Escuela Politécnica Nacional Ingeniería en Petróleos Control Automatizado Gira Técnica: Refinería de Esmeraldas
Realizado por:
Jheyson Leonardo Anchapaxi Caiza
Fecha de entrega: 05/05/2014
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Informe Gira Técnica TEMA: Refinería de Esmeraldas OBJETIVOS:
Identificar el Control en la Refinería de Esmeraldas Conocer el funcionamiento básico de la Refinería de Esmeraldas Comprender donde interviene el control en las operaciones dentro de la Refinería de Esmeraldas
MARCO TEÓRICO: Esmeraldas: Esmeraldas es una ciudad de Ecuador, capital de la Provincia de Esmeraldas, en la zona noroccidental del país. Se encuentra a 318 km de Quito. Fue fundada el 21 de septiembre de 1526 como San Mateo, por Bartolomé Ruiz. Tanto la ciudad como la provincia de Esmeraldas reciben su nombre de la piedra preciosa color verde (esmeralda), debido a que este territorio geográfico goza de una abundante vegetación a lo largo de todo el año. Por esta misma razón, la provincia de Esmeraldas ha recibido el apelativo de "la provincia verde". Se dice también que en sus tierras anteriormente se encontraban esmeraldas, a lo cual se ha llegado a atribuir su nombre. El puerto de Esmeraldas es importante para la zona norte del Ecuador. Aquí se exporta principalmente madera y astilla; también se exporta el banano y otros productos agrícolas.
La refinería Estatal de Esmeraldas: La Refinería Estatal se ubica en la Provincia de Esmeraldas, a siete kilómetros de la ciudad del mismo nombre en dirección suroeste, junto a la vía que conduce al cantón Atacames. Las instalaciones ocupan un área de 160 hectáreas y se encuentran a 300 metros del Río Teaone, a tres kilómetros del Río Esmeraldas y a 3.8 kilómetros del Océano Pacífico en línea recta. La construcción de la Refinería Estatal de Esmeraldas se inició a fines del año 1972 y su operación en 1977. El diseño fue realizado por la compañía Norteamericana UOP para una capacidad de
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procesamiento de 55 615 barriles diarios de crudo procedente de la Región Amazónica Ecuatoriana con un rango de 27.9 a 28.3 grados API (American Petroleum Institute). La construcción la realizó el consorcio japonés Sumitomo Chiyoda. La primera ampliación concluyó en el año 1987, en que se instalaron unidades adicionales de Destilación Atmosférica, Destilación al Vacío y Reducción de Viscosidad. La capacidad de procesamiento alcanzada con esta ampliación fue de 90.000 barriles diarios de petróleo, con lo cual se cubriría el déficit proyectado a esa fecha. La segunda ampliación de la Refinería Estatal Esmeraldas concluyó en 1997, a partir del cual inicia técnicamente el procesamiento de un crudo con menor grado API, debido a que el Ecuador, por intermedio de las compañías extranjeras empieza a producir crudos semipesados entre 18 y 24 API, los mismos que son mezclados con el crudo liviano, obteniéndose actualmente una calidad promedio de crudo para refinación de 24.3 grados API. El objetivo principal de esta ampliación fue la de adaptar la Refinería Estatal Esmeraldas para el procesamiento de crudos pesados, y consistió principalmente en la ampliación de la capacidad de refinación de 90000 a 110000 bbls/ día, a fin de compensar la pérdida de producción de derivados debido a la disminución del API del crudo, suprimir la utilización del TEL como aditivo en las gasolinas y mejorar la calidad del diesel. Para esto, se amplió la capacidad de refinación de las Unidades de Destilación Atmosférica existentes, y se instalaron nuevas Unidades como la Unidad de Reformación con regeneración continua de catalizador (CCR), Hidrodesulfurizadora de diésel, además de otras plantas de tratamiento de efluentes, necesarias para minimizar los impactos y cumplir los requerimientos ambientales. El diseño de esta Ampliación fue realizada por las compañías francesas del IFP BEICIP-FRANLAB, y la construcción estuvo a cargo del Consorcio Español Técnicas Reunidas–Eurocontrol. En la actualidad la Refinería se encuentra procesando un petróleo de 24.3 grados API, calidad que puede ir variando de acuerdo a la producción y mezcla de crudos transportados por el SOTE, desde los campos petroleros de la Región Amazónica Ecuatoriana. Los productos terminados que produce la Refinería Estatal Esmeraldas son:
Gas licuado de petróleo, LPG Gasolinas de 80 y 89 octanos (extra y súper) Diésel 1 y 2 Jet fuel Fuel Oil (N° 4, consumo nacional, N° 6 para exportación) Asfaltos Azufre
Además, genera otros productos semielaborados, que son utilizados como carga en las diferentes unidades de proceso.
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Debido a la dinámica operativa de este Complejo Industrial, se generan residuos de hidrocarburos, que se obtienen principalmente de los drenajes de tanques de almacenamiento de crudo y derivados, purgas de unidades, drenajes operativos y de mantenimiento de las unidades. Esta mezcla de residuos de hidrocarburos denominada “slop”, es recolectada y tratada para su posterior reprocesamiento o exportación. Con el fin de continuar con la operación la Refinería Estatal de Esmeraldas, conforme estipula la normativa ambiental ecuatoriana, se procedió a la obtención de la licencia ambiental, misma que la obtuvo el 21 de septiembre de 2011.
DESARROLLO: Salida: El día jueves 24 de abril, alrededor de las 22H40 salimos de la ciudad de Quito hacia Esmeraldas con la finalidad de visitar la Refinería Estatal de Esmeraldas. Llegada: El día viernes 25 de abril, cerca de las 5H00 llegamos a Esmeraldas, donde la primera actividad fue encontrar un hotel para poder hospedarnos, cambiarnos y prepararnos para la visita técnica a la Refinería.
Charla Informativa: Cerca de las 10H00 llegamos a la refinería. En ella tuvimos una charla informativa sobre la refinería, su operación y sus sistemas generales, al igual sobre los productos que genera (gasolina, diesel, kerosene, GLP, jet fuel, fuel oil No. 4, y 6, asfaltos, azufre sólido, etc.) En esta charla conocimos que los procesos de refinería de la Refinería Estatal de Esmeraldas básicamente son:
Procesos no catalíticos Procesos catalíticos Servicios auxiliares Procesos de Visbreaking
Dentro de los procesos no catalíticos, está la destilación atmosférica, los procesos de desalado y la reducción de viscosidad. Los procesos catalíticos se encargan principalmente de la generación de LPG y nafta crakeada (92 octanos). Dentro de los no catalíticos, también se produce LPG, pero este se lo mezcla con el de 4
catalíticos y se lo comprime, eliminando en el proceso todo el azufre contenido antes de ser enviado a las esferas de almacenamiento de gas. Existen procesos internos conocidos como “Catalíticos dos” y “Catalíticos tres”. El primero se encarga de la producción de Jet Fuel por diferencia de densidades. De igual forma busca desulfurar naftas para poder subir su octanaje mediante la liberación de hidrógeno (H2). El Catalíticos tres se encarga del Tratamiento de gas amargo y aguas amargas. El termino amargo, refiere a contenidos de azufre. Sobre el Azufre se pregunto su forma de tratamiento. Se indico que este es apilado y vendido a camiones que lo transportan hacia fabricas de veneno, abono u otros productos. Dentro de los Servicio auxiliares se encuentra la generación de vapor, generación eléctrica, suministro de aire de planta, aire de instrumentos, el tratamiento de agua y tratamiento de agua potable. Se concluyó la charla introductoria con el dato de que en caso de emergencia, el primer punto de control, son los hornos de refinería, los cuales son apagados inmediatamente para evitar que el horno siga trabajando sin fluido y evitar de esta forma algún reventón o explosión.
Bunker: La siguiente parte de la refinería que visitamos fue el Bunker, el cual es el departamento donde se encuentran los controles de operación de la refinería. (Punto clave de la gira técnica presente). En este lugar se puede encontrar todos los mecanismos de control y vigilancia de la refinería. Información sobre el estado de válvulas, sensores de nivel, temperatura, presiones y demás llega en tiempo real hacia los ordenadores del Bunker. Aquí se explicó que la Refinería Estatal de Esmeraldas funciona en base a un cerebro automatizado conocido como Sistema de Control Distribuido Máster (DCS), el cual fue creado para el control y monitoreo automático de los procesos de refinación de petróleo. El sistema DCS, es un sistema de control aplicado, en el que los elementos del tratamiento no son centrales en la localización, sino que se distribuyen a lo largo de todo el sistema con cada componente o sub-sistema controlado por uno o más controladores. Sin embargo, todo el sistema de los controladores está conectado mediante redes de comunicación y de monitorización. El término DCS es muy amplio y se utiliza en una variedad de industrias, para vigilar y controlar los equipos distribuidos. En la refinería, este sistema abarca: 5
Redes de energía eléctrica y plantas de generación eléctrica Sistemas de control ambiental Sistemas de gestión del agua Refinación de petróleo Redes de sensores, etc.
La comunicación del control desde el bunker con la planta, se realiza mediante lazos de corriente de 4 a 20 mA. Todo esto en lazo cerrado: información a tiempo real es retroalimentada, comparada con una variable de control o Set Point y mediante el análisis del operador del sistema, se toman las decisiones pertinentes. Los técnicos presentes nos explicaron que el control en la Refinería Estatal De Esmeraldas está clasificado en 3 partes: I. II. III.
Control para Seguridad y Prevención, Control propiamente dicho Área de operación (Servidor y Consolas)
Sistema de Control Distribuido Master: Este sistema abarca varias áreas, que a continuación se describen:
El Área de Crudos:
Donde el petróleo que proviene del Oriente es almacenado en varios tanques, que es succionado por un sistema de bombeo para enviarlo a un sistema de desalado donde se lava el crudo para sacarle la mayor cantidad de azufre e impurezas. El crudo llega con una temperatura de 34° C, pero una vez que sale de la desaladora el crudo alcanza los 125° C. El proceso de calentamiento continúa, la temperatura en los hornos alcanza los 360° C. Luego de este proceso ingresa el crudo a la torre atmosférica, donde desde la parte inferior se inyecta conjuntamente vapor a 150 PSI, con lo cual se logra el despojamiento de los productos iniciales de los gases. Con los gases más livianos se formará el diesel, el kerosene, la gasolina circulante y la nafta, respectivamente. Al mismo tiempo, la nafta se enfría para mantener el perfil térmico de la torre, que a su vez es procesado para continuar refinando el crudo reducido en la unidad de vacío.
El Área de Cracking catalítico:
Se basa en el rompimiento de moléculas por medio de un catalizador en presencia de temperatura. Inicialmente se tiene una entrada de la carga de gasóleo, como subproducto de los 6
fondos de la torre de vacío. El gasóleo se une con un catalizador a 700 °C de temperatura, lo cual produce un rompimiento de largas cadenas de hidrocarburos que van a formar cadenas pequeñas. La Planta de Cracking, genera dos productos: la gasolina de alto octanaje de 93 octanos, 53.400 kg/hora de gasolina y 20.000 kilos/hora de gas licuado de petróleo (GLP). Estos combustibles tienen un costo y ahorro para el país de 1 millón de dólares diarios.
La Regeneración Continua de Catalizador (CCR):
Es una Planta cuyo objetivo es producir gasolina de alto octanaje, hidrógeno y LPG, tomando como carga la nafta liviana. La capacidad operativa de la Planta es de 10 mil barriles diarios. Cabe señalar que esta gasolina es utilizada para mezclas por su alto contenido en aromáticos.
Reformadora Catalítica con Regeneración Continua
Los productos de este proceso son: nafta de alto octano, gas licuado de petróleo e hidrógeno necesario para los procesos de hidrodesulfuración existentes. Una vez que a la nafta cruda constituida principalmente por fracciones de parafinas, naftenos y aromáticos de 6 a 11 átomos de carbón, se le han removido los contaminantes hasta niveles que no afecten la operatividad de la unidad de Reformación Catalítica, específicamente el catalizador empleado, la nafta es admitida y sometida al proceso de reformación, cuyo propósito es convertir a las moléculas constituyentes de la nafta cruda en compuestos aromáticos de alto número de octanos.
La Planta Hidrodesulfuradora (HDS):
Su función principal es eliminar el azufre de la carga que viene de crudo a través de un horno DH1 y un reactor DR1, a alta temperatura (320 °C) y con una corriente de hidrógeno, para que el producto terminado alcance un máximo de 0.05 % de azufre, que es lo óptimo para el mercado, conocido también como diésel premium.
Destilación al Vacío
El crudo reducido proveniente del fondo de las columnas de destilación atmosférica es calentado y fraccionado en columnas de destilación operadas a presión de vacío, de esta manera se logra la separación de los componentes sin que se produzca su descomposición térmica.
Destilación Atmosférica de Crudo
El orden de salida de los productos de acuerdo a su volatilidad es el siguiente: gas combustible, gas licuado de petróleo, gasolinas, kerosene, diesel y crudo reducido. Una vez que se ha sedimentado el crudo en los tanques de almacenamiento y se ha removido gran parte del agua asociada, el enviado como carga a las unidades de destilación atmosférica donde 7
primeramente es sometido al proceso de desalado, el cual es de vital importancia pues en él se remueve la sal contenida, esto evita la posterior formación de compuestos corrosivos en el sistema de tope de la destilación atmosférica, evitando con ello el ataque corrosivo a los sistemas.
El Área de Generación de Vapor y Eléctrica (Utilidades):
Se encarga de clarificar, filtrar, desmineralizar el agua captada del río Esmeraldas para satisfacer las necesidades de consumo humano y también para la generación de vapor que será utilizado en 4 turbogeneradores que permitan la generación eléctrica (30 MW), a fin de satisfacer las demandas internas de energía. Adicionalmente, la Planta está conectada al Sistema Eléctrico Interconectado (SIN) para casos de emergencia. La producción actual de la Planta es de 114 mil toneladas diarias. El costo de refinación es de apenas 3.21 dólares el barril (el año 2003 fue de 3.40). Es importante destacar que la Refinería Estatal De Esmeraldas aportó con 61% de la demanda nacional de combustibles. El residuo obtenido del crudo refinado constituye el 55 % de la carga a la unidad de crudo, para lo cual hace falta otra Planta de alta conversión, que permita recuperar más productos limpios, como gasóleo, naftas, etc.
Control y Seguridad: En cuanto al control y la seguridad se refiere, se indico que existe de más de un PLC de trabajo para un mismo proceso, es decir el sistema es redundante, de esta forma se evita que si un instrumento (PLC) de trabajo deja de funcionar, el proceso o el sistema en si falle, sus puntos de control y toma de información se concentran en válvulas, tanques y calderas, principalmente en la presión y el nivel. Al bunker llega toda esta información, y el sistema en caso de encontrar error entre la variable leida y la variable deseada activa un protocolo de alarmas y sirenas, que los operadores y técnicos presentes se encargan de revisar, analizar y controlar la situación. Ellos pueden hacer cambios en el sistema de forma remota a través de pulsadores y elementos digitales de control, pero de igual forma tienen comunicación directa con los operadores de campo (de la planta) para un chequeo o una intervención directa en el lugar mismo de trabajo. De igual forma, los controladores poseen un sinnúmero de tarjetas, se disponen de entras análogas y digitales, así como también salidas del mismo tipo. El control es discreto, lazo cerrado, las variables de mayor interés son temperatura, presión, nivel y flujo.
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Los PLC´s utilizan módulos para su correcto funcionamiento, y el sistema se comunica gracias a la red FTB. Estas Redes de comunicación permiten transmitir datos a alta velocidad entre unidades de control local, estaciones de operador e interfaces. Son redes de plantas, orientadas al control distribuido, que integran un conjunto de protocolos enlazados entre sí y estructurados de acuerdo con el modelo. Se mencionó que se pueden conectar otros equipos al sistema, a través de la misma red de comunicaciones, equipos especializados en funciones complementarias a las propias de control, cuya información interesa relacionar con la que ya se dispone del sistema. La red permite funciones de medidor de potencia y localizador de fallas en forma visual. De igual forma esta red permite que toda esta información se dirija hacia un servidor, que contiene la información de alarmas, historial y tendencias de producción, y permitir así la verificación de los valores de las variables con respecto al Set Point establecido.
Salida de la Refinería: Tras la salida del Bunker, la visita a la Refinería Estatal de Esmeraldas terminó oficialmente. Debido a normas de seguridad, no fue permitido tomar fotografías dentro de las instalaciones. Otros: Terminada la visita nos dirigimos al hotel para descansar. Debido que la salida estaba programa para el día domingo a medio día, pudimos disfrutar unos momentos de turismo y descanso en la playa cercana de Atacames. De igual forma, el día sábado vivimos momentos de integración con los compañeros de clase al igual que con compañeros de la facultad de otros semestres quienes por casualidad viajaron de gira técnica cerca de nuestra locación. Estos momentos de compañerismo fomentaron los lazos que tenemos como compañeros de clase y como amigos. Así mismo, la noche del sábado se pudo compartir con el ingeniero de un momento de alegría y celebración parcial, debido a que como nos fue informado, este curso sería el último que el ingeniero daría clases, hecho que en parte nos llena de alegría por tener la suerte de poner compartir con el ingeniero de estos momentos y experiencias únicas en la vida, pero de igual forma, nos llena de pesar el hecho de que ya no formará parte de los profesores de la facultad. Al final, siempre estaremos agradecidos y felices de haber podido ser parte de tan maravillosa experiencia. El día domingo cerca de la 18H00 llegamos a Quito, sin ninguna novedad. 9
CONCLUSIONES: o o o o
o
Se comprendió y conoció el funcionamiento básico de la Refinería de Esmeraldas Se observó la presencia del control en la refinería de Esmeraldas Se observó, comprendió y correlacionó los conocimientos de clase con la práctica de los procesos de control automatizados de la Refinería Estatal de Esmeraldas Se comprendió que el control es muy importante dentro de la industrialización de un sistema o proceso, ya que ayuda a tener bajo control las operaciones, y de esta forma prevenir accidentes. Se verificó la importancia de tener datos y medidas a tiempo real para poder tomar decisiones evitando calamidades y manteniendo al proceso eficiente, económico y técnicamente rentable.
RECOMENDACIONES: o o
Conocer todas las medidas de seguridad dentro de las instalaciones de la empresa y estar seguro de aplicarlas correctamente Verificar si existe el permiso correspondiente para el uso de aparatos tecnológicos, como cámaras y celulares, dentro de las facilidades de la empresa.
BIBLIOGRAFÍA:
http://www.eppetroecuador.ec/idc/groups/public/documents/archivo/002523.pdf http://www.eppetroecuador.ec/GerenciaRefinacion/index.htm http://www.voltairenet.org/article124328.html
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