Notas de Productos

Control de presión de gases de combustión en FCC usando actuadores electrohidráulicos REXA

Con los actuadores REXA Electraulic™ controle la válvula deslizante de FCC con el mismo desempeño de los sistemas hidráulicos tradicionales, pero sin descomposición ni contaminación del aceite hidráulico ni fugas de aceite, sin mantenimiento preventivo constante, y además con menor consumo de energía.

La unidad de craqueo catalítico de fluidos (la FCC) es un proceso esencial en las refinerías en donde las moléculas hidrocarburos más pesados, con alto punto de ebullición, se descomponen en hidrocarburos más livianos y con menor punto de ebullición, mediante el uso de aluminosilicatos complejos como catalizador, en un reactor a altas temperaturas. De esta manera se obtienen combustibles más valiosos como la nafta de alto octanaje, el gasoil, combustibles de aviación y otros productos.

El flujo de hidrocarburos pesados previamente precalentado se mezcla con la corriente de catalizador fluidizado a través del uso de vapor o gas y, debido a las altas temperaturas y la acción del catalizador, las moléculas pesadas se rompen formando hidrocarburos más livianos. Dentro del reactor se separan los vapores de hidrocarburo del catalizador gastado. Los vapores pasan a la columna de fraccionamiento, y el catalizador es enviado al regenerador.

Durante la reacción de la FCC, el coque se va acumulando en el catalizador, lo que limita la capacidad de este para llevar a cabo la misma. El catalizador gastado se transfiere desde el reactor al regenerador para quemar el coque residual y así recuperarlo. Como producto de esa combustión se va regenerando el catalizador, pero también se produce un gas que debe procesarse adecuadamente. De la combustión se obtiene también gran parte de la energía térmica que requiere el proceso. El catalizador recuperado vuelve a utilizarse en el reactor.

Funciones de la válvula de gas de combustión:

• Regula el caudal de salida del gas de combustión desde el regenerador
• Ayuda a mantener la diferencia de presiones entre el reactor y el regenerador
• Utilizada como válvula de bloqueo de emergencia ante una condición de falla, evitando el flujo inverso

Configuraciones más utilizadas:

• Válvula deslizante con doble disco obturador. Redundancia inherente a la válvula
• Válvula mariposa con redundancia aplicada en el sistema de actuación

Esta válvula controla el pasaje del gas hacia un tren de recuperación de energía, y en algunos casos tiene la función de bypass de esa etapa, desviándolo directamente a la atmósfera a través de filtros electrostáticos que reducen su particulado.

La clave del éxito de esta aplicación está en la ingeniería de un conjunto de válvula y actuador que sea capaz de modular con un control preciso, al tiempo que proporciona una respuesta rápida a las alteraciones anormales de la presión que pueden ocurrir. El gas de combustión que sale del regenerador tiene alto caudal, alta temperatura, alto volumen y contendrá partículas de catalizador. Estas condiciones pueden requerir que la válvula deslizante de gases de combustión sea tan grande como 80 pulgadas de diámetro, con un actuador hidráulico controlado por una Unidad de Potencia Hidráulica (HPU). La válvula es necesaria para proporcionar un control preciso de la presión del regenerador y, a su vez, controlar la presión diferencial entre el reactor y el regenerador. El control estricto es crítico para mantener el equilibrio de presión de la FCC en el proceso de craqueo, permitiendo un flujo suave del catalizador entre el reactor y el regenerador.

EL PROBLEMA

El bajo rendimiento del control de la válvula puede crear desequilibrios de presión, lo que puede conducir a un proceso de craqueo de hidrocarburos ineficiente. Si esta condición empeora, crea un potencial para la parada de la unidad y un largo tiempo de inactividad.

Los sistemas hidráulicos tradicionales con HPU poseen características de control más que adecuadas para la aplicación, aunque presentan varios inconvenientes, como ser:

• Contaminación y degradación del aceite: El circuito hidráulico es abierto, por lo que permite el ingreso de aire, humedad y partículas. La humedad en el aceite produce componentes ácidos y oxidación prematura. La acumulación de partículas perjudica el funcionamiento de las válvulas proporcionales y servo, degradando el desempeño del sistema. Por ese motivo los sistemas con HPU incluyen equipos de filtración del aceite.
• Espacio físico: Los sistemas con HPU ocupan mucho espacio dentro de la planta, en comparación con otras tecnologías.
• Riesgo de fugas de aceite: Los sistemas con HPU implican el uso de mangueras con longitudes importantes, con accesorios de conexión, conectores y sellos, los cuales con el tiempo fallan y pierden aceite.
• Desperdicio de energía: La bomba hidráulica de la HPU está en permanente funcionamiento presurizando el sistema, lo que consume energía eléctrica y además incrementa la temperatura del aceite, deteriorando con el tiempo los elastómeros del sistema, más allá de que acelera la degradación del aceite.
• Mantenimiento preventivo constante: Para mantener el sistema en óptimo funcionamiento se requieren esfuerzos constantes de mantenimiento, verificando calidad del aceite, filtros, sellos y otros componentes, lo que debe ponderarse como un costo de operación.
• Costos de instalación: Considerando la instalación de un sistema desde cero, se requiere mucha mano de obra para el tiraje de mangueras y cañerías hidráulicas, cableado para bombas y sistemas de refrigeración, el uso de grúas y andamios para la instalación de los componentes más pesados, etc.

LA SOLUCIÓN

El actuador REXA Electraulic™ es un sistema electrohidráulico autocontenido, y proporciona además un control de movimiento de la válvula con un tiempo muerto de 50 - 70 ms, repetibilidad menor a  0,1% en la carrera completa, y régimen 100% modulante.

El actuador REXA Electraulic™, combina la simplicidad de la operación eléctrica, el poder de la hidráulica, la confiabilidad de la electrónica de estado sólido y la flexibilidad del control configurado por el usuario.

Además, ofrece la ventaja de un sistema hidráulico de bajo volumen (menos de 1L) y circuito cerrado y sellado, basado en aceite de motor sintético, sin filtros ni intervalos de cambio de aceite. Como resultado de ello se logra una operación con menor mantenimiento del actuador y la válvula (el actuador es libre de mantenimiento mecánico de por lo menos 10/15 años), y por ende menores costos de operación.

El principio detrás de la tecnología de los actuadores REXA es un circuito hidráulico único llamado Flow Match Valves (FMV). El actuador incorpora una bomba de engranajes bidireccional acoplada a un motor paso a paso o servomotor que proporciona un método altamente eficiente para bombear fluido hidráulico de un lado del cilindro de doble efecto al otro, sin requerir acumuladores de aceite. El motor y la bomba únicamente operan cuando se requiere un cambio de posición. Una vez que se alcanza la posición requerida, el motor se apaga y el sistema FMV bloquea hidráulicamente el actuador en su lugar. El actuador mantiene su posición sin consumo eléctrico excesivo, al contrario de lo que ocurre en un sistema con HPU.

El actuador REXA Electraulic™ consta de dos componentes principales: el subconjunto mecánico y el subconjunto eléctrico. Cada componente juega un papel fundamental en la combinación de los beneficios de los principales tipos de actuadores (neumático, eléctrico, hidráulico), al tiempo que elimina los inconvenientes de cada tecnología.

Los motores paso a paso o servo permiten que los actuadores operen sin recalentarse, con un rango de temperatura de trabajo de -40 °C a +121 °C para el subconjunto mecánico.

El diseño autocontenido con aceite sintético y con presión positiva aísla a la unidad mecánica del exterior evitando el ingreso de humedad y de aire, permitiendo que el aceite no se degrade. Gracias a este diseño, el actuador puede instalarse en cualquier posición sin pérdidas o fugas de aceite, disminuyendo el posible impacto ambiental por contaminación.

La Unidad Electrónica es de montaje remoto, apta para instalaciones que someten al actuador a entornos agresivos, como temperatura excesiva, vibraciones o golpes. La misma es controlada por un microprocesador dedicado que monitorea continuamente la posición del actuador y sólo opera el motor cuando se requiere un cambio de posición. Esta operación discreta produce un consumo de energía mucho menor a otros sistemas electrohidráulicos.

Adicionalmente, los actuadores REXA Electraulic™ pueden ser suministrados con funciones fail-safe basados en resorte o acumulador de nitrógeno. También se pueden incorporar distintos niveles de redundancia (dos o más unidades) en sus componentes:

• Módulo de potencia hidráulico (contiene motor, bomba y circuito hidráulico FMV)
• Electrónica completa
• Driver de motor
• Placa de CPU
• Display e interfaz de usuario
• Sensor de realimentación de posición.

En conclusión, el actuador REXA Electraulic™ es la mejor opción para su proceso, por su excelente desempeño en la regulación de la posición de la válvula de gas de combustión.

>> Si requiere más información, contáctenos vía mail a: info@escoarg.com.ar, o telefónicamente: (11) 2120-4500.