ES2347833T3 - Procedimiento de sustitucion de los tubos de catalizdor de un reformador de hidrocarburos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de mantenimiento de un horno para el reformado catalítico con vapor de una mezcla reaccionante de hidrocarburos, comprendiendo el horno tubos llenos de catalizador, hallándose una primera parte de los tubos T(j) provistos de un termopar fijado a la pared de dicho tubo en un punto Yt(j), estando desprovistos del mismo los otros tubos T(i), comprendiendo el procedimiento al menos las siguientes etapas: 1) medir periódicamente, para cada tubo, una temperatura θp de pared del tubo con la ayuda de un medio de medida de temperatura a distancia; 2) medir y registrar de forma continua para cada uno de los tubos T(j) una segunda temperatura θt(j) de pared del tubo con la ayuda del termopar fijado en la parte inferior de dichos tubos y unido a un sistema de adquisición de datos apto para almacenar datos durante un tiempo al menos igual a la vida útil del horno, establecer una curva θt(j) en función del tiempo; 3) para cada tubo T(j) y para cada medida θp(j), calcular Δθ(j) = θp(j) - θt(j); 4) para cada tubo T(i), establecer una curva virtual θt(i)virtual en función del tiempo tal que: - pasa por unos puntos θt(i)virtual de ordenada θp(i) - Δθ(j) para los que Δθ(j) es el valor calculado durante la etapa 3) para un tubo T(j) vecino elegido, y - resulta de la traslación de la curva θt(j) para dicho tubo T(j) vecino que pasa por esos puntos; 5) por otro lado, para al menos un tubo, determinar el punto más caliente del tubo y estimar la diferencia de temperatura Δθmax entre la temperatura θmax en dicho punto más caliente y la temperatura θt medida en el mismo instante en las condiciones de la etapa 2; 6) para cada tubo T(i), establecer una curva θmax(i) en función del tiempo a partir de la curva virtual θt(i)virtual establecida en la etapa 4 y de la Δθmax de la etapa 5) y, para cada tubo T(j), establecer la curva θmax(j) a partir de la curva establecida en la etapa 2 y de la Δθmax estimada, al objeto de establecer un historial de temperatura de cada tubo T(i); 7) deducir de ello, en tiempo real y con la ayuda de un procedimiento de cálculo apropiado, una vida útil restante para cada tubo T(i), a partir de la curva θmax(i) y para cada tubo T(j), a partir de la curva θmax(j); 8) comparar la vida útil restante para cada uno de los tubos con el tiempo que resta antes de las próximas paradas programadas del horno; y 9) sustituir los tubos que lo necesiten con motivo de cada parada programada.
Description
Procedimiento de sustitución de los tubos de
catalizador de un reformador de hidrocarburos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de mantenimiento de un horno para el reformado
catalítico de una mezcla reaccionante de hidrocarburos, provisto de
tubos llenos de catalizador y una parte de cuyos tubos está
provista de termopares, comprendiendo el procedimiento un
seguimiento de la temperatura de los tubos.
Los hidrocarburos son fuentes principales para
la fabricación de gas de síntesis. La fabricación de gases de
síntesis consiste en transformar hidrocarburos C_{n}H_{m} en una
mezcla de al menos hidrógeno (H_{2}), monóxido de carbono (CO),
dióxido de carbono (CO_{2}). Los gases producidos se utilizan a
continuación para llevar a cabo numerosas reacciones químicas. Así,
el hidrógeno se podrá utilizar en particular para efectuar
reacciones de hidrogenación o, previa adición de nitrógeno, para
producir amoniaco; una mezcla de CO, CO_{2} y H_{2} podrá
conducir a la síntesis de metanol, y mezclas CO y H_{2} son el
origen de síntesis oxo, etc.
Uno de los procedimientos más utilizados para
realizar esta transformación es el reformado catalítico con vapor
de hidrocarburos ligeros, en particular de gas natural. En un
procedimiento de este tipo, la mezcla de hidrocarburos ligeros, que
comprende principalmente metano, se hace reaccionar con vapor de
agua en presencia de catalizador para producir hidrógeno y los
óxidos de carbono. Entre las diferentes reacciones puestas en
práctica en el reformado, las principales reacciones son: la
reacción endotérmica de reformado, a saber, CH_{4} + H_{2}O
\leftrightarrow CO + 3H_{2}, así como la reacción exotérmica de
conversión del CO, a saber, CO + H_{2}O \leftrightarrow
CO_{2} + H_{2}. El reformado es globalmente endotérmico y se
efectúa a una temperatura generalmente próxima a 1000ºC. Conviene
señalar que los hidrocarburos generalmente se desprenden previamente
de los compuestos de azufre que contienen, por ser estos venenos
para los catalizadores comúnmente usados.
Un procedimiento de reformado catalítico con
vapor de hidrocarburos ligeros se pone en práctica en una cámara de
combustión que comprende quemadores y tubos, tubos estos que están
llenos de catalizador y son aptos para que a su través pase una
mezcla de hidrocarburos y de vapor, hallándose los quemadores
dispuestos de manera que transfieran el calor de su combustión a la
mezcla de hidrocarburos y de vapor a través de la pared de los
tubos.
En la práctica, la reacción catalítica de
reformado de hidrocarburos mediante el vapor de agua se efectúa a
presión sobre el catalizador contenido en los tubos calentados
exteriormente mediante radiación y convección. Los tubos de
catalizador están dispuestos verticalmente y la circulación de la
mezcla reaccionante de hidrocarburos y de vapor se efectúa de
arriba abajo.
Un horno de reformado comprende una zona de
radiación, cámara de combustión en la que están dispuestos los
tubos de catalizador, y una zona de convección, por la que se
efectúa la evacuación de los humos y de los gases de combustión
producidos en la cámara de combustión. Los gases de combustión
evacuados por la zona de convección son utilizados para el
precalentamiento de la mezcla reaccionante entrante de hidrocarburos
y de vapor de agua, y ocasionalmente de otros fluidos
reaccionantes. La zona de convección está instalada generalmente
por encima de la cámara de combustión, ya sea verticalmente al lado
del horno, ya sea horizontalmente. Según la posición de los
quemadores en el horno (en la parte superior para los "top
fired", o en el lateral para los "side fired"), el perfil
de temperatura vertical del tubo es diferente. El máximo de
temperatura se alcanzará especialmente en un punto del tubo situado
aproximadamente en su tercio superior para el caso del "top
fired" y en torno al tercio inferior para el caso del "side
fired".
Los tubos de catalizador utilizados son
generalmente del tipo tubo centrifugado de acero aleado. El tubo
tiene que resistir a las elevadas presiones y temperaturas que se
ponen en práctica en un procedimiento de este tipo, garantizando al
propio tiempo una buena transmisión del calor a la mezcla
reaccionante que circula por el interior. Además de poseer una
resistencia adaptada a las muy altas temperaturas, estos tubos
tienen que estar realizados en un material que presente asimismo
una resistencia a la fluencia muy buena a semejantes
temperaturas.
Los tubos de catalizador se ven sometidos a
ciclos de calentamiento/enfriamiento y a muy altas temperaturas; su
envejecimiento y su integridad tienen que ser vigilados de forma tan
precisa y fiable como sea posible. En efecto, se calculan estos
para una vida útil finita (típicamente 100 000 horas) a una
temperatura máxima de utilización DTT (Design Tube Temperature).
Sobrepasar este valor límite máximo acarrea una disminución
importante de la vida útil de los tubos. Por ejemplo, un
funcionamiento constante a 20ºC por encima de la temperatura de
utilización para la que se han diseñado los tubos divide por dos la
vida útil de los tubos, haciendo que ésta pase de una decena de
años a aproximadamente cinco años. Este problema reviste una
singular importancia durante las fases de arranque o de cambio de
la composición de la mezcla reaccionante. La vigilancia de las
temperaturas a las que se ven sometidos los tubos es pues
primordial, pero el historial de estas temperaturas también es de
crucial interés para el procedimiento de reformado catalítico de
hidrocarburos.
Actualmente se realizan medidas de la
temperatura de los tubos de manera discontinua, en particular
mediante medidas pirométricas. También se pueden efectuar medidas
utilizando en particular termopares. Semejantes medidas, ya sean
pirométricas o mediante termopares, son puntuales, tanto en el
espacio como en el tiempo; éstas no permiten conocer el conjunto de
las diferencias de temperaturas a las que se ve sometido cada tubo
de catalizador durante toda su vida y por toda su longitud.
Por otro lado, las medidas pirométricas se
efectúan por vía de mirillas (peephole en inglés), practicadas en
la pared del horno. Al realizar una medida, el operario abre el
"peephole" y apunta el pirómetro (u otro instrumento de
medida) en horizontal, hacia el tubo cuya temperatura de pared se
tiene que medir; sin embargo, esta manipulación tiende a disminuir
la temperatura en el interior del horno a nivel del
"peephole".
En el caso de las medidas mediante termopar,
conviene señalar que los termopares forman parte integrante de los
tubos de catalizador y, en consecuencia, las medidas de temperatura
no requieren intervención de un operario, a diferencia de las
medidas pirométricas. Se evitan las perturbaciones de temperatura
provocadas por un operario mediante la apertura de una mirilla, así
como los riesgos a los que se expone el operario como consecuencia
de una medida de este tipo. Sin embargo, no siempre se puede
implantar el termopar en el tubo allí donde se supone que la
temperatura es máxima, ya que en este lugar su presencia podría
crear un punto caliente.
Uno de los principales riesgos que se derivan de
la ausencia de datos fiables y precisos acerca de la temperatura
real de los tubos y las variaciones experimentadas es el riesgo de
envejecimiento prematuro que conduce a la ruptura intempestiva de
uno o varios tubos de catalizador en curso de funcionamiento y al
paro de la instalación -fuera de intervalos de mantenimiento
predefinidos-.
Especialmente, con motivo de fases transitorias
tales como un nuevo arranque a consecuencia de una parada de
mantenimiento o un cambio de la composición de la mezcla
reaccionante, existe el riesgo de que un sobrecalentamiento no sea
detectado y corregido inmediatamente; la vida útil de los tubos de
catalizador puede verse entonces reducida significativamente. Por
consiguiente, toda vez que el riesgo de sobrecalentamiento no puede
ser descartado, es esencial controlar el envejecimiento de los
tubos con el fin de programar el cambio de los mismos tan pronto
como se haga necesario.
El seguimiento fiable de las temperaturas de
cada uno de los tubos es tanto más importante en cuanto que las
temperaturas de los tubos en funcionamiento no son las mismas según
su posición en el horno, y en función también de diferentes
factores, tales como las secuencias de encendido, los tipos de
hidrocarburos y de combustibles utilizados, etc.
La presente invención tiene como objetivo
mitigar los inconvenientes anteriormente aludidos en virtud de un
procedimiento de mantenimiento del horno, que estriba en la
determinación de la temperatura máxima de cada tubo durante toda la
vida del horno, al objeto de poder programar el cambio de los tubos
en función de su envejecimiento.
Por temperatura máxima se entiende la
temperatura en el punto más caliente del tubo. En efecto,
considerando que un tubo de reformado presenta una longitud de
varios metros y que en esta longitud concurren numerosos factores
que inducen modificaciones de temperatura, es esencial determinar el
sitio más caliente del tubo, así como la diferencia de temperatura
existente entre la temperatura de pared en ese punto y la(s)
temperatura(s) efectivamente determinada(s) en los
puntos en los que se efectúan (o estiman) las medidas durante el
funcionamiento del horno.
\vskip1.000000\baselineskip
En este sentido, la invención concierne por
tanto a un procedimiento de mantenimiento de un horno para el
reformado catalítico con vapor de una mezcla reaccionante de
hidrocarburos, comprendiendo el horno unos tubos llenos de
catalizador, hallándose una primera parte de los tubos T(j)
provistos de un termopar fijado en un punto Yt(j) de dichos
tubos, estando desprovistos del mismo los otros tubos T(i),
comprendiendo el procedimiento al menos las siguientes etapas:
1) medir periódicamente, para cada tubo, una
temperatura \thetap de pared del tubo con la ayuda de un medio de
medida de temperatura a distancia;
2) medir y registrar de forma continua para cada
uno de los tubos T(j) una segunda temperatura
\thetat(j) de pared del tubo con la ayuda del termopar
fijado a dicho tubo y unido a un sistema de adquisición de datos
apto para almacenar datos durante un tiempo al menos igual a la vida
útil del horno, establecer la curva \thetat(j) en función
del tiempo;
3) para cada tubo T(j) y para cada medida
\thetap, calcular \Delta\theta(j) = \thetap(j)
- \thetat(j);
4) para cada tubo T(i), establecer una
curva virtual \thetat(i)_{virtual} en función del
tiempo tal que:
- pasa por unos puntos
\thetat(i)_{virtual} de ordenada
\thetap(i) - \Delta\theta(j) para los que
\Delta\theta(j) es el valor calculado durante la etapa 3)
para un tubo T(j) vecino elegido, y
- corresponde a la traslación de la curva
\thetat(j) para dicho tubo T(j) vecino que pasa por
esos puntos;
5) por otro lado, para al menos un tubo,
determinar el punto más caliente del tubo y estimar la diferencia
de temperatura \Delta\theta_{max} entre la temperatura
\theta_{max} en dicho punto más caliente y la temperatura
\thetat medida en el mismo instante en las condiciones de la etapa
2);
6) para cada tubo T(i), establecer una
curva \thetamax(i) en función del tiempo a partir de la
curva virtual \thetat(i)_{virtual} establecida en
la etapa 4 y de la \Delta\theta_{max} de la etapa 5) y, para
cada tubo T(j), establecer la curva \thetamax(j) a
partir de la curva establecida en la etapa 2 y de la
\Delta\thetamax estimada, al objeto de establecer un historial
de temperatura de cada tubo T(i);
7) deducir de ello, en tiempo real y con la
ayuda de un procedimiento de cálculo apropiado, una vida útil
restante para cada tubo T(i), a partir de la curva
\thetamax(i) y para cada tubo T(j), a partir de la
curva \thetamax(j);
8) comparar la vida útil restante para cada uno
de los tubos con el tiempo que resta antes de las próximas paradas
programadas del horno; y
9) sustituir los tubos que lo necesiten con
motivo de cada parada programada.
Así, el procedimiento de la invención permite al
usuario seguir de la forma más exacta posible el envejecimiento
real de cada tubo contenido en el horno de reformado y efectuar las
sustituciones de los tubos que lo necesiten con motivo de las
paradas programadas del horno (habiendo previsto el acopio del
número requerido de tubos nuevos).
En efecto, de acuerdo con la etapa 1 del
procedimiento anteriormente indicado, se mide la temperatura real
\thetap para cada uno de los tubos. Esta medida se realiza en un
punto del tubo situado en una ordenada Y_{p}, que puede quedar
enfilada por un "peephole".
La medición y el registro de forma continua de
la temperatura \thetat para algunos de los tubos, según la etapa
2 permite disponer de un historial preciso de los accidentes de
temperatura en el horno a lo largo de un gran período de tiempo,
que abarca la vida útil del horno, que pone de manifiesto y registra
las eventuales superaciones de temperatura. Para ello, se ha
provisto a los tubos T(j) con un termopar. El termopar está
fijado preferentemente en un punto del tubo situado en una ordenada
Y_{t}(j), elegida en el tercio superior del tubo respecto
al sentido de circulación de la mezcla reaccionante para el caso de
un horno de reformado de tipo "top fired". Éste está fijado
preferentemente en un punto del tubo situado en una ordenada
Y_{t}(j), elegida en el tercio inferior del tubo respecto
al sentido de circulación de la mezcla reaccionante para el caso de
un horno de reformado de tipo "side fired".
La adquisición y el registro de las medidas de
temperatura se efectúan por mediación de un sistema que permite la
gestión de un gran número de datos, su registro en tiempo real, así
como su almacenamiento y su procesamiento durante un tiempo al
menos igual a la vida útil del horno. El sistema de adquisición de
datos es apto para registrar medidas de temperaturas de forma
continua durante una duración de diez años. Al ser la vida útil
teórica para la que están diseñados los tubos de catalizador de
aproximadamente diez años, tal capacidad de memoria permite tener
un historial completo de los tubos de catalizador.
De este modo, para la parte de los tubos
T(j), se han realizado dos series de medidas de temperatura,
una de forma continua, discreta la otra; se dispone periódicamente
por tanto de dos medidas de temperatura simultáneas obtenidas por
medios diferentes, permitiendo así calcular las diferencias de
temperatura \Delta\theta(j) para el conjunto de los
tubos T(j), y para el conjunto de las medidas
\Delta\theta(j) (etapa 3).
La experiencia muestra que dos tubos vecinos,
toda vez que son idénticos y que experimentan sensiblemente las
mismas perturbaciones en funcionamiento, presentan diferencias de
temperatura comparables; asimismo, la diferencia entre la
temperatura medida mediante pirómetro y mediante termopar para un
determinado tubo T(j) se mantiene sensiblemente constante
entre dos medidas pirométricas sucesivas; una variación anormal de
esta diferencia medida para un tubo T(j) constituiría una
anomalía y precisaría de una comprobación de la coherencia de las
medidas.
La etapa 4 permite establecer, para cada tubo
T(i), una curva virtual que representa las temperaturas
\thetat(i)_{virtual} en función del tiempo. Para
cualquier tubo T(i), la elección del tubo T(j) vecino
no es crítica en la medida en que el valor indicado
\thetat(j) sea reconocido como fiable. La coherencia de las
curvas así establecidas se puede comprobar durante la realización
de las medidas \thetat(i).
Con el fin de determinar de la forma más exacta
posible el envejecimiento de un tubo, es necesario tomar en cuenta
para el cálculo de este envejecimiento ya no la temperatura
\thetat(i), sino la temperatura máxima alcanzada por el
tubo. A tal efecto, el procedimiento comprende la etapa 5 en cuyo
transcurso se determina, en condiciones compatibles con el
funcionamiento del horno, el punto más caliente de un tubo
representativo de aquellos cuyo envejecimiento en funcionamiento se
evalúa. Se calcula la diferencia entre la temperatura medida en ese
punto y la temperatura medida mediante termopar de manera acorde con
la etapa 2. También se podría determinar la diferencia por vía de
la medida pirométrica. La determinación del punto más caliente de
un tubo se obtiene preferentemente estableciendo un perfil de
temperatura del tubo por su longitud; este perfil puede ser
aportado por el proveedor, en tanto que el elemento del "núcleo
del horno", también puede ser objeto de una determinación en
ensayos de laboratorio o en el emplazamiento industrial de que se
trate, ser obtenido mediante simulación o conforme a cualquier otro
procedimiento.
Durante la etapa 6, se establece el conjunto de
las curvas \theta_{max} en función del tiempo para los tubos
T(i) y T(j) mediante:
- para los tubos T(i), una traslación de
las curvas \thetat(i)_{virtual} de un valor igual
a la diferencia correspondiente a \Delta\theta_{max} estimada
en la etapa 5, y
- para los tubos T(j), una traslación de
las curvas \thetat(j) de un valor correspondiente a la
diferencia \Delta\theta_{max} estimada en la etapa 5.
Al término de estas etapas 1) a 6), se cuenta
así con el historial de la temperatura máxima de cada uno de los
tubos para su vida útil ya transcurrida.
Un historial de las temperaturas máximas de este
tipo para cada uno de los tubos permite calcular su vida útil
estimada restante, con la ayuda de un procedimiento de cálculo
apropiado, según la etapa 7 del procedimiento. Este cálculo se
realiza a intervalos de tiempo elegidos de forma acertada al objeto
de volver a calcular esta vida útil tantas veces como sea necesario
en función de los incidentes experimentados por los tubos a lo largo
de toda la utilización del horno. Conociendo la vida útil restante,
se programa (etapa 8) y se realiza (etapa 9) la sustitución de los
tubos que lo necesiten en el transcurso de una parada de
mantenimiento.
El procedimiento de la invención así descrito
permite reducir considerablemente los riesgos de rotura de los
tubos en curso de funcionamiento, evita las paradas intempestivas
del horno y los inconvenientes que traen aparejados.
Ventajosamente, el medio de medida de
temperatura a distancia es un pirómetro.
Con preferencia, se mide la temperatura con la
ayuda del medio de medida de temperatura a distancia al menos una
vez al mes para el conjunto de los tubos.
Ventajosamente, se mide la temperatura con la
ayuda del medio de medida de temperatura a distancia con mayor
frecuencia para los tubos más calientes, preferentemente a
diario.
Esta medida también se realiza preferentemente
en el momento del arranque de la reacción de reformado, en caso de
modificación de algunos parámetros, etc.
Los "peephole" están dispuestos en la pared
del horno de tal modo que cada tubo pueda quedar enfilado a partir
de al menos un "peephole"; de manera convencional, la
disposición de los "peephole" es tal que es posible efectuar
al menos dos medidas en diferentes puntos en la longitud de un tubo.
Así, preferentemente se efectuarán al menos dos medidas de
temperatura con la ayuda del medio de medida de temperatura a
distancia en diferentes puntos en la longitud de un tubo, y la
medida \thetap es el mayor de los valores medidos.
Siendo el horno de reformado del tipo side
fired, para cada tubo T(j), el termopar está fijado
preferentemente en un punto del tubo situado en una ordenada
Y_{t}(j), elegida en el tercio inferior del tubo respecto
al sentido de circulación de la mezcla reaccionante.
Siendo el horno de reformado del tipo top fired,
para cada tubo T(j), el termopar se fija preferentemente en
un punto del tubo situado en una ordenada Y_{t}(j), elegida
en el tercio superior del tubo respecto al sentido de circulación
de la mezcla reaccionante.
La adquisición y el registro de las medidas de
temperatura para la vida útil del horno de reformado se efectúan
ventajosamente por mediación de un sistema de tipo SCADA
("Supervisory Control And Data Acquisition"), cuya capacidad
de memoria permite tener un historial completo de los tubos de
catalizador.
Ventajosamente, la conversión de la relación
\thetamax(i) = f(tiempo) en vida útil restante para
cada uno de los tubos se realiza utilizando la relación de Larson
Miller.
A continuación se describirá la invención con
referencia a las figuras 1 y 2 que se adjuntan, en las que:
La figura 1 es una representación esquemática
parcial de un horno del tipo side fired para el reformado catalítico
de hidrocarburos, apto para la puesta en práctica del procedimiento
según la invención.
La figura 2 es una representación esquemática
parcial de un horno del tipo top fired para el reformado catalítico
de hidrocarburos, apto para la puesta en práctica del procedimiento
según la invención.
La figura 1 presenta un horno para el reformado
catalítico de hidrocarburos 1, de tipo "side fired", que puede
permitir la puesta en práctica del procedimiento según la invención.
Comprende una cámara 2 de combustión provista de quemadores 3
dispuestos a lo largo de las paredes verticales del horno y unidos a
una alimentación 4 de combustible y una cámara de convección 5
destinada a la evacuación de los gases y humos generados por los
quemadores 3.
Los quemadores 3 están dispuestos al objeto de
formar filas, calientan los tubos T(i) y T(j),
representados por el tubo 6. Los tubos 6, llenos de catalizador,
están dispuestos verticalmente en la cámara 2 de combustión. Cada
tubo 6 se alimenta por su extremo superior 7 con una mezcla
reaccionante 10, se halla unido por su extremo inferior 8 a un
colector 9 que recoge los productos de la reacción de reformado
catalítico.
Antes de alimentar al tubo 6, la mezcla
reaccionante 10 circula por la cámara de convección 5 en la que es
precalentada por los gases y humos evacuados.
El tubo forma parte de los tubos T(j),
está provisto de un termopar 11 fijado por debajo de la fila de
quemadores más baja. El termopar está alojado en una caja de
protección térmica no representada en la figura, con el propósito
de protegerlo del calor directo de los quemadores 3. Está enlazado
con un sistema externo SCADA que permite la adquisición, el
registro y el procesamiento de los datos en tiempo real (no
representado en la figura).
La figura 2 presenta un horno para el reformado
catalítico de hidrocarburos 21, de tipo "side fired", que
puede permitir la puesta en práctica del procedimiento según la
invención. Comprende una cámara 22 de combustión provista de
quemadores 23 dispuestos en el techo del horno y unidos a una
alimentación 24 de combustible y una cámara 25 de convección
destinada a la evacuación de los gases y humos generados por los
quemadores 23.
Los quemadores 23 calientan unos tubos
T(i) y T(j), representados por el tubo 26. Los tubos
26, llenos de catalizador, están dispuestos verticalmente en la
cámara 22 de combustión. Cada tubo 26 se alimenta por su extremo
superior 27 con una mezcla reaccionante 30, se halla unido por su
extremo inferior 28 a un colector 29 que recoge los productos de la
reacción de reformado catalítico.
Antes de alimentar al tubo 26, la mezcla
reaccionante 30 circula por la cámara 25 de convección en la que es
precalentada por los gases y humos evacuados.
El tubo forma parte de los tubos T(j),
está provisto de un termopar 31, fijado en el tercio superior del
tubo. El termopar está alojado en una caja de protección térmica no
representada en la figura, con el propósito de protegerlo del calor
directo de los quemadores 23. Está enlazado con un sistema externo
SCADA que permite la adquisición, el registro y el procesamiento de
los datos en tiempo real (no representado en la figura).
Los hornos representados en las figuras 1 y 2
funcionan del mismo modo para la puesta en práctica de la
invención.
Los tubos T(j) se eligen libremente,
aunque preferentemente son representativos de un perfil de
temperatura en el horno, también se puede equipar con su propio
termopar a cada tubo de catalizador.
Las temperaturas \thetat(j) medidas por
cada termopar 11, 31 del que está provisto cada uno de los tubos
T(j) son transmitidas al sistema de adquisición y de registro
de datos SCADA. Éstas se convierten a valores de temperaturas
máximas para cada tubo de catalizador. Las temperaturas máximas se
obtienen a partir de correcciones aplicadas a las temperaturas
medidas según la invención.
Así, los datos de temperaturas registrados,
completados con las medidas pirométricas periódicas, proporcionan
con arreglo al procedimiento de la invención el conjunto de los
valores de temperatura \thetamax en función del tiempo para la
totalidad de los tubos del horno. A partir de los datos de
temperatura \thetamax así registrados, se calcula la vida útil
restante de los tubos 6, 26. El cálculo de esta vida útil restante
utiliza típicamente una relación del tipo relación de Larson
Miller, ley conocida y comúnmente usada por el experto en la
técnica para prever la vida útil de los tubos. Se presenta un
ejemplo de estudio detallado de la rotura en temperatura y un
ejemplo de cálculo de vida útil en función de la temperatura en el
artículo "Journal of Corrosion Science and Engineering, Volumen 6
Paper H012", que está disponible particularmente a partir de las
siguientes direcciones:
http.//www2.umist.ac.uk/corrosion/JCSE/Volume6/Default.html
o http://www.jcse.org/
En el instante M, todo tubo dispone de una vida
útil máxima restante V_{M}, propia del mismo, para una utilización
a la temperatura normal de funcionamiento. Esta vida útil V_{M}
es el resultado de la previsión de vida calculada con la ayuda de
la relación de Larson Miller en dicho momento M.
En el siguiente cálculo, a saber, en el instante
M+1, se va a determinar, de acuerdo con la invención, con la ayuda
del parámetro de temperatura de Larson Miller, la vida útil máxima
restante V_{M+1}, que tiene en cuenta condiciones efectivas de
funcionamiento del tubo desde el cálculo anterior. Para ello, con la
ayuda del parámetro de temperatura de Larson Miller y a partir de
los valores de \thetamax en función del tiempo, en función de la
duración durante la cual el tubo de catalizador ha permanecido a la
temperatura \thetamax, en función de las propiedades térmicas del
tubo, se calcula, para el período de tiempo transcurrido desde el
último cálculo a la temperatura \thetamax (dada por SCADA), la
duración equivalente de utilización a la temperatura normal de
funcionamiento. La vida útil restante estimada es reajustada
entonces en función de esta duración equivalente de utilización. El
cálculo se realiza para cada tubo de
catalizador.
catalizador.
Nota: si unos tubos han funcionado a una
temperatura inferior a la temperatura normal de funcionamiento,
aumenta su vida útil restante estimada; si unos tubos han
funcionado a una temperatura superior a la temperatura normal de
funcionamiento, disminuye su vida útil restante estimada;
El cálculo de la vida útil restante estimada
aporta así al explotador de la instalación unos elementos
complementarios esenciales con el fin de prever o no la sustitución
de la totalidad o parte de los tubos con motivo de una parada de
mantenimiento programada.
\newpage
La invención se ha descrito en relación con
ejemplos particulares de realización, aunque es bastante evidente
que ésta no está limitada en modo alguno a los mismos y que
comprende todos los equivalentes técnicos de los medios descritos
así como sus combinaciones si éstas entran en el ámbito de la
invención.
De la puesta en práctica del seguimiento de
temperaturas según la invención se derivan otras ventajas,
especialmente con motivo de fases transitorias tales como un nuevo
arranque, un cambio de la composición de la mezcla reaccionante o
cualquier otra causa. Esta herramienta permite a los operarios del
horno reaccionar inmediatamente en caso de sobrecalentamiento en el
horno; se pueden tomar medidas inmediatas para remediar el
sobrecalentamiento, siendo así mínimo el impacto negativo sobre la
vida útil de los tubos.
Claims (9)
1. Procedimiento de mantenimiento de un horno
para el reformado catalítico con vapor de una mezcla reaccionante
de hidrocarburos, comprendiendo el horno tubos llenos de
catalizador, hallándose una primera parte de los tubos T(j)
provistos de un termopar fijado a la pared de dicho tubo en un punto
Y_{t}(j), estando desprovistos del mismo los otros tubos
T(i), comprendiendo el procedimiento al menos las siguientes
etapas:
1) medir periódicamente, para cada tubo, una
temperatura \thetap de pared del tubo con la ayuda de un medio de
medida de temperatura a distancia;
2) medir y registrar de forma continua para cada
uno de los tubos T(j) una segunda temperatura
\thetat(j) de pared del tubo con la ayuda del termopar
fijado en la parte inferior de dichos tubos y unido a un sistema de
adquisición de datos apto para almacenar datos durante un tiempo al
menos igual a la vida útil del horno, establecer una curva
\thetat(j) en función del tiempo;
3) para cada tubo T(j) y para cada medida
\thetap(j), calcular \Delta\theta(j) =
\thetap(j) - \thetat(j);
4) para cada tubo T(i), establecer una
curva virtual \thetat(i)_{virtual} en función del
tiempo tal que:
- pasa por unos puntos
\thetat(i)_{virtual} de ordenada
\thetap(i) - \Delta\theta(j) para los que
\Delta\theta(j) es el valor calculado durante la etapa 3)
para un tubo T(j) vecino elegido, y
- resulta de la traslación de la curva
\thetat(j) para dicho tubo T(j) vecino que pasa por
esos puntos;
5) por otro lado, para al menos un tubo,
determinar el punto más caliente del tubo y estimar la diferencia
de temperatura \Delta\theta_{max} entre la temperatura
\thetamax en dicho punto más caliente y la temperatura \thetat
medida en el mismo instante en las condiciones de la etapa 2;
6) para cada tubo T(i), establecer una
curva \thetamax(i) en función del tiempo a partir de la
curva virtual \thetat(i)_{virtual} establecida en
la etapa 4 y de la \Delta\theta_{max} de la etapa 5) y, para
cada tubo T(j), establecer la curva \thetamax(j) a
partir de la curva establecida en la etapa 2 y de la
\Delta\thetamax estimada, al objeto de establecer un historial
de temperatura de cada tubo T(i);
7) deducir de ello, en tiempo real y con la
ayuda de un procedimiento de cálculo apropiado, una vida útil
restante para cada tubo T(i), a partir de la curva
\thetamax(i) y para cada tubo T(j), a partir de la
curva \thetamax(j);
8) comparar la vida útil restante para cada uno
de los tubos con el tiempo que resta antes de las próximas paradas
programadas del horno; y
9) sustituir los tubos que lo necesiten con
motivo de cada parada programada.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el medio de medida de temperatura a
distancia es un pirómetro.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se mide la
temperatura con la ayuda del medio de medida de temperatura a
distancia al menos una vez al mes para el conjunto de los tubos.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se mide la temperatura con la ayuda del
medio de medida de temperatura a distancia con mayor frecuencia
para los tubos más calientes, preferentemente a diario.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se efectúan al
menos dos medidas de temperatura con la ayuda del medio de medida
de temperatura a distancia en diferentes puntos en la longitud de
un tubo y porque la medida \thetap es el mayor de los valores
medidos.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque siendo el horno
de reformado del tipo side fired, para cada tubo T(j), el
termopar se fija en un punto del tubo situado en una ordenada
Y_{t}(j), elegida en el tercio inferior del tubo respecto
al sentido de circulación de la mezcla reaccionante.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque siendo el horno
de reformado del tipo top fired, para cada tubo T(j), el
termopar se fija en un punto del tubo situado en una ordenada
Y_{t}(j), elegida en el tercio superior del tubo respecto
al sentido de circulación de la mezcla reaccionante.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la adquisición y
el registro de las medidas de temperatura para la vida útil del
horno de reformado se efectúan por mediación de un sistema de tipo
SCADA.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la conversión de
la relación \thetamax(i) en función del tiempo en vida
útil restante para cada uno de los tubos se realiza utilizando la
relación de Larson Miller.
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