Un diseño versátil para una planta de ajuste de punto de rocío LA NECESIDAD ES LA MADRE DE LA INVENCIÓN Un diseño versátil para una planta de ajuste de punto de rocío 2das Jornadas Técnicas sobre Acondicionamiento del Gas Natural El Calafate, 30 de septiembre al 3 de octubre de 2008 Ing. Martín Raventos Ing. Mariela Arduino Ing. Pablo Luraschi Ing. Marco Bergel

Introducción Temas principales Planta de ajuste de punto de rocío para el mercado brasileño Proyecto tipo EPC – Provisión de módulos Composición y presión del gas de entrada variables Estrategias para la integración energética y el diseño de equipos Manejo de bajos índices de turn-down

Introducción Ubicación de la planta

Introducción Descripción del problema – Condiciones de entrada Caso Gas pobre Gas rico Caudal máx. MMSCMD 5.5 3.6 Caudal mín. 0.6 P. máx. kg/cm²g 84 70 P. mín. 60 CH4 Mol. % ~ 92.5 73.14 C3+C4 ~ 1.2 12.72

Introduction Descripción del problema – Especificaciones de productos Gas tratado C3H8 máx. % molar 3.0 Pto. rocío HC °C 0 a 44 kg/cm²g -8.9 @ 3 kg/cm²g Condensado Temp. de entrega 20 P. de entrega kg/cm²g 12

Introducción Otras restricciones Refrigeración mecánica requerida Dos compresores de propano 3.6 MM de cualquiera de los casos con un solo compresor Área de implantación limitada (2000 m²) Módulos compactos Varios trenes de proceso en paralelo descartados

Introducción Diagrama de bloques GAS CRUDO ENFRIAMIENTO CHILLER SEPARADOR FRÍO MEG MEG GASOLINA GAS TRATADO PROPANO

Especificación limitante Introducción Resultados de simulaciones preliminares Caso Especificación limitante Temp. en sep. frío °C AP 84 kg/cm²g BP 60 kg/cm²g Gas pobre PR a 44 kg/cm²g < 0°C -30 a -24 -7 a -6 Gas rico C3 < 3% -31

Introducción Rangos amplios… Parámetro Min. Máx. Carga de refrigeración total Caso Pobre-BP Rico MMkcal/hr 3.5 9.1 Caudal HC líq. en separador frío m³/d 15 4200 Caudal gas en separador frío m3/h 680 3000

Introducción Rangos amplios… Parámetro Mín. (TD) Mín. Máx. Carga de refrigeración total Caso Pobre-BP Rico MMkcal/hr 0.5 3.5 9.1 Caudal HC líq. en separador frío m³/d 2.2 15 4200 Caudal gas en separador frío m3/h 130 680 3000

Introducción Principales desafíos Encontrar un esquema de integración energética razonable que considere todos los escenarios posibles y las restricciones en CapEx Adaptar los equipos de proceso para grandes variaciones en los caudales de gas y líquido debidos a cambios en la composición del gas de entrada Manejar bajos índices de turn-down a largo plazo

Diseño del proceso Integración energética Solución de compromiso entre tamaño de equipos de enfriamiento (ICGG e ICGC) y potencia de compresión del circuito de refrigeración. Caso de Gas Rico: Caudal de condensado significativo para preenfriar gas crudo en un ICGC. Casos de Gas Pobre: Caudal de condensado bajo que no contribuye significativamente a la recuperación de calor en un ICGC.

Diseño del proceso Integración energética Otras características del Caso de Gas Rico Posee la carga de refrigeración más alta Recuperación de calor gas/gas limitada El condensado debe ser expandido hasta la presión de entrega

Diseño del proceso Integración energética Enfoque tradicional para plantas de ajuste de PR 1 ICGG dimensionado para 5.5 MMSCMD 1 ICGC para el Caso de Gas Rico 1 ICGC más pequeño para los Casos de Gas Pobre

Diseño del proceso Enfoque tradicional – Caso de Gas Rico

Diseño del proceso Enfoque tradicional – Casos de Gas Pobre

Diseño del proceso Integración energética Desventajas del enfoque tradicional ICGC Intercambiador grande inactivo en los casos de gas pobre No se alcanza la temperatura de salida especificada en el condensado ICGG debe manejar todos los casos La velocidad del gas en tubos es demasiado baja en el caso de gas rico ∆P demasiado alto en los casos de BP

Diseño del proceso Integración energética Mejoras Intercambiador de calor de servicio dual Mejor aprovechamiento de la presión disponible en los intercambiadores Agregado de un intercambiador de calor Condensado / Propano

Diseño del proceso Integración energética Intercambiador de calor de servicio dual Dos unidades idénticas; una actúa como ICGG o ICGC según el tipo de gas de entrada Expansión gradual del condensado entre las carcasas del ICGC para aumentar la recuperación de calor Importante reducción del peso total del conjunto de intercambiadores

Diseño del proceso Integración energética Aprovechamiento de la presión disponible Bypass del lado tubos del ICGG para limitar ∆P en los casos de BP (aprovechando que requieren menor carga de refrigeración) Expansión Joule-Thomson aguas arriba del separador frío provee enfriamiento adicional

Diseño del proceso Integración energética Intercambiador de calor condensado - propano Permite condensar todo el refrigerante a menor presión en el caso de gas rico El condensado alcanza la temperatura de entrega requerida Nivela la potencia de compresión de C3 En los casos de gas pobre se utiliza un aerocondensador de C3

Diseño del proceso Esquema final del proceso Casos Gas Pobre Caso Gas Rico

Diseño del proceso

Diseño del proceso Diseño de equipos Separador frío Debía poder manejar escenarios de alto caudal de gas y poco líquido, y viceversa. Primer enfoque: recipiente horizontal de un solo cuerpo

Diseño del proceso Diseño de equipos 105 ton 73 ton

Diseño del proceso

Diseño de equipos Manejo del turn-down Se esperaban bajos índices de turn-down (hasta 13% en los casos de gas pobre) a largo plazo (declinación de la producción) Problemas típicos que enfrentan las PPR al operar por debajo de la capacidad nominal: Reducción de la eficiencia en los eliminadores de niebla Riesgo de formación de hidratos Mal funcionamiento de los compresores de refrigerante

Diseño del proceso Manejo del turn-down Combinación de medidas Múltiples boquillas de inyección de glicol en los intercambiadores de calor Bypass en el economizador + “bypass caliente” en el sistema de propano Bloqueo gradual del área del eliminador de niebla en el separador frío Bloqueo en dos etapas de las placas de tubos de los intercambiadores

Conclusiones Desempeño de la planta La planta ha operado de forma estable desde Febrero de 2007 procesando hasta 2.5 MMSCMD de gas rico y 5.5 MMSCMD de gas pobre Se ha cambiado varias veces el modo de operación de la planta de “gas rico” a “gas pobre” (el procedimiento completo requiere menos de una hora)

Conclusiones Optimizar el esquema de integración energética puede conducir a reducciones importantes no sólo en OpEx sino también en CapEx y en requerimientos de espacio El concepto del ICSD y del separador frío de dos cuerpos pueden ser aplicados en otros casos en los que se prevé un amplio rango de caudales de condensado Los enfoques de diseño tradicionales suelen ser susceptibles de mejoras importantes en presencia de un conjunto complejo de especificaciones de diseño

Introduction

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