INFORME DE CIERRE INGENIERÍA CONCEPTUAL

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1 INFORME DE CIERRE INGENIERÍA CONCEPTUAL
JHG Ingeniería Ltda. INFORME DE CIERRE INGENIERÍA CONCEPTUAL DIAGNÓSTICO Y BALANCE TÉRMICO CALENTAMIENTO DE SOLUCIONES DE ELECTROOBTENCIÓN NOMBRE FECHA Preparado por: NIC 28/11/06 Revisado por: RGG 01/12/06 Corregido por: JHG 04/12/06 Aprobado por:

2 JHG Ingeniería Ltda. Antecedentes Compañía Minera Cerro Colorado cuenta con instalaciones destinadas a la generación de calor para sus procesos SX – EW. Los equipos del Sistema de Generación de Calor presentan problemas que impiden alcanzar la temperatura normal de trabajo de la solución Electrolito. Además existe inquietud por el consumo de Petróleo Diesel de la planta SX – EW, el cual es utilizado por los equipos térmicos involucrados en la generación de calor. En consecuencia, se plantea la necesidad de realizar un diagnóstico termodinámico de las instalaciones para identificar las causas del problema y proceder a continuación a implementar la(s) solución(es).

3 JHG Ingeniería Ltda. Objetivos El estudio de diagnóstico tiene por objeto cuantificar el aporte de calor de los equipos calentadores, identificando las anomalías que impiden llegar a la temperatura normal de trabajo en las soluciones en la nave de eletroobtención y estableciendo los balances térmicos del circuito de soluciones. Complementariamente, se establecen los consumos de combustibles de los equipos térmicos utilizados en la generación de calor.

4 Esquema de “Demandas” Área SX – EW
JHG Ingeniería Ltda. Esquema de “Demandas” Área SX – EW

5 Consumo de Combustible planta SX – EW
JHG Ingeniería Ltda. Consumo de Combustible planta SX – EW

6 Registro Histórico de Consumo de Combustible planta SX - EW
JHG Ingeniería Ltda. Registro Histórico de Consumo de Combustible planta SX - EW Curva efecto estacional

7 Registro Histórico de Consumo de Combustible planta SX - EW
JHG Ingeniería Ltda. Registro Histórico de Consumo de Combustible planta SX - EW Curva efecto estacional

8 Registro Histórico de Consumo de Combustible planta SX - EW
JHG Ingeniería Ltda. Registro Histórico de Consumo de Combustible planta SX - EW “Quiebre” efecto estacional

9 Combustible planta SX-EW
JHG Ingeniería Ltda. Registro de Consumo Combustible planta SX-EW Se observa un aumento en el consumo de combustible al término del año 2006.

10 Diagrama de Flujos planta SX - EW
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos planta SX - EW

11 Diagrama de Flujos: esquema energético de soluciones en área SX - EW
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos: esquema energético de soluciones en área SX - EW Electrolito Rico SX EW Electrolito Pobre Q recuperación entregado por Electrolito Pobre Q entregado por Agua Caliente Q entregado por mezcla Intercambiadores de placa Intercambiadores de placa TK recirculación

12 Diagrama de Flujos: energía global por proceso
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos: energía global por proceso

13 Diagrama de Flujos: energía global por proceso
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos: energía global por proceso Salida Electrolito Rico 805 [m3/h] SX EW Electrolito Pobre 5.705 [m3/h] Entrada QEntrada = [kcal/h] TEntrada = 35,9 [ºC] Energía Perdida en SX DQ = [kcal/h] DT = - 7,3 [ºC] QSalida = [kcal/h] TSalida = 28,6 [ºC]

14 Diagrama de Flujos: energía global por proceso
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos: energía global por proceso Entrada Electrolito Rico 805 [m3/h] SX EW Electrolito Pobre 5.705 [m3/h] Salida Energía recuperación con EP QEntrada = [kcal/h] TEntrada = 28,6 [ºC] DQ = [kcal/h] DT = 10,7 [ºC] QSalida = [kcal/h] TSalida = 39,3 [ºC]

15 Diagrama de Flujos: energía global por proceso
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos: energía global por proceso Salida Electrolito Rico 805 [m3/h] SX EW Entrada Electrolito Pobre 5.705 [m3/h] Energía entregada por Agua Caliente QEntrada = [kcal/h] TEntrada = 39,3 [ºC] DQ = [kcal/h] DT = 6,7 [ºC] QSalida = [kcal/h] TSalida = 46 [ºC]

16 Diagrama de Flujos: energía global por proceso
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos: energía global por proceso Entrada Electrolito Rico 805 [m3/h] SX EW Electrolito Pobre 5.705 [m3/h] Salida QEntrada = [kcal/h] TEntrada = 46 [ºC] Energía TK recirculación DQ = [kcal/h] DT = 0,2 [ºC] QSalida = [kcal/h] TSalida = 46,2 [ºC]

17 Diagrama de Flujos: energía global por proceso
JHG Ingeniería Ltda. Diagrama de Flujos: energía global por proceso Salida Electrolito Rico 805 [m3/h] SX EW Electrolito Pobre 5.705 [m3/h] QEntrada = [kcal/h] TEntrada = 46,2 [ºC] Aporte energía nave EW Entrada DQ = [kcal/h] DT = 0,4 [ºC] QSalida = [kcal/h] TSalida = 46,6 [ºC]

18 Características Nominales en Equipos
JHG Ingeniería Ltda. Características Nominales en Equipos

19 Características Nominales en Equipos
JHG Ingeniería Ltda. Características Nominales en Equipos Proceso: 1. Calentamiento agua de tratamiento de Cátodos en nave EW Equipos: Generadores de Vapor

20 Características Nominales en Equipos
JHG Ingeniería Ltda. Características Nominales en Equipos Proceso: 2. Calentamiento Electrolito Rico (ER) entrada a nave EW Equipos: Calentadores de Agua

21 Características Nominales en Equipos
JHG Ingeniería Ltda. Características Nominales en Equipos Proceso: 2. Calentamiento Electrolito Rico (ER) entrada a nave EW Equipos: Intercambiadores de Placa 1. Intercambiadores Electrolito Rico / Electrolito Pobre 2. Intercambiadores Electrolito Rico / Agua Caliente DQ = [kcal/h] DQ = [kcal/h]

22 JHG Ingeniería Ltda. Mediciones en Terreno

23 Mediciones en Terreno Proceso:
JHG Ingeniería Ltda. Mediciones en Terreno Proceso: 1. Calentamiento agua de tratamiento de Cátodos en nave EW Equipos: Generadores de Vapor

24 Mediciones en Terreno Proceso:
JHG Ingeniería Ltda. Mediciones en Terreno Proceso: 2. Calentamiento Electrolito Rico (ER) entrada a nave EW Equipos: Calentadores de Agua Calentador no operativo fecha de medición en zona intercambiadores : Equipo presenta filtraciones de agua

25 Mediciones en Terreno Proceso:
JHG Ingeniería Ltda. Mediciones en Terreno Proceso: 2. Calentamiento Electrolito Rico (ER) entrada a nave EW Equipos: Intercambiadores de Placa Pérdidas en cañería = (Calor Útil Calentadores) – (Energía entregada Agua Caliente) Pérdidas en cañería = – = [kcal/h]

26 EW Mediciones en Terreno Proceso:
JHG Ingeniería Ltda. Mediciones en Terreno Proceso: 2. Calentamiento Electrolito Rico (ER) entrada a nave EW Proceso: Temperaturas y Caudales en Nave EW EW

27 JHG Ingeniería Ltda. Mediciones en Terreno En consecuencia el día de la medición es representativo. Consumo de Combustible fecha de medición en terreno Gasto anual : 5,7 Millones US$/Año

28 Análisis de Resultados
JHG Ingeniería Ltda. Análisis de Resultados

29 Proceso calentamiento agua tratamiento Cátodos
JHG Ingeniería Ltda. Proceso calentamiento agua tratamiento Cátodos Generadores de Vapor FULTON Fulton Nº3 presenta alta temperatura de gases chimenea (343 [ºC]) y trabaja con un 36% de eficiencia Implica baja transferencia de calor al agua de alimentación.

30 Generadores de Vapor FULTON
JHG Ingeniería Ltda. Generadores de Vapor FULTON Los equipos muestran una generación de vapor por debajo de las capacidades nominales de cada uno. Equipo Fulton Nº 3 muestra una baja producción de vapor respecto a los otros generadores. Esto se relaciona con lo ilustrado en lámina anterior, respecto a su eficiencia global y Tº gases chimenea. Equipo Fulton Nº 3 aporta sólo un 9% del total entregado a Nave Oeste EW. Equipo Fulton Nº 8 aporta sólo un 15% del total entregado a Nave Este EW.

31 Generadores de Vapor FULTON
JHG Ingeniería Ltda. Generadores de Vapor FULTON En particular el equipo Fulton Nº 3 debe ser sometido a un completo “Overhaul”, para inspeccionar respecto al funcionamiento completo del generador. Se debe realizar una calibración de quemadores de todos los equipos, ya que al momento de la medición, sólo estaba modulando el generador Fulton Nº 7. Considerando el casi nulo aporte del equipo Fulton Nº 3 y la capacidad nominal del equipo Fulton Nº 4, se debe utilizar exclusivamente este último para satisfacer la demanda de vapor de la Nave Oeste EW. Considerando las capacidades nominales de los Fulton Nº 6, 7 y 8, se sugiere utilizar solamente los generadores 7 y 8 para satisfacer la demanda de vapor de la Nave Este EW. Al momento de la visita, el equipo Fulton Nº 6 presentó detenciones constantes en su funcionamiento.

32 Proceso calentamiento Electrolito Rico
JHG Ingeniería Ltda. Proceso calentamiento Electrolito Rico Calentadores de Agua Los Calentadores de Agua muestran una generación de energía por debajo de sus capacidades nominales. EA = 62% EA = 71% EA = 95%

33 Proceso calentamiento Electrolito Rico
JHG Ingeniería Ltda. Proceso calentamiento Electrolito Rico Calentadores de Agua El calentador VISA Nº 5 tiene una eficiencia global del 85,8%, valor más bajo en relación a los otros 2 equipos.

34 Proceso calentamiento Electrolito Rico
JHG Ingeniería Ltda. Proceso calentamiento Electrolito Rico Calentadores de Agua Calentador VISA Nº 5: presenta “interferencia” mecánica en modulación del Quemador. Interferencia Mecánica: Tope físico que impide al calentador alcanzar su capacidad máxima de generación de energía.

35 Proceso calentamiento Electrolito Rico
JHG Ingeniería Ltda. Proceso calentamiento Electrolito Rico Calentadores de Agua Calentador Kewanee Nº 9: presenta filtraciones de agua en operación. Filtraciones de Agua: Situación anómala que altera medición en gases de chimenea, ya que estos presentan un mayor porcentaje de agua en su composición. En consecuencia, la eficiencia real es menor a la medida.

36 JHG Ingeniería Ltda. Calentadores de Agua Considerando la demanda de energía del proceso de calentamiento de Electrolito Rico y sumado a las capacidades nominales de los calentadores, se concluye que sólo se deben mantener operativos los calentadores VISA Nº 5 y Kewanee Nº 9 (Previa reparación de roturas y calibración del quemador). El punto anterior se justifica en que incrementando el consumo de combustible de estos 2 calentadores se satisface la demanda de energía en el proceso, a la vez que las pérdidas globales por efectos del manto disminuyen al utilizar sólo 2 equipos. El equipo VISA Nº 1, el cual estaba apagado al momento del registro de temperaturas de entrada a la nave EW, se debe mantener como equipo “stand – by”, en caso de mantención o falla de alguno de los otros calentadores.

37 JHG Ingeniería Ltda. Calentadores de Agua Se debe solucionar el problema de la interferencia mecánica que presenta el quemador del calentador VISA Nº 5, permitiendo de esta forma llevar a este equipo a su capacidad máxima de generación de energía. Se observaron filtraciones de agua en el equipo Kewanee Nº 9 en operación. Se recomienda repararlo en forma definitiva. Finalmente, se debe realizar la calibración de los quemadores de los tres calentadores. Con esto se logrará alcanzar un óptimo rendimiento térmico de los equipos, normalizando sus características de operación.

38 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización

39 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización 1.- Incremento de la Energía de Recuperación Condición Actual en Energía de Recuperación 2 líneas de recuperación de energía en paralelo, con 1 Intercambiador de Placa en cada línea. Condición Propuesta en Energía de Recuperación 2 líneas de recuperación de energía en paralelo, pero con 2 Intercambiadores de Placa en cada línea. OBJETIVO: Disminuir energía aportada por calentadores de agua, generando un ahorro en el consumo de combustible.

40 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Condición Actual Considerando caudales y temperaturas globales en intercambio de calor de recuperación, se tiene: 28,6 [ºC] Electrolito Rico 46,2 [ºC] Electrolito Pobre 805 [m3/h] 840 [m3/h] 35,9 [ºC] 39,3 [ºC] Energía Total de aporte a Electrolito Rico = [kcal/h] Temperatura salida Electrolito Rico = 39,3 [°C]

41 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Condición Propuesta 1: Elevar la temperatura de salida electrolito rico a 41 [°C] Considerando caudales y temperaturas globales en intercambio de calor de recuperación, se tiene: 41 [ºC] 28,6 [ºC] Electrolito Rico 38,4 [ºC] 805 [m3/h] 46,2 [ºC] Electrolito Pobre 32,9 [ºC] 34,3 [ºC] 840 [m3/h] Intercambiadores nuevos Propuesta 1 Energía Total de aporte a Electrolito Rico = [kcal/h] Temperatura salida Electrolito Rico = 41 [°C]

42 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Condición Propuesta 2: Elevar la temperatura de salida electrolito rico a 42 [°C] Considerando caudales y temperaturas globales en intercambio de calor de recuperación, se tiene: 42 [ºC] 28,6 [ºC] Electrolito Rico 40 [ºC] 805 [m3/h] 46,2 [ºC] Electrolito Pobre 35,5 [ºC] 33,3 [ºC] 840 [m3/h] Intercambiadores nuevos Propuesta 2 Energía Total de aporte a Electrolito Rico = [kcal/h] Temperatura salida Electrolito Rico = 42 [°C]

43 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Inversión Propuesta 1 Adquisición 2 Intercambiadores de Placa Intercambiador 1 Intercambiador 2 Inversión estimada : US$

44 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Ahorro operacional Propuesta 1 Ahorro Energía = Energía Recuperación Propuesta 1 – Energía Recuperación Actual = – = [kcal/h] Considerando: Eficiencia Promedio equipos Calentadores de Agua = 0,88 Poder Calorífico Petróleo Diesel = [kcal/kg] Precio Petróleo Diesel = 0,68 US$/kg Entonces, sin consider restricciones metalúrgicas de la propuesta, se tiene que: Ahorro Anual Estimado = ( *24*365*0,68)/(10.210*0,88) = US$

45 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Inversión Propuesta 2 Adquisición 2 Intercambiadores de Placa Intercambiador 1 Intercambiador 2 Inversión estimada: US$

46 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Ahorro operacional Propuesta 2 Ahorro Energía = Energía Recuperación Propuesta 2 – Energía Recuperación Actual = – = [kcal/h] Considerando: Eficiencia promedio Equipos = 0,88 Poder Calorífico Petróleo Diesel = [kcal/kg] Precio Petróleo Diesel = 0,68 US$/kg Entonces, no considerando restricciones metalúrgicas de la propuesta, se tiene que: Ahorro Anual Estimado = ( *24*365*0,68)/(10.210*0,88) = US$

47 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización 2.- Uso óptimo de equipos térmicos GENERADORES DE VAPOR Nave Oeste Situación Actual: Equipos Fulton Nº 3 y Nº 4 satisfacen la demanda de vapor en nave Oeste EW Generación de Vapor Total = = [kg/h] KPI Fulton Nº 3 = 0,18 [kg Combustible / kg Vapor] KPI Fulton Nº 4 = 0,07 [kg Combustible / kg Vapor] : Considerando un 3% de pérdidas en el manto

48 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización GENERADORES DE VAPOR Nave Oeste Situación Propuesta: Utilizar solamente el Fulton Nº 4 para satisfacer la demanda de vapor saturado en nave Oeste EW Ahorro Combustible = (Consumo Actual) – (Consumo utilizando sólo equipo Fulton 4) Ahorro Combustible = ( 991 x KPI Fulton x KPI Fulton 3 ) – ( ( ) x KPI Fulton 4 ) = ( 991 x 0, x 0,18 ) – ( ( ) x 0,07 ) = 10,89 [kg/h]

49 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización GENERADORES DE VAPOR Nave Este Situación Actual: Equipos Fulton Nº 6, 7 y 8 satisfacen la demanda de vapor en nave Oeste EW Consumo Total Combustible = 182 [kg/h] Generación de Vapor Total = [kg/h] Pérdidas Totales = [kcal/h]

50 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización GENERADORES DE VAPOR Nave Este Situación Propuesta: Utilizar solamente los Fulton Nº 7 y Nº 8 para satisfacer la demanda de vapor saturado en nave Este EW Generador Apagado Generación de Vapor = [kg/h] Ahorro Combustible = 3 [kg/h] Ahorro por disminución de Pérdidas Totales = [kcal/h]

51 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización CALENTADORES DE AGUA Situación Actual: Equipos calentadores VISA Nº 1, VISA Nº 5 y Kewanee Nº 9 satisfacen la demanda de calor del sistema de calentamiento. Consumo Total Combustible = 838 [kg/h] Calor Útil Producido = [kcal/h] Pérdidas Totales = [kcal/h]

52 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización CALENTADORES DE AGUA Situación Propuesta: Solamente equipos calentadores VISA Nº 5 y Kewanee Nº 9 satisfacen la demanda de calor del sistema de calentamiento. Calentador Apagado Ahorro Combustible = 3 [kg/h] Calor Útil Producido = [kcal/h] Ahorro por disminución de Pérdidas Totales = [kcal/h]

53 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización RESUMEN AHORROS EN EQUIPOS TÉRMICOS Ahorro de combustible Ahorro Generadores de Vapor = 14 [kg/h] Ahorro Calentadores de Agua = 3 [kg/h] Ahorro Total = 17 [kg/h] Ahorro por pérdidas globales de utilizar menos equipos Ahorro Generadores de Vapor = [kcal/h] Ahorro Calentadores de Agua = [kcal/h] Ahorro Total = [kcal/h]

54 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización RESUMEN AHORROS EN EQUIPOS TÉRMICOS Ahorro Total = [kcal/h] Considerando: Eficiencia Promedio equipos Equipos Térmicos = 0,8 Poder Calorífico Petróleo Diesel = [kcal/kg] Precio Petróleo Diesel = 0,68 US$/kg Ahorro Anual Estimado = ( *24*365*0,68 ) / ( *0,8 ) = US$

55 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización 3.- Oportunidad de nuevo flow – sheet en área SX - EW Analizando el esquema actual del circuito de soluciones, se vislumbra el estudio de nuevas posibilidades en relación al diagrama de flujos entre las etapas de Extracción por Solventes y Electroobtención. Con esto, se busca mejorar la calidad en el Control de Procesos evitando diferentes temperaturas de ingreso a las naves de EW.

56 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Diagrama de Flujos actual de Área SX – EW Electrolito Pobre SX EW TK Electrolito Rico Q recuperación entregado por Electrolito Pobre Q entregado por Agua Caliente Q entregado por mezcla

57 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Diagrama de Flujos actual de Área SX – EW TK Recirculación: Sub-proceso de alta inercia, el cual produce interferencia en el lazo de control. Electrolito Pobre SX EW TK Electrolito Rico Variable de control, la cual determina el funcionamiento total o parcial de los calentadores de agua. T° entrada nave EW Calentadores de Agua

58 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización El Sistema de Control actual de la temperatura de entrada del Electrolito Rico a la nave EW, presenta los siguientes problemas: - Sistema discreto, ya que el sistema on/off de los calentadores es manual. - Sistema de Alta Inercia, por la interferencia del TK de recirculación entre la variable de control y el proceso de calentamiento. Lazo de Control SX EW Energía recuperación Energía Agua Caliente Energía mezcla En TK recirculación T° entrada nave EW INTERFERENCIA Propuesta: nuevo esquema en proceso de calentamiento

59 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Diagrama de Flujos propuesto en Área SX – EW Electrolito Pobre EW SX TK Electrolito Rico Q entregado por mezcla Q recuperación entregado por Electrolito Pobre Q entregado por Agua Caliente

60 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Diagrama de Flujos propuesto en Área SX – EW SX EW Electrolito Rico Pobre TK SET POINT T° Entrada Calentadores de agua Sistema de control para regulación de energía producida por los calentadores.

61 Propuestas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Propuestas de Optimización Las oportunidades vislumbradas con el esquema propuesto: - Sistema de control modulante, que permita una regulación automática de la generación de calor por parte de los calentadores de agua. - Sistema de Control de Baja Inercia, por la inexistencia de interferencias entre la variable de control y el proceso de calentamiento. Lazo de Control Energía recuperación Agua Caliente Energía mezcla En TK recirculación T° entrada nave EW SX EW Conclusión: oportunidad de mejora de calidad en Control de Procesos. (Lazo de control sobre los quemadores de los calentadores de agua).

62 Resumen Económico Alternativas de Optimización
JHG Ingeniería Ltda. Resumen Económico Alternativas de Optimización

63 Cuadro resumen inversiones / ahorros potenciales
JHG Ingeniería Ltda. Cuadro resumen inversiones / ahorros potenciales