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LA NECESIDAD ES LA MADRE DE LA INVENCIÓN
Un diseño versátil para una planta de ajuste de punto de rocío
2das Jornadas Técnicas sobre Acondicionamiento del Gas Natural
El Calafate, 30 de septiembre al 3 de octubre de 2008
Ing. Martín Raventos
Ing. Mariela Arduino
Ing. Pablo Luraschi
Ing. Marco Bergel
Temas principales
Planta de ajuste de punto de rocío para el mercado brasileño
Proyecto tipo EPC – Provisión de módulos
Composición y presión del gas de entrada variables
Estrategias para la integración energética y el diseño de equipos
Manejo de bajos índices de turn-down
Introducción
Ubicación de la planta
Introducción
Descripción del problema – Condiciones de entrada
Introducción
Caso Gas pobre Gas rico
Caudal máx.MMSCMD
5.5 3.6
Caudal mín. 0.6
P. máx.kg/cm²g
8470
P. mín. 60
CH4Mol. %
~ 92.5 73.14
C3+C4 ~ 1.2 12.72
Descripción del problema – Especificaciones de productos
Introduction
Gas tratado
C3H8 máx. % molar 3.0
Pto. rocío HC °C0 a 44 kg/cm²g
-8.9 @ 3 kg/cm²g
Condensado
Temp. de entrega °C 20
P. de entrega kg/cm²g 12
Otras restricciones
Refrigeración mecánica requerida
Dos compresores de propano
3.6 MM de cualquiera de los casos con un solo compresor
Área de implantación limitada (2000 m²)
• Módulos compactos
• Varios trenes de proceso en paralelo descartados
Introducción
Diagrama de bloques
Introducción
ENFRIAMIENTO
CHILLER SEPARADOR FRÍO
GAS CRUDO
GAS TRATADO
GASOLINA
PROPANO
MEG MEG
Resultados de simulaciones preliminares
CasoEspecificación
limitante
Temp. en sep. frío °C
AP84 kg/cm²g
BP60 kg/cm²g
Gas pobre PR a 44 kg/cm²g < 0°C -30 a -24 -7 a -6
Gas rico C3 < 3% -31
Introducción
Rangos amplios…
Introducción
Parámetro Min. Máx.
Carga de refrigeración total
Caso Pobre-BP Rico
MMkcal/hr 3.5 9.1
Caudal HC líq. en separador frío
Caso Pobre-BP Rico
m³/d 15 4200
Caudal gas en separador frío
Caso Rico Pobre-BP
m3/h 680 3000
Rangos amplios…
Introducción
Parámetro Mín. (TD)
Mín. Máx.
Carga de refrigeración total
Caso Pobre-BP Rico
MMkcal/hr 0.5 3.5 9.1
Caudal HC líq. en separador frío
Caso Pobre-BP Rico
m³/d 2.2 15 4200
Caudal gas en separador frío
Caso Rico Pobre-BP
m3/h 130 680 3000
Principales desafíos
Encontrar un esquema de integración energética razonable que considere todos los escenarios posibles y las restricciones en CapEx
Adaptar los equipos de proceso para grandes variaciones en los caudales de gas y líquido debidos a cambios en la composición del gas de entrada
Manejar bajos índices de turn-down a largo plazo
Introducción
Integración energética
Solución de compromiso entre tamaño de equipos de enfriamiento (ICGG e ICGC) y potencia de compresión del circuito de refrigeración.
Caso de Gas Rico: Caudal de condensado significativo para preenfriar gas crudo en un ICGC.
Casos de Gas Pobre: Caudal de condensado bajo que no contribuye significativamente a la recuperación de calor en un ICGC.
Diseño del proceso
Integración energética
Otras características del Caso de Gas Rico
• Posee la carga de refrigeración más alta
• Recuperación de calor gas/gas limitada
• El condensado debe ser expandido hasta la presión de entrega
Diseño del proceso
Integración energética
Enfoque tradicional para plantas de ajuste de PR
• 1 ICGG dimensionado para 5.5 MMSCMD
• 1 ICGC para el Caso de Gas Rico
• 1 ICGC más pequeño para los Casos de Gas Pobre
Diseño del proceso
Diseño del proceso
Enfoque tradicional – Caso de Gas Rico
Diseño del proceso
Enfoque tradicional – Casos de Gas Pobre
Integración energética
Desventajas del enfoque tradicional
• ICGC
• Intercambiador grande inactivo en los casos de gas pobre
• No se alcanza la temperatura de salida especificada en el condensado
• ICGG debe manejar todos los casos
• La velocidad del gas en tubos es demasiado baja en el caso de gas rico
• ∆P demasiado alto en los casos de BP
Diseño del proceso
Integración energética
Mejoras
• Intercambiador de calor de servicio dual
• Mejor aprovechamiento de la presión disponible en los intercambiadores
• Agregado de un intercambiador de calor Condensado / Propano
Diseño del proceso
Integración energética
Intercambiador de calor de servicio dual
• Dos unidades idénticas; una actúa como ICGG o ICGC según el tipo de gas de entrada
• Expansión gradual del condensado entre las carcasas del ICGC para aumentar la recuperación de calor
• Importante reducción del peso total del conjunto de intercambiadores
Diseño del proceso
Integración energética
Aprovechamiento de la presión disponible
• Bypass del lado tubos del ICGG para limitar ∆P en los casos de BP (aprovechando que requieren menor carga de refrigeración)
• Expansión Joule-Thomson aguas arriba del separador frío provee enfriamiento adicional
Diseño del proceso
Integración energética
Intercambiador de calor condensado - propano
• Permite condensar todo el refrigerante a menor presión en el caso de gas rico
• El condensado alcanza la temperatura de entrega requerida
• Nivela la potencia de compresión de C3
• En los casos de gas pobre se utiliza un aerocondensador de C3
Diseño del proceso
Diseño del proceso
Esquema final del proceso
Casos Gas PobreCaso Gas Rico
Diseño del proceso
Diseño de equipos
Separador frío
• Debía poder manejar escenarios de alto caudal de gas y poco líquido, y viceversa.
• Primer enfoque: recipiente horizontal de un solo cuerpo
Diseño del proceso
Diseño de equipos
Diseño del proceso
105 ton
73 ton
Diseño del proceso
Manejo del turn-down
Se esperaban bajos índices de turn-down (hasta 13% en los casos de gas pobre) a largo plazo (declinación de la producción)
Problemas típicos que enfrentan las PPR al operar por debajo de la capacidad nominal:
• Reducción de la eficiencia en los eliminadores de niebla
• Riesgo de formación de hidratos
• Mal funcionamiento de los compresores de refrigerante
Diseño de equipos
Manejo del turn-down
Combinación de medidas
• Múltiples boquillas de inyección de glicol en los intercambiadores de calor
• Bypass en el economizador + “bypass caliente” en el sistema de propano
• Bloqueo gradual del área del eliminador de niebla en el separador frío
• Bloqueo en dos etapas de las placas de tubos de los intercambiadores
Diseño del proceso
Desempeño de la planta
La planta ha operado de forma estable desde Febrero de 2007 procesando hasta 2.5 MMSCMD de gas rico y 5.5 MMSCMD de gas pobre
Se ha cambiado varias veces el modo de operación de la planta de “gas rico” a “gas pobre” (el procedimiento completo requiere menos de una hora)
Conclusiones
Optimizar el esquema de integración energética puede conducir a reducciones importantes no sólo en OpEx sino también en CapEx y en requerimientos de espacio
El concepto del ICSD y del separador frío de dos cuerpos pueden ser aplicados en otros casos en los que se prevé un amplio rango de caudales de condensado
Los enfoques de diseño tradicionales suelen ser susceptibles de mejoras importantes en presencia de un conjunto complejo de especificaciones de diseño
Conclusiones
Introduction
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