MX2011004492A - Metodo para reducir la corrosion y el deposito de subproducto en una unidad de crudo. - Google Patents

Abstract

Se describe y reivindica un método para optimizar los parámetros del sistema en una unidad de crudo para reducir la corrosión y el depósito del subproducto de la corrosión en la unidad de crudo. El método incluye la medición o predicción de las propiedades asociadas con los parámetros del sistema y usar un controlador automatizado para analizar las propiedades para causar ajustes en el programa químico para optimizar los parámetros del sistema. Ajustar los parámetros del sistema controla efectivamente la corrosión en la unidad de crudo, al reducir la propiedad corrosiva de un fluido en el flujo del proceso y/o al proteger el sistema de una sustancia potencialmente corrosiva. Las pruebas de medición del parámetro del sistema se colocan en una ó más locaciones en el flujo del procesó para permitir el monitoreo preciso de los parámetros del sistema en la unidad de crudo.

Description

MÉTODO PARA REDUCIR LA CORROSIÓN Y EL DEPÓSITO DE SUBPRODUCTO EN UNA UNIDAD DE CRUDO CAMPO TÉCNICO Esta invención se refiere de manera general a los métodos para reducir la corrosión en una unidad de crudo. De manera más específica, la invención se refiere a los métodos para optimizar los parámetros del sistema en un flujo de proceso de una unidad de crudo para reducir la corrosión en la unidad de crudo. La invención tiene relevancia particular en el'muestreo de agua en el punto de condensación y agua en la tubería del acumulador para medir los parámetros del sistema y responder a tales mediciones para reducir la corrosión y/o el depósito del subproducto de la corrosión en la unidad de crudo.

ANTECEDENTES Generalmente, en una refinería de petróleo crudo, el petróleo es bombeado desde un tanque de almacenamiento hacia una unidad de crudo para su procesamiento. La unidad de crudo limpia el petróleo por medio de un lavado con agua en una unidad desalinizadora y entonces se vacía el petróleo en fracciones en una torre de destilación atmosférica. Estas fracciones son bombeadas hacia varias unidades en la parte final del procesamiento de la unidad de crudo (p. ej . , hacia el coqueo, el craqueador catalítico, el hidrotratador, etc.). Aunque la corrosión y el depósito del subproducto de la corrosión (siendo referido algunas veces lo último como ensuciamiento) ocurren en muchas áreas de una unidad de crudo, la corrosión y el ensuciamiento más severos se sitúan típicamente en el sistema de condensación superior de la torre de destilación atmosférica.

El procesamiento en la unidad de crudo de una refinería se ha vuelto cada vez más complicado en años recientes y se predice que se volverá aún más desafiante y complejo por muchas razones. Por ejemplo, aumentos significativos en los precios del petróleo crudo han provocado que las refinerías busquen agresivamente crudos de "oportunidad" o "pesados" que es posible obtener a precios de descuento. El menor precio está unido a una propiedad del crudo, tal como una alta acidez o un alto contenido de sólidos, que lo hace menos deseable que los crudos ligeros y dulces de referencia.

Las refinerías modifican las pizarras de crudo de manera más frecuente que antes debido a un mínimo inventario de petróleo crudo a la mano, combinado con una mayor variedad de petróleo crudo. Un cambio de la pizarra de crudo altera típicamente la condición de estado estable de una unidad de crudo por más de varias horas. Generalmente, alrededor del ochenta por ciento de la corrosión y el ensuciamiento ocurren durante estos cambios o interrupciones, los cuales duran normalmente alrededor de un veinte por ciento del tiempo. Sí los problemas de corrosión y ensuciamiento son lo suficientemente severos, la refinería descontinuará el procesamiento del petróleo crudo o de la mezcla de crudos que causa el problema. Sin embargo, estos crudos pesados están disponibles para la refinería con descuento, haciéndolos más rentables. Descontinuar tales crudos problemáticos es, en conformdiad, una opción no muy popular.

En los esfuerzos para reducir la corrosión, una unidad de crudo puede requerir mantenimiento dos ó tres veces por semana o, en ciertos casos, diariamente. En el mejor de los casos, el mantenimiento diario proporciona una vista instantánea de un sistema dinámico de la unidad de crudo. El tipo de crudo y/o los tanques de almacenamiento de crudo sin procesar son intercambiados varias veces por semana, algunas veces a diario. Los contenidos de cada tanque son diferentes de otros tanques, de modo que cada intercambio provoca un cambio en la calidad de la carga para la unidad de crudo, alterando muchas veces el estado estable y causando interrupciones en el sistema. Las operaciones de precalentamiento, desalinización y destilación cambian con el crudo nuevo, colocando los productos y/o las fuentes del agua efluente fuera de la especificación. Normalmente, se llevan a cabo muchos ajustes durante varias horas (días en algunos casos) para regresar la unidad de crudo a la operación en estado estable.

La práctica actual más común en la industria para controlar tales interrupciones y optimizar la operación de la unidad de crudo es proveer suficientes horas hombre y fuerza humana. Por ejemplo, cada unidad de crudo puede tener un personal operativo de tres a diez personas, dependiendo del tamaño y complejidad de la unidad. Este personal puede dedicar días para recolectar diversas muestras para pruebas en el laboratorio de química húmeda, y medir y hacer ajustes de temperatura y flujos para mantener la unidad corriendo dentro de la especificación. Tal práctica está proyectada para mantener la unidad operando de manera apropiada con respecto a los puntos de corte y a los puntos de terminación de calidad del fraccionamiento, con la mínima atención siendo prestada a un programa especial de control de la corrosión química. Sí una interrupción es severa, pueden llevarse a cabo los cambios en los químicos del proceso y/o cambios en los niveles, flujos, o temperaturas pueden ser recomendados alrededor de la unidad de crudo para mantener el sistema dinámico en una condición tan óptima como sea posible.

Los intentos por compensar la falta periódica o prolongada, algunas veces, del factor humano involucrado incluyen la instalación de medidores de pH en línea en las torres de destilación atmosférica, en la parte superior de la tuberías de agua del acumulador; no obstante, debido a una mayor .tasa de ensuciamiento del sensor de pH, sólo un pequeño porcentaje de estos medidores operan de manera correcta durante cualquier periodo de tiempo. La instrumentación en línea, tal como los medidores de pH, requieren mantenimiento y calibración de rutina. Además, el pH en línea rastrea meramente el pH y envía una alarma al operador cuando el pH está fuera de los límites de control. A menudo, medidores de pH sucios y/o pobremente calibrados causan alarmas frecuentes. Esta frecuencia tiende a minimizar la efectividad del sistema de alarma.

Debido a la falta de éxito en la industria con la medición en línea del pH y de otros esfuerzos de monitoreo, la industria de refinación no han buscado instrumentación en línea más efectiva y exótica para los programas químicos de proceso. De tal modo, existe una necesidad continua de métodos automáticos y/o en línea más sofisticados y efectivos para el monitoreo de parámetros y la reducción de la corrosión en las unidades de crudo.

RESUMEN Esta invención proporciona en conformdiad los métodos para generar datos confiables de la unidad de crudo en un bucle o bucles de retroalimentación, antealimentación o predictivos para realizar ajustes en tiempo real a los tratamientos del flujo de proceso, reduciendo de este modo la corrosión y el depósito del subproducto de la corrosión (referido algunas veces como ensuciamiento) . En un aspecto preferido, la invención es implementada para proveer retroalimentación, antealimentación o información continúa o intermitente a las bombas de inyección de químicos del proceso para llevar a cabo ajustes en tiempo real. La invención incorpora la lógica de programación para convertir las señales del analizador a la lógica de ajuste de la bomba y, en una modalidad preferida, controlar una . o cada una de las diferentes inyecciones de químicos con una base única. Los e emplos incluyen neutralizar la inyección en base al pH, el cloruro o el contenido de ácido; la inyección de un agente caustico basado en el pH, el cloruro o el contenido de ácido; y la inyección de un inhibidor de película basado en la concentración de hierro o en la tasa de corrosión.

También se prevé que la invención manejará las lecturas de las pruebas existentes de corrosión por resistencia eléctrica, pruebas de polarización lineal, y/u otras técnicas para medir la pérdida de metal. Estas lecturas serán programadas mediante un Controlador de Lógica Prógramable (PLC, por sus siglas en inglés) para posiblemente anular o modificar las otras entradas químicas y cambiar las tasas de bombeo. Adicionalmente, debido a que la torre de destilación atmosférica en la parte superior del sistema de intercambio de calor de la unidad de crudo sufre de problemas frecuentes y costosos con la corrosión, la invención se enfoca en esta parte de la unidad de crudo. No obstante, la invención tiene utilidad en muchas otras unidades de la refinería.

En un aspecto, la invención incluye un método para optimizar un parámetro del sistema en un flujo del proceso de una unidad de crudo para reducir la corrosión en una unidad de crudo. Una propiedad asociada con el parámetro del sistema es medida y/o predicha en uno ó más puntos en una unidad de crudo y se convierte en una señal eléctrica de entrada capaz de ser transmitida a un controlador. En cambio, el controlador es operable para recibir la señal eléctrica de entrada transmitida, convertir la señal eléctrica de entrada recibida en un valor numérico de entrada, analizar el valor numérico de entrada, generar un valor numérico de salida, convertir el valor numérico de salida en una señal eléctrica de salida, y transmitir la señal eléctrica de salida. Un rango óptimo de reducción de la corrosión para el valor numérico de entrada es determinado y sí el valor numérico de entrada se encuentra fuera del rango óptimo, la señal eléctrica de salida transmitida provoca el cambio en un afluente de una composición en el flujo de proceso. La composición es capaz de ajustar la propiedad asociada con el parámetro del sistema de una manera para llevar el valor numérico de entrada hacia el rango óptimo. En una modalidad, un afluente de una ó más composiciones diferentes en el flujo de proceso son capaces de ajustar, de manera colectiva y/o individual, la o las propiedades asociadas con el o los parámetros de sistema. El método es repetido opcionalmente para una variedad de diferentes parámetros del sistema, donde cada parámetro diferente del sistema tiene una propiedad única asociada.

En otro aspecto, la invención incluye un sistema para optimizar un parámetro del sistema en un flujo de proceso de una unidad de crudo para reducir la corrosión en la unidad de crudo. El sistema incluye un dispositivo de medición operable para medir y/o predecir una propiedad asociada con el parámetro del sistema y convertir dicha propiedad en una señal eléctrica de entrada capaz de ser transmitida. Un transmisor transmite la señal eléctrica de entrada a un controlador. El controlador es operable para recibir la señal eléctrica de entrada transmitida, convertir la señal eléctrica de entrada recibida en un valor numérico de entrada, generar un valor numérico de salida, convertir el valor numérico de salida en una señal eléctrica de salida, y transmitir la señal eléctrica de salida. Un receptor recibe la señal eléctrica de salida y es operable para causar un cambio en una tasa de afluencia de una composición en el flujo del proceso sí el valor numérico de salida no se encuentra dentro del rango óptimo, donde la composición es capaz de ajustar la propiedad asociada con el parámetro del sistema .

En una modalidad, una ó más de las funciones del controlador descritas pueden ser impartidas a uno ó más dispositivos de captura de datos.

En una ventaja de la invención el proveer un control continuo de uno ó más químicos clave para el control de la corrosión del proceso, una mejoría en la práctica actual de optimización manual de frecuencia altamente variable.

Otra ventaja de la invención es proveer un método para lograr la eficiencia óptima mediante el ensuciamiento y la corrosión reducida, minimizando la cantidad de producto que no cumple la especificación, y reduciendo la cantidad de procesamiento de petróleo derramado.

Otra ventaja de la invención es el proveer un proceso automatizado para minimizar eficientemente las interrupciones y la corrosión y el ensuciamiento resultantes causados por un cambio entre diversos tipos de pizarras de crudo, incluyendo crudo pesado, y minimizar la corrosión, las interrupciones, y el tiempo de inactividad durante el cambio.

Una ventaja adicional de la invención es proporcionar datos continuos para medir la magnitud de una interrupción e identificar de manera más precisa la raíz de la causa de la interrupción, incluyendo la determinación de la concentración del o los subproductos de la corrosión formados en el sistema debido a un pico en la corrosión durante una interrupción.

Una ventaja adicional de la invención es proporcionar un método para optimizar la eficiencia del sistema cuando las pizarras de crudo son modificadas por medio de la estabilización rápida de los parámetros operativos del sistema .

Todavía otra ventaja de la invención es el proveer datos que conlleven a un nivel de control de la corrosión que ayudarán a prevenir mantenimientos metalúrgicos caros en los sistemas de refinamiento de crudo para procesar crudos ácidos.

Aquí, se describen características · y ventajas adicionales, y serán aparentes a partir de la siguiente Descripción Detallada, de los Ejemplos y de las Figuras.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista diagramática de una modalidad de la invención que muestra varios componentes de la unidad de crudo y puntos ejemplares en los cuales se miden los parámetros del sistema.

La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de una' modalidad preferida para controlar la introducción de uno o varios neutralizadores en el sistema en base al pH medido.

La Figura 3 muestra una . modalidad de la invención para controlar la introducción de uno o varios agentes cáusticos en el sistema, guiada por la señal de concentración del ión de cloruro.

La Figura 4 muestra una modalidad de la invención para controlar la introducción de los inhibidores de película en el sistema, guiada por la señal de concentración del ión hierro.

La Figura 5 representa una modalidad de la invención para controlar la anulación de la introducción de uno o varios neutralizadores, agentes cáusticos, e ' inhibidores de película en el sistema, guiada por las tasas de corrosión derivadas de una o más pruebas de corrosión u otros dispositivos de monitoreo de la corrosión en cualquier punto del sistema.

La Figura 6 muestra una cantidad de picos de concentración de cloruro por encima del límite superior de control a partir de una unidad de crudo y demuestra la manera en que el método de la invención puede ser usado para estabilizar la concentración del ión de cloruro cuando se correlaciona con una acción correctiva.

La Figura 7 muestra los valores del pH y de la concentración del ión de cloruro rastreados en el tiempo en una unidad de crudo real y demuestra la manera en que el método de la invención será usado para estabilizar estos valores .

DESCRIPCIÓN DETALLADA Como uno de los componentes principales del proceso de una unidad de crudo, el control de la corrosión juega un rol vital en el mantenimiento de la integridad del sistema. Esta invención proporciona 'una manera para optimizar el componente de control de la corrosión de la unidad de crudo mediante la optimización de uno ó más parámetros del sistema en un flujo de proceso de la unidad de crudo. Esta optimización incluye la medición de las propiedades asociadas con aquellos parámetros en el flujo de proceso.

El programa de control de la corrosión de la invención está diseñado para reducir la corrosión del equipo de procesamiento de la refinería y el subsecuente ensuciamiento debido al depósito de los subproductos de la corrosión. Un programa de control de la corrosión típico incluye componentes tales como una amina de neutralización, un inhibidor de película, una solución cáustica, etc. Tales químicos de control de la corrosión son inyectados tradicionalmente en el sistema en base a las mediciones derivadas a partir de muestras tomadas y analizadas en el laboratorio o a partir de alguna indicación del flujo en la unidad. Esta invención proporciona un método automatizado para el ajuste de la inyección química en el sistema.

En una modalidad preferida, el método de la invención incluye un controlador operable para recibir y procesar información y proporcionar instrucciones a varios componentes (p. e . , bombas de inyección química), el término "controlador" se refiere a un operador manual o a un dispositivo electrónico que tiene componentes tales como, un procesador, un dispositivo de memoria, un medio de almacenamiento digital, un tubo de rayos catódicos, una pantalla de cristal líquido, una pantalla de plasma, una pantalla táctil, u otro monitor, y/u otros componentes. El controlador es operable preferentemente para la integración con uno ó más circuitos integrados de aplicación específica, programas, instrucciones o algoritmos ejecutables por computadora, uno ó más dispositivos de hardware, dispositivos inalámbricos, y/o uno ó más dispositivos mecánicos. No obstante, el controlador es operable para integrar el o los bucles de retroalimentación, de antealimentación o predictivos de la invención. Algunas o todas las funciones del sistema controlador pueden encontrarse en una locación central, tal como un servidor de red, para la comunicación por medio de una red de área local, una red de área amplia, una red inalámbrica, una conexión a internet, un enlace de microondas, un enlace infrarrojo, y enlaces o conexiones semejantes. Además, otros componentes, tales como un acondicionador de señal o un monitor de sistema pueden ser incluidos para facilitar la transmisión de la señal y de los algoritmos de procesamiento de señal.

Preferentemente, el controlador incluye la lógica jerárquica para priorizar cualquier propiedad medida o predicha asociada con los parámetros de sistema. Por ejemplo, el controlador puede ser programado para priorizar el pH del sistema por encima de la concentración de ión de cloruro o viceversa. Debe apreciarse que el objetivo de tal lógica jerárquica funciona para permitir un control mejorado sobre los parámetros del sistema y evitar bucles circulares de control .

En una modalidad, el método incluye un controlador automatizado.- En otra modalidad, el controlador es manual o sema-manual. Por ejemplo, cuando el proceso de refinamiento del crudo incluye uno ó más juegos de datos recibidos desde diversos sensores en el sistema, el controlador puede ya sea determinar automáticamente qué puntos de datos/juegos de datos procesar adicionalmente, o un operador puede hacer tal determinación de manera parcial o total. Un juego de datos a partir de una unidad de crudo, por ejemplo, puede incluir variables o parámetros del sistema tales como el potencial de oxidación-reducción, el pH, los niveles de ciertos químicos o iones (p. ej . , determinados de manera empírica, automática, fluorescente, electroquímica, colorimétrica, de medición directa, calculada) , la temperatura, la presión, la tasa de fluidez del flujo de proceso, los sólidos disueltos o suspendidos, etc., tales parámetros del sistema- son medidos de manera típica con cualquier tipo de equipo de captura de datos, tales como sensores de pH, analizadores de iones, sensores de temperatura, termocoples, sensores de presión, pruebas de corrosión, y/o cualquier otro dispositivo o método apropiado . El equipo de captura de datos se encuentra preferentemente en comunicación con el controlador y, en conformdiad con las modalidades alternativas, puede tener funciones avanzadas (incluyendo cualquier parte de algoritmos de control aquí descritos) impartidos mediante el controlador .

La transmisión de datos de los parámetros medidos o de la señales hacia las bombas 'químicas, alarmas, u otros componentes del sistema, es lleva a cabo usando cualquier dispositivo apropiado, tal como una red alámbrica o inalámbrica, un cable, una línea digital de suscriptor, internet, etc. Puede usarse cualquier estándar o estándares de interface apropiados, tal como una interface de internet, de interface inalámbrica (p. ej . , IEEE 802. lla/b/g/x, 802 . 16 , Bluetooth, óptica, infrarroja, radiofrecuencia, etc.), un bus serial universal, una red telefónica, conexiones semejantes, y combinaciones de tales interfaces/conexiones . Del modo usado aquí, el término "red" abarca todos estos métodos de transmisión de datos . Cualquiera de los dispositivos descritos (p. ej . , un sistema de archivo de planta, una estación de análisis de datos, un dispositivo de captura de datos, una estación de proceso, etc.) pueden conectarse entre sí usando la interface o conexión antes descrita u otra ínterface o conexión apropiada.

En una modalidad, la información del parámetro del sistema es recibida desde el sistema y archivada. En otra modalidad, la información del parámetro del sistema es procesada en conformdiad con una tabla de tiempos o una programación. En una modalidad adicional, la información del parámetro del sistema es procesada de manera inmediata en tiempo real/sustancialmente en tiempo real. Tal recepción en tiempo real puede incluir, por ejemplo, "datos de flujo" sobre una red computacional .

Con relación ahora a las Figuras, la Figura 1 representa un diagrama de una modalidad preferida de la invención. Debe ser apreciado que la configuración particular de la unidad de crudo no es crítica para la invención y la Figura 1 ilustra una configuración posible. La Figura 1 muestra un sistema de torre de destilación atmosférica 100 típico de una unidad de crudo que incluye un banco superior intercambiador de calor 102 , un acumulador 104 , una torre de destilación 106 , e intercambiadores de calor de recirculación 108a y 108b. En esta modalidad, una muestra de agua en punto de condensación se obtiene en el punto indicado y una muestra de agua del tubo de acumulador se obtiene en los puntos indicados en la Figura 1. Estas muestras son medidas y analizadas para los parámetros del sistema del pH, de la concentración de ión de cloruro, y de la concentración de ión de hierro .

La Figura 1 muestra valores de 5.8 para el pH y 93 ppm para la concentración de ión de cloruro en la muestra de agua en punto de condensación; y valores de 6.7 y 10, respectivamente, en el punto de muestreo del tubo del acumulador. Las diferencias de las mediciones en estos dos puntos de muestreo requieren un algoritmo correspondiente para ajustar la inyección química. La locación preferida en la unidad de crudo para la determinación del pH y la concentración del ión de cloruro es una muestra de agua en punto de condensación, derivada usualmente a partir de los intercambiadores superiores de calor de la torre de destilación. Otra ventaja de la determinación del pH a partir del agua en punto de condensación es que la prueba del pH encuentra menores niveles de contaminantes y menores partículas sólidas y pequeñas gotas de petróleo, resultando en un ensuciamiento menos frecuente. El término "punto de condensación" se refiere al punto de condensación inicial del vapor de agua o a la temperatura en la cual la fase de agua líquida se separa de los vapores de agua y de los hidrocarburos líquidos, y comienza a formar agua líquida mientras dichos vapores se enfrían. Aunque es posible usar el agua del tubo del acumulador para medir el pH y el nivel de ión de cloruro, cierto nivel de precisión es sacrificado usualmente debido a que los datos son diluidos o enmascarados por el volumen total de vapor y los ácido y bases débiles que se han condensado en la parte final del proceso del punto de condensación del agua.

En una modalidad preferida, el agua en punto de condensación es analizada para pH y cloruro. Es ventajoso analizar agua en punto de condensación, en lugar de agua en la parte superior del acumulador, para pH y cloruro debido a que el agua en punto de condensación es comúnmente más clara y proporciona una respuesta más rápida con una medición más precisa de estos parámetros de sistema. La prueba usualmente revela una diferencia dramática entre las muestras de agua de estas dos locaciones. En muchas unidades, la concentración de cloruro en punto de condensación puede ser de varios cientos de ppm, mientras una muestra similar tomada del agua de la parte superior de acumulador puede, el mismo tiempo, ser de 10 a 50 ppm. Por ejemplo, el agua en punto de condensación puede tener un pH de 5.8 y una concentración de ión de cloruro de 93 ppm; mientras que el agua del tubo del acumulador de la misma unidad puede tener valores de 6.7 y 10 , respectivamente.

De la misma manera, es posible medir la concentración del ión de hierro (u otros metales, tales como cobre, molibdeno, níquel, cinc) del agua en punto de condensación. La locación preferida para determinar la concentración de ión de hierro u otro metal se encuentra en el tubo de agua del acumulador debido a que estos iones indican que la corrosión ha tomado lugar y que el metal ha sido removido de un componente interno en el sistema en la parte inicial del punto de muestreo.

Debe ser apreciado que cualquier método apropiado puede ser usado para obtener la muestra de agua en punto de condensación. Por ejemplo, los dispositivos para obtener la muestra de agua en punto de condensación son descritos en las Patentes de E.U. Nos. 4 , 335 , 072 , titulada "Simulador de Corrosión Superior", y 5 , 425 , 267 , titulada "Simulador de Corrosión y Método para Simular la Actividad de Corrosión de un Flujo de Proceso", cada una de las cuales se incorporan aquí a manera de referencia en su totalidad.

En modalidades alternativas, diferentes fluidos o parámetros del sistema u otros constituyentes presentes en el sistema podrían ser medidos y/o analizados. Los parámetros o constituyentes medidos representativos incluyen el pH; el ión de cloruro; otros ácidos fuertes y débiles, tales como sulfúricos, sulfurosos, tiosulfurosos , dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno; ácido orgánicos, amonio; varias aminas; y depósitos sólidos o líquidos. Varios métodos de medición de tales parámetros son contemplados y la invención no se limita a un método particular. Los métodos representativos incluyen, pero sin limitarse, aquellos descritos en las Patentes de E.U. Nos. 5 , 326 , 482 , titulada "Monitor de Ácido En Línea y Control de Carga de Neutralizador del Agua Superior en las Refinerías de Petróleo"; 5 , 324 , 665 , titulada "Método En Línea para el Monitoreo de los .Niveles de Cloruro en un Flujo de Fluido"; 5 , 302 , 253 , titulada "Monitor de Ácido En Línea y Control de Carga de Neutralizador del Agua Superior en las Refinerías de Petróleo", cada una de las cuales se incorpora aquí a manera de referencia en su totalidad.

En respuesta a los parámetros medidos del sistema, la Figura 1 muestra puntos de introducción ejemplares para los neutralizadores , los inhibidores de película (referidos algunas veces aquí como "formadores de película"), y los agentes cáusticos. Estos puntos son etiquetados como "Neutralizador basado en ácido, o pH", "Formador de película basado en hierro", y "Cáustico basado en cloruro". Debe ser apreciado que tales químicos pueden ser añadidos en cualquier locación apropiada en el sistema, pero se añaden preferentemente en el punto indicado en la Figura 1. En esta modalidad, el neutralizador y en inhibidor de película se añaden en la parte inicial del proceso del banco del intercambiador de calor superior 102 y el agente cáustico se suma a la carga de petróleo crudo del sistema de la torre de destilación atmosférica 100 . En conformdiad con una modalidad preferida, la introducción de tales químicos en el sistema es ajustada de manera . continua. En otras modalidades, la introducción química es ajustada de manera intermitente o en relación con un programa, del modo determinado por cada sistema individual.

El o los neutralizadores , agentes cáusticos, e inhibidores de película pueden ser introducidos al sistema usando cualquier tipo apropiado de bomba de carga química. De manera más común, las bombas de inyección de desplazamiento positivo son energizadas de manera eléctrica o neumática, las bombas de inyección de flujo continuo son usadas algunas veces para asegurar que los químicos especiales son inyectados de manera adecuada y precisa en el flujo de proceso de movimiento rápido. Aunque cualquier bomba o sistema de entrega apropiado puede ser usado, las bombas y el método de bombeo ejemplares incluyen aquellos descritos en las Patentes de E.U. Nos. 5 . 066 , 199 , titulada "Método para la Inyección de Químicos de Tratamiento Usando un Aparato de Bombeo por Desplazamiento Positivo de Flujo Constante", y 5 , 195 , 879 , titulada "Método Mejorado para la Inyección de Químicos de Tratamiento Usando un Aparato de Bombeo por Desplazamiento Positivo de Flujo Constante", incorporada cada una aquí a manera de referencia en su totalidad.

Los neutralizadores representativos incluyen, pero sin ser limitantes, la 3-metoxipropilamina (MOPA) (CAS # 5332 - 73 -0 ) , la monoetanolamina (MEA) (CAS # 141 -43 - 5 ) , la N,N-dimetilaminioetanol (DMEA) (CAS # 108-01 - 0 ) , y la metoxiisopropilamina (MIOPA) (CASS # 37143 - 54-7 ) .

Como agente cáustico, una solución diluida de hidróxido de sodio se prepara comúnmente en una concentración del 5 al 10 % ( 7 . 5 a 14 ° Baume) para un manejo fácil y para mejorar la distribución una vez inyectada en el petróleo crudo, o agua de lavado de desalinizador , por ejemplo. La concentración puede ser ajustada en conformidad con las condiciones ambientales, tales como el punto de . congelación en los climas fríos .

Los inhibidores de película o formadores de película usados en conjunción con esta invención en un programa de control de la corrosión de la unidad de crudo son típicamente mezclas solubles de petróleo de amidas e imidazolinas . Estos compuestos ofrecen un buen control de la corrosión con efectos mínimos en la habilidad de los hidrocarburos en el sistema para transportar el agua.

La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de una modalidad preferida para controlar la introducción del o los neutralizadores en el sistema en base al pH medido, método etiquetado 200 . El bloque 202 representa el dispositivo de medición o el analizador que proporciona la información relacionada con el pH del agua en punto de condensación (o de acumulador). El analizador (p. ej . , el controlador u operador) determina sí el pH se encuentra dentro de un rango óptimo ( 5 . 8 a 6 . 0 en este ejemplo) como se muestra en el bloque 204 . Sí el pH se encuentra dentro del rango óptimo predeterminado, la lógica sigue el camino del "Si" y continúa midiendo y analizando. Sí el pH no se encuentra dentro de este rango, el método incluye la determinación sobre sí el pH se encuentra por debajo de 5 . 8 , como se representa en el bloque 206 , o por encima de 6 . 0 , como se representa en el bloque 208 . Sí el pH se encuentra debajo de 5 . 8 , el método incluye el aumento del bombeo del neutralizador, por ejemplo, en 5 ó 10 % , como se muestra en el bloque 210 . Sí el pH está por encima de 6 . 0 , el método incluye disminuir el bombeo del neutralizador en, por ejemplo, 5 ó 10% , como se muestra en el bloque 212 .

De ser apreciado que un control apropiado del pH o un rango óptimo debe ser determinado para cada sistema individual. El rango óptimo de un sistema puede variar considerablemente entre este y otro sistema. Dentro del concepto de la invención se encuentra la cobertura de cualquier rango óptimo posible de pH.

En modalidades diferentes, los cambios en la bomba del neutralizador se limitan en frecuencia. Preferentemente, los límites del ajuste se establecen en un máximo de 1 por cada 15 minutos, y los ajustes secuenciales en la misma dirección no deben exceder de 8. Por ejemplo, después de 8 ajustes totales o un cambio de 50 ó 100%, la bomba puede ser suspendida durante un tiempo (p. ej . , 2 ó 4 horas) y la alarma puede ser activada. Sí se encuentra tal situación, es ventajoso activar una alarma para alertar a un operador. Otros límites, tales como una salida máxima de bombeo, también pueden ser implementados . Debe ser apreciado que se encuentra dentro del enfoque de la invención causar cualquier cantidad de ajustes en cualquier dirección sin límites. Tales límites se aplican del modo determinado por el operador.

La Figura 3 ilustra una modalidad de la invención como el método 300 para controlar la introducción del o los agentes cáusticos en el sistema guiada por la concentración de ión de cloruro. El bloque 302 representa el dispositivo de medición o analizador que provee la información relacionada con la concentración de ión de cloruro del agua en punto de condensación. El analizador (p. ej . , el controlador u operador) determina sí la concentración de ión de cloruro se encuentra dentro de un rango óptimo (de 50 a 100 ppm en este ejemplo), como se muestra en el bloque 304. Sí la concentración de ión de cloruro se encuentra dentro del rango óptimo predeterminado, la lógica sigue el camino del "Si" y continua midiendo y analizando. Sí la concentración de ión de cloruro no se encuentra dentro de este rango, el método incluye determinar sí la concentración de ión de cloruro está por debajo de 50 ppm, como se representa en el bloque 306, o por encima de 100 ppm, como se representa en el bloque 308. Sí la concentración de ión de cloruro está por debajo de 50 ppm, el método incluye la disminución del bombeo cáustico en, por ejemplo, un 20%, como se muestra en el bloque 310. Sí la concentración de ión de cloruro está por encima de 100 ppm, el método incluye el aumento del bombeo cáustico en, por ejemplo, un 20%, como se muestra en el bloque 312.

Debe ser apreciado que un rango apropiado u óptimo de la concentración de ión de cloruro debe ser determinado para cada sistema individual. El rango óptimo para un sistema puede variar considerablemente entre este y otro sistema. Se encuentra dentro del concepto de la invención la cobertura de cualquier rango óptimo de concentración de ión de cloruro posible.

En modalidades diferentes, los cambios en el bombeo cáustico se limitan en frecuencia. Preferentemente, los límites de ajuste se establecen en un máximo de 1 por cada 30 minutos y los ajustes secuenciales en la misma dirección no deben exceder de 4. Por ejemplo, después de 4 ajustes totales o un cambio de 50 ó 100%, la bomba puede ser suspendida por un tiempo (p. ej . , 2 ó 4 horas) y la alarma puede ser activada. Otros límites, tales como la salida máxima de bombeo o la contribución máxima de sodio al sistema, pueden implementarse también. Debe ser apreciado que se encuentra dentro del enfoque de la invención causar cualquier cantidad de ajustes en cualquier dirección sin limites. Tales limites son aplicados del modo determinado por el operador.

La Figura 4 muestra una modalidad de la invención como el método 400 para controlar la introducción de los inhibidores de película en el sistema guiada por la señal de concentración de ión de hierro. Otra metalurgia, tal como monel, titanio, latón, etc., puede ser usada en algunos sistemas. En estos casos, en lugar de una señal de concentración de ión de hierro, la señal de concentración de ión del metal apropiado (p. ej . , cobre, níquel, cinc, etc.) sería detectada y analizada. El bloque 402 representa el dispositivo de medición o analizador que proporciona la información relacionada con la concentración de ión de hierro del agua del tubo del acumulador. El analizador (p. ej . , el controlador u operador) determina sí la concentración de ión de hierro está dentro de un rango óptimo ( 0 . 05 a 1 . 0 ppm en este e emplo), como se muestra- en el bloque 404 . Sí la concentración de ión de hierro está dentro del rango óptimo predeterminado, la lógica sigue el camino del "Si" y continúa midiendo y analizando. Sí la concentración de ión de hierro no está dentro de este rango, el método incluye determinar sí la concentración de ión de hierro está por debajo de 0 . 05 ppm, como se representa en el bloque 406 , o por encima de 1 . 0 ppm, como se representa en el bloque 408 . Sí la concentración del ión de hierro esta debajo de 0 . 05 ppm, el método incluye disminuir el bombeo del inhibidor de película (es decir, formador de película) en, por ejemplo, un 5% , como se muestra en el bloque 410 . Sí la concentración del ión de hierro está por encima de 1 . 0 ppm, el método incluye el incremento del bombeo de formador de película en, por ejemplo, un 5% , como se muestra en el bloque 412 .

Los iones metálicos existen comúnmente en dos ó más estados de oxidación. Por ejemplo, el hierro existe en Fe2+ y Fe3+, además de estar presente en estados solubles (partículas finas y iónicas), estados insolubles (es decir, filtrables), etc. El análisis y control de los iones de metal incluyen la medición o predicción de cualquier combinación (o todas) de tales permutaciones presentes en el sistema.

En diferentes modalidades, los cambios en el bombeo del inhibidor de película se limitan en frecuencia. Preferentemente, los límites de ajuste se establecen a un máximo de 1 por cada 30 minutos y los ajustes secuenciales en la misma dirección no deben exceder de 4 . Por ejemplo, después de 4 ajustes totales o un cambio de 50 ó 100% , el bombeo puede ser suspendido por un tiempo (p. ej . , 2 ó 4 horas) y la alarma puede ser activada. Sí tal situación es encontrada, es ventajoso activar una alarma para alertar a un operador. Otros límites, tales como una salida máxima de bombeo, también pueden implementarse . Debe ser apreciado que está dentro del enfoque de la invención causar cualquier cantidad de ajustes en cualquier dirección sin límites. Tales límites se aplican del modo determinado por el operador.

La Figura 5 representa una modalidad de la invención como el método 500 para controlar la anulación de la introducción del o los neutralizadores, los agentes cáusticos, y los formadores de película en el sistema, guiada por las tasas de corrosión derivadas de una ó más pruebas de corrosión u otro dispositivo medidor de la tasa de corrosión en cualquier punto en el sistema. La. mayoría de las unidades de crudo usan pruebas de corrosión de tipo de resistencia eléctrica situadas en la entrada y/o la salida de los intercambiadores superiores de calor. Aunque cualquier tipo de dispositivo medidor de la corrosión es contemplado, se prefiere el tipo antes mencionado.

El bloque 502 representa una ó más pruebas de corrosión que proporcionan la información relacionada con las tasas de corrosión en el sistema. El analizador (p. ej . , el controlador u operador) determina sí la tasa de corrosión es mayor a la tasa predeterminada (25 mpa en este ejemplo), como se muestra en el bloque 504. La tasa de corrosión procesable es determinada típicamente en base a caso por caso por un artesano con habilidad y depende de una variedad de factores del sistema. Sí la tasa de corrosión es menor a la tasa predeterminada aceptable, la lógica sigue el camino del "No" y continua midiendo y analizando. Sí la tasa de corrosión está por encima de la tasa predeterminada aceptable, el método incluye la anulación de toda otra programación y activación de una alarma, como se muestra en el bloque 506 . En las modalidades alternativas, en lugar de anular la otra programación, esta podría ser modificada del modo determinado por un operador o controlador. En este ejemplo, la anulación incluye el incremento de las tasas de bombeo del neutralizador, del agente cáustico, y del formador de película en, por ejemplo, un 20% , como se muestra en el bloque 508 . En otras modalidades, las tasas de bombeo cambian de manera individual, del modo determinado por un operador o controlador.

Aunque las pruebas de corrosión (p. ej . , las pruebas de corrosión por resistencia eléctrica, las pruebas de polarización lineal, y/o cualquier otro método apropiado para determinar la pérdida de metal) pueden colocarse en cualquier sitio conveniente en el sistema, preferentemente se colocan en sitios históricamente confiables en el sistema. Además, sí, por ejemplo, se activan dos anulaciones en un periodo de 12 horas, una verificación de conflabilidad es iniciada típicamente para asegurar que las pruebas de corrosión son operadas apropiadamente. Sí tal situación es encontrada, es ventajoso activar una alarma para alertar a un operador. Otros límites, tales como la salida máxima de bombeo, también pueden ser implementados . Debe ser apreciado que dentro del enfoque de la invención está causar cualquier cantidad de ajustes en cualquier dirección sin límites. Tales límites se aplican del modo determinado por el operador.

Lo anterior puede ser mejor entendido con relación a los siguientes ejemplos, los cuales son considerados con propósitos ilustrativos y no se consideran para limitar el enfoque de la invención.

Ejemplo 1 Una modalidad ejemplar de la invención consistiría de un clúster de analizadores en línea en un bloque a prueba de explosiones que recibe una muestra de agua de un dispositivo de muestreo de agua en punto de condensación. Los datos generados por estos analizadores serían acondicionados de manera apropiada para enviar una señal de control a diversas bombas de inyección química del proceso. Un Controlador de Lógica Programable (PLC, por sus siglas en inglés), programado por un artesano habilidoso, convertiría los datos sin analizar en señales de control de bombeo. Un sistema típico incluiría uno ó más de los siguientes componentes: analizador de cloruro; analizador de hierro; dispositivo de monitoreo de la tasa de corrosión; conductividad; medidor de pH; dispositivo de muestreo de agua en punto de condensación; caja a prueba de. explosiones Clase I, División II; PLC con capacidad de varias entradas/salidas; lógica de programación para convertir datos de cloruro, pH y hierro en el control de velocidad de bombeo; y conexiones inalámbricas o alámbricas del PLC a las bombas .

Ejemplo 2 Esta invención instantánea proporcionaría la mejoría en el control para cada uno de los tres parámetros de prueba de la concentración de ión de cloruro, el pH, y la concentración de ión de hierro. De estos tres, el cloruro es usualmente el más dañino sí no se controla apropiadamente. La gráfica en la Figura 6 demuestra cómo la invención sería capaz de mejorar el control de la concentración de ión de cloruro (la línea punteada indica la concentración óptima) . Un concepto similar de mejor control por medio del método de la invención se aplicará al pH, a la concentración de ión de hierro, y a otros parámetros del sistema, resultando en última instancia en tasas de corrosión reducidas a partir de niveles previos y extendiendo el tiempo de ejecución del equipo.

La Figura 6 muestra una cantidad de picos de concentración de cloruro por encima del límite superior de control a partir de datos reales de una unidad de crudo. Los picos de cloruro son dañinos para el equipo y un examen posterior a la aparición de los datos revelará una mayor corrosión y un mayor ensuciamiento durante estos episodios. Tales picos son más frecuentes y dañinos cuando la pizarra de crudo es modificada a un crudo pesado o de oportunidad. El aumento de la concentración de ión de cloruro ocurre usualmente con un incremento concomitante en la corrosión del equipo de procesamiento y el ensuciamiento subsecuente debido al depósito de subproductos de la corrosión. La sección de la gráfica en la Figura 6 etiquetada "Control de Implemento" demuestra la manera en que el método de la invención sería usado para estabilizar la concentración de ión de cloruro cuando datos más frecuentes estén disponibles para minimizar (o eliminar) las interrupciones.

Ejemplo 3 La gráfica de la Figura 7 muestra los valores del pH y de la concentración de ión de cloruro rastreados en el tiempo para una unidad de crudo real (las líneas punteadas indican concentraciones óptimas). Puede verse que una caída en el valor del pH acompaña usualmente picos hacia arriba en la concentración de ión de cloruro. Tales caídas en el pH resultan típicamente en la mayor corrosión y el ensuciamiento subsecuente (debido a los subproductos de la corrosión) del equipo intercambiador de calor. La sección de la gráfica etiquetada "Control de Implemento" demuestra la manera en que el método de la invención podría ser usado para estabilizar la concentración de ión de cloruro y el pH, reduciendo de este modo la corrosión y el ensuciamiento en el sistema. La variación ligera de los valores entrantes de cloruro permite un control del pH más ajustado y el uso químico más estable y predecible.

Debe ser entendido que los diversos cambios y modificaciones a las modalidades actualmente preferidas aquí descritas serán aparentes para aquellos con habilidad en el arte. Tales cambios y modificaciones pueden llevarse a cabo sin alejarse del espíritu y enfoque de la invención y sin minimizar sus ventajas planeadas. Por lo tanto, se considera que tales cambios y modificaciones sean cubiertos por las reivindicaciones anexas .

Claims (15)

REIVINDICACIONES La invención reivindicada es:

1. Un método para optimizar un parámetro del sistema en un flujo de proceso de una unidad de crudo para reducir la corrosión y/o el depósito de subproductos de la corrosión en la unidad de crudo, incluyendo el método: (a) medir y/o predecir una propiedad asociada con el parámetro del sistema en uno ó más puntos en la unidad de crudo; (b) determinar un rango óptimo asociado con la propiedad medida y/o predicha, donde el rango óptimo es, opcionalmente, definido por el usuario; (c) sí la propiedad medida y/o predicha está fuera del rango óptimo asociado con esta propiedad, causar un cambio en un afluente de una composición en el flujo del proceso, la composición capaz de ajustar la propiedad asociada con el parámetro del sistema de una manera para llevar la propiedad medida y/o predicha dentro de dicho rango óptimo; (d) opcionalmente: (i) convertir la propiedad medida en una señal eléctrica de entrada capaz de ser transmitida a un controlador y (ii) transmitir la señal eléctrica de entrada al controlador; y (e) opcionalmente repetir los pasos (a) a (d) para una variedad de diferentes parámetros del sistema, teniendo cada parámetro diferente del sistema una propiedad única asociada.

2. El método de la Reivindicación 1, incluyendo adicionalmente el uso de una interface inalámbrica para transmitir y/o recibir las señales.

3. El método de la Reivindicación 1, donde el controlador es operable para: (i) recibir la señal eléctrica de entrada transmitida; (ii) convertir la señal eléctrica recibida en un valor numérico de entrada; (iii) analizar el valor numérico de entrada: (iv) generar un valor numérico de salida; (v) convertir el valor numérico de salida en una señal eléctrica de salida; y (vi) transmitir la señal eléctrica de salida.

4. El método de la Reivindicación 1, donde el controlador es operable para: (i), analizar el valor numérico de entrada, y (ii) determinar sí el valor numérico de entrada corresponde al rango óptimo asociado con la propiedad medida.

5. El método de la Reivindicación 4, donde sí el valor, numérico de entrada no corresponde al rango óptimo, la señal eléctrica de salida transmitida causa el cambio¦ en el afluente de la composición en el flujo del proceso, siendo capaz la composición de ajustar la propiedad asociada con el parámetro del sistema de manera que cause que el valor numérico de entrada corresponda al rango de entrada óptimo.

6. El método de la Reivindicación 1, incluyendo la medición y/o predicción continua o intermitente del parámetro del sistema.

7. El método de la Reivindicación 1, incluyendo el monitoreo del parámetro del sistema en tiempo real.

8. El método de la Reivindicación 1, incluyendo una variedad de composiciones diferentes, donde un afluente de una ó más composiciones diferentes en el flujo del proceso son capaces, de manera individual y/o colectiva, de ajustar la propiedad asociada con el parámetro del sistema.

9. El método de la Reivindicación 1, donde la variedad de los diferentes parámetros del sistema es seleccionada a partir del grupo que consiste en: el pH, la concentración de ión de cloruro; la concentración de ión de hierro; la concentración de ión de metal no ferroso; la tasa de corrosión; y combinaciones de estos.

10. El método de la Reivindicación 9, donde la unidad de crudo tiene una variedad de componentes que incluyen una torre atmosférica con por lo menos un intercambiador de > calor, y donde el pH y la concentración de ión de cloruro se derivan de la muestra de agua en punto de condensación y/o una muestra de agua del tubo del acumulador en la unidad de crudo y la concentración de ión de hierro o la concentración de ión de metal no ferroso se deriva de la muestra de agua del tubo del acumulador en la unidad de crudo .

11. El método de la Reivindicación 10, incluyendo la obtención de la muestra de agua en punto de condensación y/o la muestra de agua del tubo con un dispositivo, opcionalmente automatizado, de muestreo en línea.

12. El método de la Reivindicación 1, incluyendo la operación del método de manera continua, automática, y en línea o en base a un proceso por lotes.

13. El método de la Reivindicación 1, incluyendo la operación del método en una red.

14. Un medio digital de almacenamiento con instrucciones ejecutables por computadora almacenadas en este, siendo las instrucciones operables para ejecutar el método de la Reivindicación 1.

15. Un sistema para optimizar un parámetro del sistema en un flujo de proceso de una unidad de crudo para reducir la corrosión y/o el depósito del subproducto de la corrosión en la unidad de crudo, incluyendo el sistema: (a) un dispositivo de medición operable para medir y/o predecir una propiedad asociada con el parámetro del sistema y convertir la propiedad en una señal eléctrica de entrada capaz de ser transmitida; (b) un transmisor operable para transmitir la señal eléctrica de entrada; (c) un controlador operable para recibir la señal eléctrica de entrada transmitida, convertir la señal eléctrica de entrada recibida en un valor numérico de entrada, analizar el valor numérico de entrada, determinar sí el valor analizado está dentro de un rango óptimo, generar un valor numérico de salida en base al valor analizado, convertir el valor numérico de salida en una señal eléctrica de salida, y transmitir la señal eléctrica de salida; y (d) un receptor operable para recibir la señal eléctrica de salida y causar un cambio en una tasa de afluencia de una composición en el flujo del proceso sí la señal numérica de salida no se encuentra dentro del rango óptimo, donde la composición es capaz de ajustar la propiedad asociada con el parámetro del sistema.