Generación y Control Manual de la Operación de Indicadores Claves de Proceso...
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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA.
PROYECTO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL QUÍMICO
Generación y Control Manual de la Operación de Indicadores Claves de
Proceso ENAP Refinería Aconcagua.
Esperanza Elizabeth Gálvez Inzunza.
Profesor Guía: Jaime Fernández Célis.
2011
Agradecimientos
A Dios que ha sido el sustento en mis momentos difíciles, el que me ha dado
la fortaleza y toda la alegría para enfrentar esta vida.
A mi Madre Eva Inzunza por su ejemplo de entereza y apoyo en todo
momento, a mi abuela Guacolda que me demuestra día a día su amor y fuerza, y
mi hermana Rocío que me han dado la oportunidad y la herramienta de ser un
profesional, de verdad, las amo mucho.
A mi novio Rodrigo que lo Amo completamente, gracias por amarme tal
como soy, apoyarme en todo momento y espero a través de este trabajo
concretar todos nuestros sueños.
A mis amigos que han estado en las buenas y malas agradezco su cariño
demostrado estos años y por su amistad incondicional, se que a pesar de todos
los momentos difíciles ustedes siempre estarán ahí.
A mi Profesor Guía Jaime Fernández Celis por su ayuda, disposición y
cooperación en este trabajo.
Finalmente Agradezco a Enap Refinería Aconcagua por darme la
oportunidad de desarrollar el trabajo de titulación, en especial a los Ingenieros
Elizabeth Rivero , Carolina Melo y Carlos Lizana por su dedicación, sencillez y
tiempo para enseñarme a crecer como persona y profesional.
ii
RESUMEN
El presente trabajo fue efectuado entre el 19 de Abril hasta el 29 de Octubre
del 2010.
El objetivo general del trabajo fue definir indicadores claves de proceso (KPI:
Key Indicador Performance), clasificados en la confiabilidad de plantas,
disponibilidad, calidad de productos, y energía. Esto permite el análisis
operacional evidenciando el comportamiento de las variables más importantes de
cada Proceso, tal como Temperatura zona radiante, zona convectiva de los
Hornos de refinería, Temperatura de desalado, calidad de desalado, consumo de
antiespumante entre otras.
Toppin1, Topping 2, Coker, Área de Cracking, dos Plantas del Área
Hidrógeno: Hidrocracking y Reformación fueron las Unidades de procesos en
donde se generaron Indicadores Claves (KPI).
Esto implicó generar una aplicación en el Software PI-ProcessBook para el
seguimiento de indicadores claves de proceso utilizando lenguaje de
programación, las lecturas de las variables están en línea de tal manera que
estos diagramas y sistema de alerta son accesibles a todo el personal de
Refinería Aconcagua. Este sistema establece la medición, registro y monitoreo de
las variables de operación, de tal manera de generar un control manual al
momento de presentar desviaciones negativas e intermedias en tales procesos.
La nomenclatura general que señala el rendimiento de los Indicadores es:
1-.Color Verde: Un cumplimiento de la variable al 100%, desviación positiva.
2-.Color Amarillo: Un cumplimiento de la variable al 75%, desviación intermedia.
3-.Color Rojo: Un cumplimiento de la variable al 50%, desviación negativa.
Se generó un total de 192 KPI, de los cuales 41% corresponden a
Disponibilidad de las instalaciones, 17% a Energía, 13% Calidad de productos,
29% a Confiabilidad.
iii
La falta de monitoreo en los KPI genera un listado de variables críticas y
como consecuencia un acumulación de errores y defectos en la operación y
equipos.
Algunos indicadores más críticos clasificados según la Unidad estudiada y
sus desviaciones negativas son:
1-.Topping 1: a-.Temperatura Desalado: presenta una desviación de 9.8 y opera
un 21.7% por debajo de lo recomendado. b-. Sal salida Desalador: presenta una desviación de 4.18 y opera por sobre el
112,5% de lo recomendado de acuerdo a su valor objetivo de operación.
2-.Topping 2: Temperatura Desalado: el comportamiento promedio fue de 106.2
°C con una desviación de 9.67. Opera un 31.8% por debajo de lo recomendado
(140°C). 3-.Coker: Control Antiespumante: Se gasta en promedio 92 US$/drum, y su valor
objetivo es de 50 US$/drum, por lo tanto existe una perdida mensual de 1260
US$. 4-.Área Cracking: Temperatura Primer Claus URA 2: este KPI se encuentra
operando bajo un 20% de lo recomendado (300°C), el valor promedio que opera
es de 249.47°C y el valor de su desviación es 94.39. 5-.Área Hidrógeno: Inyección agua lavado/ carga: Hidrocracking: Opera
generalmente a una razón de 9.4 lo que significa que esta un 35.11% por debajo
su valor objetivo (12.7).
En total se recuperó 64.5 MUS$/d sumando todas las plantas y sus respectivos
márgenes antes y después de la implementación, demostrando un
comportamiento positivo con respecto al control de los KPI’S los cuales influyen
de manera directa o indirecta en la producción del crudo.
Finalmente se recomienda la supervisión diaria gracias a la herramienta en
línea creada y alternativas para la mejora de las variables críticas.
Índice
iv
Índice general
CAPÍTULO I .................................................................................................7
1.0 INTRODUCCIÓN...................................................................................2
CAPÍTULO II ................................................................................................4
2.0 ANTECEDENTES GENERALES ..........................................................5
2.1 Antecedentes de la Empresa. ............................................................5
2.2. Antecedentes de los Procesos y Plantas..........................................7
2.2.1. Antecedentes Unidad de Topping 1 ........................................14
2.2.2. Antecedentes Unidad de Topping 2. ........................................19
2.2.3 Antecedentes Unidad de Coker.................................................23
2.2.4 Antecedentes Unidad de Cracking Catalítico FCC....................30
2.2.5 Antecedentes Unidad de Hidrógeno HCK. ................................35
2.2.6 Antecedentes Unidad Reformación Catalítica...........................39
2.3 Antecedentes sobre los indicadores claves de proceso................46
2.4 Antecedentes del problema...............................................................49
CAPÍTULO III .............................................................................................51
3.0 Metodología. .......................................................................................52
3.1 Cálculos Unidades Topping 1 y 2. ..............................................66
3.3 Cálculos área Cracking. ...................................................................84
3.4 Cálculos Área Hidrogeno. ................................................................93
CAPÍTULO IV...........................................................................................107
4.0 Resultados Topping 1 y 2.................................................................108
4.1 Resultados Unidad Coker ..............................................................112
1-.Control Antiespumante KPI mensual. ..............................................112
4.2 Resultados Área Cracking..............................................................114
4.3 Resultados Área Hidrógeno. ..........................................................116
CAPÍTULO V............................................................................................118
5.0 Conclusiones .....................................................................................119
REFERENCIAS………………………………………………………………124
Anexos………………………………………………………………………...125
Índice
v
Índice de Figuras
Figura 2.0. Plantas de Enap Aconcagua.....................................................6 Figura 2.1. Planta con generación de indicadores claves de proceso......13 Figura 2.2.Esquema del proceso de Topping 1. .......................................18 Figura 2.3 Esquema del proceso de Topping 2 .......................................22 Figura 2.4. Drums y Horno…………………………………………………….26 Figura 2.5 Fraccionadora de la Unidad de Coker .....................................27 Figura 2.6 Compresor, Absorción y Stripping. ..........................................28 Figura 2.7 Debutanizadora y tratamiento de Aminas................................29 Figura 2.8: Unidad Cracking Fraccionamiento y Convertidor ..................33 Figura 2.9. Unidad Cracking Concentración de gases..............................34 Figura 2.10. Unidad Hidrocracking. ...........................................................37 Figura 2.11. Planta NHT. ..........................................................................42 Figura 2.12. Planta CCR............................................................................45 Figura 2.13. Esquema de la naturaleza de los indicadores. .....................46 Figura 2.14. Mecanismo de un esquema de Control. ...............................47 Figura 2.15. Desarrollo de un indicador y sus límites. ..............................48 Figura 3.0 : Formato Data Set. ..................................................................53 Figura 3.1: Formato KPI ............................................................................54 Figura 3.2: Formato de Formulario de TAG’S. ..........................................58 Figura 3.3: Utilización de comando Value en PI-ProcessBook.................59 Figura 3.4: Utilización del comando Multistate en PI-ProcessBook..........60 Figura 3.5: Utilización del comando para crear botones en PI- ................61 Figura 3.6: Diagrama apoyo en PI-ProcessBook sección desaldores......61 Figura 3.7:Comandos básicos para el diseño de Diagramas …………….63 Figura 3.8: Cuadro Resumen para Topping 1...........................................64 Figura 3.9. Diagrama Cuadro Resumen Topping 1. .................................72 Figura 3.10: Diagrama Cuadro Resumen Topping 2. ...............................73 Figura 3.11: Diagrama Cuadro Resumen Unidad Coker. .........................83 Figura 3.12: Temperatura de Hornos y reacción proceso Claus ..............87 Figura 3.13: Diagrama Cuadro Resumen Área Cracking .........................92 Figura 3.14: Diagrama Cuadro Resumen Hidrocracking. .........................99 Figura 3.15 Cuadro Resumen Unidad Reformación. .............................106 Figura 4.0: Gráfico Temperatura desaladores ........................................108 Figura 4.1: Gráfico Sal salida Desalador.................................................109 Figura 4.2: Gráfico Razón Vapor/ Crudo Reducido ................................110 Figura 4.3: Gráfico Temperatura Desalado Topping 2............................111 Figura 4.4 Grafico: VCM Coque ..............................................................112 Figura 4.5: T° Combustor B-3503 URA 3................................................114 Figura 4.6: Gráfico Temperatura primer Claus URA 2............................115 Figura 4.7 Gráfico: Inyección Agua/Carga ..............................................116 Figura 4.8:Comparación margen en bruto y mejoras en la producción 117 Figura 5.0 Sal salida Desalador. .............................................................119 Figura 5.1: Ejemplo Matriz Impacto-Esfuerzo………………………………..122
Índice
vi
Índice de Tablas
Tabla : 2.1 Lista KPI Topping ................................................................................ 7 Tabla : 2.2 Lista KPI Topping 2 ............................................................................. 8 Tabla : 2.3 Lista KPI Coker. .................................................................................. 9 Tabla : 2.4 Lista KPI Área Cracking FCC............................................................ 10 Tabla : 2.5 Lista KPI Hidrocracking ..................................................................... 11 Tabla : 2.6 Lista KPI Reformación....................................................................... 12 Tabla 3.0: Cantidad de agua de Lavado. ............................................................ 55 Tabla 3.1: Parámetro objetivo y el valor al 50,75 y 100%. .................................. 56 Tabla 3.10: Reacciones que involucran a CS2 .................................................... 90 Tabla 3.11: Matriz Resumen Área Hidrógeno ..................................................... 93 Tabla 3.12: Lista Oficial KPI Área Hidrógeno...................................................... 93 Tabla 3.13: Matriz Resumen Unidad Reformación ........................................... 100 Tabla 3.14: Lista Oficial KPI Área Hidrógeno.................................................... 101 Tabla 3.2: Matriz Resumen KPI. ......................................................................... 66 Tabla 3.3: Lista Oficial de KPI Topping 1. ........................................................... 66 Tabla 3.5. Matriz Resumen Unidad Coker. ......................................................... 74 Tabla 3.6: Lista Oficial de KPI Unidad Coker. ..................................................... 75 Tabla 3.7: Matriz Resumen Unidad Coker. ......................................................... 84 Tabla 3.8: Lista Oficial KPI Unidad de Cracking ................................................. 84 Tabla 3.9: Reacciones que involucran a COS. ................................................... 89 Tabla 3.10: Reacciones que involucran a CS2…………………………………………………………….90Tabla 3.11: Matriz Resumen Área Hidrógeno……………………….................... 93 Tabla 3.12: Lista Oficial KPI Área Hidrógeno……………………………………….93 Tabla 3.13: Matriz Resumen Unidad Reformación……………………………….100 Tabla 3.14: Lista Oficial KPI Área Hidrógeno……………………………………..101
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
1
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
Capítulo I Introducción
2
1.0 INTRODUCCIÓN
En ingeniería química existen variables influyentes que nos ayudan a
optimizar y controlar plantas de proceso, pero son sólo algunas influyen de
manera efectiva en el producto final.
En Refinería Aconcagua se ha implementado el concepto de indicadores
claves de proceso KPI a partir de Junio del 2009, pero su seguimiento y
resultados son emitidos mensualmente, esto implica una postergación en la toma
de acciones inmediatas ante un eventual mal funcionamiento y un
comportamiento erróneo de acuerdo al parámetro objetivo recomendado para
cada KPI.
La falta de monitoreo en los procesos de refinería produce como
consecuencia acumulación de defectos en las unidades produciendo: Pérdidas de
producción por calidad, costos de operación, reducciones en la disponibilidad de
equipos y una toma de acciones retrasada en las variables respectivas.
El defecto entra en el sistema, ya sea como defecto de diseño, de operación
o mantenimiento, y se transforma en una falla impactando la calidad, luego afecta
la capacidad productiva hasta que se convierte en una falla de equipo.
Ante esta necesidad se determinó el objetivo general el cual es generar un
listado con las variables claves de cada proceso productivo en Refinería.
Capítulo I Introducción
3
Esto consiste en un sistema de medición, registro y supervisión de variables
claves operacionales, establecer relaciones entre las variables operacionales
significativas, tales como Consumos energéticos, Disponibilidad de las
instalaciones y Especificación de los productos, posteriormente analizar y
proponer mejoras a los indicadores críticos de las Unidades.
Es por esto que se simula en el Software PI-ProcessBook. Esta herramienta
permitirá supervisar en línea estos KPI creando un control que se desarrolla
manualmente y a diario, produciendo un impacto en la mejora de las variables
entregando las alternativas y/o sugerencias para lograr mejoras prácticas.
Capítulo II Antecedentes Generales
4
CAPÍTULO II
ANTECEDENTES GENERALES
Capítulo II Antecedentes Generales
5
2.0 ANTECEDENTES GENERALES
2.1 Antecedentes de la Empresa.
Enap Refinería Aconcagua empresa de energía filial del grupo de empresas
ENAP. La Empresa Nacional del Petróleo, está organizada en dos líneas de
negocios: Exploración – Producción y Refinación además cuenta con dos filiales:
Enap Sipetrol S.A. y Enap Refinerías S.A, procesando aproximadamente 100.000
barriles/día de crudo.
Enap refinería Aconcagua (ERA) está ubicada en la Quinta Región
específicamente en la ciudad de Con-Cón, contando una cantidad de 808
empleados en el año 2009. La producción de esta filial es la más importante de
país ya que cubre el 80% del requerimiento del combustible en Chile.
El organigrama de ERA corresponde a Gerencia General, siguiendo con la
Gerencia de operaciones el cual se subdivide en 4 Departamentos uno de ellos
es el Departamento de Ingeniería de plantas y estudios básicos que se compone
con la División Ingeniería de Plantas, en esta área se trabajó y se desarrolló el
proyecto de tesis.
ERA consta de diversos procesos químicos para obtener los productos
deseados, es por esto que dentro de sus principales instalaciones se encuentran
las plantas de procesamiento, en la Figura 2.0 se especifican claramente cada
proceso y las plantas que conforman Refinería Aconcagua.
Capítulo II Antecedentes Generales
6
Figura 2.0. Plantas de Enap Aconcagua
Capítulo II Antecedentes Generales
7
2.2. Antecedentes de los Procesos y Plantas.
En el presente proyecto de tesis se desarrollaron indicadores claves de
proceso KPI’S para las siguientes plantas de Refinería Aconcagua:
Unidad de Topping 1.
Tabla : 2.1 Lista KPI Topping 1
Capítulo II Antecedentes Generales
8
Unidad de Topping 2.
Tabla : 2.2 Lista KPI Topping 2
Capítulo II Antecedentes Generales
9
Unidad de Coker.
Tabla : 2.3 Lista KPI Coker.
Capítulo II Antecedentes Generales
10
Área de Cracking FCC: Isomerización, Unidad Tratamiento
Azufre).
Tabla : 2.4 Lista KPI Área Cracking FCC
Capítulo II Antecedentes Generales
11
Unidad de Hidrocracking.
Tabla : 2.5 Lista KPI Hidrocracking
Capítulo II Antecedentes Generales
12
Unidad Reformación Catalítica.
Tabla : 2.6 Lista KPI Reformación.
A continuación en la Figura 2.1 se presenta un esquema con las Unidades
especificadas:
Capítulo II Antecedentes Generales
13
Figura 2.1. Planta con generación de indicadores claves de proceso.
Capítulo II Antecedentes Generales
14
2.2.1. Antecedentes Unidad de Topping 1
El Fraccionamiento consiste en una destilación en la cual se separan, en
mayor o menor grado, dependiendo de los equipos empleados, los componentes
de la solución inicial.
El fundamento básico del fraccionamiento (Topping 1) podría definirse
como: al ebullir una solución de dos o más componentes, los vapores
desprendidos son más ricos en el componente más liviano y el líquido se
enriquece en el componente más pesado.
De esto mismo se deduce que la temperatura de ebullición de una
solución va variando con el tiempo debido a que, el enriquecimiento del líquido en
componentes pesados, produce una disminución en la presión de vapor, por lo
tanto, para mantener la ebullición, la temperatura debe subir hasta producir una
presión de vapor igual a la presión del sistema. Asimismo resulta que la
condensación de una solución de vapores se lleva a efecto a temperaturas
variables.
La torre de fraccionamiento se comporta de una situación similar ya que
los recipientes están montados uno sobre otro, esto elimina todas las tuberías que
exteriores que transportan los reflujos y vapores.
Las fuentes de entrega de calor en este proceso son: Rehervidores,
precalentadores, Hornos y el calor contenido en los productos que se alimentan al
sistema, extrayendo el calor por medio agua de refrigeración de los
condensadores de tope, productos fríos en intercambiadores y productos de
salida de la torre.
Capítulo II Antecedentes Generales
15
Descripción de la Unidad
La Unidad de Topping 1 procesa 9000 m3/d, el crudo se alimenta desde 5
estanques de almacenamiento 120000 m3 de capacidad total. [Figura 2.2]
Posteriormente el crudo ingresa al primer tren de precalentamiento, este tren
contiene 3 circuitos donde se precalienta con distintos productos entre ellos están
para el circuito 1: Kerosene, MVGO, Gas oil; para el circuito 2: Diesel, HVGO,
MVGO; para el tercer circuito: Kerosene y Diesel. El objetivo de precalentar es
incrementar la temperatura desde 16°C inicialmente hasta 129°C
El crudo que está a 129°C ingresa a los desaladores en serie L-11 y L-12
pasando previamente por la válvula de mezcla respectivamente, que produce la
homogenización de la mezcla agua/crudo, su función principal es lavar el crudo
con agua y eliminar la sal contenida. El agua salobre del efluente se envía a la
unidad de tratamiento.
El crudo lavado ingresa a al segundo tren de precalentamiento de Topping 1
que aumenta su temperatura desde 129°C a 212°C, esta compuesto de tres
circuitos que intercambia calor con distintos productos, en el circuito 1: Diesel,
residuo de la torre de Vacío y HVGO; para el circuito 2: MVGO, y circuito 3:
Diesel.
Este crudo precalentado se almacena en un acumulador de carga (F-131),
luego es impulsado por una bomba (J-131 A/B) y precalentado nuevamente en el
tercer circuito (con Diesel, HVGO, Residuo de la torre de vacío) llegando a una
temperatura de 282°C antes de ingresar al Horno B-130.
Capítulo II Antecedentes Generales
16
El Horno cilíndrico B-130 [Figura 2.2] eleva la temperatura del crudo a
379°C, formando así una mezcla líquido vapor y aumentando finalmente la
temperatura al nivel requerido del proceso. Este horno cuenta con un
precalentador de aire que aprovecha el calor de los gases de combustión,
aumentando su eficiencia.
El Horno B-130 está compuesto de una zona de convección y una de
radiación como todos los hornos de refinería además de cuatros circuitos internos
que corresponde a los 4 Pasos del horno (coils) que se unen a la salida de éste.
El crudo con una temperatura optima de 379°C ingresa a la zona Flash
(fondo) de la torre fraccionadora E-130, que esta compuesta de 44 platos tipo
“ballast”, obteniendo de esta manera los productos deseados tales como Nafta,
kerosene, Diesel y crudo reducido. Se extrae por tope los vapores de
hidrocarburos y agua, por fondo se retira crudo reducido que será posteriormente
procesado en la torre de Vacío E-132.
Los vapores de hidrocarburos y agua que salen por el tope de la torre de
crudo, pasan por los aerorefrigerantes C-130 y condensan en el acumulador F-1
donde se separan en tres fases, agua, gasolina y una de gas.
En la torre E-130 existe un circuito de Overflash que sale de la última
bandeja (45), se ubica sobre la entrada de la línea de transferencia a la zona
flash, esto asegura un flujo mínimo de lavado que sea conveniente, éste entra en
contacto con el flujo de gases ascendentes de la zona flash, el valor recomendado
oscila entre 2% a 5% sobre la carga de la unidad [ Fraccionadora E-130 Figura
2.2].
El crudo reducido que se obtiene del fondo de la E-130 a una temperatura
de 374°C es bombeado (J-130 A/B) hacia el Horno de vacío B-51 el cual tiene 2
circuitos internos (2 coils). Este horno eleva la temperatura del crudo reducido
hasta 405°C.
Capítulo II Antecedentes Generales
17
El crudo reducido que se retira del Horno B-51 ingresa al fondo de la torre de
vacío E-132 que está constituida por un sistema de vacío denominado L-135, un
demister en la zona superior, un colector de Gas Oil Liviano de Vacío (LVGO), un
colector de Gas Oil Medio de Vacío (MVGO), un colector de Gas Oil Pesado de
Vacío (HVGO) y un colector de Destilado Parafínico (Reciclo de Vacío), con sus
correspondientes extracciones y reflujos. Por fondo se obtiene crudo reducido que
se envía a procesos tales como Coker o FCCU.
Nota: Todas las temperaturas indicadas corresponden a las de diseño de la
planta y para un tipo de crudo determinado, por lo tanto son solo referenciales.
Capítulo II Antecedentes Generales
18
Figura 2.2.Esquema del proceso de Topping 1.
Capítulo II Antecedentes generales
2.2.2. Antecedentes Unidad de Topping 2.
La Unidad de Topping 2 [Figura 2.3 ] procesa 6000 m3/d las cuales
ingresan al primer sistema de precalentamiento con distintos productos donde en
el circuito 1: OVHD, LVGO, Diesel; en el circuito 1 el crudo es precalentado con:
OVHD, Nafta, Kerosene. El crudo se une con en un tercer circuito que se
precalienta con Kerosene, Diesel.
De esta manera el crudo alcanza una temperatura de 129°C antes de entrar
a los desaladores L-652A y L-652B, el flujo total de crudo pasa por la válvula de
mezcla, la cual produce la mezcla íntima del crudo con el agua de desalado esta
razón debe ser del 10%, tras lo cual el flujo entra al desalador L-652 A por su
parte inferior y sale por la parte superior del L-652B.
Todo el crudo pasa al segundo tren de precalentamiento el cual contiene dos
circuitos, estos productos que trasfieren calor son: HVGO, Diesel y Pitch;
alcanzando una temperatura de 214°C, el flujo de crudo pasa posteriormente a un
acumulador de carga (F-603) transportando el crudo al ultimo tren de
precalentamiento el cual con 2 circuitos en paralelo reciben calor del Pitch,
HVGO, AGO, el cual aumenta su temperatura hasta 265°C antes de entrar al
Horno de crudo B-652.
En el Horno B-652 de 4 coils eleva la temperatura a 390°C ingresando a la
torre de fraccionadora E-601 compuesta por 34 platos y se obtiene por tope
Gasolina y gases livianos, en sus extracciones laterales Nafta Liviana, pesada,
Kerosene, Diesel y Gas oil virgen, quedando en el fondo el crudo reducido.
19
Capítulo II Antecedentes Generales
20
El crudo reducido total es ingresado al Horno de B-651 que lo componen 2
coils, elevando su temperatura a 408 ° C, ingresando de esta manera a la torre
de vacío E-603.
El crudo reducido que proviene del B-651 es directamente alimentado a la
zona flash de la E-603, es ahí donde se separa la fase líquida de la fase vapor. Los gases de la zona flash al ascender, pasan por dos chimeneas del
colector de destilado parafínico, tras lo cual pasan por un relleno de anillos Glish,
donde se encuentran con un flujo descendente de GOP, llamado lavado caliente,
que tiene por objeto evitar el arrastre de metales y carbón hacia las zonas
superiores 1 .
Por efectos de la disminución de temperatura, una parte del producto
condensa, cayendo al colector de destilado parafínico desde donde es extraído
mediante las bombas J-657 o J-657 A y enviado como reciclo al fondo de la torre
E-601.
El producto que no condensó en el colector de destilado parafínico, continúa
ascendiendo, y pasa a través de un relleno de anillos Glish, tras lo cual llega al
colector de gasoil pesado, el cual es del tipo de extracción total, por lo que cuenta
con cuatro chimeneas por donde pasan los gases, los cuales condensan en gran
parte en este colector debido al efecto del reflujo intermedio.
El producto condensado en este colector, se denomina Gas Oil Pesado
(GOP).
____________________________
1
Manual Topping 1 y Vacío 1, Departamento de Producción División
Fraccionamiento (2007), ERA.
Capítulo II Antecedentes Generales
21
Los gases que continúan ascendiendo pasan por otro relleno de anillos
Glish sobre el cual está el distribuidor de reflujo intermedio, el cual condensa gran
parte de estos gases, tras lo cual los gases pasan a través de las chimeneas del
colector de Gas Oil Liviano (GOL), donde condensan casi completamente, por
efecto del reflujo de tope.
Por fondo se obtiene crudo reducido que se envía a procesos tales como
Coker o FCCU.
Nota: Todas las temperaturas indicadas corresponden a las de diseño de
la planta y para un tipo de crudo determinado, por lo tanto son solo referenciales.
Capítulo II Antecedentes Generales
22
Figura 2.3 Esquema del proceso de Topping 2.
Capítulo II Antecedentes generales
2.2.3 Antecedentes Unidad de Coker.
La Unidad de Coker procesa 3180 m3/d esta carga proviene del Pitch,
de Topping 1 y 2 (residuo de vacío), cuando no hay residuos de vacío se agrega
carga desde estanques de almacenamiento.
El proceso de coquización comienza desde el estanque de
almacenamiento F-3007, este producto se ingresa a la torre de fraccionamiento E-
3001 por la parte inferior [Figura 2.5].
Antes de entrar a la fraccionadora la corriente se precalienta con los
productos HCGO, (pasan por los precalentadores C-3006 y C-3009) e ingresan al
fondo de la torre en la sección que se encuentra debajo de la sección de lavado
de la torre.
Se produce una mezcla de alimento fresco y reciclo (el reciclo procede
de la sección de lavado de la fraccionadora), a bomba de carga (J-3002) la cual
posee un rodete-triturador de coque envía líquido pasa hacia el Horno de Coker
B-3001, este ingresa a una temperatura de 343°C y sale a 504°C. [Figura 2.4]
Esta temperatura es necesaria para la formación de coque en las
cámaras de coque (D-3001 y D-3002). [Figura 2.4]
El efluente del horno es ingresado a una cámara de coque, donde el
líquido se convierte en coque y vapores de hidrocarburos ligeros, hasta llenar una
cámara por completo, todo esto se cumple en condiciones de tiempo 24 horas,
presión de 1.05 )(/ 2 gcmkg y la temperatura bordea como máximo los 504°C.
23
Capítulo II Antecedentes Generales
24
Cuando la cámara se llena por completo el efluente que provenía del horno
se dirige a otra cámara a través de la válvula (L-3001). [Figura 2.4]
Existe un sistema de inyección de antiespumante (L-3002) el cual previene
la formación de espuma en las cámaras de coque; el antiespumante ingresa a la
cámara de coque (D-3001 o D-3002).
Posteriormente los vapores de la cámara de coque son transportados hacia
la fraccionadora E-3001, entrando debajo de la sección de lavado, por lo tanto
el vapor se lava con un reflujo caliente el cual elimina los finos de coque que
pudiesen acompañar a los vapores, extrayéndolos por el fondo de la torre con el
alimento fresco y se recircula al Horno B-3001, es así como los vapores lavados
ascienden hasta la sección de rectificado de la torre.
Dentro de los productos formados en la E-3001, la nafta que se produce por
tope es ingresado nuevamente a un Stripper absorbedor E-3051, el LCGO es
alimentado a un Stripper E-3002, de igual manera el efluente de HCGO ingresa
al Stripper E-3003. [Figura 2.6]
Por el fondo de E-3001 se retira la recirculación que irá al B-3001, el producto
de fondo que sale de E-3051 a una temperatura de 173°C que contiene
mayormente pentanos ingresan al plato 21 de la debutanizadora E-3053 [Figura
2.7], por el fondo como producto sale la nafta estabilizada a 199°C al C-3056, y
por tope a 55°C se retiran los vapores que condensa totalmente en el
condensador de la debutanizadora C-3060, antes de entrar a el acumulador de
cabeza de la debutanizadora F-3056, parte de este producto se envía como
recirculación a la E-3053 y el resto ingresa a el contractor de amina C /3 C 4 E-
3055, donde se elimina H S2 alimentando amina fresca filtrada al contractor a
45°C. [Figura 2.7]
Capítulo II Antecedentes Generales
25
El LPG tratado fluye a la parte superior de la columna hacia el decantador
de C /3 C 4 amina F-3058, donde los arrastres de amina se decantan y retornan al
Scrubber de Fuel Gas, donde se envían a la Unidad de Regeneración de Aminas
y el producto LPG se enfría en el C-3063 enviado C /3 C 4 al Splitter LPG3. [Figura
2.7]
Nota: Todas las temperaturas indicadas corresponden a las de diseño de la
planta y para un tipo de crudo determinado, por lo tanto son solo referenciales.
Capítulo II Antecedentes generales
Figura 2.4. Drums y Horno.
26
Capítulo II Antecedentes Generales
27
Figura 2.5 Fraccionadora de la Unidad de Coker.
Capítulo II Antecedentes Generales
28
Figura 2.6 Compresor, Absorción y Stripping.
Capítulo II Antecedentes Generales
29
Figura 2.7 Debutanizadora y tratamiento de Aminas.
Capítulo III Metodología y Cálculos
2.2.4 Antecedentes Unidad de Cracking Catalítico FCC.
La Unidad procesa una carga máxima de 5000 dSm /3 , cuya alimentación
proviene de dos líneas principales la primera recibe los gas oils, crudo reducido
y pitch que provienen de Topping 1, los gas oils de la Planta Visbreaker y el
gas oil no convertido de la Planta MHC.
La segunda línea de alimentación recibe el gas oil, crudo reducido, pitch
de Topping 2 y el gas oil de MHC.
La Planta se divide en tres procesos principales: Cracking catalítico,
Fraccionamiento y recuperación de livianos.
La Unidad trabaja con un generador de alta, el proceso consta de un
hidrocarburo de alto peso molecular que puesto en contacto con el catalizador
Gemini en un medio fluizado es pulverizado, estos hidrocarburos se
convierten con la aplicación de calor en vapores de hidrocarburos, gases y
coque residual.
El circuito de carga de la Unidad de Cracking se inicia en el acumulador
F-702 con el gas oil de estanque T-335B y T-423, que es posteriormente
precalentado en el C-702 [Figura 2.8] recibiendo el calor del reflujo de barro
proveniente de la E-701, el flujo de gas oil ingresa al Horno B-751 a una
temperatura de 240°C luego la corriente es llevado al Convertidor que se
compone de dos unidades Básicas el Reactor y el Regenerador.
30
Capítulo II Antecedentes Generales
31
Los 2/3 de la reacción de Cracking [ QHCHCHC ++→ 1261462612 ] se
producen en el primer tercio del Riser RR-703 a una temperatura máxima de
550°C, los hidrocarburos que reaccionan pasan al reactor D-702, en el reactor
el catalizador cae por medio de los bafles y se despoja de los hidrocarburos
con vapor de Stripping. [Figura 2.8]
Los hidrocarburos reaccionados junto con el catalizador entran al reactor
D-702, el catalizador cae en el fondo de los bafles donde se produce el despojo
de los hidrocarburos con vapor de Stripping que salen por el tope a través de
un domo a la zona inferior de la torre E-701.
La corriente de catalizador pasa al regenerador D-701, donde se regenera
pasando por 6 pares de ciclones a una temperatura máxima de 788 °C, las
condiciones de operación son de 715°C en la zona cónica a una presión de 22
psig, de esta manera el catalizador recupera sus condiciones iniciales a través
de la combustión del coque producido en la reacción de Cracking consumiendo
carbón.
En la torre E-701 salen por la línea de tope el vapor de agua y los
hidrocarburos pasando posteriormente por enfriadores de aire C-715 A-B-C-D-
E-G y H, que pasan finalmente por un enfriador de agua al C-716 y que es
enviado a un estanque acumulador de tope-producto el F-704.
Los productos como la nafta se dirige a los Stripper de nafta E-704 a una
temperatura de 155°C, la corriente de reflujo de Nafta pesada se dirige al tope
de la torre. Por la parte lateral inferior se retira el remante de COL (cycle oil
liviano) a 214°C la cual ingresa a la E-701 por la parte superior a 106°C.
Capítulo II Antecedentes Generales
32
El producto de fondo es succionado por las bombas J-704, J-704A y J-
704B, cuyas descargas se dirigen a el intercambiador C-702 a 294°C donde se
entrega calos a la carga de gas oil, pasando a continuación a la E-701 como
reflujo de barro a través de la línea en común existente para este efecto, al C-
703 y C-704 el fondo ayuda a generar vapor, esta corriente también ingresa
como reflujo de barro a la E-701, además de el circuito de carga al Horno B-
751.
El proceso de concentración de gases a la Unidad [Figura 2.9] la
compone de Absorbedor primario E-721, el secundario E-722 y el Stripper de
Gasolina E-723, como resultado de estos procesos finalmente se obtiene COL
cuya corriente ingresa a la fraccionadora E-701, LPG que se dirigirá a
almacenamiento o a la Unidad de Alquilación y HCGO a E-701.
Nota: Todas las temperaturas indicadas corresponden a las de diseño de la
planta y para un tipo de crudo determinado, por lo tanto son solo referenciales.
Capítulo III Metodología y Cálculos
Figura 2.8. Unidad Cracking Fraccionamiento y Convertidor. 33
Capítulo III Metodología y Cálculos
.
Figura 2.9. Unidad Cracking Concentración de gases. 34
Capítulo III Metodología y Cálculos
2.2.5 Antecedentes Unidad de Hidrógeno HCK.
El proceso de la Unidad de Hidrocracking consiste principalmente en
hidrocraquear fracciones pesadas de petróleo en productos más livianos, la planta
procesa una carga de gas oil de vacío de 3180 dm /3 que provienen de las
unidades de vacío 1 y 2.
El circuito de carga comienza en el acumulador F-1202 a una presión de 7.8 2/ cmkg este flujo se divide en dos corrientes, antes ingresar a los intercambiadores
de carga C-1201 A/B se inyecta un flujo de 2700 d
m3
de gas de reciclo el cual
proviene del compresor de gas de reciclo J-1201.
Los intercambiadores están configurados en serie ingresando a una corriente
de 3180 d
m3
de gas oil a una temperatura de 74°C la cual se eleva a 379°C, el
producto con el cual se precalienta la carga es el efluente de los reactores. [Figura
2.10]
Posteriormente la carga ingresa al Horno de carga combinada B-1201 en
donde se obtiene la temperatura final de 418 ° C.
El efluente recalentado ingresa al reactor D-1201, el cual dispone de una
bandeja de distribución de vapor-líquido, la cual esta diseñada para distribuir en
forma uniforme ambos componentes a través de la sección, este flujo sale del
reactor a 432°C.
Continuando con el proceso la corriente ingresa a los posteriores reactores
segundo, tercero y cuarto respectivamente: D-1202, D-1203, D1204; el producto de
los reactores pasan por los intercambiadores de calor por tubo los cuales
disminuyen su temperatura de 432°C a 168°C. [Figura 2.10].
35
Capítulo II Antecedentes Generales
36
Los productos de los reactores pasan a los condensadores con aire C-1215
A/B/C/D los cuales trabajan en paralelo saliendo a 49°C al separador de alta presión
F-1204, donde el agua ácida, hidrocarburos líquidos y la fracción de vapores son
separados y removidos individualmente. La presión de trabajo del separador F-1204
es de 98,4 )(/ 2 gcmkg . [Figura 2.10]
La corriente de salida de los condensadores fluye hacia el separador de alta
F-1204, donde el agua ácida, hidrocarburos líquidos y vapores son separados
individuamente removidos, la recolección de agua cuenta con una bota donde se
envía al tambor flash F-1206 que posteriormente será dirigido al Stripper de aguas
ácidas.
Los vapores del F-1204 salen hacia el tambor de succión del compresor del
gas de reciclo F-1205, mientras que los hidrocarburos líquidos van hacia el tambor
flash F-1206.
Los vapores se dirigen al acumuladores F-1205 los cuales pasan por un
coalescedor de malla inoxidable, los cuales retienen gotas de agua que pueda llevar
el reciclo, esta se drenan por la parte inferior del reciclo, después lo descarga el
compresor J-1201 el cual eleva la presión hasta 121 )(/ 2 gcmkg y a una
temperatura de 78°C, las cuales se dividen en distintas corrientes según su uso, este
gas se complementa con el gas de reposición de “make-up gas”, este gas proviene
de la planta de Reformación con un 89,5% de pureza de hidrógeno, con una presión
de 39 2/ cmkg g y una temperatura de 37°C, llegando al tambor de succión F-1207 de
los compresores de gas de reposición J-1202 A/B/C/D.
Por el fondo de la E-1201 sale el producto Diesel a 275°C el cual es
precalentado en el Horno B-1202, su temperatura aumenta a 385°C, ingresando a
la fraccionadora E-1202 por el fondo, donde también se inyecta un flujo de vapor por
el fondo a baja presión, los productos de esa torre son: Nafta, Kerosene, Diesel.
Capítulo II Antecedentes Generales
37
La presión de operación de esta torre es de 1.41 2/ cmkg g junto con la
temperatura de zona flash a 385°C.
La Nafta que sale de E-1202 es enviada a un enfriador de aire y posteriormente
al acumulador de tope, este producto es enviado a las plantas de Topping 1 y 2.
El Kerosene que sale de E-1202 es enviado a un Stripper de Kerosene el E-
1203, el cual por tope es recirculado a la E-1202 y el producto de fondo Kerosene es
enfriado y enviando a 37.8°C a almacenamiento. [Figura 2.10]
La corriente de Diesel que sale de la E-1201 es ingresada a un Stripper de
Diesel E-1203 a 315°C, el tope es recirculado a la torre E-1201 y el fondo es
procesado, enfriado, pasando por un coalescedor de diesel L-1202 y un filtro de sal
F-1210 y de esta manera almacenarlo.
Por el fondo de la E-1202 sale Gas oil no convertido a 365°C que se envía a un
intercambiador C-1213 donde disminuye su temperatura, enviándolo a un generador
de vapor C-1211 donde entrega su calor llegando a una temperatura de final de
166°C, a estas condiciones el gas oil no convertido ingresa a un aero-enfriador C-
1217 disminuyendo su temperatura a 90°C y a una presión 3 2/ cmkg g, este
producto se divide en dos corrientes la de almacenamiento y otra de a FCC. [Figura
2.10]
Nota: Todas las temperaturas indicadas corresponden a las de diseño de la
planta y para un tipo de crudo determinado, por lo tanto son solo referenciales.
Capítulo II Antecedentes Generales
38
Figura 2.10. Unidad Hidrocracking.
Capítulo III Metodología y Cálculos
2.2.6 Antecedentes Unidad Reformación Catalítica.
La reformación catalítica tiene como objetivo mejorar la calidad de gasolina
aumentando su octanaje.
La planta de reformación catalítica está compuesta por 4 plantas:
-Planta Hidrotratamiento de Nafta (NHT).
-Planta de Reformación Catalítica (CCR).
-Planta Recovery plus.
-Planta Ciclemax.
La generación de KPI fue para las dos primeras plantas nombradas
anteriormente: NHT y CCR, las cuales son de mayor importancia.
El proceso de Hidrotratamiento de nafta, es un proceso de tratamiento
catalítico que emplea un catalizador escogido y una corriente de gas rica en
hidrógeno, para descomponer todos los compuestos de azufre orgánico, nitrógeno
y oxigeno que se presentan en las fracciones de hidrocarburos los cuales se
transforman en ácido sulfúrico, que posteriormente tienen otros usos en Refinería.
La nafta desulfurizada entra al proceso de reformación CCR, donde es
combinada con hidrógeno iniciando una serie de reacciones donde finalmente se
convierte en Reformato y LPG.
39
Capítulo II Antecedentes Generales
40
Planta NHT
El proceso consta de una refinación catalítica donde se emplea un
catalizador y una corriente de gas rico de hidrógeno.
Se utiliza Hidrotratamiento para eliminar venenos del catalizador de
Reformato para naftas ácidas o craqueadas antes de ser cargadas al proceso de
reformación, la planta de Hidrotratamiento de nafta esta compuesta de dos
secciones: una de reacción y sección de separación-desorción (Stripper).
La carga de Nafta ingresa a la Unidad en la zona intermedia o desde otra
unidad de proceso, esta se combina con la corriente de gas rico en hidrógeno e
ingresa en los intercambiadores C-471 de carga combinada/efluente del reactor
D-471, fluye hacia el Horno de carga B-471 donde se calienta hasta 339°C.[Figura
2.11]
El efluente del reactor D-471 pasa por el intercambiador C-471 por tubos y
luego al condensador de productos.
En el Stripper E-471 ingresan los hidrocarburos líquidos cerca del tope el
cual lo acompaña un rehervidor B-472 el cual suministra calor requerido para el
fraccionamiento, es en este Stripper en donde se elimina el ácido sulfhídrico,
agua, hidrocarburos livianos e hidrógeno disuelto con la carga pasan al
acumulador de tope F-475.
Capítulo II Antecedentes Generales
41
Normalmente no se produce líquido de tope neto y todo el líquido del
acumulador se bombea como reflujo, el gas de tope sale del acumulador hacia el
tratamiento de aminas y/o luego al tope del fuel gas.
Por el fondo del Stripper se bombea el material hacia el intercambiador
carga/ fondo C-471 y generalmente se envía directamente a CCR.
Capítulo II Antecedentes Generales
42
Figura 2.11. Planta NHT.
Capítulo II Antecedentes Generales
43
Planta CCR
La Unidad procesa 60000 hrkg / de nafta dulce de la planta NHT, desde el
compresor de reciclo J-371 se mezcla la nafta hidrotratada con gas del
compresor.
La mezcla ingresa al C-371 a 86°C y una presión de 21.5 2/ cmkg g, donde
se calienta con el último efluente del reactor D-371 a una temperatura de 485°C,
que posteriormente ingresa al tren de calentamiento de carga B-371, alcanzando
los 543°C pasando la mezcla por una serie de 4 reactores D-371/ ABCD, aquí se
produce la reformación, los reactores están montados uno sobre otro y operan en
un rango de presión de 15.3-16.82 2/ cmkg g. [Figura 2.12]
El efluente que sale del reactor se enfría de manera parcial en el
intercambiador de alimentación combinada C-371 y posteriormente en el
aerocondensador C-374 a 37°C.
Luego pasa al separador F-371 y al recipiente de contacto F-376, el
efluente frío y el condensado del reactor es separado en un líquido y una
corriente rica en hidrógeno.
Una parte del gas es reciclado a los reactores a través del compresor de
reciclo J-371.
El gas restante recibe un tratamiento con cloro en el F-373, luego es
separada cualquier presencia de líquido en el F-375 tambor de succión del
compresor.
Capítulo II Antecedentes Generales
44
Del F-375 el gas impulsado a 39 2/ cmkg g por el J-373, y se une con el
líquido del separador F-371 y disminuye su temperatura a 37°C en el C-376.
El líquido condensado y el gas son separados en el F-376, el gas es
enviado a la planta NHT a 38 2/ cmkg g, y el líquido pesado recuperado en el F-
376 es bombeado a la debutanizadora E-371, pasando al intercambiador de calor
C-377 ABC a una temperatura de 181°C.
La columna debutanizadora tiene como objetivo separar el LPG desde el
Reformato obtenido.
Los vapores por tope son condensados en el C-380 y enviados al
acumulador F-379 a 37°C.
Los gases de tope son reciclados al tambor de succión del compresor F-375
y el líquido del F-379 es enviado como reflujo de la torre por medio de la bomba J-
380, el remanente del líquido es enviado a recuperación de LPG.
El Reformato como producto sale por el fondo de la debutanizadora E-371 y
se enfría en el C-377 ABC, posteriormente pasa al aeroenfriador C-378 y el C-379
antes de ir al almacenamiento, el producto llega finalmente a una temperatura de
30°C.
Nota: Todas las temperaturas indicadas corresponden a las de diseño de la
planta y para un tipo de crudo determinado, por lo tanto son solo referenciales.
A continuación el esquema que pertenece a la Planta NHT.
Capítulo II Antecedentes Generales
45
Figura 2.12. Planta CCR.
Capítulo II Antecedentes Generales
46
2.3 Antecedentes sobre los indicadores claves de proceso.
De acuerdo a la naturaleza los indicadores se clasifican al mecanismo de
control para el cuál se obtiene información del sistema en cuestión, por lo tanto
los indicadores pueden ser de eficiencia y de eficacia; los de eficiencia se enfocan
en el control de los recursos y entradas del sistema es aquí donde se evalúan los
recursos y el grado de aprovechamiento por parte de los procesos, actividades del
sistema como por ejemplo cumplimiento de la programación productiva
establecida, nivel de desperdicio, etc.
Los indicadores de eficacia se enfocan en el control de los resultados de un
sistema, evalúan la relación entre la salida del sistema y el valor objetivo
esperado (META), entre estos está el indicador de calidad.
Uniendo el logro de estos dos indicadores resulta el indicador de efectividad.
La Figura 2.13 presenta una esquematización de la naturaleza de los indicadores.
Figura 2.13. Esquema de la naturaleza de los indicadores.
Capítulo II Antecedentes Generales
47
El esquema general para establecer los indicadores claves de proceso se
fundamenta en la cibernética cuyo propósito es el estudio de los problemas de
control dentro de los sistemas complejos, esto es para entender y explicar el
comportamiento de un sistema ( o realidad) como una realización dinámica 2.
El control se concibe como el proceso por el cual un sistema se desarrolla
sus metas y objetivos en una constante adaptación.
Todo está constituido por un mecanismo de obtención de los valores
resultantes del sistema en un momento específico por un mecanismo de valores
medidos en relación con las metas medidas (valores objetivos) y determinadas
acciones correctivas y preventivas.
Figura 2.14: muestra el mecanismo de un esquema de control.
Figura 2.14. Mecanismo de un esquema de Control. 2 ”Construcción de indicadores de gestión”, José Bahamón, U. Icesi.
Capítulo II Antecedentes Generales
48
Los indicadores serán mecanismos útiles de control si se pueden comparar
con valores correctos de referencia que son establecidos previamente, estos
valores de referencia se definen a partir de los objetivos y condiciones del sistema
que se desea monitorear.
Los valores típicos de referencia son:
Estado: Valor actual o inicial del indicador (variable a medir).
Umbral: El valor de indicador que se quiere lograr y mantener.
Rango de gestión: Es el espacio comprendido entre los valores mínimos,
máximos aceptables, que puede tomar el indicador.
Para diseñar la medición de cada KPI es necesario determinar las fuentes de
información, la frecuencia de la medición de las distintas variables, la forma de
tabulación, la presentación de la información y el análisis final.
A continuación la Figura 2.15 muestra el desarrollo de un indicador y sus
límites.
Figura 2.15. Desarrollo de un indicador y sus límites.
Capítulo II Antecedentes Generales
49
3.0 Antecedentes del problema. En ingeniería química existen variables influyentes que ayudan a optimizar y
controlar plantas de proceso en Refinería Aconcagua, pero son sólo algunas que
influyen de manera efectiva en el producto final.
Es por esto que uno de los puntos a destacar en la confiabilidad de una
planta son los Indicadores claves de proceso (KPI); los cuales son variables que
dependen del equipo y proceso químico como por ejemplo: temperatura, presión,
concentración de sal, razón reflujo entre otras.
En Refinería Aconcagua se ha implementado el concepto de indicadores
claves de proceso KPI, pero su seguimiento y resultados son emitidos
mensualmente, esto implica una postergación en la toma de acciones inmediatas
ante un eventual mal funcionamiento y un comportamiento erróneo de acuerdo al
parámetro objetivo recomendado para cada KPI.
La falta de monitoreo constante en cada proceso de refinería produce como
consecuencia una acumulación de defectos en las unidades mencionadas
anteriormente, la falta de información sobre el comportamiento de las variables a
controlar, no tener un monitoreo efectivo produce:
Incidentes y Accidentes.
Pérdidas de producción por calidad.
Mayores costos de Reparación de equipos.
Costos elevados de operación por bajo rendimientos.
Reducciones de disponibilidad y confiabilidad del equipo.
Capítulo II Antecedentes Generales
50
El defecto entra en el sistema, ya sea como defecto de diseño, de operación
o mantenimiento, se transforma en una falla impactando la calidad, luego afecta
la capacidad productiva hasta que finalmente se convierte en una falla de equipo.
El análisis de las unidades de Refinería a través de los KPI es una
herramienta que permiten establecer las relaciones entre las variables
operacionales con las especificaciones de los productos, la disponibilidad de las
instalaciones, materias primas y consumos energéticos.
La comparación de las variables con los datos objetivos obtenidos de
ingeniería básica permite evaluar la gestión operacional de la unidad, la detección
de desviaciones que permitan correcciones anticipadas de parámetros de
operación.
Los indicadores claves de proceso son un medio no un fin, es un apoyo para
el proceso químico, esto es un parámetro expresado numéricamente o en forma
de concepto sobre el grado de eficiencia de las operaciones, comparando los
datos para una posterior acción orientado a un análisis detallado en los aspectos
que se manifiesta esta desviación, facilitando de esta manera el control y
autocontrol en la toma de decisiones, en la medida que sea posible relacionarlos
con los conceptos evaluados de Refinería, tales como:
Disponibilidad.
Energía.
Calidad de Productos.
Confiabilidad.
Capítulo II Antecedentes Generales
51
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA Y CÁLCULOS.
Capítulo III Metodología y Cálculos
52
3.0 Metodología. Inicialmente se establecen indicadores para cada Unidad de Refinería, estos
indicadores servirán como mecanismo de monitoreo y control, se requiere un
monitoreo en línea y no mensual a través del software PI-ProcessBook.
La creación implicó el levantamiento de información para cada Unidad de
proceso estudiada de Refinería Aconcagua (Recopilación planos, datos y
comportamiento completo de años anteriores), esto se complementa con visitas a
terreno y levantamiento existente de KPI’S.
Se determina para cada indicador clave de proceso el estado, umbral y
rango de gestión.
El estado de cada KPI esta asignado a una lectura de TAG’S, esta lectura es
en línea y es proporcionada por los sistemas de control de cada planta. Además
la creación de KPI’S genera distintas y variadas operaciones matemáticas con
diferentes TAG’S los cuales se denominan Data Set, por lo tanto es necesario
crear y redefinir nuevos TAG’S y Data set con operaciones de las variables a
medir, esto depende de cada Unidad de Procesos de refinería estudiada. Cada
KPI está condicionado mediante una programación en PI-ProcessBook, en donde
de acuerdo a sus limites máximos y mínimos indicarán si funcionan a un 50, 75 o
100%, aquí nace la importancia de creación de puntos en línea para cada TAG, el
cual tiene una planilla-formulario, indicando el span, zero, unidad.
Para un Data Set fue necesario escribir la expresión matemática de los
TAG’S, estos pueden ser punto máximo, desviación estándar, promedio de un
conjunto de TAG’S.
Capítulo III Metodología y Cálculos
53
Para un KPI se escribió la codificación condicionando los TAG’S o Data Set
de acuerdo a su parámetro objetivo en donde indique la magnitud minima de
acuerdo al valor meta el cual debe comportarse, esto nos debe indicar un 50%,
intermedio 75% y cumplimiento total de acuerdo al valor meta esto es un 100%.
Rojo: 50% ( Desviación Negativa)
Amarillo: 75% (Desviación Intermedia)
Verde: 100% ( Desviación Positiva)
Los criterios utilizados para definir los valores meta El formato de este Data set y de KPI que se aplicó en refinería es el
siguiente, de acuerdo a la Figura 3.0 y 3.1, respectivamente:
Figura 3.0. Formato Data Set.
Capítulo III Metodología y Cálculos
54
Figura 3.1: Formato KPI
El Umbral es el valor objetivo, al cual se debe llegar, en consecuencia estas
magnitudes se construyen a través de la ingeniería básica de las Unidades, se
conforman con valores que recomiendan el licenciante generalmente la empresa
Foster Wheeler, complementándolo con Data Sheet de los equipos y
recomendaciones de empresas que cumplen asesoría a los procesos productivos
(licenciantes) los cuales proporcionan una gran fuente de información además de
los criterios de Ingeniería.
Se decidió como rango de gestión máximos y mínimos a partir de ingeniería
básica, catálogos del fabricante, análisis de curva y desviaciones, por trabajo de
ingeniería realizado en las Unidades de proceso y cálculos de diseño, por esto se
establecen tres parámetros de control, el valor mínimo será designado con un
valor de 50% alarma y asignándole el color rojo en donde se deberán tomar
acciones correctivas, el valor con un cumplimiento intermedio se designa 75% de
color amarillo, es en este punto donde se deben tomar acciones preventivas y
cuando la variable se cumpla de manera efectiva, se designará un 100% y se
asigna el color verde.
Capítulo III Metodología y Cálculos
55
La presentación de la información será a través del software PI-
ProcessBook, cuyo objetivo en establecer en línea el comportamiento y el valor de
cada KPI o variable a medir, por lo tanto se diseñó un tablero Resumen en PI-
ProcessBook, en donde se indica a través de un botón el nombre del KPI o
indicador clave de proceso y el valor del cumplimiento correspondiente que puede
se 50, 75, o 100% respectivamente.
A continuación un ejemplo a desarrollar para un KPI de Topping 1.
Primero: se estudia el proceso respectivamente y se realiza la lista de los KPI a
controlar, creando y revisando KPI’S de Topping 1, es decir las variables más
importantes y críticas.
Segundo: teniendo la lista de los KPI se procede a buscar las desviaciones
positivas, intermedias y negativas a través de los medios señalados
anteriormente, para este KPI los rangos se obtuvieron de un estudio de Ingeniería
de Plantas, en donde se recomienda utilizar una razón del 10%, de acuerdo a la
temperatura de operación y el tipo de crudo como se muestra en la Tabla 3.0.
Tabla 3.0: Cantidad de agua de Lavado.
Capítulo III Metodología y Cálculos
56
Posteriormente de define los parámetros de acuerdo a las desviaciones como se
muestra en la Tabla 3.1
Tabla 3.1: Parámetro objetivo y el valor que debe indicar en cada desviación al
50,75 y 100%.
Tercero: el KPI a desarrollar de Topping 1 será: Razón Agua/Crudo por lo tanto
se debe buscar el tag que lee la cantidad de agua por día inyectada y el tag que
indica la cantidad de crudo alimentada al proceso de Topping 1, estos TAGS se
encuentran en los PI&D (Diagramas de Proceso e Instrumentación).
Para el flujo de agua el tag de lectura es: FC_1202.PV
Para el flujo de crudo alimentado al Topping 1 es: FC1223Z.PV
El KPI es una división por lo tanto debemos estandarizarlo a data Set, quedará de
esta manera representado:
KIT1AC.D Equivalente a la siguiente expresión:
100*.1223.1202_PVZFCPVFC
De esta manera se ingresa al formulario de puntos de la misma manera que los
KPI condicionados.
Cuarto: con el data set creado se procede a crear el KPI condicionado, esto
quiere decir que por medio de un lenguaje de programación en un hoja de Excel
se definen sus parámetros con las desviaciones respectivas que indiquen su
comportamiento a un 50%,75% y 100%.
Capítulo III Metodología y Cálculos
57
El KPI queda de la siguiente forma:
‘KIT1AC.D’>9 THEN 100 ELSE IF ‘KIT1AC.D’<=9 AND ‘KIT1AC.D’>=6 THEN 75 ELSE IF ‘KIT1AC.D’<6 THEN 50) Y de acuerdo al formato se denomina:
KIT1%AC.D
Luego de establecer las condiciones del KPI, estos datos se ingresan a un
formulario de creación de puntos PI, los cuales se ingresan al sistema en línea de
PI-ProcessBook por medio de un administrador de PI-ProcessBook.
Capítulo III Metodología y Cálculos
58
El formulario se conforma de la siguiente manera tal como lo muestra la Figura 3.2
Figura 3.2: Formato de Formulario de TAG’S.
Capítulo III Metodología y Cálculos
59
Quinto: Luego de crear los puntos de los KPI en TAG’S en PI-ProcessBook, se
inicia el trabajo en PI para cada uno de los KPI, por lo tanto en PI –ProcessBook
se crea una variable para cada KPI con el nombre del TAG que le corresponda.
En este caso: KIT1%AC.D, tal como se muestra en la Figura 3.3
Figura 3.3: Utilización de comando Value en PI-ProcessBook.
Capítulo III Metodología y Cálculos
60
Sexto: Una vez terminado el proceso de creación de variables para cada KPI se
crea el Multi-estado de las Alarmas, las cuales tendrán 3 estados (condicionados
previamente en el formulario de creación de estos TAG’S): 50, 75,100 que
indicarán el resultado en línea de estos KPI’S, este comando en PI-ProcessBooK,
se denomina Multistate tal cual indica la Figura 3.4
Figura 3.4: Utilización del comando Multistate en PI-ProcessBook.
Séptimo: Posteriormente se procede al diseño del Botón para la creación del
Tablero Resumen, teniendo la lectura de la variable en línea y su alarma creada.
[Figura 3.5], el diseño de los Botones se realiza para todos los KPI’S.
Capítulo III Metodología y Cálculos
61
Figura 3.5: Utilización del comando para crear botones en PI-ProcessBook.
Se agrega de esta manera los esquemas del proceso que nos ayudan a visualizar
la ubicación del KPI como se muestra en la Figura 3.6
Figura 3.6: Diagrama apoyo en PI-ProcessBook sección desaldores.
Capítulo III Metodología y Cálculos
62
Como resultado final se obtiene el cuadro Resumen para Topping 1 que se puede
observar en la Figura 3.8, todos los diagramas de procesos respectivos que
indican la ubicación de los KPI’S, tal como se señaló en el ejemplo del esquema
de los desaladores se mostrarán en el siguiente capitulo con sus anexos
correspondientes.
A modo de ejemplo, en la Figura 3.7 se aprecia los comandos a utilizar básicos
para diseñar los procesos en donde se ubican los KPI’S.
Esta metodología de trabajo se realiza para cada uno de los KPI señalados en
todas las listas de cada uno de los procesos mencionados anteriormente.
Capítulo III Metodología y Cálculos
63
Figura 3.7:Comandos básicos para el diseño de Diagramas de procesos.
Capítulo III Metodología y Cálculos
64
Figura 3.8: Cuadro Resumen para Topping 1
Capítulo III Metodología y Cálculos
65
Esto facilita la comprensión de los valores medidos complementándolo con los
diagramas de los procesos que correspondan. Además del tablero resumen se
crea para cada planta su esquema donde se encuentran ubicados los KPI
respectivamente.
Posteriormente de acuerdo al comportamiento se tomara una línea de
acciones para cada unidad, analizando los tres KPI más críticos o de suma
importancia, presentando distintas soluciones y toma de acciones.
Capítulo III Metodología y Cálculos
66
3.1 Cálculos Unidades Topping 1 y 2.
Para Topping 1 y 2: Después de un análisis de variables más significativas
se generó la siguiente matriz Resumen de KPI’S que muestra la Tabla 3.2
Tabla 3.2: Matriz Resumen KPI.
La Tabla 3.3 y 3.4 describe lo anterior señalado, además de una lista oficial
de KPI para Topping 1 y 2 junto con sus rangos respectivamente.
Tabla 3.3: Lista Oficial de KPI Topping 1.
Capítulo III Metodología y Cálculos
67
De la misma forma para Topping 2, la Tabla 3.4 nos muestra los límites de
ingeniería básica o también llamados valores objetivos y los rangos respectivos,
Tabla 3.4: Lista Oficial de KPI Topping 2.
El comportamiento de los rangos de ingeniería básica para los
desaladores se basa en un estudio de los desaladores para Topping 1 y 2
realizado por el Departamento de Ingeniería de Enap Refinería Aconcagua, donde
existe una lista de recomendaciones donde se abarca la cantidad de agua de
lavado y temperatura del desalador, eficiencia de desalado, cantidad de sal a la
salida de los desaladores se pueden observar en el Anexo A-0.
Capítulo III Metodología y Cálculos
68
Los valores objetivos de temperaturas de metales, zona radiante,
convectiva, %Oxigeno y eficiencia de todos los Hornos de Topping 1 y 2 se
obtienen de los Data Sheet correspondientes en el Anexo A-1: Data Sheet Hornos
B-130, B-51 y el Anexo A-2: Data Sheet Hornos B-651, B-652 Topping 2.
El umbral de las variables de Reflujo/Carga e inyección vapor/fondo se
calcula de acuerdo a los siguientes datos obtenidos de las corrientes de diseño:
Para refinería la razón reflujo/carga se determina con la corriente reflujo del
reflujo y la carga de alimentación a la torre por lo tanto,
Datos para Topping 1 obtenidos de ingeniería básica de la torre
Fraccionadora E-130:
Reflujo: 45 h
m3
Carga: 375 h
m3
Se obtiene la Razón: 12.037545
=
De esta misma forma para la torre de vacío de Topping 1 E-132 se
obtiene de ingeniería básica:
Reflujo: 79.6 h
m3
Carga: 191,6h
m3
Se obtiene la Razón:
42.06.1916.79=
Capítulo III Metodología y Cálculos
69
Para Topping 2 el KPI Razón Reflujo/Carga en la fraccionadora E-601
datos,
Reflujo: 81.5 h
m3
Carga: 258 h
m3
Se obtiene la Razón: 32.0258
5.81=
Para Topping 2 el KPI Razón Reflujo/Carga en la Torre de Vacío E-
603, sus datos son:
Reflujo: 28.6h
m3
Carga: 130h
m3
Se obtiene la Razón: 22.0130
6.28=
La Razón Inyección de vapor/Fondo para las fraccionadoras y torres de
vacío, en Topping 1 y 2, también se obtienen de ingeniería básica, por lo tanto los
cálculos obtenidos son los siguientes:
Topping 1:
Fraccionadora E-130 datos,
Flujo de Vapor: 2053h
Kg
Fondo de la Torre: 249,4h
m3
de Crudo reducido.
Capítulo III Metodología y Cálculos
70
Se obtiene la Razón: 323.84.249
2053mkg
=
Torre de Vacío E-132 datos,
Flujo de Vapor: 6804h
Kg
Fondo de la Torre: 196.1h
m3
de Pitch.
Se obtiene la Razón: 369.341.196
6804mkg
=
Para Topping 2 la Razón inyección vapor/ fondo corresponde a:
Fraccionadora E-601, datos
Flujo de Vapor: 1400h
Kg
Fondo de la Torre: 186.7h
m3
de Crudo reducido.
Se obtiene la Razón: 349.77.186
1400mkg
=
Torre de Vacío E-603, datos
Flujo de Vapor: 1750h
Kg
Fondo de la Torre: 80.4h
m3
de Pitch.
Se obtiene la Razón: 377.214.80
1750mkg
=
Capítulo III Metodología y Cálculos
71
Los límites máximos y mínimos que corresponden al 50, 75 y 100 son dados,
un factor del ± 10% indicando el 100% y un ± 20 del valor original para indicar el
75% del funcionamiento de estos KPI’S, por lo tanto fuera de este rango indicará
un 50% y un control necesario a esta variable, estas recomendaciones son
estudiadas y discutidas directamente con el Ingeniero de proceso encargado de
las Unidades de Topping 1 y 2.
Las cargas sustentables se obtienen de la programación mensual, datos
obtenidos por el Departamento de Producción de refinería Aconcagua.
Después de definir los límites con los datos de diseño de las plantas se
buscan los TAG’S. Es necesario recopilar y buscar en los PI&D (Diagramas de
Proceso e Instrumentación), para cada KPI; posteriormente se prosigue con la
creación de los puntos KPI, y creación de Data Set, la creación de los puntos KPI
y sus Data Set (Operaciones matemáticas), se pueden observar en el Anexo A-3
para Topping 1 y Anexo A-4 para Topping 2.
Estos puntos son subidos a la red a través del Servidor de PI-ProcessBook,
con esto se logra que los KPI sean vistos por toda la Red de PI de refinería
Aconcagua, estos puntos se pueden observar a través de los diagramas y
cuadros resumen construidos como se pueden observar en la Figura 3.9 para
Topping 1 y Figura 3.10 para Topping 2.
Además del resumen construido se crea en PI los diagramas respectivos de
Topping 1 y 2:
Topping 1 Anexo A-5: Circuitos de desaladores, Horno B-130, fraccionadora
E-130, torre de vacío E-132, Horno B-51.
Topping 2 Anexo A-6: Circuito desaladores, Horno B-651, Horno B-652,
fraccionadora E-603 y torre de vacío E-601.
Capítulo III Metodología y Cálculos
Figura 3.9. Diagrama Cuadro Resumen Topping 1.
72
Capítulo III Metodología y Cálculos
73
Figura 3.10: Diagrama Cuadro Resumen Topping 2.
Capítulo III Metodología y Cálculos
3.2 Cálculos Unidad Coker.
Después de un análisis de variables más significativas se generó la siguiente
matriz Resumen de KPI’S, esto resulta un total de 31 KPI’S que muestra la Tabla
3.5 para la Unidad de Coker:
Tabla 3.5. Matriz Resumen Unidad Coker.
La Tabla 3.6 describe lo anterior señalado con una lista oficial de KPI para la
Unidad de Coker junto con sus desviaciones respectivas.
Para esta Unidad se plantean la siguiente lista de KPI:
74
Capítulo III Metodología y Cálculos
75
Tabla 3.6: Lista Oficial de KPI Unidad Coker.
Capítulo III Metodología y Cálculos
76
El valor de los rangos de ingeniería de los KPI emitidos mensualmente se
determinan a través de los datos obtenidos en la planilla mensual que es
construida por el operador jefe de la Sala de Control de refinería, estos KPI son
Producción de Slop que es una mezcla de hidrocarburo-agua no tiene un
especificación constante, lo ideal es que el Slop se procese, las mediciones son
manuales por lo tanto no existe un registro en línea que se pueda medir.
Algunos KPI´S de la Unidad de Coker serán descritos a continuación con sus
objetivos principales y una breve descripción.
El agua de Quench tiene como objetivo principal enfriar, no existe una
medición en línea creada por lo tanto también es una KPI que se emite
mensualmente ya que la producción de Coke es medida manualmente, de la
misma manera el KPI consumo de Antiespumante se emite mensualmente, con el
precio estándar correspondiente, esto es 50 US$/drum, la adición de diluyente al
antiespumante ayuda a ahorrar antiespumante porque se diluye, el objetivo es
ayudar a eliminar la espuma producida por la reacción en los Drum’s de esta
manera se impide que la espuma pase a la fraccionadora E-3001 y evita
obstrucciones en el proceso, de este modo se puede bajar el consumo actual de
antiespumante que es 90 US$/drum a los 50 US$/drum que equivale a 9.13dlt .
Debido al uso del diluyente este consumo de antiespumante se reduce
considerablemente en los Drum’s, este punto esta directamente relacionado con
el KPI de Altura de los Drum’s llamado Coke Drum outage, existe un límite de
diseño que no se debe sobrepasar, existiendo una distancia máxima entre el
borde del Drum y el limite de diseño de 20 pie, el consumo de antiespumante
ayuda a disminuir el nivel de llenado del Drum, para el termino de KPI se
considera el segundo, tercer y cuarto nivel, esto se observa en los Anexos A-7 y
A-8.
Capítulo III Metodología y Cálculos
77
Por otra parte el agua de Lavado de la Unidad nos ayuda a lavar gases,
diluye las sales que se pudiera concentrar en el producto final, este valor de
ingeniería básica se obtiene gracias a un estudio ya realizado por el ingeniero de
procesos de la Unidad que corresponde a la razón agua/carga y su valor es 35
por 1000 m3 de carga (0.035).
Para los KPI’S referidos al delta T, delta P zona Flash y Overhead E-3001,
delta P línea de tope Drum y zona Flash.
Los valores de ingeniería básica son las recomendaciones del licenciante la
compañía Shell Global quien emitió un curso, sobre el mejoramiento de los
Drum’s y la Unidad de Coker.
El porcentaje de Exceso del Horno B-3001, las temperaturas de metales y
los flujos por paso del Horno son determinados con la cooperación del ingeniero
de procesos que se observan en el Data Sheet del Horno B-3001, Anexo A-9.
Para determinar la eficiencia del Horno B.3001 se utiliza la siguiente
expresión recomendada por un estudio previo aprobado al Horno de Coker:
)%21
)(*)21*99.0(*0216.0001244.0(1.2100[%]
2OTT MAH
−−
+−−= Ec. 1
Donde:
T H : Temperatura de Humos Convectiva.
T MA : Temperatura del Medio Ambiente.
Donde se obtiene por valor de ingeniería básica una eficiencia del 90%.
Capítulo III Metodología y Cálculos
78
El valor de ingeniería básica de KPI Energía Liberada /Carga se define de
la siguiente manera,
PitchmKcal
aCreleaseheatLiberadaE 3arg
. ==
Para su cálculo:
Del Data Sheet se obtiene,
El Heat Release Diseño HR: 33.6 MMKcal/h.
El poder calorífico de Fuel Gas que utiliza el Horno B-3001 PC (FG): 12000
Kcal/kg (constante).
De esta forma obtenemos la masa de Fuel Gas
)(FGPC
HRMasaFG =
Reemplazando nos queda:
h
KgMasaFG 280012000
10*6.33 6
==
Calculamos el volumen en h
Stdm3
de Fuel Gas con la siguiente
expresión:
)()(*69.233
PMFGM
hFGStdm
= (Ec. 2)
Donde,
PM: Peso molecular del compuesto en este caso Fuel Gas KmolKg
Capítulo III Metodología y Cálculos
79
Por lo tanto reemplazando:
dFGStdm
hFGStdm
hFGStdm 333
969537.403942.162800*69.23
===
Este es el valor resultante de diseño que se requiere de Fuel gas se obtiene
como referencia para el Horno B-3001, así se puede obtener la masa de Fuel gas,
Por lo tanto reemplazando el Heat Release/Carga con una eficiencia del
92% y una carga de diseño igual a 3498d
m3
,
3333
21292.0*231231/3498
24*/6.33arg m
MKcalm
MKcalmMKcal
dmhMMKcal
aCHR
====
Para el cálculo del KPI en línea se calcula la masa a partir de los flujos de
fuel gas y multiplicado por el poder calorífico de diseño constante, dividido por la
carga,
La expresión queda de esta manera,
Energía Liberada=24*arg
10*12000*42.16* 6
aPitchCFGvolumen = 3
mMKcal
Donde el volumen del fuel gas y la carga de Pitch lo proporcionan TAG’S.
Los rendimientos de productos se obtienen a partir de los datos de diseño,
que son para Coke, Nafta, LCGO, HCGO un 31, 15, 31,25% respectivamente.
Capítulo III Metodología y Cálculos
80
Para el KPI Razón vapor Stripping/ Carga de la E-3002 el dato de ingeniería
básica es el siguiente,
Datos de diseño:
LCGO: 0.31*3180= 986d
m3
Vapor Inyectado a la E-3002: 989d
Kg
Por lo tanto la razón se obtiene:
324986
24*989mkgRazón ==
El indicador clave de proceso que indica el comportamiento mensual del
VCM (material combustible volátil) se toma una muestra en la salida inferior de los
Drum’s, que no resulta diaria en el Coke pad que posteriormente se analiza, es
por esto que este KPI se extrae de datos de laboratorio a través del programa
WinBliss Anexo A-10 este sistema permite obtener información en línea acerca de
muestras y ensayos de laboratorio pero no para PI, para realizar en línea la
lectura a través de PI-ProcessBook se tomaron las siguientes consideraciones:
Se busca el Dato en WinBliss, se busca el punto de muestreo, la Unidad.
Posteriormente se completa un formulario que es subido por el administrador
de PI a la Red como muestra el Anexo A-11
El punto es considerado por los operadores del laboratorio de refinería Aconcagua
desde el momento que se crea en la Red.
Capítulo III Metodología y Cálculos
81
Para el KPI Temperatura del plato 50 el Absorbedor E-3051, se debe
controlar para que la temperatura no se incremente ya que van C3 y C4 hacia el
Fuel gas y si baja deja livianos C2 (Nafta+LPG), los parámetros se determinaron
con recomendaciones y estudio de operación de la variable.
Los parámetros de la razón de reciclo se definieron con las bases de diseño
de Shell, si aumentamos la recirculación en la fraccionadora E-3001 se aumenta
la extracción de los extremos, y al disminuir la recirculación se favorece los
productos intermedios.
El Nivel del F-3054 depende de las presiones que tenga el circuito del
reboiler C-3055; para que no se inunde la línea de nivel de F-3054 las presiones
deben estar ecualizadas, por lo tanto el nivel no debe sobrepasar el 35% .El nivel
indica si está funcionando el sistema correctamente, evitando de esta manera los
golpes de ariete en el circuito.
Después de definir los límites con los datos de diseño de las plantas se
buscan los TAG’S, por lo tanto es necesario buscarlos en los PI&D (Diagramas de
Proceso e Instrumentación), para cada KPI, posteriormente se prosigue con la
creación de los puntos KPI, y creación de Data Set, la creación de los puntos KPI
y sus Data Set (Operaciones matemáticas respectivas), se pueden observar en el
Anexo A8 para la Unidad de Coker.
Los puntos al igual que Topping 1 y 2 son subidos al servidor de PI-
ProcessBook, y da como resultado que los KPI’S sean vistos por toda la red de PI
en refinería Aconcagua, este resumen se puede observar en la Figura 3.11 para
la Unidad de Coker, además del resumen construido en el archivo de PI se
diseñó:
Capítulo III Metodología y Cálculos
82
Los diagramas de los Drum’s, el Horno B-3001, fraccionadora E-3001, E-3051,
Scrubber Fuel gas E-3054 y el contactor de amina E-3055, se presenta para
visualizar de manera más clara la ubicación física de los indicadores, estos se
encuentran en el Anexo A-12.
Capítulo III Metodología y Cálculos
83
Figura 3.11: Diagrama Cuadro Resumen Unidad Coker.
Capítulo III Metodología y Cálculos
84
3.3 Cálculos área Cracking.
Después de un análisis de variables más significativas se generó la siguiente
matriz Resumen de KPI’S, esto resulta un total de 29 KPI’S que muestra la Tabla
3.7 para la área Cracking.
Tabla 3.7: Matriz Resumen Unidad Cracking
La Tabla 3.8 describe lo anterior de manera más específica con su diversos
limites para los distintos KPI’S generados.
Tabla 3.8: Lista Oficial KPI Unidad de Cracking.
Capítulo III Metodología y Cálculos
85
Los KPI más importantes a describir en el área Cracking son:
El KPI agua de lavado inyectada respecto a la carga fresca de Gas Oil
(FCC), sirve para visualizar el lavado de las sales en el circuito de tope de la
fraccionadora E-701 y los areorefrigerantes C-721 y C-723, se evita de esta
manera la corrosión bajo depósitos, por esto se recomienda un valor de ingeniería
básica sobre el 5% de acuerdo a la ingeniería básica.
El KPI pérdidas de catalizador corresponde al balance de la Unidad
considerando la adición del catalizador y restando los retiros a la Unidad de FCC
y pérdidas en aceite decantada se recomienda utilizar el valor menor a 0.88
(kgcat/m 3 carga) para un buen funcionamiento.
La temperatura de regenerador D-701, ayuda a mejorar las condiciones del
catalizador, al aumentar la temperatura aumenta la temperatura del catalizador,
por lo tanto se recomienda en el diseño, una temperatura de 750°C, para un
resultado óptimo de regeneración.
Para los datos de los Hornos B-751 y B-801, se tiene los Data Sheet de
estos Hornos, estos datos se encuentran en los Anexos A-13 y A-14
respectivamente.
La concentración de ppm de CO en la corriente hidrógeno de make up en
necesario para la Isomerización según recomendaciones de la compañía UOP,
este valor debe ser menor a 0.1 ppm, ya que ayuda a controlar la reacción de
forma que se genere completamente.
Capítulo III Metodología y Cálculos
86
La concentración de CO+CO2 (ppm) en hidrogeno de make up de
Isomerización recomendada por UOP es de 10 ppm, de forma de controlar el
envenenamiento del catalizador irreversible.
Para esto se extrae datos de laboratorio a través del programa WinBliss,
este sistema permite obtener información en línea acerca de muestras y ensayos
de laboratorio pero no para PI, para realizar en línea la lectura a través de PI-
ProcessBook se tomaron las siguientes consideraciones:
- Se busca el Dato en WB, el punto de muestreo, de la Unidad.
- Posteriormente se completa un formulario que es subido por el
administrador de PI a la Red como muestra el Anexo A-15.
- El punto es considerado por los operadores del laboratorio de refinería
Aconcagua desde el momento que se crea en la Red.
De esta manera existen otros KPI del área de Cracking que fueron
diseñados y extraídos de WB, Anexo A-10.
La medición del vapor FCC es muy importante, ya que ayuda al rendimiento
neto de la planta, el valor recomendado para este KPI es de 51.4 acm
vaporkgarg3
.
La Temperatura del primer reactor Claus para URA 1, 2,3 debe ser de
300°C, este valor es referente al proceso de las URAS, las cuales se basan en el
proceso Claus (proceso recuperación de azufre), donde se tratan los gases ácidos
de refinería los cuales contienen acido sulfhídrico H2S y CO2, el objetivo es
disponer de manera segura H2S conteniéndolo en azufre elemental, el proceso
que consta de la etapa térmica y posteriormente de la etapa catalítica, como se
muestra en la Figura 3.12, en donde se recomiendan la temperatura de los
Hornos de reacción en 1300°C del reactor Claus.
Capítulo III Metodología y Cálculos
87
Figura 3.12: Temperatura de Hornos y reacción proceso Claus.
Capítulo III Metodología y Cálculos
88
Las reacciones básicas que se producen en el proceso Claus, son las siguientes:
1-. xSx
OHOSH 121
222 +→+
2-. 2222 23 SOOHOSH +→+
3-. xSx
OHSOSH 322 222 +→+
En la fase vapor la disociación de azufre complica el equilibrio químico
existente, además el azufre en fase vapor puede contener a las especies S2, S3,
S4, S5 , S6 , S7 , S8 el S9 y S10 en cantidades ínfimas.3
En la etapa térmica, debido a la presencia de CO2, H2 ligeros y altas
temperaturas se producen por reacciones laterales COS (sulfuro carbonilo) y CS2
(disulfuro de carbono), como muestra la tabla 3.9 y 3.10 las reacciones laterales
que en el proceso Claus que involucran COS y reacciones laterales que
involucran CS2 respectivamente.
La presencia de estos compuestos es importante en el diseño y operación
de las plantas de recuperación de azufre, ya que significa una pérdida de azufre
considerable.
El 17% y 50% de las emisiones de azufre a la atmosfera es debido a la
presencia de (COS y CS2) que no se convierten durante el proceso .4
_____________________________ 3 Berkowitz, J., J. R. Marquart. Equilibrium composition of sulfur vapor. The
Journal of Chemical Physics. Vol. 39, No. 2, pag. 275-283, 1963.
4Actualización y mejora de un programa para simular el proceso de
recuperación de azufre, 2000, Víctor Martínez Ortiz, Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlán. Universidad Nacional Autónoma de México.
Capítulo III Metodología y Cálculos
89
Tabla 3.9: Reacciones que involucran a COS.
Capítulo III Metodología y Cálculos
90
Tabla 3.10: Reacciones que involucran a CS2
Luego de definir los límites con los datos de diseño del área de Cracking se
buscan los TAG’S que ayuda a visualizar en línea físicamente las variables, por lo
tanto es necesario buscarlos en los PI&D (Diagramas de Proceso e
Instrumentación), para cada KPI, posteriormente se prosigue con la creación de
los puntos KPI y creación de Data Set, en un formulario de creación de TAG’S. La
creación de los puntos KPI y sus Data Set (Operaciones matemáticas
respectivas), se pueden observar en el Anexo A 10 para el área de Craking
Capítulo III Metodología y Cálculos
91
Los puntos al igual que Topping 1 y 2 son subidos al servidor de PI-
ProcessBook, y da como resultado que los KPI’S sean vistos por toda la red de PI
en refinería Aconcagua, este resumen se puede observar a continuación en la
Figura 3.13 para la el área de Cracking, además del resumen construido, el
archivo creado en PI-ProcessBook se diseñó: el diagrama de la Fraccionadora E-
701,Horno-751,Reactor D-701,URA 1, URA 2, URA 3, Valores de Laboratorio y
Horno B-801, esto es para visualizar de manera más didáctica la ubicación física
de los indicadores claves de proceso que se encuentra en el Anexo A-16.
Capítulo III Metodología y Cálculos
92
Figura 3.13: Diagrama Cuadro Resumen Área Cracking
Capítulo III Metodología y Cálculos
93
3.4 Cálculos Área Hidrogeno.
Después de un análisis de variables más significativas se generó la
siguiente matriz Resumen de KPI’S, esto resulta un total de 43 KPI’S que muestra
la Tabla 3.11 para la Unidad de Hidrocracking.
Tabla 3.11: Matriz Resumen Área Hidrógeno.
La Tabla 3.12 describe lo anterior de manera más específica con su
diversos limites para los distintos KPI’S generados.
Tabla 3.12: Lista Oficial KPI Área Hidrógeno.
Capítulo III Metodología y Cálculos
94
Los KPI más destacados de Hidrocracking son los siguientes:
La disponibilidad de H2 depende de la razón de Hidrogeno/ Hidrocarburo
y el consumo de Hidrógeno, el valor obtenido calculado por ingeniería básica es el
siguiente:
Hidrogeno/ Hidrocarburo: 850 (adimensional m 3 / m 3 )
Consumo de Hidrógeno: 202,7 (adimensional m 3 / m 3 )
Por lo tanto reemplazando tenemos que la disponibilidad de Hidrógeno es:
Disponibilidad: 21.4202
7.850=
Este KPI debe estar por sobre la magnitud 4 para que se mantenga estable
el proceso, ya que si la molécula de hidrocarburo es más olefínica se debe
aumentar la disponibilidad de Hidrógeno incrementando la carga.
Los KPI de las temperaturas WABT de los reactores (Temperatura
promedio ponderado del lecho) son calculados a través de la siguiente expresión:
TTTTTWABT ininoutin Δ+=−+=32)(
32
Para el reactor D-1201 la temperatura de entrada es de 418°C y su
TΔ =14°C
Reemplazando:
CWABT °=+= 4271432418
Capítulo III Metodología y Cálculos
95
Para el reactor D-1202 la temperatura de entrada es de 418°C y su
TΔ =14°C
CWABT °=+= 4271432418
Para el reactor D-1203 la temperatura de entrada es de 420°C y su TΔ =6°C
CWABT °=+= 424632420
Para el reactor D-1204 la temperatura de entrada es de 425°C y su TΔ =7°C
CWABT °=+= 429732425
Para el reactor D-1205 la temperatura de entrada es de 425°C y su TΔ =6°C
CWABT °=+= 429632425
Esto señala la disponibilidad que deben tener los reactores al momento de la
operación, los valores deben ser estrictamente monitoreados como indica el valor
de ingeniería básica, el delta T de los reactores nos señala la actividad del
momento del catalizador, la temperatura de entrada indica si las condiciones de
reacción son óptimas y la temperatura de lecho de cada reactor WABT, estos
datos son datos de diseño del catalizador Anexo A-17
Los valores de las temperaturas de Metales, zona radiante y de humos
convectiva de los Hornos B-1201 y B-1202 se obtienen de los data Sheet Anexo
A-18 Y A-19 respectivamente, estas temperaturas cuales nos indican cuan
confiable es la operación de los Hornos y su estado.
Capítulo III Metodología y Cálculos
96
Los indicadores claves de procesos como son:
Razón vapor/fondo de las torres E-1201, E-1202, E-1203 se calcularon de la
siguiente manera de acuerdo a los datos de ingeniería básica:
E-1201:
33 79.18/2,124/2334
12011201
mkg
hmhkg
EFondoStrippingEVapor
==−
−
E-1202:
33 5.28/62.32/1.930
12021202
mkg
hmhkg
EFondoStrippingEVapor
==−
−
E-1203:
33 88.8/33.24
/2161203
1203mkg
hmhkg
EFondoStrippingEVapor
==−
−
Estos parámetros aseguran una correcta extracción de productos.
El KPI consumo de vapor #600 / producción Vapor #600 se calculó con
datos de diseño:
Consumo de vapor/ producción vapor= 33.2/6707/15600
=hkghkg
Capítulo III Metodología y Cálculos
97
Finalmente el KPI más importante en HCK es la inyección de agua/Carga, en
procesos de Hidrocracking se descomponen los compuestos de soporte de
nitrógeno y azufre, produciendo H2S y NH3; el NH3 y HCl reaccionan formando
cloruro de amonio, el cual se deposita como sales blancas en las superficies del
intercambiador o condensador. Ya que estas sales (NH4) son muy solubles en
agua es necesario disolver la sal antes que condense en la forma de depósitos.
De acuerdo a datos de diseño se recomienda un 12.7%, esto es para evitar
corrosión, esta cantidad de agua pura inyectada diluye las sales y evita la
formación de agua ácida en los sistemas, minimizando el ataque ácido en los
equipos del sistema REAC, estos los componen un circuito de equipos que son
intercambiadores de calor, hornos reactores y aeroenfriadores.
El PH es un KPI esta variable debe estar entre un rango de 6 a 6.8 en donde
la velocidad de corrosión disminuye si el PH aumenta.
Luego de definir los límites con los datos de diseño de la planta se buscan
los TAG’S que ayuda a visualizar en línea físicamente las variables, por lo tanto
es necesario determinarlos en los PI&D (Diagramas de Proceso e
Instrumentación), para cada KPI, posteriormente se prosigue con la creación de
los puntos KPI y creación de Data Set, en un formulario de creación de TAG’S. La
creación de los puntos KPI y sus Data Set (Operaciones matemáticas
respectivas), se pueden observar en el Anexo A-20 para la planta de
Hidrocracking.
Capítulo III Metodología y Cálculos
98
Los puntos al igual que Topping 1 y 2 son subidos al servidor de PI-
ProcessBook, y da como resultado que los KPI’S sean vistos por toda la red de PI
en refinería Aconcagua, este resumen se puede observar a continuación en la
Figura 3.14 para la planta de Hidrocracking además del resumen construido el
archivo creado en PI-ProcessBook se diseñó: el Horno B-1201, B-1202, la
fraccionadora E-1201 y los equipos E-1202, y E-1203 que se aprecian en el
Anexo:A-21.
Capítulo III Metodología y Cálculos
99
Figura 3.14: Diagrama Cuadro Resumen Hidrocracking.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
3.4.2 Cálculos Unidad Reformación.
Después de un análisis de variables más significativas se generó la siguiente
matriz Resumen de KPI’S, esto resulta un total de 22 KPI’S que muestra la Tabla
3.13 para la Unidad de Reformación.
Tabla 3.13: Matriz Resumen Unidad Reformación.
La Tabla 3.14 describe lo anterior de manera más específica con su
diversos limites para los distintos KPI’S generados para la Unidad de
Reformación.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
101
Tabla 3.14: Lista Oficial KPI Área Hidrógeno
.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
102
Los KPI más relevantes en esta Unidad son:
La razón H2/HC molar, es la razón necesaria para mantener el contacto
físico del Hidrógeno con el catalizador y el Hidrocarburo, de esta manera se
encuentra disponible en el lugar donde se efectúa la reacción.
Esto se efectúa por las recirculación del gas de reciclo a lo largo del circuito
del reactor por el compresor continuo del gas de reciclo, esta es la cantidad de
gas requerido en el proceso.
Los cálculos se obtienen de ingeniería básica,
Carga: 1500 d
m3
8.55=°API
La densidad del líquido se obtiene a través de la siguiente expresión:
AGUA
LIQUIDOespecifica ρ
ρδ =
Por lo tanto reemplazando se obtiene como resultado:
37601000*76.0mKg
LIQUIDO ==ρ
La masa del líquido se obtiene a través de la siguiente fórmula:
LIQUIDO
LIQUIDOLIQUIDO volumen
masa=ρ (Ec. 3)
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
103
Despejando obtenemos:
dKgVolumenmasa LIQUIDO 11400001500*760* ===ρ
Por lo tanto de esta manera obtenemos los moles considerando el valor del
peso molecular promedio del crudo: 111molKg , obteniendo los moles totales en la
carga:
dKmol
PMmasaMoles 10270
1111140000
=== (Ec. 4)
El calculo de los moles de Hidrógeno:
A partir de la ecuación de volumen estándar de gas del reciclo se obtuvo la
cantidad de moles,
69.23*69.23 3
3 mStdPM
masaPM
masamStd =⇒= (Ec.6)
El volumen estándar que se obtiene como dato: 667000 d
mStd 3
.
Reemplazando resulta:
dKmolMoles 155.28
69.23667000
==
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
104
Estos son los moles totales de gas de reciclo, la pureza de Hidrógeno
contenida en este gas es de un 81%, por lo tanto:
Moles de Hidrógeno: Moles gas de reciclo* Pureza de Hidrógeno
Reemplazando,
Moles de Hidrógeno=dHidrógenodeKmol80.22155.28*81.0 =
La razón de H2/HC:
acmolHmol
aCmolesHmoles
arg2.2
1027022806
arg22 ==
El valor a utilizar en ingeniería básica para este KPI es 2.2
El porcentaje de oxígeno de los Horno B-371 y B-372 (Anexo A-22 y A-23),
es la cantidad por sobre el requerimiento estequiométrico para completar la
combustión esto ayuda a supervisar si técnicamente está en óptimas condiciones,
si disminuye existe un déficit de oxigeno por lo tanto la combustión no será la
óptima, y si el valor lo incremento existe un costo operacional asociado.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
105
Luego de definir los límites con los datos de diseño de la planta se buscan
los TAG’S que nos ayuda a visualizar en línea físicamente las variables, por lo
tanto es necesario determinarlos en los PI&D (Diagramas de Proceso e
Instrumentación), para cada KPI, posteriormente se prosigue con la creación de
los puntos KPI y creación de Data Set, en un formulario de creación de TAG’S. La
creación de los puntos KPI y sus Data Set (Operaciones matemáticas
respectivas), se pueden observar en el Anexo A-24 para la planta de
Reformación.
Los puntos al igual que Topping 1 y 2 son subidos al servidor de PI-
ProcessBook, y da como resultado que los KPI’S sean vistos por toda la red de PI
en refinería Aconcagua, este resumen se puede observar en la Figura 3.15 para
la planta de Reformación además del resumen construido el archivo creado en PI-
ProcessBook se diseñó: el Horno B-372, B-371, CCR F-377 y sección de
Reacción que se encuentran en el Anexo A-25.
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Figura 3.15 Cuadro Resumen Unidad Reformación.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
CAPÍTULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Capítulo IV Resultados y Discusión
108
4.0 Resultados Topping 1 y 2.
Los KPI’S más críticos que se puede inferir que presentan más problemas para
Topping 1 estos son:
1-Temperatura de desaladores.
Temperatura Desaladores Topping 1
0.0020.0040.0060.0080.00
100.00120.00140.00160.00
26/07/2009
14/09/2009
03/11/2009
23/12/2009
11/02/2010
02/04/2010
22/05/2010
11/07/2010
Fecha
Tem
pera
tura
des
alad
ores
T Desalador valor objetivo
Figura 4.0: Gráfico Temperatura desaladores.
Como se aprecia en el Figura 4.0 de la temperatura de desalador, se puede
observar que temperatura objetivo es de 140°C, el comportamiento está por
debajo de lo esperado 115°C en promedio, este comportamiento deficiente puede
ser por el aumento de fouling (ensuciamiento) de los equipos y líneas, aquí
pueden existir incrustaciones.
La desviación estándar es de 9.8 y el valor promedio esta un 21.7% por
debajo de los recomendado.
En consecuencia se recomienda mejorar la calidad del desalado
supervisando constantemente, para disminuir considerablemente la cantidad de
sal y así disminuir el ensuciamiento.
Capítulo IV Resultados y Discusión
109
2-.Sal salida desalador.
Sal Salida Desalador
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
06/07/2009 14/10/2009 22/01/2010 02/05/2010 10/08/2010 18/11/2010
Fecha
Sal P
tbSal a la Salida desalador Valor Objetivo
Figura 4.1: Gráfico Sal salida Desalador.
En el Figura 4.1 se observa un alto nivel de sal a la salida del desalador, con
respecto al requerido cuyo valor objetivo es 4, el promedio actual es de 8.5 Ptb,
esto quiere decir que el valor está por sobre lo recomendado en un 112.5% esta
magnitud puede ser por la baja inyección de agua de lavado a los desaladores y
atención insuficiente por parte del personal de operaciones.
Capítulo IV Resultados y Discusión
110
3-.Vapor/ Crudo reducido.
Razón Vapor/Crudo Reducido E-130
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
26/07/09 25/08/09 24/09/09 24/10/09 23/11/09 23/12/09 22/01/10 21/02/10 23/03/10 22/04/10 22/05/10 21/06/10 21/07/10
Fecha
Kg
vapo
r / m
3 fo
ndo
RAZON VAPOR/ CRUDO RED. OBJETIVO. RAZON VAPOR /CRUDO RED. PROCESO
Figura 4.2: Gráfico Razón Vapor/ Crudo Reducido.
El estudio de la razón de inyección de vapor/crudo reducido (fondo) en
la Torre fraccionadora E-130 (Figura 4.2) arroja un comportamiento deficiente ya
que los valores de la razón obtenidos (datos de proceso: el promedio anual es de
3.48 kg/m3) se comparan con la razón de diseño 8.23 kg/m3 (valor óptimo), la
razón calculada con datos de proceso está un 136,5 % por debajo de lo
recomendado. Esto responde la deficiente separación generada en la E-130, al
disminuir la inyección de vapor a la torre fraccionadora genera un arrastre de
productos livianos en los más pesados, obteniendo una mala extracción.
Para una posterior mejora se recomienda un aumento en la inyección de vapor a
los 2053 kg/h y de esta manera producir una extracción óptima.
Capítulo IV Resultados y Discusión
111
Para Topping 2 los KPI [Figura 4.3] no presentan un comportamiento crítico
sino favorable con la salvedad de la temperatura de Desalador que debe estar en
140°C y esta en promedio a 106°C como muestra en el grafico x. Las causas
deficientes son las mismas, que la el KPI de T desalador de Topping 1.
T Desalado Topping 2
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
140.0
160.0
17/05/2009
06/07/2009
25/08/2009
14/10/2009
03/12/2009
22/01/2010
13/03/2010
02/05/2010
21/06/2010
10/08/2010
Fecha
Tem
pera
tura
°C
T Desalado Valor Objetivo
Figura 4.3: Gráfico Temperatura Desalado Topping 2.
Nota: Los puntos máximos que se pueden observar en los gráficos
anteriores son producto de la instrumentación descalibrada o mal utilizada.
Capítulo IV Resultados y Discusión
112
4.1 Resultados Unidad Coker
1-.Control Antiespumante KPI mensual.
El sistema de inyección de antiespumante previene la formación de espumas
que podrían llegar a las fraccionadora, de esta forma se utiliza la máxima
capacidad de los Drum’s y lecturas más exactas de niveles.
En todas las Unidades de Coker, el antiespumante es el aditivo con mayor
costo, debido a esto que se requiere minimizar el consumo de este, de acuerdo a
los datos y balances, el consumo de Septiembre fue de 504 lt, lo que equivale a
16.8 lt/d, si se interpreta monetariamente es igual a 92US$/drum, lo recomendado
por diseño es de 50US$/drum, el incumplimiento del valor objetivo se debe a
causas como: falta de monitoreo del consumo de antiespumante y disminución de
inyección de diluyente al antiespumante.
2-. VCM: Material Combustible Volátil, KPI mensual.
Este KPI [Figura 4.4] se emitirá mensualmente pero con lectura en el PI-
ProcessBook no en WinBliss, en este caso se analiza el mes de Septiembre.
VCM Coque
6
8
10
12
14
16
18
30/08/2010 04/09/2010 09/09/2010 14/09/2010 19/09/2010 24/09/2010 29/09/2010 04/10/2010
Fecha
VCM
%
Valor Obejetivo Superior Valor Objetivo Inferior VCM %
Figura 4.4 Grafico: VCM Coque.
Capítulo IV Resultados y Discusión
113
El promedio del VCM fue de 14%, valor por sobre el rango de diseño y
mayor al mes de Agosto cuyo promedio fue de 13.2%, los rango de diseño está
entre un 8-12%, este parámetro depende de las temperaturas de salidas del
Horno B-3001 por lo tanto la falta de un monitoreo constante de temperaturas
provoca el aumento de VCM en el coque dejando así material volátil (productos
valiosos).
Capítulo IV Resultados y Discusión
114
4.2 Resultados Área Cracking.
KPI’S más críticos para el área de Cracking son:
1-. Temperatura del combustor B-3503 URA 3.
Como se puede observar en la Figura 4.5, la temperatura del combustor B-
3503 de la URA 3 se comporta por debajo del valor objetivo, en promedio de 1234
° C, una desviación de 197, por lo tanto el valor está por debajo de lo
recomendado en un 5.34% esto se debe a la falta de monitoreo que implica un
riesgo intermedio para la disponibilidad neta de la Unidad; existe la probabilidad
de formación de sales de amonio y obstrucción de la planta. Si se supera el valor
de 1300°C considerablemente, existe un rompimiento de la caldera, si se
disminuye demasiado la temperatura existe un riesgo de taponamiento con las
sales de amonio.
T° Combustor B-3503 URA 3
0.00200.00400.00600.00800.00
1000.001200.001400.001600.001800.002000.00
17/05/2009 06/07/2009 25/08/2009 14/10/2009 03/12/2009 22/01/2010 13/03/2010 02/05/2010 21/06/2010 10/08/2010
Fecha
T°C
T Combustor B-3503 Lado Sur URA 3 T Combustor B-3503 Lado Norte URA 3 Valor Objetivo
Figura 4.5: T° Combustor B-3503 URA 3.
Se recomienda un control constante en la temperatura de operación,
además de monitorear en que estado se encuentra la caldera realizando un
constante mantenimiento.
Capítulo IV Resultados y Discusión
115
2-. Temperatura primer Claus URA 2.
De acuerdo a la Figura 4.6 la temperatura promedio es de 250°C si la
temperatura está por debajo de lo requerido, el COS y CS2 no se podrán convertir
en el primer reactor Claus ya que es a estas condiciones donde se alcanza la
temperatura óptima (300°C), su desviación es de 94.39 y está un 20% por debajo
de lo recomendado, como consecuencia estos compuestos salen en los gases de
cola, incrementando la cantidad de azufre en la atmosfera.
T Primer Claus URA 2
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
17/05/2009 06/07/2009 25/08/2009 14/10/2009 03/12/2009 22/01/2010 13/03/2010 02/05/2010 21/06/2010 10/08/2010
Fecha
T°C
T Primer Claus URA 2 Valor Objetivo
Figura 4.6: Gráfico Temperatura primer Claus URA 2.
Para una correcta operación se recomienda un constante control en la
temperatura y calibración constantemente de las termocuplas. Nota: Los máximos que se observan en los gráficos anteriores son
producto de la instrumentación descalibrada o mal utilizada, además de la caída completa de la Planta URAS por mal control y supervisión.
Capítulo IV Resultados y Discusión
116
4.3 Resultados Área Hidrógeno.
La variable más crítica del área de Hidrógeno corresponde a la planta a la
inyección de agua de lavado que pertenece a la planta de Hidrocracking, el
comportamiento promedio de acuerdo al análisis como muestra el Figura 4.7
Gráfica Inyección de agua/Carga es 9.4%, que está por muy debajo de lo
recomendado ( 35.11%) esto puede ser por una baja inyección de agua falta un
suministro constante, la velocidad del fluido en los tubos a disminuido no se ha
mantenido en el rango (10-20 pie/s) o simplemente falta de monitoreo.
Inyección Agua/ Carga
02468
10121416
06/07/2009 14/10/2009 22/01/2010 02/05/2010 10/08/2010 18/11/2010
Fecha
%
Inyección Agua/Carga valor objetivo
Figura 4.7 Gráfico: Inyección Agua/Carga.
Se recomienda un control y monitoreo de este KPI, aumento del caudal de
agua a inyectar y disminución de la temperatura antes de entrar a los
aeroenfriadores. Como la temperatura es la variable influyente, se propone la
instalación de una termocupla a la salida del Intercambiador de carga combinada
y una en la entrada al enfriador de aire, para la lectura de temperaturas.
El flujo de agua de lavado a inyectar (413.4 m3/d ) se encuentra en función
de la temperatura de los hidrocarburos, por lo tanto se sugiere la implementación
de una alarma en el punto ayudará a un control efectivo para diluir las sales y de
esta manera disminuir la corrosión.
Capítulo IV Resultados y Discusión
117
Económicamente los resultados entregados por el departamento de
producción corresponden al margen bruto, los cuales muestran las mejoras
realizadas con la herramienta creada para las plantas correspondientes tal como
se muestra en la Figura 4.8
-300 MUS$/D
-200 MUS$/D
-100 MUS$/D
0 MUS$/D
100 MUS$/D
200 MUS$/D
300 MUS$/D
400 MUS$/D
500 MUS$/D
Topping 1
Topping 2
Coker
Crackin
gHCK
Reform
ación
Margen Bruto ObjetivoMargen Bruto AntesMargen Bruto Después
Figura 4.8: Comparación margen en bruto y mejoras en la producción.
Los cálculos por motivos de confidencialidad no serán publicados, pero los
valores netos correspondientes a este cálculo se muestran en el Anexo A-26.
En total se recuperó 64.5 MUS$/d sumando todas las plantas y sus respectivos
márgenes antes y después de la implementación, demostrando un
comportamiento positivo con respecto al control de los KPI’S los cuales influyen
de manera directa o indirecta en la producción del crudo.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Capítulo V Conclusiones
119
5.0 Conclusiones
En este trabajo se logró realizar un levantamiento de antecedentes
fidedignos suficientes para generar una base de datos de KPI, que se
complementa con la herramienta en línea desarrollada en PI-ProcessBook,
realizando una control de estas variables, de esta manera se puede realizar una
supervisión y mejoras instantáneas, tomando acciones inmediatas y correctas.
La mayor parte de los KPI que se comportan de forma crítica convergen en
un punto, que corresponde a la corrosión que influye directa o indirectamente, ya
que es producida por la excesiva cantidad de sales en los procesos productivos y
por lo tanto es una amenaza recurrente, se recomienda mejorar el proceso de
desalado de Topping 1, y las condiciones operacionales.
En la Figura 5.0, se observa la cantidad de sal a la salida del desalador para
Topping 1 este el desalador presenta un funcionamiento defectuoso.
Sal Salida Desalador
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
06/07/2009 14/10/2009 22/01/2010 02/05/2010 10/08/2010 18/11/2010
Fecha
Sal P
tb
Sal a la Salida desalador Valor Objetivo
Figura 5.0 Sal salida Desalador.
Capítulo V Conclusiones
120
El valor de diseño es 4 ptb y su valor promedio anual es de 8.5 ptb la baja
inyección de agua de lavado a los desaladores, hace que el comportamiento
tiende a ser deficiente y está por sobre el valor recomendado en un 112.5 con una
desviación negativa del 4.18.
El desalado se puede describir como la primera línea de defensa en muchos
procesos para el control de corrosión, la técnica de control de la corrosión óptima
es la operación de las Unidades de procesos lo más cercana posible de las
condiciones de diseño.
Las otras técnicas son las correcciones a las desviaciones que se observan
instantáneamente debido en el control de los KPI, como consecuencia de esto se
obtienen beneficios tales como:
Menos paradas frecuentes de las Plantas, se debe realizar una mantención
anual, no obstante el caso de las plantas de recuperación de azufre llevan 6
paradas a la fecha aproximadamente, por lo tanto esto se debe evitar.
Menos equipos desgastados o corroídos, disminución del fouling y puntos
calientes en los tubos de los Hornos (temperatura de tubos óptima).
Teniendo un buen desalado se evita el envenenamiento del catalizador por
Arsénico en los reformadores y Sodio, hierro en las torres de Cracking.
La disminución de corrosión por azufre y sales y acidez orgánica en los
Intercambiadores de calor, Fraccionadoras, Acumuladores y líneas.
Capítulo V Conclusiones
121
Un buen desalado disminuye la contaminación por clarificado del agua de
condensado.
Estas lecturas instantáneas evitan defectos en el sistema por largos
periodos, de esta forma se eliminan las fallas operacionales.
La toma de acciones y propuestas generales para el supervisor son:
-Realizar las acciones correctivas señaladas en el Capitulo IV.
- Monitoreo constante en los KPI críticos y no críticos.
-Efectuar mantenciones en los instrumentos y calibraciones respectivas.
-Hacer un seguimiento en las mejoras de los KPI’S a corto y largo plazo.
La forma de resolver los problemas identificados a través de los KPI críticos
es planteando acciones correctivas que mejoren la situación.
Una manera de reforzar la forma de plantear estas acciones es a través de
metodologías utilizadas en la industria hoy en día tales como: TPM, Six Sigma,
que podrían ser aplicadas a este trabajo. Utilizando el ejemplo de TPM, esta
metodología fue creada por el instituto de mantenimiento de Plantas de Japón y
su objetivo es mejorar la eficiencia para así, aumentar la competitividad de la
planta o empresa. Dentro de su metodología TPM incorpora métodos de mejora
focalizada en un proceso específico o equipo, para esto el flujo se compone de 4
grandes pasos:
1-. Identificar y estratificar las pérdidas de proceso, observando en que punto
o lugar se concentra el mayor porcentaje, para así efectuar la mejora en ese sitio.
2-.Analizar las causas que generan esa pérdida hasta alcanzar la raíz del
problema.
Capítulo V Conclusiones
122
3-. Una vez encontradas las causas en la etapa de análisis anterior, se debe
confeccionar un plan de acción destinado a contrarrestar estos factores que
generan pérdidas.
Para dar prioridad a las acciones más importantes se genera una matriz
esfuerzo impacto que busca ordenar las acciones que generen a un menor
esfuerzo - mayor impacto, de esta manera se desechan o se postergan las
acciones que resultan con un bajo impacto y bajo esfuerzo es decir menos
eficientes tal como se muestra en la Figura 5.1.
Figura 5.1: Ejemplo Matriz Impacto-Esfuerzo.
4-.Finalmente se lleva a cabo estas acciones, realizando una comparación
antes y después para verificar si se cumplieron los objetivos.
Capítulo V Conclusiones
123
Producto de la deficiencia del proceso de desalado se recomienda enfatizar
un estudio de los desaladores, mantenimiento y mejoras en el control a través de
la calibración de los instrumentos y renovación de estos si fuese necesario.
Cabe señalar que los rangos de cada KPI están respaldados en valores de
ingeniería básica, lo cual no afectarán al proceso en si mismo ya que sus límites
máximos y mínimos están permitidos de acuerdo al diseño de cada Unidad de
Proceso.
Se recomienda un plan de toma de acciones ante una eventual falla en su
comportamiento para todos los KPI’S, esto implica el desarrollo de soluciones
concretas que deberá realizar el departamento de Ingeniería en conjunto para
mejorar los Indicadores Claves de Proceso.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
124
Referencias
1-.Manual Topping 1 y Vacío 1, Departamento de Producción
División Fraccionamiento (2007),
2-.Manual de Operaciones, Departamento de Producción División
Fraccionamiento (2006), Enap Refinería Aconcagua.
3-.Guías de Operación de proceso Unidad de Coquización
Retardada, Unidad 3000 (2007), Foster Wheeler Iberia.
4-.Manual de Procesos Unidad de Cracking, 2007, Unidad 700, Enap
Refinería Aconcagua.
5-.Manual de Procesos Unidad de Isomerización, 2007, Enap
Refinería Aconcagua.
6-.Manual de Operaciones Unidad Hidrocracking, 2008, Enap
Refinería Aconcagua.
7-.Manual de Operaciones Planta Reformación, Departamento
Ingeniería de Plantas, Enap Refinería Aconcagua.
8-.José Hernando Bahamón L, Construcción de Indicadores Claves
de gestión, Universidad Icesi.
9-. Actualización y mejora de un programa para simular el proceso
de recuperación de azufre, 2000, Víctor Martínez Ortiz, Facultad de
Estudios Superiores Cuautitlán. Universidad Nacional Autónoma de
México.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
125
Anexos
Índice de Anexos Anexo A-0: Estudio Ingeniería de Plantas Desaladores……………...126 Anexo A-1: Data Sheet Hornos B-130, B-51…………………………...127 Anexo A-2: Data Sheet Hornos B-651, B-652 Topping 2…………….128 Anexo A-3 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S
para Topping 1………………………………………………………….129 Anexo A-4 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S
para Topping 2………………………………………………….……...130 Anexo A-5 Esquemáticos del Proceso Topping 1 PI-ProcessBook:
Desaladores L-11 y L-12………………………………………………131 Anexo A-6 Esquemáticos del Proceso Topping 2 PI-ProcessBook:
Desaladores L-652 A/B………………………………………………..136 Anexo A-7 P&ID de Drum 1 D-3001, niveles de Coker utilizados…..141 Anexo A-8 P&ID de Drum 2 D-3001, niveles de Coker utilizados…..142 Anexo A-9 Data Sheet Horno B-3001 Unidad Coker…………………143 Anexo A-10 Planilla de KPI para datos de laboratorio……………….144 Anexo A-11 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S
para Unidad Coker…………………………………………………….145 Anexo A-12 Esquemáticos del Proceso Unidad Coker PI-ProcessBook:
Drum’s…………………………………………………………………..147 Anexo A-13 Data Sheet Horno B-371………………………………….152 Anexo A-14 Data Sheet Horno B-801………………………………….153 Anexo A-15 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S
para el área Cracking………………………………………………….154 Anexo A-16 Esquemáticos del Proceso Área Cracking PI-ProcessBook:
Fraccionadora E-701…………………………………………………..155 A-17 Datos diseño Catalizador……………………………………….…161 A-18 Data Sheet Horno B-1201…………………………………………163 A-19 Data Sheet Horno B-1202………………………………………...164 A-20 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para
Hidrocracking…………………………………………………………..165 Anexo A-21 Esquemáticos del Proceso Unidad Hidrocracking PI-
ProcessBook: Precalentamiento HCK.,………………………….....167 A-22 Data Sheet Horno B-371,…………………………………………171 A-23 Data Sheet Horno B-372………………………………………… 172 A-24 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para
Reformación………………………………………………………….. 173 Anexo A-25 Esquemáticos del Proceso Unidad Reformación PI-
ProcessBook: Reacción Reformación………………………………174 Anexo A-26: Valores de Margen bruto diferentes plantas ERA……178
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Anexo A-0: Estudio Ingeniería de Plantas Desaladores.
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127
Anexo A-1: Data Sheet Hornos B-130, B-51
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Anexo A-2: Data Sheet Hornos B-651, B-652 Topping 2.
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129
Anexo A-3 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para Topping 1
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130
Anexo A-4 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para Topping 2.
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131
Anexo A-5 Esquemáticos del Proceso Topping 1 PI-ProcessBook: Desaladores L-11 y L-12.
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132
Esquema Horno B-130
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133
Fraccionadora E-130
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134
Horno B-51
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135
Torre de vacío E-132
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136
Anexo A-6 Esquemáticos del Proceso Topping 2 PI-ProcessBook: Desaladores L-652 A/B.
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137
Horno B-652
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138
Fraccionadora E-601
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139
Horno B-651
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140
Torre de vacío E-603
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141
Anexo A-7 P&ID de Drum 1 D-3001, niveles de Coker utilizados
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142
Anexo A-8 P&ID de Drum 2 D-3001, niveles de Coker utilizados
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143
Anexo A-9 Data Sheet Horno B-3001 Unidad Coker.
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144
Anexo A-10 Planilla de KPI para datos de laboratorio.
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145
Anexo A-11 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para Unidad Coker.
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146
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147
Anexo A-12 Esquemáticos del Proceso Unidad Coker PI-ProcessBook: Drum’s
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148
Horno B-3001
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149
Fraccionadora E-3001
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150
Stripper E-3051
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151
E-3054 y E-3055
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152
Anexo A-13 Data Sheet Horno B-371
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153
Anexo A-14 Data Sheet Horno B-801
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154
A-15 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para el área Cracking.
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155
Anexo A-16 Esquemáticos del Proceso Área Cracking PI-ProcessBook: Fraccionadora E-701
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156
Horno B-751
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157
Regenerador D-701
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158
Esquema Ura 1
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159
Esquema Ura 2
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160
Esquema Ura 3
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161
A-17 Datos diseño Catalizador.
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162
.
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163
A-18 Data Sheet Horno B-1201.
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164
A-19 Data Sheet Horno B-1202.
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165
A-20 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para Hidrocracking.
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166
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167
Anexo A-21 Esquemáticos del Proceso Unidad Hidrocracking PI-ProcessBook: Precalentamiento HCK.
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168
Horno B-1201
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169
Horno B-1202
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170
E-1201/1201/1203
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171
A-22 Data Sheet Horno B-371
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
172
A-23 Data Sheet Horno B-372
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173
A-24 Planilla KPI, creación de puntos con sus respectivos TAG’S para Reformación.
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174
Anexo A-25 Esquemáticos del Proceso Unidad Reformación PI-ProcessBook: Reacción Reformación.
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175
Horno B-371
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176
Horno B-372
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177
Reducción F-377
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178
Anexo A-26: Valores de Margen bruto diferentes plantas ERA.