Aspen Exchanger Design and Rating _HTFS+_ Rev.0 (1)

                  !"# $ %&' & ()%* ()%* + ,' 1. Se está haciendo un estudio para revampear una unidad de Ajuste de Dew Point en un 5 y 10% de su capacidad de diseño. Ya se han hecho las verificaciones en todos los equipos quedando pendiente la verificación del intercambiador Gas/Gas. Como ingeniero de procesos se le ha encomendado realizar dicha verificación y realizar las recomendaciones. 2. Instalar la simulación de la unidad de Ajuste de Dew Point que consistirá básicamente de un Intercambiador Gas/Gas (E-G/G); un intercambiador Gas/Gasolina (E-G/L); un Chiller (CH) y un Separador Frio (V-F). La corriente gaseosa del separador intercambia calor con el E-G/G y la corriente liquida con el E-G/L. La temperatura de salida del Chiller se fija 0.5°F 3. Grabar la simulación con el nombre “Dew Point.hcs” en la carpeta de trabajo 4. Un 15% de la corriente que alimenta la unidad intercambia calor en el E-G/L. 5. La corriente que alimenta la unidad tiene las siguientes condiciones.

C13 C14 H2O N2 CO2 TOTAL

0.001 0.002 0.219 0.426 2.393 100

6. Para realizar la verificación solicitada se hará uso del modulo !Exchanger Design and Rating (HTFS+-TASC). Se deberá introducir información de proceso y la geometría del intercambiador utilizando utilizando la Hoja de Datos del mismo. mismo. 7. Abrir el modulo !Exchanger Design and Rating (HTFS) y seleccionar la opción  !Shell&Tube Exchanger"

8. Se abrirá la pagina principal del modulo

Sección donde se introduce la información: Definición del Problema Datos de Procesos Propiedades Geometría del Intercambiador Especificaciones de Construcción Opciones del Programa      

Resultados Resumen General Resumen Termico e Hidraulico Resumen Mecánico Detalles de Cálculo    

El Navegador de Datos de la izquierda ayuda a navegar por el Programa

9. Definición del Problema • Opciones de Aplicación

9.1 Modo de Cálculo:



Diseño:   En este modo el programa diseña una o mas configuraciones que Diseño:

verifican la carga térmica (Heat Duty) especificada por el usuario (manual ! simulación)

Se debe proveer información básica para que el programa pueda realizar el diseño. Tipo de Coraza, Cabezal y Baffle; características de tubos y layout; rangos de tamaño de coraza y longitud de tubos requeridos. El programa entonces calcular los demás parámetros como tamaño del intercambiador; numero de pases; diámetro de los bocales; % de corte del baffle, etc. El programa realiza los diseños considerando un criterio de optimización de costos o área mínima buscando satisfacer lo siguiente:      



 Área suficiente para el calor transferido Caída de presión dentro los limites permitidos Tamaño físico dentro los limites permitidos  Velocidades dentro os limites permitidos  Vibraciones dentro los limites permitidos Prácticos para construir.

Rating / Checking (Evaluación ): Responde a la pregunta: ¿ podrá el

intercambiador satisfacer la carga térmica.

Se debe especificar la geometría del intercambiador e información de proceso. Se fijan las condiciones de entrada y salida El resultado del calculo es expresado como : Área Actual de Intercambio de Calor / Área requerida de Intercambio de Calor (Aa/Ar) Un Aa/Ar 



 1 indica que la carga termica puede ser performada.

Simulación: Responde a la pregunta: ¿que carga térmica se podrá alcanzar ¿?

Se debe especificar la geometría del intercambiador e información de proceso estimando un valor de carga termica. Se especifican las condiciones de entrada de ambas corrientes (caudal, presion y temperatura). El programa calcula las condiciones de salida y la carga termica

El resultado del calculo es expresado como : Calor Actual / Calor Requerido Maximum Fouling: Responde a la pregunta : ¿cual es el máximo ensuciamiento

permitido para una carga térmica especificada ?

El modo de calculo es similar al de !Checking", pero ajusta las resistencias al ensuciamiento de tal manera de dar como resultado una relacion de areas (Aa/Ar) igual a 1. 9.2 Lado del Fluido Caliente: Se recomienda especificar de que lado ira la corriente caliente La selección depende de factores de seguridad, confiabilidad, practicas de la compañía, requerimientos de mantenimiento y costo de inversión. Algunos lineamientos generales son: -

Fluidos peligrosos no debe en por el lado de la coraza: Fluidos pesados o sucios deben ir de d e preferencia por el lado de los tubos Fluidos a alta presión deben ir de preferencia por el lado de los tubos Fluidos con caudales elevados deben ir de preferencia del lado de la coraza, que ofrece mas opciones geométrica para reducir la caída de presión

10. Para el ejercicio trabajaremos inicialmente en el modo !simulación" para comprobar que la información ha sido cargada adecuadamente. De acuerdo a la hoja de datos el fluido caliente paso por los tubos. 11. Definición del Problema – Datos de Procesos Los datos de proceso que hay que necesariamente llenar estan con fodo celeste en las casillas.

El llenado puede ser manual o se puede importar la información desde Hysys. Para importar desde Hysys ir a File|Import From y seleccionar la versión de Hysys que se tenga instalado y buscar el archivo !Dew Point.hsc" donde se instalo la simulación.

Se abrirá la siguiente pantalla con la lista de equipos involucrados en la simulación, selección el intercambiador E-G/L. En la parte inferior se mostraran las corrientes involucradas. Aceptar

Se instalar en el programa todas las especificaciones de las corrientes involucradas, incluso, paquete termodinamico y propiedades. La hoja de Datos de Proceso quedara asi:

 A medida que la información va completándose las  !X" en rojo van desapareciendo

12. Propiedades (Property Data)

La composición y modelo termodinámico se carga en esta opción. Como la información de las corrientes ya fue importada de Hysys entonces no hay necesidad de especificar nada.

En el caso de no contar con los datos de la simulación, las corrientes se puede caracterizar de la siguiente manera. Elija la opción • Hot Stream Composition” para especificar la composición y modelo.

Primero se debe seleccionar la Base de Datos a utilizar. Por default esta la Base de Datos de  “BJAC”   pero se pueden seleccionar otras, como:  “Aspen Properties”  o  “ComThermo” .

Para el ejercicio mantendremos la Base de Datos de  “BJAC”.  Cambiamos la composición a %molar y seleccionamos los componentes en  “Search Databank..” Seleccionamos los componentes en base a la tabla inicial y cargamos la composi ción.

 Ahora seleccionamos el Modelo Termodinamico (Peng-Robinson) en la pestaña  “Property Methods” Methods” .

Como el modulo termodinámico no es tan poderoso (como Hysys) necesitamos definir las propiedades fisicoquímicas en el rango de presión y temperatura en el que el intercambiador operara. Elija la opción !Hot !Hot Stream Propoerties” 

Cambiamos el rango de temperatura a 200 • 90 °F y los niveles de presion a 1300 y 1000 psi.

Generar las propiedades con el botón botón “Get  “Get Properties” 13. Geometría del Intercambiador (Exchanger Geometry)

La geometría se cargara con la información de la Hoja de Datos del intercambiador 13.1 Geometry Summary

Introducimos primero información general del intercambiador (Coraza; Tubo; Layout de Tubos y Baffles). Las casilla en fondo celeste son obligatorias. Las casillas con información en rojo pueden ser modificadas en función a la necesidad.

13.2 Shell/Heads/Flanges/C Shell/Heads/Flanges/Cobres obres

Se completa la información faltante (p/ejemplo el numero de corazas en serie)

13.3 Tubes: Completa la información faltante

13.3 Baffles/Supports: Completa la información faltante

13.3 Bundle Layout: Complete la información faltante

13.4 Nozzles: Complete la información faltante

14. Una vez especificados los datos de proceso y geometría del intercambiador corremos en modo •simulation para verificar que los resultados: Carga termica y temperaturas de salida concuerden con la Hoja de Datos.

El programa iniciara los cálculos mostrándose un status general en una hoja de reporte (Runtime Status Report) Los cálculos deben finalizar sin ningún error. Los mensaje de advertencia son aceptables siempre y cuando el ingeniero de diseño lo considera así. Sino puede realizar un ajuste en la información introducida.

Los cálculos deben finalizar sin ningún error. Los mensaje de advertencia son aceptables siempre y cuando el ingeniero de diseño lo considera así. Sino puede realizar un ajuste en la información introducida.

15. Resultados

Existen las siguientes opciones para visualizar los resultados: 

Input Summary (Resumen de los datos de Entrada)



Result Summary (Resumen de los Resultados) -

-

Warnings & Messages Optimization Path: Muestra todos los intercambiadores considerados por el programa buscando satisfacer las condiciones de diseño. El asterisco (*) muestra las resticciones de diseño ya sea en área o presión. Recap of Design:  Resume la geometría básica y el performance de todos los diseños elegidos por el programa.

-

TEMA Sheet:

-

Overall Summary:  Resume de las condiciones de proceso de entrada y

salida e información sobre transferencia de calor, caídas de presión, velocidades, diferencia de temperaturas y cargas. 

Thermal / Hidraulic Summary (Resumen Termico e Hidráulico) -

-



en condiciones limpias, sucias y extremadamente sucias. Pressure Drop:  La distribución de la caída de presión es uno de los parametros mas importantes en el análisis. (Bocales de Ingreso y Salida; mazo, baffles, etc) Flow Analysis: Indica la distribución de flujo en el intercambiador.  Vibration & Resonsance Resonsance Analysis:

Methods: Lista los métodos y modelos utilizados en el analisis

Mechanical Summary (Resumen (Resumen Termico e Hidráulico) - Exchanger Geometry - Setting Plan & Tubesheet Layout -



Performance: Da información para evaluar los requerimiento de area

Cost/Weigh

Calculation Details

16. Una vez verificado el modelo (modo •simulación) estariamos en condiciones de verificar si el intercambiador es adecuado para el incremento de caudal (15%). En Hysys incrementar el caudal caudal a 133 133 y 140 MMscfd y exportar las nuevas condiciones a HTFS. 17. Cambiar el modo de calculo •Check/Rating y correr nuevamente la simulación. En •Recap of Design ver los resultados. 18. Ahora vamos a transferir la geometría de HTFS a la simulación en HYSYS. Como la geometría puede ser modificada debemos cargar la geometría en la base de datos de HTFS, para ello se debe ir a Run|Update file with Geometry

19. En la simulaci simulación ón •Dew •Dew Point.hsc Point.hsc abrir abrir el interca intercambiado mbiadorr E-G/G

20. En  “Parámetros”   cambiar el Modelo de Intercambio a  “EDR (HTFS) Shell&Tube” 

21. Abrir la pesta pestaña ña EDR-Shel EDR-Shell&Tub l&Tubee (HTFS+) (HTFS+) y seleccion seleccionar ar  “Import” y buscar el archivo correspondiente al intercambiador.

22.   La geometría del intercambiador será transferida a la simulación. No olvidar

eliminar las especificaciones especificaciones introducidas manualmente (temp salida)

 Ahora la simulación se realiza con la geometría del intercambiador intercambiador . 22. Para ver ver el modo de •Diseño •Diseño de de HTFS vamos vamos a diseñar diseñar el intercamb intercambiador iador Gas/Gasolina. Para ello creamos un nuevo caso en HTFS e importamos los datos de proceso. 23. Escog Escogemos emos el modo modo •Design •Design y hacemos hacemos una una primer primer corrida corrida con los criter criterios ios de diseño que estan por default.

24. Vamos a •Optim •Optimization ization Path Path a ver ver los resulta resultados dos de todas todas las opciones opciones consideradas en el diseño y la seleccionada por HTFS.

25. HTFS tiene tiene por default default el •Costo •Costo como como criterio criterio de diseño. diseño. Cambiar Cambiar el criteri criterioo a  •área minima en  “Program Options|Design Options|Optimization Options” y volver a realizar el diseño. 26.. Co 26 Comp mpra rarr los resu resultltad ados os