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

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

Introducción

Caso Gas pobre Gas rico

Caudal máx.MMSCMD

5.5 3.6

Caudal mín. 0.6

P. máx.kg/cm²g

8470

P. mín. 60

CH4Mol. %

~ 92.5 73.14

C3+C4 ~ 1.2 12.72

Descripción del problema – Especificaciones de productos

Introduction

Gas tratado

C3H8 máx. % molar 3.0

Pto. rocío HC °C0 a 44 kg/cm²g

-8.9 @ 3 kg/cm²g

Condensado

Temp. de entrega °C 20

P. de entrega kg/cm²g 12

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

Introducción

ENFRIAMIENTO

CHILLER SEPARADOR FRÍO

GAS CRUDO

GAS TRATADO

GASOLINA

PROPANO

MEG MEG

Resultados de simulaciones preliminares

CasoEspecificación

limitante

Temp. en sep. frío °C

AP84 kg/cm²g

BP60 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…

Introducción

Parámetro Min. Máx.

Carga de refrigeración total

Caso Pobre-BP Rico

MMkcal/hr 3.5 9.1

Caudal HC líq. en separador frío

Caso Pobre-BP Rico

m³/d 15 4200

Caudal gas en separador frío

Caso Rico Pobre-BP

m3/h 680 3000

Rangos amplios…

Introducción

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

Caso Pobre-BP Rico

m³/d 2.2 15 4200

Caudal gas en separador frío

Caso Rico Pobre-BP

m3/h 130 680 3000

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

Introducción

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

Diseño del proceso

Enfoque tradicional – Caso de Gas Rico

Diseño del proceso

Enfoque tradicional – Casos de Gas Pobre

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

Diseño del proceso

Esquema final del proceso

Casos Gas PobreCaso Gas Rico

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

Diseño del proceso

105 ton

73 ton

Diseño del proceso

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 de equipos

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

Diseño del proceso

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

Conclusiones

Introduction

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