Mejora de la transferencia de calor en hidrocarburos

Durante el refino del petróleo, este debe calentarse a temperaturas bastante elevadas. Para ello, el crudo pasa por una serie de intercambiadores de calor. Estos tienden a ensuciarse con el tiempo. Según la calidad del crudo procesado, el ensuciamiento puede aparecer con bastante rapidez. Hay refinerías en las que los intercambiadores deben limpiarse una vez al año.

Este ensuciamiento se debe a impurezas del crudo, como alquitrán, asfaltenos y otros sólidos. Con el tiempo, todas las superficies internas del intercambiador quedan cubiertas por una capa de suciedad. En el caso mostrado en el diagrama de flujo de la derecha, varios intercambiadores están conectados formando el denominado tren de calentamiento. Hay petróleo a ambos lados del intercambiador, y el crudo que se dirige al rehervidor se calienta con el crudo caliente que regresa del proceso. Esto se hace para necesitar menos energía en la caldera y utilizarla de forma más eficiente. Con el tiempo se produce ensuciamiento, lo que significa que la transferencia de calor dentro del intercambiador disminuye cada vez más. Las capas de residuos actúan como aislante y, por tanto, se transfiere menos energía de un lado al otro.

Como no es posible abrir estos intercambiadores de vez en cuando, hacen falta otras formas de saber qué ocurre en su interior. Una de ellas es calcular la transferencia de calor Q.

Para ello deben calcularse muchos datos diferentes; aquí se muestra solo una fórmula.

Q = m * Cp * (∆T) – Transferencia de calor (Q) = Masa (m) * Densidad * (TempEntrada – TempSalida)

Los gráficos muestran la evolución de la transferencia de calor a lo largo del tiempo. El gráfico superior representa los 120 días anteriores a la instalación de Merus. El inferior muestra los primeros 120 días después de la instalación.

Se aprecia claramente que la tendencia pasó de ascendente a descendente. En otras palabras, se necesitaban aproximadamente 3 kW menos de energía para calentar una tonelada de crudo.

Comprobamos que es una forma muy fiable de verificar lo que ocurre en el intercambiador. En teoría también se podría comprobar el consumo de combustible de la caldera, pero es un método complicado debido a los distintos parámetros del combustible. Además, en Merus siempre debemos utilizar los datos que nos facilita el cliente.

Hasta ahora no se dispone de fotografías de las superficies interiores de los intercambiadores. Esto se debe a que los intervalos de limpieza a veces son muy largos, de hasta una limpieza cada 5 años. Actualmente hay 2 pruebas en marcha en la región del Golfo, donde los intervalos de limpieza son más cortos o donde se acordó abrir el intercambiador antes de la prueba y después de 12 meses de uso de Merus. Cuando estos datos estén disponibles, también los presentaremos aquí.

Conclusión:

Existen pruebas muy claras de que:

Mantener una transferencia de calor estable, con menos ensuciamiento en el intercambiador, supondrá automáticamente un ahorro considerable de energía. Menos ensuciamiento aumentará la seguridad operativa y podría reducir las paradas de emergencia, de modo que el funcionamiento general de la refinería será más fluido.

Tras los estudios a largo plazo que deben realizarse, incluso podría ser posible ampliar los intervalos de mantenimiento de todos estos intercambiadores críticos de una refinería, por ejemplo de los 3 años actuales a una intervención cada 4 o 5 años. Si fuera posible, los ahorros serían enormes, ya que un día de parada puede costar fácilmente varios millones de USD.