u univer rsidad centr ral del l ecua ador - UCE - Universidad Central

187 Pages·2013·5.96 MB·Spanish

UUNIVERRSIDAD CENTRRAL DELL ECUAADOR

FACULTAD DE INGENIERRÍA, CIENCCIAS FÍSICCAS Y MAATEMÁTICCA

INSTITUTTO DE INVVESTIGACCIÓN Y POOSGRADOO (IIP)

TRATTAMIENNTO DE GGAS ASOOCIADO PPARA USSO COMOO
COMBBUSTIBLLE PARAA GENERAACIÓN EELÉCTRRICA EN EEL
BLLOQUE 112 EPF

CCHRISTIAAN PATRRICIO GUUTIÉRREEZ ALVARRADO

TUTOR: HELMER RODOLFO ACEVEDOO GAMBOOA, Ph.DD.

Trabajo presentaddo como rrequisito pparcial paara la obtención del grado de:

MAGÍSTTER EN PROCESSOS INDUSTRIALLES

QUUITO - ECUADOR
20133

i
DEDICATORIA

A mi familia.

Christian Gutiérrez

ii
AGRADECIMIENTOS

A la gloriosa Universidad Central.

Christian Gutiérrez

iii

CEERTIFICAACIÓN

Certifico que el preesente trabbajo fue reealizado een su totalidad por eel Sr.
CHRISTIAAN PATRIICIO GUTIIERREZ ALVARADOO como reqquisito parccial a
la obtencción del títuulo de MAGGISTER PRROCESOSS INDUSTRRIALES.

26 de Septiembre del 2013

Ing. HELMMER RODOLFO ACEVEDO GAMBOA, PPh.D.
TUUTOR

v
CONTENIDO
pág.
CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN .................................................................. 1
1.1. Antecedentes .................................................................................... 1
1.2. Ubicación ........................................................................................... 2
1.3. Objetivos específicos ........................................................................ 2
1.4. Justificación ....................................................................................... 3
CAPITULO 2: MARCO TEÓRICO ............................................................... 6
2.1. Aprovechamiento de gas natural en forma dual en motores del
ciclo diesel ................................................................................................ 7
2.2. Sistemas de tratamiento de gas natural ....................................... 8
2.3. Membranas de filtración selectiva en tratamiento de gas. ......... 11
2.4. Procesos de deshidratación ....................................................... 13
CAPITULO 3: ANÁLISIS DE VARIACIÓN EN CANTIDAD Y CALIDAD
DEL GAS ................................................................................................... 14
3.1. Gas de alta presión ......................................................................... 14
3.2. Gas de media presión ..................................................................... 27
3.3. Gas de baja presión ........................................................................ 44
3.4. Estimación de variaciones futuras .................................................. 46
CAPITULO 4: ANÁLISIS TÉCNICO ECONÓMICO DE LAS
ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE GAS ........................................ 48
4.1. Análisis sistema actual suministro de gas a GD’s .......................... 48
4.2. Análisis técnico alternativas estabilización de gas a generación ... 51
4.2.1. Alternativa Nº 1: Instalación de válvulas de control más pulmón
amortiguador en succión C-9300/9400 .................................................. 51
4.2.2. Alternativa Nº 2: Instalar acumulador de gas en los
compresores C-9300/9400 ..................................................................... 57
4.2.3. Alternativa Nº 3: Almacenamiento de gas asociado del EPF en
fase líquida. ............................................................................................ 71
4.2.4. Alternativa Nº 4: Recuperación de condensados para
generación en GD’s. .............................................................................. 80
vi
4.2.5. Alternativa Nº 5: Instalación de línea para manejo de picos de
gas en el EPF. ........................................................................................ 85
4.3. Estimación de costos ...................................................................... 89
4.3.1. Consideraciones generales para la estimación de costos ...... 89
4.3.2. Hipótesis y suposiciones para la estimación de costos .......... 90
4.3.3. Estimación de costos clase V ................................................. 91
4.4. Criterios de selección para la estabilidad de gas para generación
eléctrica .................................................................................................. 96
4.5. Procedimiento de elaboración matriz de selección ........................ 99
4.6. Matriz de evaluación para el alternativas estabilización de gas a C-
9300/9400 y/o Generación con GD's. .................................................. 100
CAPITULO 5: INGENIERÍA ACONDICIONAMIENTO DEL GAS ........... 104
5.1. Bases y criterios de diseño. ...................................................... 104
5.2. Balance de masa y energía ...................................................... 109
5.3. Esquema de la simulación ........................................................ 110
5.4. Memoria de cálculo de separadores ........................................ 111
5.5. Memoria de cálculo de intercambiadores de calor ................... 115
5.5.1. Propiedades de los fluidos .................................................... 115
5.5.2. Condiciones de diseño .......................................................... 115
5.5.3. Hoja de datos ......................................................................... 116
5.5.4. Resultados ............................................................................. 117
5.5.5. Verificación de aeroenfriadores ............................................. 117
5.5.6. Evaluación de equipos .......................................................... 117
5.6. Filosofía de operación y control ................................................ 119
CAPITULO 6: SISTEMA DE GENERACIÓN ........................................... 128
6.1. Sistema de generación GD. ..................................................... 128
6.2. Descripción de funcionamiento del sistema Dual .................... 129
CAPITULO 7: RESULTADOS ................................................................. 131
7.1. Alternativas de tratamiento de gas ........................................... 131
7.2. Separadores ............................................................................. 132
7.3. Aero enfriadores ....................................................................... 132
7.4. Planta de ajuste de punto de rocío ........................................... 133
7.5. Compresor ................................................................................ 133
CAPITULO 8: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................... 134
vii
8.1. Conclusiones ............................................................................ 134
8.2. Recomendaciones .................................................................... 135
ABREVIATURAS ..................................................................................... 136
GLOSARIO .............................................................................................. 137
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 138
ANEXO A.- Pronóstico de producción. Extracto de “Matriz Energética del
EPF” ......................................................................................................... 141
ANEXO B.- Registro de cromatografías a la salida de separadores (alta
presión) .................................................................................................... 143
ANEXO C.- Propiedades del gas de alta presión .................................... 146
ANEXO D.- Registro de cromatografías a la salida de V-190 (media
presión) .................................................................................................... 148
ANEXO E.- Propiedades del gas de media presión del OFV V-190 ....... 151
ANEXO F.- Registro de cromatografías a la salida de V-195 (media
presión) .................................................................................................... 153
ANEXO G.- Propiedades del gas de media presión de OFV V-195 ....... 155
ANEXO H.- Cromatografías del gas de baja presión .............................. 156
ANEXO I.- Propiedades del gas de baja presión .................................... 156
ANEXO J.- Especificaciones generales de gas combustible para
generadores Wartsila ............................................................................... 157
ANEXO K.- Especificaciones de gas combustible para motores Wartsila
34SG ........................................................................................................ 158
ANEXO L.- Inlet 3 phase separator (gas scrubber) ................................. 159
ANEXO N.- High pressure 3 phase separator ......................................... 163
ANEXO O.- Accumulator V-905 ............................................................... 165
ANEXO P.- E-625 Flujo de verificación 1,2 MMSCFD ............................ 166
ANEXO Q.- E-626 Flujo de verificación 6,1 MMSCFD ............................ 167
ANEXO R.- Hoja de datos Smithco E-625 .............................................. 168
ANEXO S.- Reporte de calibracaión de cromatógrafo. ........................... 169
BIOGRAFÍA ............................................................................................. 170

viii
LISTADO DE TABLAS
Tabla 1. 1 Actual Capacidad nominal de generación instalada .................. 3

Tabla 3. 1. Promedio, máximo y mínimo de producción que ingresa al EPF
para el período 2012 - 2021 ...................................................................... 15
Tabla 3. 2. Proyección del contenido de Metano en la corriente gaseosa
producida en los separadores primarios en base al histórico registrado .. 17
Tabla 3. 3. Proyección del contenido de CO2 en la corriente gaseosa
producida en los separadores primarios en base al histórico registrado .. 20
Tabla 3. 4. Proyección de valores de poder calórico inferior en la corriente
gaseosa producida en los separadores primarios en base al histórico
registrado ................................................................................................... 23
Tabla 3. 5. Proyección del contenido de CO2 en la corriente de gas
producida en el OFV V-190, en base al histórico registrado ..................... 28
Tabla 3. 6. Proyección del contenido de CH4 en la corriente gaseosa
producida en el OFV V-190, en base al histórico registrado ..................... 30
Tabla 3. 7. Proyección del valor de poder calórico inferior en la corriente
de gas producida del OFV V-190, en base al histórico registrado ............ 33
Tabla 3. 8. Proyección del contenido de CO2 en la corriente de gas
producida en el OFV V-195, en base al histórico registrado ..................... 36
Tabla 3. 9. Proyección del contenido de CH4 en la corriente de gas
producida en el OFV V-195, en base al histórico registrado ..................... 39
Tabla 3. 10. Proyección del valor de LHV en la corriente de gas producida
en el OFV V-195, en base al histórico registrado ...................................... 41
Tabla 3. 11. Composición del gas producido en las botas V-401/406 ...... 44

Tabla 4. 1Simbología utilizada en la Figura 4.1 ........................................ 49
Tabla 4. 2. Resumen de ventajas y desventajas alternativa N° 1. ............ 54
Tabla 4. 3. Variación de presión por unidad de tiempo sistema de .......... 56
Tabla 4. 4. Ventajas y desventajas alternativa N° 2.1 ............................... 61
Tabla 4. 5. Expansión del gas desde la segunda etapa de compresión C-
9300/9400. ................................................................................................. 63
ix
Tabla 4. 6. Acumulador de gas a las condiciones de la segunda etapa de
compresión C-9300/9400. ......................................................................... 65
Tabla 4. 7. Ventajas y desventajas alternativa N° 2.2 ............................... 66
Tabla 4. 8. Expansión del gas desde la segunda etapa de compresión C-
9300/9400. ................................................................................................. 69
Tabla 4. 9. Acumulador de gas a las condiciones de la cuarta etapa de
compresión C-9300/9400. ......................................................................... 70
Tabla 4. 10. Especificaciones generales requeridas para licuefacción del
gas natural (LNG). ..................................................................................... 73
Tabla 4. 11. Composición gas de la cuarta etapa C-9300/9400. .............. 74
Tabla 4. 12. Ventajas y desventajas alternativa N° 3 ................................ 78
Tabla 4. 13. Resumen de ventajas y desventajas alternativa N° 4 ........... 82
Tabla 4. 14. Consumo de energía eléctrica opción Nº 1. .......................... 83
Tabla 4. 15. Potencia de equipos de procesos involucrados en la
alternativa. ................................................................................................. 84
Tabla 4. 16. Tiempo de autonomía de ducto para almacenaje de picos de
gas. ............................................................................................................ 88
Tabla 4. 17. Ventajas y desventajas alternativa N° 5 ................................ 89
Tabla 4. 18. Instalación de válvulas de control más pulmón ..................... 92
Tabla 4. 19. Instalar acumulador de gas en los compresores C-9300/9400.
................................................................................................................... 93
Tabla 4. 20. Recuperación de condensados para generación en GD’s. .. 94
Tabla 4. 21. Instalación de línea para manejo de picos de gas en el EPF.
................................................................................................................... 95
Tabla 4. 22. Grado de importancia de los criterios a evaluar .................... 99
Tabla 4. 23. Ponderación de cada opción con respecto a cada factor ... 100

Tabla 5. 1. Condiciones ambientales del EPF ....................................... 104
Tabla 5. 2. Criterios máximos de diseño ................................................. 107
Tabla 5. 3. Condiciones de operación ..................................................... 112
Tabla 5. 4. Parámetros de verificación .................................................... 112
Tabla 5. 5. Dimensiones separadores ..................................................... 113
Tabla 5. 6. Acumulador de líquido .......................................................... 114
Tabla 5. 7. Validación de separadores ................................................... 114
x