270852676-2010-ucv-comisionado-y-arranque-de-plantas.pdf

Universidad Central de Venezuela Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Departamento de Diseño y Control de Procesos

ARRANQUE DE PLANTAS Asignatura Tópicos Especiales II Formación de Ingenieros de Procesos

Profesor: Jaime Hernandez Ponente: Raúl José Páez Caracas, Febrero de 2011

Contenido  Visión general de proyecto  Actividades de pre-arranque y arranque  Pre-comisionado  Comisionado

 Arranque

 Otras consideraciones (seguridad, adiestramiento, etc.)  Desarrollo de un caso práctico •

Descripción de una unidad de vacío

•

Actividades

VISIÓN GENERAL DE PROYECTOS

Un proyecto para una planta de procesamiento …

… necesita mucho trabajo en equipo de diferentes disciplinas

Tipos de proyectos en plantas de procesos 





Grass Roots: Planta totalmente nueva en un sitio donde no existe infraestructura previa Revamp: Construccion para eliminar limitaciones (de-bottleneck) de un proceso, mejorar la tecnologia de unidad o convertirla en un proceso diferente Parada mayor (Turnaround): Trabajo de construccion en el mantenimiento o modificacion en una parada programada. Ete tipo de trabajo se realiza en un espacio de tiempo limitado.

Tipos de revamp 

Retrofit: Upgrade portions of an existing unit.



Rebuild: Replace portions of existing worn out equipment.



Add-on: Add to the plant’s existing capability.



Upgrade: This is the same as retrofit.



Modernization: This is the same as retrofit.

Etapas de un Proyecto Visualización y Conceptualización Definición Ingeniería, Procura y Construcción

Comisionado y Arranque Operación

APROBACIÓN

Un proyecto grass root demanda una alta inversión (ejemplo un mejorador de crudo) Gas HDT Combustible De Naftas

Manejo de Sólidos

Tanques

Edificios

Muelles

Coquificación Retardadada Desalación Destilación Atmosférica Y Vacío

Azufre Almacenaje de Coque Agua de Calderas Generación de Vapor Tratamiento De Agua

Estaciones Eléctricas Planta de Gas Agua de enfriamiento

Subestaciones

Costo de Unidades de Procesos

73%

800 MM $

Costo de Servicios y Área Exterior Costo Total de Plantas

27%

300 MM $ 1100 MM $

Continuacion Costo de Unidades de Procesos Costo de Servicios y Área Exterior Costo Total de Plantas

800 MM $

300 MM $ 1100 MM $

Materiales, Repuestos, Costo Importación

170 MM $

Equipos de Construcción, Izamiento, etc.

50 MM $

Servicios de Ingeniería y Gerencia Subtotal Subtotal Arranque, Licencias, Catalizadores, etc. Escalación y Contingencia Costo Total

380 MM $ 1700 MM $ 250 MM $ 300 MM $ 2250 MM $

Why Is Startup Planning Important? 







Generates income sooner because commercial operations can go on-line earlier Reduces time that interest expense will be accrued on nonproducing facility Minimizes paying for excess non-operational delays of plant operation personnel who are already on payroll Reduces startup team expenses

Un arranque desfasado o deficiente reduce significativamente las ganancias esperadas Mejorador de 200 MBD de Crudo de la Faja de 8 °API WTI: 40 $/bbl

WTI: 20 $/bbl

Precio

10.97 %

WTI: 60 $/bbl 31.02 %

22.11 %

0.70

0.90 0.95

16.35 %

Factor de Servicio

23.14 %

+ 25%

- 10%

17.71 %

CAPEX

24.43 %

+ 25%

- 10%

20.95 %

OPEX

22.58 %

79% 83% 90%

Rendimiento de Productos 7%

21.16 %

12%

17%

TIR (%)

23.70 %

22%

27%

32%

ACTIVIDADES DE PRE-ARRANQUE Y ARRANQUE DE PLANTAS

Sistemas System:

Any assemblage of structural, mechanical, electrical, and instrumentation components providing a function or service.



Many levels of separate systems and subsystems within a process or manufacturing facility

Sistema 1: Despojadora de nafta

Sub-sistema Seccion de fondo de la columna

Sub-Sistema 1 Instrumentación y control del rehervidor

Selector de baja Low selector override Mínimo nivel Controlador de acción reversa. Alta temperatura en plato 7, el controlador cierra la válvula de nivel para disminuir el área de transferencia

Válvula falla cerrada para prevenir entrada de vapor al cabezal de condensado en caso de falla de aire de instrumentos

Stages in Construction Phase- Typical Industrial Plant Site Preparation

SEQUENCING STAGE

Concrete Major Equipment Struc. Steel

PRODUCTION STAGE

Ducts Piping Insulation Electrical & Controls

SYSTEM STAGE

Latest system definition 0

10

20

Startup

Startup planning should be complete 30

40

50

60

70

Percent Complete

80

90

100

Area vs. Systems Control PROJECT

Bulk Level Tag Item

PIPING

ELECTRIC

INSTRUM.

EQUIPMENT

Area

System

Basic Process Plant AREA 2

П

І

A-22

A-23

A-11

AREA 1 B-11

Vessel

Tower

V -11

A-21

T-21

B-43

Ш

A-31

B-31

AREA 3

Compressor C-41

B-42

B-41

AREA 4

Schedule to Complete Process Units I, II, & III Time(Days) 55

AREA 1

60

65

70

75

80

85

90

I

95

II

100

III

A-11

B-11

AREA 2

A-21

A-22 A-23

AREA 3 AREA 4

A-31 B-31 B-41 B-42 B-43

Mechanical Completion

The End Product

Gas In

Lube Oil System LO-H1

Gas Out

Compressor

Motor

Power

FOUNDATION

Compresor en funcionamiento Todas las disciplinas trabajando para el mismo objetivo

Etapas de arranque   

 



Precommissioning Commissioning Raw Material Introduction Operation Testing Performance Verification/Acceptance Tests Commercial Operation

Terminology and Timing Relating to Each System Startup Need Date

Pi ping

Civil / Structural Construction

Commercial Operation

Equipment Installation

Electrical Instrumentation & Controls

Commissioning Raw Materials Introduction

Precommissioning

Operation

Mechanical Completion

Operation Testing

Performance Verification

Terminology & Timing Relating to Each System 

Mechanical Completion--A

milestone representing the completion of all precommissioning activities.  Commissioning--A milestone representing successful operation of the systems with test mediums.  Raw Material Introduction--The introduction of fuels, feedstocks and/or other liquids, gases, or solids normally required for full operation of the plant.

Terminology & Timing (cont’d) 

Operation Testing--A test running of

the plant under partial load conditions.  Performance Verification--A test running of the plant under full operating conditions to verify actual performance characteristics. Successful completion of this constitutes completion of startup.  Commercial Operation--The placing of the plant into full commercial operation.

Proceso de Arranque de Planta – Actividad e Hitos Entrega de Sistemas (System Turnover) & Precomisionado (Precommissioning) 6-8 Months

6-8 Months

Actividad Hito

Completación Mecánica (Mechanical Completion)

6-8 Months

Commissioning & Start up 1-3 Months 2-6 Months

Last Process Unit Started up

4-12 Months

Initial Operations to Stable Operation Proven Technology New Tech High Pilot Test New Tech Low Pilot Test

1-3 Months 2-6 Months

On Spec Product & Commercial Operation

4-12 Months

Commercial Test 4-6 Months 5-12 Months

Fuente : Pahtfinder, July 2001

7-24 Months

Operational Certificate

Precommissioning Testing of system components for continuity and ability to withstand operating pressures prior to introduction of feedstocks or other final products in the lines.  

  

Hydrotesting--pressure testing with water Pneumatic Testing--pressure testing with gas Rotating--giving motors a rotational check (bumping) Meggaring--making an electrical circuit continuity check High Potential (HiPot) Checking--checking for electrical grounds



Stroking--checking operability of control valves and validating their control room indicators

Precommissioning (cont’d) 

Loop Checking--verifying that instruments are correctly installed



Run/Burn-in--a bench test of pump motors under load for a short period to check bearings.



Chemical Cleaning--the use of chemicals to remove mill scale and other impurities from piping systems



Steam Blowing--use of steam under pressure to blow debris from lines



Circulation Testing--checking for proper operation of lubricating oil systems

Pre-Commissioning Dossiers

• • • • • • • •

Acceptance Certificate Punch List System Description and Marked-up drawings Status Index Check Lists Test Sheets As Built Drawings Vendor´s Reports

Comisionado (Commissionig) Proceso en un proyecto cuando se inicia la preparación de las instalaciones para que se pueda introducir carga. Estos procesos pueden estar incluidos en el alcance de trabajo del contrato de Ingeniería, Procura y Construcción (IPC).

Comisionado (Commissionig)

• • • • • • • •

Actividades típicas Secado de refractarios de hornos Prueba de sistema de alivio Operational testing flare system Prueba de alarmas (Test alarm), Sistemas de disparo, etc. (Test trips, interlocks). Análisis de protección de equipos. Equipment protection analyses Prueba de funcionamiento de equipos lista. Lista de pendientes( Punch list) completada (All punch list completed) Documentación técnica lista y accesible. All documents updated, filed & accessible (P&ID´s, etc)

Comisionado (Commissionig)

Actividades típicas

• • •

• •

Carga de catalizadores (Load catalyst & chemical) Los puntos de Auditorias de seguridad y operacional completadas. (Pre-startup safety review completed) Servicios y facilidades de almacenaje en operación. (Utilities and Off-site are ready and operable) Interconexión con otras unidades lista y operable Documentación de aceptación completada

Commissioning Handover Dossier

  

    

Handover Certificate Punch List Functional Test Sheets ITR Status Indices (Inspection Test Reports) Vendor´s Reports Leak Test and Inerting Reports As-Built Drawings List of Modifications

Arranque (Start up) Proceso en el proyecto, donde se comienza a introducir carga a las unidades en forma progresiva hasta que todas las unidades tengan carga. El hito más importante es cuando la ultima unidad de proceso ha sido arrancada ( Last Process Unit Started-up) Actividades en la etapa de Arranque Plan de Arranque (Develop startup secuence plan). Entonamiento de Lazos Final (Final tune control loops) Plan de Emergencia (Emergency control & response plan in place). Plan Ambiental (Enviromental plan ready) Plan de Rampa de Aumento de Carga (Capacity ramp-up plan)

Estabilización y Operación Normal Estabilización y Operación Normal( Inicial Operation to Stable Operation) Proceso de ajuste da las instalaciones hasta alcanzar una operación

estable. Este proceso va en función de alcanzar la capacidad de diseño de las unidades.

También se determina si hay limitaciones por equipos y/o de proceso para hacer el reclamo al contratista del IPC o al dueño de la licencia según sea el caso.

El hito más importante se alcanza cuando se logran los productos en especificación y se alcanza la operación comercial para lo cual fue diseñada la instalación. ( On Spec Product & Commercial Operation)

Condiciones Normales de Operación

Métodos de Identificación de Problemas

Locación e Identidad

Propósito Uso Apropiado de las Herramientas

Manejo de Materiales Peligrosos

Flujos de Proceso

CONOCIMIENTOS Estrategias De Control

Practicas de Trabajo Seguro

Alarmas Técnicas de Reparación Especificaciones De los Equipos

Sistema de Parada de Emergencia

Parámetros Críticos de Operación

Preparación para las Operaciones

Arranque de la Planta

Arranque de Equipos

Puesta en Marcha de Equipos

Condiciones Normales

Reparaciones Menores

Planes de Mantenimiento

Optimización Y Control

DESTREZAS Modos Alternos de Operación

Preparación para Mantenimiento

Monitoreo Aislamiento y Desenergizacion de Equipos

Paradas de Emergencia

Paradas de Planta

DESARROLLO DE UN CASO PRÁCTICO DESPOJADORA DE NAFTA

Sistema 1: Despojadora de nafta

Sub-sistema Seccion de fondo de la columna

Destilación Atmosférica Torre Atmosférica

2

Equipos, Sistemas e Internos en Columnas de Destilación

Internos en Columnas de Destilacion

Internos en Columnas de Destilacion

Platos de Sección Calmada

Platos con bajante convencional

Platos con bajante de sección calmada Calming Section Tray

Platos de Sección Calmada

Empaque estructurado

Empaque estructurado

Internos de Columnas

Distribuidor de liquido

Plato Chimenea y Recolector de Líquido

Soporte de Lecho

Soporte de Plato

Boquilla de entrada

P-3920 TIPICA

REGRESAR

TS-02

REGRESAR

Actividades de PreArranque • Limpieza química de todas las líneas de reflujo desde los filtros, hasta las boquillas de entrada a la columna • Inspección de la columna • Inspección de los sistemas de rociado para detectar defectos mecánicos

• Prueba de las boquillas rociadoras del relleno estructurado para verificar su operación adecuada • Prueba de hermeticidad de los Platos

• Lavado y soplado de líneas • Prueba de hermerticidad de la columna (Presión)

• Inspección externa de la columna en ambas pruebas • Arranque

Inspección de la Columna • Limpieza de toda la instalación • Inspección de platos (ubicación, limpieza, drenajes, soldadura, etc.)

• Inspección de boquillas (ubicación, limpieza, enroscado, etc.) • Soportes del relleno estructurado (No obstrucción de flujos, etc.) • Colocación del relleno

• Estado de los distribuidores de reflujo • Ubicación de termopozos y otros instrumentos

• Inspección de los sistemas de rociado para detectar defectos mecánicos • Otros según listado

Prueba de Hermeticidad de Platos Prueba que no existan fugas con agua libre de cloruros para verificar la hermeticidad de los retiros totales, donde exista soldadura, juntas de expansión y boquillas. Criterio para fugas: Pérdida de nivel en un plato no debe exceder de 5 cm en el término de 30 minutos (10 cm/h)

En caso de platos de la zona de lavado debe verificarse con más cuidado Ver efecto fotográfico de una deficiencia en la prueba de hermeticidad

Flujo en Sentido de los Vapores Bandeja Ligeramente Cargada de Fluido

Goteo de Plato

Goteo de Plato

Limpieza Química de línea de Reflujo Para evitar corrosión y material que al arrastrarse tape las boquillas rociadoras de reflujo. Por lo general se hace la limpieza desde el filtro de reflujo hasta la boquilla de entrada. Limpieza con HCL 10 %, pasivado con solución de ácido cítrico al 1 % y lavado con agua de calderas (libre de cloruros)

Limpieza Química

Boquillas Rociadoras Relleno

Filtro

Prueba de operación de Boquillas Objetivo es verificar el desempeño operacional: • • • •

Se realiza con agua libre de cloruro Debe verificarse el ángulo de rociado y la cobertura, Fugas en las bridas de conexión de los ramales de distribución Comportamiento de las boquillas a flujos equivalentes a 50 % y 150 % del flujo de diseño. • Además se debe verificar el flujo y caída de presión para utilizarlo como referencia para detectar taponamiento de las boquillas en operación normal (la caída de presión aumentando a flujo constante es síntoma de taponamiento)

Prueba de Boquillas Mide presión y flujo Boquillas Rociadoras

Relleno Filtro

Lavado de Líneas Limpieza y Lavado Proceso que forma parte de las actividades de arranque para instalaciones nuevas o en algunos casos después de una parada general de mantenimiento y consiste en limpiar con agua las tuberías, de restos de soldadura, herrumbre, arena, trapos y / u otros objetos en general, que pudiesen quedar en la línea durante la etapa de construcción. Soplado con Aire Es un proceso de limpieza alterno al uso de agua. Se utiliza en líneas donde existe limitación por el peso de la tubería si se llena con líquido, se aplica en líneas de succión de compresores, en sistemas de aire de instrumentos y aire industrial, etc. También se utiliza en líneas que han sido sometidas a limpieza y lavado con agua, para extraer el agua y secar el equipo.

Arranque de Bombas 1. 2. 3.

Notificar a la sala de información la entrada al área. Abrir puerta de la cerca perimetral Si el tanque no tiene indicador de nivel, medir su contenido para ver si se puede bombear. 4. Verificar que las válvulas de succión y descarga de la bomba estén abiertas. 5. Verificar que la válvula del by-pass, en la descarga de la bomba, esté cerrada. 6. Verificar que la válvula que permite el flujo del crudo hacia el interruptor de presión esté abierta. 7. Revisar visualmente el estado de las correas del motor. 8. En la caja de arrancadores, poner el selector en posición de AUTOMÁTICO. 9. Verificar en el manómetro la presión de bombeo. 10. Si la presión no sube, purgar el aire del sistema abriendo la válvula del by-pass. Cerrarla una vez haya subido la presión de bombeo. 11. Para parar la bomba colocar el interruptor – selector, en la caja de arrancadores, en posición OFF. 12. Notificar a la sala de CONTROL la culminación de la tarea.

ACTIVIDADES 1.

6. 7.

Estime la cantidad de nitrógeno para eliminar oxigeno de los equipos. Cuantas purga y que criterio utiliza para saber si esta libre de oxigeno En que forma va a comprar el nitrógeno y porque El sitio donde hace el arranque es un desierto y no hay agua. Calcule la cantidad de agua requerida para lavar la torre Explique los elementos, sensores, elementos finales de control y senales que debe comisionar en el circuito de fondo de la columna de despojamiento Explique que haria usted como ingniero de proceso para asegurar que otras disciplinas (mecanica, electrica, civil, instrumento, control) estan efectuando su labor de pre y comisionado Como comisiona las valvulas de seguridad Como comisiona una bomba

8.

Dimensiones de la columna 50 m x 4 m diametro

2. 3. 4. 5.