOR

CABEZAL DELA BOQUILLA

SUCCIÓN

CABEZALDE SUCCIÓN

TOBERA

DIFUSOR

DESCARGA UOP 220-19-1

19-12

TÍPICA INSTALACIÓN DE UNA UNIDAD DEVACIO DE DOS ETAPAS

(TYPICAL ARRANGEMENT VACUUM UNIT 2-STAGE JETS)

CABEZAL DE SUCCIÓN

TOBERASDIFUSOR

ESTRANGULAMIENTO

PRIMERA ETAPA

SEGUNDA ETAPA

INCONDENSABLESAL INCINERADOR

(O TERCERA ETAPA)

DESCARGA DELA PRIMERA ETAPA

CONDENSADORFINAL

INTERCONDENSADORCONDENSADO

ACEITOSOA TRATAMIENTO

TRAMPA DECONDENSADO

VAPORSECO

CABEZAL DESUCCIÓN

DÉLASEGUNDA

ETAPA

UOP 220-19-2

19-13

REGISTRO DE DATOS Y DIAGRAMA DEPROCESO E INSTRUMENTACIÓN

(DATA LOGGING AND P & I DIAGRAM)

Recopilación ORegistro DeDatos

Como operario de proceso, Ud. está obligado arecopilar datos de operación tales como temperaturasde proceso, caudales de flujos de proceso, presiones y niveles.

Las condiciones de los servicios auxiliares también debenser observadas; por ejemplo: las temperaturas del agua derefrigeración a la entrada y salida de un condensador o unenfriador, presión del aire de instrumentos a las válvulas decontrol, presiones del gas y del aceite combustible a losquemadores de los hornos, presión del vapor de atomizaciónen los quemadores de aceite, temperaturas del aceite delubricación a la entrada y salida de los cojinetes, presión delaceite de lubricación, observación del flujo del mismo y lasdiferencias de presión a través de los filtros. Los datosespecíficos que deben ser anotados le deberán serenumerados por su supervisor.

Los datos que usted reporte deben ser exactos. Los datos delas observaciones deben ser registrados en las unidades demedida correctas. Las lecturas deben tomarse a intervalosiguales. Si se toma una lectura a 5 minutos después de la hora,debería ser tomada tan cerca como sea posible a 5 minutosdespués de la hora cada vez. La lectura debe hacerse a niveldel ojo. Si esto no es posible, usted debe situarsedirectamente en frente del instrumento y mirar hacia arriba ohacia abajo según sea el caso. No tome nunca una lecturadesde un ángulo. Nunca "adivine" una lectura. Si no puedetomar una lectura debido a condiciones de emergencia,simplemente anote que la lectura "no fue tomada".

Si un instrumento no funciona, dígaselo a su supervisor yanote el hecho. Con buenos registros de datos precisos susupervisor podrá detectar alteraciones o tendencias en laoperación de la planta y en el funcionamiento de los variosequipos de la refinería. El supervisor podrá luego impartir lasinstrucciones adecuadas para la apropiada operación de laplanta.

19-15

Diagrama De Cada unidad de proceso y cada sistema de serviciosProceso £ auxiliares de una refinería está esbozado en un diagramaInstrumentación (*) de proceso denominado diagrama de proceso e

instrumentación o simplemente P&l, en el cual se indicancalentadores, hornos, recipientes, bombas, turbinas,condensadores, válvulas de seguridad, y todos losinstrumentos y válvulas de control. El diagrama indica losdiámetros de cada tubería y si éstas requieren lineas de vapory aislamiento.

Sin embargo, el objetivo más importante del diagrama P&l esel de indicar la relación que existe entre los equipos. Eldiagrama muestra las tuberías que conectan los recipientesentre sí y el número y tipo de válvulas en cada línea.Observando el P&l podemos determinar que tipo de válvuladebe ser usada y su posición en la línea con respecto al restodel equipo. Comenzando con la alimentación a la unidad,podemos seguir el flujo a través de la unidad observando queválvulas deberían estar abiertas y cuales deberían estarcerradas.

Podemos ver que instrumentos tenemos que controlar y deque tipo de bombas y motores se dispone para la transferenciade líquidos. El diagrama P&l es de inmenso valor para que eloperario pueda familiarizarse con los diversos sistemas.Cuando se estudie este diagrama, se notará que muchos de losartículos están descritos por medio de símbolos oabreviaciones, los cuales se explican a la derecha deldiagrama. Trate de estudiar esta información a fin defamiliarizarse con ella y refiérase siempre a la misma siencuentra algo que no comprenda.

El nombre inglés es "diagrama de instrumentación ytuberías" (piping and instrument diagram). Utilizamos elnombre "diagrama de proceso e instrumentación" a fin depoder utilizar las inciales P&l de uso corriente.

19-16

CONTROL VALVE ASSEMBLIES

ASSEMBLY "F"

W A T E R - ,

HYD.OCARBO*- ,

=,0= f^r.

í í T

1 4.

CABLE CONTROLCENTER OF FLOATAERATION POINT USING AIR

AERATION POINT USING GAS

AERATION POINT USING STEAM

RESTRICTION ORIFICE

INSULATESTEAM TRAP - BALL FLOAT TYPE

PLUGGEDRUPTURE DISC ASSEMBLY

PRESSURE RELIEF VALVE

PIPE TAP PLUGGED

VORTEX BREAKERWINTERIZE AND INSULATE

WINTERI2E. INSULATE AND STEAI

L_J

COMPUTER

COMPUTER

t£] PLUG V A L V E

CO3 B A L L T Y P E C O C K V A L . E

>| | CHECK V A L V E

CXJ C . T E V . L V E

METER NG COCK

GATE VALVE *!TH BODY

LETTERS AT INDIVIDUALVALVES DESIGNATE

IS OF INSULATION FRCFRCFFftCOlFROI

FRQIA

ANAL VMS RECORDERANALYSIS RECORDING CONTROLLER

FLOW ALARMORIFICE FLANGE ASSEMBLY

LOW lento) RECORDING CONTROLLERINDICATOR

LOW INDICATING CONTROLLERLOW INDICATOR FLOAT TYPELOW INDICATOR INTEGRATORLOW METER DISPLACEMENT TYPE

RECORDERLOW RECORDING ALARM.OW RECORDING CONTROLLER

LOW RECORDING CONTROLLER FLOATTYfE,Otl RECORDING COMTROLL ER INTEGRATORLOW RECORDER INTEGRATOR

LOW RECORDER INTEGRATOR ALARM

1LE LENGTH SHOWN - K E L - F

PRESSURE CONTROLLER

PRESSURE DIFFERENTIAL CONTROLLE

PRESSURE DIFFERENTIAL INDICATORPRESSURE DIFFERENTIAL INDICATING

IRCA PfltSSUi

TEMPERATURE RECORDER

TEMPERATURE RECORDING CONTROLLER

'ALVE POSITION INDICATOR

oe -

R E V I S I O N S

»LVES. FLANGES. INSTRUMENTS INCLUDING THERMOCOUPLES, ETC.

uopPrOCeSS DivisionUniversal Oil Producís Company20 UOP Plaza AlgoriQu'n & Mi Prospecl HoatJs • Des Plaines Iiinos600!6

PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAMOF

TÉCNICAS DE MUESTREO YDE ANÁLISIS

(SAMPLE TECHNIQUES)

Es inútil mandar muestras al laboratorio para análisis amenos que éstas sean verdaderamente representativas del flujoo de los tanques de los cuales han sido tomadas.

Las dos causas más comunes de que una muestra sea malason: botellas o recipientes sucios y lavado impropio de laslineas de conexión de los tomamuestras.

Siempre deben usarse botellas limpias para el muestreo. Sipor alguna razón no se dispone de botellas limpias, las botellassucias deberán lavarse tres veces con el mismo material de lamuestra antes del llenarlas con la muestra para el laboratorio.Algunos puntos de toma de muestras se encuentran en lineasespeciales de purga continua. En este tipo de sistemas demuestreo se minimiza la cantidad de material que deberá serpurgado previamente para asegurarse de que una muestra searepresentiva. Los operarios sólo deben purgar una pequeñacantidad de material de estas líneas. Sin embargo en puntos detoma de muestra que no sean de purga continua la longitud dela linea muerta hasta el tomamuestras puede ser considerable.

En estos casos el operario debe lavar la línea con el materiala muestrear tantas veces como sean necesarias paraasegurarse de que se está tomando una muestrarepresentativa.

Generalmente la línea de muestra estará a una temperaturadiferente de la temperatura de la línea de proceso. Cuando seadvierta un cambio en la temperatura del material que se estádescargando por el punto de toma de muestras, el lavadopuede considerarse completo.

Los lavados de las líneas de muestreo deben ser vertidos enel drenaje de aceites más cercano.

Si se circula una muestra caliente a través de un enfriador sedebe asegurar de que el agua fluya por el enfriador antes deproceder a abrir las válvulas en la línea de muestreo. Si lamuestra está demasiado caliente se debe aumentar el flujo deagua de refrigeración a través del enfriador.

A veces, cuando la muestra es un líquido muy viscoso, lalínea de muestreo puede congelarse si el flujo de agua en elenfriador de muestras es demasiado grande. El caudal de agua

19-19

deberá ser reducido hasta que el flujo pueda ser restablecido opueda usarse una manguera de vapor para descongelar la línea.

Cuando se saquen muestras de productos ligeros deberántomarse las debidas precauciones. En el esquema indicadopara una muestra volátil (ver fig. 1) abra las válvulas A y B de laconexión a medias, saque la muestra, abra ligeramente laúltima válvula C y deje que la muestra fluya dentro delrecipiente ciclónico. Cuando se haya sacado la muestra, cierreprimero la válvula A, luego la B y después la C. Esta secuenciaevita el congelamiento de todas las válvulas en la posiciónabierta, lo cual podría ser peligroso.

Para sacar una muestra por medio de una bomba, conecte labomba a la válvula D. Abra ambas válvulas (E y F) de la bomba.Abra a medias las válvulas A y B y luego abra ligeramente laválvula D. Purgue la bomba durante 30 segundos, luego cierrela válvula F. Llene la bomba durante un minuto. Cierre lasválvulas A, B y D y luego desconecte la bomba. Asegúrese deque no existan escapes tanto en la bomba como en el punto demuestreo. Nunca respire los gases, cuando se está purgandolas bombas o sacando las muestras.

Las muestras deben estar perfectamente bien identificadas.Cada muestra debe llevar una etiqueta de papel o cartón ocartulina atada antes de que se tome la muestra. Esta etiquetade identificación sirve para identificar la muestra y también elanálisis que se requiera. También deben constatarse la hora yla fecha en que se ha tomado la muestra. Por ejemplo:

Muestra: Carga para platformado

Análisis: Destilación. Peso específico

Fecha: 14 de Octubre a las 10:00 horas.

19-20

ANÁLISIS DE MUESTRASEN LA UNIDAD DE PROCESO

(UNIT SAMPLE TESTING)

Esta sección se refiere a algunos análisis o ensayos sencillosque pueden ser efectuados por los operarios en la unidad deproceso sin tener que esperar a que el laboratorio lo haga.

Una prueba muy importante que se realiza muyfrecuentemente es la medida del peso especifico (ver fig. 2). Enlas refinerías el peso especifico de los líquidos casi siempre seobtiene por medio de hidrómetros. Un hidrómetro tiene uncuello calibrado que emerge cuando flota en el liquido.

Cuanto más ligero sea el liquido, más se hunde elhidrómetro. Los hidrómetros vienen calibrados en diversasescalas. Generalmente cada uno tiene un margen de 0,100unidades, o sea de 0,600 a 0,700, etc.

La temperatura de la muestra debe ser tan cercana a los15°C como sea posible sin que la muestra sea viscosa opastosa. Para muestras pesadas que se solidifican a 15°C, elcilindro de la muestra debe ser colocado en un baño marla atemperatura controlada.

Vierta por gravedad el aceite a ser analizado dentro de uncilindro limpio. Coloque el cilindro en posición vertical ycuidadosamente introduzca el hidrómetro en la muestra hastael nivel de la graduación siguiente a la graduación en queflotará y luego déjelo flotar libremente. Después de que elhidrómetro se haya estabilizado y flote libremente sin pegarsea las paredes del cilindro, lea la cifra correspondiente al puntoen el cual la superficie de la muestra aparentemente corta laescala del hidrómetro.

Determine la temperatura de la muestra empleando untermómetro colocado en la muestra o con el termómetrocontenido en el hidrómetro si lo hay. Calcule el pesoespecífico a 15°C, empleando las tablas de corrección.

Prueba "Doctor" Esta prueba se usa para determinar la presencia de H2S y demercaptanos en la muestra. Con esta prueba se determina si lamuestra es amarga o dulce. El procedimiento consiste en losiguiente:

Añada 5 mi de la solución "doctor" y 10 mi de muestra a untubo de ensayo y sacúdalo vigorosamente durante 15segundos. Observe la presencia de cualquier precipitado negro,lo cual indicará la presencia de H2S. Si no se produce ningún

19-21

Prueba DeEvaporación

Prueba DeCongelaciónDel Mercurio

cambio, añada una pequeñísima cantidad de flor de azufre ysacuda la muestra nuevamente durante 15 segundos. Si lamuestra o solución se descolora o si el color amarillo brillantedel azufre se enturbia, la muestra es amarga, el ensayo"doctor" es positivo y por lo tanto la muestra no pasa.

Esta prueba se usa para determinar el margen deebullición de hidrocarburos ligeros que hierven a temperaturaambiente. Disponga de un tubo de evaporación limpio provistode un termómetro. Abra ligeramente (1/2 vuelta) las dosprimeras válvulas de la conexión de muestreo y luego abra latercera válvula hasta obtener un flujo de muestra estable desdeel ciclón. Enfríe el tubo de ensayo a base de llenarlo con lamuestra y vaciarlo tres veces. Saque 100 mi de muestra y entre-tanto enfríe el termómetro metiéndolo en la parte alta delciclón (ver fig. 3).

Inmediatamente después de tomar la muestra coloque eltermómetro dentro del tubo de muestra, de tal manera que elbulbo esté en el centro del tubo. Lea la temperatura cuando ellíquido comience a hervir. Puede obtenerse un punto deebullición inicial (I.B.P.) mejor si se coloca una piedrecita o unpequeño trozo de porcelana limpio dentro del tubo. Cuando ellíquido se ha vaporizado hasta que sólo queden 5 mi, coloqueel bulbo del termómetro de tal manera que no toque lasparedes del tubo de la muestra. Lea la temperatura cuandoqueden 3 mi (algunas refinerías usan 5 mi, otras 2 mi, comopunto de lectura pero, en cualquier caso, el punto a usarsenormalmente se marca con una línea verde).

Esta prueba se usa para determinar la cantidad depesados (generalmente butano) en una muestra de propano.En una probeta graduada limpia de 100 mi ponga unas cuantasgotas de mercurio en el fondo. (Vaya con cuidado cuandoemplee mercurio. Debe evitarse el contacto de este elementocon la piel. Es tóxico). Llene la probeta hasta los 100 mi conpropano. El mercurio se solidificará y se congelará en lasparedes del tubo. Golpeando la base de la probeta con unpedazo de madera, el mercurio puede ser separado de lamisma.

En tanto los trocitos de mercurio permanezcan sólidos,harán un ruido metálico cuando la probeta se sacuda. Cuandoel mercurio comience a fundirse, rápidamente limpie laescarcha de la probeta y lea el volumen de propano remanente.Este volumen constituye lo que se llama el residuo decongelación de mercurio. Generalmente se desea un residuode congelación máximo del 5% aproximadamente.

19-22

Prueba ShillingPara DeterminarEl Peso EspecíficoDe Un Gas

El peso específico de un gas es su peso por unidadde volumen comparado con el del aire, de igual manera alpeso específico de líquidos que es su peso por unidadde volumen comparado con el del agua. Sin embargo, en estetipo de análisis no pesamos el gas, sino que hacemos uso dela propiedad de que el caudal de gas que pasa a través de unorificio muy pequeño es inversamente proporcional a la raízcuadrada de su densidad. El aparato usado es un "aparatoShilling para pesos específicos" tal como se muestra en lafigura 4. Para su uso se lo instala tal como se ilustra en dichafigura.

Debe estar bien limpio con su llave ligeramente lubricada ylleno de agua hasta un punto ligeramente por encima de lamarca superior de la bureta. Entonces la bureta se llena conaire y la llave se cierra (de tal manera que pueda ser giradapara que el gas pase a través del orificio sin sacudir elaparato).

Se tiene listo un cronómetro y entonces se abre la llave demanera que el gas pase a través del orificio. El nivel de aguaen la bureta subirá y empujará al gas a través del orificio. Tanpronto como pase la marca inferior, ponga en marcha el reloj ypárelo cuando llegue a la marca superior. Anote el tiempo ensegundos con precisión de décimas de segundo. Esteprocedimiento debe repetirse 3 veces con aire y las lecturasdeben coincidir entre sí con una diferencia máxima de 2segundos. Tome el promedio de las tres lecturas. Ahora abra lallave de tal manera que se permita el paso del gas por el tubode entrada a través de la bureta e introduzca el gas en labureta. Use un tubo de caucho conectado al tubo de entradapara hacer burbujear el gas a través del agua a fin de saturarlacon el gas. Cierre la llave para impedir la entrada del gas a labureta y repita la operación de 3 medidas de tiempos como sehizo con el aire. El promedio del tiempo para el gas elevado alcuadrado se dividide por el promedio del tiempo para el airetambién elevado al cuadrado. Los cálculos pueden hacerserápidamente por medio de un gráfico (ver fig. 5).

Puesto que el gas y el aire están saturados con agua, sepuede esperar alguna variación con la temperatura. Cuantomás alta sea la temperatura mayor será el contenido de aguaen el gas. Normalmente se utiliza un gráfico para hacer lascorrecciones necesarias.

19-23

FIGURA 1

SISTEMA TÍPICO DE MUESTREODE PRODUCTOS LIGEROS

(TYPICAL LIGHT PRODUCT SAMPLING SYSTEM)

B

V

-CXJ—OO-

UOP 220-19-4

FIGURA 2

HIDRÓMETRO(HYDROMETER)

CUELLO

ESCALA

BULBO

PESO

UOP 220-19-5

19-24

FIGURA 3

APARATO PARA LA PRUEBA DE EVAPORACIÓN(TYPICAL BOILAWAY SETUP)

DESDE ELPUNTO DE EBULLICIÓN INICIAL AL 98%(IBP - 98%)

roui

TERMÓMETRO EN ELCENTRO DE LA MUESTRA

MUESTRA EMPEZANDOA HERVIR

NÚCLEO DE EBULLICIÓN(TROCITO DE PORCELANA)

TERMÓMETRO ENEL CENTRO DELA MUESTRA

(VOLUMEN DELTERMÓMETRO

ALREDEDOR DE 1 ML)EL BULBO NO DEBETOCAR LA PARED

DEL TUBO

UOP 220-19-6

FIGURA 4

ENSAYO SHILLING(SHILLING TEST)

ORIFICIO

LLAVE DETRES VÍAS

TAPA SUPERIOR

NIVEL DEL LIQUIDO

MARCA SUPERIOR

BURETA

TUBO DEENTRADA DE GAS

VENTEO

CILINDRODE VIDRIO

MARCAINFERIOR

UOP 220-19-7

19-26

FIGURA 5

PESO ESPECIFICO DE UN GAS POR ELMÉTODO DE EFUSIÓN DE SHILLING

(SPECIFIC GRAVITY OF GAS SHILLING EFFUSION METHOD)

8EOu§5Ul

8E

.175

.125

.1060 70 80 90 100

TIEMPO DE EFUSIÓN DEL GAS EN SEGUNDOS

120

19-27

TRAMPAS DE VAPOR(STEAM TRAP)

Una trampa de vapor es una válvula automática que descargael condensado (agua) y el aire de un equipo o tubería con lamínima pérdida de vapor.

Usos Las condiciones bajo las cuales se operan estas trampasvarían ampliamente pero existen varios tipos diseñados paralas varias aplicaciones. Presiones, temperaturas de operación,ubicación y clase de equipo determinarán el tipo a usarse. Engeneral existen dos clases de servicio para trampas de vapor.

CLASE I — Cabezales principales, separadores,purificadores, etc.

CLASE II — Unidades calentadas por medio de vapor talescomo: venas de vapor en tuberías, serpentines, serpentines decamisa, recipientes con camisa, hervidores, calentadores deagua, etc.

El servicio realizado por las trampas de la clase I en losequipos indicados consiste esencialmente en descargarcondensado, agua acarreada desde la caldera, y condensadoque pudiera interferir con el flujo de vapor. La capacidad dedescargar aire es un requerimiento importante de las trampas,pero las cantidades a ser descargadas son pequeñas, exceptoen el arranque y al final de los cabezales y tuberías principalesde equipos de clase I que estén bien aislados térmicamente.

El servicio desempeñado por las trampas en los equipos dela clase II es la descarga de aire y agua de tal manera que elespacio drenado pueda mantenerse lleno de vapor caliente yseco para asegurar una transferencia de calor eficiente.

Si se permite la acumulación de condensado o de aire en unequipo o tubería, estos elementos forman capas aislantes ybolsas en las superficies de transferencia de calor y lacapacidad de calentamiento y la eficiencia pueden disminuirnotablemente.

La presencia de aire en el vapor reduce apreciablemente latemperatura. La acumulación de condensado puede producirtambién el llamado martilleo hidráulico que puede llegararomper tuberías y causar daños a las turbinas y máquinas devapor, empaques, y camisas, con la consiguiente parada y elalto costo de las reparaciones.

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MartilleoHidráulico

Vapor DeFlash

El martilleo hidráulico puede ocasionar daños a latubería y a los equipos que se usan para transportar vapor uoperar con vapor. Ruido y empaques rotos son los efectos máscomunes y menos serios, pero pueden ocurrir problemas másserios como son la rotura de las tuberías, daños en lastrampas de vapor y aún en el propio equipo.

Las bolsas de agua pueden quebrar o desintegrar codos, tésy empaques, destruir las máquinas de vapor o doblar las bielasde un pistón. Un bombardeo continuo por parte del agua puedefácilmente deformar las partes claves de una trampa.

Si no se drena todo el condensado del sistema, existe laposibilidad de que la presión del vapor sea demasiado baja yno pueda forzar al condensado a través de la trampa y de latubería de descarga. En este caso, se puede resolver esteproblema aumentando la presión del vapor. Puede ocurrirtambién el mismo problema cuando una trampa drena variasunidades. En este caso, se debe instalar una trampa en cadaunidad.

Si la trampa no descarga la entrada puede estar obstruida oun bypass puede estar abierto o permitir fugas. En el primercaso la obstrucción debe ser removida y en el segundo caso elby-pass debe ser cerrado o reparado. Si la trampa no se cierra,la causa más común es un error de diseño en el tamaño. Eneste caso, se tiene que instalar una trampa del tamañocorrecto. Otra posibilidad es la existencia de un mecanismodefectuoso o de un asiento desgastado. Golpeándolaligeramente puede inducírsela a funcionar. Si la trampa pierdevapor, en la mayoría de los casos es porque necesita sercebada. Se hace esto cerrando la válvula de entrada duranteunos cuantos minutos y después abriéndola lentamente.

Muy a menudo se confunde el vapor de flash con un escapede vapor en la trampa. Vapor de flash generalmente provienede las siguientes condiciones:

1. El condensado está a presión. Esto puede hacer queesté en forma de líquido a temperaturas por encima del puntonormal de ebullición del agua.

2. Cuando el condensado se descarga a la atmósfera,libera el calor que contenía bajo presión.

3. El calor liberado evaporar parte del condensado que sedescarga.

Cuando esto ocurre, 0,133 libras (3,83 pulgadas cúbicas) decondensado producen 6150 pulgadas cúbicas de vapor, o sea1600 veces el volumen original de condensado en forma devapor.

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InstalaciónDe Una TrampaDe Vapor

Existen muchos métodos aplicables a la mayoríade instalaciones de trampas de vapor.

El tamaño de la tubería de drenaje del equipo no se usa paradeterminar el tamaño de la trampa a ser instalada. El tamañose determina basándose en la cantidad de aire y decondensado a ser manipulado.

1. Toda la suciedad, pedazos de tubería, escamas, etc.,deben ser removidos de la tubería conectada con las trampasantes del montaje final. Purgar las líneas con la máximapresión del vapor antes de instalar la trampa. Se debe tenercuidado de evitar lesiones al personal cuando se soplen laslíneas con vapor.

2. Las trampas deben ser instaladas en ubicacionesaccesibles que faciliten inspecciones y reparaciones.

3. Instalar trampas separadas e independientes por cadaserpentín, superficie de calefacción o cabezal de vapor a serdrenado.

Trampa DeVapor DeBalde Invertido(Vaso Invertido)

4. Las trampas deben ser instaladas por lo menos dospies debajo y cerca del equipo a ser drenado, con el fin detener un buen drenaje por gravedad y un buen enfriamiento delcondensado.

5. Donde razones de seguridad o la continuidad de unproceso no permitan interferencias en la operación paracambiar una trampa defectuosa, será necesario instalar un by-pass.

El principio que rige su funcionamiento es que elcondensado entra a la trampa de vapor y es descargado através de la salida cuando el balde invertido está en suposición más baja de reposo. Cuando todo el condensado hasido descargado desde el punto al cual la trampa de vapor estáconectada, el vapor entrará por la parte inferior del baldeinvertido. Esto hace que el balde flote hacia arriba a través delcondensado en la envoltura externa de la trampa de vapor yque, por tanto, se cierre la válvula y se interrumpa la descargade condensado. Esta situación persiste hasta que el vapordebajo del vaso se condense y el efecto de flotación disminuya,con lo que el vaso caerá y se reabrirá la válvula de salida y dedescarga del condensado. Gases no condensables quepudieran pasar a través de la trampa de vapor podríanacumularse debajo del vaso y dejar la válvula permanentecerrada. Para evitar que esto suceda, se perfora un pequeñoorificio en la parte superior del vaso invertido para permitir elescape de los gases que entonces se descargan con elcondensado.

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TRAMPA DE VAPORVASO INVERTIDO

(INVERTED BUCKET TRAP)

VÁLVULA

coNi SALIDA DE

CONDENSADO

VASO INVERTIDO

ORIFICIO DESALIDA DEL AIRE

ENTRADA

UOP 220-19-9

Trampa De VaporDe FuelleTermostático

El principio de la trampa termostatática escompletamente diferente. Cuando la trampa de vapor esté fríay fuera de servicio, los fuelles no están dilatados y el orificiode descarga estará abierto. Si entra vapor en la trampa losfuelles se calientan y se expanden, lo cual cierra el orificio dedescarga de la trampa.

Cuando el condensado entra a la trampa de vapor los fuellesse enfrían parcialmente y la válvula de descarga se abredescargando el condensado. Cuando todo el condensado hasido descargado y en su lugar se tiene vapor, los fuelles seexpandirán una vez más y el orificio de descarga se cerrará.

TRAMPA DE VAPOR TERMOSTATICA(THERMOSTATIC STEAM TRAP)

FUELLE

ENTRADA

SALIDA

VÁLVULA

UOP 220-19-10

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Trampa DeFlotador

Cuando la trampa inicialmente está vacía, la boyapermanece en la posición más baja y el orificio de descargaestá cerrado. Cuando el condensado entra en la trampa devapor, el nivel hace subir la boya hasta el punto en el cual laválvula de descarga se abrirá. Consecuentemente, elcondensado se descargará y el nivel en la cámara de flotacióndisminuirá hasta que la válvula se cierre otra vez.

TRAMPA DE FLOTADOR(FLOAT TRAP)

ENTRADA

SALIDA

FLOTADOR(BOYA)

VÁLVULA

UOP 220-19-11

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Trampas DeImpulso OTermodinámicas

Este tipo de trampas ha aparecido recientemente. Tanto si laválvula está abierta como cerrada, parte del condensado quefluye a través de la trampa pasa por la cámara de control. Estaparte del flujo de condensado se denomina flujo de control y elespacio anular alrededor del disco constituye el primero de losdos orificios a través de los cuales pasa. El segundo es elorificio de control en el centro de la válvula.

La tendencia que el agua caliente tiene de evaporarse en lacámara de control en mayor o menor grado según sea sutemperatura inicial, gobierna el movimiento de la válvula pormedio de cambios de presión en la cámara de control.

Asi, cuando la presión en la cámara de control es bajadebido a que el condensado está frío con poca o ningunatendencia a evaporarse, el disco actúa como un pistón conpresión más alta en su cara inferior y menor en su carasuperior lo cual hace que la válvula se levante y que fluyangrandes cantidades de condensado a través de la trampa.Cuando el condensado alcanza la temperatura del vapor, uncierto porcentaje del flujo de control se evapora en la cámarade control, hasta que la presión sobre el disco alcanza lapresión existente debajo del disco y la diferencia de presión enel asiento hace que la válvula se cierre interrumpiendo todaslas descargas, excepto por la pequeña cantidad de condensadocallente que fluye a través del orificio central. Se necesitaaproximadamente una cantidad de condensado igual al 3% dela capacidad de la trampa para cerrar el orificio de control.

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TRAMPA DE VAPOR TIPO IMPULSO(IMPULSE TYPE STEAM TRAP)

CILINDRO DE CONTROL

CÁMARA DE CONTROL

VÁLVULA

ENTRADA A LA TRAMPA

ORIFICIO DE CONTROL

DISCO DE CONTROL

ORIFICIO PRINCIPAL

ASIENTO

UOP 220-19-12

Ca/entam/entoCon Venas DeVapor

Una vena de vapor es una linea de vapor que se extiende alo largo de una linea de proceso o de servicios auxiliares.La función de esta línea es la de evitar que la linea de procesose congele, especialmente en el caso de lineas de agua o devapor estático. En los sistemas de proceso se usan venas devapor para mentener los fluidos en el estado deseado o a laviscosidad deseada. Por ejemplo, el refinador tiene queasegurarse de que todos los hidrocarburos ligeros sean gasesa la entrada de los compresores. Es posible que sea difícil elbombear y transferir un material viscoso y pesado si no secalienta y no está a la viscosidad correcta. La presión mínimadel vapor usado en un sistema cerrado de condensado es de7,0 kg/cm2 (100 psig). En un sistema abierto de condensado,una presión mínima de 2,5 kg/cm2 (35 psig) es aceptable.

Cada vena debe tener su propia válvula de entrada y sutrampa de vapor. La longitud de la línea que puede usarseentre trampas depende de las condiciones climáticas, deltamaño de los tubos usados y de la presión del vapor. Tanto enla válvula de entrada como en la trampa de vapor, se debetener una tarjeta metálica numerada para cada vena. Las

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válvulas y bridas de las líneas de proceso provistas de venasde vapor requieren que haya una unión en la vena de talmanera que la válvula pueda ser removida sin necesidad decortar la vena.

Las venas de vapor se fijan a las tuberías y válvulasmediante bandas de acero o con alambre de acero galvanizado.

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SISTEMAS DE AIRE DE INSTRUMENTOSY DE PLANTA

(PLANT AND INSTRUMENT AIR SYSTEMS)

Los sistemas de aire de planta y de instrumentos estándiseñados de acuerdo con las necesidades de la refinería. Laprioridad principal radica en diseñar un sistema que garanticeaire a los instrumentos de forma ininterrumpida.

Normalmente el sistema está compuesto de doscompresores que pueden operar separadamante o en paralelo.El aire de instrumentos puede ser suministrado por un solocompresor que tenga suficiente exceso de capacidad parasatisfacer algunas necesidades de la planta.

Durante operación normal se opera con un solo compresor,mientras que el otro está de reserva. Durante la regeneracióndel catalizador o en cualquier otra circunstancia que requieragrandes cantidades de aire, se utilizan ambos compresores.

Los compresores pueden ser centrífugas o reciprocantes,cada uno provisto de su respectivo motor o turbina, enfriadoresintermedios, sistema automático de control, filtro en la entradade aire, enfriador de salida y un acumulador de aire común.Supongamos que estas unidades están accionadas por turbinay proporcionan aire de 115 psig. Las instrucciones deoperación deben ser suminstradas por el fabricante.

El sistema de control automático de cada compresor permiteque se pueda operar a carga base o con una cargaintermitente. Ambos modos de operación se accionan pormedio del control de presión a la salida del acumulador.

El modo de operación con carga base se usa cuando serequiere un control de presión más ajustado o cuando la cargaes relativamente constante. Para las necesidades de unarefinería se utiliza normalmente el modo intermitente ya que seopera con grandes variaciones en la demanda de aire. En estascondiciones, uso del modo intermitente permite ahorrarenergía con respecto a la operación en carga base. Ambosmodos pueden suministrar aire desde un caudal mínimo hastaun caudal máximo. Cada máquina debe ser capaz de arrancarautomáticamaente abriendo una válvula de control,suministrada con el compresor, para admitir vapor a su turbina.Esta válvula también debe poder abrirse con una señal de bajapresión procedente del acumulador común. Se proveentambién controles manuales en todos los sistemasautomáticos.

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Ambos compresores descargan en el acumulador de airecomún a través de sus respectivos enfriadores y separadoresde condensado, cada uno con su trampa de drenajeautomático. El acumulador está provisto de una válvula deseguridad ajustada a 140 psig para proteger el recipiente. Haytambién una válvula de drenaje operada manualmente y unmanómetro. Siempre es recomendable usar el acumuladorpero, en caso de que se necesite repararlo y sacarlo fuera deservicio, se dispone de válvulas de bloqueo y de una tubería deby-pass alrededor del acumulador.

El aire que fluye desde el acumulador abastece al cabezal deaire de planta y al cabezal de aire de instrumentos en cuyosistema se incluye una sección de secado para remover lahumedad.

El equipo de secado del aire contituye una unidad completaque incluye toda la instrumentación necesaria, válvulas,tuberías, un prefiltro con trampa automática de drenaje y unfiltro posterior. Ambos filtros están instalados en el circuitoprovistos de un by-pass manual, para bypasarlos en caso deque sea necesario repararlos. El secador de aire también puedeser bypasado manualmente. En operación normal ninguno deestos by-pases deberá ser usado. Típicamente un sistema desecado debe ser capaz de secar todo el volumen de descargade un compresor y secar aire saturado a 110 psig y 110°Fhasta un punto dé rocío lo suficientemente bajo como paraproteger al sistema contra posibles condensaciones atemperaturas bajas.

Los secadores principales constan de dos cámaras. Seincluye una cámara adicional para recibir el caudal procedentede un compresor durante 8 horas. Esta cámara de reserva seulitiza cuando el otro sistema doble está fuera de servicio porrazones de mantenimiento. El suminstrador del equipo desecado debe suministrar intrucciones para su operación.

Tanto los cabezales de planta como de instrumentos estánprovistos de indicadores locales de presión, asi como dealarmas montadas erí el tablero de control que se disparan si lapresión es demasiado baja. Normalmente hay una válvula decontrol en el cabezal de aire de planta accionada por la presióndel aire de instrumentos. Se ajusta para cerrarproporcionalmente el aire de planta a fin de dar preferencia alaire de instrumentas. De esta forma se controla el airedisponible en el acumulador para dar prioridad al sistema deinstrumentos por encima de los requerimentos de aire deplanta.

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TORRES DE REFRIGERACIÓN(COOLING TOWERS)

Descripción DeiSistema DeAgua DeRefrigeración

Un sistema de agua de refrigeración consiste en una torre derefrigeración y en sus respectivas bombas de circulación deagua. La torre normalmente está provista de un sistemadosificador de ácido sulfúrico y de cloro.

El agua tratada viene de un sistema exterior y entra al tanqueo piscina de la torre a través de una válvula de control. Estaválvula mantiene un nivel de agua en la piscina. La instalaciónde control tiene una alarma de nivel bajo para indicar aloperador la falta de agua debido a un fallo en el sistemaexterior, en el aire, o en la válvula de control. La torre disponede dos bombas de circulación, una principal y otra de reserva.La bomba principal normalmente está accionada por un motoreléctrico mientras que la bomba de reserva está accionada poruna turbina, la cual está provista de arranque automático paraasegurar una circulación continua de agua en caso deinterrupción en el suministro de energía eléctrica. Comoprecaución adicional, para el caso en que la bomba a turbinaesté en servicio normal, la bomba de reserva movida por unmotor eléctrico también dispone de un sistema de arranqueautomático.

Se deberá tratar al agua de la siguiente forma:

1. Purgado para el control de la concentración de sólidos.

2. Adición de ácido sulfúrico para controlar el pHy la alcalinidad.

3. Adición de productos químicos para el control de lacorrosión.

4. Adición de cloro para controlar el crecimiento de algasy de depósitos orgánicos.

Se recomienda contratar los servicios de una compañía detratamiento químico para que aconseje que concentraciones deproductos y que pH deben mantenerse. Esto dependerá deltipo de inhibidor de corrosión usado puesto que cadacompañía suministra su propio compuesto inhibidor.

En general el pH y el nivel de alcalinidad serán fijados. Estose consigue por medio de la adición de ácido sulfúrico. Sedeberá controlar el pH diariamente tanto en la planta como enel laboratorio.

El inihibidor de corrosión se añade en briquetasdirectamente a la piscina de la torre. La concentración amantener depende del producto utilizado. Este productoinhibidor no debe contener cromatos.

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Se mantienen los sólidos al nivel apropiado por medio deuna linea de purga en la linea de retorno del agua derefrigeración hacia la torre. El agua de circulación debe seranalizada diarimente para comprobar la concentración desólidos.

Los depósitos orgánicos y las algas se controlan por mediode la adición de cloro. Esta operación debe ser continuamentecontrolada puesto que un residuo de cloro en exceso de 1 ppmpuede causar ataque químico a la madera de la torre.

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• TRflm

DYOUR

Vr©

DESTILACIÓNATMOSFÉRICA


20-1

DESTILACIÓN DE CRUDOS(CRUDE DISTILLATION)

IntercambioDe Calor

Flashing(VaporizaciónRápida)Del Crudo

La siguiente discusión es de un carácter algo general. En lapráctica, cuando hubiere varias alternativas, debería escogerseel mejor procedimiento que recomendase la experiencia.

La destilación del crudo a presión atmosférica permite suseparación en gasolina, kerosene, combustible diesel, gasoil yotros productos. La destilación es una operación de refino enla cual los vapores que ascienden a través de los platos defraccionamiento de una columna se ponen en contacto íntimocon el líquido descendente, con lo cual los componentes máspesados condensan y se concentran en el fondo mientras quelos compuestos ligeros se vaporizan y se extraen en cabeza.

Normalmente el crudo se bombea a la torre directamentedesde el tanque de almacenamiento. Es sumamente importanteque el crudo esté libre de agua cuando se introduce en lacolumna de fraccionamiento. Si el crudo contuviese agua, suvaporización en el hervidor y en los intercambiadores daríalugar a una diferencia de presión excesiva en el equipo. Si seintrodujese fase acuosa en el equipo, la cantidad de vaporgenerada por su vaporización es mucho mayor que el volumende vapor generado por la vaporización del crudo, por lo que losplatos de la columna podrían resultar seriamente dañados. Uncierto volumen de agua se expande 1600 veces cuando sevaporiza a 100°C a presión atmosférica.

A fin de reducir el coste de la operación de una unidadde fraccionamiento de crudos, se procura recuperar tanto calorcomo sea posible por medio del intercambio térmico entre lascorrientes calientes y las frías. El número de intercambiadoresen una unidad de crudos y entre la unidad de crudos y otrasunidades varía según el diseño. Debe mantenerse un registrode las temperaturas de salida de los intercambiadores a fin dedetectar con antelación su ensuciamiento antes de que supérdida de capacidad-debida al ensuciamiento puedaperjudicar la operación de la unidad.

El crudo desalado se intercambia térmicamentecon cualesquiera otras corrientes calientes que pudiera habera fin de recuperar una máxima cantidad de calor antesde circularlo por el horno de calefacción, el cual suministratodo el calor adicional necesario para la operación de launidad.

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El suministro de calor se controla haciendo que latemperatura controle el flujo de combustible a los quemadores.Esta temperatura de transferencia es solamente un parámetrode control conveniente sin ningún otro significado ulterior ypuede variar desde 325°C hasta 430°C según sea el tipo decrudo y la presión en el fondo de la columna defraccionamiento. Vale la pena notar que, si la cantidad degasolina y de kerosene en el crudo disminuye, la temperaturade transferencia aumentará pero el caudal de circulación devapores en la columna disminuirá.

El crudo que entra en la zona de flash de una columna defraccionamiento se vaporiza rápidamente en vapor queasciende hacia lo alto de la columna mientras que el residuolíquido desciende hacia el fondo. Este flash es sólo unaseparación grosera ya que los vapores todavía contienencantidades apreciables de compuestos pesados, mientras queel líquido contiene compuestos ligeros que deben serdesorbidos antes de extraer el residuo líquido por el fondo dela columna.

Fraccionamiento Los vapores que ascienden por la columna entran encontacto con el reflujo líquido interno que desciende por lacolumna. El producto más ligero, que es normalmentegasolina, sale en cabeza y es condensado y recogido en elacumulador de cabeza. Si el crudo contiene gasesincondensables, estos saldrán también en cabeza, pero saldrándel acumulador en forma de gas y deberán ser recuperados enotra parte de la unidad. La temperatura en cabeza de la torre defraccionamiento corresponde al punto final de destilación de lafracción gasolina y se controla por medio del retorno de partede la gasolina condensada en forma de reflujo externo. Unaumento en el caudal de reflujo corresponde a unadisminución en la temperatura de cabeza y produce unproducto de cabeza con un punto de destilación final más bajo.

Si se produce menos producto de cabeza se producirá mayorcantidad de la fracción siguiente, por lo que el punto deebullición inicial de esta fracción disminuirá. Aumentando latemperatura de transferencia en el horno se aumenta elsuministro de calor, por lo que se requiere un mayor caudal dereflujo para mantener la misma temperatura en cabeza.

El reflujo externo que se introduce en la cabeza de la torrede fraccionamiento fluye hacia abajo a contracorriente de losvapores ascendentes. Los componentes más ligeros delreflujo se revaporizan y regresan a la cabeza de la columnamientras que los componentes más pesados del vapor secondensan y fluyen hacia abajo. El líquido que desciende porla columna constituye por tanto un reflujo interno cuyaconcentración de productos pesados aumenta progresivamentea medida que desciende por la columna.

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Los productos más pesados que el producto de cabeza seextraen de puntos intermedios de la columna en forma decortes laterales. El punto de destilación final de estos corteslaterales depende de la cantidad extraída. Si se aumenta elcaudal de salida de un corte lateral, el producto adicional es unmaterial que de otro modo habría descendido más hacia abajoen la columna en forma de reflujo interno. Puesto que de estamanera se ha reducido el caudal de reflujo interno por debajodel punto de salida del corte lateral, el enriquecimiento acontracorriente disminuye y vapores relativamente máspesados pueden elevarse hasta este corte lateral, por lo cual elproducto es más pesado. Cambiando el caudal de salida delcorte lateral es la manera normal de lograr que los puntosfinales de destilación de los cortes laterales se ajusten a lasespecificaciones.

Las temperaturas en los platos de salida de los corteslaterales proporcionan una buena indicación de los puntosfinales de destilación de los cortes laterales respectivos, por loque un operario con experiencia se limita simplemente a variarel caudal de salida de los cortes laterales a fin de manteneruna temperatura de plato constante y, por tanto, un productoque se ajuste a unas especificaciones dadas.

El grado de fraccionamiento entre cortes se determinageneralmente midiendo el número de grados cetígrados entreel punto en que se ha destilado el 95 % del producto ligero y elpunto en que se ha destilado el 5% del producto pesado.(También se puede usar el punto de ebullición inicial y el puntode ebullición final, pero el punto de ebullición inicial varía conla desorción o stripping.) El espaciado entre gasolina ykerosene debería ser de unos 5°C, mientras que el margennormal entre kerosene y un gasoil ligero es de 3°C. Elfraccionamiento puede mejorarse a base de aumentar el reflujoen la columna de fraccionamiento por medio de un aumento enla temperatura de tansferencia del horno. Puede ocurrir a vecessin embargo que el reflujo necesario para una separaciónsatisfactoria es tan grande que los platos superiores podríaninundarse si todo el refljo externo fuese introducido en cabezade la columna. En estos casos se utiliza un "reflujo circulanteintermedio". Para esto se extrae algo de liquido de la columna,se enfría, y se retorna a la columna en un punto situado a unoscuantos platos por encima del punto de extracción. Esteretorno frío basta para condensar parte de los vapores y asíaumentar el reflujo interno por debajo del punto de retorno. Deesta forma podemos mejorar el fraccionamiento sin tener querecurrir a un excesivo reflujo externo en cabeza, a base deaumentar el caudal de reflujo circulante. Debe advertirse que,aunque se ha aumentado la temperatura de transferencia en elhorno, el calor adicional se recupera por medio del intercambiotérmico con crudo frío con lo cual los requerimientosenergéticos del horno sólo aumentan ligeramente.

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Desorción(Stripping)De Los Productos

Descarga DeLos Productos

A veces algunos platos de la torre de crudos puedenvaciarse a sequedad si se extrae en forma de corte lateral unacantidad de líquido equivalente al caudal de liquidodescendente en forma de reflujo interno. En estos casos, losplatos por debajo del corte lateral estarán secos, no seproducirá separación por destilación, y la bomba de productostenderá a perder succión. Es necesario entonces, o biendisminuir el caudal de salida del corte lateral, o bien aumentarel reflujo interno a base de aumentar la temperatura detransferencia en el horno o de disminuir los caudales de salidade los productos más ligeros.

Tanto el residuo en el fondo de la columna como loscortes laterales han estado en contacto con vapores másligeros. Cualesquiera de estos vapores que pudieran haber sidoabsorbidos deben ser desorbidos a fin de que los líquidos seajusten a sus respectivas especificaciones de punto deignición (flash) y a fin de recuperar una máxima cantidad deproductos ligeros, que normalmente son más valiosos.

La desorción normalmente se hace por medio de vaporrecalentado. Normalmente sólo se utiliza la cantidad de vapormínima requerida para ajustarse a las especificaciones delpunto de ignición (flash). Puede usarse una cantidad de vaporadicional para aumentar el punto de ebullición inicial delproducto, pero esto normalmente se hace de forma máspráctica a base de aumentar el caudal relativo de lasfracciones más ligeras, siempre y cuando la torre defraccionamiento tenga suficiente reflujo interno para lograr unabuena separación.

Todo el vapor de desorción se condensa en el acumuladorde cabeza y debe ser decantado y separado. La presencia deagua en el reflujo perjudicaría la separación en la columna defraccionamiento. Si el punto final de ebullición del producto decabeza es demasiado bajo, el agua no podrá condensar encabeza, se acumulará en los platos superiores de la columna yproducirá su inundación.

Todos los productos son enfriados antes de ser enviadosa almacenamiento. Los productos ligeros deben estar a menosde 60°C a fin de evitar pérdidas de vapores en los tanques,pero los productos más pesados pueden estar más calientes.Si uno de los productos es transferido directamente a otraunidad puede resultar ventajoso enviarlo caliente.

Nunca deben descargarse productos a más de 100°C si hayaunque sea sólo una remota posibilidad de que vayan a parar aun tanque que contenga algo de agua en el fondo. Laevaporación de esta agua podría hacer reventar el tanque o, almenos, levantar su techo.

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Desalado La mayor parte de los crudos contienen trazas de sal que sedescompone en los tubos del horno, dando lugar a ácidoclorhídrico que corroe el equipo de cabeza de la columna defraccionamiento. A fin de remover esta sal, se inyecta agua enel crudo algo precalentado y la mezcla se agita para extraerprácticamente toda la sal que pudiera haber en el crudo. Lamezcla de petróleo y de agua se separa en el desalador, que esun recipiente grande en el que el agua se decanta del crudo.Este proceso de decantado puede ser acelerado por medio demétodos químicos o eléctricos. La solución acuosa salina sesaca automáticamente del fondo del recipiente.

Si el petróleo que entra en el desalador no es lo bastantecaliente, su viscosidad puede ser demasiado elevada parapermitir una buena mezcla y separación con el agua, y partedel agua puede entonces ser arrastrada a la alimentación delfraccionador. Si, por otra parte, el petróleo es demasiadocaliente, puede vaporizarse parcialmente y la turbulenciaresultante puede impedir una buena separación entre elpetróleo y el agua. Es evidente entonces que la temperatura deoperación del desalador es un parámetro importante que debeser controlado cuidadosamente. Esto se hace a menudocontrolando el caudal de by-pass alrededor de uno o másintercambiadores. La temperatura óptima depende de lapresión de operación del desaldador y de la cantidad de ligerosen el crudo, pero normalmente es de unos 120±10°C y,naturalmente, debe ser más baja cuanto más baja sea lapresión o más ligeros sean los crudos. El caudal de agua quese inyecta en el desalador es aproximadamente un 5% delcaudal de alimentación del crudo.

Es recomendable verificar el funcionamiento del desaladorpor medio de análisis de laboratorio regulares. El crudodesalado no deberla contener más allá de 1 kg de sal por cada1000 barriles de crudo.

El funcionamiento del desalador puede ser determinado porla concentración de sal en el acumulador de cabeza, la cualdeberla ser de unos 10-30 ppm. Si el desalador funciona deforma satisfactoria, pero la concentración de cloruros excedelas 30 ppm, debe inyectarse sosa cáustica a un caudal de 0,5 a1,5 kg por cada 1000 barriles de crudo a fin de reducir laconcentración de cloruros a unas 10-30 ppm. Por debajo de las10 ppm puede producirse solubilización y por encima de las 30ppm puede haber severa corrosión.

Otro parámetro que debe ser observado en el agua delacumulador de cabeza es el pH, el cual debe estar entre 5,5 y6,5. Puede inyectarse amoníaco en la parte superior de lacolumna para conseguir un control más preciso del pH.

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UNIDAD DE DESTILACIÓN DECRUDOS A PRESIÓN

ATMOSFÉRICA Y A VACIO(CRUDE AND VACUUM DISTILLATION UNIT)

DESORBEDORESDE LOS CORTES

LATERALES

COLUMNA ATMOSFÉRICA^ rr-, COLUMNA

Jk H I A VACIO

o

DESBUTANIZADORA

VAPOR SEPARADORA

DESALADOR

CONDENSADOAGUA

ACRUDO AGUA A

TRATAMIENTO

]) VAPOR

I\

I I

TAMBOR DEALIMENTACIÓNDE LA COLUMNA

DESBUTANIZADORA

.KEROSENO

COMBUSTIBLEDIESEL

EYECTOR DEVACIO

GASOIL DE VACIO LIGERO

GASOIL DE VACIO PESADOINTERCAMBIADOR DE CALOR

A RECUPERACIÓNDE GASES

CERADE

SLOPS

GASOLINALIGERA DE

DESTILACIÓN

GASOILATMOSFÉRICO


TWIN YOUR ReíHNeRV OPeRmORS

DESTILACIÓNA VACIO


21-1

DESTILACIÓN A VACÍO(VACUUM DISTILLATION)

A fin de maximizar la producción de gasoil y decomponentes ligeros a partir del material de fondos de unaunidad de destilación atmosférica, estos fondos (crudoreducido) pueden ser destilados en una unidad de destilación avacio. La destilación de aceites pesados se lleva a cabo a bajapresión a fin de evitar la descomposición térmica o cracking aelevadas temperaturas. Un material que hierve a 400°C a 50 mmHg probablemente no hervirla hasta unos 500°C a presiónatmosférica. A estas temperaturas elevadas la mayoría de loshidrocarburos se descomponen.

En una unidad de vacío no se tiene demasiado interés enfraccionar los productos. Lo que se intenta hacer es destilar elgasoil, remover la brea o alquitrán, y condensar el producto dela manera más conveniente posible. Las unidades de vacío parala fabricación de aceites lubricantes son totalmente distintastanto en diseño como en operación.

Flashing Del El crudo reducido se alimenta a la unidad de vacío a travésCrudo Reducido de un horno, de la misma manera que un crudo normal se

alimenta a una unidad atmosférica. Sin embargo, mientras quela presión en la zona de flash de una columna atmosféricapuede ser de unos 1 a 1,3 kg/cm2, la presión en una columnade vacío es mucho más baja. Aunque la temperatura detransferencia del horno también se utiliza para fines de control,carece de significado preciso debido a la caída de presión enla tubería de transferencia. La temperatura en la zona de flashposee un significado mejor definido.

Las temperaturas de transferencia del horno y de la zona deflash se controlan para ajustarse a especificaciones tales comola densidad o viscosidad de un aceite pesado (fuel oil) o lapenetración de un asfalto.

La penetración de una brea es la profundidad en centésimasde cm a la que se hunde un punzón aguzado lastrado con unpeso de 100 g en un asfalto a 25°C (77°F) en un tiempo de 5segundos. Así, cuanto más pesada o densa sea la brea menorserá la penetración. Breas muy pesadas se llaman asfaltos.

Si la temperatura de flash es demasiado elevada el crudopuede descomponerse y producir gases que sobrecargarán loseyectores y disminuirán el grado de vacío. Si esto ocurre debedisminuirse la temperatura, y si desea tener un crudo reducidomuy pesado, deberá aumentarse el grado de vacío.

21-3

Proceso De LosFondos De UnaUnidad De Vacío

El hecho de que se produzca algo de descomposicióntérmica puede en sí ser insuficiente para perjudicar el vacío.Esta descomposición puede detectarse por medio delresultado positvo del ensayo Oliensis, el cual es un simpleanálisis de laboratorio que indica la presencia de productos dedescomposición cuando una disolución de asfalto en nafta al20% se distribuye en un papel de filtro. Este ensayo sinembargo no es muy exacto; algunos crudos siempre producenasfaltos con Oliensis positivos no importa cuales sean lascondiciones de proceso. Si se requiere un Oliensis negativo, esa menudo necesario obtener la presión y la temperatura másbajas posibles.

Puesto que el grado de descomposición térmica depende dela temperatura y del tiempo de residencia a esta temperatura,debe procurarse tener un mínimo de producto (brea) en elfondo de la columna de vacío y, además, debe procurarsetenerlo a la menor temperatura posible. Es corriente que,cuando el nivel de fondos aumente, el vacío disminuya debidoa la descomposición térmica causada por tiempos deresidencia más prolongados.

La temperatura de la zona de flash puede variar bastantesegún sea la procedencia y la naturaleza del crudo, lasespecificaciones de la brea, la cantidad de producto de cabezay la presión en la zona de flash. Normalmente se usantemperaturas desde menos de 315°C a más de 425°C.

Algunas unidades de vacío utilizan vapor de agua paradesorber ligeros que pudieran estar absorbidos en la brea. Deesta manera puede reducirse la temperatura necesaria paraajustarse a unas especificaciones del asfalto dadas, pero eluso de un exceso de vapor puede sobrecargar los eyectores.

La brea debe ser manejada con más cuidado que la mayoríade los otros productos del petróleo. Las bombas empleadas enel bombeo de estos materiales calientes y pesados tienden aperder la succión. Este problema puede resolverse en parte abase de reciclar algo de brea fría al fondo de la columna devacío a fin de reducir la presión de vapor en la línea desucción. Es importante también que los empaques de lasbombas estén bien sellados a fin de impedir en lo posible laentrada de aire.

Puesto que la mayor parte de las breas son sólidas atemperaturas ambiente, todo el equipo debe mantenerse enservicio continuamente o bien debe ser lavado con gasoilcuando se pare. El uso de venas de vapor a menudo no essuficiente para mantener la brea líquida pero, si se usan venasde vapor, debe procurase utilizar la máxima presión de vapordisponible.

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La brea a veces se enfría en recipientes abiertos ya que eluso de intercambiadores de calor no resulta adecuado paraeste servicio. A menudo es preferible enviar la brea aalmacenamiento a elevada temperatura a fin de facilitar sumezclado. Si se desea disminuir la temperatura de la brea, esmejor hacerlo disminuyendo el nivel de agua en el recipientede enfriamiento que disminuyendo la temperatura del agua. Siel agua es demasiado fría, la brea puede solidificarse sobre lasparedes de los tubos y aislar térmicamente el resto de la brea,por lo que una disminución en la temperatura del agua puedeen realidad resultar en un producto más caliente.

Cuando se almacene brea a más de 100°C, debe asegurarsede que el tanque no contenga agua. Enfriadores de brea debenser lavados con gasoil tan pronto como el flujo de brea sedetenga.

Control De El vapor que asciende por encima de la zona de flashArrastres arrastra breas que son intolerables en la alimentación de una

unidad de pirólisis. Normalmente el vapor se lava con gasoil enla sección de ceras de slop. La mezcla de gasoil y breasprocedentes de arrastres se denomina cera de slops y amenudo se circula a través de los platos a fin de majorar elcontacto entre el vapor y el líquido, pero el caudal decirculación no es crítico. Para asegurar el removido completode arrastres líquidos, los vapores se pasan a través de unrelleno de coalescencia hecho de malla metálica a través delcual se circula gasoil.

La mayor parte del gasoil de lavado se revaporiza porintercambio con los vapores calientes y se retorna a lacolumna. Una cierta cantidad de ceras de slop debe serpurgada a fin de remover los productos de arrastre. La cantidadde gasoil a la malla metálica se varía de manera que laproducción de ceras de slop sea alrededor de un 5% de laalimentación. Este porcentaje puede aumentar si el gasoil devacío pesado contiene una elevada concentración de residuoscarbonosos o de metales. Variaciones en el color del gasoilproducido sirven para evaluar la eficacia del sistema de controlde arrastres.

Puesto que las ceras de slops son una mezcla de gasoil ybrea, pueden ser recicladas a través del horno a la zona deflash para volver a ser sometidas a un proceso de separación.Sin embargo, si el crudo contiene compuestos metálicosvolátiles, éstos también serán reciclados con las ceras deslops y su concentración en el gasoil puede aumentar. Cuandohubiere problemas con compuestos metálicos volátiles, seránecesario purgar más ceras de slops como producto o bienfabricar un asfalto más ligero que contenga los compuestosmetálicos reciclados con las ceras de slops.

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Condensación El vapor limpio que se obtiene después de la mallaDel Producto de coalescencia es el producto y no requiere fraccionamiento

posterior. Estos vapores, sin embargo, deben ser condensadosde la manera más eficaz posible. Los condensadores tubularesno son prácticos a presiones muy bajas y, además, la pérdidade carga a través de uno de estos condensadores elevaría lapresión en la zona de flash por encima del nivel deseado. Elsistema de condensación más sencillo es por contacto directo(quench) de los vapores calientes con producto líquidopreviamente enfriado en intercambiadores de calor.

Normalmente se desea recuperar en lo posible el calor delos vapores ascendentes por medio de un intercambio térmicocon petróleo crudo. Este intercambio requiere que latemperatura del líquido circulante sea lo suficientementeelevada. Es evidente por tanto que debemos llegar a uncompromiso en algún punto. Si la circulación de gasoil essuficiente para condensar todos los vapores, la temperatura delgasoil será demasiado fría para conseguir un intercambiotérmico eficaz. A fin de obtener una temperatura del gasoiladecuada, tenemos que reducir el caudal de circulación delgasoil, con lo que parte de los vapores escaparán sincondensarse. Este problema se resuelve fácilmente añadiendouna pequeña sección para atrapar estos vapores por medio desu condensación por intercambio térmico con gasoil ligero devacío enfriado con agua.

Se escoge el caudal de circulación de gasoil de vacíopesado que maximice el intercambio térmico con el crudo.Para lograr esto se observa la temperatura del crudo que saledel intercambiador crudo/gasoil de vacío pesado. Entonces sedisminuye el caudal de circulación del gasoil de vacío pesadoen un 10%. Si la temperatura del crudo aumenta, el efecto dela temperatura más elevada del gasoil pesado de vacío esmayor que el efecto del caudal de circulación y podemos tratarde repetir los cambios en esta dirección hasta que alcancemosel óptimo. Si la temperatura del crudo disminuye, deberíamosprobar un cambio del 10% en la dirección opuesta.

A veces es imposible eliminar suficiente calor porintercambio con el crudo solamente y parte del gasoil pesadode vacío que sale del enfriador debe retornarse a la línea derecirculación. Esto debería hacerse sólo cuando resultaseimprescindible, ya que representa un desperdicio de calor y deagua de refrigeración. El gasoil pesado de vacío que se obtienecomo producto se enfría y se envía a almacenamiento bajocontrol de nivel.

La sección de gasoil de vacío ligero es un condensador decontacto directo y el caudal de circulación debería sermantenido a un nivel adecuado para que el vapor a los

21-6

eyectores estuviese a una temperatura no superior a unos 5°Cpor encima de la temperatura del agua de refrigeración. Unacirculación elevada siempre resulta conveniente paraproporcionar un margen de seguridad en caso de oscilacionesen la operación.

Medida Del Vacío Es fácil confundirse debido a las distintas escalasempleadas en la medición del vacío. Las presiones positivasnormalmente se dan en términos de kg/cm2 manometricos, osea por encima de la presión atmosférica. La presiónatmosférica es de 1,035 kg/cm2. Otra unidad de presión es elmilímetro de mercurio (mm Hg o torr). La presión atmosférica anivel del mar es de 760 mm Hg absolutos, mientras que unvacío perfecto correspondería a una presión de O mm Hgabsolutos. Las medidas de vacío resultan mucho másconvenientes cuando se expresan en términos de milímetrosde mercurio (mm Hg) absolutos.

La unidad "torr" es idéntica al mm Hg absoluta. Este nombrederiva del nombre del científico italiano Torricelli. Aunque estenombre sólo se ha utilizado esporádicamente en el pasado yno es de uso corriente, en la actualidad es el término preferidoen el sistema internacional (SI) de unidades.

21-7


TMIN YOUR REHÍIOY OP€MTCW

OXIDACIÓNDE ASFALTOS


22-1

UNIDAD DE OXIDACIÓN DE ASFALTOS(ASPHALT OXIDIZER UNIT)

Introducción

Asfaltos

Esta unidad está diseñada para producir un asfalto de 60-70mm de penetración a partir de una alimentación de 500 BPD(barriles por día) de fondos de una unidad de vacio.

Un asfalto es una mezcla amorfa de hidrocarburos pesados,olorosos, con un color pardo oscuro o negro. A veces se ledenomina brea mineral o residuo bituminoso endurecido.

Los asfaltos se encuentran en la naturaleza en forma dedepósitos de superficie en varias partes del mundo y tambiénse obtienen como residuo de la destilación del petróleo. Laspropiedades de los asfaltos varían ampliamente según sea lanaturaleza y la concentración de sus varios constituyentes. Lafracción líquida de los asfaltos está compuesta de una mezclade aceites similares a aceites lubricantes muy pesados yresinas sólidas y semi-solidas de color oscuro. La fracciónsólida está compuesta de asfáltenos y es responsable de laconsistencia física del asfalto. Un aumento en la concentraciónde asfáltenos se traduce en un notable aumento de laviscosidad y del punto de fusión, así como en una mayordificultad de bombeo y de flujo por tuberías. Los asfáltenos noson solubles en disolventes tales como pentano y hexano ytampoco se funden.

Los asfaltos pueden ajustarse a muchas especificaciones, lamayor parte de las cuales son de los tipos siguientes:

1. Asfaltos industriales o de punto de fusión muy elevado.

2. Cementos.

3. Materiales asfálticos líquidos de solidificación rápida.

4. Materiales asfálticos líquidos de solidificaciónintermedia.

5. Materiales asfálticos líquidos de solidificación lenta.

6. Asfaltos emulsificados.

La oxidación o inyección de aire a menudo permite laobtención de las propiedades deseadas cuando estasespecificaciones no puedan ser obtenidas por destilación avacio solamente. El efecto de la inyección de aire es el detransformar los compuestos aromáticos de la fracción líquidaen resinas y, finalmente, en asfáltenos. La resina y el aceitefuncionan como ligamentos para compactar las partículas

22-3

sólidas de los asfáltenos. Puesto que la inyección de aireaumenta la concentración de asfáltenos y disminuye la deaceites y resinas, aumenta la dureza y el punto de fusión delproducto.

Descripción Parte de los fondos de la columna de vacío entran en elDel Proceso reactor de oxidación bajo control de caudal. El aire se

introduce a través de un distribuidor colocado por encima de lalínea tangente inferior del reactor. El caudal de aire en excesodel requerido se ventea a la atmósfera.

El nivel del asfalto en el reactor se controla por medio de unLIC que regula la válvula de control en la línea de descarga delos asfaltos oxidados. El producto se bombea a través de unintercambiador térmico (para recuperar calor en el gasoil ligerode vacío) y se envía a almacenamiento de productos, o aslops si el asfalto producido no se ajusta a lasespecificaciones deseadas. El caudal del producto se mide pormedio de un medidor de flujo situado antes de la válvula decontrol de nivel. El controlador de presión situado después delintercambiador de calor regula la presión de descarga pormedio de un control en la línea de circulación de la bomba deasfaltos. Esto es necesario ya que las bombas de asfaltos sonde desplazamiento positivo. Se introduce vapor en el espaciopor encima del nivel del asfalto en el reactor a fin de evitar laposible combustión de los gases de hidrocarburos con elexceso de oxígeno no reaccionado. La introducción del vaporse hace en dos puntos distintos: por debajo de la tangentesuperior del reactor y a través del distribuidor de aire en elfondo a fin de evitar que éste se tapone durante la puesta enmarcha y en las paradas.

Los vapores de cabeza del reactor contienen gasescombustibles, vapor, exceso de aire y arrastres líquidos. Estosvapores van a un filtro de separación de líquidos para separarcualquier condensado que pudiera haber. El vapor entra por elfondo del filtro y asciende a través de un lecho de coque depetróleo para separar vapores condensados y arrastreslíquidos. El líquido que se acumula en el fondo se vacíamanualmente cuando el nivel es visible en el visor. Los gasesde cabeza del filtro pasan a través de un retenedor de llamasantes de ser quemados en el horno de la unidad de vacío. Elgas de cabeza del filtro puede ser descargado a la antorchadirectamente si el retenedor de llamas está obturado.

El asfalto oxidado se enfría en el lado de la carcasa de unintercambiador de haz tubular por el que circula gasoil ligerode vacío por el interior de los tubos. El asfalto oxidado se envíaa almacenamiento bajo control de nivel tal como se indicóanteriormente. El gasoil ligero de vacío retorna a las unidadesde destilación atmosférica y de vacío.

22-4

Operación Normal Cuando se haya verificado por medio de análisis delaboratorio que se está produciendo un asfalto de la calidaddeseada, deben tomarse muestras de los fondos de vacio yanalizarlos para comparación. Debido a los tiempos deresidencia muy prolongados en el reactor de oxidación, lasmuestras comparativas deberían ser tomadas a intervaloscorrespondientes al tiempo de residencia en la unidad (cuatrohoras al caudal de diseño).

Es muy importante que los fondos de vacío no sufranninguna descomposición térmica si se desea obtener unasfalto que se ajuste a las especificaciones. Cambios en lacalidad de los fondos de vacio se traducirán en cambios en laspropiedades del asfalto, incluso si las condiciones deoperación del reactor de oxidación permanecen constantes. Sila calidad de los fondos de vacío cambia de un modoapreciable, probablemente será necesario modificar laoperación del reactor de oxidación a fin de mantener laspropiedades deseadas en el producto. Estas modificacionespueden afectar al tiempo de residencia, la temperatura deoxidación, y el caudal de aire inyectado. A medida que seadquiera experiencia en la operación de la unidad, será posiblepreparar correlaciones entre las propiedades del asfalto (índicede penetración, por ejemplo) y parámetros tales como eltiempo de residencia, la temperatura de oxidación y el caudalde aire, para una cierta calidad de los fondos de vacio. Estosgráficos son útiles para optimizar cambios en las condicionesde operación cuando circunstancias similares lo demanden enel futuro.

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UNIDAD DE OXIDACIÓN DE ASFALTOS(ASPHALT OXIDIZING UNIT)

PARADA

REACTOR DEOXIDACIÓN

TRAH

FILTRO DESEPARACIÓN DE

LÍQUIDOS

roroÓ>

FONDOSDÉLA

COLUMNADE VACIO

RETENEDORDE LLAMAS

AL CABEZALDE VACIO

A LA ANTORCHA

AGUA Y ACEITEA TRATAMIENTO

GASOIL LIGERO DEVACIO DE LA COLUMNA

DE VACIO Y RETORNO

ASFALTO OXIDADOA ALMACENAMIENTO


OPGMTOIK

CRACKING TÉRMICO(VISBREAKING)


23-1

DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA DE RESIDUOS.VISBREAKING O CRACKING TÉRMICO

(VISBREAKING)

Descripción Cuando los aceites pesados de petróleo están expuestosDel Proceso a temperaturas elevadas durante un cierto tiempo, se

convierten en parte en otros hidrocarburos más ligeros depropiedades totalmente distintas. Este fenómeno, llamadovisbreaking o cracking térmico, no requiere el uso de uncatalizador.

Cuando las moléculas pesadas se rompen en otras máspequeñas, lo hacen en proporciones definidas, generandocantidades de gases, nafta, destilados ligeros y gasoil quepueden estimarse de antemano. El material pesado remanentese llama simplemente residuo.

Puesto que las moléculas parafínicas se rompen másfácilmente que las aromáticas, el producto residual pesado nose descompone tan fácilmente como el aceite pesado inicial.Ocurre algo similar con los líquidos ligeros e intermediosproducidos por cracking térmico. Se dice entonces que losproductos de visbreaking son más refractarios que el aceiteinicial.

Cuando se forman moléculas más ligeras, su composiciónquímica requiere la presencia de un porcentaje de hidrógenomás elevado en la molécula. Para obtener este higrógeno esnecesario deshidrogenar parte de las otras moléculas, tantoligeras como pesadas, que, como resultado, adquieren unanaturaleza oleflnica.

Las propiedades de los productos oleflnicos son muydistintas de las propiedades de las fracciones de petróleoobtenidas por simple destilación del crudo. Los fenómenosmás acusados son los de inestabilidad y de incompatibilidad.Las olefinas son inestables en la presencia del oxígeno del airey tienden a reaccionar y a formar gomas y otros productosresinosos indeseables. Para evitar esta oxidación, la nafta devisbreaking debe ser tratada y protegida con inhibidores. Esteproblema no es tan importante en el caso de los productosresiduales ya que raramente se especifica su color y sucontenido de gomas. El fenómeno de incompatibilidad sepresenta cuando se mezclan productos de cracking térmicocon fracciones similares vírgenes (obtenidas porfraccionamiento sin cracking) ya que sus distintassolubilidades ocasionan la formación de depósitos pesados. Eloperario no tiene por que conocer los proceso químicos quepuedan ocurrir en una mezcla, pero debe verificar de antemano

23-3

que es posible cambiar los ingredientes de una mezcla antesde proceder a sustituir ingredientes similares pero deprocedencia distinta.

Las moléculas aromáticas y oleffnicas en general tienen unadensidad mayor que la de las moléculas paraflnicas quehierven dentro del mismo margen. Esto puede ser verificadofácilmente comparando las densidades de destilados ligerosprocedentes de una unidad de fraccionamiento de crudos condestilados ligeros producidos por cracking térmico.

Cuando se rompen moléculas grandes en otras máspequeñas en el proceso de visbreaking, la cantidad ydistribución de las moléculas que se rompen varían con latemperatura y con el tiempo de retención a una temperaturadeterminada. La cantidad de moléculas cuya estructura cambiase expresa como porcentaje en peso y se llama "conversión".

En una unidad de visbreaking el aceite pesado es calentadoa la temperatura de proceso por medio de un horno cuyatemperatura se controla a la salida. Esta temperatura, llamadatemperatura de transferencia, debe conocerse para establecerel grado de conversión y la composición de los productos delcracking térmico.

El aceite pesado de la alimentación se calienta en los tubosde pared del horno. El flujo de calor suministrado por el hornodebe limitare a fin de evitar la formación de coque en elinterior de los tubos del horno. Esta limitación limita tambiénel grado de conversión que puede obtenerse por paso. Losproductos que salen del horno se alimentan a la zona de flashde un fraccionador. Este fraccionador produce un corte lateralde gasoil que se desorbe en una columna de desorciónapropiada antes de ser enviado a la unidad de hidrocracking.Los productos de cabeza incluyen gases y nafta. El gas sesepara en el acumulador y va al sistema de gas combustible,mientras que la nafta condensada se recoge en el acumuladory se utiliza como reflujo externo del fraccionador y comoproducto de alimentación a una unidad de hidrocracking. Losfondos se mandan a'una columna de vacio para recuperar losgasoils, que se utilizan también como alimentación a unaunidad de hidrocracking.

La característica más notable de esta columna defraccionamiento es la tendencia a formar depósitos de coqueen todas las secciones donde haya aceites pesados calientes.A fin de evitarlo, la columna está provista de una linea deenfriamiento directo (quench).

Para mejor entender el funcionamiento de esta unidad serecomienda leer las instrucciones de puesta en marcha y deoperación.

23-4

CRACKING TÉRMICO DE RESIDUOS (VISBREAKING)(VISBREAKING PROCESS)

HORNO FRACCIONADOR FLASH

10

c!n

RESIDUO

GASARECUPERACIÓN

GASOLINANO ESTABILIZADA

ENFRIAMIENTO DIRECTO

RESIDUO DEVISBREAKING

UOP 220-23-1


TRATAMIENTOCON AMINAS


24-1

UNIDAD DE TRATAMIENTO CON AMINAS(AMINE TREATING UNIT)

Flujo Del Esta unidad de tratamiento de gases y de regeneraciónProceso de aminas se diseña para remover H2S de diversas corrientes

de gases por medio de su absorción con dietanolamina (DEA)seguida por la regeneración de la DEA usada en el absorbedor.Parte de la corriente libre de H2S se usa como gas combustibley el resto se usa como alimentación de la planta de hidrógeno,si la hay.

El gas entra por el fondo del absorbedor donde el H2S esabsorbido por contacto en contracorriente con la DEAregenerada, la cual se introduce en el segundo plato de lacolumna a caudal controlado. Del fondo de la columna seextrae la amina enriquecida bajo control de nivel, y se bombeaa la sección de regeneración de aminas. El gas libre de H2Ssale en cabeza de la absorbedora y va al sistema de gascombustible o a la planta de higrógeno.

La corriente de aminas con H2S absorbido pasa a través deun filtro bajo control de la diferencia de presión, de maneraque el filtro pueda ser by-pasado parejamente si es necesariopar mantener una caída de presión constante a través del filtro.La amina es calentada entonces por medio de intercambiotérmico con los fondos del regenerador de aminas. Se puedeninyectar agentes antiespumantes en la corriente y entonces seintroduce la amina en el segundo plato del regenerador.

El líquido del acumulador es principalmente agua y se reflujaal plato superior bajo control de nivel del acumulador.

Los vapores del acumulador, constituidos principalmente deH2S, salen bajo control de presión del acumulador y secombinan con gas proveniente de la sección de tratamiento deagua de procesos. La mezcla de gases se quema con gascombustible en la unidad de incineración, bajo control detemperatura.

La amina sin H2S del fondo del regenerador de aminas esenfriada parcialmente por intercambio con la alimentación delregenerador en un intercambiador y entonces se bombea pormedio de una bomba de circulación a través de un enfriador deaire. La amina empobrecida se recicla al absorbedor de aminasde la unidad.

Las pérdidas de amina hacen necesaria una reposición deamina fresca proveniente del sistema de almacenamiento. Laadición de amina fresca se hace en la corriente de aminaempobrecida que sale del intercambiador.

24-3

La bomba de transferencia de aminas se usa par remover oretornar aminas a la corriente de amina empobrecida. Lasolución de DEA al 20% se prepara en un tanque de fundido yse bombea al tanque de almacenamiento por medio de labomba de transferencia de aminas.

24-4


OPGMTOIK

TRATAMIENTODE EFLUYENTES

ACUOSOS


25-1

TRATAMIENTO DE EFLUYENTES ACUOSOS(WASTE WATER TREATMENT)

Sistemas DeTratamientoDe Efluyentes

El objetivo de un sistema de tratamiento de efluyentes es elde impedir que los efluyentes de la refinería contaminenel agua natural. Esto se hace reteniendo y tratando todos loslíquidos de desecho que se produzcan en la refinería.

A. AGUA DE LASTRE

En las refinerías situadas a orillas del mar o de ríosnavegables, una considerable cantidad de productos puede sertransportada a bordo de buques tanque. Regulaciones localese internacionales prohiben la descarga de agua que contengaresiduos de petróleo. Debido a ésto, las refinerías deben sercapaces de aceptar, tratar y disponer del agua de lastre de losbarcos. Además de petróleo, esta agua contiene sedimentos,herrumbre finamente dividida y reactivos usados en la limpiezade los tanques. Los productos petrolíferos contenidos en elagua varían desde gasolinas a combustibles pesados.

El tratamiento del agua de lastre se hace separando el aceitedel agua, seguido por un tratamiento final en una unidad deflotación con aire para romper las emulsiones y remover lossólidos suspendidos y las dispersiones de gotitas de aceite.

Puesto que se desea minimizar las pérdidas de tiempo de losbarcos, el agua de lastre se bombea del barco tan rápidamentecomo sea posible. El caudal y volumen del agua pueden sermuy variables. Un almacenamiento adecuado es necesario paraproporcionar suficiente tiempo de retención para permitir undecantado inicial y para regular los caudales a través delseparador aceite-agua y de la unidad de flotación con aire.

Los tanques de almacenamiento del agua de lastre estánubicados cerca del área de tratamiento de efluyentes, provistosde un sistema de drenaje por gravedad. Un ciclo normal deoperación consiste en las etapas de llenado, calentamiento,retención, separación y vaciado. Se requieren alrededor de tresdías para completar el ciclo. Estos tanques deben seradecuados para recibir deslastres consecutivos durante dosdías. Los períodos de retención y de calentamiento en lostanques deben ser acortados si se prolonga la duración deldeslastre.

Se utiliza vapor en el serpentín de los tanques para calentarel agua a una temperatura máxima de aproximadamente 150°F(65°C) a fin de lograr una buena separación del aceite. Paraesto se requieren tres días de retención y de calentamiento. En

25-3

este tiempo los materiales más pesados se sedimentan en elfondo del tanque y una gran parte de los hidrocarburos sedecanta en la superficie. Cada tanque está equipado con unacombinación de toma de muestras-separador. La toma demuestras se utiliza para localizar la interfase entre el aceite yel agua. Se utiliza el separador para remover el aceite que flotaen la superficie del agua.

El aceite recuperado, si no contiene plomo, se bombea altanque de slops pesados; si contiene plomo, se bombea altanque de gasolina fuera de especificaciones.

Después de que se ha separado suficiente cantidad deaceite de la superficie de los tanques, el agua se vierte porgravedad a un separador aceite-agua y luego va a la unidad deflotación con aire para tratamiento adicional.

B. AGUA DE PROCESO Y AGUA DE LLUVIAS

El agua de proceso de la refinería y el agua de lluviasrecuperada del pavimento de las áreas de proceso, bases delas bombas, y del interior de los diques de los tanques van alsistema separador aceite-agua a través de una alcantarillacomún.

Los drenajes del área de diques están normalmente cerradospara retener el derrame de aceite y, por tanto, los diques sirvenpara almacenar temporalmente el agua de lluvias recogida enlas zonas de proceso.

Después de una lluvia, el agua retenida es aliviada bajocondiciones controladas vaciando los diques sucesivamente enforma escalonada.

La sosa usada en las unidades de la refinería se almacena enun tanque y se vierte lentamente en la alcantarilla de aguasaceitosas a un caudal tal que no se altere el pH del agua total.

25-4

ESQUENA DE UN SISTEMA TÍPICO DETRATAMIENTO DE EFLUYENTES ACUOSOS

(SCHEMATIC OF A TYPICAL WASTE WATER TREATMENT SYSTEM)TANQUE

DEL AGUADE LASTRE

AGUA DELASTRE

enc!n

nc

EFLUYENTEACEITOSO _

1

Vv /

— TANQUES DERECUPERACIÓN

DE SLOPS

RETORNO DEL SLOP ALOS TANQUES DE CRUDO

SEPARADORDEL AGUAACEITOSA

AGUAACEITOSADEL ÁREA

DE TANQUES

LODOS

AGUAACEITOSADEL ÁREA

DE PROCESOS

UNIDAD DEFLOTACIÓNCON AIRE

ESTANQUEDE

AIREACIÓN

LODOS DE LA UNIDADDE FLOTACIÓN CON AIRE (UNIDAD DE TRATAMIENTO

BIOLÓGICO CON LODOSACTIVADOS)

-TANQUE DEDECANTADO

ESTANQUEDE

RETENCIO

AGUALIMPIA

Equipo De A) SEPARADOR ACEITE-AGUATratamiento

El separador aceite-agua decanta aquellos aceitesinmiscibles y sólidos que pueden ser separados por gravedaddentro de los límites de diseño de la unidad. El diseño delseparador se basa en las recomendaciones del API.

La unidad está dividida en un número de estanquesseparados, cada uno diseñado para manejar un cierto caudalde agua de lastre o un caudal menor de agua fresca. Ladiferencia de capacidad máxima entre el agua de lastre y elagua fresca se basa en la diferencia entre la velocidades dedecantación de un glóbulo de aceite en el agua de mar y enagua fresca.

La capacidad de los estanques debe ser tal que no impongalimitaciones en la capacidad de operación de la refinería. Losestanques normalmente tratan agua de lastre y aguasaceitosas de proceso y de lluvias, con al menos un estanquede reserva para posibles caudales adicionales de aguasaceitosas.

El agua de lastre fluye por gravedad desde los tanques deretención a la entrada del separador. El caudal se regula pormedio de un dispositivo de control de flujo.

Se utilizan compuertas de represa para sacar de servicio unestanque si se desea.

El agua aceitosa de proceso y de lluvias fluye a otra cámara.Se usan compuertas para determinar cual de los estanquesdebe utilizarse. El nivel del agua en cada separador estádeterminado por la elevación del vertedero al final delestanque. Hay un vertedero de rebose a un nivel más alto paraseparar la porción de flujo que exceda la capacidad de diseñode la cámara. Este exceso se manda a un tanque de retenciónsituado cerca de la laguna de retención. Puede haber excesosde caudal en períodos de lluvias. Este exceso de agua sebombea al separador durante los períodos secos.

Las varias secciones del tanque que forman el separadorestán construidas de hormigón reforzado. Para una adecuadaoperación, todo el equipo que deba ser instalado en elseparador debería ser suministrado por un solo vendedor. Laalimentación se introduce a través de placas deflectoras parareducir la turbulencia y el fluido se distribuye de manera queno se perturbe la separación por gravedad.

Los estanques separadores están equipados con un puentedeslizante accionado por motor que sirve para barrer lodos delfondo del estanque y depositarlos en fosas de colección de

25-7

lodos, y para empujar el material que flote sobre la superficiedel agua hacia separadores rotatorios. El mecanismo delpuente móvil debe operarse continuamente.

El tubo de salida de lodos del separador está dispuesto detal manera que la presión hidrostática del agua en el estanquebaste para transferir el lodo hacia el colector de lodos, dedonde es bombeado al espesador de lodos.

El aceite flotante es removido de cada estanque por mediode un separador cilindrico rotatorio situado al final. El aceiteque se recoge en el cilindro se deposita en un colector desdeel cual fluye al tanque de slops del separador.

El efluyente del separador pasa por debajo de un deflectorde retención de aceite y por encima de un vertedero regulablehacia el estanque de efluyentes. El deflector de retención deaceite retiene el aceite en la superficie hasta que es removidopor el separador rotatorio.

El agua de lastre fluye desde el estanque de efluyentes a launidad de flotación del agua de lastre. El agua de procesos yde lluvia fluye hacia la unidad de flotación del agua deprocesos. La flotación se lleva a cabo por medio de inyecciónde aire.

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SEPARADOR ACEITE-AGUA(OIL-WATER SEPARATOR)

DIFERENCIA DE PRESIÓNHIDROSTATICA DEBIDA

A LOS DEFLECTORESDE ENTRADA

COMPUERTADE REPRESA

DEFLECTORDE ENTRADA

PUENTE MÓVIL

VERTEDERODEL EFLUYEIMTE

(AJUSTABLE)

VERTEDERODE REBOSE

REBOSE

CONDUCTO YDEFLECTOR DE-

REACCION -FOSA DELODOS

SEPARADORDE LODOS

SEPARADORCILINDRICOROTARORIO

PARAEL ACEITE

DEFLECTOR DERETENCIÓNDEL ACEITE

VISTA LATERAL

COMPUERTASDE REPRESA

ENTRADADEL AGUADE LASTRE

REBOSE

SEPARADORCILINDRICO DE ACEITE

ENTRADA DEL AGUADE PROCESOS

SUMIDERO DEDESCARGA DEL

ACEITE DESLOPS

PUENTEDESLIZANTE

VISTA SUPERIOR

VERTEDEROS DEDISTRIBUCIÓN

COMPUERTASDE REPRESA

UOP 220 25-2

25-9

B) UNIDAD DE FLOTACIÓN CON AIRE

Las unidades de flotación proporcionan un tratamiento deefluyentes final para separar cualquier aceite residual ymateriales suspendidos. Las unidades de flotación sesuministran completas con bombas, motores, controles,recipientes, equipo de inyección de aire, separador desuperficie y de fondo, sistema de distribución de agua, etc. Launidad debe tener la suficiente capacidad para procesar lacarga de diseño y debe ser adecuada para tratar agua de mar.

La operación de las unidades de flotación consiste endisolver aire bajo presión en el agua residual. Esta agua seinyecta a través de un distribuidor en la corriente de entrada dela unidad. Cuando esta agua entra en la sección de entrada, seliberan pequeñas burbujas de aire debido a la reducción depresión. Cuando las burbujas ascienden, arrastran aceite ymateriales suspendidos hacia la superficie. Un equipo deseparación mecánica colecta el material recogido en lasuperficie.

El material que va al fondo es extraído manualmente a travésde una válvula de descarga de lodos. La unidad está diseñadade modo que puedan añadirse reactivos floculantes, alumbre ypoli-electrolitos, para ayudar a romper las emulsiones y aaglomerar el material suspendido. Se puede añadir cal para elcontrol de pH.

C) UNIDAD DE LODOS ACTIVADOS

El proceso de lodos activados consiste en la mezcla íntimade la corriente procedente de la unidad de flotación con airecon una cierta cantidad de barros biológicamente activospreparados en el proceso. La mezcla se hace en presencia deaire.

La mezcla aireada pasa a un decantador de separacióndonde los barros sedimentan por gravedad y del cual sale unlíquido claro que puede ser descargado. Los lodos activados seextraen del decantador y una porción de ellos se mezcla conlos efluyentes acuosos para ayudar a tratarlos. El resto sebombea a la salida del separador de aceite de aguas deproceso para ser tratado en la unidad de flotación de aire.

La planta de lodos activados se diseña para tratar sólo elefluyente de la unidad de flotación de aguas de proceso y delluvias. La razón es que los tratamientos biológicos no sonadecuados para el agua de lastre, ya que es agua de mar.

25-10

El estanque de aireación está dimensionado de manera quela demanda biológica de oxigeno (BOD) no exceda por ejemplode 30 Ibs/día por cada 1.000 pies cúbicos de volumen (0,5 kg/m3

día). Se provee equipo de aireación para mantener 2 ppm deoxígeno en el agua. La bomba debe ser capaz de reciclar hastael 100% del flujo normal. La unidad de tratamiento biológicopor lodos activados debería ser capaz de obtener unareducción del 90% en la demanda biológica de oxígeno, desdeunas 200 ppm hasta unas 20 ppm.

D) RECUPERACIÓN DEL ACEITE DE SLOPS

El aceite que se separa en el separador aceite-agua y serecoge en el sumidero de slops contiene una gran cantidad deagua, la cual debe ser removida del aceite para permitir quevuelva a ser usada en las unidades de proceso. Periódicamenteel aceite se transfiere a uno de los dos tanques de slops.

Todo el sistema de conexiones y válvulas del sistema derecuperación de aceites de slops se controla manualmente.Los tanques pueden ser utilizados independientemente el unodel otro.

Cada tanque está provisto de un rebosadero que permite elretorno de cualquier exceso al separador. Los tanques tienenun fondo de forma cónica para facilitar la separación porgravedad del agua y del aceite. Los tanques están provistos deserpentines de vapor para calefacción. Un aumento de latemperatura puede ayudar a romper emulsiones y así liberarmás agua del aceite. La sección cilindrica de cada tanque estádiseñada para almacenar el aceite de slops producido durantetres días de operación. Así se dispone de un tiempo razonablepara la operación de recuperación.

Si la calefacción no basta para romper las emulsiones, sepueden agregar reactivos especiales para conseguirlo. El aguaoleosa del tanque puede ser circulada para facilitar su mezclacon productos químicos y otros aditivos apropiados. Losreactivos pueden ser añadidos a la línea de descarga de labomba de circulación'de slops o directamente al tanque através del paso de hombre. La experiencia indicará que tipo dereactivos deben ser utilizados.

El agua drenada del tanque retorna al separador. Cuando seha vaciado el agua, el aceite recobrado se bombea por mediode la bomba de transferencia de aceites de slops hacia elalmacenamiento de slops.

25-11

E) TRATAMIENTO DE LOS LODOS ACTIVOS

Los lodos aceitosos procedentes de los separadores aceite-agua y de la unidad de flotación con aire, y los lodos digeridosprocedentes de la planta de tratamiento de aguas residuales sealimentan a un espesador por gravedad para extraer el agua.Los lodos procedentes de la limpieza de los tanques tambiénse descargan en el espesador. Los lodos espesados tendránuna concentración de sólidos de aproximadamente el 6% (enpeso). El agua que rebosa del espesador se recicla al separadoraceite-agua. Los barros espesados se bombean a unincinerador de lecho fluidizado donde los compuestosorgánicos son quemados totalmente y se producen cenizasinertes. El incinerador está equipado con un scrubber para ellavado de los gases de chimenea y de un sistema deenfriamiento de cenizas.

25-12

Ul

CO

TANQUE TÍPICO PARAEL AGUA DE LASTRE

(TYPICAL BALLAST WATER TANK)

TANQUE TÍPICO PARALA RECUPERACIÓN DE

(TYPICAL SLOP OIL RECOVERY TANK)

ENTRADA ^LINEA DE RECIRCULACION ^

SEPARADOR Y TUBERÍADE MUESTREO OPERADOS

POR MEDIO DE CABLEY MANIVELA

DEFLECTORCALENTADOR DEL TANQUE

VAPOR

CALENTADORDEL TANQUE

VAPORoc

ENTRADA

REBOSE

HACIA EL TANQUE DE SLOPS

LINEA DE MUESTREO

-CONDENSADO

TRAMPADE VAPOR

TRAMPADE VAPOR ACEITE RECUPERADO HACIA

LOS TANQUES DE CRUDOO HACIA LA BOMBA

DE CIRCULACIÓN DEL SLOP UOP 220-25-3

F) DESORBEDOR DE LAS AGUAS RESIDUALES

La sección de desorción está diseñada para remover gasesnocivos volátiles e hidrocarburos ligeros de los efluyentesacuosos del proceso por contacto con vapor a contracorriente.El agua desorbida es aceptable para ser enviada a losdesaladores de la unidad de crudo, después de lo cual se laenvía al alcantarillado de descarga de aguas residuales. Losgases se envían a la unidad de tratamiento con aminas.

Las corrientes combinadas de aguas residuales provenientesde varias unidades se alimentan al tambor de desgasificacióndel agua residual. Aquí el aceite se separa de la superficie y seenvía al colector. Cualquier gas desprendido se envía a launidad de tratamiento de aminas.

El agua acida es bombeada bajo control de nivel del tamborde desgasificación al tope de la columna de desorción. Elvapor de desorción entra por debajo del plato inferior deldesorbedor bajo control de caudal. El agua desorbida (fondosde la columna) se bombea a los desaladores de la unidad decrudo. Los vapores de cabeza del desorbedor se condensan enun aerorefrigerante. Los gases incondensables abandonan elacumulador de cabeza bajo control de presión y van a la unidadde tratamiento de aminas. El aceite condensado se separa dela superficie y se recoge en el colector. El agua sale delacumulador bajo control de nivel y se recicla a la alimentacióndel desorbedor.

25-14

INSTALACIÓN TÍPICA DEUN DESORBEDOR (STRIPPER)

DE AGUAS RESIDUALES(TYPICAL WASTE WATER STRIPPER SETUP)

GAS HACIA LAUNIDAD DE AMINAS

toOí

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TAMBOR DEDESGASIFICACIÓN

1

PCr^v 9

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DESORBEDOR(STRIPPER)

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DE DRENAJES

ENTRADADEL AGUA ACIDA

DE 40 PSIG

AGUA DESPOJADAUOP 220-25-4


OPCRHTORÍ


26-1

DESALADO ELÉCTRICO DE LOS CRUDOS(ELECTRICAL DESALTING OF CRUDE OILS)

Todos los crudos contienen mayores o menores cantidadesde agua salada y de sedimentos según sea la procedencia delcrudo y el método de transporte utilizado desde el yacimientohasta que llega a los tanques de almacenamiento de larefinería. El contenido salino normalmente se expresa entérminos de las libras de cloruro sódico por cada mil barrilesde crudo, o kilogramos de sal por cada mil barriles de crudo. Elcontenido salino puede variar de O a 1000 libras por milbarriles, pero normalmente varía de 10 a unas 200 libras.

Además del agua salada contenida en el crudo producido enlos yacimientos, el crudo puede contaminarse con agua saladacuando se transporta en buques tanque. El agua de lastre amenudo se mezcla con el crudo durante el transporte y puedeincluso emulsificarse con el crudo cuando éste se bombea alos tanques. El crudo también puede contaminarse con sal enlas tuberías de transporte (pipelines) en las que la sal tiende aacumularse en los puntos bajos.

La presencia de sal en el crudo da lugar a corrosión. Todaslas refinerías, por tanto, insisten en coseguir una buenaseparación del crudo, del agua y de la sal antes de enviar elcrudo a las unidades de proceso.

Hace años el único tratamiento de desalado a que sesometía el crudo era el de decantación. Este tratamiento semejoró en años sucesivos a base de calentar el crudo y deañadir productos químicos. Es difícil sin embargo conseguirresultados uniformes con este tratamiento y, en la práctica,hay en día todas las refinerías utilizan equipo de desaladoeléctrico.

Los dos suministradores principales de equipos de desaladoeléctrico en los Estados Unidos son la Petreco División dePetrolite Corporation y Howe-Baker Engineers, Inc. La mayorparte de la información que se incluye en este capítulo estábasada en los datos y la experiencia acumulados por estas doscompañías.

Los desaladores eléctricos constan de dos partes y seinstalan como parte integral de las unidades defraccionamiento de crudos. En la primera parte se forma unaemulsión del crudo con agua y en la segunda la emulsión serompe mediante la aplicación de un campo eléctrico. Dado quelas características que favorecen la formación de la emulsión

26-3

en la primera parte a menudo hacen mas difícil la separaciónen la segunda, debe llegarse a un compromiso en laoptimización de la operación de la unidad.

En la mayoría de crudos, aproximadamente un 95% delcontenido salino total del crudo se encuentra en la fracción desedimentos y agua del crudo (BS&W). Físicamente, sinembargo, la sal está en la forma de gotitas de salmuera muyconcentradas finamente dispersas en el crudo. Estas gotitasson muy pequeñas y es difícil lograr un buen contacto entreellas y el agua que se inyecta en el crudo en la primera partede la unidad de desalado. El objeto de esta agua es el de diluirla concentración salina de la salmuera; asi, una vez se hayadestruido la emulsión, la cantidad de agua remanente en elcrudo sólo contendrá una baja concentración de clorurosódico.

Emulsificación es el proceso de mezcla de líquidosinmiscibles en el cual uno de los líquidos se divide en gotitasextremadamente pequeñas (fase dispersa) que permanecen ensuspensión en el seno del otro (fase continua). El tamaño delas gotitas en emulsiones corrientes oscila entre 1 miera y 10mieras de diámetro, o sea que son tan pequeñas que nopueden ser observadas visualmente, aunque son fácilmentevisibles en un microscopio.

Para formar una emulsión estable se requiere un método deagitación muy vigoroso. El método corriente de emulsificaciónconsiste en pasar uno de los líquidos bajo presión y a granvelocidad a través de un pequeño orificio o entre dossuperficies planas mantenidas a una muy corta distancia entresí. En un desalador de crudos comercial esta emulsificación sehace inmediatemante antes del desemulsificador eléctrico oantes de los intercambiadores de calor intercalados entre elemulsificador y el desemulsificador eléctrico. Normalmente,para un crudo y una composición salina determinados, cuantomayor es la pérdida de carga (caída de presión) en elemulsificador, menor es el tamaño de las gotitas de laemulsión y, por tanto, se obtiene una emulsión máshomogénea y más estable.

Los parámetros que afectan a la formación de emulsionesson la tensión superficial (tensión interfacial), la cargaelectrostática de las gotitas y la viscosidad de la películainterfacial. Para romper una emulsión, o desemulsificar unaemulsión, es necesario coalescer las gotitas pequeñas englóbulos de mayor tamaño que puedan ser decantados porgravedad. En un desalador eléctrico esto se consigue pasandola emulsión a través de un campo eléctrico intenso. Las gotitas

26-4

Pérdida De Carga(Caída DePresión)

de agua se polarizan y se orientan a lo largo de las lineas defuerza del campo. Entonces, debido al bien conocido fenómenode atracción entre cargas eléctricas de signos opuestos, lasdistintas gotitas se atraen entre si y coalescen en gotas demayor tamaño que pueden ser separadas por gravedad.

La pérdida de carga a través de la válvula u orificiodel emulsificador es probablemente el parámetromás importante en un desalador de crudos. Debe mantenerseuna pérdida de carga suficientemente alta para formar unabuena emulsión, pero no tan alta que la emulsión resultantesea tan fina y estable que no pueda ser destruida por mediodel campo eléctrico del desalador. En la figura No. 1 semuestra el efecto de la pérdida de carga en la concentraciónsalina residual que se obtiene después de pasar por eldesalador. Cuando la pérdida de carga aumenta se obtiene undesalado mejor, hasta que se llega a un punto en el que laconcentración de sal en el crudo vuelve a aumentar. Para unaoperación óptima se recomienda normalmente operar a unas 5psi (0,3 a 0,4 kg/cm2) por debajo de este punto máximo.Normalmente la pérdida de carga a través de una válvula uorificio de emulsificación es de unas 25 psi (1,8 kg/cm2), peropuede llegar a hasta unas 65 psi (4,6 kg/cm2).

26-5

FIGURA 1

CURVAS TÍPICAS PARAUN CRUDO DETERMINADO

(TYPICAL CURVES FOR A PARTICULAR CRUDE)

CONTENIDO DE SALES, SEDIMENTOS Y AGUA ENFUNCIÓN DE LA PERDIDA DE CARGA, AP, DELEMULSIFICADOR (VALORES APROXIMADOS)

B.S. & W AND SALT CONTENT VS.MIXING VALUE AP (APPROXIMATE ONLY)

CONTENIDO DE SAL

SEDIMENTOS Y AGUA

35 40 45 50 55 60 65 70

PERDIDA DE CARGA, AP, EN LA VÁLVULADE MEZCLA DEL EMULSIFICADOR, PSI (LBS/PLG.2)

UOP 220-26-1

26-6

Adición DeProductosQuímicos

Cantidad De Agua

Conductividad

En general, no es necesaria, principalmente cuando sólose procesan crudos de petróleo. Sin embargo, enmuchas refinerías se usa la unidad de crudos como unidad detratamiento y recuperación de aceites de slops, los cuales semezclan con el crudo en pequeñas cantidades en laalimentación del desalador. En estos casos puede resultarnecesario añadir productos químicos para lograr una operaciónsatisfactoria del desalador. Es mejor consultar con elsuministrador del equipo de desalado para determinar la clasey dosis de los aditivos químicos que se recomienden en cadacaso.

Generalmente se utiliza una cantidad de aguacorrespondiente a una concentración del 3 al 8 por ciento envolumen. Si se usa menos, puede haber dificultades al tratar dediluir todas las gotitas de salmuera. Si se usa demasiada,puede haber peligro de cortocircuitos en el desalador o, almenos, posibilidad de tener un consumo de corriente excesivo.

La calidad del agua también es importante, principalmentecuando se añade sosa cáustica. Si el agua es dura y se añadesosa, puede haber precipitación de sales que pueden obturarlas tuberías y el equipo.

Para una buena desemulsificación se requiere una diferenciade potencial elevada entre los electrodos. Si la conductividaddel fluido aumenta, la corriente entre los electrodos tambiénaumenta y el voltaje entre ambos electrodos disminuye.Generalmente, una caída de tensión causará unempeoramiento de la desemulsificación. Si la conductividaddel fluido aumentara tanto que el voltaje entre electrodoscayese a unos 200 V (dependiendo de la unidad) no seproduciría ninguna desemulsificación, y el voltajeprobablemente seguiría bajando hasta que el interruptor desobrecarga automáticamente desconectase la unidad.

Hay varios factores que pueden afectar la conductividad delfluido: el tipo de crudo, la temperatura del crudo y, sobre todo,el contenido de agua del crudo. Cuando la temperaturaaumenta, la conductividad también aumenta, por lo que serecomienda operar a la temperatura más baja que sea posible.Si la concentración de agua es excesiva, puede producirse uncortocircuito de los electrodos, aunque el porcentaje de aguaen el fluido que fluye entre los electrodos normalmente esmenor que el correspondiente a la cantidad de agua añadida alcrudo debido a la recirculación del crudo dentro del desalador.La conductividad también depende del tipo de agua, del gradode emulsificación y de variaciones locales de la concentraciónde agua en la zona sometida al campo eléctrico.

26-7

Voltaje

Temperatura

Presión

pH

El voltaje requerido para un buen desalado es de unos 3000V por pulgada de distancia entre electrodos (unos 1200 V/cm).Estos voltajes se obtienen por medio de transformadoresdiseñados para desaladores de crudos. A voltajes por encimade estas cifras el consumo de corriente aumenta y resulta máscaro. Si los voltajes son demasiado bajos no se producirádesemulsificación. Los voltajes efectivos aplicados a loselectrodos del desalador naturalmente son función de laconductividad del fluido y pueden variar aun cuando el sistemaeléctrico esté diseñado para un voltaje determinado.

Oscilaciones rápidas en el voltaje normalmente son debidasa la presencia localizada de bolsas de agua o a variaciones enla emulsión y tienen escasa importancia. Si el voltajedesciende gradualmente, puede ser indicación de que seproduce vaporización y, en este caso, la temperatura debe serreducida durante el tiempo suficiente para que se restablezcael voltaje normal.

La conductividad aumenta con la temperatura por lo que, talcomo se indicó anteriormente, resulta deseable operar a latemperatura más baja que sea posible. Sin embargo, para lograruna buena emulsificación la viscosidad del crudo debería serinferior a unas 40 SSU por lo que debe mantenerse unatemperatura suficientemente elevada para obtener unaviscosidad baja. A temperaturas más elevadas es también másfácil lograr una buena decantación del aceite y del agua.Pueden utilizarse temperaturas de hasta unos 150°C (300°F),pero normalmente se utilizan temperaturas entre los 105°C(220°F)y los 135°C (275°F).

Pueden diseñarse desaladores para presiones de hasta 500psig (35 kg/cm2) pero normalmente se trabaja a presionesmucho menores. La presión de funcionamiento del desaladortiene poca importancia excepto que debe ser suficientementeelevada para evitar cualquier vaporización dentro del desalador.Normalmente se trabaja a unas 25-50 psi (1,5 a 3,5 kg/cm2) porencima de la presión de vapor del fluido.

El efecto del pH en la conductividad puede ser muyimportante ya que la conductividad aumenta tanto a un pHelevado como a un pH bajo. Por ello, se prefiere operar a un pHintermedio de 7,5 a 8,5. El pH se controla por medio de laadición de sosa cáustica. Si el pH es elevado se ha notado quese forman sales sódicas de los ácidos nafténicos presentes enel crudo, las cuales actúan como estabilizadoras de laemulsión y ésta es difícil de romper. Sin embargo,posiblemente debido a efectos de la tensión superficial, aveces se obtienen mejores resultados si se añaden pequeñascantidades de sosa y se eleva el pH por encima de los 7,5 - 8,0.

26-8

Sólidos En LaInterfase EntreEl Aceite Y£/ Agua

CaracterísticasGenerales

Normalmente se forma una película de lodos en lainterfase entre el aceite y el agua y, a menos de que seremueva, se acumulará hasta que se ponga en contacto conlos electrodos y ocasione dificultades que obliguen a parar ylimpiar el desalador. Algunos desaladores tienen sistemasautomáticos para el removido periódico de los lodos de lainterfase. Si no, el desalador debe ser vaciado y limpiado unavez a la semana.

También es corriente que se acumulen lodos y productossólidos en el fondo del recipiente. A veces los desaladoresestán provistos de tuberías para la entrada de vapor en elfondo del desalador con los orificios encarados hacia el fondo.De esta manera, puede introducirse vapor de agua de vez encuando para agitar el fondo del recipiente y permitir que lasuspensión de lodos se vacíe con la fase acuosa.

Normalmente se utilizan dos tipos de desaladores: los debaja velocidad y los de alta velocidad. En las figuras 4 y 5 semuestran las diferencias más acusadas entre ambos modelos.

Los de baja velocidad se usan en yacimientos petrolíferosen los que el petróleo puede contener hasta un 50% de fasedispersa de salmuera en aceite. El petróleo húmedo fluye através del distribuidor y asciende a relativamente bajavelocidad entre los electrodos. La coalescencia inicial seproduce entre la interfase y el electrodo inferior. Lacoalescencia final se produce entre los electrodos, donde lasgotas dispersas coalescen hasta que son lo suficientementegrandes para que puedan descender por gravedad acontracorriente del aceite ascendente. La posición de lainterfase se controla por medio de un controlador de interfaseque permite la salida de la fase acuosa del fondo delrecipiente. El petróleo limpio sale por la parte alta delrecipiente.

El modelo de alta velocidad es similar al de baja velocidadexcepto que el petróleo entra a través de un distribuidorsituado entre los electrodos. Este tipo es más apropiado paraciertos tipos de emulsiones muy estables. Se requiere unavelocidad más alta para evitar que las partículas de la emulsiónse unan en forma de cadena y provoquen el cortocircuito delos electrodos.

Ambos tipos de desalador se utilizan en refinerías aunque elde baja velocidad es más común.

26-9

Las impurezas presentes en los crudos recibidos en lasrefinerías que pueden ser removidas por medio de desaladoreseléctricos se denominan impurezas oleofóbicas y pueden serde los tipos siguientes:

sales 10 - 1000 libras por cada mil barriles

agua 0,1 - 2% en volumen

sedimentos 1 - 500 libras por cada mil barriles

Todas estas impurezas son insolubles en el crudo y seencuentran presentes en forma de una fase dispersa.

Las impuerzas solubles en el crudo se denominan oleofílicasy pueden ser de los tipos siguientes:

compuestos sulfurados 0,1 - 5% en peso (como azufre)

compuestos organometálicos(Ni, V, Fe, As, etc.) 5 - 400 ppm (como metal)

ácidos nafténicos 0,03 - 0,4% en volumen

compuestos nitrogenados 0,05 - 15% en volumen

compuestos oxigenados, excepto ácidos(resinas, cresoles, etc.) 0 -2%. en peso (como oxígeno)

Las impurezas oleofílicas no pueden ser removidas pormedio de desaladores eléctricos y, por tanto, no se discutiránen este capitulo.

La sección siguiente proporciona una descripción másdetallada de las impurezas oleofóbicas. Esta información hasido extraída del manual de Petreco: Impurities in Petroleum,edición revisada impresa en 1968.

26-10

IMPUREZAS OLEOFÓBICAS:(OLEOPHOBIC IMPURITIES)

Agua Y Sales La mayor parte de estas impurezas está presente en la formade gotitas de agua residuales estabilizadas por los agentesemulsificantes naturales presentes en el crudo de tal maneraque los procesos de secado normales son incapaces deextraerlas. El agua por sí sola no es crítica, pero no se aceptanconcentraciones superiores al 2% y normalmente al 0,5%según sea la naturaleza del crudo. Aunque crudos secos sonpreferibles, normalmente debe aceptarse el nivel mínimo deagua que sea posible obtener comercialmente. Laconcentración de sal en la fase acuosa puede variarconsiderablemente, pero generalmente es superior a la delagua de mar y, por tanto, corresponde más a una salmueradiluida. Tal como se indicó al principio, estas pequeñascantidades de salmuera pueden aportar de 10 a 200 libras desal por cada mil barriles de crudo. La cantidad total de saldepende de la concentración de salmuera en el crudo y de laconcentración de sal en la salmuera. Ambas concentracionespueden ser totalmente distintas en crudos similares deyacimientos vecinos o incluso en crudos procedentes dedistintas zonas de un mismo yacimiento. Normalmente, sinembargo, la concentración de sal en la salmuera esrelativamente constante en un crudo determinado, por lo que lacantidad total de sal en un crudo determinado varía solamentecon la cantidad de salmuera presente en el crudo. Los crudospesados suelen contener mayores cantidades de salmueradebido a que resulta mas difícil secarlos a causa de su mayorviscosidad.

La presencia de pequeñas cantidades de agua en el crudopuede dar lugar a serios problemas en la refinería. Parte delagua se decanta en los tanques de almacenamiento formandolodos con un alto contenido de aceites. Este material ocupavalioso espacio pero no puede ser desechado. Normalmentedebe ser bombeado a un tanque de slops, desde el cual sebombea a una unidad de proceso, generalmente la unidad decrudo, en pequeñas cantidades. Si estos lodos no fueranextraídos del tanque de almacenamiento, acabarían por obturarlas líneas de succión de las bombas de crudo.

Cuando se analizan las sales presentes en los crudos,normalmente sólo se determinan los cloruros, ya que estosconstituyen el mayor porcentaje y, además, la hidrólisis de loscloruros tiende a ser el peor responsable por la corrosión enrefinerías. Sin embargo, el grado de hidrólisis de los clorurospuede variar bastante y, en orden descendente de grado de

26-11

hidrólisis, tenemos los cloruros de hierro y aluminio, magnesio,calcio y sodio. Este grado de hidrólisis también viene afectadopor la naturaleza del crudo misma y por la presencia de otrasimpurezas además de cloruros. Es evidente entonces que unanálisis de cloruros no basta para evaluar el efecto de las salesen la operación de la refinería. Debe determinarse además ladistribución de los distintos cloruros y la presencia de otrassales, tales como sulfates y bicarbonatos. Estas otras salescontribuyen a formar depósitos y escala en los equipos y aobturar el equipo, y sus concentraciones deben ser igualmenteminimizadas.

Los cloruros son ciertamente las impurezas que máscontribuyen a la corrosión. Esto se debe a que cuando sehidrolizan, especialmente a temperaturas elevadas, generanácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno que sale en cabeza dela torre de fraccionamiento de crudos. En la figura No. 2 semuestran los relativos grados de hidrólisis de los cloruros demagnesio y de calcio. Estos resultados fueron obtenidos pordestilación de laboratorio según los métodos especificados porDavis, Jones y Neilson. En la figura No. 2 se ve también quelas características del crudo pueden ser de importancia ya quetambién afectan al grado de hidrólisis de los cloruros.

La hidrólisis empieza a ser apreciable a unos 120°C (250°F).Esto quiere decir que el ácido clorhídrico empieza a atacar losmetales de aquellas partes de la refinería que estén por encimade esta temperatura.

A una temperatura de destilación de 345°C (650°F) el cloruromagnésico está descompuesto en un 50% mientras que elcloruro calcico sólo lo está en un porcentaje muy pequeño ensoluciones acuosas neutras en petróleos que no sean ácidos.Sin embargo, la mayoría de los crudos contienen ácidosnafténicos y otros que tienden a aumentar el grado dehidrólisis de los cloruros, tal como se ve en la figura No. 2.

Otros factores que afectan a la formación de ácidoclorhídrico son los cocientes entre los contenidos de calcio ysodio y de magnesio y sodio y también la acidez o alcalinidadde la salmuera. En salmueras de crudos de California,alrededor de un 10% de los cloruros son cloruros de calcio yde magnesio y las soluciones son ligeramente alcalinas. Estacomposición tiende a producir pequeñas cantidades de ácidochlorhídrico. Sin embargo, en crudos de Texas y del centro delos Estados Unidos el porcentaje de cloruros de calcio y demagnesio llega a un 20% del total y el pH a menudo es ácido,lo cual en conjunto tiende a producir grandes cantidades deácido clorhídrico.

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FIGURA 2

DESCOMPOSICIÓN DE LOSCLORUROS DE MAGNESIO Y

DE CALCIO DURANTE LADESTILACIÓN DEL CRUDO

(DECOMPOSITION OF MAGNESIUM ANDCALCIUM CHLORIDES DURING DISTILLATION)

CLORURO MAGNÉSICO

(10 LIBRAS PORMIL BARRILES) EN EL CRUDO

EN ACEITESBLANCOS

CLORUROCALCICO

EN EL CRUDO

O JEN ACEITES BLANCOS

100 200 300 400 500TEMPERATURA, °F

600 700

UOP 220-26-2

26-13

Cuando la concentración de la salmuera disminuye, lahidrólisis aumenta, por lo cual la formación de ácidoclorhídrico no es una función lineal del contenido salino.Generalmente, sin embargo, cuanta menos sal haya en el crudomenor catidad de ácido clorhídrico se generará. Esto seexpresa gráficamente en la figura No. 3.

Puesto que el cloruro sódico es el cloruro que menoscontribuye a la hidrólisis, a menudo resulta ventajoso añadirpequeñas cantidades de sosa cáustica después del desalador.De esta manera puede neutralizarse al menos en parte el ácidochlorhídrico que se forme a expensas de la hidrólisis de loscloruros de calcio y de magnesio residuales. La dosis de sosacáustica debe ser cuidadosamente controlada a fin de evitarposibles problemas de obturación o de debilitación de losmetales que tienden a volverse quebradizos en la presencia desosa.

Algunos datos de laboratorio indican que la presencia en elcrudo de pequeñas cantidades de hierro tiende a tener unefecto catalítico que acelera el proceso de hidrólisis de loscloruros.

Aparte de los efectos indeseables de la hidrólisis de loscloruros, otros fenómenos indeseables son:

1. depósitos de sales en intercambiadores y hornos.

2. contaminación de productos residuales.

3. efecto secundario en las especificaciones de variasfracciones del petróleo.

La formación de depósitos en intercambiadores y hornosdisminuye la eficacia de la utilización del equipo y reduce lacapacidad de producción, mientras que aumenta los costos deparada, limpieza y mantenimiento. Los depósitos en los tubosde los hornos producen pérdidas de carga excesivas y causanel recalentamiento localizado de las paredes de los tubos. Auncuando no se requiera una parada debido a un aumento de lapérdida de carga, puede resultar necesario reducir la capacidadde producción a fin de evitar el recalentamiento de los tubos.Por otra parte, la presencia de depósitos aislantes disminuye latemperatura de salida de los hornos e intercambiadores con unconsiguiente aumento en el consumo de combustible y unareducción en el rendimiento de la refinería.

Los productos residuales, tales como asfalto y aceitescombustibles (fuel oils) pesados se contaminan fácilmentecuando hay sales presentes en el crudo. Cualesquiera salesremanentes en el crudo se concentrarán en las fracciones

26-14

FIGURA 3

FORMACIÓN DE ACIDOCLORHÍDRICO DURANTE LA

DESTILACIÓN DE VARIOS CRUDOS(HYDROCHLORIC ACID EVOLUTION FROM

VARIOUS CRUDE OILS DURING DISTILLATION)

i iKANSAS

OCCIDENTALHOCKLEY

CANADA(RED WATER)OKLAHOMA

TEXASOCCIDENTAL

CALIFORNIAVENEZUELA

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

CONTENIDO DE CLORUROS -LIBRAS DE NaCI POR CADA MIL BARRILES

UOP 220-26-3

26-15

pesadas. Concentraciones elevadas de sales en aceitescombustibles pueden causar la obturación de los quemadoresy la formación de depósitos en los tubos del horno y en lasparedes de refractario.

Hay otras razones también por las que resulta ventajosodesalar el crudo, aunque no se conoce bien el mecanismo deestos procesos. Existe evidencia, por ejemplo, que indica quela presencia de sales perjudica la calidad de los productos decabeza de destilación o de cracking y que el desalado de loscrudos mejora la calidad de estas fracciones. Así, la gasolinatiene mejor color, necesita menos tratamiento y permite unmayor aumento en el número de octano cuando se le añade lamisma cantidad de plomo tetraetilo. Estos efectos parecendepender de la cantidad y naturaleza de las sales presentesdurante la destilación o el cracking. Parece haber también unefecto catalítico que acelera el efecto corrosivo del azufrecuando hay sales presentes. Asimismo, si hay sales presentesen el residuo de alimentación a una unidad de crackingtérmico, el coque que se deposita en el horno es más duro ymás difícil de remover que si las sales estuvieran ausentes.

Debido a todos estos efectos, las refinerías tienden a prestarmás y más atención a la mejora de la operación de desalado.Se estima, por ejemplo, que en la actualidad alrededor del 15%del crudo que se procesa en los Estados Unidos pasa a travésde dos unidades de desalado en serie a fin de obtener mejoresresultados.

Los suministradores garantizan que con dos etapas dedesalado se consigue remover alrededor del 99% de las salesoriginalmente presentes en el crudo sin necesidad de utilizarmucha más agua de lavado que la que se requiere para unasola etapa. En estos sistemas se circula el petóleo y el agua acontracorriente por las dos etapas y, además, se recicla unamáxima cantidad de agua.

Incialmente los desaladores de dos etapas fueron instaladossimplemente para conseguir una mejor extracción del crudo afin de conseguir una concentración de sal de unas 3 a 5 libraspor mil barriles, desde unas 100 libras en la alimentación. Sinembargo, puesto que cada etapa de desalado de un desaladormoderno permite extraer alrededor del 90% del contenidosalino, es fácil ver que con dos etapas puede fácilmenteextraerse un 99%

Además de minimizar la corrosión, evitar la obturación delequipo, mejorar la calidad de los productos, etc., uso de dos etapasde desalado ofrece otra ventaja muy importante en que permiteoperar las unidades de crudo y de cracking térmico con muchamás seguridad en el caso fortuito de que haya problemascuando se cambien tanques, se circulen slops, etc. Por todo

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ello, el uso de dos etapas en serie resulta eminentementeatractivo y recomendable.

Otra consecuencia ventajosa del uso de desaladores de dosetapas relacionada con la mejora de la calidad del producto, esque, debido a que se minimiza la presencia de suspensionesde materias sólidas, los lechos catalíticos de los reactores delas unidades de proceso pueden funcionar por tiempos muchomás prolongados ya que no se obturan tan rápidamente y seenvenenan menos fácilmente.

Finalmente, para resumir, podemos decir que el desalado delos crudos proporciona las siguientes ventajas:

1. Mayor capacidad de proceso debido a:

a. periodos de operación más prolongados

b. operación de la planta a máxima capacidad

c. menos mantenimiento y paradas más cortas

d. menor necesidad de agua en la unidad de crudos

e. alimentación de crudo uniforme sin bolsadas de aguaal cambiar de tanques

2. Costes de mano de obra más baratos debido a:

a. cambios en el equipo de operación menos frecuentes

b. menos corrosión y desgaste del equipo

c. menos ensuciamiento de los intercambiadores

d. menos recalentamiento localizado de los tubos delos hornos

3. Menos problemas con obturaciones y con formación decoque y de escala en intercambiadores y en hornos.

4. Menor envenenamiento de los catalizadores debido a lapresencia de:

a. arsénico en reformadores catalíticos concatalizadores a base de platino

b. sodio, hierro y otros metales en unidades de cracking

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5. Menos corrosión debida a azufre, sales y acidezorgánica en:

a. intercambiadores

b. columnas de destilación

c. acumuladores, recipientes y tuberías

6. Menor consumo de productos químicos y aditivos talescomo:

a. amoníaco

b. inhibidores

7. Menor erosión causada por el flujo de sólidos en:

a. válvulas de control

b. intercambiadores y hornos

c. bombas

8. Menor contaminación de los efluyentes gracias a la:

a. clarificación del condensado acuoso

b. extracción de los fenoles presentes en el aguaprocedente de procesos catalíticos

9. Recuperación del petróleo y de los aceites que de otromodo se perderían en:

a. slops procedentes de la recuperación de aceitesresiduales

b. limpieza de tanques

c. petróleo en aguas de proceso (por ejemplo en elcondensado de la torre de vacío)

d. pérdidas al alcantarillado durante el mantenimiento

e. slops de productos fuera de especificación

10. Mejor calidad de los productos debido a:

a. mejor control

b. menos productos que pudieran envenenar a loscatalizadores

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c. menos sales y sólidos en los productos residuales

d. coque más limpio utilizable para la producción deproductos especiales, tales como electrodos

e. mejores propiedades de los asfaltos, tales comomejores resultados del ensayo Oliensis y mejor ductilidad.

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FIGURA 4

DESALADOR TÍPICO DE BAJA VELOCIDAD(TYPICAL LOW VELOCITY DESALTER)

INTERFASE

INTERCAMBIADORESDE CALEFACCIÓN

CRUDO

INYECCIÓN DEAGUA SECUNDARIA

INYECCIÓNDE AGUA

i i i i i i i i l i i i i i i i i

SALIDA DELCRUDO DESALADO

ESPITASDE LOCALIZACION

DÉLAINTERFASE

SALIDA DE LASALMUERA

INYECCIÓN DE DESEMULSIFICADOR

VÁLVULADE MEZCLA UOP 220-26-4

FIGURA 5

DESALADOR DE ALTA VELOCIDAD(HIGH VELOCITY DESALTER)

DEFLECTOR

CAMPOS ELÉCTRICOS

AGUAEMULSIFICADAEN EL CRUDO

CRUDO DESALADO

ELECTRODOS

GOTITAS DE AGUA

NIVEL DEL AGUA

SALMUERA

VÁLVULA PARA AJUSTAR LA VELOCIDADDE ENTRADA DEL CRUDO ENTRE LOSELECTRODOS (PUEDE SUBIR O BAJAR).LAS FLECHAS INDICAN EL SENTIDO DECIRCULACIÓN DEL CRUDO.

UOP 220-26-5

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UNIDAD DESUMINISTRO

DE HIDROGENO


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PLANTA DE HIDROGENO(HYDROGEN PLANT)

Introducción La planta de hidrógeno produce la cantidad de hidrógenonecesaria para satisfacer las necesidades de la refinería pormedio del reformado catalítico de hidrocarburos gaseosos convapor. Esta planta consiste en una unidad para la generaciónde gas de síntesis seguida de unidades para el ajuste delbalance de hidrógeno y para la total eliminación de óxidos decarbono.

La reacción de reformado catalítico con vapor es muyendotérmica y procede del modo siguiente

Cn H2n+2 + nH20 -> nCO + (2n+1) H2

Puesto que temperaturas elevadas favorecen el rendimientode reacciones endotérmicas, el reactor de reformado es unhorno de fuego directo en el que el gas de alimentación fluyehacia abajo dentro de tubos verticales llenos de catalizador auna temperatura de unos 860°C. Dado que en el curso de lareacción se produce una expansión volumétrica de (n+1)moléculas de alimentación a (3n+1) moléculas de producto, seprocura trabajar a una presión tan baja como sea posible a finde favorecer el equilibrio. Sin embargo, puesto que la velocidadde la reacción también es función de la presión y aumentacuando ésta aumenta, debe llegarse a un compromiso encuanto a la presión óptima de operación. Normalmente esteóptimo de presión es de unos 18 kg/cm2 manométricos.

Cuando sólo se desea producir hidrógeno, la cantidad dehidrógeno se maximiza por medio de la reacción

CO + H2O ^± CO2 + H2

Denominada reacción de conversión o, en inglés, reacciónde shift (desplazamiento). Esta reacción es ligeramenteexotérmica y, por tanto, el desplazamiento del equilibrio sefavorece a temperaturas más bajas. Sin embargo, dado que lavelocidad de reacción es siempre mucho más elevada atemperaturas más altas, se utilizan dos reactores en serieoperando a distintas temperaturas. En el primer reactor seutiliza una temperatura relativamente elevada a fin de convertirla mayor parte de los componentes tan rápidamente como seaposible. En el segundo reactor se tiene una temperatura másbaja a fin de conseguir un equilibrio y un rendimiento másfavorables. Estos reactores, denominados simplementereactores de conversión (shift) de alta temperatura y de bajatemperatura, respectivamente, son recipientes de grandiámetro, aislados térmicamente, y rellenos con un lecho

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catalítico y con un lecho de protección contra la presencia devenenos que puedan afectar al catalizador. Dado que en estareacción no se produce ninguna expansión ni contracciónvolumétrica, el equilibrio no es función de la presión.

La mayor parte del dióxido de carbono se remueve delproducto efluyente de los reactores de conversión por mediode un lavado con una solución acuosa al 20% demonoetanolamina (MEA) en el absorbedor de MEA. Entonces eldióxido de carbono es desorbido de la MEA en el desorbedorde MEA y la solución de MEA resultante se recicla alabsorbedor. Por último, minúsculas cantidades de óxidos decarbono que pudieran quedar en el gas resultante después dellavado con MEA se convierten en un hidrocarburo tal comometano en el reactor de metanación, en el que se lleva a caboel proceso inverso del que se ha descrito hasta aquí en lapresencia de un catalizador de metanación adecuado. El objetode la metanación es el de tener en el hidrógeno producido unaimpureza tal como metano que es mucho mas benigna ymenos perjudicial que los óxidos de carbono.

Equipo Pr/nc/'pa/ La alimentación a la planta de hidrógeno puede ser gas derefinería y/o propano líquido (para el reformado con vaporpuede utilizarse desde metano hasta una nafta parafínicaligera). Primero se vaporiza el propano en un hervidor antes demezclarlo con los gases de refinería. El gas entonces pasa através de un separador de líquidos y de un sistema de lavadocon sosa cáustica y con agua. Una vez lavado, el gas entra a lasucción del compresor. Normalmente se usan doscompresores en paralelo, cada uno funcionando a más del 50%de su capacidad de diseño. En el caso de hidrocarburospesados un solo compresor puede ser suficiente paraproporcionar la capacidad total. Cuando se tienen doscompresores, si se trabaja a baja capacidad, uno de loscompresores se mantiene en servicio mientras que el otro estáde repuesto. El caudal de alimentación se controla por mediodel reciclaje de parte de la descarga del compresor a lasucción. A fin de evitar el recalentamiento de este gas,principalmente cuando la planta funciona a baja capacidad, seinstala en la línea de reciclo un intercambiador de refrigeraciónde doble tubo con agua en la carcasa.

El lavado con sosa cáustica y con agua se hace a fin deeliminar prácticamente todo el azufre de la alimentación, yaque el azufre es un poderoso veneno de los catalizadoresempleados en la planta de hidrógeno. Para mayor seguridad,antes de alimentar el gas al reformador, se le circula a travésde dos lechos de ZnO para eliminar las trazas de azufreresiduales. A la salida de esta unidad el gas se mezcla convapor recalentado y entra en el horno de reformado a unos400°C.

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El reformador de la ilustración contiene 74 tubos verticalesrectos conectados a cabezales superiores e inferiores a travésde los cuales circula la mezcla de reactivos y de productos. Elhorno tiene quemadores espaciados a todo lo ancho y lo altode las paredes a fin de mantener una distribución del calorradiante sobre los tubos tan uniforme como sea posible. Elhorno y todos los sistemas relacionados están protegidos pormedio de un dispositivo de seguridad que automáticamentecorta la alimentación y el combustible en caso de que se déalguna circunstancia anómala.

El producto del reformador sale a unos 18 kg/cm2 y a unos860°C y se enfria en tres etapas por intercambio con el agua decalderas, el vapor de proceso, y los gases de alimentación, conlo que la temperatura disminuye hasta unos 357°C, que es latemperatura de entrada al primer reactor de conversión (shift) aalta temperatura. Se intercambia primero con el agua decalderas a fin de conseguir un enfriamiento muy rápido de losproductos de la reacción para evitar que se produzca lareacción inversa ya que, aunque se favorece el equilibrio de lareacción inversa a bajas temperaturas, esta reacción no tienelugar a una velocidad apreciable si la temperatura es losuficientemente baja. Entre los dos reactores de conversión sedispone un intercambiador de refrigeración para disminuir latemperatura hasta la temperatura de alimentación del reactorde conversión a baja temperatura, que es de unos 200°C.Normalmente este enfriamiento intermedio se hace en dosetapas, por medio de intercambio con la alimentación almetanador y con agua de calderas, respectivamente.

El producto del reactor de conversión a baja temperatura seenfría por contacto directo con condensado de proceso(recuperado en una etapa posterior por condensación delexceso de vapor de agua remanente en el producto gaseoso) afin de minimizar la temperatura de la pared en elintercambiador siguiente, que es uno de los hervidores deldesorbedor de MEA, donde se enfría a base de suministrarcalor a la solución de MEA. Los productos gaseosos entoncespasan a través del enfriador/condensador de los productos deconversión donde se enfrían hasta unos 60°C. A estatemperatura la mayor parte del exceso de vapor de aguaalimentado al reformador condensa y se separa del productogaseoso en un tambor de separación del cual sale bajo controlde nivel. Parte del condensado se utiliza en el enfriamiento porcontacto directo de los productos del reactor de conversión talcomo se describió previamente, otra parte del condensado seutiliza en la columna de lavado con agua y el resto se mezclacon otros suministros de agua de calderas y se utiliza en lageneración de vapor para el proceso.

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El gas del separador pasa al absorbedor de MEA donde eldióxido de carbono se absorbe en MEA por contacto acontracorriente. Este dióxido de carbono se desorbe de la MEAen el desorbedor de MEA. La MEA desorbida se enfría en tresetapas por intercambio térmico con la alimentación deldesorbedor y por enfriamiento en un aero-refrigerante y en unintercambiador secundario refrigerado con agua. Puesto que nose desea consumir MEA, la unidad está provista de sistemasde tratamiento y de recuperación de MEA. En particular, hay unfiltro para eliminar partículas sólidas suspendidas de unacorriente lateral de MEA y un recuperador de MEA. Esterecuperador es uno de los hervidores del desorbedor de MEAconstruido de tal manera que sólo permite el retorno devapores de MEA al desorbedor mientras que el líquido pesadode fondos se descarga y va a tratamiento.

La columna de lavado con agua se utiliza para eliminar lastrazas de MEA que pudieran quedar en el gas de procesodespués de haber pasado a través de la unidad de MEA. El gasse calienta después hasta 345°C por intercambio térmico conel producto del metanador y con el producto del reactor deconversión a alta temperatura, y entra finalmente en elmetanador.

La reacción de metanación es muy exotérmica por lo que latemperatura se eleva a 371°C a la salida del metanadormientras que el contenido de óxidos de carbono se reduce a 10ppm. El producto del metanador se enfría hasta 38°C en tresetapas: en el intercambiador con la alimentación indicadoanteriormente, en un aerorefrigerante, y en un enfriador conagua de refrigeración. El agua que condense a estatemperatura se separa en el separador de condensado delproducto del metanador y se combina con otras corrientes decondensado que vayan a la alimentación de calderas. El gasque sale de este separador es el hidrógeno producido por laplanta.

Tal como se indicó al principio, la reacción de reformado essumamente endotérmica. La reacción opuesta que tiene lugaren el metanador es lógicamente altamente exotérmica. Existepor tanto el peligro de que se alcancen temperaturas excesivasen el metanador en el caso de que hubiera cantidadesrelativamente grandes de óxidos de carbono en el metanador.Para evitar esta situación es por tanto esencial que elabsorbedor de MEA funcione de manera apropiada pero, encaso de que haya un exceso de óxidos de carbono en laalimentación del metanador, la alimentación al metanador secerrará automáticamente gracias a una válvula de control quese dispara cuando la.temperatura del metanador es demasiadoelevada. El disparo puede ser provocado por cualquiera decinco termopares situados en la mitad superior del lechocatalítico del metanador. Cuando el catalizador del metanador

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Recuperación DeCondensado YGeneraciónDe Vapor

RecuperaciónDe Calor

es muy activo, se observa un acusado incremento de latemperatura cerca del extremo superior del lecho catalítico.Cuando el catalizador envejece, este incremento no es tanpronunciado y, además, tiende a desplazarse hacia zonas másbajas del lecho catalítico. Se espera que sea la temperaturamáxima en el lecho la que controle la acción del mecanismode cierre de la alimentación.

Aquella parte del condensado que esté saturada congases distintos del aire pasa a través de una columnade desgasificación donde se circula a contracorriente deuna corriente de aire.

El condensado desgasificado se combina con el resto delcondensado y el aporte de agua de alimentación de calderas yel conjunto pasa a través de un tanque de desaireado a travésdel cual se inyecta vapor de agua. El producto desaireado pasaa través de un tambor de amortiguación de caudales y sebombea al sistema de generación de vapor. El agua dealimentación de calderas se calienta por intercambio con losgases de chimenea del reformador en la zona de conveccióndel economizador del horno antes de ser alimentada a doscalderas simétricas dispuestas en paralelo. El agua se vaporizapor intercambio con el gas de chimenea del horno delreformador y con el producto gaseoso del reformador. El vaporsaturado pasa a través de un recalentador en el que el vapor serecalienta desde 254°C hasta 315°C por intercambio con elgas de chimenea del reformador. Parte del vapor recalentadose puede utilizar en otras partes de la refinería, solo ocombinado con agua de alimentación de calderas para controlde la temperatura. El resto pasa a través de otro recalentadoren el que la temperatura se incrementa hasta los 400°C porintercambio con el producto del reformador. Finalmente, estevapor recalentado se combina con el hidrocarburo gaseoso dealimentación y el conjunto se alimenta en el horno.

Todo el calor que se necesita para el proceso, y aun más,se genera directa o indirectamente por combustión del gascombustible en el horno de reformado.

Se utiliza un sistema de intercambiadores para extraer elcalor necesario para la reacción de conversión (shift),separación del dióxido de carbono y metanación. A pesar detodos los controles automáticos, es evidente que el sistema derecuperación y transmisión de calor es tan complejo que serequiere un control muy estricto del horno del reformador paraque su funcionamiento sea perfectamente estable y puedancontrolarse las temperaturas de todas las demás unidades dela planta de hidrógeno.

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Además del sistema de intercambiadores descrito enpárrafos anteriores, también se dispone del calorproporcionado por vapor de agua en un cabezal común a 40kg/cm2, el cual en su mayor parte se genera también en laplanta de hidrógeno. La cantidad de vapor producida en laplanta de hidrógeno es más que suficiente para alimentar a loshervidores de la planta y para accionar las turbinas de la plantacuando sea necesario.

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HORNO DE REFORMADO AL VAPOR DE HIDROCARBUROS(STEAM HYDROCARBON REFORMER)

DISTRIBUIDOR

TUBOS CONCATALIZADOR

CUBIERTA CONTRALA LLUVIA

SOPORTE DE LOSTUBOS DEL CATALIZADOR

COLECTOR

TAMBOR DE VAPORDE LA CALDERA DE

RECUPERACIÓNDE CALOR

PUERTA DE ACCESO

CONDUCTO DELGAS DE CHIMENEA

CARCASA

— QUEMADORES RADIANTES

MIRILLA

CALDERA DERECUPERACIÓN

DE CALOR

CONTRAPESO

HORNO DE REFORMADOAL VAPOR DE HIDROCARBUROS

STEAM HYDROCARBON REFORMER(VISTA DEL EXTREMO)

(END VIEW)

QUEMADORESRADIANTES

SOPORTE DE LOS TUBOSDEL CATALIZADOR

COLECTOR

HORQUILLA DEEXPANSIÓN TÉRMICA

CONDUCTO DELGAS DE CHIMENEA

TUBOS DELCATALIZADOR

CARCASA

MIRILLA

PUERTA DE ACCESO

SOPORTE DE LA HORQUILLADE SALIDA

HORQUILLA DE EXPANSIÓNTÉRMICA

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