Refinación de Petróleo

Un intercambiador de calor elimina el vapor de las partes superiores del fraccionador, lo enfría convirténdose en líquido y lo bombea a un acumulador (tambor de reflujo). Las bombas de reflujo extraen líquido del fondo del acumulador y bombean parte de él de regreso (reflujo) donde se reintroduce en un punto más bajo de la columna fraccionadora. Este proceso de reflujo mejora la separación en la columna asegurando suficiente flujo de líquido descendente que se cruza a contracorriente con los gases ascendentes. Reto Se requiere de un monitoreo y control de nivel preciso y confiable para que el acumulador de reflujo sirva como punto de distribución para el reflujo y el destilado, asi como para evitar que el reflujo excesivo regrese a la torre.

Al llegar a la terminal de refinación, el petróleo crudo se bombea a tanques de almacenaje por encima del suelo con capacidades de miles de millones de galones. El crudo se almacena en tanques de techo flotante o fijo construidos según los estándares API. La medición de nivel del tanque por radar sin contacto ha ganado campo contra los de tipo flotador mecánico y servo-medidores debido a su exactitud, bajo mantenimiento, partes sin movimiento y ajuste rápido. Reto El nivel de tanque se mantiene por actuación de válvula. Al activar un corte de emergencia, los controladores de nivel previenen sobre-flujos y apagan bombas cuando el nivel cae por debajo del punto inferior. Los controladores con certificación de seguridad pueden ser necesarios debido a bajo punto de destello del crudo.

Los vastos sistemas de tuberías dentro de las refinerías actuales transportan corrientes de gases de hidrocarburos, corrientes de gases parcialmente licuados, corrientes de hidrocarburos más pesados, agua y vapor de agua por toda la refinería. La medición de flujo confiable, precisa y certificada es esencial para la operación segura y eficiente de una refinería. Reto Las alarmas de flujo y los controles de flujo continuo monitorean los caudales de productos, señalan las condiciones de ausencia de flujo causadas por el taponamiento o el cierre de válvulas y proporcionan una defensa contra la cavitación de bombas. Las bombas que funcionan en condiciones reducidas de flujo o sin ningún caudal pueden sobrecalentarse y romper los sellos de la bomba y causar una desviación peligrosa en la presión y temperatura del proceso.

Después de la desalinización, el petróleo crudo entra a la columna de destilación donde la destilación fraccional separa los hidrocarburos en flujos separados, cortes o fracciones. Para la operación optima de la columna de destilación, los controladores de nivel deben lidiar con la aparición de espuma, burbujas y temperaturas de moderadas a altas. Reto Los vidrios de nivel y sistemas de desplazador montados en cámaras externas han proporcionado tradicionalmente la medición de nivel en destilación. Hoy, el radar adaptado a las cámaras existentes está ganando popularidad debido a los requerimientos de mantenimiento menos demandantes del radar y su sencillez de adaptación. Las altas temperaturas del producto requieren censores de nivel tolerantes a la temperatura.

La sal en el flujo de crudo presenta serios problemas de corrosión y sarro y debe ser eliminada. La sal se disuelve en el agua remanente del petróleo crudo. La desalinización retira tanto la sal como el agua libre residual. Aunque la refinería es el lugar más económico para la desalinización, los requerimientos de tubería a menudo requieren desalinización de campo. Reto La instrumentación de nivel es integral en los sistemas de desalinización de una y dos etapas mezcladores de placa de orificios múltiples y el tanque de asentamiento de un desalinizador químico. El control de nivel de interfase evita que el agua libre golpee los electrodos del desalinizador y previene costosos daños. Le nivel de interfase debe mantenerse constante o de otro modo los cambios en el campo eléctrico interrumpe la integración eléctrica.

Los cloruros inorgánicos, sólidos en suspensión y rastros metálicos encontrados en crudo sin tratamiento deben eliminarse por desalinización electrostática o química. Esto reduce el riesgo de corrosión acida, bloqueo, contaminación y envenenamiento de catalizador en unidades corriente abajo. La medición de la interfase aceite/agua en el desalinizador es crucial al separar el crudo limpio de los contaminantes. Reto Las acumulaciones y recubrimientos en sondas pueden crear errores de medición en la interfase. Los instrumentos sensibles a interferencia en la rejilla electrostática pueden requerir filtros especiales. Los transmisores de nivel dedicados a la interfase que incluyen sondas de conexión rápida proporcionan desempeño optimo mientras reducen tiempo de limpieza y mantenimiento.

Todo el aceite crudo sin refinar almacenado en tanques tiene un porcentaje de agua incluido en él y mientras esté almacenado en tanques, ocurre una separación natural cuando el agua se reune en el fondo del tanque por debajo del petróleo. Los dos fluidos son muy distintos excepto por una capa de interfase de «agua negra» o «trapo» que es una emulsión de aceite mezclado con agua. Para eliminar el agua del tanque, el agua es drenada del fondo del tanque y es enviada a tratamiento de agua. Reto Los controladores de nivel diseñados para detección de interfase censaran el inicio de la interfase aceite/agua durante procesos de eliminación de agua y proporciona retroalimentación a un sistema de control que acabará el drene de agua cuando sea apropiado.

Las variantes en trituradores catalíticos incluyen trituradores de compuesto selectivo (SCC) para producción de polipropileno, un diseño de dos tanques y reactor externo para procesar entradas de residuo pesado y un proceso UOP para convertir aceites en gas y materias primas residuales. Todos los trituradores emplean un eliminador de vapor para retirar hidrocarburos adjuntos en el catalítico gastado. Reto El control de nivel del eliminador permite tiempo de residencia suficiente para eliminar vapor para desplazar hidrocarburos de la recuperación. También mantiene suficiente presión para mantener el aire en el regenerador del flujo reverso al sistema de reacción, por lo tanto causando un peligro. Un tanque de vapor de recuperación de calor de desecho también requiere monitoreo.

La fracción pesada que queda después de la destilación de los crudos se llama residuos del petróleo. Una variedad de procesos de extracción por solvente produce aceite desasfaltado (DAO) a partir de estos residuos. Estos aceites sirven como materias primas aguas abajo para craqueo catalítico e hidrocraqueadores. Dependiendo de la configuración del sistema, el monitoreo de niveles de aceites calientes en diferentes recipientes pueden incluir tambores de sobrecarga y destello, separadores y despojadores. Reto El control de nivel es crítico porque el control de nivel de interfaz del separador alimenta al tambor de destello cuyo nivel alimenta al despojador, etc. Las condiciones extremas de estas aplicaciones incluyen altas temperaturas, altas presiones y la presencia de vapor de agua.

Los hidro-tratamientos catalíticos tratan líquidos de hidrocarburo en la presencia de hidrogeno. Este proceso elimina de las materias primas el 90% del sulfuro, nitrógeno, oxigeno y metales. El hidro-tratamiento puede también proporcionar hidro-dearomatización (HDAr), hidro-triturado de diesel pesado (HDHDC), eliminación de ceras y mejoras de desempeño en pirolisis de gasolina y diesel. Reto El hidro-tratamiento requiere indicación de nivel de separadores líquido/gas y tanques de lavado de agua. Los dispositivos de nivel aptos para altas presiones y temperaturas son esenciales para eliminar contaminantes que pueden tener efectos perjudiciales en equipo, catalíticos y la calidad del producto terminado.

Las materias primas más pesadas difíciles de procesar por trituración catalítica o reformación pueden convertirse con hidro-triturado. Combinando trituración catalítica e hidrogenación para triturar materia prima en la presencia de hidrogeno, el hidro-triturado produce flujos de gasolina y mezclas de destilado. Cerca de una docena de diferentes esquemas de proceso de hidro-triturado están en uso actualmente. Reto Los controladores de nivel para el eliminador catalítico, líquido separador y tambor de liquido de destello deben lidiar con condiciones severas de proceso para mantener una operación optima del hidro-triturado. Estas condiciones incluyen presiones y temperaturas elevadas, la presencia de vapor, corrosivos e hidrogeno de alta presión.

La isomerización en una variedad de configuraciones de proceso altera el arreglo de átomos para convertir butano normal en isobutano, y pentano y hexano normal en componentes de gasolina de alto octanaje. La isomerización es similar a la reformación catalítica en que las moléculas de hidrocarburo se reconfiguran, aunque la isomerización sólo convierte parafinas en isoparafinas. Reto Cerca del final del proceso, el efluente del reactor se enfría y se separa en el producto liquido isomerato y un flujo de hidrogeno-gas de recicle. El isomerato se lava con cáustico y agua, se elimina el acido y se estabiliza antes de ir a almacenaje. Los fondos de estabilizador y tanques de lavado requieren monitoreo de nivel.

El coqueo es el medio final de convertir los productos más pesado de destilación al vacío o atmosférico. La alimentación se calienta y descompone en gases ligeros, materias de gasolina, destilados y aceite de gas. Las aplicaciones de nivel para coqueo retrasado y continuo (contacto o fluido) incluyen el fraccionador, eliminador de aceite en gas ligero, vapor, condensado, tanques de liquidación y depuración y tambores de choque de gas venteado. Reto Las condiciones de proceso con las que la instrumentación de proceso debe lidiar incluyen altas temperaturas, altas presiones, espumas y vapor. Un indicador de nivel de interfase en tanques que son susceptibles a hacer espuma ayudará a evitar exceso de espuma e incrementará la salida del tanque de coqueo.

Las mezclas de gasolinas requieren un control de nivel de los diferentes componentes, mezcla en línea, almacenamiento de aditivos, sistemas de dilución y sistemas de inyección. Las mezclas consisten de diversos tipos de gasolinas, alquilados, reformados, benceno, tolueno y xileno. Los aditivos incluyen aceleradores de octanos, desactivadores de metales, agentes antioxidantes, inhibidores de gomas y óxido además de detergentes. Desafío El nivel normalmente se mide solo para el control de inventario y, en algunos casos, para transferencia de custodia. La precisión de la indicación de nivel requerida varía. Si el nivel se usa solo para el control de inventario interno, se puede usar una medida menos precisa. Si el nivel se usa para transferencia de custodia, se requerirán mediciones muy precisas

Un intercambiador de calor posicionado cerca del fondo de la columna de destilación recalienta y vaporiza el líquido y reintroduce el vapor varias bandejas arriba. Esto mejora la separación introduciendo más calor a la columna. Para un funcionamiento efectivo del proceso de recalentamiento, se requiere monitoreo de nivel del recalentador. Reto En algunos recalentadores de vapor, el nivel debe controlarse de modo que solo un porcentaje de tubos estén cubiertos. Esto permite un esquema de control para regular la transferencia de calor en el recalentador controlando el porcentaje de los tubos de recalentador cubiertos por líquido. Este es un lazo de control crítico pues la transferencia de calor al líquido es una fuerte función del porcentaje de tubos cubiertos.

El método catalítico de convertir compuestos en otros compuestos usa una catálisis química para incrementar el índice de reacción. El catalítico no tiene cambio químico después que la reacción ha ocurrido y puede recuperarse de la mezcla de reacción. Treinta de los cincuenta primeros químicos de producción se crean directamente por catálisis. Reto En el reactor-regenerador de fondo fluidizo (FBRR), un fluido pasa a través del catalítico en velocidades suficientemente altas para suspender el sólido y causar que se comporte como si fuera un fluido. La medición en el tanque de reacción debe lidiar con condiciones de proceso severas. El producto final y, en algunas configuraciones, el catalítico gastado, están el en controlador de nivel.

La reformación catalítica eleva naftas de bajo octano a gasolina de alto octano mezclando compuestos llamados reformantes. Usando calor y presión con catalíticos de platino para re-arreglar moléculas de hidrocarburo, este proceso convierte fracciones de gasolina de bajo octano en materias primas petroquímicas y materias de mayor octano aptos para licuado de gasolina terminada. Reto Un flujo de gas rico en hidrogeno se retira del separador por reciclaje. El producto líquido monitoreado en nivel en el fondo del separador es enviado a un estabilizador. Cuando ocurre contaminación del estabilizador debido a la formación de cloruro de amonio y sales metálicas, debe incluirse un sistema de lavado por agua monitoreado.

Los rehervidores, o vaporizadores, son intercambiadores de calor que proporcionan calor al fondo de una torre de destilación. Hierven el líquido del fondo de las torres para generar vapores que se devuelven a la torre para conducir el proceso de separación por destilación. El rehervidor puede vaporizar parcial o completamente la corriente que recibe desde la parte inferior de la torre. Reto El exceso de líquidos del rehervidor (fondo o purga) desborda un deflector donde el nivel se controla por medio de un controlador de nivel. Si el nivel de rehervidor es demasiado bajo, afectará la tasa máxima de flujo de producto de fondo que se puede extraer. Un nivel de rehervidor inexacto también puede degradar el control de la composición para configuraciones de control de balance de materiales.

Los equipos generadores por motor alimentados con diesel proporcionan energía de emergencia para operar sistemas críticos en plantas nucleares en el evento de pérdida de energía de servicio en la estación. El tanque de almacenamiento de combustible diesel principal proporciona una capacidad de combustible desde uno a 7 días de operación de generador con carga completa. El tanque de almacenamiento principal está conectado a un tanque interno diurno que contiene menos de 1,000 galones. Reto Los tanques de almacenamiento principales requieren típicamente un indicador de nivel de combustible con un transmisor de indicación remoto. Los censores que actúan bombas eléctricas conectadas al tanque principal monitorean continuamente el nivel de combustible en el tanque diario. Las alarmas por alto nivel en el tanque diurno pueden desconectar bombas hasta que el sistema se reinicie. Los niveles bajos y críticamente bajos actúan alarmas y el sistema muestra las condiciones de bajo nivel.

Los tanques de almacenaje y lavado en la unidad de alquilación incluyen aquellos para agua y ácido empobrecido y fresco, un recipiente analizador de ácido asentado y un número de tanques de lavado. Los lavadores cáusticos neutralizan ácido libre arrastrado de la zona de reacción y neutraliza sulfatos alquil en el efluente de red. Los lavadores de agua descomponen esteres remanentes y retiran cáustico y sal que puede haberse arrastrado desde el lavado cáustico. Reto Un controlador de nivel de interfase en los lavadores cáusticos y de agua previene la corrosión y contaminación del de-isobutanizador y otras unidades subsecuentes. Los niveles que suben por encima de los puntos de ajuste superiores pueden causar transferencia de cáustico o agua, mientras que niveles muy bajos pueden causar absorción de hidrocarburo.

La alquilación es un proceso de combinación que crea alquilado, una reserva licuada de alto octanaje. Un gran tanque de asentamiento de acido permite la separación de la emulsión ácido/hidrocarburo creada en el reactor. Tradicionalmente se han usado indicadores de vidrio para medir el nivel de asentamiento, pero éstos son susceptibles a taparse y requieren lavado diligente en intervalos regulares. Reto Se requiere un controlador de nivel de interfase en el asentador. La contaminación entre sí del producto/ácido causa problemas de eficiencia completos y puede resultar en condiciones peligrosas. La indicación inexacta del nivel en el asentador es una causa frecuente de transferencia física de ácido en el efluente del reactor. La liberación de ácido puede causar peligros extremos tanto al proceso como al personal.

La selección de la tecnología de separación de entre 20 variedades líderes depende de la naturaleza del químico, el número de fases y la capacidad, velocidad y eficiencia requeridos. La destilación -separación de substancias basada en diferencias de volatilidad – es el método más ampliamente usado de separación y purificación. Hoy, aproximadamente 40,000 torres de destilación operan en la plantas químicas de los Estados Unidos. Reto La medición de nivel en el fondo de la torre de destilación controla los rangos de producto del fondo. Un control de nivel pobre podría permitir que líquido se acumule en los recipientes de eliminación causando daño y reduciendo la producción. Un nivel muy bajo puede causar cavitación en la bomba. En torres de extracción relacionadas, el control de nivel de interfase proporciona separación óptima de sustancias asociadas.

La unidad de trituración de fluido catalítico (FCCU) descompone materias primas pesadas y sin valor en hidrocarburos de alto valor y menor peso molecular que se licuan en productos terminados. Un triturador puede producir una amplia variedad de patrones de rendimiento operando ya sea en modo de gasolina, destilado o LPG. Reto Los trituradores catalíticos usan un reactor y un regenerador catalítico con elevadores conectados donde sucede la reacción. Los controladores de nivel se colocan regularmente en el regenerador de primera etapa y en lo alto del reactor. Las mediciones de nivel envuelven niveles de sólidos fluidizos a altas temperaturas. Las técnicas convencionales de medición pueden ser sujetas a taponeos.