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
Caudal máx.
Caudal mín.
P. máx.
P. mín.
CH4
C3+C4
MMSCMD
kg/cm²g
Mol. %
Gas pobre
5.5
Gas rico
3.6
0.6
84
60
70
~ 92.5
73.14
~ 1.2
12.72
Introduction
Descripción del problema – Especificaciones de
productos
Gas tratado
C3H8 máx.
% molar
3.0
0 a 44 kg/cm²g
Pto. rocío HC
°C
Condensado
Temp. de entrega
°C
20
kg/cm²g
12
P. de entrega
-8.9 @ 3 kg/cm²g
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
MEG
CHILLER
SEPARADOR
FRÍO
MEG
GASOLINA
GAS
TRATADO
PROPANO
Introducción
Resultados de simulaciones preliminares
Caso
Especificación
limitante
Gas pobre PR a 44 kg/cm²g < 0°C
Gas rico
C3 < 3%
Temp. en sep. frío °C
AP
BP
84 kg/cm²g 60 kg/cm²g
-30 a -24
-7 a -6
-31
Introducción
Rangos amplios…
Parámetro
Carga de
refrigeración
total
Min.
Caso
MMkcal/hr
Caso
Caudal HC líq. en
separador frío
Caudal gas en
separador frío
Pobre-BP
3.5
Pobre-BP
m³/d
Caso
m3/h
15
Rico
Máx.
Rico
9.1
Rico
4200
Pobre-BP
680
3000
Introducción
Rangos amplios…
Mín.
(TD)
Parámetro
Carga de
refrigeración
total
Caso
MMkcal/hr
Caso
Caudal HC líq. en
separador frío
Caudal gas en
separador frío
m³/d
Pobre-BP
0.5
3.5
Pobre-BP
2.2
Caso
m3/h
Mín.
15
Rico
130
Máx.
Rico
9.1
Rico
4200
Pobre-BP
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
Caso Gas
Casos
GasRico
Pobre
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
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