Desarrollo de herramienta de control operacional para la mejora en el desempeño energético de los hornos de la unidad de destilación primaria U-200 de la GRB

Este trabajo es una mejora aplicada al Sistema de Gestión Integral de la Energía en la Refinería de Barrancabermeja, con la finalidad de identificar oportunidades de mejora que contribuyan al uso racional y eficiente de la energía para reducir el impacto de costos de producción asociados al gasto de...

Full description

Autores:: Arciniegas Serrano, Daniel Orlando

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2020

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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Se contempla el desarrollo de una herramienta para la mejora del desempeño energético en los hornos de refinación H201 y H-202 de la unidad de destilación U-200 de la GRB ECOPETROL S.A. bajo el enfoque de las etapas de planeación y revisión energética establecidas en la norma ISO 50001:2018. El desarrollo de la herramienta propuesta inicia con un diagnóstico energético de los equipos de consumo significativo de energía, caracterizando el consumo de energía (gas combustible) basado en datos históricos de consumo y producción. Posteriormente se construyen las líneas base energéticas, y se establecen los indicadores de desempeño junto con los modelos matemáticos de predicción en hornos para realizar control operacional. A partir de estos parámetros se construye la herramienta para la mejora del desempeño energético en los equipos de combustión. Finalmente se realiza la implementación de la herramienta en la plataforma en línea en GRB para realizar seguimiento de esta. Como resultado se entrega una base de datos de variables operacionales correlacionadas, configuradas en una herramienta informática que le permite al operador tomar decisiones al estimar las condiciones de operación asociadas al proceso y sus rangos óptimos para una operación eficiente en términos de reducción del consumo de gas combustible en hornos. Haciendo uso de la herramienta y ajustando tan solo las variables de operación de Tiro y porcentaje de Oxígeno en humos en una prueba de operación de real en el horno H-201, se reportaron ahorros de 85 KPCD que equivalen a 410 $USD, para un aumento del 1,83 % de cumplimiento del equipo. Teniendo en cuenta del costo de generación del gas combustible de 108 $USD por KPCED se calculó un ahorro potencial anual en dicho equipo de 11.815,05 MBTU, equivalente a 6 millones $COP.Introducción .................................................................................................................................................................. 1 Antecedentes ................................................................................................................................................................. 3 Marco Teórico y Contextual ................................................................................................................................ .. 5 Gestión Energética en la GRB ................................................................................................ ..................... 6 Norma ISO 50001 como oportunidad de mejora para la industria ................................ ........ 7 El Proceso de la Revisión Energética ................................................................................................ ..... 9 Desarrollo del Control Operacional ......................................................................................................11 Contexto general: La Refinería de Barrancabermeja ...................................................................12 Unidad de destilación primaria U-200 ................................................................................................13 Especificaciones de los hornos de calentamiento de crudo .....................................................16 3.7.1 Clasificación según el tipo de tiro ................................................................................................17 3.7.2 Clasificación según la forma ...........................................................................................................17 3.7.3 Clasificación según los serpentines ............................................................................................17 3.8 Componentes principales en un horno de combustión ..............................................................18 Objetivos .......................................................................................................................................................................20 Objetivo General..............................................................................................................................................20 Alcances ...............................................................................................................................................................21 Metodología .......................................................................................................................................................21 Aplicación del concepto de Revisión Energética en las unidades Topping de la GRB ........23 Alcances y Límites del SGEn......................................................................................................................24 Identificación de Usos Significativos de la Energía - USEn .......................................................25 Identificación de Variables que Afectan los USEn .........................................................................27 Variables relevantes de operación identificadas .................................................................28 Clasificación de las variables de operación identificadas en hornos ........................31 Establecimiento de Línea Base e Indicadores de Desempeño Energético ........................32 Análisis de significancia ....................................................................................................................33 Modelo matemático para la predicción del consumo de energía en hornos .........34 Comparación modelo de línea base con modelo de simulación del consumo de energía en hornos U-200 ......................................................................................................................................36 Definición de la Línea Meta y Propuesta de Indicadores Meta ...............................................38 Ejecución del Plan de Mediciones y Establecimiento del Modelo Operacional..............47 Identificación de Oportunidades de Mejora en el Desempeño Energético ......................50 Desarrollo del sistema de seguimiento y control ..........................................................................55 Conclusiones y recomendaciones ....................................................................................................................64 Conclusiones .....................................................................................................................................................64 Recomendaciones...........................................................................................................................................66 Referencias...................................................................................................................................................................67PregradoThis work is an improvement applied to the Barrancabermeja Refinery’s Integral Energy Management System, in order to identify improvement opportunities that contribute to the rational and efficient use of energy to reduce the impact of production costs from fuel gas consumption in refining furnaces, and likewise, in its commitment to the environment, minimize the emission of greenhouse gases caused by burning fuel. The development of an energy efficiency improvement tool for the furnaces of the U-200 distillation unit at the GRB ECOPETROL S.A. is contemplated under the standardization of the energy planning and review stages of the ISO 50001:2019. The tool development begins with an energy diagnosis of the significant energy consumption equipment, characterizing energy consumption based on historical consumption and production data. Subsequently, the energy baselines are built, and the performance indicators are established in the same way as with the mathematical models in furnaces for operational control. Based on these parameters, the improving energy performance tool for combustion equipment is built. Finally, the implementation of the tool is carried out online in GRB. As a result, correlated operational variables database is obtained, it is configured in a computer tool where the operator i sable to make decisions by estimating the operating conditions associated with the process and their optimal ranges for efficient operation in terms of reducing fuel gas consumption. the tool adjusting only the Oxygen percentage and shot pressure on a real operation test for the H-201 furnace, savings of 85 KPCD were reported, equivalent to $ 410 USD, for an increase of 1, 83% furnace compliance. By knowing the cost of fuel gas generation of $ 108 USD per KPCED, a potential annual savings was calculated in this equipment of 11,815.05 MBTU, equivalent to $ 6 million COP.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDesarrollo de herramienta de control operacional para la mejora en el desempeño energético de los hornos de la unidad de destilación primaria U-200 de la GRBDevelopment of an operational control tool to improve the energy performance of the furnaces of the primary distillation unit U-200 of the GRBIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyRefining furnaces efficiencyRefinery energy managementEnergy efficiency improvementCombustion furnaces operational controlOil refineriesOil industryGaseous fuelsIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaRefinerías de petróleoIndustria del petróleoCombustibles gaseososEficiencia en hornos de refinación de crudoGestión energética en refineríaMejora del desempeño energéticoControl operacional en hornos de combustión[1] ICONTEC, Norma Técnica Colombiana NTC-ISO 50001, 2018.[2] R. I. Rubio Lizcano y L. E. Hernandez Vesga, ECOPETROL S.A. Análisis de brechas y plan de acción para el IIE – Estudio SOLOMON, Barrancabermeja, 2016.[3] G. Coordinación de Energía y Pérdidas, ECOPETROL S.A. Informe de GEI (Gases de efecto invernadero) de la GRB., Barrancabermeja, 2015.[4] R. I. Rubio, «Línea base energética para la unidad U-200 de la GRB: Análisis y regresión utilizando estadística multivariada.,» Barrancabermeja, 2017, pp. 7-11.[5] M. M. Sánchez, «Eficiencia energética en refinerías de petroleo,» ENERLAC, vol. II, nº 2, pp. 72-105, 2018[6] e. a. E. Tova, «Nueva tecnología para optimización del consumo de combustible y emisiones en calderas y hornos de refinerías: aplicación práctica en Repsol C.I. Tarragona,» Oilgas, pp. 75-79, 2010.[7] P. M. V. Torán, Monitorización de indicadores clave energéticos en una unidad de destilación de una refinería de petróleo mediante minería de datos, Valencia, España, 2016.[8] G. Ávila Rojas, Revisión energética en la fábrica Todo Ráquira S.A. perteneciente al sector alfarero del municipio de Ráquira, Boyacá, Bogotá, Colombia, 2018[9] L. Luna C., Modelo predictivo de la operación de horno planta topping 1 de ERA, Valparaíso, Chile, 2010.[10] C. d. l. R. d. Colombia, «Ley 697 de 2001,» Diario Oficial No. 44.573, vol. 2001, nº 4, pp. 1-16, 2001.[11] J. Sistema único de Información Normativa, «Resolución 18-0609 de 2006,» Diario Oficial N. 46285, nº 6, 2006.[12] M. d. M. y. Energía, «Ley N°697,» de Energías Renovables para Generación de Electricidad en América Latina: mercado, tecnologías y perspectivas, Colombia, 2019, pp. 1-6.[13] O. Prías y J. C. Campos, Implementación de un Sistema de Gestión de la Energía, guía con base en la norma ISO 50001, Bogotá D.C., 2013[14] N. 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Desarrollo de herramienta de control operacional para la mejora en el desempeño energético de los hornos de la unidad de destilación primaria U-200 de la GRB

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