Sistema Hot Oil - Ingenería Conceptual

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO CON ACEITE TÉRMICO (HOT OIL) EN SISTEMA DE RESIDUALES Y ASFALTOS DE LA REFINERÍA CONCHÁN 1.

INTRODUCCIÓN En un contexto actual donde la globalización y apertura de mercados influye en la supervivencia de las empresas, el uso más eficiente de los recursos se hace imprescindible. Bajo dicha premisa se puede acotar que en la actualidad es importante que las empresas contemplen la posibilidad de trabajar con sistemas de transferencia de calor más eficientes, seguros y económicos en su operación. Es por ello que este proyecto presenta un sistema de calentamiento con aceite térmico como alternativa idónea para la transferencia de calor necesaria en los sistemas de asfaltos y residuales, tanto por el ahorro energético y la seguridad industrial como el ahorro en el costo de mantenimiento.

2.

OBJETIVO -

Cuantificar la demanda de calor requerido por los Sistemas de Asfaltos y Residuales (tanques y tuberías).

-

Reemplazar el uso de vapor por aceite como fuente de calentamiento (Hot Oil) en los Sistemas de Residual y Asfaltos de la Refinería Conchán, para reducir los consumos de agua, energía (Corriente eléctrica, etc.), eliminación de fugas de vapor y mostrar a los interesados una Refinería agradable al medio ambiente.

-

Rediseñar el Sistema de calefacción para Asfaltos y Residuales, partiendo del concepto de mayor aprovechamiento, en lo posible, de los elementos de las instalaciones del sistema de vapor existente.

-

Mantener una temperatura adecuada de los productos en tanque y tuberías, para poder llevar a cabo un correcto despacho. (Residuales: 160 ºF; Asfaltos: 320 ºF).

3.

ALCANCE a. Inspeccionar los sistemas de calentamiento de las tuberías, recipientes y Tanques que utilizan vapor, de ser necesario reparar y/o cambiar este medio de calentamiento (venas, serpentines, etc.).

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN b. Verificar el correcto funcionamiento de los Intercambiadores de Calor en los Tanques y los Serpentines de vapor, reparar y/o adaptarlos para operar con aceite térmico. c. Independizar el circuito de calentamiento con vapor del sistema de residuales y asfaltos; realizar las reparaciones que sean necesarias para conservar o cambiar el sistema de recubrimiento térmico de las tuberías del sistema de Residuales y Asfaltos. d. Preparar un Diseño Conceptual del proceso. e. Solicitar cotización a los proveedores y posteriormente evaluarlas. f.

Enviar los resultados a Refinería Conchán.

g. Atestar formato para Inversión Corriente.

4.

MARCO LEGAL  D.S. Nº 052-93-EM: Reglamento de Seguridad para el Almacenamiento de Hidrocarburos.  D.S. Nº 046-93-EM: Reglamento para la Protección Ambiental en las Actividades de Hidrocarburos.  API Standard 650 - Tenth Edition, November 1998 - Addendum 1, January 2000 - Addendum 2, November 2001 - Welded Steel Tanks For Oil Storage:  NFPA 30 - Flammable and Combustible Liquids Code - 2000 Edition  NFPA 22: Standard for Water Tanks for Private Fire Protection 1998 Edition  Industrial Risk Insurers - IRI. Los artículos básicos de la normatividad vigente para el desarrollo del proyecto son los siguientes:  Artículo N° 15 del D.S. 052-93-EM, sirve para el cálculo de la capacidad total almacenamiento en función a la clase del líquido.  El artículo N° 18 del D.S. 052-93-EM, referido a pautas para seleccionar el tipo de tanque en función al líquido a almacenar.  El artículo N° 25 del D.S. 052-93-EM, referido a las distancias mínimas a linderos, vías públicas y edificaciones.  El artículo N° 26 del D.S. 052-93-EM, referido a las distancias mínimas entre tanques adyacentes.  El artículo N° 29 del D.S. 052-93-EM, referido al arreglo o distribución de tanques.  El artículo N° 64 del D.S. 052-93-EM, indica que toda modificación o ampliación debe cumplir el reglamento relacionado a este Decreto Supremo.

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN  El artículo N° 8 del D.S.045-2001-EM, indica que las distancias de ubicación de las plantas de abastecimiento a otras propiedades públicas de alto riesgo, deben ser de 100 m como mínimo.  El artículo N° 15 del D.S. 045-2001-EM, faculta a ubicar las construcciones de las instalaciones conforme a las normas IRI.

5.

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Es imprescindible especificar las deficiencias que presentan ambos sistemas. Una forma de resaltar las fortalezas y debilidades del sistema existente y el planteado es estableciendo un nexo comparativo con una caldera a vapor, por lo que, a continuación se proporcionará a detalle las fortalezas y debilidades de cada sistema: 5.1. Sistema de Aceite Térmico a) Fortalezas -

Al no trabajar con vapor, no necesita de producción o utilización de agua dulce y por consiguiente evita todos los procesos relacionados al tratamiento de agua: descalcificación, desmineralización, corrección de pH, etc.

-

Evita todos los trabajos de mantenimiento relacionados a las inevitables deficiencias de tratar con vapor: reparación, sustitución de purgadores, purgas continuas, fugas de vapor en la instalación, corrosión en válvulas, consumidores y aparatos, extracciones de lodos, exceso de alcalinidad, oxidación, exceso de oxígeno, etc. Esto gracias a que el fluido térmico no requiere ningún tratamiento y su vida útil que oscila entre 6 y 12 meses, aproximadamente, con un adecuado mantenimiento de los elementos de control y seguridad en la caldera. No existen pérdidas energéticas por cambio de fase.

-

Más seguro: Se pueden obtener temperaturas de operación elevadas en forma estable y a muy baja presión (imposibilidad de explosión interna). Es un sistema que opera automáticamente debido a los equipos de estricto control con los que cuenta para prevenir situaciones de emergencia. La figura 1 muestra el comportamiento de la presión ante un aumento de la temperatura para ambos sistemas.

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Figura N° 1: CURVA PRESION vs TEMPERATURA

Fuente: The Fulton Companies. Calentadores de Fluido Térmico -

Reducción en los costos operacionales y mantenimiento: esto se puede observar a lo largo de la vida útil de los equipos y por ende del sistema (30 a 40 años aproximadamente). En la figura 2 se muestra el aumento de los costos de mantención de ambos sistemas. Figura N° 2: Costos de Mantenimiento Vs Años transcurridos

Fuente: Tesis de Ingeniería Universidad Austral de Chile -

Un control eficaz de temperaturas finales de ±1ºC, esto genera una clara ventaja para procesos continuos por su elevada estabilidad y alta precisión de regulación al producto final, ya que por extensa que sea la distancia, los usuarios más alejados reciben una temperatura y presión adecuada.

-

Mayor eficiencia en cuanto a calderas. Una caldera de aceite térmico es capaz de producir desde 100 kW a 20,000 kW a 8 bar, que en una

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN caldera de vapor equivale a 32t/h a 16 bar. Así se puede apreciar que este tipo de caldera, a pesar de ser de menor tamaño y presión, puede satisfacer la misma demanda energética. A continuación, en la figura 3 una evaluación de dos calderas de igual capacidad y con el mismo quemador: Figura Nº 3: Comparación entre caldera de vapor y caldera de aceite térmico de Igual Capacidad

Fuente: Tesis de Ingeniería Universidad Austral de Chile 18 ton 26 ton 84 % 13 m2

-----------------

Peso Neto Peso Alimentado Eficiencia Quemador Área de apoyo

-----------------

13 ton 15 ton 88% 9 m2

Una caldera a vapor utiliza mucho más espacio del que ocupa una caldera de aceite, al existir una circulación constante del aceite, no se requiere una gran cantidad de fluido contenido en la caldera y el volumen requerido es proporcional a la superficie. La superficie de calefacción se optimiza al no existir un cambio de fase y no existen pérdidas por evaporización. En el Cuadro Nº 1 se puede apreciar las diferencias en eficiencia térmica: Cuadro Nº 1: Comparación de Eficiencias de calderas

Caldera de vapor Eficiencia de la caldera Pérdidas por purgas Pérdidas por evaporación Eficiencia térmica

84% 5% 1% 78%

Caldera de aceite térmico Eficiencia del calentador 88%

Eficiencia térmica

88%

Fuente: Tesis de Ingeniería Universidad Austral de Chile -

Simple operación de encendido y apagado: Facilita su puesta en servicio.

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Produce menos corrosión: Debido a que es un líquido lubricante, no es corrosivo y no provoca desgaste en la caldera ni en las redes de tuberías.

-

Virtualmente todo el calor que no es usado es regresado a los calentadores.

-

Ahorro de combustible entre 12 y 25%.

-

Aspecto legal: Debido a que los sistemas de aceite térmico no son sometidos a presión, salvo la presión de la columna desde el tanque de expansión, siempre se clasifican como calentadores o equipos de calefacción. Esto los exime de la necesidad de tener operadores dedicados y poseer una construcción específica para la sala de calderas y demás normas que rigen para el vapor. Por lo anterior, pueden emplazarse en cualquier lugar, incluso junto a las máquinas de producción con el consiguiente ahorro en tendido de pipping y aislamiento.

b) Debilidades -

Se necesita enormes cantidades de aceite para ser bombeado debido a la baja transferencia de calor.

-

Se debe asegurar la circulación forzada del aceite, es necesario contar con dobles equipos de circulación del fluido (bombas de circulación).

-

Una avería en las bombas producirá un parado de emergencia del sistema, lo que impedirá su puesta en servicio hasta reparar la falla.

-

El controlador de temperatura de flujo es complicado y costoso, el sistema no puede operar si este no funciona correctamente.

-

El

aceite

térmico

es

costoso

y

tiene

que

ser

reemplazado

frecuentemente si los operarios no cumplen con el control excesivo necesario para mantención del sistema. Se debe recordar que el sobrecalentamiento del aceite térmico varía las características físicas de este. -

Maniobrar una fuga en un tubo dentro de una caldera resulta un procesos complejo, que puede requerir incluso la asistencia del fabricante.

-

Existe riesgo de Corrosión por alta temperatura al momento de calentar ácidos en los aditivos químicos que pueda contener el aceite.

-

El costo inicial de instalar un sistema de aceite puede llegar a superar el 20% comparado con un sistema de vapor de iguales características.

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Una capacidad de calor muy alta en movimiento, que requiere de bombas recirculadoras y válvulas especiales, así como un alto grado de aislamiento térmico.

-

Peligro de fuego, contaminación y envenenamiento

5.2. Sistema de vapor a) Fortalezas -

Desde el punto de vista de transferencia de calor, el vapor proporciona un calentamiento más rápido debido a que posee un coeficiente de transferencia mucho mayor que otros medios de calor, como se puede apreciar en el Cuadro 2:

Cuadro Nº 2: Coeficiente de transferencia de Calor de algunos fluidos Tipo de Fluido

h=

Aire (convección natural)

5 - 25

Vapor de aire/vapor sobrecalentado (fuerza la convección)

20 - 300

Aceite (convección forzada) Agua (convección forzada) Agua (hirviendo) Vapor (condesación)

60 - 1800 300 - 6000 3000 - 60000 6000 - 120000

Fuente: Sergio Árias Fernández web -

El Agua y vapor son excelentes medios para transportar y transferir calor; el agua posee un alto calor específico y el vapor un elevado calor latente, lo que provoca que la cantidad de calor latente entregado es de 2 – 5 veces mayor que la cantidad de calor sensible contenido en el agua caliente (agua saturada) después de la condensación, lo que consecuentemente provoca una liberación de energía más rápida al cambiar de fase a condensado.

-

El vapor no se deteriora con el uso y tienen un muy bajo costo ya que su materia prima es el agua.

-

Sobre la transferencia de calor que produce, el área de transferencia de calor requerida es menor, lo que permite la reducción de costos iniciales de equipos.

b) Debilidades No obstante lo anterior, el uso de vapor o agua caliente, presenta las siguientes desventajas: -

Ambos causan la corrosión de materiales ferrosos.

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Menor factor de seguridad: Con el incremento de temperatura del vapor se incrementan las presiones y por lo tanto surgen elevadas presiones de Operación de alto costo (máxima temperatura es 316 °C - 104 bar ó 1508 psi). En la Figura 1 anteriormente mostrada, se puede apreciar lo peligroso que resulta un sistema de vapor debido a las altas presiones que deben manejarse.

-

El uso de vapor requiere de sistemas de retorno de condensado, tratamiento de agua y operación continua ya que dicho vapor presenta cambios de fase del medio de transferencia de calor.

-

Los sistemas de vapor contienen un mayor número de válvulas y trampas de vapor, debido a la necesidad constante de recuperación de agua (con sus respectivos minerales disueltos) provocando que se susciten gastos por la utilización de aditivos químicos, y por consiguiente, tiene un alto costo de mantenimiento.

6.

DESCRIPCION DEL SISTEMA EXISTENTE La Refinería Conchán, actualmente, cuenta con un sistema de calefacción de vapor para tanques de residuales y asfaltos en el área de movimientos, cuyas características son las siguientes: 6.1. Capacidad operativa 

Caldera APIN: 15,000 lb/hr de vapor.



Caldera FOSTER WHEELER: 30,000 lb/hr de vapor.



Producción promedio de vapor: 12,000 lb/hr.



Características de producción: Vapor saturado de 200 y 100 PSI.

6.2. Áreas de utilización: 

Procesos: 5,000 lb/hr de vapor (estimado al 23 de Marzo 20008).



El saldo de la producción (7,000 lb/hr) es utilizado en el área de Movimiento de Productos (MPA).

6.3. Tipo de regulación de vapor: 

El vapor de 100 PSI se obtiene a partir del vapor de 200 PSI, mediante una válvula reguladora operada manualmente.



No se cuenta con una válvula reductora de presión automática, por lo que la presión real del vapor de 100 PSI está en el rango de 40 – 60 PSI.

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 6.4. Usuarios del calor producido por el vapor en los Sistemas de Asfaltos y Residuales: 

Vapor de 200 PSI: Funcionamiento de bombas reciprocantes a vapor (P2A, P-116, P-12A, entre otras).



Vapor de 100 PSI: Funcionamiento de venas de calentamiento (Tubería 1” Ø).



Vapor de 200 y 100 PSI: Funcionamiento de serpentines y calentadores de succión de tanques.



Vapor de 100 PSI: Funcionamiento de intercambiadores de calor que utilizan vapor (E-36, Unidad de Desalado y E-23, Área de Servicios Industriales- SSII).

6.5. Complementos: 

Los tanques cuentan con un recubrimiento térmico de Silicato de Calcio de aproximadamente 2 pulgadas.



Las redes de tuberías disponen de sistema de purgas de condensado con trampas, las cuales se sitúan al final de cada una. Las tuberías tienen vapor de trazo (1/4” Ø) o vena de calentamiento (Tubería 1” Ø) y una cubierta de lana mineral con cubierta de latón la cual tiene muchas años de antigüedad y es necesario inspeccionar para su reparo o cambio total.



La relación de los tanques que utilizan vapor de calefacción permanente es la siguiente: Tanque 3A 9 13 14 33 36 47 59 72 1 22 49 58

Calentador Serpentín de de succión Calefacción ASF 85/100 x x ASF 60/70 x Producto

ASF RC-250

Sin precisar

Sin precisar

ASF MC-30

Sin precisar

Sin precisar

x x x x

ASF 85/100 ASF 85/100 ASF 60/70

x

ASF 120/150 ASF 60/70

Sin precisar

P.I - 500

x

Sin precisar

P.I - 500 P.I - 500 P.I - 6

x x x

6.6. Imágenes ilustrativas del estado actual: A continuación se muestran unas fotografías del estado deteriorado del sistema de calentamiento usado en la actualidad en las figuras 4 – 7:

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Figura Nº 4: Trampas de vapor cerca del Tanque 9

Figura Nº 5: Trampas de vapor cerca del Tanque 33

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Figura Nº 6: Línea cercana al Tanque 3A (tracer separado de la tubería)

Figura Nº 7: Línea del Tanque 9 (sin aislamiento)

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 7.

BASES DE DISEÑO La evaluación técnica consiste en calcular la energía necesaria para calentar los Sistemas de Asfaltos y Residuales, es decir, determinar la razón de pérdida de calor global de ambos sistemas a compensar para analizar si es posible la adaptación de las venas y serpentines en funcionamiento a la circulación del aceite térmico. 

El aceite térmico se utilizará para el calentamiento de ambos sistemas (asfaltos y residuales) que incluye tanques y tuberías. El Sistema Hot Oil que se debe instalar será diseñado en base a la suma global de la razón de pérdidas de calor producidas en condiciones reales de tanques y tuberías aislados.



Para realizar los cálculos de las pérdidas de calor en tanques y tuberías al exterior se utilizaron las siguientes literatura:  “Procesos de Transferencia de Calor” – Donald Q. Kern.  “DESIGN PRACTICE” – Exxon Engineering.  “Transferencia de Calor” - Yunus Cengel.



El sistema Hot Oil tendrá su máxima demanda de calor cuando la Unidad de Destilación al vacío esté fuera de servicio, los Tanques de Asfaltos y Residuales

llenos

(Petróleo

Industrial

despachándose

por

la

Línea

Submarina) y la Planta de Ventas de Asfaltos despachando en todas sus líneas. 

Los cálculos para el dimensionamiento de los equipos Hot Oil, se realizarán asumiendo que el aceite térmico sólo transfiere calor sensible, es decir una transferencia de calor que provoca un aumento de temperatura en los usuarios sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado físico.



Temperatura deseada en tanque de Asfalto: 320 ºF. Temperatura deseada en tanque de Residual: 170 ºF.



Flujo de despacho de asfalto y residual en planta de ventas: 1200 BPH. Flujo de despacho de residual a buques: 2500 BPH.



Los serpentines de calentamiento con vapor existentes en los tanques serán reemplazados por serpentines con aceite térmico. estos deberán ir ubicados en el punto más bajo del tanque, con entrada del aceite térmico al tanque por la parte inferior y salida por la parte superior. Esto optimizará la transferencia de calor que por naturaleza tiende a ser de manera ascendente.

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 

Sobre el Calor transferido de tanques al ambiente, se considerará: flujo dentro del tanque en estado estacionario, flujo de aire circundante alrededor del tanque en estado no estacionario y tanques con recubrimiento térmico



Sobre el Calor transferido de tuberías al exterior, se considerará: flujo en movimiento tanto en el interior (flujo fondos de vacío) como en el exterior de las tuberías (flujo de aire), por ser el caso más crítico.



El sistema de bombeo que circulará el aceite térmico será determinado por el proveedor, basado en los cálculos presentados en el presente documento. Un bosquejo general del diseño del proceso se presenta en el la figura 8: Figura N° 8: Instalación Típica de un Sistema de Bombeo de Aceite Térmico



Las venas de calentamiento con aceite térmico deberán ser capaces de suplir la pérdida de calor producida en tiempo real en las tuberías (BTU/hora). Se utilizará una ruta similar a la del sistema de calentamiento recorrido por el

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN vapor y solo serán consideradas las tuberías de despacho y cabotaje debido a que los productos provenientes de UDP no requieren de suministro de calor. 

Se determinarán las longitudes de las tuberías necesarias de calentar con los planos proporcionados por la Refinería Conchán.



Las tuberías de aceite térmico que se encargarán de calentar los tanques y las líneas principales, estarán distribuidas por medio de una tubería de salida, la cual será ramificada a cada serpentín de calentamiento en los tanques. Los serpentines de los tanques son proporcionados, estos contarán con un retorno al intercambiador de calor por medio de una tubería principal denominada “de retorno”, los ramales de los serpentines estarán conectados entre sí en una unión totalizada a la salida de los tanques.



Las tuberías de aceite térmico que calentarán las líneas principales, no contarán con trampas, ya que el aceite no cambiará de fase. Luego de haber calentado los objetivos, el aceite retornará por una línea “de retorno”, la cual será impulsada por una bomba y de esta a un filtro para posteriormente volver al calentador.



El número de venas de calentamiento para las líneas principales será determinado en base a la demanda térmica de las líneas y al rango de temperatura permisible del aceite. (Ver Anexo Nº 4)



Se seleccionará un aceite térmico que trabajará en un rango que como mínimo supere la temperatura objetivo de los productos y no exceda su límite de temperatura permisible especificado por el fabricante.



Dependiendo de la distancia que separe a los sistemas de asfalto y residual, y con la finalidad de obtener un dimensionamiento equilibrado del equipo de bombeo se considerarán dos sistemas: Uno para Residuales y otro para Asfaltos. Decisión para la etapa de Ingeniería de Detalle.



Para poner en servicio el sistema deberá incluirse como parte del proyecto la inspección y/o reparación de las venas de calentamiento de tuberías, serpentines de calentamiento de Tanques, Intercambiadores de Calor en Tanques, Aislamiento Térmico. Las tuberías de “traza de vapor” deben cambiarse a “venas de calentamiento” (1‟‟ ɸ).



Durante la ubicación de los equipos Hot Oil deberá levantarse un plano de áreas peligrosas para ubicar los equipos en un área no clasificada.



El Valor del proyecto incluirá el sistema Hot Oil, su conexión al proceso, reparación de las venas de calentamiento, desconexión del sistema de vapor, reparación del recubrimiento térmico, entre otros.

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 8.

SELECCIÓN DE EQUIPAMIENTO DEL SISTEMA “HOT OIL” A continuación se describen los elementos, que típicamente forman parte de un sistema de fluido térmico; y que fueron incluidos en la figura 9: Figura N° 9: Circuito de aceite térmico con calentador y 2 bombas

Fuente: FIMACO S.A Quedando implícito que parte del sistema también lo conforma el aceite térmico y el aislamiento térmico que necesitan tanto los tanques como las tuberías. Subdividiendo este grupo de elementos en dos como: Elementos principales y Elementos auxiliares. La selección de cada uno de los equipos del Sistema HOT OIL se determina de la siguiente manera: 8.1. ELEMENTOS PRINCIPALES 8.1.1. Fluido Térmico o Aceite térmico Al igual que el vapor, el aceite es un medio de transporte de energía del punto de generación (calentador) a los diferentes equipos que requieran de dicha energía en forma de calor (usuarios). El aceite está compuesto por mineral e

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN hidrocarburo ya sea natural, parafínico o sintético. De manera general los factores considerados para su selección son: eficiencia, estabilidad térmica, adaptabilidad a varios sistemas y propiedades físicas (presión de vapor, punto de fluidez, punto de inflamación y punto de autoencendido). Los aceites multipropósito son inaceptables, ya que tienen un punto de inflamación por debajo del requerido por el sistema, una densidad muy variable y por ende su viscosidad también. Estos aceites multipropósito son usados en transmisiones hidráulicas (tractores comerciales y agrícolas), equipos de construcción, sistemas de frenos húmedos, etc. A continuación una lista de los aceites térmicos más conocidos en el mercado, cuyas características los hacen sujetos a consideración. Adicionalmente, en el Cuadro 3 una comparación entre dos aceites del mercado. AMOCO

Transfer Oil 1499

CHEVRON

Teknifax

DOWTHERM

Dowtherm A o G (excelentes cualidades)

EXXON

Caloria HT 43

MOBIL

Mobiltherm 603 o 605

MONSANTO

Therminol 66 *

MULTITHERM

IG-2

PARATHERM

Paratherm NF o NE

PARATHERM

HR Sintético (excelentes cualidades)

PETROCANADA

CalFlo

SHELL

Thermia 23

TEXACO

Texatherm

Cuadro Nº 3: Comparación de aceites Paratherm HR™ con Therminol 66* Propiedad

Paratherm HR™

Therminol 66

Composición Química

Alkylated Aromático Terfelino Modificado

Temperatura Máxima de Operación

650ºF (343ºC)

650ºF (343ºC)

Temperatura Máxima de Película

700ºF (371ºC)

705ºF (374ºC)

Temperatura Mínima de Inicio (300 cSt)

11.0ºF (-12ºC)

52.0ºF (11ºC)

Coeficiente de Viscosidad Cinemático a 40ºC

11.0 cSt

29.6 cSt

Coeficiente de Viscosidad Cinemático a 100ºC

2.4 cSt

3.8 cSt

Densidad a 25ºC

7.98 lb/gal (956 kg/m3)

8.39 lb/gal (1005 kg/m3)

**Grado de Descomposición (ASTM D6743)

0.15

0.56

Por lo general se debe seleccionar un fluido que tenga un coeficiente de expansión térmica menor al 20% del volumen inicial del fluido de 10ºC a 315ºC. Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN *IMPORTANTE:

Se

debe

tener

una

consideración

especial

con los

calentadores con quemador ya que existe una temperatura de película, que es la temperatura de superficie caliente dentro de ellos y que es superior a la temperatura del grueso del aceite térmico. Dicha temperatura no es la misma que la temperatura límite a la que puede ser sometido el fluido. Si esta temperatura de película supera la temperatura máxima recomendada de película del fluido, este se sobrecalentará, lo que producirá una pérdida de capacidad de calentamiento y una alta presión del sistema. Los termómetros medirán en el calentador, la temperatura del grueso del aceite y no la temperatura de película. La determinación del flujo (caudal) requerido de aceite térmico (Qaceite) se calcula de acuerdo a los siguientes parámetros: -

Temperatura de Ingreso de Aceite Térmico al caldero (Te).

-

Temperatura de Salida de Aceite Térmico del caldero (Ts).

-

Capacidad calorífica del aceite a la temperatura promedio de trabajo (C).

-

Potencia del Caldero (Pcaldero).

La fórmula para dicho cálculo se muestra:

Qaceite 

Pcaldero C (Ts  Te )

Tanto el cálculo del flujo del aceite como la determinación del tipo de aceite serán evaluados por el proveedor. 8.1.2. Calentador o Caldero El calentador es el elemento principal del sistema HOT OIL. Consiste en un cilindro de acero sellado en sus extremos (la carcasa) y aislado térmicamente, en su interior esta adherido a una pared refractaria, también está ubicado el serpentín, que son los tubos concéntricos por los cuales circula el aceite. La superficie de calefacción está constituida por la pared refractaria a la carcasa y el serpentín. Dentro del caldero se puede notar un lado de fuego y un lado del aceite. La función de este calentador es, mediante una fuente de calor, incrementar la temperatura del fluido térmico que ingresa con una temperatura de retorno luego de haber proporcionado calor a los elementos necesarios. Existen dos tipos de disposición de una caldera de aceite térmico, vertical u horizontal, factor que depende, principalmente, del espacio que se cuenta para instalarla en la sala de máquinas. Una ilustración se muestra en la figura 10:

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Figura Nº 10: Calderas de fluido térmico vertical y horizontal

Fuente: PIROBLOC efficient heating Es sumamente importante la razón de flujo de calor, de tal manera que no se produzca un sobrecalentamiento y por lo tanto el craqueo

del aceite y la

consiguiente formación de una capa de choque. Los factores que afectan el flujo de calor son los siguientes: • Velocidad del fluido • Viscosidad • Calor específico • Conductividad térmica • Gravedad específica • Diámetro de los tubos La potencia necesaria será determinada por el proveedor de acuerdo a la cantidad de calor total requerido y el tiempo de funcionamiento diario. Su cálculo es el siguiente:

( Pcaldero  Qt * t ) Pcaldero= Potencia Térmica del Caldero (Watts, BTU/h) t = Tiempo de funcionamiento diario (horas) La selección de un caldero se determina a través de la evaluación de las tablas mostradas en el apéndice “A”. 8.1.3. Chimenea El calentador debe contar con una sección de chimenea del tamaño propicio a la salida de gases generados en el calentador. Esta chimenea deberá estar fabricada por un material capaz de soportar los 1200 ºF.

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Se debe proveer un soporte adecuado para la chimenea con la finalidad de que el peso de esta no recaiga sobre la salida de gases del calentador. En la figura 11 una representación de una chimenea. El tamaño y dimensiones serán determinados por medio de tablas tabuladas presentadas por los fabricantes como la que se muestra seguidamente, basada en la potencia calórica del caldero:

Figura N° 11: Dimensiones Generales Chimenea del Caldero

Fuente: Documento Web Referencial

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 8.1.4. Tanque de Balance o Expansión El aceite térmico, al igual que todos los fluidos, se expande al aumentar su temperatura. Por ello es una parte indispensable del sistema, siendo sus funciones las siguientes: -

Absorber la expansión del aceite térmico al calentarse.

-

Deaerear el aceite con la finalidad de evitar al máximo la corrosión en el sistema, ya que este al ser expuesto al contacto con el oxígeno se oxida. Esto favorece el hecho de que el aceite más frío del sistema sea el que entre en contacto con el ambiente dentro del tanque de expansión atmosférico y así evitar que el mismo vuelva a capturar oxígeno.

-

El tanque de expansión actúa como un sello frío, que permite asegurar una larga vida del aceite térmico.

En la mayoría de casos, se utiliza el tamaño de tanque de expansión que el fabricante ha dimensionado para cada tipo de calentador, pero en caso que se desee dimensionar, se debe conocer los siguientes datos: A:

Coeficiente de expansión térmica del fluido a utilizarse.

B:

Temperatura máxima de operación del fluido.

C:

Volumen del fluido en el sistema a temperatura ambiente.

Ta:

Temperatura ambiente.

El volumen de expansión es el volumen dentro del tanque de expansión que corresponde a la diferencia entre el llenado inicial (aproximadamente 4 pulgadas de altura de aceite en el tanque) y el nivel máximo de llenado (por razones de seguridad para evitar rebalses). La capacidad del tanque debe ser el doble de la capacidad de expansión del fluido térmico contenido en el sistema. Lo anterior se traducirá que el contenido de aceite en el tanque será de un 25 % cuando el sistema esté frío y 75 % cuando se haya producido el calentamiento. La ubicación del tanque de expansión debe ser conectada a la succión o descarga de las bombas y estar localizada a una altura superior a cualquier elemento, que forme parte del sistema. La línea de conexión del tanque de expansión al sistema no debe ser aislada, para asegurar la presencia de aceite frío en el tanque. En algunos caso incluso se considera una camisa refrigerada por agua para esta línea de unión de tanque con el sistema. El tamaño de esta línea debe ser el mínimo posible para asegurar el flujo desde y hacia el tanque,

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20

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN evitando el calentamiento por convección que se produce cuando el diámetro de esta línea es excesivo. En algunos sistemas existen varias líneas, que interconectan el tanque de expansión con el sistema, para facilitar el llenado. Estas líneas adicionales deben contar con válvulas y éstas deben cerrarse una vez que le sistema se haya llenado de aceite térmico, para evitar el calentamiento del tanque por efecto “termosifón”. La Figura 12 ilustra un tanque de expansión con sus elementos: Figura N° 12: Tanque de Expansión o balance

Fuente: The Fulton Companies El tanque de expansión de aceite térmico se debe instalar de tal manera que asegure la mantención de una presión diferencial positiva entre el aceite térmico y el fluido crudo. Esto garantizará que en caso de que ocurriera algún tipo de liqueo (goteo) en el equipo intercambiador de calor el aceite térmico fluirá dentro del asfalto y no el asfalto dentro del aceite térmico, que puede dar lugar a quemadura del tubo del calentador. Su determinación deberá ser establecida por el proveedor. 8.1.5. Bombas de Recirculación Este elemento tiene como función forzar la circulación del aceite térmico por todo el sistema. En estos sistemas es posible utilizar tanto bombas centrífugas como las del tipo de desplazamiento positivo. En el caso de las bombas centrífugas, la verificación de la presión de descarga (pérdida de carga del sistema) es muy importante. Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN El caudal de aceite térmico que las bombas deben ser capaces de impulsar, tiene relación con la cantidad de calor a transportar hacía los consumos y las diferencias de temperatura asociadas en consumos y pérdidas en líneas. Estas diferencias de temperatura debieran estar en torno de 20 °C. Las filtraciones de aceite por sellos no deben ser recuperados. Las bombas deben ser ubicadas aguas arriba del o los calentadores y ubicar el tanque de expansión en la succión para asegurar una presión positiva y así prevenir el ingreso de aire. Los filtros deben ser ubicados en la succión de las bombas. Luego, las características a tomar en cuenta para seleccionar la bomba de recirculación del aceite térmico son: -

El flujo necesario de aceite térmico en el sistema y el flujo máximo recomendado para el calentador.

-

Presión necesaria en el fluido térmico para vencer pérdidas en el sistema.

-

Temperatura máxima de operación del fluido térmico. Si la temperatura máxima es inferior o igual a 600ºF, la bomba será enfriada por aire, de lo contrario, será enfriada por agua.

Cualquiera que sea el caso, la bomba debe ser una bomba de fabricación especial para fluidos térmicos a alta temperatura. En la figura 13 se muestra el desempeño de una bomba centrífuga de recirculación para fluido térmico, en la figura 14 una representación de una bomba y en la figura 15 vista en corte de una bomba centrífuga: Figura N° 13: Curva de desempeño de una bomba centrífuga

Fuente: Thermal Liquid Pumps

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Figura N° 14: Bomba de Desplazamiento Positivo para Aceite Térmico

Fuente: Thermal Liquid Pumps Figura N° 15: Vista en corte de una bomba centrífuga para Aceite Térmico

El sistema de bombeo que circulará aceite térmico será determinado basado en los cálculos del flujo y la potencia del caldero, y será evaluado por el proveedor. En el apéndice “B” se muestran los parámetros requeridos para la adecuada selección de la bomba 8.1.6. Tuberías La viscosidad del aceite térmico cuando esta frío también se tiene que considerar cuando se dimensiona la tubería. Las Tuberías preferidas para sistemas de aceite térmico son las ASTM A-52 y ASTM A-106 sin costura, y deben regirse por especificación API de Grado B 5L. Toda la tubería, valvulería y demás equipos que integra el circuito deberán estar diseñados para soportar una presión mínima de operación equivalente a la que esta estampada en el calentador. Cuando se precalienta las tuberías antes de proceder a la descarga, es necesario asegurarse del grado de asfalto que se está manejando, ya que de esto depende la viscosidad inicial de bombeo del producto, de esta manera se evitará que el sistema trabaje a una excesiva presión, o posiblemente, ocurran

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN desconexiones de tuberías antes de que el producto sea recibido en los puentes de despacho. Ya que el objetivo es calentar las tuberías principales de descarga a puentes de despacho y cabotaje (residuales), se estima calentar las tuberías principales mediante trazadores de calor de aceite térmico o chaquetas de calentamiento (venas de calentamiento). En las figuras 16 y 17 se muestra un esquema de ambas opciones: Figura N° 16: Esquema típico de chaquetas de calentamiento

Figura N° 17: Trazadores de Calor de Aceite térmico

Fuente: Instalación de Planta de recepción, almacenamiento y despacho de cementos asfálticos en Guayaquil Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN No se usarán de ningún modo tuberías o fittings de cobre o aleaciones de cobre, ya que, promueven la oxidación del aceite y formación de barro. Tampoco deben usarse fundaciones de fierro, ya que, tienden a fracturarse. Las conexiones empernadas se deben evitar en lo posible, para evitar posibilidades potenciales de accidente. Si el uso de conexiones atornilladas es inevitable, soldadura autógena especial debe ser utilizada. La necesidad de contener el aceite dentro del sistema es de suma importancia, por lo que es necesario considerar un buen diseño de tubería, soladura, flangeado adecuado, empaquetadura y todo factor que ayude a eliminar fugas. Es imprescindible que no quede suciedad, agua o residuos de soldadura dentro del sistema durante la construcción de la instalación. 8.1.7. Aislamiento Térmico para Tanques y Tuberías - Venas Los tanques de almacenamiento de los productos en la actualidad cuentan con un recubrimiento térmico de lana mineral, cuyo espesor bordea las 2 pulgadas y por lo tanto será el espesor a considerar en el cálculo de la pérdida de calor en ellos. Todas las tuberías, incluyendo manifolds en el calentador contarán con un aislante térmico apropiado para las altas temperaturas y así prevenir la excesiva pérdida de calor y daño personales. Las tuberías principales al someterse a la transferencia de calor que deben lograr las venas de calentamiento, necesitan un recubrimiento térmico, el cual tiene como objetivo preservar dicha transferencia de calor, logrando así la eficacia de esta transferencia, ya que en todo momento tanto el calor que provee la vena de calentamiento como el calor que pierde las tuberías principales tienden a perderse al exterior. El recubrimiento térmico será de tal manera que encierre a la tubería principal acompañada de la vena de calentamiento de aceite térmico, pero para fines de cálculo de la pérdida de calor en tuberías no se considerará tubería con vena, sino tan solo el acompañamiento de un aislante en forma de cañuelas de 2 pulgadas de espesor que actualmente se utiliza en la Refinería. Una representación del aislamiento a convenir para el sistema tubería-vena se muestra en las figuras 18 y 19:

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Figura N° 18: Aislamiento para tubería – vena de calentamiento.

Figura N° 19: Vista de un trazador de aceite térmico

Fuente: Instalación de Planta de recepción, almacenamiento y despacho de cementos asfálticos en Guayaquil 8.2. ELEMENTOS AUXILIARES 8.2.1 Regulador de Presión Se deberá considerar un regulador de presión, que asegure el flujo de aceite a través del calentador. El regulador de presión permitirá prevenir problemas de craqueo del aceite o sobrecalentamiento en los calentadores por bajo flujo de aceite térmico.

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 8.2.2 Material para Sellos y Empaquetaduras Los sellos y empaquetaduras deben ser resistentes al aceite, por lo que se recomienda utilizar material metálico (sobre 204 °C). 8.2.3 Manómetros y Termómetros Debido a los rangos de presión que se manejan, es recomendable usar manómetros de rango intermedio. Estos manómetros deben ser capaces de soportar la presión a la que se disparará la válvula de seguridad (casi 100 PSI). Los termómetros deberán ser capaces de medir las temperaturas a las que se operará el sistema. 8.2.4 Conexiones eléctricas Los siguientes equipos deben contar con un fusible con interruptor por separado: -

Bomba de recirculación de aceite térmico.

-

Circuito de control.

-

Motor del ventilador y bomba de aceite (unidades a combustible).

-

Resistencias eléctricas para el calentamiento (unidades eléctricas).

Los fusibles deben ser dimensionados de acuerdo a la placa de los motores, capacidad de resistencias y los códigos locales. En todas las unidades, la bomba de recirculación, el motor del ventilador, la bomba de combustible en las unidades de serpentín y todas las resistencias eléctricas contará con una fuente de corriente trifásica. El voltaje disponible en las instalaciones no deberá diferir del voltaje nominal especificado en el equipo en un rango mayor de más o menos 10%. 8.2.5 Válvulas Las válvulas de venteo y drenaje a utilizar por lo general son de ½„‟ o ¾„‟ de diámetro, por lo tanto, el cuerpo y los sellos deben estar hechos de materiales que soporten el aceite térmico a altas temperaturas. También contarán con un material sellante apropiado (Felpro HPS). Las válvulas de drenaje irán en los puntos más bajos de la red de tuberías de la instalación y las válvulas de venteo serán instaladas en los puntos más altos. Las válvulas destinadas al control del paso del aceite o como aislantes serán soldadas, de acero forjado, fundido hierro negro.

9.

ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA A SUMINISTRAR CALOR Los elementos que conforman los Sistemas de Asfaltos y Residuales son:

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27

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 9.1. Tanques de Servicio: TANQUES ASFALTO Diámetro (pies)

Diámetro (metros)

Altura (pies)

Altura (metros)

TANQUE

Especificación

3A

85/100

44.61

13.60

42.33

12.90

Capacidad Nom. (MBLS) 11.3

9

60/70

36.59

11.15

39.75

12.12

7.5

13

RC-250

44.19

13.47

39.92

12.17

10.0

14

MC-30

42.47

12.94

39.72

12.11

10.0

33

85/100

27.51

8.39

47.92

14.61

4.5

36

85/100

21.96

6.69

17.85

5.44

5.0

47

60/70

41.36

12.61

34.17

10.42

8.0

59

120/150

50.38

15.36

38.34

11.69

13.0

72

60/70

30.37

9.26

15.68

4.78

2.0

TANQUES RESIDUAL TANQUE

Especificación

Diámetro (pies)

Diámetro (metros)

Altura (pies)

Capacidad Nom. (MBLS)

Altura (metros)

1

P.I - 500

44.61

13.60

42.33

12.90

30

22

P.I - 500

36.59

11.15

39.75

12.12

20

49

P.I - 500

44.19

13.47

39.92

12.17

29.6

58

P.I - 6

42.47

12.94

39.72

12.11

3

Fuente: Unidad Control de Gestión – RCON Elaboración Propia 9.2. Tuberías de despacho a Planta de ventas: Schedule 40 acero al carbono TUBERÍAS ASFALTO Especificación ASF 85/100

Desde Tanque

A Puente Nº Linea Despacho

Longitud (pies)

D. Nominal (pulg)

D. Interno (pies)

D. Externo (pies)

Rugosidad Relativa

3A

13

1

285.10

6

0.5054

0.5521

0.046

ASF 60/70

9

13

2

357.61

6

0.5054

0.5521

0.046

RC - 250

13

15

3

847.93

6

0.5054

0.5521

0.046

MC - 30

14

13

4

774.90

8

0.6651

0.7188

0.046

ASF 85/100

33

13

5

155.51

8

0.6651

0.7188

0.046

ASF 85/100

36

14

6

29.92

4

0.3355

0.3750

0.046

ASF 85/100

36

14

7

91.86

6

0.5054

0.5521

0.046

ASF 60/70

47

12

8

415.35

6

0.5054

0.5521

0.046

ASF 120/150

59

15

9

128.35

10

0.8350

0.8958

0.046

ASF 120/150

59

15

10

144.86

10

0.8350

0.8958

0.046

ASF 60/70

72

14

11

60.73

6

0.5054

0.5521

0.046

ASF 60/70

72

14

12

91.86

6

0.5054

0.5521

0.046

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28

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

TUBERÍAS RESIDUAL Especificación

Rugosidad Relativa

Longitud (pies)

D. Nominal (pulg)

D. Interno (pies)

D. Externo (pies)

1

92.52

10

0.8350

0.8958

0.046

2

268.80

6

0.5054

0.5521

0.046

Cuarto Bombas

3

505.77

6

0.5054

0.5521

0.046

Cuarto Bombas

4

322.54

10

0.8350

0.8958

0.046

Cuarto Bombas

PTE. 12

5

339.24

10

0.8350

0.8958

0.046

Cuarto Bombas

PTE. 12

6

339.24

10

0.8350

0.8958

0.046

Procedencia

Destino

Nº Linea

P.I. 500

Tk - 1

Cuarto Bombas

P.I. 500

Tk - 22

Cuarto Bombas

P.I. 500

Tk - 49

P.I. 6

Tk - 58

P.I. 500 P.I. 6

Fuente: Unidad de Proyectos – OFP Elaboración Propia

9.3. Tuberías de despacho Cabotaje: Schedule 40 acero al carbono TUBERÍAS RESIDUAL Rugosidad Relativa

Procedencia

Destino

Nº Linea

Longitud (pies)

D. Nominal (pulg)

D. Interno (pies)

D. Externo (pies)

P.I. 500

Tk - 22

Cuarto Bombas

7

156.17

10

0.8350

0.8958

0.046

P.I. 500

Tk - 49

Cuarto Bombas

8

252.89

14

0.3334

0.3556

0.046

P.I. 6

Tk - 58

Cuarto Bombas

9

187.01

8

0.6651

0.7188

0.046

Especificación

Fuente: Unidad de Proyectos – OFP Elaboración Propia 9.4. Especificaciones de productos en condiciones estándar

Residuales

Asfaltos Producto

API (15.6ºC)

Densidad Kg/Litro

ASF 60/70

7.2

ASF 85/100

7.5

ASF 120/150

8

MC - 30

20.7

RC - 250

16.7

1.0202 1.0180 1.0143 0.9297 0.9548

Producto

API (15.6ºC)

P.I. 500

15.3

P.I. 6

15.7

Densidad Kg/Litro

0.9639 0.9613

Fuente: Unidad de Proyectos – OFP Elaboración Propia 9.5. Recubrimiento térmico en tanques y tuberías de 2 pulgadas de espesor 9.6. Se realizarán cálculos en base a un bosquejo del proceso representado en la figura 21, obtenido de lectura de planos proporcionados por la Refinería Conchán de la figura 20:

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29

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Figura Nº 20: Plano editado Refinería Conchán

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DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Figura Nº 21: Esquematización del proceso

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31

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 10. EVALUACIÓN TÉCNICA: 10.1. Determinación de las densidades a temperatura de operación. La conversión de las densidades de los productos a temperatura de operación está basada en la siguiente metodología: i.

Se determina un coeficiente de expansión volumétrica para cada tipo de producto.

ii.

Se toma el diferencial de temperatura entre la temperatura objetiva y la temperatura estándar.

iii.

Se calcula el producto de los dos primeros parámetros, lo que determina el incremento porcentual de volumen del producto.

iv.

Haciendo una regla de tres simple a partir de la ecuación general de densidad, se determina el porcentaje que representa la densidad real respecto de la densidad estándar.

Los cálculos de esta metodología se muestran en el Anexo Nº 1 10.2. Cálculos de las pérdidas de calor en tanques. La metodología utilizada en estos cálculos es la siguiente: i.

Análisis de la dirección de la transferencia de calor: radial (pared) y axial (techo y piso). Vista frontal

Vista Superior

Techo

̇ Paredes

Piso ii.

Cálculo de la pérdida de calor en cada dirección, lo que implica determinar condiciones de entorno, del fluido almacenado y los materiales del tanque. La transferencia de calor, finalmente se produce por convección forzada.

iii.

Sumatoria de las pérdidas de calor en las tres direcciones

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32

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN La aplicación de la metodología y los cálculos de las pérdidas de calor de todos los tanques de interés se muestran en el Anexo Nº 2. 10.3. Cálculos de las pérdidas de Calor en Tuberías destinadas a despacho. El calor cedido hacia el ambiente desde el fluido que circula por el interior de una tubería aislada térmicamente hacia el ambiente, se calcula en base a la siguiente metodología: i.

Análisis de la dirección de la transferencia de calor por metro lineal: Radial

h0

ii.

Se establecen los parámetros ambientales, las propiedades del fluido, características de la tubería y aislamiento.

iii.

Se calculan los coeficientes convectivos interno (negros) y externo (aire) de transferencia de calor para obtener un coeficiente de transferencia de calor por convección resultante.

iv.

Se calcula el coeficiente de transferencia de calor por radiación.

v.

Se suman el coeficiente por convección resultante y el coeficiente por radiación, siendo esta suma el coeficiente de transferencia de calor global.

vi.

Se procede a calcular el calor transferido por pie lineal de tubería y por tramo total de cada línea.

Para un mejor análisis, se hicieron los cálculos para ambos sistemas independientemente. Los cálculos de las pérdidas de calor en tuberías se muestran en el Anexo Nº 3. 10.4. Determinación del número de venas a instalar para calentamiento de tuberías. Para determinar el número de venas de acompañamiento para calefacción, se adaptó la metodología aplicada en la literatura: “Selección del espesor de aislamiento térmico para tuberías de petróleo”, cuyo modelo matemático Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

33

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN permite seleccionar el espesor de aislamiento térmico para tuberías de trasiego de petróleo con traza de vapor. A diferencia de dicha metodología, los cálculos no serán orientados a determinar el espesor óptimo de aislamiento térmico (ya que en el Anexo 3 se determinaron las pérdidas de calor en tuberías con un recubrimiento térmico de 2 pulgadas ≈ 50.8 mm ≈ 0.051 m), sino a evaluar si la ganancia térmica que obtendría una tubería principal es suficiente con la instalación de una vena de 1‟‟ de diámetro, de no ser conveniente, la evaluación se hará para dos, tres… hasta obtener una reducción considerable en las pérdidas de calor, tomando en cuenta que la temperatura del aceite no debe exceder el rango permisible de su funcionamiento. A continuación, en las figuras 22 se representan ilustraciones de las posibles configuraciones de un sistema tubería-vena:

Figura 22 (a)

Figura 22 (b)

Figura 22 (c)

Para los casos (a) y (b), la cavidad termoaislada entre tubería y vena cuenta con ángulo selectivo de calentamiento (β), el cual determina la magnitud de la superficie de intercambio de calor entre ambas tuberías, y este puede ser mayor o menor que 180º. En base a las pérdidas de calor por pie lineal de tubería, se evaluará el número de venas acompañantes para su calentamiento. (Ver Anexo Nº 4)

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34

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

ANEXO Nº 1: Determinación de las densidades a temperatura de operación 1. Determinación del coeficiente de expansión térmica a partir de la tabla:

2. Diferencial de temperaturas (real y estándar): Asfaltos sólidos 60/70, 85/100, 120/150 De 60 ºF a 320 ºF: 320º – 60º = +260ºF Asfalto líquido RC – 250 De 60 ºF a 110 ºF: 110º – 60º = +50ºF Asfalto líquido MC – 30 De 60 ºF a 120 ºF: 120º – 60º = +60ºF Residuales P.I. 500 y P.I. 6 De 60 ºF a 170 ºF: 170º – 60º = +110ºF 3. Incremento Porcentual de volumen: 260ºF x 0.00035/ºF = 0.091 = +9.1 % (Asfaltos sólidos) 50ºF x 0.00040/ºF = 0.02 = +2 % (RC – 250) 60ºF x 0.00040/ºF = 0.024 = +2.40 % (MC – 30) 110ºF x 0.00040/ºF = 0.044 = +4.4 % (PI – 500 y PI – 6) 4. Densidad real en porcentaje respecto de densidad estándar: -

Asfaltos Sólidos:

100% (X%)

X = 91.65 % respecto de densidad estándar

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35

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN -

RC-250: 98.04% respecto de densidad estándar

-

MC-30: 97.66% respecto de densidad estándar

-

P.I-500 y P.I-6: 95.785% respecto de densidad estándar

5. Tablas de densidades y grados API a temperatura real: Cuadros Nº 4, 5, 6, 7: Cuadro Nº 4

Cuadro Nº 5

Residuales

Asfaltos Producto

Temp ºF

API

Densidad Kg/Litro

ASF 60/70 ASF 85/100 ASF 120/150 MC - 30 RC - 250

320 320 320 120 110

19.8 20.1 20.7 24.4 19.7

0.9351 0.9331 0.9297 0.9079 0.9361

Producto

P.I. 500 P.I. 6

Cuadro Nº 6

Temp ºF

API

ASF 60/70 ASF 85/100 ASF 120/150 MC - 30 RC - 250

320 320 320 120 110

19.8 20.1 20.7 24.4 19.7

Densidad Kg/Litro

21.8 22.2

0.9233 0.9208

Cuadro Nº 7

Residuales

Asfaltos Producto

API (170ºF)

Densidad 935.0939 933.0757 929.7314 907.9080 936.0694

Producto P.I. 500 P.I. 6

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API (170ºF)

21.8 22.2

Densidad 923.2725 920.7636

36

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

ANEXO Nº 2: CÁLCULOS DE LAS PÉRDIDAS DE CALOR EN TANQUES 1. El cálculo de las pérdidas de calor en cada dirección se muestra: Corte longitudinal de tanque aislado térmicamente

Analogía eléctrica de la transferencia de calor en la dirección radial del tanque

La fórmula del Calor Total perdido

al ambiente para cada tanque es:

Qtotal  Qpared  Qtecho  Qpiso

Btu/h … (1)

Donde:

Además:

Qpared  q' ' Db H L

 

  2 Q piso  q' '   Db 4

Qtechoin  U T f  Te Db ( H T  H L ) Qtechoex  U (T f  Te )

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D  4



2

b

37

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN i.

Paredes: El calor que fluye desde el interior del tanque (en dirección radial) hacia el ambiente está definido por:

Qpared  q' ' Db H L

Btu/h … (2)

Donde:

T

 Te  1 t 1   h f k he

q' ' 

f

… (3)

Donde:

Con:

16.8T f  Ti 

0.25

hf 

(  f ) 0.4

… (4)

^

he  hc  hr

… (5)

Donde:

*Pero:

Con:

hc 

hnc 2  h fc 2

kf  n hnc  C    Gr. Pr   L 

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

… (6) … (7)

38

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

 k h fc  1.93   a    a

   V  0.001875   k a   D  a 

   V 

… (8)

Donde:

Con:

Gr. Pr 

g 2 C p L3 T

… (9)

2.42 f k f

|

^

Pr 

Cp f

… (10)

kf

|

**Además:



hr   Ts  460  Tair  460 2

2

T

s

 460  Tair  460 … (11)

Tabla A: Rango de (Gr.Pr) Valor de Constantes en Ecuación (5) Placas verticales, Cilindros verticales y horizontales Placas horizontales, superficie caliente hacia arriba o superficie fría hacia abajo Placas horizontales, superficie caliente hacia abajo o superficie fría hacia arriba

C

n

C

n

0.59

1/4

0.13

1/3

0.71

1/4

0.17

1/3

0.35

1/4

0.08

1/3

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

39

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Procedimiento: 

Paso 1: Se estima la temperatura interna (ºF) del tanque en contacto con el fluido y se establece la viscosidad dinámica (cP) del fluido a temperatura de película.



Paso 2: Se asume la temperatura de la superficie (ºF) del forro del aislamiento térmico.



Paso 3: Cálculo del coeficiente de convección del fluido con (4).



Paso 4: Cálculo del coeficiente de convección natural con (7).



Paso 5: Cálculo del coeficiente de convección forzada con (8).



Paso 6: Cálculo del coeficiente de convección resultante con (6).



Paso 7: Cálculo del coeficiente de radiación con (11).



Paso 8: Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor con (5).



Paso 9: Se calcula la conductividad térmica del aislante (silicato de calcio) a temperatura promedio

con la ecuación:



Paso 10: Cálculo del calor perdido por pie cuadrado con (3).



Paso 11: Se calcula la temperatura real de la pared metálica (ºF) usando:



Paso 12: Se calcula la temperatura

de la superficie exterior del

aislamiento (ºF)usando:

Si las temperaturas calculadas en los pasos 11 y 12 coinciden con las asumidas en los pasos 1 y 2 respectivamente, se prosigue al paso 13, en caso contrario, reemplazar las temperaturas reales en las asumidas hasta que converjan. 

Paso 13: Habiendo conseguido la convergencia, se debe cumplir la siguiente relación: (

)

(

)

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

40

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 

Paso 14: Una vez cumplida la relación anterior, con (2) calcular el calor perdido.

ii.

Techo: El calor que fluye desde el interior del tanque hacia el exterior a través del techo está definido por:

Analogía eléctrica de la transferencia de calor en la dirección axial superior

La fórmula del Calor Total perdido

al ambiente para cada tanque es:

Qtecho  Qtechoin  Qtechoex

Btu/h … (12)

Donde:

Además:

Qtechoin  U T f  Te Db ( H T  H L ) Qtechoex  U T f  Te 



4 Donde U se determina de la Tabla B:

Servicio caliente, Aislamiento caliente estándar Servicio frío, Aislamiento Espuma de poliuretano

Db 2

… (13) … (14)

0''

1''

2''

1

0.21

0.12

0.6

0.11

0.06

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

41

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN iii.

Fondo: El calor que fluye desde el interior del tanque hacia el exterior en forma axial a través del fondo está definido por:

Analogía eléctrica de la transferencia de calor en dirección axial inferior

  2 Q fondo  q' '  Db  4

Btu/h … (15)

Donde:

Con:

Donde:

q' ' 

T

f

 Tg 

D 1 t   b Rg h f k ac 4

Rg 

2

1 2 Db (k g / 12)

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

… (16)

… (17)

42

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Procedimiento: 

Paso 1: Se estima la temperatura interna

del fondo en

contacto con el fluido y se establece la viscosidad dinámica (cP) del fluido a temperatura de película. 

Paso 2: Se asume la temperatura de la superficie externa

del

fondo en contacto con la arena. 

Paso 3: Cálculo del coeficiente de convección del fluido con (4).



Paso 4: Se calcula la Resistencia térmica del suelo con (17).



Paso 5: Se estima la temperatura de la arena (

). Para invierno

se puede tomar 30 ºF y para verano 65 ºF. 

Paso 6: Cálculo del calor perdido por pie cuadrado con (16).



Paso 7: Se calcula la temperatura real interna del fondo (ºF) con:



Paso 8: Se calcula la temperatura real de la superficie externa del fondo (ºF) en contacto con la arena, usando:

Si las temperaturas calculadas en los pasos 7 y 8 coinciden con las asumidas en los pasos 1 y 2 respectivamente, se prosigue al paso 9, en caso contrario, reemplazar las temperaturas reales en las asumidas hasta que converjan. 

Paso 9: Habiendo conseguido la convergencia, se debe cumplir la siguiente relación: (



)

(

)

Cuando la condición anterior se cumpla, calcular el calor perdido con (15).

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

43

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

2. Resumen de Pérdidas de Calor en Tanques A. Pérdidas de Calor en Tanques de Asfalto – Paredes TANQUES ASFALTO - PAREDES Tanque

Diámetro (ft)

Altura (ft)

3A 9 13 14 33 36 47 59 72

44.61 36.59 44.19 42.47 27.51 21.96 41.36 50.38 30.37

42.33 39.75 39.92 39.72 47.92 17.85 34.17 38.34 15.68

k Espesor Silicato Calcio

0.396 0.396 0.351 0.354 0.396 0.396 0.396 0.396 0.396

aislante (pulg)

Velocidad Aire (mph)

2 2 2 2 2 2 2 2 2

6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21

̇

Tem p. Tem p. Producto Am biente (ºF) (ºF)

1.63 1.70 1.64 1.65 1.79 1.88 1.66 1.60 1.76

4.72 4.53 1.54 3.74 4.72 4.72 4.53 5.25 4.53

320 320 110 120 320 320 320 320 320

60 60 60 60 60 60 60 60 60

4.83 4.70 1.69 3.23 4.83 4.83 4.70 5.20 4.70

5.10 5.00 2.35 3.63 5.15 5.18 4.98 5.44 5.02

0.79 0.79 0.78 0.78 0.79 0.79 0.79 0.79 0.79

5.89 5.79 3.13 4.40 5.94 5.97 5.77 6.23 5.81

47.89 47.78 7.50 9.76 47.90 47.91 47.78 48.18 47.79 TOTAL

269,903.8 207,417.6 39,495.7 49,115.0 188,470.4 56,049.1 201,532.2 277,732.7 67,902.7 1,357,619.1

B. Pérdidas de Calor en Tanques de Residual - Paredes TANQUES RESIDUAL - PAREDES k

Tanque

Diámetro (ft)

Altura (ft)

Lana m ineral

1 22 49 58

73.39 55.19 70.98 27.21

40.14 47.50 41.74 28.23

0.364 0.364 0.364 0.364

Espesor aislante (pulg)

Velocidad Aire (mph)

2 2 2 2

6.21 6.21 6.21 6.21

̇

Tem p. Tem p. Producto Am biente (ºF) (ºF)

1.51 1.58 1.51 1.80

3.28 3.28 3.28 3.58

170 170 170 170

60 60 60 60

3.23 3.23 3.23 3.45

3.56 3.59 3.56 3.89

0.78 0.78 0.78 0.78

4.34 4.37 4.34 4.67

18.25 18.25 18.25 18.38 TOTAL

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

160,450.7 142,820.5 161,371.8 42,137.1 506,780.0

44

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

C. Pérdidas de Calor en Tanques de Asfalto – Techo:

TANQUES ASFALTO - TECHO Tem p. Fluido (ºF)

Tanque

3A 9 13 14 33 36 47 59 72

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

320 320 110 120 320 320 320 320 320

Tem p. Diámetro Am biente (ft) (ºF)

60 60 60 60 60 60 60 60 60

44.61 36.59 44.19 42.47 27.51 21.96 41.36 50.38 30.37

Altura (ft)

Nivel de Líquido (ft)

42.33 39.75 39.92 39.72 47.92 17.85 34.17 38.34 15.68

40.21 37.76 37.92 37.73 45.52 16.96 32.46 36.42 14.89

̇

77,121.19 59,400.86 13,854.93 15,898.74 53,839.45 16,008.98 57,718.99 78,886.65 19,444.16

̇

̇

406,375.67 273,393.41 76,684.55 84,997.40 154,541.25 98,475.43 349,320.67 518,298.03 188,361.70 TOTAL

483,496.9 332,794.3 90,539.5 100,896.1 208,380.7 114,484.4 407,039.7 597,184.7 207,805.9 2,542,622.1

D. Pérdidas de Calor en Tanques de Residual – Techo

TANQUES RESIDUAL - TECHO Tem p. Fluido (ºF)

Tanque

1 22 49 58

1.00 1.00 1.00 1.00

170 170 170 170

Tem p. Diámetro Am biente (ft) (ºF)

60 60 60 60

73.39 55.19 70.98 27.21

Altura (ft)

Nivel de Líquido (ft)

40.14 47.50 41.74 28.23

38.13 45.13 39.65 26.82

̇

50,901.1 45,296.7 51,191.9 13,272.5

̇

̇

465,325.0 263,150.0 435,265.8 63,964.6 TOTAL

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

516,226.0 308,446.7 486,457.7 77,237.1 1,388,367.5

45

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

E. Pérdidas de Calor en Tanques de Asfalto – Fondo:

TANQUES ASFALTO - FONDO Tanque

Tem p. Fluido (ºF)

Tem p. Suelo (ºF)

3A 9 13 14 33 36 47 59 72

320 320 110 120 320 320 320 320 320

30 30 30 30 30 30 30 30 30

Espesor Diámetro Fondo (ft) (pulg)

3.78 3.79 1.37 3.24 4.14 4.31 3.71 4.10 3.92

0.315 0.315 0.315 0.315 0.315 0.315 0.315 0.315 0.315

44.61 36.59 44.19 42.47 27.51 21.96 41.36 50.38 30.37

k Acero

k Arena

Resistencia Suelo

339.74 339.74 339.74 339.74 339.74 339.74 339.74 339.74 339.74

10.40 10.40 10.40 10.40 10.40 10.40 10.40 10.40 10.40

0.0129 0.0158 0.0131 0.0136 0.0210 0.0263 0.0139 0.0115 0.0190

̇

14.16 17.22 3.85 4.60 22.82 28.48 15.25 12.57 20.69 TOTAL

22,133.9 18,103.8 5,912.1 6,520.4 13,564.5 10,786.0 20,494.6 25,056.3 14,988.1 137,559.8

F. Pérdidas de Calor en Tanques de Residual – Fondo:

TANQUES RESIDUAL - FONDO Tanque

Tem p. Fluido (ºF)

Tem p. Suelo (ºF)

1 22 49 58

170 170 170 170

30 30 30 30

Espesor Diámetro Fondo (ft) (pulg)

2.48 2.62 2.50 3.26

0.315 0.315 0.315 0.315

73.39 55.19 70.98 27.21

k Acero

k Arena

Resistencia Suelo

339.74 339.74 339.74 339.74

10.40 10.40 10.40 10.40

0.0079 0.0105 0.0081 0.0212

̇

4.16 5.51 4.30 11.08 TOTAL

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

17,596.13 13,191.42 17,012.72 6,442.36 54,242.6

46

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

G. Pérdidas Totales de Calor en Tanques – Asfalto: PÉRDIDAS DE CALOR EN TANQUES - ASFALTO

̇

̇

269,904 207,418 39,496 49,115 188,470 56,049 201,532 277,733 67,903

483,497 332,794 90,539 100,896 208,381 114,484 407,040 597,185 207,806

̇

̇

Tanque

3A 9 13 14 33 36 47 59 72

22,134 18,104 5,912 6,520 13,564 10,786 20,495 25,056 14,988 TOTAL

775,535 558,316 135,947 156,532 410,416 181,320 629,066 899,974 290,697 4,037,801

H. Pérdidas Totales de Calor en Tanques – Residual: PÉRDIDAS DE CALOR EN TANQUES - RESIDUAL

̇

̇

160,451 142,821 161,372 42,137

516,226 308,447 486,458 77,237

̇

̇

Tanque

1 22 49 58

17,596 13,191 17,013 6,442 TOTAL



694,273 464,459 664,842 125,817 1,949,390

Concluyéndose, finalmente, que las pérdidas de calor desde los tanques de asfaltos y residuales al medio ambiente resulta un total de 5.99 ≈ 6 MM Btu/h.

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

47

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

ANEXO Nº 3: CÁLCULOS DE PÉRDIDAS DE CALOR EN TUBERÍAS En vista de que el calor cedido al ambiente por el fluido que circula dentro de las tuberías aisladas térmicamente se transmite en forma radial, se determinarán las pérdidas de la siguiente manera:

1. Se establecen los parámetros requeridos del aire en el exterior:

2. Características de las tuberías:

Especificaciones de Tuberías Asfalto Nº Linea

1 2 3 4a 4b 5 6a 6b 7a 7b

Producto ASF 85/100 ASF 60/70 ASF 85/100 ASF 85/100 ASF 85/100 ASF 60/70 ASF 120/150 ASF 120/150 ASF 60/70 ASF 60/70

Desde Tanque

3A 9 33 36 36 47 59 59 72 72

Puente Longitud Despacho (pies)

13 13 13 14 14 12 15 15 14 14

285.10 357.61 155.51 29.92 91.86 415.35 128.35 475.26 60.73 91.86

D.Nominal (pulg)

6 6 8 4 6 6 10 10 6 6

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

D. Interno (pies)

0.5054 0.5054 0.6651 0.3355 0.5054 0.5054 0.8350 0.8350 0.5054 0.5054

D. Externo (pies)

0.5521 0.5521 0.7188 0.3750 0.5521 0.5521 0.8958 0.8958 0.5521 0.5521

48

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Especificaciones de Tuberías Residual Nº Linea

Producto

Procedencia

8

P.I. 500

Tk - 1

9a

P.I. 500

Tk - 22

10a

P.I. 500

Tk - 49

11a

P.I. 6

Tk - 58

12

P.I. 500

9b

P.I. 6

11b

P.I. 500

Tk - 22

10b

P.I. 500

Tk - 49

11b

P.I. 6

Tk - 58

Cuarto Bombas Cuarto Bombas

Longitud (pies)

D.Nominal (pulg)

D. Interno (pies)

D. Externo (pies)

92.52

10

0.8350

0.8958

268.80

6

0.5054

0.5521

505.77

6

0.5054

0.5521

322.54

10

0.8350

0.8958

PTE. 12

339.24

10

0.8350

0.8958

PTE. 12

339.24

10

0.8350

0.8958

156.17

10

0.8350

0.8958

252.89

14

0.3334

0.3556

187.01

8

0.6651

0.7188

Destino

Cuarto Bombas Cuarto Bombas Cuarto Bombas Cuarto Bombas

Cuarto Bombas Cuarto Bombas Cuarto Bombas

   D   D    D 0.9996  9779.4294 0.9998 9766.2659     1 5.0435 4.9719   ...(18)    2 log  * log  * log       4.6418    3.7066  3.7251 Re Re Re Re f       

Fórmula aplicable para Re ≥ 4000 (Régimen Turbulento)

Y:

f  (1.58Ln Re 3.28) 2

… (19)

Fórmula aplicable para 2300 < Re < 4000 (Régimen en Transición)

3. Estableciendo los parámetros del fluido:

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

49

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Correlación de Pethukov & Kirilov:

Nu 

( f / 8) Re Pr 1.07  900 / Re 0.63 /(1  10 Pr)  12.7 * ( f / 8)1 / 2 (Pr 2 / 3  1)

…(20)

Fórmula (19) aplicable en los rangos: 0,5 < Pr < 106 y 4000 < ReD < 5·106 Correlación de Gnielinski:

f  Re 1000 Pr 2 Nu    1/ 2 f 1  12.7  Pr 2 / 3  1 2





… (21)

Fórmula (20) aplicable en los rangos: 0,5 < Pr < 2000 y 2300 < ReD < 4000

hf 

Nu  k Di

… (22)

Gráfico Nº 2: Calores específicos de Hidrocarburos líquidos

Fuente: Procesos de Transferencia de Calor (Donald Kern)

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

50

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Gráfico Nº 2: Calores específicos de Hidrocarburos líquidos

Fuente: Procesos de Transferencia de Calor (Donald Kern) Tabla C: Especificaciones de Asfaltos

ASFALTOS Ce Producto ASF 60/70 ASF 85/100 ASF 120/150

Temp (ºF)

API a Temp

320 320 320

19.8 20.1 20.7

μ

Ʋ (cSt) 935.0939 933.0757 929.7314

107.44 97.49 70.94

k Fluido Pr

0.564 0.564 0.564

0.1005 0.0910 0.0660

2056.53 1862.05 1350.12

0.0667 0.0667 0.0667

Tabla D: Especificaciones de Residuales

RESIDUALES Producto P.I. 500 P.I. 6

4.

Temp (ºF)

API a Temp

170 170

21.8 22.2

Ʋ (cSt) 923.2725 920.7636

173.67 134.54

Ce

μ

k Fluido Pr

0.485 0.488

0.1603 0.1239

2685.80 2074.91

0.0700 0.0705

Estableciendo los parámetros del aislamiento térmico:

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

51

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Conductividad térmica

Gráfico Nº 3: Conductividad Térmica del aislante 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Series1 y = 4.375E-07x2 + 2.150E-04x + 2.946E-01 R² = 9.999E-01

0

200

400

600

Polinómica (Series1)

800

Temperatura Promedio

Fuente: DESIGN PRACTICE (Exxon Engineering) Procedimiento: 

Paso 1: Se estima la temperatura de la superficie externa del aislante .



Paso 2: Se calcula el número de Reynolds (Re) del flujo.



Paso 3: Se calcula el factor de fricción con (18).



Paso 4: Con el número de Prandtl especificado, Reynolds y factor de fricción calculados, se procede a calcular el número de Nusselt interno con la ecuación (20) ó (21), según corresponda.



Paso 5: Se calcula el coeficiente de transferencia de calor por convección forzada interna del fluido

con (22), cuya variable análoga en el cálculo de

pérdidas de calor en tanques es 

Paso 6: Se calcula el coeficiente de transferencia de calor por convección forzada externa del aire



.

con (8).

Paso 7: Calculados los dos coeficientes convectivos, se procede a calcular el coeficiente de convección resultante



con (6).

Paso 8: Se calcula el coeficiente de transferencia de calor por radiación de la superficie externa con (11).



Paso 9: Se calcula el coeficiente de transferencia de calor Global

con

(5). 

Paso 10: Se determina la conductividad térmica del aislante a temperatura promedio (

)

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52

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 

Paso 11: Se calcula el calor perdido por pie cuadrado de tubería aislada con la siguiente ecuación (21):

q' 



2 (T f  Taire ) 1  1    Ln1  t / r   he (r  t ) / 12  k / 12 

Btu/h.ft

… (23)

Paso 12: Se calcula la temperatura real de la superficie externa del aislante (ºF):

Ts  Te 

q' A' he

Si la temperatura que resulta coincide con la temperatura estimada en el paso 1, proseguir con el paso 13, en caso contrario, reemplazarla en el paso 1 y repetir el proceso. 

Paso 13: Una vez obtenida la convergencia de la temperatura superficial, se procede a calcular el calor perdido total para el tramo completo de la línea así:

5. Resumen final de las pérdidas de calor en tuberías

(VER PÁGINAS 53 - 54)

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53

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN A. Pérdidas de calor en tuberías de Asfalto:

Producto

ASF ASF ASF ASF ASF ASF ASF ASF ASF ASF

85/100 60/70 85/100 85/100 85/100 60/70 120/150 120/150 60/70 60/70

Nº Línea

Parámetros del fluido

1 2 3 4a 4b 5 6a 6b 7a 7b

Caudal (BPH) (m/s)

1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200

2.84 2.84 1.64 6.45 2.84 2.84 1.04 1.04 2.84 2.84

Re

4,493 4,076 3,414 6,768 4,493 4,076 3,737 3,737 4,076 4,076

Factor fricción (ƒ)

0.0389 0.0400 0.0109 0.0349 0.0389 0.0400 0.0106 0.0106 0.0400 0.0400

Pr

1,862 2,057 1,862 1,862 1,862 2,057 1,350 1,350 2,057 2,057

(Mph)

Nusselt

302.7 288.0 172.6 432.1 302.7 288.0 173.2 173.2 288.0 288.0

0.0667 0.0667 0.0667 0.0667 0.0667 0.0667 0.0667 0.0667 0.0667 0.0667

39.93 37.99 17.31 85.86 39.93 37.99 13.83 13.83 37.99 37.99

0.0144 0.0144 0.0144 0.0144 0.0144 0.0144 0.0144 0.0144 0.0144 0.0144

0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

60.89 60.93 62.05 60.39 60.89 60.93 62.60 62.60 60.93 60.93

Espesor Aislante in

(ºF) 0.8698 0.8699 0.8728 0.8686 0.8698 0.8699 0.8741 0.8741 0.8699 0.8699

40.90 38.96 18.37 86.78 40.90 38.96 14.92 14.92 38.96 38.96

190.44 190.47 191.03 190.19 190.44 190.47 191.30 191.30 190.47 190.47

0.3514 0.3514 0.3516 0.3513 0.3514 0.3514 0.3517 0.3517 0.3514 0.3514

0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016

Calor perdido por pie cuadrado

Parámetros de la tubería - aislante (exterior) Temp. Emisividad Sup. del Aislante (ºF)

Convección Total

Parámetros del Aire

2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

radio interno aislante

3.31 3.31 4.31 2.25 3.31 3.31 5.375 5.38 3.31 3.31

100.93 100.92 124.65 75.09 100.93 100.92 149.86 149.86 100.92 100.92

6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 Longitud tubería

285.10 357.61 155.51 29.92 91.86 415.35 128.35 475.26 60.73 91.86 Total

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5

2.73 2.73 2.59 2.92 2.73 2.73 2.47 2.47 2.73 2.73

40.03 38.09 17.50 85.91 40.03 38.09 14.05 14.05 38.09 38.09

̇

28,776.5 36,089.5 19,384.0 2,246.7 9,272.0 41,916.8 19,233.7 71,221.6 6,128.6 9,270.7 243,540.1

54

DISEÑO CONCEPTUAL SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN B. Pérdidas de calor en tuberías de Residual:

Producto

P.I. 500 P.I. 500 P.I. 500 P.I. 6 P.I. 500 P.I. 6 P.I. 500 P.I. 500 P.I. 6

Nº Línea

Parámetros del fluido

8 9a 10a 11a 12 9b 11b 10b 11b

Caudal (BPH) (m/s)

2,500 2,500 2,500 2,500 2,500 2,500 2,500 2,500 2,500

Re

2.17 5.92 5.92 2.17 2.17 2.17 2.17 1.26 3.42

3,180 5,254 5,254 4,105 3,180 4,105 3,180 2,428 5,154

Factor fricción (ƒ)

0.0112 0.0373 0.0373 0.0398 0.0112 0.0398 0.0112 0.0122 0.0374

Pr 2,686 2,686 2,686 2,075 2,686 2,075 2,686 2,686 2,075

(Mph)

Nusselt

128.82 391.52 391.52 290.14 128.82 290.14 128.82 102.96 352.83

0.0700 0.0700 0.0700 0.0705 0.0700 0.0705 0.0700 0.0700 0.0705

10.80 54.23 54.23 24.49 10.80 24.49 10.80 6.59 37.40

0.014369 0.014369 0.014369 0.014369 0.014369 0.014369 0.014369 0.014369 0.014369

0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

61.27 60.26 60.26 60.60 61.27 60.60 61.27 61.98 60.39

Espesor radio Aislante interno in aislante

(ºF) 0.8708 0.8683 0.8683 0.8691 0.8708 0.8691 0.8708 0.8726 0.8686

11.95 55.16 55.16 25.49 11.95 25.49 11.95 7.86 38.35

115.63 115.13 115.13 115.30 115.63 115.30 115.63 115.99 115.19

0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016

Calor perdido por pie cuadrado

Parámetros de la tubería - aislante (exterior) Temp. Emisividad Sup. del Aislante (ºF)

Convección Total

Parámetros del Aire

0.3253 0.3252 0.3252 0.3252 0.3253 0.3252 0.3253 0.3254 0.3252

2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

5.38 3.31 3.31 5.38 5.38 5.38 5.38 7.00 4.31

58.55 39.55 39.55 58.89 58.55 58.89 58.55 73.24 48.98

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Longitud tubería

6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21 6.21

61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5

2.47 2.73 2.73 2.47 2.47 2.47 2.47 2.34 2.59

11.08 54.29 54.29 24.62 11.08 24.62 11.08 6.99 37.48

̇

92.52 5,416.7 268.80 10,632.0 505.77 20,005.2 322.54 18,993.8 339.24 19,861.3 339.24 19,977.2 156.17 9,143.1 252.89 18,521.5 187.01 9,160.0 Total 131,710.8

55

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN



Concluyéndose, finalmente, que la suma de las pérdidas de calor en tanques y tuberías en ambos sistemas es de 6.36 ≈ 6.4 MM Btu/h.

RESUMEN PÉRDIDAS DE CALOR SISTEMA DE ASFALTOS

SISTEMA DE RESIDUALES

TANQUES

TUBERÍAS

TANQUES

TUBERÍAS

4,037,800.96

243,540.07

1,949,390.12

131,710.79

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TOTAL 6,362,441.94

56

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

ANEXO Nº 4: Determinación del número de venas de aceite térmico a instalar para calentamiento de tuberías Para la deducción de la metodología se parte de un balance energético, donde todo el calor disipado por la vena de calentamiento (qA) se fracciona en el calo absorbido por la tubería principal (qC), las pérdidas de calor a través de la sección aislada del oleoducto (qP) y la cavidad termoaislada (qE), expresado matemáticamente de la siguiente forma: … (24) La tubería principal deberá aislarse conjuntamente con la traza de vapor para formar una cavidad termoaislada; esta cavidad se monta a partir de materiales flexibles. Las cotas, superficies de cálculo, así como su estructura básica se muestran en la Figura 23.

Figura Nº 23: Vista frontal de una tubería con traza de vapor. En una instalación de transporte de combustible, las pérdidas de calor se producen por todo el área de la superficie aislada, no mostrándose este comportamiento en un sistema con trazas de vapor; donde parte del flujo de calor se transfiere considerando el ángulo formado por la parte de la tubería principal sobre la cual se dispone el aislamiento. I. Pérdida de calor desde la sección aislada de la tubería principal El calor disipado se puede determinar por la siguiente expresión:

qP 



t P  tO 360 RP 

... (25)

Siendo: ... (26)

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57

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN ... (27) ... (28) ... (29)

... (30)

... (31)

... (32)

Donde: qP: Pérdida de calor desde la tubería principal hacia el medio exterior por unidad de longitud; [W/m]. θ: Ángulo formado por la parte de la tubería sobre la cual se dispone el aislamiento; [grados sexagesimales]. tp: Temperatura a la cual debe transportarse el fluido en la tubería principal; [ºC]. to: Temperatura ambiente a la que se realiza el cálculo; [ºC]. RP: Resistencia térmica desde el fluido hasta el aire ambiente; [m·ºC/W]. β: Ángulo de incidencia del calor de la tubería principal desde el aire en la cavidad termoaislada; [grados sexagesimales]. r2: Radio exterior de la tubería principal; [m]. rA: Radio exterior de la vena de aceite; [m]. R1: Resistencia térmica por convección desde el combustible hasta la pared interior de la tubería principal; [m·ºC/W]. R2: Resistencia térmica por conducción que presupone el espesor de la tubería principal; [m·ºC/W]. R3: Resistencia térmica por conducción que presupone el espesor de aislamiento; [m·ºC/W]. R4: Resistencia térmica por convección desde la superficie exterior del aislamiento al aire ambiente; [m·ºC/W]. h1: Coeficiente de transferencia de calor por convección desde fluido hasta la pared interior de la tubería principal; [W/m2 ·ºC]. r1: Radio interior de la tubería principal; [m]. kp: Conductividad térmica del material de la tubería principal; [W/m·ºC].

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58

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN r3: Radio exterior del aislamiento colocado en la tubería principal; [m]. kA: Conductividad térmica del material aislante; [W/m·ºC]. h2: Coeficiente de transferencia de calor por convección desde la superficie exterior del aislamiento al aire ambiente; [W/m2 ·ºC]. II. Calor recibido por la tubería principal Desde la traza de vapor se genera un flujo de calor que queda atrapado en la cavidad termoaislada; este, por diferencia de densidades, se eleva a la parte no aislada de la tubería principal denominada área de calentamiento, siendo por esta zona donde se transmite el calor:

qC 

 360

 h3    2r2  tC  t P 

... (33)

Donde: qP: Calor que recibe la tubería principal desde el aire en el interior de la cavidad por unidad de longitud; [W/m]. tC: Temperatura del aire en el interior de la cavidad termoaislada; [ºC]. h3: Coeficiente de transferencia de calor por convección desde el aire en el interior de la cavidad a la tubería principal; [W/m2 ·ºC]. Los coeficientes de transferencia de calor por convección (h3; h4), en el interior de la cavidad termoaislada, consideran la transferencia de calor entre el aire y la superficie interior del conducto. Según Monteagudo et al. (1998), es posible establecer la dependencia de los coeficientes en función de la temperatura y el diámetro de la tubería, tal como se expone en las Tabla E y F: Tabla E: Coeficiente de transferencia de calor h3 Temperatura del aceite (ºK) Coeficiente

411

424

437

450

463

476

13.5

14

14.5

15

15.5

16

Y haciendo una correlación de la tabla resulta la ecuación (34), la cual es una función de la temperatura (ºK): … (34) III. Temperatura del aire de la cavidad Para determinar la temperatura del aire en el interior de la cavidad termoaislada es conveniente realizar un balance de energía. En el mismo se parte del principio que todo el calor disipado por la traza de vapor se destina a calentar la tubería principal más las pérdidas al medio ambiente. Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

59

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN 

Calor disipado desde la traza de vapor:

qA 

FA  t ac  t C  RA

... (35)

Siendo: … (36) … (37) Donde: qA: Calor disipado desde la vena de aceite por unidad de longitud; [W/m]. FA: Superficie de la vena de aceite por unidad de longitud; [m2/m]. tac: Temperatura del aceite en el interior de la vena; [K]. RA: Resistencia térmica desde la vena de aceite al aire en la cavidad termoaislada; [m2·ºC/W]. h4: Coeficiente de transferencia de calor por convección desde la vena de aceite hasta el aire en la cavidad; [W/m2·ºC]. Tabla F: Coeficiente de transferencia de calor h4 Temepratura del aceite 411 424 437 450 463 476 489 502 515 528 541 554 567 580 593 606 619



Diámetro de la vena acompañante [mm] 25

32 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0

48 19.0 20.5 21.5 22.5 23.5 24.5 25.7 26.8 27.8 28.9 30.0 31.0 32.1 33.2 34.3 35.3 36.4

57 18.5 19.5 20.5 21.5 22.5 23.5 24.5 25.5 26.5 27.5 28.5 29.5 30.5 31.5 32.5 33.5 34.5

18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0

Calor que absorbe la tubería principal:

qC 

FC  t ac  t P  RC

… (38)

Siendo: … (39) … (40)

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60

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN Donde: FC: Superficie de cálculo de la tubería principal por unidad de longitud; [m2/m]. RC: Resistencia térmica por convección desde el aire en la cavidad termoaislada a la tubería principal; [m2·ºC/W]. La resistencia RC se determina según la expresión de resistencia térmica establecida para superficies planas, considerando la misma de radio de pequeña curvatura. 

Calor que se pierde al medio:

q E  1.25 

FE  t C  t O  RE

… (41)

Siendo: … (42) … (43) … (44)

Donde: qE: Calor que se pierde al medio desde la cavidad por unidad de longitud; [W/m]. FE: Área superficial de la parte restante del aislamiento que no incluye la porción que se dispone sobre la tubería principal, por unidad de longitud; [m2/m]. RE: Resistencia térmica desde el aire en la cavidad termoaislada al exterior; [m2·ºC/W]. m: Distancia de los centros de la vena y la tubería principal; [m] : Espesor de aislamiento térmico; [m]. h5: Coeficiente de transferencia de calor por convección desde el aire en la cavidad a la superficie interior del aislamiento; como recomendación de la bibliografía consultada (Monteagudo et al. 1998; Isover 2004) se asumirá 12 W/m2·ºC sin que se introduzca un error que influya significativamente en el resultado final. El calor disipado por la tubería acompañante es numéricamente igual a la suma del calor absorbido por la tubería principal y el que se pierde al medio; por lo que al despejar la temperatura del aire en la cavidad, según sus ecuaciones matemáticas (35; 38; 41), quedaría planteado de la siguiente forma:

F FA F  t ac  C  t P  1.25  E  t O R RC RE tC  A FA FC F   1.25  E R A RC RE

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… (45)

61

SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN IV. Espesor de aislamiento Asumiendo un flujo de calor constante que permita mantener un nivel estable de temperatura del petróleo, y despreciando el calor almacenado en la tubería principal, se igualan las expresiones 2 y 12, lo que compensa la entrada y salida de calor; desarrollando las expresiones resulta:



t P  tO    h3    2r2  tC  t P  360 RP 360 

… (46)

Despejando la resistencia térmica total en la tubería principal se obtiene:

RP 

t P  tO    h3    2r2  tC  t P 

… (47)

Sustituyendo (29), (30), (31) y (32) en (47) e introduciendo un coeficiente para considerar las pérdidas por sujeción y anclaje igual a 1.25; y despejando el espesor de aislamiento se obtiene (48):

     1,25t P  tO  Lnr2 / r1  1 1   2  k A   r2   r2  Exp       2  k p h2  2  r3 '     h3    2r2  tC  t P   h1  2  r1  



… (48) Para determinar el valor de tC y

es necesario aplicar un procedimiento iterativo hasta

lograr la convergencia del método, para lo cual se asume un valor inicial r 3‟ y se computa mediante el uso de las expresiones (45) y (48). La adaptación de la metodología consiste en realidad a hacer que la convergencia entre el espesor de aislante asumido y el calculado, se dé alrededor de los 50.8 mm o 0.0508 m, ya que con dicho espesor se realizaron los cálculos de las pérdidas de calor en tuberías. Una vez fijada la convergencia, se comparará las pérdidas de calor por metro de tubería usando venas de calentamiento y sin el uso de ellas para observar cual sería el aporte térmico de las venas de calentamiento a las tuberías principales. V. Resultados Características de una línea de 6‟‟ de transporte de asfalto:

Parámetro Diámetro Nominal de la T.P Radio interior de la T.P Radio exterior de la T.P Diámetro Nominal de la vena Radio interior de la vena Radio exterior de la vena Diametro externo de la vena

Símbolo ''

''

Valor 6 0.0770 0.0841 1 0.01332 0.01670 0.033401

Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

unidades in m m in m m m

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SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

espesor del aislante (supuesto) Diámetro exterior con aislante Radio exterior con aislamiento Conductividad térmica tuberías Distancia entre centro de vena y T.P Temperatura de aceite Temperatura del ambiente Temperatura del Fluido Velocidad del aire Flujo de asfalto

δ

m

V Q

50.78 0.2698 0.1349 49 0.0829 316.5 15.56 160 2.78 0.05

mm m m W/m.ºC m ºC ºC ºC m/s

Se realizaron los cálculos en base a una vena de calentamiento y la temperatura a la que operaría el aceite excedió el límite permisible, por lo que se prosiguió a realizar los cálculos para dos venas de calentamiento. En el cuadro 8 se muestran los resultados, en donde se aprecia la convergencia de los espesores (supuesto y calculado) en 50.78 mm: Magnitud Ángulo sobre el cual e dispone el aislamiento Ángulo de calentamiento de la tubería principal (T.P) Ángulo interno Ángulo interno complementario Superficie de la vena de calentamiento Superficie de cálculo de la T.P Área superficial del aislamiento que no incluye la porción que se dispone sobre la T.P Conductividad térmica media del material aislante Resistencia térmica de la tubería de vena a la cavidad termoaislada Resistencia térmica de la cavidad termoaislada a la T.P Resistencia térmica de la cavidad termoaislada al exterior Temperatura del aire en el interior de la cavidad termoaislada Resistencia térmica desde el crudo hasta la pared interior de la T.P Resistencia térmica de la pared de la T.P Resistencia térmica del espesor del aislamiento Resistencia térmica de la superficie exterior del aislamiento al aire ambiente Pérdida de calor de la T.P hacia el medio exterior Calor que recibe la T.P desde el aire en el interior de la cavidad Calor que se pierde al medio desde la cavidad Calor emitido por la vena de aceite térmico Calor perdido usando Vena de aceite térmico Calor que se perdería si no se usara Vena de aceite espesor del aislante a emplear

Símbolo θ β

τ ψ

valor Unidades 217.45 º 71.28 º º 16.00 55.28 º 0.210 0.105 0.404

δ

0.036 0.278 0.041 1.56 179.59 0.0091 0.0003 2.0876 0.0762 40.15 50.17 53.13 143.45 93.28 116.47 0.05078

ºC

m

Concluyendo así que el número de venas idóneas a instalar son dos, ya que la reducción de pérdidas de calor por metro de tubería lineal es ≈ 23.20 W/m, trabajando el aceite a 316.5 ºC ≈ 601.7 ºF. Departamento Técnico – GERENCIA REFINACIÓN Y DUCTOS OFP

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SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Apéndice A: Capacidades y dimensiones para selección de la caldera pirotubular para calentamiento de aceite térmico

Type VTO [kW]

Capacidad A [mm] B [mm] C Térmica [mm] [Mcal/h]

D [mm]

E [mm]

F [mm]

Peso Vacío [Kg]

Peso de Servicio [Kg]

23 - 46

20 - 40

1300

1100

900

550

650

ø110

250

300

70

60

1800

1500

1300

1000

1400

ø150

400

450

115- 175

100- 150

2600

2100

1300

1100

1500

ø150

500

600

235

200

2700

2300

1500

1200

1550

ø210

650

800

350

300

3300

2700

1600

1200

1600

ø210

1000

1200

465

400

3400

2800

1700

1250

1650

ø315

1300

1800

700

600

3700

3000

1800

1350

1800

ø355

1700

2200

930

800

3900

3200

2300

1700

2300

ø400

2400

3200

1500

1300

4300

3600

2500

1950

2800

ø500

3600

4800

2300

2000

5300

4600

2800

2200

3100

ø560

4300

5800

2900

2500

5500

4800

3000

2400

3400

ø630

4800

6900

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SISTEMA DE CALENTAMIENTO HOT OIL – REFINERÍA CONCHAN

Apéndice B: Parámetros para selección de bomba de aceite térmico

Presión de Cabezal

Flujo de Aceite Térmico

Potencia Absorbida

[bar]

[m³/h]

[kW]

70

5,4

1,0

4

70

5,4

1,9

4

70 / 60

70

5,4

2,9

4

115

115 / 100

70

5,4

4,8

5,5

175

175 / 150

70

5,4

7,3

5,5

235

235 / 200

70

5,4

9,8

5,5

350

350 / 300

70

5,4

15

7,5

465

465 / 400

70

5,4

19

7,5

700

700 / 600

70

5,4

29

11

930

930 / 800

70

5,4

39

11

1500

1500 / 1300

70

5,4

63

15

2300

2300 / 2000

70

5,4

96

30

2900

2900 / 2500

70

5,4

121

30

3500

3500 / 3000

70

5,4

146

37

4700

4700 / 4000

70

5,4

196

45

5900

5900 / 5100

70

5,4

246

55

7000

7000 / 6000

70

5,4

292

75

Calentador

Capacidad

Tipo

[kW] / [Mcal/t]

[mLC]

23

23 / 20

46

46 / 40

70

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