ANÁLISIS CRÍTICO Y PROPUESTA TECNOLÓGICA DE ACTUALIZACIÓN DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE TOPE TORRES E-955 Y E-1301 ENAP REFINERÍA ACONCAGUA

Abstract

En este trabajo de tesis se analizó y simuló la capacidad de enfriamiento del tope de la separadora C3/C4 E-955 de la unidad de LPG3 y la separadora propano/propileno E-1301 de la unidad DIPE de ENAP Refinerías Aconcagua, con el objetivo de identificar posibles problemas operacionales y sus alternativas de mitigación.Considerando las condiciones actuales de operación, se determinó que los requerimientos energéticos de tope de las unidades E-955 y E-1301 son 2848 [kW] y 7615 [kW] respectivamente. El desempeño actual de los aeroenfriadores obtenidos mediante la simulación de los procesos, indica que la capacidad real de enfriamiento de la bahía de aeroenfriadores de la unidad E-955 es de 3032 [kW], menor a la que se tiene por diseño de 3954 [kW], lo que explica los problemas observados cuando la temperatura ambiente bordea los 27°C ambientales. Si bien en un principio esta disminución se atribuía a ensuciamiento y desgastes propios del equipo, mediante la revisión de condiciones en terreno y la simulación del proceso, fue posible determinar que el problema principal se debe a una mala distribución de carga. El desempeño actual de la bahía de aeroenfriadores de la separadora E-1301 obtenidos mediante simulación es de 7788[kW] condición menor a la de diseño de 9000 [kW], lo que también explicaría su baja en rendimiento a temperaturas ambientales cercana a los 27°C. Si bien, ambas unidades son capaces de satisfacer los requerimientos energéticos propios de cada unidad, a temperaturas superiores a 27°C, no logran condensar todo el producto de tope, siendo 29°C ambientales limite energético de la separadora E-955 y 32°C para la separadora E-1301. Un análisis histórico a las temperaturas ambientales de la zona de Concon, muestra que se opera por sobre la temperatura de diseño aproximadamente 100 horas anuales, destacando que, según mediciones realizadas en terreno las temperaturas de entrada del aire al aeroenfriador son aproximadamente 3 grados superiores a la temperatura de Concón por el efecto de calentamiento de la Refinería.Debido a que se propone realizar un aumento de carga a la separadora E-955 y por consiguiente a la separadora E-1301, se evaluaron distintas alternativas para el aumento de capacidad de enfriamiento de tope, ya que con el número de aeroenfriadores actuales de ambas unidades, estos no serían capaces de cumplir con los requerimientos energéticos para un aumento de carga.La primera alternativa evaluada fue el aumento de presión en el tope de ambas unidades, este aumento de presión debería cumplir con la norma ASME VIII ug 27. Como resultado a esta alternativa se obtuvo que solo era posible subir la presión en el tope de la separadora C3/C4 hasta una presión 21 [kg/cm2]. Con este aumento de presión, la bahía de aeroenfriadores de la E-955 sería capaz de condensar todo el producto de tope a un aumento de carga, siendo 29°C ambientales la temperatura límite de la bahía actual instalada Por otro lado, para la separadora E-1301 se hace necesario invertir en un nuevo equipo para poder condensar todo el producto de tope. El CAPEX y OPEX de esta alternativa es de 666.667 [USD] y 163.753 [USD] respectivamente y el proceso tendrá como temperatura límite de esta unidad 32°C ambientales.La segunda alternativa era la incorporación de aeroenfriadores en ambas separadoras. El CAPEX y OPEX de esta alternativa es de 1.000.000 [USD] y 48.789 [USD] respectivamente y el proceso tendría una temperatura límite a 32°C ambientales, para ambas unidades.La tercera alternativa, es una combinación de las dos alternativas anteriores. Por ende, esta opción tiene considerado una inversión de aeroenfriadores en ambas separadoras, más el aumento de presión en la separadora C3/C4. Esta alternativa tiene un CAPEX y OPEX de 1.000.000 [USD] y 187.968 [USD] respectivamente y el proceso tendría una temperatura límite a 38°C para la separadora E-955 y 32°C para la E-1301.Además de alternativas de mejoras en la capacidad de enfriamiento, se proponen, mejoras al proceso actual de la separadora E-955. Una de estas mejoras, es el control de temperatura a la salida de los aeroenfriadores. Esta medida, tiene como beneficio la recuperación de butenos por el tope que son arrastrados durante el invierno por una baja en el reflujo de tope. Los indicadores económicos para esta opción, muestra valores positivos con un VAN de 449.036[USD] y un TIR del 76% con un Payback de 3 años.Otras de las mejoras al proceso actual, es el cambio en las bandejas del 1-25 de la separadora C3/C4, ya que se evidencian problemas en la hidráulica de la torre, lo que trae consigo, una baja eficiencia de separación en esta zona de la torre. Esta alternativa trae como beneficio recuperación de butenos por el tope, los indicadores económicos para esta alternativa muestran valores positivos con un VAN 500.297[USD] de y un TIR del 77% con un Payback de 2 años.In this Thesis Work overhead cooling capacity of the fractioning column C3/C4 E-955 in LPG3 Unit was analyzed and simulated as well as the cooling capacity of the fractioning column of propane propylene E-1301 in the DIPE Unit at ENAP Refinerias Aconcagua, with the objective of identifying possible operational problems and its mitigation alternatives.Considering the actual operation conditions, it was determined that the overhead energetic requirements of devices E-955 and E-1301 were 2848[kW] and 7615[kW] respectively. The actual performance of the air coolers obtained from the process simulation, indicates that the real cooling capacity of the air coolers bay of unit E-955 is 3032[kW], less than the design value of 3954[kW], this explains the problems observed when room temperature is near 27°C. Even though in the beginning this decrease in cooling capacity was attributed to fouling and deterioration on the devices, on site revisions and simulation of the process were helpful in assessing and recognizing that the problem was due to an uneven fee d distribution. The actual performance of the bay of air coolers of the splitter E-1301 obtained through simulation is of 7788[kW] less than the design value of 9000[kW], this also explains the reduced efficiency (output) at room temperatures near 27 Celsius degrees. Even though both units are capable of satisfying the energy requirements of their respective units, temperatures that exceed 27°C aren’t capable of condensing all of the overhead products, an energetic limit of temperature was established for both columns, 29°C in the Column E-955 and 32°C in the fractioning column E-1301. An historical analysis of ambient temperatures in the city of Concon, shows that the operation temperature is well above the design temperature during 100 hours annually, this highlights that, according to the data taken on site the inlet temperatures of the Air Cooler are approximately 3 ºC higher than the ambient temperature of the City of Concon because of the heating effect of the RefineryAn increase in capacity for both fractioning columns was proposed, due to this solution, different alternatives were evaluated to increase the overhead cooling capacity as the actual number of air coolers in both units wouldn’t suffice, and the energetic requirements for an increased capacity wouldn’t be met.The first evaluated alternative was the increase in the overhead pressure of both fractioning columns, this pressure increase should be in norm with ASME VIII ug.27. As a result of this alternative it was obtained that the overhead pressure of the fractioning column C3/C4 could increase only to 21[kg/cm2]. With this increase in pressure, the bay of air coolers of the unit E-955 would be capable of condensing all the overhead product at an increased feed capacity. Being 29°C the temperature limit of the actual installed bay. On the other hand, for the fractioning column E-1301 it is necessary to invest in a new device to be able to condensate all the overhead products. The CAPEX and OPEX of this alternative is 666.667 [USD] and 163.573 [USD] respectively, and the process would have a temperature limit for this unit of 32°C .The second alternative was the incorporation of air coolers in both fractioning columns. The CAPEX and the OPEX of this alternative is 1.000.000 [USD] and 48.789 [USD] respectively and the process would have a limit temperature of 32°C for both units.The third alternative is a mix of the first two alternatives. As a result, this option has considered an investment in air coolers for both fractioning columns, as well as the increase in pressure of the C3/C4 column. This alternative has a CAPEX and OPEX of 1.000.000 [USD] and 187.967 [USD] respectively and the process would have a temperature limit of 38°C for the Column E-955 and 32°C for Unit E-1301.Besides the alternatives of increased cooling capacities, improvements in the separation process of the column E-955 were suggested. One of these improvements is the temperature control at the output stream of the air coolers. This solution, has the benefit in the recovery of butene in the overhead line that are dragged during winter caused by a decrease in the overhead reflux. The Economic indicators for this option are net positive with a NPV of 449.036 [USD], an IRR of 76% and a 3 year Payback.Other improvements in the process were also suggested, these consist in the replacement of the trays 1 to 25 of the fractioning column C3/C4 due to evident problems in column hydraulics, this causes efficiency problems in terms of separation in this specific part of the column. This alternative also has the benefit of the overhead butene recovery. The economic indicators of this alternatives are net positive and as follows, a VPN of 500.297 [USD], an IRR of 77% and a 2 year payback.