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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS
“MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y
CORRECTIVO DE UN HORNO DE CRUDO EN EL
COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S)”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE TECNÓLOGA DE PETRÓLEOS
ILIRA AMANDA MENA ESCOBAR
DIRECTOR: ING. PATRICIO JARAMILLO, MSc
Quito, Julio 2013
© Universidad Tecnológica Equinoccial.2013
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo, Ilira Amanda Mena Escobar, declaro que el trabajo aquí descrito es de
mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
_________________________
Ilira Amanda Mena Escobar
C.I. 171293110-2
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Manual de
Mantenimiento Preventivo y Correctivo de un Horno de Crudo en el
Complejo Industrial Shushufindi (C.I.S)”, que, para aspirar al título de
Tecnóloga de Petróleos fue desarrollado por Ilira Amanda Mena Escobar,
bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y
cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de
Titulación artículos 18 y 25.
______________________
Ing. Patricio Jaramillo, Msc.
Director de Tesis
C.I: 1701279315
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis padres que han sido mi apoyo incondicional en todo momento y a la
vez testigos de mi esfuerzo, con mucha paciencia y dedicación supieron guiarme
hacia esta meta. Por el conjunto de principios y valores que me inculcaron y me han
servido de guía en cada paso de la vida.
Por su eterna confianza y seguridad que me brindan a cada paso y siempre me
permiten actuar con tranquilidad.
Sobre todo por su inagotable cariño que día a día me motiva a seguir adelante.
A mi hermana y hermanos que en todo momento estuvieron pendientes de mi
bienestar.
A mis maestros que supieron impartir sin egoísmo a lo largo de este periodo de
tiempo que con seguridad es un arma que me servirá para defenderme toda la vida y
que sin duda es la más letal el ¨conocimiento¨.
Por ultimo pero no menos importante, a mis compañeros y amigos que siempre
fueron un hombro al cual arrimarse en los buenos y malos momentos teniendo
presente que podía recurrir a ellos en cualquier circunstancia.
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis padres que sin su inagotable apoyo en todo momento no
hubiese sido posible llegar a la meta, siendo los pilares fundamentales en mi vida,
dejan en mí la herencia más grande que es la educación.
A mis sobrinas Arlette y Laura que con su imaginación llegan siempre muy lejos,
crecerán y llegaran más lejos aún.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
1.INTRODUCCIÓN 1
OBJETIVO GENERAL 2
OBJETIVOS ESPECIFICOS 2
2. MARCO TEÓRICO 3
2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR O ENERGIA 3
2.2 TRANSFERENCIA DE ENERGÍA 3
2.3 ENERGÍA INTERNA 4
2.4CALOR 4
2.4.1 CALOR ESPECÍFICO 5
2.4.2 CAPACIDAD CALORÍFICA 6
2.4.3 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 6
2.4.3.1 Coeficiente de conductividad térmica 6
2.5 TEMPERATURA 6
2.6 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA 7
2.6.1 CONDUCCIÓN 8
2.6.2 CONVECCIÓN TÉRMICA 10
2.6.3 RADIACIÓN TÉRMICA 12
2.7 LEYES QUE GOBIERNAN LOS DIFERENTES MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE CALOR 15
ii
2.7.1 LEY DE FOURIER 15
2.7.2 LEY DE STEFAN BOLTZMAN 16
2.7.3 LEY DE PLANCK 16
2.7.4 LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN 16
2.8 ANTECEDENTES 17
2.9 REFINERIAS 18
2.9.1 PROCESO DE REFINACIÓN 19
2.9.2 DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA O TOPPING 19
2.9.3 REFINERÍA AMAZONAS 20
2.9.4 CARACTERÍSTICAS DEL CRUDO ACTUALMENTE 21
2.9.5 PRODUCTOS QUE SE OBTIENE 22
2.9.5.1 Especificaciones de la gasolina 22
2.9.5.2 Especificaciones diésel 1 (kerex) 22
2.9.5.3 Especificaciones jet fuel 23
2.9.5.4 Especificaciones diésel 2 23
2.9.6 CODIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS 23
2.9.7 COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (CIS) 26
Como su nombre lo indica es un complejo conformado por la Refinería
Amazonas 1 y Refinería Amazonas 2 Planta de gas Amazonas y planta de
Gas Secoya, como lo indica el Anexo 2. 26
2.9.7.1 Unidad de crudo 26
2.9.7.2 Proceso de refinación amazonas R1y R2 27
2.9.7.3 Control de la Operación de Amazonas R1 y R2 29
2.10 PLANTA DE GAS (SHUSHUFINDI) 30
2.10.1 PROCESO DE LA PLANTA DE GAS SHUSHUFINDI 31
2.11 PLANTA DE GAS SECOYA 32
3. METODOLOGIA 34
3.1 HORNO DE CRUDO CH-001 34
iii
3.2 COMBUSTION EN UN HORNO 38
3.3 SECCIONES DEL HORNO 38
3.3.1 SECCIÓN DE CONVECCIÓN 39
3.3.2 SECCIÓN RADIANTE 39
3.3.3 SECCIÓN DE BLINDAJE (SHIELD) 39
3.4 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN HORNO DE CRUDO 40
3.4.1 CASING 41
3.4.2 GUÍAS Y SOPORTES 41
3.4.2.1 Capa aislante y refractarios 41
3.4.3 TUBOS O SERPENTÍN 42
3.4.4 TERMOCUPLAS O TERMOPAR 45
3.4.5 QUEMADORES 46
3.5 CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DE UN HORNO CUYA
CARGA ES CRUDO 50
3.6 CLASIFICACION DE LOS HORNOS 51
3.6.1 HORNOS DE ACUERDO A SU SERVICIO 51
3.6.1.1 Calentar o vaporizar la carga (unidad de crudo) 52
3.6.1.2 Suministrar calor de reacción (reformado) 52
3.6.1.3 Llevar la carga a una temperatura elevada (cracking) 52
3.6.2 HORNOS DE ACUERDO A SU FORMA 53
3.6.2.1 Tipo de caja o cabina 54
3.6.2.2 Tubos horizontales (Calentamiento simple) 54
3.6.2.3 Tubos horizontales (calentamiento doble) 54
3.6.2.4 Tubos Verticales (Calentamiento doble) 54
3.6.2.5 Tipo cilíndrico vertical 55
3.7 PARTIDA DEL BALANCE ENERGÉTICO 55
3.8 CLASIFICACIÓN Y EL FENÓMENO DE LAS FALLAS 57
3.8.1 FALLAS TEMPRANAS 58
3.8.2 FALLAS ADULTAS 58
iv
3.8.3 FALLAS TARDÍAS 58
3.9 PRINCIPALES CAUSAS DE DETERIORO O FALLAS DEL HORNO 58
3.9.1 CORROSIÓN 60
3.9.2 OXIDACIÓN Y DESCASCARAMIENTO 62
3.9.3 DEFORMACIONES EN TUBOS 62
3.9.4 CREEP, SUCIEDAD DEL COMBUSTIBLE Y MALA ATOMIZACIÓN 63
3.9.5 COQUE, CONDICIONES DEL FUEGO Y VELOCIDAD 64
3.9.6 FRAGILIZACIÓN, Y AMPOLLAMIENTO POR HIDRÓGENO 65
3.9.7 ATAQUE POR HIDROGENO EN ACEROS AL CARBONO 65
3.9.8 DESPRENDIMIENTO Y CAÍDA 67
3.9.9 CAMBIOS MICROESTRUCTURALES 67
3.9.10 PÉRDIDA DE PROPIEDADES MECÁNICAS 68
3.9.11 CAMBIOS FÍSICOS Y METALÚRGICOS 69
4.ANÁLISIS DE RESULTADOS 72
4.1 “ELABORACIÓN DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Y CORRECTIVO DE UN HORNO DE CALENTAMIENTO DE CRUDO EN
EL COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S)” 72
SECCIÓN I 72
MARCO LEGAL 72
SECCIÓN II 74
MANTENIMIENTO DE LOS EQUIPOS, GENERALIDADES Y
DEFINICIONES 76
Historia del mantenimiento 76
Definición de mantenimiento 77
Objetivos del mantenimiento 77
Otros objetivos: 78
Clasificación y tipos de mantenimiento 78
v
Mantenimiento de conservación 79
Mantenimiento correctivo 79
Mantenimiento preventivo 80
Mantenimiento de actualización 81
SECCIÓN III ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
VARIABLES MEDIDAS Y CONTROLADAS EN LA INDUSTRIA 81
Orden jerárquico del departamento de mantenimiento (de mayor a menor) 82
Permiso u orden de trabajo 82
SECCIÓN IV ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
Equipo de protección personal (EPP) ¡Error! Marcador no definido.
Tareas de mantenimiento en el C.I.S 83
Mantenimiento mecánico 83
Mantenimiento de lazos de control 84
Bloqueo de energías peligrosas 84
Evaluación del horno y sus partes 90
Técnicas utilizadas en el diagnóstico de equipos 90
Inspección Externa 91
Inspección Interna 91
Ejecución de los mantenimientos 94
Mantenimientos semanales (con equipo en servicio) 96
Mantenimiento quincenal (con equipo en servicio) 96
vi
Mantenimiento quincenal (con el equipo apagado) 97
Mantenimiento mensual (con equipo en servicio) 97
Mantenimiento trimestral (con equipo apagado) 98
Paro programado anual (equipo apagado) 99
MANTENIMIENTO (CON EQUIPO EN SERVICIO) PARA COMPROBAR
OPERACIÓN ÓPTIMA DEL EQUIPO, LUEGO DE HABER REALIZADO EL
PARO 101
Mantenimiento Overhaul 102
OVERHAUL (INSPECCIÓN TOTAL Y REPARACIÓN EN CASO DE SER
NECESARIA) (EQUIPO PARADO) 104
Políticas para el procedimiento 104
Mantenimiento quincenal (equipo prendido) 107
MANTENIMINETO DE LAZOS DE CONTROL, NIVEL PRESIÓN
TEMPERATURA Y FLUJO (equipo apagado) 110
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 110
5.1 CONCLUSIONES 110
5.2 RECOMENDACIONES 112
NOMENCLATURA 114
GLOSARIO 115
BIBLIOGRAFÍA 119
ANEXOS 122
Anexo 1 122
vii
Anexo 2 123
Anexo 3 124
Anexo 4 125
Anexo 5 126
Anexo 6 126
Anexo 7 127
Anexo 8 127
Anexo 9 128
Anexo 10 129
Anexo 11 140
Anexo 12 141
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Características del crudo 23
Tabla 2. Codificación de ubicación 25
Tabla 3. Codificación de los sistemas auxiliares 26
Tabla 4. Codificación de los sistemas auxiliares 27
Tabla 5. Ejemplos de codificación de equipos 28
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Mecanismos de transferencia de calor 8
Figura 2. Conducción de calor 9
Figura 3. Aislante Térmico 10
Figura 4. La convección en los fluidos 12
Figura 5. La tierra se calienta por radiación 14
Figura 6. Tipos de ondas 15
Figura 7. Horno de crudo C.I.S. 19
Figura 8. Esquema de un horno de crudo 26
Figura 9. Componentes principales de un horno de crudo 40
Figura 10. Serpentín de un horno de crudo (sección radiante) 45
Figura 11. Temperaturas detectadas por las termocuplas y enviadas al
sistema SCADA 46
Figura 12. Quemador tipo Aspiración 49
Figura 13. Quemador típico de gas natural 49
Figura 14. Diferentes configuraciones de quemadores 50
Figura 15. Hornos para refinerías en general. 55
Figura 16. Balance energético de un horno o caldera 57
Figura 17. Curva de Nelson 67
Figura 18. Clasificación y tipos de mantenimiento 76
Figura 19. Diagrama de mantenimiento preventivo 93
x
Figura 20. Diagrama de mantenimiento correctivo 94
Figura 21. Pantalla de muestreo de históricos de temperatura 105
Figura 22. Indicador de la temperatura de coking 105
xi
ÍNDICE DE ECUACIONES
4.1 Caudal o Flujo 79
xii
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Ubicación del Complejo Industrial Shushufindi 121
Anexo 2. Esquema del Complejo Industrial Shushufindi 122
Anexo 3. Refinería Amazonas durante paro programado 123
Anexo 4. Planta de Gas 124
Anexo 5. Horno de Crudo Horizontal de 4 quemadores 125
Anexo 6. Horno de Crudo en Mantenimiento 126
Anexo 7. Quemadores para Reemplazo Premix 127
Anexo 8. Parte Interna del Horno de Crudo 128
Anexo 9. Panel de Control Refinería Amazonas 129
Anexo 10. Norma EP PETROECUADOR SI-008 130
Anexo 11. P&ID General de la Refinería Amazonas R1 140
Anexo 12. P&ID del Horno de Crudo Refinería Amazonas R1 141
xiii
RESUMEN
En el siguiente trabajo se trató sobre los procedimientos realizados en el
mantenimiento al horno de crudo según cronogramas de mantenimiento
dispuestos por EP Petroindustrial con el propósito de alargar la vida útil del
horno y que se mantenga funcionando de forma adecuada.
La introducción describe brevemente la importancia del mantenimiento,
calidad del producto, prevención de accidentes así como también los
objetivos propuestos.
El Marco Teórico describe los diferentes métodos de transferencia de
energía que intervienen en un horno como son la radiación convección y
conducción así como las leyes que gobiernan dichos métodos, descripción
del lugar de desarrollo de este trabajo (C.I.S), procesos de refinación,
destilación, características del crudo en la actualidad , productos obtenidos y
sus especificaciones, codificación de equipos , características, componentes
y la función que realiza cada una de ellas en el horno de crudo.
Por otra parte en este capítulo realicé una descripción del Complejo
Industrial Shushufindi conformado por Refinería Amazonas, Planta de Gas
Shushufindi y Planta de Gas Secoya, así como los procesos de cada una de
estas secciones que conforman el CIS.
La Metodología describe el horno de crudo sus secciones que son blindaje,
convección, radiante la combustión en un horno, así como componentes
principales, características y clasificación.
De igual manera expongo la clasificación de las fallas y en consecuencia las
fallas que se presentan con mayor frecuencia y posibles causas de las
mismas.
En el análisis de resultados elaboré el manual preventivo y correctivo del
horno de crudo del Complejo Industrial Shushufindi.
xiv
En el capítulo final redacto las conclusiones y recomendaciones de acuerdo
a los objetivos planteados en el capítulo introductorio.
xv
ABSTRACT
The following job is about the procedures made for the maintenance of the
crude oil fire heather according to established programs by EP
Petroindustrial with the purpose of a longer lifetime of the fired heather and
an appropriate performance.
The introduction describes the importance of the maintenance, quality of the
product, accident prevention as well as the proposed aims.
The framework describes the different transfer methods of energy that takes
place in a furnace as radiation conduction and convection, as well as the
laws that are involved in these methods of energy transfer, a brief description
from the CIS which is where this job took place, refinery processes,
characteristics of the crude oil, the products obtained and its specifications,
equipment codification, characteristics, components and the purpose of every
part inside the crude oil furnace.
Also in this chapter I made a description of the Industrial Complex of
Shushufindi formed by three parts, Amazonas Refinery, Shushufindi Gas
Plant and Secoya Gas Plant, and the process of each one of these parts.
The methodology describes the crude oil furnace, its zones that are shield
zone, convection zone and radiant zone, furnace combustion, main
components, characteristics and classification.
In the same way I exposed the fault´s classification and as a consequence
the most frequent faults and possible causes for them to occur
In the result analysis I made the preventive and corrective maintenance
handbook for the crude oil furnace at the CIS.
In the final chapter I wrote the conclusions and recommendations in
accordance to the planned objectives in the introduction chapter.
INTRODUCCIÓN
1
1. INTRODUCCIÓN
El mantenimiento en la industria petrolera surgió al querer producir
continuamente, de ahí que fue visto como un mal necesario, una función
subordinada a la producción cuya finalidad era reparar desperfectos en
forma rápida y barata, por estudios comprobados se sabe que el
mantenimiento está relacionado con el éxito o fracaso de una empresa, por
lo tanto el mantenimiento produce un bien real, que puede resumirse en:
capacidad de producir con calidad, seguridad y rentabilidad, a esto se une la
filosofía de calidad total, y la tendencia de requerir la integración,
compromiso y esfuerzo de todas sus unidades.
La labor del departamento de mantenimiento, está estrechamente
relacionado en la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya
que tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, la
maquinaria, herramientas y equipo de trabajo, lo cual permite un mejor
desenvolvimiento y seguridad evitando riesgos en el área laboral.
Las refinerías son muy distintas unas de otras, según las tecnologías y los
esquemas de proceso que se utilicen, así como su capacidad. Las hay para
procesar petróleos livianos, petróleos pesados o mezclas de ambos. Por
consiguiente, los productos que se obtienen varían de una a otra.
La refinación se cumple en varias etapas, por tanto una refinería tiene, un
conjunto de complejos equipos que dependen el uno del otro las veinte y
cuatro horas del día para obtener los productos finales de la destilación por
lo que no se puede restar importancia a ninguno de estos equipos, uno de
los tantos equipos imprescindibles en cualquier proceso de refinación es el
2
horno de calentamiento de crudo el cual en este trabajo le he tomado como
objeto de estudio.
OBJETIVO GENERAL
Elaborar el manual de mantenimiento preventivo y correctivo de un horno de
calentamiento de crudo en el Complejo Industrial Shushufindi (C.I.S)
OBJETIVOS ESPECIFICOS
1. Describir el funcionamiento y la utilidad del horno de calentamiento de
crudo en la refinería Amazonas 1 del C.I.S
2. Describir los componentes principales de los hornos y qué función
cumplen en el proceso de calentamiento de crudo.
3. Describir las fallas más frecuentes de los hornos de crudo.
4, Describir el procedimiento, frecuencia y el/los responsable/s del
mantenimiento en los hornos de crudo
5. Elaborar el manual de mantenimiento preventivo y correctivo.
MARCO TEÓRICO
3
2. MARCO TEÓRICO
2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR O ENERGIA
Es el proceso en el cual se intercambia energía en forma de calor entre
distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que se
encuentre a diferentes temperaturas, como resultado tenemos la diferencia
de temperatura.
2.2 TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
La transferencia de energía en forma de calor es muy común en muchos
procesos químicos y de otros tipos. La transferencia de calor se verifica
debido a la fuerza impulsora de una diferencia de temperaturas, el calor fluye
de la región de alta temperatura a la de temperatura más baja. La velocidad
de entrada de energía, menos la velocidad de salida de energía es igual a
la velocidad de acumulación de energía.
El calor puede definirse como la energía interna de un cuerpo, por esta
razón tenemos que la unidad de medida del calor en el Sistema
Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo, el
Joule.
4
2.3 ENERGÍA INTERNA
La energía interna es la energía cinética (relacionada con el movimiento)
media de un conjunto muy grande de átomos o moléculas. Esta energía
cinética media depende de la temperatura, que se relaciona con el
movimiento de las partículas (átomos y moléculas) que constituyen las
sustancias.
Cuando dos sistemas entran en contacto, las partículas con mayor energía
cinética transfieren, mediante choques, parte de su energía a las restantes
partículas, de manera que al final la energía cinética media de todo el
conjunto es la misma.
El flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura
hacia el cuerpo de menor temperatura, independientemente de sus tamaños
relativos. La transferencia de energía se da hasta el momento en que ambos
cuerpos igualan sus temperaturas lo que se conoce como equilibrio térmico.
2.4 CALOR
Es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y
otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por
reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión
nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol),
disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por
disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de
la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian
energía hasta que su temperatura se equilibre. Los cuerpos no tienen calor,
sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía
5
interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén
a diferentes temperaturas.
Otras unidades ampliamente utilizadas para medir la cantidad de energía
térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que
hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura 1 °C
cal = 4,184 J ó 1 J = 0,24 cal
El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada
en Estados Unidos y en muchos otros países de América y en Ecuador
también es utilizada especialmente en las industrias. Se define como la
cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su
temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías.
Esta energía (calor) puede ser transferida por diferentes mecanismos, como
son: conducción, convección y radiación aunque estos tres procesos pueden
tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos
predomine sobre los otros dos.
2.4.1 CALOR ESPECÍFICO
Es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se
proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de
temperatura, es decir es la energía necesaria para elevar 1 °C la
temperatura de un gramo de materia.
Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g ·
°C).
6
2.4.2 CAPACIDAD CALORÍFICA
La capacidad calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la
mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar
cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
2.4.3 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Es una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o
capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus
moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las
que está en contacto. Es elevada en metales y en general en cuerpos
continuos, y baja en gases, que actúan como aislantes térmicos.
2.4.3.1 Coeficiente de conductividad térmica
Es una propiedad única de cada material que varía en función de la
temperatura a la que se efectúa la medida, por lo que suelen hacerse las
mediciones a 300°K (27°C) con el objeto de poder comparar unos
elementos con otros. Es un mecanismo molecular de transferencia de calor
que ocurre por la excitación de las moléculas. Se presenta en todos los
estados de la materia pero predomina en los sólidos.
2.5 TEMPERATURA
La temperatura es la medida de la energía interna de una sustancia que es
medida mediante un termómetro. Las escalas más empleadas para medir
7
esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin. 1ºC es
lo mismo que 1°K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a
- 273ºC.
En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0ºC) a la temperatura de
congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la temperatura de ebullición
del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas se divide en 100 partes
iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado. En la escala Kelvin
se asignó el 0 a aquella temperatura a la cual las partículas no se mueven
(temperatura más baja posible). Esta temperatura equivale a -273ºC de la
escala Celsius.
2.6 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Los mecanismos de transferencia de energía térmica son de tres tipos:
• Conducción
• Convección térmica
• Radiación térmica
La transferencia de energía térmica o calor entre dos cuerpos diferentes por
conducción o convección requiere el contacto directo de las moléculas de
diferentes cuerpos, y se diferencian en que en la primera no hay movimiento
macroscópico de materia mientras que en la segunda sí lo hay, como se
puede observar en la Figura 1. Para la materia ordinaria la conducción y la
convección son los mecanismos principales en la "materia fría", ya que la
transferencia de energía térmica por radiación sólo representa una parte
minúscula de la energía transferida. La transferencia de energía por
radiación aumenta con la cuarta potencia de la temperatura ( ), siendo sólo
una parte importante a partir de temperaturas superiores a varios miles de
kelvin.
8
Figura 1. Mecanismos de transferencia de calor
(American Chemical Society, 2007)
2.6.1 CONDUCCIÓN
La conducción de calor es uno de los mecanismos de transferencia de
energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus
partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura
dentro de un cuerpo o entre diferentes cuerpos en contacto por medio de
transferencia de energía cinética de las partículas, lo que produce que las
partículas lleguen al equilibrio térmico.
En el caso de la conducción, la temperatura de calentamiento depende del
tipo de material, de la sección del cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica
por qué algunos cuerpos se calientan más rápido que otros a pesar de tener
exactamente la misma forma, y que se les entregue la misma cantidad de
calor, como lo muestra la Figura 2.
9
Figura 2. Conducción de calor
(American Chemical Society, 2007)
El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de
calor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que
mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de
transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas
adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa
de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de
los materiales para oponerse al paso del calor.
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor a través de un objeto
es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma
que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío
por conducción hasta calentarse en su totalidad de una forma uniforme
debido a que los átomos del extremo que se calienta, empiezan a moverse
más rápido y chocan con los átomos vecinos transmitiendo la energía
térmica cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por
10
qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos
conductores del calor.
Conductores térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten
rápidamente la energía térmica de un punto a otro. Por ejemplo, los
metales.
Aislantes térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten
lentamente la energía térmica de un punto a otro. Ejemplos: Vidrio,
hielo, ladrillo, madera, corcho, etc. Como se puede observar en la
Figura 3. Suelen ser materiales porosos o fibrosos que contienen aire
en su interior.
Figura 3. Aislante Térmico
(American Chemical Society, 2007)
2.6.2 CONVECCIÓN TÉRMICA
La convección es uno de los mecanismos de transferencia de energía y se
caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (líquido o gas) que
transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección
se produce únicamente por medio de materiales fluidos aunque siempre está
11
acompañada de la conducción, debido al contacto directo entre partículas de
distinta temperatura en un líquido o gas en movimiento.
Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del
movimiento del mismo fluido transfiriendo calor por el intercambio de
moléculas frías y calientes. Si existe una diferencia de temperatura en el
interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un
movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del
fluido a otra por convección. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad
(masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se
encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso
asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo
de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura
del fluido, se denomina convección natural. Como podemos observar en la
Figura 4.
Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una olla llena de
agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha
transmitido por conducción a través de la olla, al expandirse, su densidad
disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del
fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de
circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras
que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por
radiación y lo cede al aire situado por encima.
El calentamiento de una habitación mediante un radiador no depende tanto
de la radiación como de las corrientes naturales de convección, que hacen
que el aire caliente suba hacia el techo y el aire frío del resto de la habitación
se dirija hacia el radiador. Debido a que el aire caliente tiende a subir y el
aire frío a bajar, los radiadores deben colocarse cerca del suelo (y los
aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea
máxima.
12
De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del
agua caliente y el vapor en las calderas de convección natural, y del tiro de
las chimeneas en los hornos de crudo. La convección también determina el
movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la
acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la
transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie.
Figura 4. La convección en los fluidos
(American Chemical Society, 2007)
En la convección se transmite energía térmica mediante el transporte de
materia y tan solo se puede dar en fluidos y gases.
2.6.3 RADIACIÓN TÉRMICA
La radiación es uno de los mecanismos de transferencia de energía, una
diferencia fundamental del fenómeno de la radiación respecto a la
conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor o
propagan energía no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar
13
separadas por un vacío. Según la ley de Planck, “todas las sustancias
emiten energía radiante sólo por tener una temperatura superior al cero
absoluto.”, esta energía radiada está en función de su temperatura. Cuan
mayor sea la temperatura, mayor será la energía de la radiación emitida.
Además de emitir radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla.
Los cuerpos o substancias que absorben las radiaciones, pero reflejan muy
pocas, se perciben como obscuros o negros (si no reflejan ninguna). Por el
contrario, los cuerpos que reflejan las radiaciones y absorben muy pocas, se
perciben como claros o blancos (si las reflejan todas). Además, las
sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las
que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores.
La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de
fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas (generalmente
infrarroja) o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio
material. Como lo muestra la Figura 5.
La energía que los cuerpos emiten por este proceso se llama Energía
radiante
Figura 5. La tierra se calienta por radiación
14
(American Chemical Society, 2007)
Las radiaciones se clasifican, de menor a mayor energía en:
Ondas de radio largas que son de baja frecuencia AM
Ondas de radio cortas FM, TV, microondas, infrarrojos
Ondas muy cortas o de alta frecuencia ultravioleta, rayos x, rayos
gamma
Siendo las radiaciones de alta frecuencia las que emanan mayor cantidad de
energía (rayos gamma, rayos X, ultravioleta). Como lo muestra la Figura 6.
Figura 6. Tipos de ondas
(American Chemical Society, 2007)
La contribución de todas las longitudes de onda a la energía radiante emitida
se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de
energía emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo.
La emisión de radiación puede ser el proceso dominante para cuerpos
relativamente aislados del entorno o para temperaturas muy altas. Así un
cuerpo muy caliente como norma general emitirá gran cantidad de ondas
electromagnéticas. La cantidad de energía radiante emitida o calor radiado
15
viene dada por la Ley de Stefan-Boltzmann, de acuerdo con esta ley dicho
calor radiado es proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta
potencia. Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son
capaces de transmitir grandes cantidades de radiación. El vidrio, por
ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja
longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta
longitud de onda. Una consecuencia de la distribución de Planck es que la
longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad máxima de energía
radiante disminuye con la temperatura.
2.7 LEYES QUE GOBIERNAN LOS DIFERENTES MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
2.7.1 LEY DE FOURIER
Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un
cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de
temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).
El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del
material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen
conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que
materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e
incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen
como aislantes térmicos.
16
2.7.2 LEY DE STEFAN BOLTZMAN
La cantidad de energía radiante emitida o calor radiado viene dada por la
Ley de Stefan-Boltzmann, de acuerdo con esta ley dicho calor radiado es
proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia.
2.7.3 LEY DE PLANCK
Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la
mecánica estadística para derivar una ley fundamental de la radiación. La
expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona
la intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de
onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y
cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo
ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de
Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.
Según la ley de Planck, todas las sustancias emiten energía radiante sólo
por el hecho de tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto
mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además
de emitir radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla.
2.7.4 LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN
El físico alemán Wilhelm Wien, afirma que la longitud de onda que
corresponde a la máxima energía, multiplicada por la temperatura absoluta
del cuerpo, es igual a una constante, 2.878 micrómetros-Kelvin. Este hecho,
junto con las propiedades de transmisión del vidrio antes mencionadas,
explica el calentamiento de los invernaderos. La energía radiante del Sol,
17
máxima en las longitudes de onda visibles, se transmite a través del vidrio y
entra en el invernadero. En cambio, la energía emitida por los cuerpos del
interior del invernadero, predominantemente de longitudes de onda mayores,
correspondientes al infrarrojo, no se transmiten al exterior a través del vidrio.
Así, aunque la temperatura del aire en el exterior del invernadero sea baja, la
temperatura que hay dentro es mucho más alta porque se produce una
considerable transferencia de calor neta hacia su interior.
2.8 ANTECEDENTES
El Complejo Industrial Shushufindi se encuentra ubicado en la Región
Amazónica Ecuatoriana, en la Provincia de Sucumbíos, Cantón Shushufíndi,
al Sur oriente de la ciudad de Nueva Loja. Como se observa en el Anexo 1.
La Estación Secoya constituye también parte del Complejo Industrial
Shushufindi, aquí se capta el gas que va a la planta ubicada en Shushufindi
y localizado al norte del mismo. Su acceso se lo realiza por medio de la vía
Nueva Loja – Dureno – Pacayacu – Secoya.
La Refinería Amazonas tiene capacidad de procesar 20000 barriles de crudo
diarios (7 300 000 al año), de los cuales se obtienen los siguientes derivados
gasolina, diesel-1(kerex), jet-fuel, diesel-2 y residuo, este último es devuelto
a Petroproducción (se inyecta al Oleoducto secundario Shushufindi-Lago-
Agrio).
Refinería Amazonas R1y R2 y Planta de gas Amazonas perteneciente al
Complejo Industrial Shushufindi (C.I.S)
Clima: Húmedo Tropical
Humedad Relativa: 90%
Temperatura de Bulbo Seco: 33 ºC
Pluviosidad: Variable
18
Altitud sobre el nivel del mar: 280 m
Precipitaciones: de 3.000 mm 4.000 mm anuales
Ubicación: Refinería Amazonas
Tag: CH001
Tipo de horno: Fuego directo
Dimensiones: Largo: 10.97 m, Ancho: 2.66 m, Altura: 13.6 m (hasta la
chimenea), como se puede observar en la Figura 7.
Figura 7. Horno de crudo C.I.S.
(EP Petroecuador, 2010)
2.9 REFINERIAS
Las refinerías transforman el petróleo crudo en productos derivados que
satisfagan la demanda en calidad y cantidad.
19
Esta demanda es variable con el tiempo, tanto en el volumen de derivados
como en su estructura por productos.
El petróleo se clasifica en cuatro familias: parafínico, nafténico, asfálteno o
mixto y aromático; en base a ésta clasificación los productos resultantes del
proceso de refinación los hay de dos tipos: los combustibles, como la
gasolina y los petroquímicos, tales como polietileno, benceno, etc.
Las refinerías son distintas unas de otras, según la tecnología y esquemas
de proceso que se utilicen en base a los requerimientos del proceso, así
como su capacidad. Hay para procesar petróleos livianos, petróleos pesados
o la mezcla de ambos. Por lo tanto, los productos obtenidos varían una de la
otro.
La refinación se cumple en varias etapas de proceso por lo que una refinería
tiene numerosas unidades, equipos y tuberías.
2.9.1 PROCESO DE REFINACIÓN
El proceso de refinación no es más que la separación el crudo en fracciones
en base a los diferentes puntos de ebullición. Estas fracciones son
sometidas a un conjunto de tratamientos térmicos y químicos para
convertirlas en productos finales como gasolinas o grasas.
2.9.2 DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA O TOPPING
La herramienta básica de refinación es la unidad de destilación o torre,
donde el petróleo crudo empieza a vaporizarse. Estas torres operan a una
presión cercana a la atmosférica y están divididos en numerosos
compartimentos a los que se denominan "bandejas" o "platos". Cada
bandeja tiene una temperatura diferente y cumple la función de fraccionar
los componentes del petróleo.
20
El crudo llega a las torres después de pasar por un horno, donde se "cocina"
a temperaturas de hasta 500 °C que lo convierten en vapor. Esos vapores
entran por la parte inferior de la torre de destilación y ascienden entre los
platos. A medida que suben pierden calor, se enfrían se condensan y se
depositan en su respectivo plato cuando cada componente vaporizado a
encontrado su propia temperatura. Conectados a estos platos existen ductos
donde se recogen los distintos productos que se separaron en esta etapa. Al
fondo de la torre cae el "crudo reducido" o residuo, es decir, aquel que no
alcanzó a evaporarse en esta primera etapa.
2.9.3 REFINERÍA AMAZONAS
Conformada por dos torres de destilación R1 y R2 y planta de gas con el
mismo nombre, la torre R1, fue construida en el año de 1977 por la
compañía KOBE STEELS con una capacidad de procesamiento de 10000
barriles por día y posteriormente se construye su similar R2 con las mismas
características por la CIA. KELLOGG PAN AMERICAN CO, iniciando la
operación de la unidad en el año de 1995. Cada una de estas unidades son
de destilación atmosférica o topping C-V001 Tiene un diámetro de 2,3 m. e
incluye 41 bandejas con válvulas de burbujeo.
Posee un revestimiento de monel o acero al carbono, recubierto con
hormigón refractario en la parte superior y de acero inoxidable en la zona de
alimentación (Anexo C). Cada plato tiene un registro de funcionamiento y
mantenimiento, actualmente maneja un crudo de 28.6 API @ 60ºF.La
refinería funciona las 24 horas al día para convertir crudo en derivados.
El rendimiento de estas dos unidades comprende dos tipos de producción:
Corte Kero: producción de gasolina (22 % del material procesado),
destilado/jet (3.6 %), diesel 2 (29.5 %) y residuo (44 %).
21
Corte Jet/Fuel: producción de gasolina (22 %), destilado/jet (5.5 %),
diesel 2 (28 %) y de residuo (44 %).
Con la finalidad de facilitar las operaciones se divide de la siguiente manera:
Unidad de generación de vapor (calderos).
Unidad tratamiento agua cruda (potabilización y desmineralización).
Unidad de efluentes.
Unidad de almacenamiento (tanques)
Unidad de generación de aire de instrumentos y servicios
(compresores aire).
Unidad de recuperación y manejo de hidrocarburos licuables
(compresores de gas).
2.9.4 CARACTERÍSTICAS DEL CRUDO ACTUALMENTE
En la tabla 1, se detalla las características del crudo de la Refinería
Amazonas
Tabla 1. Características del crudo
API @ 60 °F 28.6
API Observado 31.0
Grav. Esp. @ 60 °F 0.8838
Azufre % Peso 1.1
BSW % Volumen 0.20
Sal lb/1000 B 2.7 (PETROINDUSTRIAL, 2011)
22
2.9.5 PRODUCTOS QUE SE OBTIENE
Gasolina
Diesel 1 (kerex)
Jet Fuel
Diesel 2
Residuo Primario
2.9.5.1 Especificaciones de la gasolina
Presión vapor reid (psi) 8.1 max.
Destilación ASTM (°C)
10% vol 70 max.
50% vol 121max.
90% vol 189 max.
Punto final (°C) 215 max.
Azufre % peso D-1266 0.2 max.
Corrosión lámina de cobre D-130 Nr. 1 max.
2.9.5.2 Especificaciones diésel 1 (kerex)
Punto inflamación (°C) D-56 40 min.
Destilación ASTM (°C) D-86
A 200 °C 10% Vol max 10 ml.
Punto final (°C) 288 max.
Azufre % peso D-1552 0.2 max.
Corrosión lamina cobre D-130 Nr. 1 max.
Color saybolt D-156 18 min.
23
2.9.5.3 Especificaciones jet fuel
Punto inflamación (°C) D-56 38 min.
Destilación ASTM (°C) D-86.
10% vol 204 max.
50% vol 232 max.
Punto final 288 max.
Azufre total (%peso) D-1266 0.2 max.
Corrosión Lam. Cobre D-130 Nr. 1 max.
Punto Congelamiento (°C) D-2386 -47 max.
2.9.5.4 Especificaciones diésel 2
Punto inflamación (°C) D-93 51 min.
Destilación ASTM (°C) D-86
Punto Inicial 180 min.
90% Volumen 360 max.
Azufre % peso D-1552 0.7 max.
Viscosidad a 37.8 °C (CST) D-88 2.5 a 6
Residuo carbón conradson % (peso) D-189 0.15 max.
Cenizas
2.9.6 CODIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS
Para determinar la ubicación de los equipos han sido codificados de la
siguiente manera, como se puede observar en la tabla 2.
24
Tabla 2. Codificación de ubicación
Código Significado
R1 Refinería Amazonas 1
R2 Refinería Amazonas 2
G Planta de Gas
(PETROINDUSTRIAL, 2011)
Si una máquina o equipo pertenece al sistema principal, es decir al área de
procesos, siempre se representa con una letra C al inicio del código.
En la tabla 3, se indica ejemplos de la codificación.
Tabla 3. Codificación de los sistemas auxiliares
Código Sistemas
Y1
Sistema de aire de plantas e instrumentación
Y2
Sistema de Tea
Y3 Sistema de tratamiento de agua
Y4
Sistema de tratamiento de aguas residuales
Y5
Sistema de combustibles
Y6
Sistema contraincendios
Y7 Sistema de generación de vapor y agua de alimentación
Y8 Sistema de tanques de almacenamiento
(Complejo Industrial Shushufindi, 2011)
25
Para determinar qué clase de equipo es, se presenta la siguiente
codificación de los equipos en la Tabla 4.
Tabla 4. Codificación de los sistemas auxiliares
Código Significado en español Inglés
A Ventilador Aircooler
B Caldera Boiler
C Compresor Compressor
E Intercambiador de calor Heat exchanger
H Horno Heather (fired heather or furnace)
J Agitador Agitator
M Motor Motor
P Bomba Pump
T Tanque Tank
V
Recipiente Vessel
(Complejo Industrial Shushufindi, 2011)
Para conformar un código completo la primera letra indica el sistema al que
pertenece y la segunda letra que tipo de máquina o equipo es. Además de
esto también puede presentarse un número 2 después de la primera letra
indicando que la máquina o equipo pertenece a la refinería dos. Los
números que se presentan en tercer lugar se utiliza para saber la
numeración del equipo y muchas veces viene seguido de una letra al final
cuando existen equipos alternantes del mismo tipo.
26
Algunos ejemplos de la codificación de los equipos se presentan a
continuación en la siguiente tabla 5.
Tabla 5. Ejemplos de codificación de equipos
Código Descripción
C-H001 HORNO CALENTADOR DE CRUDO
C2-H001 HORNO CALENTADOR DE CRUDO R2
C2-P001A BOMBA DE RESIDUOS
C2-A004JG VENTILADOR GASES DOMO TORRE
ATMOSFÉRICA
Y2C101C COMPRESOR AIRE DE INSTRUMENTOS
Y PLANTAS
GA-1901 AEROENFRIADOR GAS DE
REGENERACIÓN NATURAL
Y2P3011C
BOMBA TRANSFERENCIA AGUA
DESERVICIO
(Complejo Industrial Shushufindi, 2011)
2.9.7 COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (CIS)
Como su nombre lo indica es un complejo conformado por la Refinería
Amazonas 1 y Refinería Amazonas 2 Planta de gas Amazonas y planta de
Gas Secoya, como lo indica el Anexo 2.
2.9.7.1 Unidad de crudo
Ubicada fuera del área de refinación, consiste de cuatro tanques
denominados YT801 A/B/C/D. En ellos se almacena el crudo que la
27
Refinería Amazonas recibe desde la Estación Central de Petroproducción.
Aquí se mide los volúmenes de ingreso mediante contadores y se decanta
para eliminar cualquier residuo de agua de formación que venga con el
petróleo.
2.9.7.2 Proceso de refinación amazonas R1y R2
En el Complejo Industrial Shushufindi, la producción de derivados se realiza
mediante un conjunto de operaciones que incluyen el calentamiento previo
del hidrocarburo, seguido del desalado, calentamiento en el horno de crudo,
inyección de vapor de agua, rectificación, enfriamiento y almacenamiento de
los derivados.
Realizare una breve revisión del conjunto de procesos y operaciones de
refinación que llevan a la obtención de una gama de combustibles ligeros y
medios como gasolina, kerosén y diesel. El Crudo procedente del área de
tanques a una presión de 21.1 kg/cm2 y temperatura ambiente se calienta
en un tren de intercambiadores C-E001 Cro/Rs, C-E002 Cro/Gases Domo,
CE003 Cro/Napta P, C-E004 Kx/Cro, como se indica en el Anexo 11.
C-E013 Cro/Rs alcanza una T aprox. de 117 y 120ºC que es la T de entrada
al proceso de Desalado C-V007, aquí son removidas las sales que contiene
el crudo y así se evita corrosiones posteriores en los equipos.
Posteriormente pasa por el siguiente tren de intercambiadores C-E005 A/B
Cro/Dsl, C-E006 Cro/Rs C E007 A/B Cro/Dsl circulante, C-E008 Cro/Rs
alacanza una T 238 °C aprox. y de aquí entra directamente al Horno C-H001
donde se lo calienta a una T de entre 350 °C y 357 ºC se logra la
vaporización parcial requerida y es enviado a la torre de destilación
Atmosferica. C-V001 (Anexo 3) a la zona de flasheo a la altura del plato 5 -
28
6. Donde se produce el fenómeno de separación de las cadenas de
hidrocarburo las cuales son empujadas por el vapor de arrastre producido en
la caldera el cual es inyectado previamente bajo el plato N°1.
Los vapores del domo se condensan parcialmente en el C-E002 y
enfriadores C-A004 para posteriormente pasar al acumulador de reflujo
CC-V005 donde se separa el H2O (agua) condensada y la nafta ligera de los
vapores de hidrocarburos no condensables los cuales por medio de un
controlador de presión salen hacia la unidad de recuperación de licuables.
Mediante la bomba C-P007 A/B se envía parte de nafta como reflujo al plato
superior de la torre (plato N° 41). La secuencia se reduce a:
Enfriamiento.
Compresión Vapores.
Pos enfriamiento y envío a la planta.
Del plato N° 30 de la torre se extrae Nafta Pesada y se envía al despojador
C-V004, donde los ligeros son removidos por simple adición de calor
mediante el rehervidor (reboiler) C-E010, los vapores retornan al plato N° 31,
la NP se extrae por medio de las bombas C-P005 A/B para ser enfriadas en
los intercambiadores C-E003, C-A003, C-E022, posteriormente se mezcla
con la Gasolina Natural de la Planta y finalmente es almacenada en los
tanques YT 802 A/B/C.
Del plato N° 20 se extrae Diesel 1 (Kerex) (Jet Fuel) y se envía al despojador
C-V003 donde pasan por el rehervidor C-E009 y los livianos retornan al Plato
N°21; El producto se extrae por medio de las Bombas
C-P004 para ser enfriados en los intercambiadores C-E004, C-A002; en
caso de corte Jet Fuel el producto pasa por los filtros C-V008 de Arena y
29
C-V009 de Arcilla y luego es almacenado en los tanques YT803 A/B de
Kerex (diesel1) y YT804 de J.F. (jet fuel).
Del plato N° 10 se extrae el Diesel 2 y se envía al despojador C-V002 donde
se separan los hidrocarburos livianos por arrastre directo con vapor
previamente inyectado en la base del despojador y retornan al plato N° 11;
El producto es extraído por medio las bombas C-P003 A/B y pasan por los
intercambiadores C-E005 A/B, C-A001, posteriormente se almacena en los
tanques YT805 A/B/C. Con el propósito de regular el perfil de T en la torre y
mantener los productos en especificaciones se tiene una recirculación total
del Diesel entre el plato N° 10 y N° 11 por medio de las bombas C-P002 A/B
logrando el enfriamiento en el intercambiador C-E007 A/B.
El Crudo Reducido (residuo Primario) es extraído de los fondos por medio de
las bombas C--P001 A/B y luego pasa por el tren de enfriamiento C-E008,
C-E009, C-E010, C-E006, C-E011, C-E013, C-E001 Para luego ser
almacenado a 98 °C en los tanque YT806 A/B/C, posteriormente es
evacuado por medio de las bombas YP806 A/B o alineado directamente
hacia el Oleoducto.
2.9.7.3 Control de la Operación de Amazonas R1 y R2
El control de la operación se realiza mediante un sistema computarizado
Yewpack II (R1) y Foxboro (R2). Para cada unidad existen dos monitores
conectados en serie mientras uno opera el otro está como equipo alternante,
están conectadas a impresoras que imprimen automáticamente las variables
del proceso, (Anexo 9) pudiendo hacerlo también en forma manual. Esto es
30
necesario para realizar los balances de carga y productos. Existe un cuarto
de control de motores eléctricos MCC aledaño al anterior.
Adicionalmente existen paneles de control locales para calderas, aire de
instrumentos, tratamiento de agua, desmineralización de agua, sistema de la
red contra incendios.
2.10 PLANTA DE GAS (SHUSHUFINDI)
Shushufindi es el principal campo de producción petrolero del país de donde
se extrae, el gas natural asociado. Para aprovechar este recurso en la
producción de gas licuado de petróleo (GLP) y gasolina natural, se construyó
la Planta de Gas Shushufindi con capacidad para procesar 25 millones de
pies cúbicos por día de gas (Anexo 4); su operación se inició en febrero de
1984, posteriormente la planta se ha sometido a dos ampliaciones:
En la primera ampliación se implementó compresores de alta potencia en la
estación Secoya y la construcción de gasoductos, en una extensión de 42
Km., para captar y transportar el gas y los licuables que se producen en
Secoya y enviarlos a la planta de Shushufindi para su procesamiento.
La segunda etapa a su vez se subdivide en dos partes, la primera entró en
operación en julio de 1990 y las obras permitieron el incremento de la
producción de gas licuado de petróleo, hasta alcanzar las 220 toneladas
métricas diarias, esta etapa entró en operación en marzo de 1992 y
contempló la ampliación de la planta de gas para procesar 500 toneladas
métricas (Tm/día) diarias de gas doméstico, utilizando como materia prima el
gas natural de los campos petroleros Libertador, Secoya y Shushufindi.
31
El gas producido se transporta a través del poliducto Shushufindi - Quito, de
donde se lo distribuye para su consumo como combustible doméstico e
industrial. Su carga máxima es de 25 millones de pies cúbicos estándar de
gas asociado, tiene capacidad para producir hasta 500 Tm/día de GLP y
2.800 BPD de gasolina.
2.10.1 PROCESO DE LA PLANTA DE GAS SHUSHUFINDI
Actualmente de cada estación por medio de compresores y bombas se envía
el producto para procesar un promedio de 250 toneladas de LPG (Liquified
Petroleum Gas) por día, además de la gasolina natural.
Tanto el gas como los hidrocarburos líquidos llegan a un separador de
entrada en donde se separa el gas, los líquidos y el agua, enviándose el
agua al pozo de quemado.
Las cargas líquidas como las gaseosas pasan por las torres deshidratadoras
con tamiz molecular eliminándose totalmente la humedad debido a que si
esta logra pasar se formaran hidratos en el sistema de enfriamiento en
donde se trabaja con temperaturas de -40°C (criogénicas), provocando por
consiguiente taponamientos y presionamientos en el proceso debido a que el
agua forma bolas de hielo. Después de la deshidratación, los gases y
líquidos de entrada se combinan y se dividen en dos corrientes para ser
enfriados, la temperatura desciende de 49 a -30°C.
Seguidamente la corriente de gas-líquido circula a través del separador frío,
donde se separan gases y líquidos. La corriente combinada de gases
pertenecientes al separador frío y al acumulador del deetanizador forma la
corriente de gas residual de la planta utilizado como gas combustible.
El líquido proveniente del separador frío entra al deetanizador por el plato
19, la corriente de líquidos de la parte baja del deetanizador, es extraída y
32
enviada al rehervidor. El líquido procedente del rehervidor del deetanizador,
entra a la debutanizadora por el plato 19. Los gases de cabeza de la
debutanizadora son condensados y enviados al acumulador de reflujo una
parte es devuelto como reflujo de la torre y el resto es bombeado al
almacenaje de LPG en las esferas de gas.
Las colas del debutanizador son enviadas al rehervidor, enfriadas y pasan al
depósito de almacenaje de gasolina natural.
2.11 PLANTA DE GAS SECOYA
Para mejorar la captación de líquidos y gas de los campos Libertador y
Limoncocha, en el oriente ecuatoriano, se concibió la implementación de una
nueva planta para tratamiento del gas y aprovechar la capacidad instalada
de la planta de Shushufindi e incrementar la producción 80 Tm/día de GLP.
Esta planta está conformada por los siguientes componentes:
• Sistema de separación de CO2 por membranas.
• Sistema de refrigeración por propano.
• Unidad de proceso.
• Sistema de calentamiento.
• Sistemas auxiliares y generador eléctrico.
METODOLOGIA
34
3. METODOLOGIA
3.1 HORNO DE CRUDO CH-001
Los hornos son equipos de procesos industriales en los que se entrega el
calor generado por la oxidación de un combustible a una carga o
alimentación de crudo (de forma controlada) que circula dentro de
serpentines de una manera similar a una caldera, como se puede observar
en el Anexo 12.
Los primeros hornos empleados en la industria petrolera se inspiraron en las
calderas cilíndricas horizontales de destilación de alcohol y licores, que se
calentaban por las llamas de un hogar, con una mala transmisión de calor, y
que producían un fuerte depósito de Coque por la descomposición del crudo,
dañándose por el recalentamiento de la porción del cilindro que estaba
directamente expuesto a las llamas en el hogar, lo que limitaba su vida útil a
solamente unas semanas.
La instalación de "tubos de humos" que atravesaban al cuerpo cilíndrico en
dirección de su eje, como en ciertos tipos de calderas, mejoró notablemente
su operación, incrementando a la vez su capacidad. Estos Hornos eran de
funcionamiento discontinuo, debiendo descargarse y limpiarse antes de
recibir una nueva carga de crudo. La operación continua, indispensable en
las grandes refinerías, sólo era posible haciendo trabajar una batería de
alambiques en serie, de modo que cada uno calentara el líquido traspasado
del anterior, en una diferencia de temperatura relativamente pequeña. El
trabajo en gran escala, por este sistema, requería entonces de grandes
instalaciones, que ocupaban mucho espacio y que eran de difícil control.
35
La elaboración de crudos emulsificados con mucha agua, que producían
abundante espuma, llevó a intentar en pequeña escala el empleo de hornos
tubulares, en los que el crudo circulaba por un serpentín calentado
directamente por las llamas del hogar. El éxito obtenido condujo a
instalaciones cada vez mayores, generándose así el siguiente tipo de horno.
Horno tubular (característico de la industria actual), aceleró este
cambio la introducción de los procesos de cracking térmico, que exigió el
uso de equipos que pudieran resistir mayores presiones y altas temperaturas
que las utilizadas hasta entonces. La respuesta lógica del problema la
constituyeron los hornos tubulares con la consiguiente reducción de espacio,
de personal y la facilidad de control inherente a su empleo. Cuando se
construyeron los primeros horno s de este tipo, no se apreciaba el
importante papel que en ellos desempeñaba la transferencia de calor por
convección, de modo que sólo se aprovechaba el calor transmitido por
radiación.
Finalmente, una mejor comprensión de las leyes de la transmisión de calor y
el hecho de que la mayor parte de la superficie de los tubos debían recibirlo
por radiación y no por convección, condujo a los diseñadores a las formas
actuales.
36
Figura 8. Esquema de un horno de crudo
(Javier Toscano, 2012)
En un Horno se distinguen tres secciones de calentamiento, claramente
diferenciadas, sección de radiación, sección de convección, según cual sea
la forma de calentamiento predominante y como transición entre ambas,
comúnmente una pantalla de radiación (Shield), como se observa en la
figura 8, constituida por unos pocos tubos colocados antes de la sección de
convección, que reciben calor tanto por radiación como por convección. En
la sección de radiación, los tubos no se colocan nunca en el camino de las
llamas, sino lateralmente, en las paredes, techo y/o piso de la cámara de
combustión. El volumen de ésta no es de fundamental importancia en lo que
se refiere al proceso mismo de la combustión, pero es necesario darles
ciertas dimensiones mínimas para lograr una buena distribución de la
energía radiante. Generalmente se usa una sola fila de tubos, a veces dos y
a lo más tres, por el efecto de pantalla de las filas más próximas a los
37
quemadores. En la sección de convección, las filas de tubos más próximas a
la cámara de combustión también absorben calor por radiación,
especialmente la primera fila y por esta razón los tubos de esta fila (pantalla
de radiación) son los más expuestos a percances. Para efectuar y controlar
la combustión, los hornos están provistos de quemadores con sus
respectivos registros de aire, de un dámper para regular el tiraje dentro del
horno y de una cámara de combustión o caja de fuego, que es el espacio
donde se produce la combustión. Para que haya una adecuada circulación
de aire, los hornos deben ser herméticos, permitiendo la entrada de aire sólo
a través de los registros especialmente diseñados para este objeto.
La hermeticidad la da la estructura del horno, formada por las vigas que le
confieren la resistencia mecánica necesaria para su rigidez y por planchas
de acero soldadas entre sí que unen estas vigas. La superficie o manto
normalmente se denomina casing. Protege el casing del calor proveniente
desde el interior, una cubierta de material aislante adosada a él con la ayuda
de pequeñas mallas o clips de acero inoxidable. Está cubierta aislante no
debe permitir el paso de gases de combustión hacia el casing, por lo que no
debe tener grietas y no debe estar separada o desprendida de él. Una capa
de pintura de aluminio, aplicada sobre una capa de pintura anti óxido protege
el casing del medio ambiente. Esta pintura soporta hasta 250ºC.
Las partes más calientes del casing están recubiertas con una pintura de
aluminio con silicona, que soporta hasta 500ºC.Tanto en el diseño como en
la operación de los hornos, se tiene siempre presente la tendencia del crudo,
o de sus productos, a descomponerse formando coque que se deposita en
las paredes interiores de los tubos.
Al formarse coque no sólo se dificulta el flujo y por lo tanto, la capacidad del
equipo, sino también disminuye enormemente la transmisión del calor, por lo
aislante del coque. La temperatura de los tubos aumenta, lo que
38
rápidamente disminuye su resistencia. Por esto se instalan termocuplas de
metal, que permiten medir la temperatura de la superficie exterior de los
tubos, la cual no debe exceder nunca de ciertos parámetros o valores
máximos que dependen de la presión de trabajo y de la naturaleza del metal
de los tubos, en el Anexo 5 se observa un horno de crudo horizontal de 4
quemadores que se utiliza actualmente en la Refinería Amazonas, en el
Anexo 6 se observa el mismo horno durante un mantenimiento de paro
programado.
3.2 COMBUSTION EN UN HORNO O CALENTADOR POR COMBUSTION
La combustión es una reacción de oxidación que libera gran cantidad de
calor (reacción exotérmica). Para que exista combustión deben estar
presentes los siguientes elementos: aire, combustible, la temperatura de
ignición adecuada y la reacción en cadena. En ausencia de uno de estos
elementos, no se producirá la combustión.
La energía calórica se obtiene al quemar un combustible, siendo la forma de
energía más utilizada en una refinería. Para efectuar y controlar la
combustión, los hornos están provistos de quemadores con sus respectivos
registros de aire, de un dámper para regular el tiraje dentro del horno y de
una cámara de combustión o caja de fuego, que es el espacio donde se
produce la combustión.
3.3 SECCIONES DEL HORNO
Normalmente los hornos se dividen en tres secciones:
39
3.3.1 SECCIÓN DE CONVECCIÓN
Los tubos están fuera del alcance de la llama. Los gases caliente se
direccionan a través del paquete de tubos. El calor transmitido es por
radiación del CO2 y H2O en los gases calientes además del calor por
convección. Los tubos están equipados con aletas para mejorar las
condiciones de transmisión de calor.
3.3.2 SECCIÓN RADIANTE
Es donde los tubos están en presencia de la llama. En esta parte la
transmisión de calor es por radiación en un 80 % aproximadamente y un
20 % por convección de la circulación de gases calientes alrededor de los
tubos. Por esta sección el crudo abandona el horno a la temperatura
deseada e ingresa a la torre de destilación atmosférica para ser separado en
fracciones más livianas.
3.3.3 SECCIÓN DE BLINDAJE (SHIELD)
Las primeras filas de tubos del área de convección son la zona de CHOQUE
(SHOCK) en ella los tubos no tienen aletas, reciben la misma cantidad de
calor por ambos mecanismos.
Esta sección es parte de la sección de convección y es por el lugar que
ingresa el crudo precalentado al horno.
40
3.4 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN HORNO DE
CRUDO
Un horno de crudo consta de los siguientes componentes, como se muestra
en la Figura 9.
Figura 9. Componentes principales de un horno de crudo
(API 560, 2008)
41
3.4.1 CASING
También llamado manto o superficie exterior del horno, está constituido por
planchas de acero al carbono, por lo general ASTM A-238 de ¼" (6,35mm)
de espesor y están protegidas del medio ambiente por capas de pintura de
aluminio con silicona, sin aplicación de anti óxido, que soporta hasta 500ºC.
También son componentes del Casing las mirillas de observación y puertas
de inspección que facilitan la entrada del personal al interior del horno.
3.4.2 GUÍAS Y SOPORTES
Las guías y soportes, varían su diseño y material de fabricación,
dependiendo éstos del tipo del horno y al medio a que están expuestos
durante su operación. Estos por lo general van unidos al Casing. Su función
principal es evitar desplazamientos laterales por vibraciones producidas por
el paso del crudo a través del interior de los tubos. Tienen un largo de380
mm y un diámetro de 40mm. Son de acero refractario A297 Gr HT. Sus
propiedades mecánicas son: Tracción = 70.000 psi mínimo. Pto. Fluencia =
40.000 psi mínimo. Alargamiento = 10 % en 2".Dureza = 180 BHN hasta 200
BHN con tratamiento.
3.4.2.1 Capa aislante y refractarios
Los hornos están recubiertos en su parte interior por una capa aislante
(Anexo 8), que tiene como función evitar la pérdida de calor hacia el
ambiente, y proteger el casing tanto de la alta temperatura como de la
corrosión que generan los gases de combustión al enfriarse. En general, la
aislación de un Horno está constituida por una capa de pasta antiácido
adherida al casing, una capa de lana mineral y sobre ésta, una pared de
ladrillos de arcilla. Estos ladrillos van sujetos al casing por medio de
ganchos y están unidos entre sí por una pasta de mortero aislante especial,
42
que a su vez se utiliza en una capa superficial que cubre la pared de
ladrillos. En la zona de los techos y de las chimeneas, las capas son
remplazadas por concreto refractario o por concreto aislante, que va
adosados al casing por un sistema diferente de soporte.
La humedad que permanece aún después de fraguado el horno, es
eliminada subiendo lentamente la temperatura, evitando que se endurezca
solo la parte superficial de la pared más cercana a la fuente de calor, lo que
impediría el paso de vapores a través de ella, presionando el ladrillo o el
concreto que, al romperse, desprenderse o agrietarse, permitiría el paso de
los gases de combustión, produciendo calentamiento locales en el casing.
En la actualidad, la pared de ladrillos aislante está siendo reemplazada por
seis capas de lana cerámica de diferente densidad, que soportan
temperaturas hasta de 3200ºF (1760ºC) y que están sujetas al casing
mediante clips metálicos, cuyas temperaturas de trabajo oscilan entre2000º
y 2600ºF (1093º y 1427ºC).Este sistema permite una mayor temperatura de
trabajo y su instalación es más simple y rápida. En cuanto a los pisos de los
Hornos, están además recubiertos por una capa de ladrillos refractarios y de
este mismo material son los conos de radiación de los quemadores. En la
zona de convección existen algunas corridas de ladrillo sobresalientes de la
pared, que sirven para guiar el paso de los gases de combustión.
3.4.3 TUBOS O SERPENTÍN
Los tubos de los hornos son fabricados de acero al carbono o de aleaciones
de acero con cromo o molibdeno. En las secciones de convección se utilizan
de preferencia los primeros, pero en las secciones de radiación son de
aceros especiales, dado que el acero al carbono no resiste temperaturas
próximas al rojo vivo (600ºC) sin que se produzca una reducción de su
resistencia. Por otra parte, los aceros especiales son resistentes a la
43
corrosión, especialmente los aceros al cromo que, con la adición de un
pequeño porcentaje de molibdeno, pueden soportar temperaturas muy altas
sin pérdidas de sus propiedades mecánicas.
Los tubos son los portadores de la carga al horno, la que viene de otras
fuentes de calor que han aumentado su temperatura hasta cierto punto, para
salir desde el horno a la temperatura requerida. Los tubos de la zona de
radiación absorben calor como rayos de energía, pasando en línea directa
desde la llama; en la pantalla o techo de radiación reciben calor por
radiación y por convección, en tanto que en la zona de convección absorben
calor, en su mayor parte, de los gases de combustión calientes que fluyen
desde la caja de fuego hacia la chimenea.
La resistencia mecánica del metal de los tubos se reduce violentamente al
exponer a los tubos a temperaturas extraordinariamente altas. De ahí que se
fijen temperaturas máximas de metales en las operaciones de los hornos y
que sea de tanta importancia el control de las llamas de los quemadores
para evitar calentamientos locales por choque de aquellas en los tubos.
Estas altas temperaturas, junto con afectar al material de los tubos,
producen la formación de coque en su interior impidiendo una eficiente
transmisión de calor, con la consecuente pérdida de carga en el flujo y una
mayor temperatura en el hogar, dada la condición aislante del coque. Los
tubos en los hornos horizontales están conectados en los extremos por
medio de codos de retorno de 180º soldados y desmontables, denominados
cabezales, los cuales posibilitan su inspección; estos se han ido modificando
en sus diseños, siendo de cabezales no desmontables, soldados a los tubos
en los extremos, al igual que en los hornos verticales.
44
En aquellos hornos que poseen zona de convección, los tubos de esta zona
están provistos de aletas, con el fin de conseguir una superficie mayor de
absorción de calor. Aplicada adecuadamente, esta superficie aumenta en
forma considerable la transferencia de calor y es muy conveniente si la
metalurgia de la aleta es la adecuada para el nivel de temperatura que debe
soportar. Se estima que el espaciamiento ideal entre aletas es una distancia
igual a la altura de éstas, adoptando una configuración tal que posibilite un
fácil acceso del gas caliente a su superficie. Este mejoramiento de la
transferencia de calor se debe además a otro factor, asociado más bien a la
radiación que a la convección. Los extremos exteriores de las aletas
entregan su calor al tubo por conducción, lo que requiere que la parte de la
aleta más distante del tubo esté a una temperatura mayor que la superficie a
la cual está unida.
En esta condición se produce radiación desde el extremo de la aleta a la
superficie del tubo en considerable cantidad, a pesar de la diferencia de
temperatura relativamente pequeña. Si las aletas están más espaciadas, hay
menos potencial de radiación porque el área para la recepción de la energía
radiante está restringida por el efecto de la sombra originada por las aletas,
como se puede observar en la Figura 10 y Anexo H.
El excesivo espaciamiento entre aletas impide, por otra parte, que éstas
cumplan plenamente su objetivo. Al estar demasiado espaciadas tienden a
formar sus propias áreas de turbulencia que estimulan el entrampamiento
del material mineral aislante proveniente del quemado del combustible. Por
el contrario, cuando están demasiado juntas no se produce esta deposición
de sólidos entre ellas porque se origina una restricción del flujo de gases
calientes a través de los espacios que separan una de otra, pero no
absorben la cantidad de calor de diseño y en consecuencia, no constituyen
una adecuada fuente de recuperación de calor de los gases.
45
Figura 10. Serpentín de un horno de crudo (sección radiante)
(Javier Toscano, 2012)
3.4.4 TERMOCUPLAS O TERMOPAR
Las termocuplas van soldadas a las paredes de los tubos, para poder
controlar la temperatura del metal de los tubos, evitando que se exceda la
temperatura máxima permisible. La termocupla, está constituida por dos
alambres de diferente metal, unidos en un extremo. Debido a las diferencias
de temperatura, un material se carga positivamente y el otro negativamente,
generándose de este modo un voltaje.
46
Este varía de acuerdo con las variaciones de temperatura de la junta, por lo
cual un aumento en el voltaje es indicación de un aumento de temperatura
del metal del tubo; estos aumentos son captados y almacenados por un
computador, siendo de vital importancia esta información, para así poder
detectar cualquier aumento de temperatura superior a lo normal, como se
indica en la Figura 11.
Figura 11. Temperaturas detectadas por las termocuplas y enviadas al
sistema SCADA
(Petroindustrial, 2004)
3.4.5 QUEMADORES
Un quemador es un dispositivo construido en metal refractario que acepta
cantidades específicas de aire y combustible, mezclándolos en la forma más
homogénea posible, para permitir el quemado de este combustible mediante
procesos químicos exotérmicos estables. El quemador es la principal fuente
47
de energía para establecer condiciones satisfactorias del movimiento de los
gases en un horno. Además de suministrar energía inercial para este
movimiento, el quemador debe también ser capaz de entregar una difusión
satisfactoria de calor a los gases, sin dañar los tubos o las áreas de
transferencia de calor. Su función es dar calor al producto que fluye por los
tubos, en forma uniforme, a fin de obtener un perfil estable de temperatura.
Debe poseer capacidad para dispersar el calor a la atmósfera gaseosa del
horno; es la capacidad relativa para dispersar este calor, lo que decide el
uso de un determinado quemador para un horno específico.
Ningún elemento en el diseño básico del horno es más importante que la
elección de quemadores adecuados para el servicio que se va a realizar con
el combustible disponible, como se indica en el Anexo 7. Con respecto a la
ubicación de los quemadores, es posible que en la mayoría de los casos,
sea más económico instalar quemadores laterales, como se puede observar
en el Anexo 8 , porque no es necesario incurrir en gastos para levantar el
horno con el fin de proporcionar más espacio. Sin embargo, cuando los
quemadores están en la pared, la primera reducción de costo se obtiene a
expensas de un menor rendimiento. Con iguales condiciones limitantes, la
combustión en un Horno es de un 25% más activa con quemadores en el
piso. Esto se debe a:
•Mejor uso de volumen de combustión.
•Mejor distribución de calor.
•Mejor control del calor y una combustión más uniforme en todas las áreas
de los tubos.
Por otra parte, en cualquier sistema de combustión, la operación será más
eficiente cuando se usa una cantidad relativamente grande de quemadores
pequeños, en lugar de lo contrario. La capacidad de los quemadores para
dispersar el calor a la atmósfera del horno, será proporcional a la cantidad
de quemadores utilizados. La combustión se produce cuando el combustible
es mezclado con el aire y es encendido. Las partes de admisión de aire en el
quemador pueden ser; un registro de aire para el aire secundario, una puerta
48
controlable que lo provee de aire primario o medios regulables para la
entrada de aire terciario. En la industria del petróleo se usan principalmente
dos tipos de quemadores, estos son:
Quemadores combinados de Fuel Oíl y Fuel Gas
En la actualidad, se ha incorporado como mejora en los combustibles para
los quemadores, casi en un 100 por ciento, el gas natural, con buenos
resultados en los deterioros de estos mismos. Todos los quemadores
disponen de un piloto de Fuel gas, que tiene por función mantener una llama
constante a la salida del combustible del quemador para que, ante un
eventual corte de combustible, pueda ser reencendido inmediatamente y no
se acumule aquel en la cámara de combustión, produciendo una mezcla
explosiva en ella. Los quemadores se encienden una vez que ha sido
encendido su piloto.
Los quemadores pueden utilzar cualquier tipo de combustibe y
actualmente exixten varios de ellos. En la figura 12 y13 se tiene dos
ejemplos de quemadores.
Quemador de aceite.
Quemador combinado Aceite Gas
Quemador de Gas
Quemador de Quemador de Gas Crudo
Quemador tipo Aspiración (Premix Gas Burner).
49
Figura 12. Quemador tipo Aspiración
(Heat Exchanger Design Handbook, 2003)
Figura 13. Quemador típico de gas natural
(API 535, 2008)
50
Los quemadores pueden tener diferentes arreglos y configuraciones, como
lo muestra la Figura 14, según los requerimientos del proceso, inferiores
(upfired), laterales (side wall) y finales (endwall).
Figura 14. Diferentes configuraciones de quemadores
(API 535, 2008)
3.5 CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DE UN HORNO
CUYA CARGA ES CRUDO
Las características más importantes asociadas a este tipo de hornos son las
siguientes:
• La carga suele entrar en forma líquida o en dos fases, es decir, líquido
y gas.
51
• El flujo a través de los serpentines se suele realizar en contracorriente
a los gases procedentes de la combustión.
• Los serpentines pueden estar colocados de forma horizontal o
vertical, dependiendo del tipo de horno.
• Los gases efluentes de la combustión pueden ser arrastrados por
medio de tiro natural o del conjunto tiro forzado-tiro inducido.
• Los quemadores se colocan en el fondo, en las paredes o en ambos
lugares.
• La zona expuesta a la radiación de la llama se denomina zona
radiante.
• La zona situada por encima de la radiante, y que no está expuesta
directamente a la radiación, se denomina zona convectiva.
• En la zona convectiva se suelen instalar serpentines de
precalentamiento de productos.
• Este sistema de recuperación de calor es denominado economizador.
• El combustible habitual suele ser fuel-oil, fuel-gas o una combinación
de ambos.
• Existen hornos con un paso de producto por cada zona o celda de
combustión, mientras que en otros existen varios pasos de producto
en una sola celda.
3.6 CLASIFICACION DE LOS HORNOS
3.6.1 HORNOS DE ACUERDO A SU SERVICIO
Podemos clasificar los hornos por su servicio en:
• Calentar o vaporizar la carga (unidad de crudo)
• Suministrar calor de reacción (reformado)
• Llevar la carga a una temperatura elevada (cracking)
52
3.6.1.1 Calentar o vaporizar la carga (unidad de crudo)
Hornos en los cuales tan solo se desea calentar el material a la temperatura
que es necesario alcanzar hasta que es vaporizado parcialmente sin que se
pretenda producir su descomposición o cracking, antes de entrar a la
columna de fraccionamiento, donde se destila en fracciones tales como
gasolina, nafta, gasóleo y fuelóleo, quedando un fondo de residuo
atmosférico para tratamientos posteriores. Ejemplo de este tipo de Horno es
el de crudo.
3.6.1.2 Suministrar calor de reacción (reformado)
Aquellos en que, además del calentamiento, se desean una descomposición
química de los productos por un elevado nivel térmico. Este tipo se diseña
para dar el máximo efecto "temperatura - tiempo" a las altas temperaturas de
operación en unidades de cracking de destilados livianos, en las que no se
utiliza una cámara de reacción. Se construye de modo que se obtenga una
sección de reacción en el Horno mismo, donde se produce muy poco o
ningún aumento de temperatura.
En una unidad de reformado catalítico, se mezcla la alimentación con
hidrógeno, pasando a un horno donde se eleva la temperatura hasta iniciar
la reacción que posteriormente continúa en una serie de reactores. En esta
unidad se produce nafta de reformado con alto índice de octano para
formular gasolinas.
3.6.1.3 Llevar la carga a una temperatura elevada (cracking)
Los hornos en que se desea obtener sólo una descomposición parcial del
producto, efectuándose el resto en una cámara de reacción, generalmente
no calentada exteriormente. Estos hornos son de diseño y construcción más
53
difíciles, porque se tratan en ellos productos que muchas veces son
extraordinariamente sensibles a las variaciones de las condiciones en que se
efectúa el cracking. Se construyen para un efecto "temperatura - tiempo" que
permita una temperatura de salida que asegure el funcionamiento efectivo
de las cámaras de reacción, sin una descomposición excesiva en el Horno y
el consiguiente depósito de coque en los tubos.
Un horno de cracking, en una unidad de etileno, precalienta la alimentación
en la zona convectiva. A la salida se mezcla con vapor de agua para reducir
la presión parcial de hidrocarburos. La mezcla pasa a la zona de radiación
donde se produce el cracking de las cadenas más largas para producir otras
más cortas, por ejemplo, obtención de etileno y propileno a partir de naftas.
Cualquiera que sea el tipo de horno empleado, se trata siempre de lograr la
máxima absorción de calor compatible con el servicio que se pretende
lograr. Desde este punto de vista, entre el gas y el fuel oíl como combustible,
es preferible emplear el primero tanto como sea posible, porque las llamas
de fuel oíl irradian muy intensamente y tienden, por lo tanto, a causar
recalentamientos locales.
3.6.2 HORNOS DE ACUERDO A SU FORMA
Podemos clasificar los hornos por su forma en:
• Tipo de caja o cabina (box heaters)
• Tubos horizontales (Calentamiento simple)
• Tubos horizontales (Calentamiento doble)
• Tubos Verticales (Calentamiento doble)
• Tipo cilindro vertical
54
En la figura 15, se observa las diferentes formas de los hornos de crudo
3.6.2.1 Tipo de caja o cabina
Consisten en un set de cuatro paredes un suelo y un techo generalmente de
acero con aislamiento interior de ladrillos refractarios. La sección de
convección se sitúa en la parte superior y seguidamente se monta la
chimenea. Los tubos de la sección de radiación se montan a lo largo de las
paredes y la llama se genera a través de unos quemadores (burners).
3.6.2.2 Tubos horizontales (Calentamiento simple)
Los tubos están montados horizontalmente en la pared lateral más larga en
una capa simple. Se pueden montar varias series de tubos en paralelo en
función del caudal. Se colocan a una distancia de la pared de 1,5 veces el
diámetro de tubería
La sección de convección se monta directamente sobre la zona de radiación
y consiste en un banco de tubos con distribución triangular equilátera y una
separación de dos veces el diámetro de tubería.
3.6.2.3 Tubos horizontales (calentamiento doble)
En este caso están los tubos montados en el centro colgados sobre
soportes.
3.6.2.4 Tubos Verticales (Calentamiento doble)
Los tubos se colocan verticalmente en el centro del horno. Calentándose
lateralmente.
55
3.6.2.5 Tipo cilíndrico vertical
Consisten en un casco cilíndrico aislado colocado verticalmente con piso
aislante y techo generalmente plano. Los quemadores se sitúan en el suelo.
Los tubos se sitúan verticalmente con flujo ascendente-descendente. La
sección de convección es similar a la de los de tipo caja o cabina.
Figura 15. Hornos para refinerías en general.
(API 560, 2008)
3.7 PARTIDA DEL BALANCE ENERGÉTICO
Un horno petroquímico es considerado como una caldera, ya que su
funcionamiento es similar, con la diferencia que calienta crudo, para su
posterior destilación. Por tal motivo para el balance energético del horno se
seguirán los pasos como si fuese una caldera:
56
En la Figura 16, se puede observar las diferentes energías que intervienen
en el horno CH-001.
Calor sensible del combustible (CC)
Calor sensible del crudo de salida (QCUS)
Calor de combustión (CCO)
Calor sensible del vapor que sale del recuperador (QVSR)
Calor sensible del aire de combustión (Qa)
Calor sensible de los gases de combustión (Qgc)
Calor aportado por el Vapor de atomización (QVq)
Calor de in-quemados gaseoso (Qig)
Calor sensible del crudo a calentar (QCUE)
Calor de in-quemados sólidos (Qis)
Calor sensible del vapor que ingresa al recuperador (QVER)
Calor por radiación (QR)
Perdidas (P)
57
Figura 16. Balance Energético de un horno o caldera.
(Eduardo Cazar, 2008)
3.8 CLASIFICACIÓN Y EL FENÓMENO DE LAS FALLAS
Decimos que algo falla cuando deja de brindarnos el servicio que debía
darnos o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones
de diseño con las que fue construido o instalado el equipo.
58
3.8.1 FALLAS TEMPRANAS
Ocurren al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del
total de fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño
o de montaje.
3.8.2 FALLAS ADULTAS
Son las fallas que presentan mayor frecuencia durante la vida útil. Se
derivan de las condiciones de operación y se presentan lentamente
(depositación de coke, combustible, deformaciones, corrosión etc.)
3.8.3 FALLAS TARDÍAS
Representan una pequeña fracción de las fallas totales, aparecen en forma
lenta y ocurren en la etapa final de la vida del equipo
3.9 PRINCIPALES CAUSAS DE DETERIORO O FALLAS DEL
HORNO
Aspectos generales
Todos los equipos de una refinería sufren deterioro como resultado de las
condiciones a las que están expuestos. Operando a condiciones normales,
generalmente ocurre la pérdida de metal y ocasionalmente cambios
estructurales o químicos en el metal que resultan sin pérdida de material.
Cuando el equipo está sometido a condiciones anormales el deterioro es
mucho más rápido. Condiciones anormales pueden darse debido a
operaciones mal efectuadas. Los equipos y materiales usados en una
59
refinería se basan en especificaciones, las cuales tienen en cuenta las
condiciones a las cuales los equipos operarán y son normalmente basadas
en códigos y estándares internacionales.
La función de un inspector, es asegurarse que el equipo esté en condiciones
óptimas para operar, por lo que es de suma importancia reconocer y estudiar
las causas de las fallas. Los equipos en operación deben ser inspeccionados
periódicamente para establecer una medida del desgaste del metal, ya que
esa variación determinará la frecuencia de las inspecciones y la predicción
de la vida útil del equipo.
Cuando el deterioro no va acompañado por pérdida del metal, ésta
frecuentemente se muestra como una grieta difícil de reparar con soldadura.
En estos casos un examen metalúrgico se requiere para determinar la causa
exacta. Contaminantes en los fluidos manejados en los equipos de presión,
como el azufre, el cloro, el ácido sulfúrico, hidrógeno, carbono, cianuros,
ácidos, agua, u otras especies corrosivas reaccionan con los metales y
causan corrosión.
Las fallas por fatiga en los equipos de presión, pueden ocurrir debido a las
temperaturas cíclicas y los cambios de presión. Cuando se sueldan metales
con coeficientes térmicos de expansión diferentes, pueden resultar ser
susceptibles a la fatiga térmica y algunas veces las grietas se inician cuando
el equipo está parado y a temperatura ambiente.
En algunas operaciones se presentan múltiples condiciones causantes de
deterioro, como la corrosión y la erosión. Debido a estos factores la pérdida
del espesor del metal es bastante elevada, informes de dichas pérdidas
(desgastes) son muy relevantes para los cálculos de la vida útil de los
equipos. La pérdida de metal, no siempre es constante, pero está en función
de ciertas variables como sal y sulfuro que contiene el petróleo crudo y
temperaturas de operación.
Cuando un equipo es sometido a temperaturas más altas de las que fue
diseñado, a menudo ocurren alteraciones como ablandamiento, pudiendo
60
resultar en una falla en los puntos de concentración de esfuerzos. Cualquier
equipo que ha sido expuesto a temperaturas anormales debe considerarse
debilitado. A temperatura de congelamiento, el agua y algunos químicos
manejados en los equipos pueden congelarse, causando roturas en cañerías
y estanques.
La mayoría de las fallas en los equipos por sobre presión ha sido por
excesivas temperaturas del metal, en estos casos, aunque tengan válvula de
seguridad, el metal puede llegar a ser tan débil que la falla ocurre a
presiones bajo la apertura de la válvula de seguridad, sin embargo rara vez
presiones excesivas contribuyen a la falla de un equipo porque normalmente
están protegidos por válvulas de seguridad.
3.9.1 CORROSIÓN
Es la destrucción o alteración gradual de un metal o aleación al tender a
regresar a su estado natural, causado por un ataque químico directo o por
una reacción electroquímica.
Tipo, grado y velocidad de la corrosión dependen de las características del
fluido cargado en el equipo. En este caso, es "crudo" que circula por los
serpentines de los hornos para calentarlo y enviarlo posteriormente a las
torres de destilación atmosférica. Un porcentaje de la carga está formada por
los denominados contaminantes, azufre, cloro, sedimentos, etc.
La cantidad de estos ácidos presentes determinan el grado, tipo y velocidad
de corrosión que tendrán los metales.
La corrosión es particularmente notoria en el interior de los tubos donde se
unen los tubos con los acoples (fittings). Esta corrosión es llamada
"corrosión galvánica".
Este tipo de ataque ocurre cuando dos metales distintos están en contacto
en presencia de un medio electrolítico. La tendencia de los metales a
61
corroerse dependerá de sus diferencias de potencial, que es la fuerza que
impulsa la reacción de corrosión. Además, mientras mayor sea la
conductividad del medio, mayor será la corrosión. El mayor desgaste de los
metales en este tipo de zonas se debe también a la erosión producida por la
discontinuidad de pared en estos sectores. (Pared no lisa).
Otros tipos de corrosión son las llamadas "corrosión por agrietamiento" y
"corrosión por fatiga".
La corrosión por agrietamiento se define como el agrietamiento o fisura del
material bajo los efectos combinados de los esfuerzos (estáticos), a los
cuales están sometidos los elementos, y de la corrosión. Este tipo de
corrosión no se percibe a simple vista.
En la corrosión por fatiga, el material se agrieta bajo la acción combinada de
la corrosión y de los esfuerzos cíclicos. Por otro lado, los combustibles
quemados en los hornos para calentar la carga, son una mezcla de fuel oil y
fuel gas. Cuando este combustible tiene un alto contenido de azufre, uno de
los productos de combustión formados y depositados en las superficies
exteriores de los tubos y en la pared interior del casing, es el sulfato de
azufre.
El sulfato es inofensivo durante los periodos de operación, pero cuando
estos depósitos se dejan enfriar éste se torna altamente higroscópico y
absorbe humedad del ambiente, produciéndose ácido sulfúrico que ataca
todo metal con el cual toma contacto. Esto es particularmente grave en las
paredes de las cubiertas metálicas interiores de los equipos, las cuales se
encuentran más frías que el resto del equipo, depositándose el H2SO4
provocando graves daños por corrosión.
Esta corrosión es altamente localizada, por puntos (pitting). Este tipo de
corrosión es muy destructivo ya que con una mínima perdida de material se
pueden producir agujeros por los cuales se producirán escapes o
infiltraciones de productos no deseados.
62
Ataca particularmente en lugares en donde se puede depositar y acumular el
ácido (hendiduras, recovecos, etc.). La única manera segura de detectar
éste tipo de corrosión es mediante inspección visual y con radiografías, e
incluso para asegurarse, las superficies inspeccionadas deben estar limpias
3.9.2 OXIDACIÓN Y DESCASCARAMIENTO
La oxidación y el descascaramiento ocurren por el exterior de los tubos y
puede estar en un solo lugar o a lo largo de todos los tubos del horno, es el
resultado de un sobrecalentamiento (junto con la suciedad de los tubos
debido a los productos de combustión y la presencia de oxígeno), que lleva a
un aumento de temperatura de metales a niveles tales que la oxidación
ocurre. El óxido forma una capa o cascara protectora muy dura sobre el
tubo, variaciones en la temperatura del metal provocan deformaciones del
mismo haciendo que esta cascara se rompa y se desprenda produciéndose
un descascaramiento del tubo dejando una superficie limpia a la vista en la
cual comienza nuevamente el proceso de oxidación. Este descascaramiento
continuo produce una disminución del espesor de la pared de los tubos.
Ciertos elementos de aleación (Cr, Si, Al), aumentan la resistencia a la
oxidación hasta aproximadamente 600ºC. Para mayores temperaturas se
necesita una aleación con mayor porcentaje de Cr para resistir mejor la
oxidación. Los daños producidos por la oxidación exterior de la carcaza
(casing) del horno, se deben principalmente a las condiciones climáticas y de
los gases industriales en el ambiente. En un ambiente húmedo, la oxidación
de la superficie es mayor, sobre todo si se encuentra sin pintar.
3.9.3 DEFORMACIONES EN TUBOS
Los tubos se deforman debido a una disminución en su resistencia
estructural causado por una temperatura desigual a lo largo del tubo. Los
63
hundimientos y abolladuras se localizan preferentemente a la altura de los
soportes. Esta disminución de la resistencia de los metales por las altas
temperaturas y esfuerzos por largos periodos de tiempo puede causar en los
tubos, deformaciones localizadas o creep. La falla por creep puede
prevenirse usando valores de esfuerzos basados en las propiedades de los
metales a altas temperaturas. El creep se produce cuando hay
sobrecalentamiento localizado, en la cual el tubo no puede resistir los
esfuerzos por estar sometido a presión.
3.9.4 CREEP, SUCIEDAD DEL COMBUSTIBLE Y MALA ATOMIZACIÓN
El creep o termo fluencia, es un fenómeno el cual produce deformación
inelástica en función del tiempo, para tensiónes constantes aplicadas en
materiales que se encuentran a determinadas temperaturas. Los tubos y
acoples (fittings) de los serpentines sufren daño por creep dado que por ellos
circula el crudo a altas temperaturas y presiones, causando la ruptura de
tubos después de un largo período de operación. Una presión excesiva
puede causar un rápido creep del metal resultando en pandeos,
agrietamientos y roturas. Las materias minerales de los aceites residuales
utilizados como combustibles de los hornos, no es posible extraerlos a través
del desalado del crudo estos son: sodio, calcio, magnesio y sales de hierro,
presentes en las soluciones salinas emulsificadas existentes. Al quemar
todos estos elementos es lógico que los quemadores se ensucien.
La mala atomización se produce cuando no son correctos los porcentajes de
vapor y combustibles, o cuando el vapor de atomización no tiene la presión y
temperaturas necesarias para atomizar el combustible. Esta es una falla del
operador del horno y es muy ocasional pero, cuando sucede, ensucia de tal
forma el quemador, que este debe ser retirado y limpiado. La mezcla
quemada en los hornos, contiene vapor y combustible (fuel oil y fuel gas), los
cuales son atomizados al interior del hogar.
64
3.9.5 COQUE, CONDICIONES DEL FUEGO Y VELOCIDAD DE LA CARGA
Algunos tipos de "cargas" se descomponen y producen depósitos de coque
o sales en las paredes interiores. Estos, aunque no son causa directa del
deterioro, tienen influencia en la temperatura del metal causando deterioro
secundario. Remover estos depósitos puede causar erosión.
Al formarse coque, dificulta el flujo y la capacidad del equipo, también
disminuye la transmisión de calor, por la condición relativamente aislante del
coque, y considerando que se controla una temperatura de salida en cada
serpentín (coil), se obtiene una disminución de la eficiencia. Aumentando el
calor aportado al horno y temperaturas de metal en las caras expuestas a la
radiación. Aumentando la temperatura de metales, la resistencia de ellos
disminuye. Las temperaturas no deben exceder de ciertos valores máximos
recomendados por el fabricante que dependen de la presión de trabajo y de
la naturaleza del metal de los tubos. Port otra parte, si la velocidad del fluido
por los tubos es muy baja, se puede producir recalentamientos locales y
formación de coque.
La temperatura del metal de los tubos varía a lo largo de los mismos y de un
tubo a otro según la ubicación del tubo dentro del horno. Una de las causas
de esto es el fuego del horno inadecuado, es decir, mal control de la forma y
tamaño de las llamas, estas pueden estar chocando en los tubos
directamente lo cual provoca recalentamientos localizados (con la
consiguiente formación de coque), y una rápida oxidación junto con cambios
metalúrgicos (microestructurales) y erosión. Cuando el control del fuego es
ineficiente y parte del combustible no se quema en el horno, este puede
sufrir su ignición en la chimenea o en el hogar, provocando explosiones las
cuales dañan gravemente el recubrimiento refractario y aislante el cual debe
ser inspeccionado brevemente.
En hornos cuya carga es superior a 2500 m³, como es el caso de los hornos
de Topping y Vacío, el flujo se divide en varios serpentines paralelos para
mantener las pérdidas de carga en niveles aceptables. Esta división tiene el
65
inconveniente que si la resistencia al escurrimiento en un ramal es mayor
que en otro, la velocidad será menor en aquél. Si la velocidad llega a ser
muy baja, se puede producir recalentamientos locales y formación de coque,
lo cual aumenta la resistencia al escurrimiento por ese ramal haciendo que la
velocidad sea menor agravándose así el problema.
3.9.6 FRAGILIZACIÓN, Y AMPOLLAMIENTO POR HIDRÓGENO
El daño por hidrógeno se presenta en todos los equipos fabricados en base
a aleaciones ferrosas de microestructura ferrítica, la ferrita el micro
constituyente más sensible al hidrógeno. La presencia de hidrógeno en los
aceros afecta la resistencia máxima y la ductilidad.
El daño por hidrógeno incluye diferentes fenómenos: La fragilidad, el ataque
y ampollamiento por hidrógeno.
No solo las altas temperaturas afectan a los metales, sino también las bajas.
Debajo de los 430ºF, ocurre la fragilización y el ampollamiento. Un ejemplo
sería una tubería que contiene crudo de ácido mixto con la salmuera. La
fragilización, causada por la infiltración de hidrógeno en el metal, reduce la
ductilidad del metal y el esfuerzo tensor. Los aceros inoxidables austeníticos
son esencialmente inmunes al daño de hidrógeno. Sin embargo, bajo el
trabajo del frío severo, los austeníticos pueden transformarse en martensita
y ponerse susceptibles al daño. Semejante condición puede descubrirse
debido a que el acero está adquiriendo un alto grado de magnetismo.
3.9.7 ATAQUE POR HIDROGENO EN ACEROS AL CARBONO
Los aceros al carbono cuando se encuentran expuestos a ambientes con
hidrógeno a temperaturas de aproximadamente 220ºC y con el hidrógeno a
mayores presiones y temperaturas aumenta la factibilidad que el hidrógeno
66
atómico penetre en la estructura del metal reaccionando con el carburo de
fierro y otros, conforme aumenta la presión interna, se forman huecos y
grietas, reduciendo la resistencia y ductilidad en los aceros.
El ataque por hidrógeno es básicamente una reacción por descarburización,
que degrada las propiedades del material a las temperaturas de operación y
puede llegar al fisuramiento, mientras que en los aceros aleados con
carburos estables de Cromo, Vanadio, Niobio y Molibdeno la susceptibilidad
al fisuramiento es menor. El ataque por hidrógeno puede ser superficial o
interno, causando en los dos casos descarburización.
La susceptibilidad al ataque por hidrógeno en los aceros ferríticos puede ser
estimada con las "curvas de Nelson", como lo muestra la Figura 17.Las
cuales indican la región de temperatura y presión en la cual un acero
específico puede sufrir el ataque.
Figura.17 Curva de Nelson
(Heat Exchanger Design Handbook, 2003)
67
El daño en los aceros empieza por un período llamado tiempo de incubación,
durante el cual los cambios en las propiedades no son detectados con los
ensayos rutinarios. Después del tiempo de incubación, las burbujas crecen
rápidamente con el tiempo llegando a la saturación, generando fisuras.
Los factores que afectan al ataque por hidrógeno se clasifican como:
• Variables del medio ambiente (presión, temperatura y esfuerzos).
• Variables del material (contenido de aleantes, impurezas, tratamientos
térmicos, tamaño de grano, trabajado en frío).
3.9.8 DESPRENDIMIENTO Y CAÍDA
Cuando se desprende parte de la aislación y recubrimiento de las paredes,
la cubierta exterior del horno (casing) queda expuesta a mayores
temperaturas, a llama y a la acción directa del azufre, oxígeno y vanadio
presente en los humos. Esto hace que la vida útil de la parte de metal
expuesto sea muy inferior a lo presupuestado debiendo detenerse el horno
para reemplazar la parte afectada. Además este desprendimiento aumenta
las pérdidas de calor al ambiente con el consecuente aumento en el
consumo de combustible para calentar la misma carga de crudo.
3.9.9 CAMBIOS MICROESTRUCTURALES
Aceros expuestos a temperaturas altas y cargados por largos periodos de
tiempo, sufren cambios metalúrgicos. Estos cambios pueden producir
efectos tales como carburización, descarburización, crecimientos de granos
y agrietamientos por los esfuerzos.
Estos fenómenos causan una reducción general de las propiedades
mecánicas (resistencia al esfuerzo, ductilidad, etc.) que eventualmente
68
pueden llevar a una falla total del metal. Metales, como acero con 5% Cr y
0,5% Mo con fósforo y otros elementos sobre 0,015%, pueden ser afectados
por endurecimiento por precipitación después de un largo período de tiempo
expuestos a altas temperaturas del horno. El resultado son microfisuras por
pérdida de ductilidad y capacidad de deformación elástica (el material se
fragiliza). También las tensiones debido a las variaciones de temperatura
junto con la fragilización del material, ayudan al crecimiento de las
microfisuras originando grietas macroscópicas que se transforman en
roturas. Esto sucede cuando los elementos nombrados (Cr, Mo, etc.), se
precipitan a los límites de grano después de más o menos un año expuestos
a temperaturas de 300ºC - 600ºC.
El fenómeno de carburización no es muy importante en los hornos de
Topping (destilación atmosférica) y vacío debido a que los rangos de
temperaturas en los que trabajan no son muy altos.
3.9.10 PÉRDIDA DE PROPIEDADES MECÁNICAS
Este fenómeno es especialmente notorio en los tubos de los serpentines. El
que un material pierda sus propiedades mecánicas significa que disminuyen
los valores de resistencia a esfuerzos (de ruptura y fluencia) y disminuye la
ductilidad del material debido principalmente a la carburización, crecimiento
de granos y agrietamiento por los esfuerzos lo cual hace que el material se
torne frágil. Esto significa que es más fácil que los tubos, por ejemplo, se
rompan ante cambios bruscos de presión y/o temperaturas propios de la
dinámica de operación del horno, eventualmente pueden llevar a una falla
total del metal
El fenómeno de carburización no es muy importante en los hornos de
Topping (destilación atmosférica) y vacío debido a que los rangos de
temperaturas en los que trabajan no son muy altos. (Sin embargo más a
delante se lo define)
69
3.9.11 CAMBIOS FÍSICOS Y METALÚRGICOS
Todos los metales y aleaciones están expuestos a sufrir cambios a elevadas
temperaturas y cargados por largos periodos de tiempo o por efecto de otro
tipo de fallas. Estos cambios pueden ser clasificados en dos categorías: a)
cambios estructurales y b) cambios químicos. Metales y aleaciones están
compuestos de uno o más tipos de pequeños cristales, a menudo llamados
"granos." El cambio estructural se refiere a cualquier cambio que ocurre en
el cristal o grano.
a). Cambios estructurales:
• Crecimiento de granos: Mientras más pequeño el tamaño del grano en
un metal o aleación, puede soportar más esfuerzo de tensión, entonces se
producen mejores metales con un tamaño de grano adecuado para las
condiciones de operación en que serán usados, y cualquier cambio en este
tamaño es perjudicial. Cuando los aceros calentados sobre una cierta
temperatura (135 ºF para los aceros blandos), ocurre el crecimiento de grano
y esto lleva a bajar la resistencia a la tensión, disminuyendo el factor original
de seguridad. Los aceros de aleación de níquel-cromo sufren crecimientos
de granos cuando es calentado sobre aproximadamente 1600ºF.
b) Cambios químicos metalúrgicos:
La composición química de un metal como opuesto a un cambio
estrictamente estructural o cambio de fase.
Los cambios de composición química pueden producir completamente
nuevas estructuras, acompañados de cambios en las propiedades. Sometido
70
a las altas temperaturas, los elementos y compuestos químicos tienen poco
o ningún efecto en los metales y aleaciones, pero a temperaturas
atmosféricas pueden ponerse sumamente destructivos, produciendo
agrietamientos severos, desintegración, fragilización o debilitamiento en los
materiales.
La Carburización: Es la difusión de carbono sólido en el acero en
contacto con un material carbonífero (como es el petróleo procesado) a altas
temperaturas, tendiendo a endurecer los aceros ferríticos, de esta forma, si
un acero carburizado se enfría después de estar sometido a un largo periodo
de tiempo a las altas temperaturas, es posible que se fisure. La
carburización aumenta rápidamente con los aumentos de temperaturas, se
encuentra a menudo donde está presente el coke, sin embargo, cuando en
los tubos del horno se presenta el coke, aumenta la temperatura del metal.
Por esta razón, es difícil determinar si la presencia del coke o las
temperaturas altas del metal llevan a la carburización.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
72
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para la elaboración del manual de procedimientos a seguir para el
mantenimiento preventivo y correctivo de un horno de crudo en el complejo
industrial Shushufindi es necesario conocer los pasos a realizarse en este
proceso. Para la elaboración de dicho manual es necesario conocer la
norma API 560. La cual nos ayuda a determinar los componentes,
configuración del horno de crudo y las principales fallas que sufren los
equipos.
4.1 “ELABORACIÓN DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO
PREVENTIVO Y CORRECTIVO DE UN HORNO DE
CALENTAMIENTO DE CRUDO EN EL COMPLEJO
INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S)”
SECCIÓN I
MARCO LEGAL
Este manual proporcionará una fuente de consulta e información, con el fin
de cumplir una operación correcta y segura de los hornos que existen en el
C.I.S.
Cabe indicar que es aplicable únicamente dentro de las facilidades del C.I.S
operada por Petroindustrial EP. Los datos de operación, información de los
74
equipos están a disposición del personal operativo y de mantenimiento, para
el uso en el campo únicamente.
SECCIÓN II
INTRODUCCIÓN
La elaboración de un manual de mantenimiento preventivo y correctivo para
aplicar a un horno de crudo en el Complejo Industrial Shushufindi provee
normas y regulaciones de diseño establecidas en la norma antes
mencionada.
SECCIÓN III
1. OBJETO
El objeto de este manual tanto preventivo como correctivo es dar a conocer
al personal operativo, supervisores, superintendente la forma adecuada de
realizar el mantenimiento al horno de crudo, mientras se encuentra operativo
o fuera de servicio.
2. ALCANCE
Este procedimiento aplica al Complejo Industrial Shushufindi, puntualmente
al equipo utilizado en el calentamiento del crudo (horno) previo a la entrada a
la torre de destilación atmosférica.
75
3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA
API 560
API 530
NORMA EP PETROECUADOR SI-008
NORMA EP PETROECUADOR SI-003
4. DEFINICIONES Y TERMONILOGÍA
P&ID: (pipe and intrumentation diagram)
Termografía: El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de
la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la
presión entre el fluido y la presión local.
Manómetros: El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de
la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la
presión entre el fluido y la presión local.
Corrosión: Es la tendencia de un material en especial metálico a regresar a
su estado natural.
Mirillas: pequeñas ventanas a través de las cuales se observa en interior del
horno, especialmente el hogar del horno.
Dámper: Persiana que se encuentra ubicada en la chimenea del horno.
Termocupla: par de conductores de materiales distintos unidos entre si que
generan una fuerza electromotriz cuando las dos uniones están a distintas
temperaturas.
Válvulas de control: Realiza la función de variar el caudal de fluido de
control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose
como un orificio de área continuamente variable.
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SECCIÓN IV
5. RESPONSABILIDAD
Es responsabilidad del Complejo Industrial Shushufindi, del superintendente,
supervisores y funcionarios delegados para realizar el mantenimiento en el
horno de crudo, cumplir con los procesos descritos, con el fin de realizar los
respectivos cambios, conexiones y funcionamiento correcto establecidos en
la norma anteriormente mencionada.
6. DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES
MANTENIMIENTO DE LOS EQUIPOS, GENERALIDADES Y
DEFINICIONES
Equipos y maquinarias tanto rotativas como estáticas necesitan de un
mantenimiento, como es el caso de los hornos y el resto de equipos de una
refinería. Con preferencia se debe implementar el mantenimiento preventivo,
para no tener que recurrir al mantenimiento correctivo (planificado) o
correctivo de emergencia (no planificado).
Historia del mantenimiento
El mantenimiento fue "un problema" que surgió al querer producir
continuamente, de ahí que fue visto como un mal necesario, cuya finalidad
era optimizar la disponibilidad de los equipos reparando desperfectos en
forma rápida y barata
77
En general el mantenimiento se desarrolló en tres periodos:
•Ejecución sin planeamiento y sin control (periodo de 1914 a 1930).
•Ejecución con planeamiento y sin control (periodo de 1930 a 1950).
•Ejecución con planeamiento y con control (de 1950 en adelante).
Estas situaciones evolutivas se caracterizan por la reducción de costos y
aumento de fiabilidad y disponibilidad de los equipos.
Definición de mantenimiento
Conjunto de actividades requeridas para mantener un equipo o instalación
en determinada condición o bien restaurar las condiciones requeridas de
operación permitiendo alcanzar confiabilidad para operar los equipos e
instalaciones industriales en general. El mantenimiento es un aspecto en la
industria que requiere de vigilancia constante e incluye limpieza, lubricación,
ajustes, inspección, reparación, mejoras y seguridad apegándose a las
normas medioambientales vigentes.
Objetivos del mantenimiento
La labor del departamento de mantenimiento, está estrechamente
relacionada a la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya que
tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, la maquinaria,
herramienta y equipo de trabajo, permitiendo un mejor desenvolvimiento y
seguridad evitando en parte riesgos en el área laboral.
Optimizar la disponibilidad del equipo de tal manera que opere de acuerdo a
su capacidad de diseño y para la función que fue destinado, en condiciones
de seguridad y economía basándose en un programa definido de
producción.
78
Otros objetivos:
Evitar, reducir y reparar fallas en los equipos.
Minimizar la gravedad de las fallas que no puedan evitarse.
Optimización de la disponibilidad del equipo productivo.
Evitar accidentes o paros de equipos, aumentando la seguridad para
el personal.
Optimización de los recursos humanos.
Disminución de los costos de mantenimiento.
Prolongar o alcanzar la vida útil de los equipos.
Clasificación y tipos de mantenimiento
En las operaciones de mantenimiento podemos diferenciar las siguientes
definiciones, como nos indica la Figura 18.
79
Figura 18. Clasificación y tipos de mantenimiento
(Amanda Mena, 2013)
Mantenimiento de conservación
Compensa el deterioro causado por el uso, los agentes meteorológicos u
otras causas. En el mantenimiento de conservación pueden diferenciarse el
mantenimiento correctivo y el mantenimiento preventivo.
Mantenimiento correctivo
Corrige los defectos o daños observados al haber inspeccionado el equipo,
el mismo que se divide en mantenimiento correctivo no planificado y
planificado.
Mantenimiento
De Conservacion
Correctivo
Inmediato Diferido
Preventivo
Directo, Programado o
(FMT)
Indirecto , Predictivo o
(CBM)
De Oportunidad
De actualizacion
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a) Mantenimiento correctivo no planificado (inmediato): Es el
mantenimiento de emergencia que se realiza inmediatamente de haber
notado el daño o defecto para corregir una falla imprevista con los medios
disponibles, destinados a ese fin apegándose a las normas de seguridad.
b) Mantenimiento correctivo planificado (diferido): Se conoce
anticipadamente que partes del equipo van a ser suplantadas una vez que el
equipo se encuentre totalmente sin actividad(parado) y se efectúe la o las
correcciones necesarias previstas para lo cual se debe tener listo equipo,
herramientas, repuestos, materiales, personal adecuado y condiciones de
seguridad para ejecutar el trabajo.
Mantenimiento preventivo
Destinado a garantizar la fiabilidad de equipos en funcionamiento antes de
que pueda producirse un accidente o desperfecto por deterioro. En el
mantenimiento preventivo tenemos:
a) Mantenimiento programado o preventivo directo también conocido
como FMT (Fixed Time Maintenance): se realiza revisiones y
mantenimientos con cierta frecuencia dependiendo del equipo o
acogiéndose a las recomendaciones del fabricante, puede ser por tiempo de
funcionamiento, Como ejemplo tenemos lubricación, limpieza, calibración.
b) Mantenimiento Preventivo Indirecto , predictivo CBM(Condition base
Maintenance): se realiza las inspecciones mediante un seguimiento de su
funcionamiento basado en el historial del equipo determinando su evolución,
mediante el control de la condición de operación del equipo tomando en
cuenta parámetros como vibración, temperaturas diferencial de presiones,
determinar fisuras o fallas mediante rayos x.
81
C) Mantenimiento de oportunidad: Es aquel que aprovecha las paradas o
periodos de no uso de los equipos para realizar las operaciones de
mantenimiento, realizando las revisiones o reparaciones necesarias para
garantizar el buen funcionamiento de los equipos en el nuevo periodo de
uso.
Mantenimiento de actualización
El propósito es renovar los equipos obsoletos con equipos actualizados o
con tecnología de punta que se apeguen a las nuevas exigencias, ya que en
el momento de su construcción aun no existían o no fueron tomados en
cuenta.
VARIABLES MEDIDAS Y CONTROLADAS EN LA INDUSTRIA
Las variables que generalmente se utilizan, (que son medidas y controladas)
en la industria Petrolera son:
Presión
Nivel
Temperatura
Flujo (caudal o gasto)
Presión: Se define como fuerza por unidad de área.
Nivel: Altura que alcanza un fluido, hace referencia a una "altura" relativa a
otra altura; generalmente se toma como punto de referencia una base.
Temperatura: La temperatura es la medida de la energía (calor) interna de
una sustancia que es medida mediante un termómetro.
82
Flujo (caudal): es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de
tiempo. Se denomina también caudal volumétrico o índice de flujo fluido, y
que puede ser expresado en masa o en volumen
Donde:
= caudal (m³/s)
= velocidad (m/s)
= área de la sección transversal de la tubería (m²)
Orden jerárquico del departamento de mantenimiento (de mayor a
menor)
1. SUPER INTENDENTE
2. INTENDENTE
3. COORDINADOR SÉNIOR
4. COORDINADOR
5. ANALISTA SÉNIOR
6. SUPERVISOR
7. ANALISTA
8. ASISTENTE
9. TÉCNICO
10. AUXILIAR (CUADRILLA OCACIONALES)
Permiso u orden de trabajo
Es el instructivo mediante el cual se faculta al área de mantenimiento
a ejecutar una tarea.
Permisos de trabajo en frio.
Permisos de trabajo en caliente.
83
En el Anexo 10, se señala la Norma “PETROECUADOR SI-003 PERMISOS
DE TRABAJO” que se aplica en las instalaciones de petroleras de EP
Petroecuador.
Nota: Una vez obtenido el/los correspondiente permiso de trabajo, por parte
del Coordinador de Planificación de Mantenimiento a Mantenimiento de
Instrumentos ya sea que se vaya a realizar mantenimiento con equipo
prendido (operando) o equipo parado (apagado), se procede a realizar la
intervención al equipo.
Cabe destacar que el mantenimiento a un horno de crudo se lo realiza tanto
operando como parado según corresponda.
Tareas de mantenimiento en el C.I.S
Las tareas de mantenimiento en función del tiempo para los hornos del CIS
están divididas de la siguiente manera:
Mantenimiento mecánico
• Mantenimientos Semanales (con equipo en servicio)
• Mantenimiento Quincenal (con equipo en servicio
• Mantenimiento Mensual (con equipo en servicio)
• Mantenimiento Trimestral (con equipo apagado)
• Paro programado anual (con equipo apagado)
• Mantenimiento (con equipo en servicio) para comprobar operación
optima del equipo, luego de haber realizado el paro.
84
Mantenimiento de lazos de control
El mantenimiento de lazos de control de nivel, presión, temperatura y flujo se
los realiza de la siguiente manera:
• Mantenimiento quincenal (equipo en servicio)
• Mantenimiento anual por paro programado (equipo parado)
Nota: En caso que se vaya a realizar un paro programado se procede a
bloquear y/o liberar las “Energias Peligrosas” del horno de crudo por parte
de operación (operador) y debe entregar el equipo a Mantenimiento
Mecánico totalmente liberado (parado) y completamente desenergizado.
Una vez concluido con el trabajo el departamento de mantenimiento de
instrumentos hace la entrega a Operación, se cierra la orden de trabajo y se
ingresa la información al software corporativo de mantenimiento para ser
archivado en el registro histórico
Bloqueo de energías peligrosas
Nota: antes de ejecutar cualquier tarea de mantenimiento se debe tomar
todas las precauciones necesarias y medidas de seguridad
correspondientes, con la finalidad de evitar accidentes con el personal e
instalaciones.
Reconocimiento del equipo
Debe conocer cuáles son las fuentes de energía que están presentes y
cómo deben ser liberadas de forma correcta, para lo cual siga los pasos
siguientes:
85
1. Identifique las diferentes fuentes de energía y su ubicación
2. Revise dibujos (P&ID´s) y manuales del fabricante (Anexos L y M)
3. Determine la razón por la que se va a intervenir dicho equipo:
Mantenimiento rutinario
Falla mecánica
Limpieza, etc.
Verifique si hay otros equipos alimentados por la misma fuente.
Si son algunas las personas que trabajaran en la tarea de
mantenimiento asegurarse de tener el número suficiente de etiquetas.
Verifique que dispone de dispositivos de restricción (cadenas,
candados y etiquetas adecuadas para el equipo a ser intervenido, en
el Anexo 10 se observa la norma ‘’PETROECUADOR SI-008
SEÑALES DE SEGURIDAD’’.
Tenga en cuenta las normas de seguridad industrial y protección del
medio ambiente que corresponde.
Observe que no existan sustancias químicas gases o fluidos a su
alrededor con los que pueda entrar en contacto al realizar su trabajo.
Comuníquese con el resto del personal
Comunique a su superior y al resto del personal que van a intervenir en
dicha área antes de realizar cualquier procedimiento de bloqueo en el
equipo.
Comunique lo que va a proceder a hacer y manténgase alejado del equipo.
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Corte la energía
Coloque a la maquina en suposición de reposo (Standby) si es posible antes
de bloquear la fuente principal. Asegúrese que todos los controles tanto
automáticos como manuales estén sin energía (apagados)
Coloque una etiqueta de advertencia en todos los controles o botones a
medida que los vaya desactivando para que no exista la posibilidad de que
alguien los pueda manipular por error
Desconecte y bloquee todas las fuentes de energía
Bloquee y coloque una etiqueta en todas las fuentes de energías primarias.
Cuando coloque los candados, trate de abrirlos para asegurarse que están
bien cerrados.
Luego, trate de activar el interruptor para asegurarse de que está bloqueado
adecuadamente.
Energía eléctrica :
Bloquee todos los interruptores eléctricos que están abasteciendo el equipo,
y asegúrese que no existan circuitos adicionales que puedan abastecer otras
partes de la máquina y bloquéelos.
Informe en caso de que se encuentre con interruptores obstruidos o rotos y
no empiece su trabajo hasta que se haya solucionado y la energía pueda ser
aislada en su totalidad.
Antes de accionar un interruptor eléctrico, ubíquese a un costado del panel
y gire su rostro hacia el otro lado.
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Al colocar un candado hágalo de tal forma que quede bien asegurado y
verifíquelo
Energía hidráulica:
Bloquee la bomba con el interruptor eléctrico del motor, espere que deje de
moverse, si otros equipos son abastecidos por la misma
bomba, posiblemente tenga que bloquear las válvulas que controlan el flujo.
Cierre y bloquee las válvulas tanto de entrada como de salida del equipo
para prevenir que el fluido regrese al equipo y cause algún movimiento
inesperado.
Energía neumática:
Normalmente, válvulas bloquean el aire en el lado de la ruta de ida y le dan
salida por la ruta de vuelta, de manera que se escuchará aire escapándose
cuando se cierre.
Un compresor alimenta el sistema de distribución de aire y el bloqueo se
realiza en las válvulas de control de flujo de la parte específica del equipo.
Energías secundarias
También debe liberar la energía secundaria o residual que queda acumulada
en la máquina luego de haber bloqueado las fuentes de energía principales.
Utilice el equipo adecuado para bloquear o fijar cualquier parte del equipo
que pueda cerrarse, caer o moverse y causar lesiones.
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Presión residual
En sistemas neumáticos, purgue la presión de los tanques o cierre la válvula
de salida de cada tanque y bloquéela.
En un sistema hidráulico, desactive los acumuladores en el circuito por
relevo de la presión a través de las válvulas de alivio.
Libere toda energía neumática o hidráulica restante acumulada en el sistema
por mínima que sea o parezca.
Siga paso a paso y en el orden debido todo el procedimiento especial para el
equipo como lo sugiere el fabricante.
Energía eléctrica residual
Los condensadores pueden acumular energía eléctrica aún después de
haberse bloqueado el circuito principal, por lo que si es necesario se solicita
servicios de un electricista ya que todos los condensadores del circuito
tienen que descargarse por completo
Gravedad
Fije cualquier parte móvil que pueda caer debido a la gravedad.
Energía mecánica
Revise bien el equipo y localice cualquier tipo de energía mecánica
acumulada y libérelo, por ejemplo un resorte comprimido o extendido.
Espere hasta que partes rotativas o móviles del equipo, como los volantes y
las levas, se detengan totalmente.
Nunca intente detener una pieza en movimiento con la mano
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Energía térmica
Las temperaturas extremadamente calientes o frías son peligrosas. Espere
hasta que la energía térmica se disipe, o utilice el EPP (equipo de protección
personal) adecuado.
Verifique el bloqueo y manténgalo vigente
Asegúrese que el bloqueo ha funcionado, no suponga que así fue.
Una vez bloqueadas todas las fuentes de energía y toda la energía residual
haya sido liberada, presione los controles del equipo y asegúrese que NO
exista movimiento y que las luces indicadoras se encuentren sin energía.
Inspeccione visualmente el equipo y verifique que todas las partes móviles
se encuentren estáticas.
Si el trabajo va a ser eléctrico use un voltímetro y asegúrese que no circule
electricidad a través de los circuitos.
Si tiene que remover un seguro para poder probar un equipo, asegúrese de
volver a poner el seguro antes de realizar algún otro ajuste, aunque este sea
mínimo.
Finalizar la labor de una forma segura
Al finalizar la reparación o el mantenimiento del equipo, asegúrese de haber
retirado cada una de las herramientas que fueron utilizadas, frenos y
cualquier otro equipo, coloque las protecciones otra vez en su lugar.
Informe a todas las personas que tienen que ver con el equipo, que va a
poner en marcha nuevamente y asegúrese de que todo el personal esté
retirado a una distancia prudente.
90
Si colocó etiquetas de advertencia en los interruptores de control, déjelas
puestas mientras retira los seguros y vuelve a activar el equipo.
Cuando esté seguro que el equipo está funcionando adecuadamente, retire
las etiquetas e informe al resto del personal que la máquina está lista para
su funcionamiento.
Evaluación del horno y sus partes
Antes de empezar cualquier acción de mantenimiento se realiza una
evaluación del horno para en base a un diagnóstico realizado por los
técnicos, obtener el/los permisos de trabajo.
Técnicas utilizadas en el diagnóstico de equipos
Para determinar las condiciones de los equipos y sistemas de proceso, se
utilizarán distintas técnicas de diagnóstico, desarrolladas con la finalidad de
que en su mayoría se las pueda realizar externamente y con el equipo en
servicio ya que a lo largo de la vida útil de un horno las inspecciones internas
son contadas, es importante conocer estas técnicas.
•Inspección visual.
•Medición de la temperatura.
•Medición de espesor. (Interna)
•Medición de eficiencia.
•Termografía.
•Detección de fugas.
Medición de vibración.
91
Nota: Una “inspección técnica” se puede realizar tanto externa como
internamente aunque la oportunidad de realizar una inspección interna es
únicamente en un paro programado o de emergencia del equipo, donde se
aplican las técnicas de inspección pertinentes a la situación del horno (en
servicio o parado).
Inspección Externa
Hermeticidad del Horno.
Ruidos extraños en quemadores y coloración de la llama
Fugas en línea de suministro de crudo, sistema de vapor, combustible
(gas-fuel oil)
Accionamientos y mecanismos
Cubierta aislante, no debe tener grietas, estar separada o
desprendida del casing.
Estado de la capa de pintura de aluminio anti óxido.
Temperaturas en distintos lugares chimenea y superficie exterior del
horno
Revisión de Partes flojas
Revisión de Manómetros, termómetros, válvulas
Inspección de alarmas en sistemas de control
Probar accionamientos y señales tanto en modo manual como
automático
Inspección Interna
Formaciones de coque depositado en las paredes interiores de los
tubos que no sólo dificulta el flujo y por lo tanto, la capacidad del
equipo, sino también disminuye enormemente la transmisión del calor,
por lo aislante del coque.
92
Disminución de resistencia en los tubos debido al aumento excesivo
en la temperatura.
Existencia de protuberancias, corrosión o pérdida de metal
Medir espesores
Distancia entre serpentines y paredes del horno, juntas de expansión
guías y soportes
Inspeccionar aislamiento
Inspeccionar uniones soldadas
Inspeccionar accesos al horno, mirillas ajuste de cabezales
Estado de los ductos, chimenea y dámper
Boquillas de fuel oil
Instrumentos posibles fugas conexiones
Revisar pistola de aceite (bayoneta), atomizador
Chequear transmisores
Chequear voltajes
Señales de apertura y cierre
Cableado y contactos
Desmontar y calibrar y probar en laboratorio transmisor
Desmontar y calibrar y probar en laboratorio convertidor I/P
(Corriente/Presión)
Desmontar, calibrar y probar en laboratorio válvula de control
Estado de las termocuplas de metal, que permiten medir la
temperatura de la superficie exterior de los tubos, la cual no debe
exceder nunca de ciertos parámetros o valores máximos que
dependen de la presión de trabajo y de la naturaleza del metal de los
tubos.
Historial del Horno (Histórico del sistema SCADA). Visualizar el
muestreo de los datos con el fin de analizar el comportamiento de los
procesos correspondientes a un período de tiempo determinado
Encendido piloto
Soplador de hollín
93
Tendencias (Pantalla de Tendencias del sistema SCADA) Monitorear
el comportamiento de las tendencias con respecto a las variables que
se desea controlar como temperatura, presión con el objetivo de tener
una información precisa del proceso a nivel general en la pantalla
desarrollada para las tendencias los dos hornos; mostrando en tiempo
real el comportamiento actual de la temperatura de decoking previo a
la fase de destilación.
Una vez realizada la respectiva evaluación del horno se procede a
ejecutar los trabajos de mantenimiento de acuerdo a la especialidad
94
Ejecución de los mantenimientos
ATP: Coordinación de Apoyo Técnico de la Producción
Figura 19. Diagrama de mantenimiento preventivo
(Amanda Mena, 2013)
Mantenimiento
Preventivo
Emitir O/T en el
sistema
Aprobar O/T
Revisar O/T y
distribuir de acuerdo
al área
Gestionar permisos
“Inspección Técnica”
¿Necesita intervenir
ATP?
NO SI
Organizar Grupo de
Trabajo
Realizar evaluación técnica,
mediante un informe de análisis
de monitoreo.
Realizar análisis causa-efecto (si
aplica) de la información
presentada.
Aprobar el informe y emitir uno
de la ATP
Revisar la O/T y distribuir de
acuerdo al área
Actualizar la base de datos
principal de las tareas de
mantenimiento de acuerdo al
informe de la ATP
Organizar grupo de trabajo
Ejecutar las tareas de
mantenimiento
Ejecutar las tareas de
mantenimiento
95
Realizar los trámites para la
compra de bienes y/o
contratación de obras o
servicios
Verificar O/T, para
ejecutar el
mantenimiento
Realizar
modificaciones (si es
necesario)
Solicitar a bodega los materiales mediante la
orden de requisición de materiales
Aprobar requisición de materiales (nivel
superior a quien solicita)
Realizar
trámites
para
compra de
bienes
Revisar en el
sistema
existencia de
repuestos e
insumos
Verificar cantidades reales
en bodega
Gestionar los
permisos de
operación para la
ejecución
Emitir O/T en el sistema
Aprobar O/T
SI NO
Revisar O/T y
distribuir de acuerdo
al área
Organizar Grupo de
Trabajo
¿Están
disponibles
los repuestos
e insumos
necesarios?
SI
Determinar
si son tareas
de ajuste y
calibración
SI NO
NO
Receptar, verificar y almacenar
materiales entregados por
bodega
¿Necesitan
servicios
externos de
mantenimiento?
MANTENIMIENTO
CORRECTIVO
Ejecutar las tareas
de reparación
Figura 20. Diagrama de mantenimiento correctivo
Amanda Mena, (2013)
96
Mantenimientos semanales (con equipo en servicio)
Responsable: Técnico de mantenimiento de caldería y soldadura
Procedimiento:
a) Detectar posibles ruidos extraños en quemadores.
b) Inspeccionar sistema de combustible (gas fuel oil), verificar posibles fugas
en líneas de alimentación.
c) Inspeccionar sistema de vapor- combustión fuel oil, ver posibles fugas.
d) Inspeccionar puertas de acceso, ver posibles fugas.
e) Inspeccionar línea de crudo, controlar posibles fugas. Inspeccionar puerta
de acceso, ver posibles fugas de gases de combustión, comprobar sello
hermético
f) Inspeccionar quemadores, ver estado de combustión, posible goteo,
obstrucción de flujo en bayonetas, etc.
g) Inspeccionar soplador de hollín, ver mecanismo de accionamiento,
posibles fugas en línea de vapor.
h) Inspeccionar “damper”, revisar cable de accionamiento y sus
mecanismos.
Mantenimiento quincenal (con equipo en servicio)
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación
Procedimiento:
a) Detectar posibles ruidos extraños y registrar
b) Inspeccionar partes flojas, ajustar tuercas y pernos.
97
c) Revisar Manómetros, termómetros, válvulas de seguridad y demás
válvulas para asegurar que no estén rotas o flojas.
d) Visualmente inspeccionar que la flama esté en condiciones óptimas del
quemador
e) Inspeccionar alarmas en sistemas de control.
Mantenimiento quincenal (con el equipo apagado)
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación
Procedimiento:
a) Inspeccionar fugas de producto y otras anomalías
b) Inspeccionar encendido de piloto, verificar que no existan taponamientos
ni obstrucciones.
c) Verificar accionamiento de válvulas de control apertura y cierre.
d) Verificar indicadores de presión y temperatura de control
e) Verificar secuencia de arranque del horno.
f) Verificar el sistema de control, tablero de control.
Mantenimiento mensual (con equipo en servicio)
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Caldería y Suelda
Procedimiento:
a) Inspeccionar simetría de llamas, formas asimétricas de llama indican
generalmente que existe una obstrucción parcial o erosión (desgaste) en loa
orificios de los quemadores corregir.
98
b) Inspección de coloración de llamas; se considera mala combustión en los
siguientes casos:
1.- Llama con coloración azul oscuro, naranja oscuro y negro oscuro, con
humo de descarga a través de la chimenea. En este caso se debe aumentar
el suministro de aire.
2.- Llama con coloración azul claro corto, amarillo ligero y longitud desigual,
presenta exceso de aire. Se debe reducir suministro de aire
3.- Una buena combustión se presenta con una llama azul brillante o
anaranjada y sin coloración en la chimenea
4.- Se recomienda un análisis ORSAT o equipo apropiado que haga un
análisis directo para una buena combustión.
c).- Registrar temperatura de salida de gases (chimenea), asegurarse que
esté operando en rango normal.
d).-Inspeccionar temperaturas de superficie exterior del horno
1.- Medir temperatura en distintos sitios, ver si se presentan zonas calientes.
2.- en caso de existir zonas calientes, es señal del deterioro del refractario,
se debe reemplazar para evitar deformación del cuerpo metálico.
Mantenimiento trimestral (con equipo apagado)
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación
Procedimiento:
a) Revisión completa del equipo
99
Paro programado anual (equipo apagado)
Responsables: Supervisor Mantenimiento de Caldería y Suelda, Inspector de
Planta, Coordinación de Apoyo Técnico de la Producción (ATP).
Procedimiento:
a) Liberar equipo, verificar que sus partes internas alcancen la temperatura
ambiente y su volumen interno se llene de aire fresco
b) Limpiar en general parte interior del horno, eliminar polvo del piso, hollín
de los tubos, etc.
c) Inspeccionar serpentín de tubos
Comprobar solidez de los tubos y conexiones, ver si existen protuberancias,
corrosión o pérdidas de metal.
Medir espesores
La distancia desde el extremo de los serpentines a las paredes del horno
debe ser la misma a cada extremo
Realizar inspección técnica
d) Inspeccionar Aislamiento
Revisar superficie interior de todo el refractario, incluyendo garganta de los
quemadores y ladrillos
Cambiar o reparar según el caso.
e) Inspeccionar juntas de expansión, revisar guías de transferencia de
tuberías y soportes
f) Inspeccionar uniones soldadas, verificar que las soldaduras de campo de
los serpentines (estructuras) estén completas y sean resistentes.
100
g) Inspeccionar accesos del horno, revisar puertas de acceso, mirillas y
corrección de cabezales, comprobando que se encuentren debidamente
ajustados
h) inspeccionar chimenea, ver estado de ductos
i) inspeccionar dámper
Sistema de conexión y accesorios.
Comprobar que estén debidamente ajustados
Quemadores:
j) Inspeccionar registro de quemadores
k) Realizar limpieza.
l) Asegúrese que el acceso de aire tenga movilidad.
m) Inspeccionar quemador, revisar y limpiar pistola de aceite (bayoneta)
n) Inspeccionar boquilla de fuel oil
si hay carbón o fuel oil por los orificios de salida, puede ser que la boquilla
este metida muy adentro. Baja presión del medio de atomización es por
desgaste.
Verificar que el número de boquilla (marcado) corresponda al del plano, para
asegurarse de la capacidad correcta y patrón de la llama.
o) Inspeccionar puntal de fuel oil, debe estar libre de materiales extraños y
sin corrosión.
p) Inspeccionar atomizador
Debe estar libre de basura y materiales extraños.
Ver posible desgaste de salidas concéntricas. El sello laberintico debe estar
limpio, sin desgaste en dirección longitudinal
101
Inspeccionar boquilla del atomizador, debe comprobarse que el sello evite
fugas de vapor. Si esto ocurre, boquilla o atomizador presenta desgaste
q) ensamble de bayoneta, seguir instrucciones del fabricante. Ver manual de
operación.
r) Inspeccionar instrumentos, ver posibles fugas, purgas, conexiones,
calibración etc.
Precauciones:
Reemplazar empaques averiados para prevenir fugas atomizadas.
En la conexión asegúrese que la tubería vaya a sus respectivos orificios y
no en reversa. Se debe purgar la pistola de aceite o encenderla cuando la
entrada de aire principal esta obstruida o cerrada.
Inspeccionar llama piloto
Inspeccionar soplador de hollín, ver mecanismo de accionamiento, cambio
de aceite en reductores de velocidad.
MANTENIMIENTO (CON EQUIPO EN SERVICIO) PARA COMPROBAR
OPERACIÓN ÓPTIMA DEL EQUIPO, LUEGO DE HABER REALIZADO EL
PARO
Responsables: Trabajo conjunto de los diferentes departamentos de
mantenimiento
Procedimiento:
a) Inspeccionar líneas de suministro de:
vapor
combustible
102
crudo
b) Inspeccionar coloración de llama
c) Se considera mala combustión en los siguientes casos
1.- Llama con coloración azul oscuro, naranja oscuro y negro oscuro, con
humo de descarga a través de la chimenea. En este caso se debe aumentar
el suministro de aire.
2.- Llama con coloración azul claro corto, amarillo ligero y longitud desigual,
presenta exceso de aire. Se debe reducir suministro de aire
3.- Una buena combustión se presenta con una llama azul brillante o
anaranjada y sin coloración en la chimenea
4.- Se recomienda un análisis ORSAT o equipo apropiado que haga un
análisis directo para una buena combustión.
d) Inspeccionar temperaturas de superficie exterior del horno
Medir temperatura en distintos sitios, para comprobar que no existan zonas
calientes.
e) Comprobar operación optima del equipo, ver posibles fugas, temperatura
y presión de entrada-salida de crudo, puertas de acceso etc.
Mantenimiento Overhaul
Responsables: Supervisor de Caldería y Soldadura y Técnico de Caldería y
Soldadura.
Procedimiento:
1. Abrir Manhole principal
2. Vaporizar girando los “8 pequeños” N3 Y N4”
3. Girar los 8 grandes línea salida crudo “N1 y N2”
103
4. Enfriamiento del horno luego del vaporizado
5. Revisar por Coordinación de Apoyo a la Producción
6. Abrir ventanas laterales
7. Desmontar quemadores
8. Desmontar Chimenea
9. Cortar tubos y retirarlos
10. Cortar laminas del techo por cambiar**
11. Retirar fibra cerámica d paredes y techo, desoldar espigas**
12. Reparación base chimenea con perfil IPN**
13. Medir espesores tubos de convección
14. Prefabricado de paredes frontales para quemadores nuevos**
15. Preparación superficial y pintura en láminas del techo
16. Soldadura de anclajes en láminas del techo
17. Soldadura de láminas del techo
18. Montar chimenea
19. Preparación superficial y pintar láminas de paredes
20. Soldadura de anclajes y pernos para soportes de tubería
21. Colocar soportes de tubería en paredes y en techo
22. Colocar fibra cerámica en paredes
23. Ingreso de tuberías de 5 y 4 al interior del horno
24. Soldar tubos de 5”
25. Soldar tubos de 4”
26. Alivio de tensiones en juntas soldadas
27. Colocar ladrillos refractarios nuevos**
28. Montaje de nuevos quemadores (calibración) **
29. Cerrar Manhole
30. Pintar horno de crudo
31. “Girar los 8 grandes en línea salida de crudo”
32. “Girar los 8 pequeños, línea de vapor”
104
OVERHAUL (INSPECCIÓN TOTAL Y REPARACIÓN EN CASO DE SER
NECESARIA) (EQUIPO PARADO)
Responsable: Supervisor de Mantenimiento de Instrumentación
Procedimiento:
1. Verificar que el equipo este fuera de servicio y desenergizado.
2. Revisar dibujos y Manuales del Fabricante.
3. Revisión de la secuencia de arranque
4. Verificar óptimo funcionamiento de válvulas de control, de shut off,
selenoides de paso, reguladores de presión, switch de presión.
5. Verificar alineación y desgaste
6. Mantenimiento de sistema de detección de flama.
7. Mantenimiento en indicadores de temperatura, presión y control.
8. Verificación del sistema de control, tablero de control.
9. Seguir instrucciones del Fabricante Dibujos y Manuales del fabricante
10. Comprobar operación optima del equipo
11. Ver posibles fugas de aire, vapor y temperatura de salida de gases,
etc.
12. Revisar que las señales de control del equipo se encuentren en
condiciones óptimas en el sistema de control DCS I/A.
Políticas para el procedimiento
En la ejecución de este procedimiento se deberá observar toda la normativa
vigente, aplicándola según su orden jerárquico y especialidad. En caso de
duda se observara la norma de rango superior.
Toda orden de trabajo (O/T) deberá ser realizada con la presencia de un
representante de la Coordinación de prevención y Contingencias (Seguridad
Física), para evitar cualquier riesgo de accidente de trabajo.
105
Tener en cuenta las normas de seguridad industrial y protección del medio
ambiente correspondiente
Las órdenes de trabajo deberán ser ingresadas en el historial de los equipos
usando el software corporativo de la empresa.
Documentos relacionados
Manual de Operación de Refinería Amazonas 1 y 2 Tomo IV/VII
Pantalla de Históricos
En este ambiente el usuario es capaz de visualizar el muestreo de los datos
con el fin de analizar el comportamiento de los procesos correspondientes a
un período de tiempo determinado.
Figura 21. Pantalla de muestreo de históricos de temperatura
(Eduardo Cazar, 2008)
106
Pantalla de Tendencias
En este entorno el usuario podrá monitorear el comportamiento de la
temperatura con el objetivo de tener un conocimiento más preciso del
proceso a nivel general. Muestra la pantalla desarrollada para las tendencias
de temperaturas de los dos hornos; mostrando en tiempo real el
comportamiento de la temperatura de coking previo a la fase de destilación.
Figura 21. Indicador de la temperatura de coking
(Eduardo Cazar, 2008)
Toda la información técnica del cada mantenimiento es ingresada al software
corporativo de mantenimiento con lo que se registra un histórico de cada
Equipo en el sistema Foxboro de EP Petroindustrial como se observa en las
figuras 20 y 21.
Ejecución del mantenimiento de lazos de control
Lazo: es un conjunto de componentes o equipos que dependen el uno del
otro para cumplir con un objetivo específico.
Para establecer un lazo de control se necesita por lo menos los siguientes
componentes
107
• Controlador
• Transmisor
• Convertidor I/P (transductor corriente/presión)
• Sala de control ( Operador)
• Elemento final de control (válvula)
Mantenimiento quincenal (equipo prendido)
PROCEDIMIENTO:
Que debe ejecutarse para el Mantenimiento de lazos (buckle) de control,
nivel, presión temperatura y flujo.
PROPÓSITO:
Realizar mantenimientos programados constantemente a los lazos de
control nivel, presión, temperatura y flujo, que se encuentran instalados tanto
en Amazonas 1 y en Amazonas 2 como en Planta de Gas del CIS con la
finalidad de mantener una producción constante, reducir daños en equipos y
evitar imprevistos.
Instrumento: Controlador
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación
108
Procedimiento:
• Acceder al ambiente de ingeniería e ingresar a opción CONTROL
COMFI.
• Revisar medida desde el transmisor, revisar base de datos,
inspeccionar parámetros de conexión: PBAND, INT, DERV
• Chequear señal de voltaje y señal de medida en la ruta Transmisor-
caja de revisión de campo, punto de ingreso de señal en FBM.
• Utilizando tendencias graficas del I/A confirmar adecuada
sintonización del lazo.
Instrumento: Convertidor I/P
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación
Procedimiento:
• Cambiar modo de operación de automática a “manual”
• Utilizar válvula de by pass de la válvula de control, probar convertidor.
• Instalar en serie un amperímetro y comprobar que la señal de
• 4-20A sea la adecuada.
• Verificar generando desde pantalla señales de apertura de válvula de
0, 25, 50,75 y 100
• Si las medidas de salida de presión de 3 a15 PSI son incorrectas
proceda a la limpieza y/o calibración y si es necesario el cambio del
convertidor.
Instrumento: Válvula de control (elemento final de control)
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación de campo y de
control y automatización.
109
Procedimiento:
• Cambiar modo de operación de automática a manual
• Chequear regulador de aire para suministro adecuado de
alimentación de la válvula
• Si existe posicionador, efectuar limpieza y calibraciones que se
requieran
• Desde pantalla de operador, ubicar la válvula a 0% , probar en campo
la existencia de posibles fugas a través del cuerpo de la válvula,
considere la clasificación de hermeticidad de la válvula para definir si
la cantidad de fuga es considerable, desmontar la válvula para
reparación en taller y realizar prueba hidrostática luego de la
reparación a 1.5 veces la presión de trabajo y efectuar la
CALIBRACION de la válvula.
• De no existir fugas proceder a chequear apertura de válvula en los
rangos de: 0, 50, 100%, en caso de no conseguir calibraciones
adecuadas, chequear convertidor I/P, cableado desde el I/A al
convertidor, calibración del posicionador y corregir falla.
• Una vez calibrada y probada se debe entregar a operación
Instrumento: Transmisor “LAZO EN MANUAL”
Responsable: Técnico de Mantenimiento de Instrumentación de Control y
Automatización
Procedimiento:
• Coordinar con operación y sacar de servicio el transmisor, este puede
estar siendo utilizado como registrador o parte de un sistema de control.
• Dejar fuera de servicio, bloquear válvulas
• Revisar y chequear transmisor.
• Drenar y limpiar cámaras del transmisor o termopozo (en caso de ser de
110
temperatura).
• Efectuar un chequeo de alimentación de 24 VDC al transmisor,
mantenimiento de cableados y contactos
• Confirmar funcionamiento con instrumentación portátil de taller.
• Revisar funcionamiento adecuado del equipo y entregar a operación
• Inspeccionar alarmas en sistemas de control.
MANTENIMINETO DE LAZOS DE CONTROL, NIVEL PRESIÓN
TEMPERATURA Y FLUJO (equipo apagado)
• Desmontar instrumento de medición para mantenimiento calibración y
pruebas, si NO pasa las pruebas cambiar por un nuevo.
• Desmontar instrumento convertidor I/P para mantenimiento,
calibración y pruebas, si NO pasa las pruebas cambiar por un nuevo
• Desmontar instrumento válvula de control para mantenimiento,
calibración y pruebas, si no pasa prueba cambiar sellos y calibrar, si
NO es posible reparar cambiar válvula.
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
110
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
El sistema SCADA es una herramienta sumamente importante en el
caso del CIS, permite al operador realizar un buen mantenimiento
preventivo con el control de cada una de las variables dentro de los
parámetros establecidos de operación del equipo de forma rápida y
segura desde la consola de operación sin errores ya que puede
observar y corregir en tiempo real cualquier anomalía que pudiere
presentarse con cada una de las variables en los hornos de crudo
El mantenimiento es una inversión a largo plazo que puede ser
aplicado a un horno tanto en servicio como fuera de servicio, este es
un procedimiento complejo que se lo realiza apegado a normas
nacionales (INEN) como a internacionales (ASTM), normas de
seguridad y ambientales internas de la empresa y bajo la supervisión
y control de la ARCH.
Cada mantenimiento se basa en un programa establecido de
mantenimiento e inspecciones realizadas con cierta frecuencia por los
técnicos encargados según su área y jerarquía.
EP Petroindustrial una empresa consolidada, con muchos años de
trayectoria la cual posee lineamientos claros y establecidos, no se
apega en un cien por ciento a todos y cada uno de ellos, por lo que
111
tanto la empresa como el personal que trabaja en ella cada día hacen
un esfuerzo por mejorar.
En la industria los hornos de crudo son diseñados de tal forma que
cada uno de los mecanismos de transferencia de energía antes
mencionados puedan trabajar de una forma armoniosa dentro del
horno con el fin de maximizar la eficiencia del mismo aprovechando
toda la energía que aumentara o disminuirá las temperaturas de los
cuerpos así como de las substancias involucradas en el proceso.
112
5.2 RECOMENDACIONES
Se recomienda el uso o revisión de este manual a todo el personal
operativo ya que es una compilación de cuatro tomos del (MOP) Manual de
Operaciones referidos al horno de crudo en sí de un total de 15 tomos.
Proporciona una fuente de consulta e información es una herramienta
útil, de fácil entendimiento, práctica y resumida, permite realizar cada
mantenimiento de forma óptima y segura.
Se recomienda aprovisionarse de una mejor manera en lo que tiene
que ver con repuestos para los equipos ya que al no existir en bodega los
repuestos se demoran en su importación y trámites burocráticos
representando pérdidas diarias para el país mientras el equipo se encuentra
fuera de servicio.
Todos los equipos que se utilizan en el Complejo Industrial
Shushufindi C.I.S, deberán cumplir con las normas de seguridad y
mantenimiento dadas por el INEN, API, ASTM, ANSI y ASME.
Es importante que todo el personal Técnico – Operativo sea
recapacitado con cursos de mantenimiento de equipos y herramientas
existentes en el complejo, a fin de evitar daños por malas practicas de
mantenimiento.
Tomando en cuenta la importancia de brindar a los equipos un
mantenimiento eficaz se recomienda que todo el personal Técnico-
Operativo reciba cursos de mantenimiento y operación de los equipos con
frecuencia con el fin de que adquieran el conocimiento sobre la forma
adecuada de realizar el mantenimiento a el/los equipos y operación de los
mismos así como capacitaciones que les permita mantenerse actualizados
113
cuando nuevos y modernos equipos han sido incorporados evitando
accidentes, mala operación de los equipos, malas prácticas en el
mantenimiento y perdidas económicas.
114
NOMENCLATURA
API: American Petroleum Institute
ARCH: Agencia de Regulación y Control Hidrocarburifero
ASTM: American Society for Testing and Materials
BPD: Barriles por día
CIS: Complejo Industrial Shushufindi
GLP (LPG): Gas licuado de petróleo
INEN: Instituto Ecuatoriano de Normalización
P&ID: Piping and Instrumental Diagram
SCADA: Sistema de Supervisión, Control y Adquisición de Datos
(Supervisory Control and Data Acquisition).
Shut off: Apagado
Switch: Mecanismo de encendido o apagado.
VDC: voltaje de corriente continua.
115
GLOSARIO
Apreciación: es la medida más pequeña que es perceptible en un
instrumento de medida.
Automatización: La automatización es un sistema donde se trasfieren
tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos
a un conjunto de elementos tecnológicos.
Bayoneta: Pistola de aceite
Buckle: Lazo
Burner: Quemador
Casing: Manto o Superficie exterior del horno
Calibración: Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones
especificadas, la relación entre los valores de magnitudes indicados por
un instrumento o sistema de medición como referencia llamado patrón.
Casing: Manto o Superficie exterior del horno
Caudal: caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de
tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que
pasa por un área dada en la unidad de tiempo.
Coil: Serpentín o Tubos que se encuentran dentro de un horno de crudo
116
Coke: cenizas producto de la combustión.
Damper: Mariposa, amortiguador, mampara o persiana
Exactitud: es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano
al valor de la magnitud real.
Fittings: Acoples
Gasóleo: también conocido como diésel
Instrumento: es un aparato que se usa para comparar magnitudes
físicas mediante un proceso de medición.
Manhole: Acceso para registro de inspecciones e ingreso de inspectores
al horno.
Nafta ligera: es la obtenida como corriente del producto de tope a los
80°C a 100°C de temperatura final de destilación (punto final)
Nafta pesada: es la obtenida con un punto final de 150°C a 180°C.
Nafta total: es la combinación de la nafta ligera y la pesada.
Nafta: es un combustible altamente volátil, muy inflamable y es utilizado,
sobre todo, como combustible para motores a explosión. En el ecuador
también se la conoce como gasolina blanca.
Operador: Persona encargada y entendida del control de equipos de
superficie debe mantener operando en condiciones normales cada uno
de los equipos.
117
Overhaul: Renovación total
ORSAT: Mediante el aparato de Orsat se puede efectuar el análisis de
determinados productos de la combustión, a partir del cual es posible
calcular la relación aire - combustible, y el grado de efectividad de la
combustión, este proceso consiste en obtener una muestra de los
productos de la combustión y determinar el porcentaje en volumen de
cada gas componente.
Precisión: es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado
en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones.
Presión: se define como la fuerza que se ejerce por unidad de área
Prueba Hidrostática: es la prueba que se realiza a todo equipo el cual
va a contener fluidos en su interior a 1.5 veces mayor a su presión
normal de operación, con el fin de verificar la hermeticidad de los
accesorios bridados y la soldadura, utilizando como elemento principal el
agua o en su defecto un fluido no corrosivo. Todo equipo nuevo debe ser
sometido a una prueba de presión (hidrostática), en los talleres del
fabricante.
Refinación: Se aplica a todas las operaciones cuyo objeto es la
fabricación u obtención de los diferentes productos derivados del
petróleo.
Revamping: Consiste en cambiar todos o la mayoría de los tubos del
serpentín del horno.
Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el indicador de la
medida y la medida real
118
Temperatura de Humos: Es la temperatura de los gases calientes
producto de la combustión, se miden con termocuplas.
Temperatura de Metal: Es la temperatura que tiene la pared exterior
metálica (aquella en contacto con los gases calientes) de los tubos de los
serpentines, estas temperaturas se controlan a través de termocuplas.
Termocupla: también llamado termopar es un transductor formado por la
unión de dos metales distintos que produce un voltaje que es función de
la diferencia de temperatura entre uno de los extremos; los termopares
son ampliamente usados como sensores de temperatura.
Tolueno: Hidrocarburo (metil-bencenol) de la serie aromática, usado en
la preparación de colorantes, disolventes, medicamentos y trinitrotolueno.
Torre de destilación (Topping): Equipo en el que se lleva a cabo el
proceso de separación de las fracciones, mediante etapas sucesivas de
evaporación y condensación.
Vida Útil: es la duración estimada que un objeto puede tener cumpliendo
correctamente con la función para la cual ha sido creado. Normalmente
se calcula en horas de duración.
119
BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
Anexo 1
UBICACIÓN DEL COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI
(Amanda Mena, 2010)
123
Anexo 2
ESQUEMA DEL COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI
(Amanda Mena, 2010)
124
Anexo 3
REFINERIA AMAZONAS DURANTE PARO PROGRAMADO
(Amanda Mena, 2010)
125
Anexo 4
PLANTA DE GAS SHUSHUFINDI
(Amanda Mena, 2010)
126
Anexo 5
HORNO DE CRUDO HORIZONTAL DE 4 QUEMADORES
(Amanda Mena, 2010)
Anexo 6
HORNO DE CRUDO EN MANTENIMIENTO
(Amanda Mena, 2010)
127
Anexo 7
QUEMADORES PARA REEMPLAZO PREMIX
(Amanda Mena, 2010)
Anexo 8
PARTE INTERNA DEL HORNO DE CRUDO, SE OBSERVA EL
REFRACTARIO SERPENTÍN Y ORIFICIOS PARA COLOCAR
QUEMADORES
(Amanda Mena, 2010)
128
Anexo 9
PANEL DE CONTROL REFINERÍA AMAZONAS
(Amanda Mena, 2010)
129
Anexo 10
130
131
132
133
134
Norma SH-008
EP Petroecuador, (1990)
135
NORMA PETROECUADOR
SI – 003 PERMISOS DE TRABAJO
Resolución No. 187
Quito, 14 de Junio de 1.996 1. OBJETIVO: Determinar procedimientos para que la ejecución de trabajos catalogados como peligrosos se realicen en condiciones óptimas de seguridad, a fin de preservar la integridad del personal, de las instalaciones y del medio ambiente. 2. TERMINOLOGÍA: 2.1.Permisos de Trabajo (PT) . Es la autorización escrita para la ejecución de cualquier trabajo considerado peligroso.2.2. Trabajo peligroso . Es toda actividad que requiere incorporar medidas especiales de seguridad para prevenir accidentes.2.3. Trabajo en frío . Es aquel que se realiza sin presencia de llama, y sin incremento de temperatura.2.4. Trabajo en caliente . Es cualquier actividad en la que interviene el calor en tal magnitud que puede causar ignición.2.5. Equipo Cl ase A . Se clasifica así, a los equipos que contienen o han contenido productos tóxicos, inflamables o nocivos para la salud.2.6. Equipo Clase B . Se clasifica así, a los equipos que no contienen o no han contenido productos tóxicos, inflamables o nocivos para la salud.2.7. Etiquetas de Advertencia . Son tarjetas de señalización de Seguridad con leyendas de prevención, que se colocan en puntos de control para evitar la operación de equipos o sistemas, por personal que no esté participando en la ejecución del trabajo.3. PROCEDIMIENTOS PARA LA EMISIÓN DE LOS PERMISOS DE TRABAJO. 3.1.Permiso de trabajo. Se emitirá en un formulario elaborado por cada Filial de acuerdo a la naturaleza de su trabajo, siguiendo los lineamientos del diseño presentado en el ANEXO - A. 3.2.Elaboración de un permiso de trabajo. El jefe del área o instalación donde se va a realizar el trabajo debe autorizar su ejecución y llenar el Formulario previsto para el caso, en el cual debe incluirse una descripción muy concreta de las tareas a realizarse, las condiciones y clase de equipos involucrados y las precauciones que se requieran.
En el permiso de trabajo debe constar la firma de responsabilidad de quién lo
emite y del ejecutor.
3.3. Podrán emitir Permisos de trabajo dentro de sus respectivas áreas: Supervisores, Jefes de Turno, Jefes de Áreas y funcionarios de nivel jerárquico superior en la misma línea funcional.3.4. El Permiso de trabajo se circunscribe, únicamente, al área de ejecución y será autorizado luego de inspeccionar obligatoriamente los equipos o sistemas donde se realizará el trabajo, utilizando para ello las listas de verificación y el conocimiento y experiencia que se tenga al respecto.3.5. El
136
Permiso de trabajo autoriza la ejecución de una tarea claramente definida. Si es necesario una derivación o ampliación del trabajo originalmente concebido, se procederá a emitir un nuevo permiso de trabajo.3.6. El Emisor del Permiso de trabajo, en caso de considerarlo necesario, solicitará ala Unidad de Seguridad Industrial un Certificado de Inspección de Seguridad, con fines de asesoría y de orientación para la toma de decisiones, el cual contendrá los procedimientos de seguridad que deben seguirse. Es obligatoria la obtención de un Certificado de Inspección de Seguridad , previo ala autorización de los siguientes trabajos:- Apertura de equipo clase A. - Ingreso de personal al interior de espacios confinados. - Trabajos de Radiografía Industrial.3.7. Las etiquetas de advertencia, se regirán a lo estipulado en la Norma PE-SI -008"SEÑALES DE SEGURIDAD".3.8. Cuando existan condiciones especiales de riesgo para la realización de un trabajo, que no estén totalmente cubiertas por el Permiso de Trabajo, se deberá realizar una reunión entre los responsables de Operaciones , Mantenimiento, Seguridad Industrial, Inspección Técnica y demás áreas involucradas, para analizar las condiciones bajo las cuales se llevará a cabo, suscribiendo un acta, donde se anotará claramente la secuencia de ejecución, procedimientos de trabajo, medidas de seguridad y demás recomendaciones pertinentes.3.9. Participación de Seguridad Industrial: Verificar el cumplimiento de lo expuesto en el Permiso de Trabajo, emitir Certificados de Inspección de Seguridad (CIS) con las medidas y recomendaciones de seguridad pertinentes, ofrecer protección contra incendios en los casos en que se considere necesario y entregar los equipos y elementos de protección personal especiales que se requieran. 4. EJECUCIÓN DEL TRABAJO 4.1. Es obligación de los trabajadores acatar los procedimientos de seguridad para evitar accidentes. La seguridad individual de los participantes en un trabajo es responsabilidad de su Jefe inmediato y del emisor del permiso; quienes deben hacer cumplir tanto los requisitos indicados en el Permiso de trabajo, como en las Normas de seguridad vigentes. 4.2. El original del Permiso de trabajo debe estar en poder del ejecutante en el lugar del trabajo y copias en la Jefatura del área respectiva y en Seguridad Industrial.4.3. El ejecutor del trabajo y el emisor del permiso o su delegado deben verificar que las recomendaciones indicadas en el Permiso de trabajo se cumplan, manteniendo una supervisión constante.4.4. La protección contra incendios, durante la realización de trabajos en caliente, es responsabilidad del ejecutante. La Unidad de Seguridad Industrial proporcionará protección permanente en trabajos en caliente, en equipos considerados de clase A. 5. FINALIZACIÓN DEL TRABAJO 5.1. Tanto el ejecutante como el emisor del permiso harán constar la finalización del trabajo en el espacio previsto para ello en el Permiso de trabajo. 5.2. Las etiquetas de advertencia deberán ser retiradas por el ejecutante y el emisor del permiso una vez terminado el trabajo. 6. DISPOSICIONES ESPECÍFICAS PARA TRABAJOS EN CALIENTE. 6.1. En la emisión de permisos, para realizar trabajos en caliente, se tomarán en cuenta las siguientes precauciones: a) Todas las tuberías que concurren a un equipo de clase "A" deben ser bloqueada mediante cierre de válvulas y colocación de juntas ciegas; además, se tomarán todas las precauciones que sean necesarias para evitar la entrada accidental de productos al equipo. b) En unidades fuera de servicio para mantenimiento general se procederá previamente a su aislamiento y eliminación de vapores líquidos inflamables .c) Los equipos de áreas cercanas a la de un trabajo en ejecución deberán contar con las protecciones de seguridad adecuada.7.
137
DISPOSICIONES ESPECÍFICAS PARA TRABAJOS EN FRÍO. 7.1. Un trabajo en frío podrá ser efectuado en el interior de un equipo de clase "A" después de cumplir los siguientes requisitos: a) El equipo debe estar libre de productos tóxicos o nocivos para la salud y tener una concentración de gases inflamables del 0%.b) Si la concentración de gases inflamables está comprendida entre el 10% y el 40%del límite inferior de explosividad, el personal que interviene en el trabajo deberá ser equipado con máscaras de aire comprimido, aparatos de iluminación a prueba de explosión y herramientas anti chispa. c) Todas las tuberías que concurren a un equipo de clase "A" deberán ser bloqueadas mediante cierre de válvulas, colocación de juntas ciegas; además, se tomarán todas las precauciones que sean necesarias para evitar la entrada accidental de productos al equipo. d) Siempre que se utilice agua, vapor o aire comprimido para limpiar un sistema que haya contenido líquido o gases inflamables, se tomarán las precauciones respectivas para evitar el retorno de productos infla- mables e) Si se utiliza equipo, cuya operación pueda generar electricidad estática en lugares que contengan sustancia inflamables, se conectará a tierra con un conductor flexible de diámetro mínimo No. 018.7.2. Un trabajo en frío podrá ser ejecutado en un equipo de la clase "B", luego de que se tomen las medidas de seguridad necesarias para el desarrollo seguro de las actividades a realizarse. 8. PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS 8.1. Para la ejecución de trabajos que requieran protección contra incendios, el responsable de Seguridad Industrial designará y coordinará el personal, equipos y materiales necesarios para brindar la protección respectiva durante sudesarrollo.8.2. El personal destinado a dar protección contra incendios en un determinado trabajo, permanecerá en el sitio durante todo el tiempo requerido para su ejecución. 9. DISPOSICIONES GENERALES 9 .1. Un trabajo no podrá ser ejecutado si falta una firma en el Permiso de trabajo correspondiente.9.2. Durante la ejecución de un trabajo autorizado que ponga en riesgo al personal o a las instalaciones y ante una situación anormal, el ejecutante o el emisor, suspenderá el trabajo cancelando el Permiso de trabajo correspondiente.9.3. Todo Permiso de trabajo debe ser emitido por un período de validez determinado; cumplido el cual y si fuera necesario ampliar el plazo se procederá a emitir un nuevo permiso.9.4. Los incumplimientos a las disposiciones contempladas en esta norma serán considerados como faltas graves de seguridad industrial y serán sancionadas de acuerdo a lo establecido en :- “Reglamento Interno de Seguridad Industrial de PETROECUADOR y sus Filiales”.- "Código de Trabajo".- "Reglamento de Seguridad y Salud de los Trabajadores" y "Mejoramiento del Medio Ambiente de Trabajo".- Y; demás reglamentos, normas y leyes pertinentes.
10. APÉNDICE Z Bases de estudio: o Norma YPF No. 862. Trabajos en caliente, Yacimientos Petrolíferos Fiscales,Argentina 1.972. o Norma CEPE SI-003 "DISPOSICIONES GENERALES DE SEGURIDADINDUSTRIAL PARA PERMISOS EN FRÍO Y EN CAUENTE" , 1.988 o Norma PETROECUADOR SI - 008 "SEÑALES DE SEGURIDAD" o REGLAMENTO INTERNO DE SEGURIDAD E HIGIENE INDUSTRIAL PARAPETROECUADOR Y SUS FILIALES. o CÓDIGO DEL TRABAJO. o
138
REGLAMENTO DE SEGURIDAD Y SALUD DE LOS TRABAJADORES YMEJORAMIENTO DEL MEDIO AMBIENTE DE TRABAJO.
139
140
Anexo 11
P&ID general de la refinería Amazonas R1
(Petroindustrial , 2010)
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Anexo 12
P&ID del Horno de Crudo Refinería Amazonas R1 (Petroindustrial, 2010)
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![⃝[carl sagan] hydrodynamic limits of the boltzman](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/568caa4c1a28ab186da10702/carl-sagan-hydrodynamic-limits-of-the-boltzman.jpg)
