estudio de flexibilidad a las líneas de alimentación de los tambores de coque

93 Pages·2012·2.57 MB·Spanish

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios de Postgrado
Coordinación de Postgrado en Ingeniería Mecánica
Especialización en Ingeniería Mecánica de Plantas de Procesos

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

ESTUDIO DE FLEXIBILIDAD A LAS LÍNEAS DE ALIMENTACIÓN DE LOS
TAMBORES DE COQUE

Por

Dublán Fernando Blanco Farías

Mayo de 2011
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios de Postgrado
Coordinación de Postgrado en Ingeniería Mecánica
Especialización en Ingeniería Mecánica de Plantas de Procesos

ESTUDIO DE FLEXIBILIDAD A LAS LÍNEAS DE ALIMENTACIÓN DE LOS
TAMBORES DE COQUE

Trabajo Especial de Grado presentado a la Universidad Simón Bolívar por

Dublán Fernando Blanco Farías

Como requisito parcial para optar al grado de

Especialista en Ingeniería Mecánica en Plantas de Procesos

Con la asesoría del Prof.

Euro Casanova

Mayo de 2011
ii
iii

DEDICATORIA

Este trabajo se lo dedico primeramente a mi familia, a mi Madre, a mi Padre, a
mis Hermanas, por su apoyo incondicional en la consecución de esta meta. A Carlos
Farías, tío la persona que me ha brindado todo su apoyo y quien siempre ha creído y
confiado en mí, colaborando en mi crecimiento profesional.
iv

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar el más grande agradecimiento a Dios, pues sin él nada sería
posible. Agradezco a todas las personas que de alguna u otra manera estuvieron
involucradas en la realización de este trabajo, a mis compañeros de clases (Betty,
Omar y Juan Pablo) por compartir todas esas experiencias y de quienes aprendí, a
Luis Baldomir compañero de batalla y hermano con quien enfrenté todos los altos y
bajos que se presentaron. Al Profesor Euro Casanova por ser Tutor de este trabajo y
brindar su experiencia, así como también al resto del cuerpo profesoral de la
Especialización.

Para ustedes gracias totales…
v

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios de Postgrado
Coordinación de Postgrado en Ingeniería Mecánica
Especialización en Ingeniería Mecánica de Plantas de Procesos

ESTUDIO DE FLEXIBILIDAD A LAS LÍNEAS DE ALIMENTACIÓN DE LOS
TAMBORES DE COQUE
Por: Blanco Farías Dublán Fernando
Carnet No.: 09-87169
Tutor: Euro Casanova
Mayo 2011

RESUMEN
La Unidad de Coquificación Retardada del Mejorador de Crudo de Petropiar,
es una de las más importantes para el proceso de mejoramiento, ya que en ella se
remueve la mayor cantidad de carbón y metales del crudo para elevar su valor
comercial. El proceso de coquificación se lleva a cabo utilizando un par de tambores,
donde un tambor se está alimentando y coquificando mientras el otro está preparado
para la descoquificación. La descoquificación se realiza desconectando el tambor de
la tubería de alimentación, para posteriormente cortar el coque con un sistema de
agua a presión.
Desde hace un tiempo se han presentado problemas durante la fase final de
descoquificación, debido a la desalineación vertical de la tubería de alimentación con
la boquilla del tambor, donde los soportes de carga variable cercanos al tambor
parecen no funcionar correctamente. Estos problemas ocasionan demoras en el
proceso, que en ocasiones terminan impactando la producción cuando no se logran
solventar a tiempo. Adicionalmente, el personal se ve sometido a esfuerzo físico
excesivo al tratar de conectar la tubería a la boquilla, generando malestar entre ellos.
Por esta razón se realizó un estudio de flexibilidad para evaluar el comportamiento
de las líneas de alimentación, y determinar si los soportes instalados son adecuados
para las condiciones de servicio. Se analizaron básicamente dos escenarios, el
primero con ambos tambores conectados y el segundo con un tambor desconectado
para simular la fase de descoquificación. Obteniéndose, que los soportes actuales
trabajan fuera del rango normal de operación, permitiendo así un desplazamiento
excesivo.
Palabras Claves: Flexibilidad, Soportes, Tuberías, Tambor, Coque.
vi

ÍNDICE GENERAL

APROBACIÓN DEL JURADO ............................................................................. ii
DEDICATORIA .................................................................................................... iii
AGRADECIMIENTOS ......................................................................................... iv
RESUMEN .......................................................................................................... v
ÍNDICE GENERAL .............................................................................................. vi
ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................... viii
ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................... ix
INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1
CAPÍTULO I EL PROBLEMA .............................................................................. 3
1.1. Planteamiento del Problema ....................................................................... 3
1.2. Justificación ................................................................................................ 7
1.3. Objetivos ..................................................................................................... 7
1.3.1. Objetivo General ............................................................................... 8
1.3.2. Objetivos Específicos ....................................................................... 8
1.4. Delimitación ................................................................................................ 8
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ........................................................................ 11
2.1. Esfuerzos Estáticos en Tuberías ................................................................ 11
2.1.1. Esfuerzos Admisibles Básicos .......................................................... 11
2.1.2. Esfuerzos por Cargas Sostenidas .................................................... 12
2.1.2. Esfuerzos de Expansión ................................................................... 13
2.2. Soportes de Carga Variable ....................................................................... 14
CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO ......................................................... 18
3.1. Revisión Bibliográfica ................................................................................. 18
3.2. Descripción del Sistema en Estudio ........................................................... 18
3.2.1. Descripción del proceso ................................................................... 18
3.2.2. Especificaciones de las tuberías ....................................................... 20
3.2.3. Especificaciones de las válvulas instaladas...................................... 20
3.3. Variables de proceso asociadas al sistema ................................................ 21
vii
3.3.1. Histórico de variables ....................................................................... 21
3.4. Modelo tridimensional del sistema .............................................................. 26
CAPÍTULO IV RESULTADOS Y ANÁLISIS ........................................................ 29
4.1. Simulación del sistema ............................................................................... 29
4.1.1. Sistema con soportes de carga variable actuales ............................. 30
4.1.2. Diseño de soportes de carga variable en el sistema ........................ 35
4.1.3. Comprobación de cargas en boquillas .............................................. 40
CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................ 42
5.1. Conclusiones .............................................................................................. 42
5.2. Recomendaciones ...................................................................................... 43
REFERENCIAS ................................................................................................... 44
ANEXOS ............................................................................................................. 45
Anexo 1. Tabla de Carga (lbs) para selección de Soportes Flexibles ANVIL®[4] . 45
Anexo 2. Tabla de Carga (lbs) para selección de Soportes Flexibles
LISEGA®[5] ........................................................................................... 46
Anexo 3. Soportes Flexibles LISEGA® Tipo 29 [5] ............................................... 47
Anexo 4. Hoja de Datos de Soportes Flexibles en estudio .................................. 48
Anexo 5. Vista de la boquilla de fondo del tambor .............................................. 50
Anexo 6. Comunicación electrónica con el fabricante de los tambores ............... 51
Anexo 7. Diagrama de Flujo de Proceso, de la Unidad de Coquificación
Retardada. ............................................................................................ 53
Anexo 8. Planos de Isometría de las líneas analizadas ...................................... 54
viii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 3.1 Especificaciones de líneas en estudio ...................................................... 20
Tabla 3.2 Especificaciones de las válvulas principales instaladas. .......................... 21
Tabla 3.3 Variables de Procesos asociadas al 12-H-002 y 12-V-003/004 ............... 22
Tabla 4.1 Casos de carga considerados para el análisis. ........................................ 29
Tabla 4.2 Esfuerzos debidos a Cargas Sostenidas y Expansiones Térmicas. ......... 30
Tabla 4.2 Desplazamientos y Cargas en soportes flexibles caso L4 y L5. ............... 32
Tabla 4.3 Desplazamientos y cargas en soportes caso L6, 12-V-004 desbridado. .. 34
Tabla 4.4 Desplazamientos y cargas en soportes caso L7, 12-V-003 desbridado. .. 35
Tabla 4.5 Especificaciones de soportes flexibles obtenidos del diseño ................... 36
Tabla 4.6 Resultados del proceso iterativo para el cálculo de cargas en frío ........... 37
Tabla 4.5 Esfuerzos debidos a Cargas Sostenidas y Expansiones Térmicas con
soportes propuesto. .................................................................................. 38
Tabla 4.8 Especificaciones finales de soportes de carga variable. .......................... 40
Tabla 4.9 Cargas en las boquillas de los tambores, con soportes actuales y con
los soportes propuestos. .......................................................................... 41
ix

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Diagrama de Bloques del Mejorador Petropiar. ........................................ 4
Figura 1.2 Diagrama de Proceso de la Unidad de Coquificación Retardada del
Mejorador Petropiar. ................................................................................. 5
Figura 1.3 Herramienta utilizada para levantar la tubería, y daño en soporte tipo
sway strut ................................................................................................. 6
Figura 1.4 Desalineación vertical con los pernos instalados. .................................... 6
Figura 1.5 Representación en maqueta virtual de las líneas de alimentación de los
tambores 12-V-003/004. ........................................................................... 9
Figura 1.6 Línea de Alimentación del Tambor 12-V-004. .......................................... 10
Figura 2.1 Factor de reducción por cargas cíclicas [1] .............................................. 14
Figura 2.2 Aplicaciones típicas para soportes de carga variable.[4] .......................... 15
Figura 2.3 Cuadro de entrada Hangers en CAESAR II®.[6] ...................................... 17
Figura 3.1 Esquemático de variables de procesos Horno 12-H-002. ........................ 22
Figura 3.2 Esquemático de variables de procesos tambores 12-V-003/004. ............ 23
Figura 3.3 Tendencia de variables de procesos Horno 12-H-002. ............................ 24
Figura 3.4 Tendencia de variables de procesos Tambor 12-V-003. .......................... 25
Figura 3.5 Tendencia de variables de procesos Tambor 12-V-004. .......................... 26
Figura 3.6 Vistas del Modelo tridimensional: a) Isometría, b) Vista Sur, c) Planta y
d) Vista Oeste ........................................................................................... 27
Figura 3.7 a) Definición de la temperatura T1 en el sistema, b) Definición de la
presión P1 en el sistema. ......................................................................... 28
Figura 3.8 a) Definición de la temperatura T2 en el sistema, b) Definición de la
presión P2 en el sistema. ......................................................................... 28
Figura 4.1 Distribución de Esfuerzos (SUS) caso L6, ambos tambores bridados. .... 31
Figura 4.2 Distribución de Esfuerzos (EXP) caso L8, ambos tambores bridados...... 31