i

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACIN

VICERRECTORADO DE INVESTIGACION Y POSTGRADO INGENIERIA DE CONTROL Y AUTOMATIZACION DE PROCESOS

OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE AIRE DE LAS UNIDADES RECUPERADORAS DE AZUFRE EN EL CENTRO DE

REFINACIÓN PARAGUANA- AMUAY

Trabajo presentado como requisito para optar al Grado de Magister Scientiarum en Ingeniería Control y Automatización de Procesos.

Autor: Ing. Fernando Talavera

C.I: 15.558.993

Tutor: M.Sc Ing. Gabriel Villa

Maracaibo, Abril de 2012

ii

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACIN

VICERRECTORADO DE INVESTIGACION Y POSTGRADO INGENIERIA DE CONTROL Y AUTOMATIZACION DE PROCESOS

OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE AIRE DE LAS UNIDADES RECUPERADORAS DE AZUFRE EN EL CENTRO DE

REFINACIÓN PARAGUANA- AMUAY

Trabajo presentado como requisito para optar al Grado de Magister Scientiarum en Ingeniería Control y Automatización de Procesos.

Autor: Ing. Fernando Talavera

C.I: 15.558.993

Tutor: M.Sc Ing. Gabriel Villa

Maracaibo, Abril de 2012

iii

iv

DEDICATORIA

Le dedico este proyecto ante todo a mi Dios todopoderoso que me ha

ayudado a tener conocimiento y fuerza para realizar este postgrado a pesar

de los momentos difíciles que he pasado con mi enfermedad Te Amo mi

Dios todo contigo nada sin ti.

A mi madre Margot Polanco que siempre me ha brindado su apoyo

incondicional en todo momento y que me ha dado fortaleza en los momentos

difíciles durante mi enfermedad, Te Amo Mama.

A mis tías Iraida, Miriam y Jenny que han estado a mi lado durante toda mi

vida en los buenos momentos siempre a mi lado.

A mis hermanos Valmore, Margot, Elizabeth y Nando por estar siempre

presentes en mis triunfos y fracasos.

A mi tío Tavo, tío Ali, Abuelita Lliva y primo Chuchito que aunque ya no se

encuentren en vida a mi lado se que desde el cielo me han guiado por el

camino del bien y me han cuidado y orado por mi mejoría para así seguir

adelante.

FERNANDO TALAVERA

v

AGRADECIMIENTO

Agradezco a la Universidad Rafael Belloso Chacin por ser mi Alma Mater

para desarrollar mis estudios de postgrado para lograr una meta más a nivel

profesional.

Agradezco a mi tutor el profesor Gabriel Villa por la atención prestada

conjuntamente con la profesora Carmen Romero y el Profesor Kelvin Rojas

por su consideración y ayuda para lograr culminar este proyecto de verdad

gracias Dios los cuide.

Agradezco a todo el personal de PDVSA Centro Refinador Paraguana

Amuay por haberme permitido desarrollar este proyecto en las plantas Suay

1-2-3 a pesar de las complicaciones de verdad gracias.

Agradezco a mi Doctora Tairys Vargas que me ha ayudado en la cura de mi

enfermedad con mucha paciencia así como a mis enfermeras Josefa y

Zenaida que han sabido tratar en la aplicación de todo mi tratamiento en todo

este tiempo de mi recuperación de verdad muchas gracias Dios les dará el

doble de lo que ustedes dan.

Agradezco a mi novia Ana que a pesar de la distancia siempre me ha dado

su amor y su apoyo en todo este fuerte momento por el que yo he pasado,

de verdad gracias mi vida.

vi

Agradezco a mi Zoilita por brindarme su casa durante mi estadía en

Maracaibo con mucho cariño y humildad Dios te cuide y te ampare, gracias

por hacerme parte de su familia.

Agradezco a mi gran amigo y hermanazo Edwin por ser mi compañero de

viaje incondicional y que juntos hemos logrados triunfos y derrotas hacia

adelante amigo.

Agradezco a mi amigo Jan Carlos por su gran ayuda incondicional en la

Ciudad de Maracaibo.

FERNANDO TALAVERA

vii

INDICE GENERAL

VEREDICTO……………………………….………………………….. iii DEDICATORIA..………………………………………………………. iv AGRADECIMIENTO..………………………..……………………….. v INDICE GENERAL……………………………………………………..vii INDICE DE FIGURAS………………………………………………….x RESUMEN………..…………………………………………………..... xi ABSTRACT……………………………………………………………...xii INTRODUCCION ……………………………………………………... 1

CAPITULO

I. EL PROBLEMA ………………………………………………………2

Planteamiento Del Problema ……………………………………… 2

Formulación Del Problema ………………………………………… 6

Objetivos de la investigación ………………………………………. 6

Justificación ………………………………………………………… 7

Alcance y Limitación ………………………………………………... 7

Delimitación ………………………………………………………….. 8

II. MARCO TEORICO ……………………………………………..…. 9

Antecedentes de la investigación ………………………………… 9

Bases teóricas ……………………………………………………….. 10

Unidad Suay ………………………………………………………… 10

Sopladores …………………………………………………………… 11

Diseño de Ducto …………………………………………….………. 15

Válvulas …………………………………………………………….… 16

Esfuerzos de Expansión Térmica ……………………………….... .18

Criterio para Análisis de Flexibilidad …………………………... … 23

viii

Números de Reynolds …………………………………………….. 26

Factor de Fricción ………………………………………………..….29

Perdidas Locales …………………………………………………….31

III. MARCO METODOLOGICO ………………………………………. 34

Tipo de Investigación ………………………………………………… 34

Diseño de la Investigación……………………………………………34

Técnica de Recolección de Datos …………………………………. 35

Técnica de Procedimiento y Análisis de Datos …………………… 36

Fases de la investigación……………………………………………. 37

IV RESULTADOS ……………………………………………………… 39

Determinación de las alternativas de mejoras del sistema de suministro

de aire de las unidades recuperadoras de Azufre …………………40

Análisis de Diseño …………………………………………………… 40

Parámetros de estudio ……………………………………………….. 40

Selección de tipos de Tuberías ……………………………………… 44

Descripción de las Instalaciones ……………………………………. 45

Cálculos de Perdidas de Presión …………………………………… 48

Ruta Critica ………………………………………………………………50

Perdidas en Tramos …………………………………………………… 54

Perdida en válvulas y Accesorios …………………………………… 56

Perdidas en Rutas ……………………………………………………... 58

Análisis de flexibilidad ………………………………………………... 61

Resultados del Análisis de Flexibilidad arrojados por el software Caesar II …………………………………………………………………………. 65

ix

Conclusiones ……………………………………………………….. 118

Recomendaciones …………………………………………………. 120

Referencias Bibliográficas ………………………………………… 121

Anexos ………………………………………………………………. 123

x

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 ………………………………………………………………. 12

Figura 2 ………………………………………………………………. 42

Figura 3 ………………………………………………………………. 43

Figura 4 ………………………………………………………………. 47

Figura 5 ………………………………………………………………. 50

Figura 6 ……………………………………………………………… 62

Figura 7 ……………………………………………………………… 62

Figura 8 ……………………………………………………………… 63

Figura 9 ……………………………………………………………… 64

xi

Talavera Fernando. Optimización del Sistema de Suministro de Aire de las Unidades Recuperadoras de Azufre en el Centro de Refinación Paraguana-Amuay. Universidad Rafael Belloso Chacón. Programa de Maestría en Ingeniería Control y Automatización de Procesos. Maracaibo, 2012.

RESUMEN

El presente trabajo trata sobre la optimización del sistema de suministro de

aire de las unidades recuperadoras de azufre en el centro de refinación

Paraguana Amuay. Dicha investigación se basa en un proyecto factible

donde se pretende estudiar varias alternativas para la solución posible a un

problema de tipo práctico que satisfaga la necesidad de producción de la

industria petrolera. La definición de variables independientes fueron tomadas

directamente en el campo con la observación de la situación ya existente en

el proceso obteniendo el diseño de la investigación de tipo experimental. En

el desarrollo del proyecto se tomarían como fases fundamentales de

desarrollo la descripción operacional del sistema de suministro de aire,

después de conocer el proceso se pasa a la identificación de variables de

operación del mismo, para luego desarrollar un modelo físico de todo el

sistema y así realizar un análisis de flexibilidad de todas las tuberías y ductos

que conforman el sistema de suministro de aire. En el desarrollo de todas es

tas fases se logro identificar los estados operacionales del proceso

certificando que si puede mejorar el funcionamiento de toda la planta

encontrando así la máxima eficiencia del proceso.

Palabras Claves: Sistema de Suministro, Variable, Proceso, Perdidas en

Tuberías y Ductos, Análisis de Flexibilidad, Variación de Presión en los

Sopladores.

xii

Fernando Talavera. Optimization of Air Supply System of the sulfur recovery units at the Paraguana Refining Center-Amuay. Universidad Rafael Belloso Chacin. Masters Program in Engineering Process Control and Automation. Maracaibo,2012.

ABSTRACT

This paper deals with the optimization of air supply system for sulfur recovery

units at the Amuay Paraguana refining center. This research is based on a

feasible project which will investigate several possible alternatives to solve a

practical problem that satisfies the need for production of the oil industry. The

definition of independent variables were taken directly in the field by

observing the current situation in the process getting the design of

experimental research. In developing the project would be taken as a key

development phases the operational description of the air supply system,

after learning the process is passed to the identification of operating variables

of the same, then developing a physical model of the entire system and

performing a flexibility analysis of all the pipes and ducts that form the air

supply system. In the development of all phases TAS achievement is to

identify the operational status of the certifying process if you can improve the

functioning of the entire plant and finding the maximum efficiency of the

process.

Key words: Supply System, Variable, Process, Pipeline and Pipeline Loss,

Flexibility Analysis, Pressure Variation in blowers.

xiii

INTRODUCCION

El Centro de Refinación Paraguana es el más grande del mundo siendo la

fusión de tres importantes refinerías: Amuay, Cardón y Bajo Grande, ubicado

en la Península de Paraguana, en el extremo noroccidental del país, la cual

tiene más capacidad de refinación de 940 mil barriles de crudo diario.

El Centro Refinador Paraguaná “C. R. P” específicamente en Amuay, cuenta

con tres (3) plantas recuperadoras de Azufre (SUAY-1/2/3) que tienen como

propósito evitar la contaminación ambiental, por esto, la parada de estas

unidades tiene como consecuencia la desviación de los gases ácidos hacia

el mechurrio provocando un gran impacto ambiental y una disminución en la

producción.

Debe señalarse que el factor de servicio de las unidades recuperadoras de

azufre SUAY-1 y SUAY-2 se ha visto afectado por el número de fallas que

han presentado los sopladores de las plantas mencionadas. Para minimizar

el impacto de las paradas en las unidades recuperadoras de azufre 1 y 2 por

fallas en los sopladores, se propuso una mejora del sistema de suministro de

aire de las Unidades Recuperadoras de Azufre en el Centro de Refinación

Paraguaná – Amuay.