Seguimiento de Variables de Proceso 2das Jornadas de Acondicionamiento de Gas Natural El Calafate 2 de Octubre 2008

Contenido Seguimiento del proceso Objetivo del trabajo Seguimiento de variables de proceso Contenido Objetivo del trabajo Descripción del Ciclo de Producción de Gas en CD Endulzamiento Breve descripción del proceso Seguimiento del proceso Variables de interés Almacenamiento de datos Gráficos y tendencias Resumen y conclusiones

Seguimiento de variables de proceso Objetivo Contar con historial del proceso de endulzamiento de gas, con el fin de detectar problemas operativos y, en consecuencia, actuar preventivamente. Es importante mencionar por que nos vimos en la necesidad de implementar una metodología de seguimiento de proceso: debido a la complejidad de nuestro sistema de captación de gas, cualquier perturbación en cualquier nodo de este sistema, afecta en gran medida la estabilidad de la planta de amina. En un momento, la situación de inestabilidad era tal, que necesitábamos encontrar un punto de partida para encontrar qué variables afectaban más a todo nuestro sistema.

Ciclo de producción de gas CD Pozos de Alta Presión 3.18 MMSCMD 3 Plantas de Tratamiento 8.0 MMSCMD Usinas 1.1 MMSCMD Consumo Interno 1.0 MMSCMD Gas Asociado 1.22 MMSCMD 3 Plantas Compresoras (44200 HP) Venta 6.5 MMSCMD Gas HGOR 2.63 MMSCMD 6 Estaciones de Separación Turbocompresor (4500 HP) Pozos de Media Presión 1.4 MMSCMD 1 Planta Compresora (9000 HP) Disponemos de un sistema de captación de gas muy complejo que consta de pozos netamente gasíferos, pozos de gas de baja presión asociados a la operación de petróleo y gas de alto GOR, lo que nos obliga a tener diferentes instalaciones de compresión aguas arriba del tratamiento, ya que parte del gas de los pozos gasíferos se produce en media presión por lo cual requiere de una etapa de compresión de 30 kg/cm2g a 70 kg/cm2g antes de su acondicionamiento en planta y el gas proveniente de la operación de petróleo y de alto GOR debe comprimirse desde aproximadamente 2.5 kg/cm2g de presión hasta 70 kg/cm2g (presión a la cual operan las plantas de tratamiento). El sistema de acondicionamiento consta de dos plantas de ajuste de punto de rocío, con capacidad de procesamiento de 1.5 MMSCMD cada una, y una planta de endulzamiento -que opera con MDEA genérica- seguida de una planta de ajuste de punto de rocío, ambas con capacidad de 5.0 MMSCMD. La producción de estas tres plantas se mezcla y se recomprime luego en una estación Turbocompresora para lograr la presión necesaria para ingresar al Gasoducto Troncal, desde 70 kg/cm2g hasta aproximadamente 84 kg/cm2g. Total= 55000 HP instalados

Endulzamiento – Descripción del proceso Intercambiador Gas Acido/Gas Dulce De Separador de Entrada A Estabilización de Gasolina TORRE CONTACTORA Bombas principales de Amina Acumulador de Amina A Torre de Tanque Flash A Antorcha A Unidad APR Separador de salida Unidad Amina Filtración de Amina A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Separador de Gas Acido A drenaje cerrado Venteo Gas Acido Aeroenfriadores de Amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA Esta planta fue diseñada para procesar un caudal máximo de gas de 5.0 MMSCMD, con un by-pass automatizado, que permite derivar el gas de alimentación directamente a la Unidad de Ajuste de Punto de Rocío, según la calidad del gas que abandona la torre contactora. El diseño contempla una circulación máxima de solución de amina de 200 m3/h. El proceso de acondicionamiento de gas inicia en el separador bifásico, a continuación pasa por un filtro coalescedor para retener la niebla de hidrocarburo. Luego, el gas ingresa a la torre absorbedora, con la posibilidad de ser precalentado en un intercambiador gas dulce/gas ácido, y finalmente se dirige la Unidad de Ajuste de Punto de Rocío, previo paso por un separador de salida. La presión de operación del sistema de absorción es de 70 kg/cm2g, mientras que la del sistema de regeneración de amina es del orden de los 0.5 kg/cm2g. El gas que se separa en el tanque flash de amina se aprovecha en el horno, para evitar quemas en la antorcha. El sistema de filtración de amina se encuentra en el circuito de amina pobre y consta de un pre-filtro de partículas, un filtro de carbón activado y un post-filtro de partículas. Tanto el pre como el post filtro son capaces de retener partículas de diámetro nominal de 5 mm. La absorción de los gases ácidos se realiza con una solución de MDEA (metil-dietanol amina) al 50% p/p. El agua de dilución de la solución de amina se produce en una planta de ósmosis inversa y forma parte de los servicios auxiliares de la instalación. Se cuenta con un tanque de almacenamiento de agua desmineralizada, que actualmente no cuenta con gas de blanketing. Existen dos posibles puntos de reposición de agua al sistema: en el circuito de filtración y en el reflujo de la torre regeneradora. Normalmente la reposición se realiza a través del segundo punto mencionado. El calor necesario para regenerar la solución de amina, es provisto por un sistema de Aceite Térmico, compartido con la Unidad de Ajuste de Punto de Rocío. Agua de reposición

Seguimiento del proceso - Variables de interés Entrada a planta De Separador de Entrada A Estabilización de Gasolina Presión Caudal Temperatura Presión diferencial Nivel inferior y superior Concentración de CO2 Gracias a la moderna automatización que dispone esta planta y a la posibilidad de contar con visualización de la mayoría de las variables en el sistema de control distribuido -en sala de control- se pueden extraer libremente datos, mejorar escalas de visualización y graficar el conjunto de variables de interés para formar el historial de la planta. Este constituye el punto de partida del control de procesos, que se describe en el presente trabajo. Disponemos de un cromatografo online para determinar composición del gas en cuatro puntos de la planta; sin embargo, también se realiza cromatografía en nuestro laboratorio, por lo menos una vez al día. Una de las corrientes que se analiza es la entrada a la torre contactora o salida del coalescedor. Aquellas variables que aparecen en color violeta, simplemente indican que son obtenidas en laboratorio.

Seguimiento del proceso - Variables de interés Intercambiador gas/gas Intercambiador Gas Acido/Gas Dulce De Separador de Entrada A Estabilización de Gasolina Temperatura de entrada

Seguimiento del proceso - Variables de interés Absorción Intercambiador Gas Acido/Gas Dulce De Separador de Entrada A Estabilización de Gasolina TORRE CONTACTORA Presión diferencial Temperatura de platos Temperatura de gas entrada a torre Temperatura y caudal de amina pobre Nivel Temperatura de Platos #5, #10, #16, #18 y fondo

Seguimiento del proceso - Variables de interés Gas dulce Intercambiador Gas Acido/Gas Dulce De Separador de Entrada A Estabilización de Gasolina TORRE CONTACTORA Temperatura Concentración de CO2

Seguimiento del proceso - Variables de interés Gas dulce Intercambiador Gas Acido/Gas Dulce De Separador de Entrada A Estabilización de Gasolina TORRE CONTACTORA A Antorcha A Unidad APR Separador de salida Unidad Amina Presión Caudal de gas tratado Nivel del separador

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Intercambiador Gas Acido/Gas Dulce De Separador de Entrada A Estabilización de Gasolina TORRE CONTACTORA A Antorcha A Unidad APR Separador de salida Unidad Amina A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Presión Temperatura

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Concentración MDEA Carga ácida MDEA Tendencia a espuma Sólidos e HC A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Intercambiador de placas Caudal de amina pobre que abandona la torre. Análisis en amina rica: concentración (% p/p); carga ácida de CO2 y H2S; pH; tendencia a la formación de espuma; densidad; aspecto (color, olor, apariencia); contenido de sólidos e hidrocarburos.

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Temperatura de vapores de tope Temperatura de platos Presión diferencial A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA Temperaturas de platos #4, #7, #17, fondo

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Nivel de fondo Temperatura de salida del rehervidor Caudal amina pobre Ensayos de MDEA pobre A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA Caudal de amina pobre que abandona la torre. Análisis en amina pobre: concentración (% p/p); carga ácida de CO2 y H2S; pH; tendencia a la formación de espuma; densidad; aspecto (color, olor, apariencia); contenido de sólidos e hidrocarburos.

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Temperatura de condensación Caudal de reflujo Presión de operación A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA La presión de operación de la torre regeneradora se mide en el separador de reflujo y no en el tope de torre. Por lo tanto, al realizar cálculos (por ejemplo para determinar la relación de reflujo) se suman 0.1 kg/cm2 al valor que leemos en el sistema de control.

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Caudal venteo CO2 A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Separador de Gas Acido A drenaje cerrado Venteo Gas Acido Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA Si bien disponemos de medidor de caudal de CO2 en la corriente de salida de gases ácidos, este valor también se obtiene por cálculo, realizando un balance de CO2 en la torre contactora.

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Temperatura A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Separador de Gas Acido A drenaje cerrado Venteo Gas Acido Aeroenfriadores de Amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA

Seguimiento del proceso - Variables de interés Regeneración Análisis completo agua A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Separador de Gas Acido A drenaje cerrado Venteo Gas Acido Aeroenfriadores de Amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA Agua de reposición: TSD; dureza; pH; cloruros, sodio, potasio, hierro y conductividad. Agua de reflujo: contenido de MDEA; contenido de CO2 y H2S y pH. Agua de reposición

Seguimiento del proceso - Variables de interés Filtración de amina Caudal de amina Presión diferencial Sólidos e HC en MDEA Filtración de Amina A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Separador de Gas Acido A drenaje cerrado Venteo Gas Acido Aeroenfriadores de Amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA Tanto los pre y post filtros de partículas, como el filtro de carbón activado, cuentan con medición de presión diferencial. También se mide el caudal de amina que circula por el sistema de filtración. El contenido de sólidos se mide en distintas etapas del circuito de filtración: aguas arriba y aguas abajo del pre y post filtros de partículas. Agua de reposición

Seguimiento del proceso - Variables de interés Bombeo de amina Bombas principales de Amina Acumulador de Amina A Torre de Tanque Flash Caudal de amina Ensayos MDEA Filtración de Amina A Horno Tanque Flash de Amina De bombas de amina Separador de Gas Acido A drenaje cerrado Venteo Gas Acido Aeroenfriadores de Amina Intercambiador de placas De Horno de Aceite Térmico A tanque Aceite Térmico Bombas booster Rehervidor Bombas de reflujo Condensador de reflujo Separador de reflujo TORRE REGENERADORA Análisis varios de amina pobre: concentración (% p/p); carga ácida de CO2 y H2S; pH; tendencia a la formación de espuma; densidad; aspecto (color, olor, apariencia); contenido de sólidos e hidrocarburos. El contenido de sólidos se mide en distintas etapas del circuito de filtración: aguas arriba y aguas abajo del pre y post filtros de partículas. Agua de reposición

Seguimiento del proceso – Almacenamiento de datos Tablas minuto a minuto Todas las variables extraídas del sistema de control, se almacenan cada 1minuto, en archivos Excel. Y a partir de allí comienza el trabajo minucioso de cálculo extra (por eso, la necesidad de una herramienta compatible con Excel), como el cálculo del promedio del día con los 1440 datos obtenidos de cada día operativo.

Seguimiento del proceso – Almacenamiento de datos Promedios diarios Además, al finalizar el día operativo, el sistema genera automáticamente un reporte conteniendo los promedios diarios de cada variable, sin perder la información disponible minuto a minuto. Estos promedios diarios se almacenan en otro documento denominado “Promedios.xls”. No se pierde la información disponible minuto a minuto Almacenamiento en distintos archivos

Seguimiento del proceso – Almacenamiento de datos Datos de Laboratorio En el Parte Diario de Laboratorio, se resume toda la información necesaria para que los operadores puedan tomar acción en función de los resultados obtenidos en el dia. Este parte está agrupado por tipo de análisis, y como puede verse en el archivo, el área más grande del mismo, esta destinado a la información de las muestras gaseosas, básicamente composición de las distintas corrientes analizadas. El contenido de H2S se obtiene por método colorimétrico (ampollas calorimétricas). El contenido de agua se obtiene por dos métodos: colorimétrico y con analizador portátil. En el área de la derecha, se resumen los resultados de los análisis realizados a las muestras líquidas. Para el caso de la planta de Endulzamiento, nos referimos a: Amina pobre: concentración (% p/p); carga ácida de CO2 y H2S; pH; tendencia a la formación de espuma; densidad; aspecto (color, olor, apariencia); contenido de sólidos e hidrocarburos. El contenido de sólidos se mide en distintas etapas del circuito de filtración: aguas arriba y aguas abajo del pre y post filtros de partículas. Amina rica: concentración (% p/p); carga ácida de CO2 y H2S; pH; tendencia a la formación de espuma; densidad; aspecto (color, olor, apariencia); contenido de sólidos e hidrocarburos. Agua de reposición: TSD; dureza; pH; cloruros, sodio, potasio, hierro y conductividad. Agua de reflujo: contenido de MDEA; contenido de CO2 y H2S y pH. Se toman y analizan las muestras al menos una vez al día Almacenamiento en un Parte Diario de Laboratorio

Seguimiento del proceso – Gráficos y tendencias Perfil de Temperaturas Absorbedora Con estas tablas se generan gráficos de tendencias, agrupando las distintas variables que mejor describen el sistema. Una de las variables importantes, es la temperatura de la torre contactora. En este caso, tomamos valores minuto a minuto, y se realiza un promedio de temperaturas a cada hora, por lo tanto, vamos a graficar 24 valores a lo largo del día. Estos valores deben permanecer relativamente constante cuando consideramos un mismo plato. Estos gráficos también se actualizan minuto a minuto y se generan en el mismo reporte automático.

Seguimiento del proceso – Gráficos y tendencias Tendencia mensual Este gráfico esquematiza una de las tantas tendencias que seguimos a diario. Como puede verse, a partir del dia 18 de abril, hay variables que se ven modificadas, esto se debe a un cambio en la formulación de la amina. Sin embargo, para los fines prácticos de este trabajo, esta modificación no tiene influencia. Lo único que se intenta aquí es mostrar la interrelación de variables dependientes. Esto no significa que una misma variable esté presente en una sola tendencia, sino que puede aparecer nuevamente mas adelante en otro gráfico de tendencia.

Seguimiento del proceso – Gráficos y tendencias Cálculos adicionales Luego de implementar este cálculo, nos dimos cuenta que tan dependiente es la carga ácida de amina rica con la composición del gas de entrada a planta. Por este motivo, y a partir de este hallazgo, se comenzó a seguir muy de cerca esta variable procurando no sobrepasar el valor recomendado.

Seguimiento del proceso – Gráficos y tendencias Cálculos adicionales

? Resumen Seguimiento de variables de proceso Metodología Utilizada 2- Agrupación según sistema involucrado 3- Obtención de datos de Laboratorio (Parte Diario) y rutinas de planta 1- Determinación de variables de interés ? Metodología Utilizada 8- Toma de acción (si es necesario) 4- Generación de reporte automático de promedios Minutos a minutos 5- Almacenamiento de datos en Documento Promedios.xls diarios 7- Análisis de desvíos (si los hay) 6- Generación de tendencias (actualizadas min a min)

Conclusiones Obtención remota de datos a partir del DCS Seguimiento de variables de proceso Conclusiones Obtención remota de datos a partir del DCS Beneficio para la operación Beneficio para el Jefe de Turno Interpretación correcta del comportamiento y evolución de la planta Identificación de límites operativos y cuellos de botella Diagnóstico de problemas puntuales y recomendación de soluciones

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