Modernización de actuadores y optimización operativa de válvulas de tapón en unidades de coquización retardada

Resumen: El diseño original de una unidad de coquización Sinopec empleó un solo actuador eléctrico para Elevación de la válvula de tapón bidireccional. Sin embargo, el actuador tenía una estructura compleja, accionamiento lento, una alta tasa de fallas y era difícil de mantener. La válvula de corte de alimentación SPV101AB con frecuencia sufría de coqueteo y atascos, lo que resultó en un desgaste severo del actuador y representaba un grave riesgo de apagados no planificados. Durante el mantenimiento programado en 2017, el actuador eléctrico único fue reemplazado con por un actuador eléctrico doble. Aunque SPV101AB continuó experimentando fallas de bloqueo y posicionamiento después de seis meses de operación, el problema se resolvió eliminando la acumulación de coque a través del desmontaje de la tapa de la válvula y optimizando los procedimientos operativos. Desde entonces, el sistema ha funcionado de manera confiable durante casi un año sin fallas, lo que ha llevado a ahorros significativos en costos de mano de obra y materiales.

La unidad de coque de 1,6 millones de toneladas al año en una instalación de Sinopec se completó y puso en marcha en 2010. Originalmente, la válvula de corte de alimentación en la torre de coque, la válvula de corte de petróleo y gas en la parte superior de la torre y la válvula de ventilación superior de la torre eran válvulas de tapón importadas de España, cada una equipada con con un solo actuador eléctrico. Estos actuadores tenían mecanismos complejos, experimentaban altas tasas de fallas y eran difíciles de mantener. Desde abril de 2011, se han producido problemas con de conmutación incompleta y mal funcionamiento repetido, casi causando múltiples apagados de la unidad.

La válvula de aislamiento de alimentación SPV101AB de la unidad de coquización retardada de 1,6 millones de t / a, a lo largo con de la válvula de aislamiento de salida de aceite y gas SPV102AB y la válvula de ventilación SPV103AB, son todas válvulas de tapón importadas operadas por actuadores eléctricos individuales (ver Figura 1 para el diseño del proceso). Cada válvula de tapón consta de un actuador, indicador de posición de la válvula, vástago de la válvula, superficie de sellado, tapón de la válvula, sello de vapor y otros componentes. El actuador es relativamente complejo, consta de un sistema de transmisión de engranajes, glándula de tapa trasera, sellos superior e inferior, anillo de fijación, cojinete superior, tornillo de operación, anillo roscado intermedio y una conexión roscada al vástago de la válvula. La válvula de tapón de elevación eléctrica bidireccional completa su operación de conmutación a través

• Levantamiento del tapón de la válvula: desengancha la superficie de sellado para aumentar el espacio libre entre el tapón y el cuerpo de la válvula, reduciendo así la resistencia rotacional;
• Rotación de 90 ° - gira el enchufe;
• Bajar y volver a sellar: vuelve a conectar la superficie de sellado para restaurar el sello.

La válvula utiliza un mecanismo de reducción para impulsar el tornillo, y el funcionamiento del actuador está controlado por un mecanismo de bloqueo de bola de acero que completa secuencialmente los tres pasos. La estructura general es relativamente compleja. Además, la guía deslizante que aloja la bola de acero es vulnerable al desgaste y la deformación durante un uso prolongado, lo que puede causar un accionamiento incompleto de la válvula y complicar el mantenimiento. Con la adopción de un actuador eléctrico doble, la estructura del cuerpo de la válvula permanece sin cambios. Tras la eliminación del actuador eléctrico único original, se fabrican un nuevo soporte de montaje y un vástago de válvula superior. Se instalan y programan actuadores eléctricos de elevación y rotación separados para que funcionen en una secuencia lógica coordinada.

Figura 1: Diagrama de flujo del proceso de alimentación y descarga de la torre de coque

En el sistema de doble actuador eléctrico, cada ciclo de conmutación procede de la siguiente manera: el actuador de elevación se activa remotamente para levantar el tapón de la válvula. Una vez que alcanza la posición preestablecida, el actuador giratorio se acopla para girar el tapón 90 °. Finalmente, el actuador de elevación se invierte para bajar el tapón, completando el ciclo cuando el tapón alcanza su posición límite y se alcanza el par preestablecido hacia abajo.

Ventajas:
En comparación con el actuador eléctrico único, el sistema de actuador doble presenta una estructura más simple, una tasa de fallas más baja y un mantenimiento más fácil. Los límites superior e inferior del tapón de la válvula son más fáciles de ajustar, lo que facilita la solución de problemas. Además, el sistema admite modos de operación manuales, locales y remotos convenientes.

(1) Después de convertir el actuador de la válvula de aislamiento de alimentación SPV-101AB (válvula de tapón Boya) de un solo actuador eléctrico a un actuador eléctrico doble, se instaló un gabinete de operación local para cada válvula. Las siguientes modificaciones se llevaron a cabo en el sitio:

• El gabinete de operación local fue alimentado por la fuente de alimentación original para el actuador eléctrico único, con se agregó una fuente de alimentación de control adicional de 220V.
• La línea de retroalimentación de control del actuador eléctrico único original, que estaba conectada al panel de operación lógica, se redirigió al gabinete de operación local.
• La línea de retroalimentación de control directo del actuador original también se conectó al gabinete de operación local.
  Los cables de alimentación y control se agregaron desde el gabinete de operación local a los actuadores eléctricos de elevación y rotación.
• Las acciones de apertura y cierre de las válvulas eléctricas duales SPV-101A y SPV-101B ahora están controladas por el panel de operación lógico original. Se mantuvo la lógica de control requerida por el panel original, asegurando que el bloqueo de seguridad entre SPV111 (la válvula de cuatro vías) y SPV-101A y SPV-101B (las válvulas de aislamiento de alimentación eléctrica doble) permanezca intacto.

El funcionamiento y la lógica de SPV111, SPV-101A y SPV-101B siguen siendo exactamente los mismos que en la configuración original, con la retroalimentación del sistema de control secuencial sigue reflejando con precisión las posiciones de las válvulas. Los botones de control en el gabinete de operación local realizan las mismas funciones que los del panel de operación lógico original y cumplen completamente con la lógica de control original.

(2) Después de actualizar los actuadores de la válvula de aislamiento de aceite y gas SPV-102AB y la válvula de ventilación de aceite y gas SPV-103AB de actuadores eléctricos simples a eléctricos duales, se instalaron gabinetes de operación locales para cada válvula. Las siguientes modificaciones se llevaron a cabo en el sitio:

• La fuente de alimentación original para los actuadores eléctricos individuales se reutilizó para los gabinetes de operación locales.
• La línea de retroalimentación del sistema de control secuencial se redirigió al gabinete de operación local, y se instalaron nuevos cables de alimentación y control desde el gabinete hasta los actuadores eléctricos de elevación y rotación.
• La funcionalidad de abrir / cerrar con un solo botón se implementó a través del gabinete de operación local, y la retroalimentación del sistema de control secuencial permanece completamente alineada con el estado real de apertura / cierre de la válvula.

Después de la modificación, el tiempo de cambio de la válvula se redujo de 7 minutos a solo 40 segundos, lo que mejoró significativamente la eficiencia operativa. La válvula de aislamiento de aceite y gas SPV102AB y la válvula de ventilación de aceite y gas SPV103AB han funcionado de manera confiable durante dos años sin fallas. Sin embargo, la válvula de aislamiento de alimentación SPV101AB comenzó a mostrar problemas aproximadamente seis meses después de su puesta en servicio. En la fase inicial, se mantuvo el funcionamiento normal ajustando los ajustes de par y límite del actuador de elevación. Posteriormente, SPV101AB se sometió a inspección y reparación en línea a principios de 2019.

En julio de 2018, SPV101AB comenzó a no volver a comer completamente y la inyección de vapor inferior también se obstruyó. Al ajustar el par de torsión hacia abajo, se despejaron las líneas de vapor, lo que permitió que se reanudaran las operaciones normales de cambio de alimentación. En marzo de 2019, no quedaba espacio para ajustar los ajustes de par y límite de SPV101B, y el rendimiento de sellado de la válvula de aislamiento se había deteriorado significativamente. El mantenimiento se realizó el 29 de marzo. Después de que repetidas pruebas de fugas confirmaron que la válvula de cuatro vías era hermética, se abrió la tapa de SPV101B para su inspección. Se encontró que el fondo del cuerpo de la válvula estaba muy coqueado, con depósitos de coque compactados. La línea de inyección de vapor inferior estaba completamente bloqueada y la superficie de sellado del tapón de la válvula estaba cubierta con con una capa de coque de aproximadamente 2 mm de grosor.

El 22 de mayo de 2019, SPV101A no pudo rotar después de levantar. El panel de visualización del actuador de elevación indicó que el tapón de válvula generó par de elevación al alcanzar el 100% de su carrera de elevación. Esto indicó que la coquería entre el tapón de la válvula y la cubierta de la válvula había causado que se atascara, impidiendo la rotación. El 2 de julio de 2019, SPV101A se abrió para la inspección. Después de retirar la cubierta, se encontró una gran cantidad de coque blando entre el tapón de la válvula y el capó superior. La superficie de sellado de la válvula especial también se coquizó, alcanzando depósitos localizados de casi 2 mm de espesor. Además, la parte inferior del cuerpo de la válvula estaba severamente coqueada, con depósitos de aproximadamente 90 mm de espesor y compactados.

Análisis de la causa:

• El medio que fluye a través de la válvula de aislamiento de alimentación SPV101AB es aceite residual descargado del horno de calentamiento. Este aceite es alto en temperatura y viscosidad, haciéndolo propenso a la coquería.
• No se encontraron arañazos visibles en la superficie de sellado, descartando cualquier daño en la superficie de sellado como la causa de la coquización en el cuerpo de la válvula.
• Una vez que se produjo la coquización en la parte inferior del cuerpo de la válvula, el espacio disponible se restringió, reduciendo el flujo de inyección de vapor. Esto debilitó aún más el sello de vapor y aceleró la acumulación de coque en la parte inferior.
• A medida que empeoraba la coquería en la parte inferior, la válvula ya no podía cerrarse por completo. Para mantener la producción normal, las posiciones cero de las dos válvulas de tapón se ajustaron temporalmente hacia arriba como medida de emergencia.
• El coque en el núcleo de la válvula consistía en depósitos granulares sueltos de tamaños variables, lo que indica una acumulación a largo plazo.
• Después de que se elevó la posición cero, se formó un espacio en la superficie de sellado, disminuyendo la efectividad de la inyección de vapor en el aislamiento del medio dentro del paso de la válvula. Con el tiempo, el aceite residual se acumuló por encima del núcleo de la válvula durante la operación continua.
• Con cada ciclo de producción, una pequeña cantidad de aceite residual entró en la válvula. Esto continuó hasta mayo de 2019, cuando la cavidad superior se llenó y se produjo atasco.

Medidas de optimización:

Monitoreo de inyección de vapor:
Se ha intensificado la supervisión de la inyección de vapor para las válvulas especiales. La temperatura de inyección de vapor de la válvula de aislamiento de alimentación SPV101AB ahora se mide diariamente, así como durante cada interruptor de torre. Estas lecturas de temperatura ayudan a evaluar el potencial de coque en la parte inferior del cuerpo de la válvula, lo que permite una detección temprana y acciones correctivas rápidas.

Antes de la transformación, la operación de conmutación de la válvula de aislamiento de la alimentación no consideró la necesidad de purgar antes del accionamiento. El tiempo de carrera del accionador eléctrico único fue relativamente largo, proporcionando aproximadamente 3 minutos de purga de vapor a través de la sección de tubería corta durante la carrera de elevación del núcleo de válvula. Aunque esta duración permitía algo de purga, las inspecciones revelaron que todavía se producía coquis dentro del cuerpo de la válvula. Después de reemplazar el actuador eléctrico único con un actuador eléctrico doble, el tiempo de carrera de la válvula se redujo significativamente. Como resultado, el tiempo de purga efectivo se redujo a solo 30 segundos, insuficiente para cumplir con los requisitos de purga. Esta reducción en el tiempo de purga aceleró la coquería dentro de la válvula de aislamiento de alimentación durante el funcionamiento. Posteriormente, se implementó un plan optimizado para extender el tiempo de purga antes del cierre de la válvula, asegurando una limpieza más completa del paso de la válvula y permitiendo que la válvula de aislamiento funcione de manera confiable y estable.

En general, la conversión del actuador de un solo tipo eléctrico a un tipo eléctrico dual redujo significativamente la tasa de fallos. Después de eliminar el coque de la válvula de corte de alimentación SPV101AB y aplicar optimizaciones operativas, SPV101B ha funcionado continuamente durante 24 meses y SPV101A durante 22 meses, ambos sin coquización y manteniendo un rendimiento estable en todo momento. La transformación de equipos es un proceso complejo que nunca debe abordarse con una mentalidad única o de copiar y pegar. Requiere un análisis exhaustivo de los parámetros operativos y su impacto en el rendimiento del equipo antes de la implementación. Sobre la base de este análisis, se deben desarrollar e implementar medidas apropiadas antes de llevar a cabo cualquier trabajo de modificación.

La coquización retardada sigue siendo un proceso crucial para la conversión profunda del petróleo residual y se utiliza ampliamente en las principales refinerías. La configuración típica, un horno con dos torres de coque o dos hornos con cuatro torres, subraya el papel vital de las válvulas de tapón de alta temperatura en las operaciones de conmutación de torres. Las fallas de coquización en estas válvulas son comunes, y garantizar un funcionamiento estable a largo plazo de las válvulas de corte de alimentación sigue siendo un desafío significativo. Este caso proporciona información valiosa y sirve como modelo de referencia, demostrando la efectividad de la transformación y optimización basada en la experiencia operativa práctica.