Cómo realizar un diagnóstico preciso antes de abrir la columna
Introducción: Recientemente, varios clientes habituales han informado de problemas con columnas de destilación que llevan muchos años en servicio. En algunos casos, la principal preocupación es si la empaquetadura se ha dañado y hay que sustituirla.
En el caso de las centrales diseñadas para largas campañas de funcionamiento, la decisión de cerrar y volver a poner en marcha una columna La inspección rara vez resulta sencilla. En un caso con el que me encontré, la planta tardó casi seis meses en evaluar el problema antes de abrir finalmente la columna. La inspección confirmó que varias bandejas se habían desplazado debido a las fuerzas del proceso.
Antes de sospechar que existe un daño interno, conviene descartar en primer lugar las prácticas de funcionamiento incorrectas y los problemas derivados de un diseño inadecuado de los procesos o de los equipos.
La resolución de problemas sobre el terreno también depende en gran medida de la experiencia en ingeniería. No existe un procedimiento de diagnóstico único que se aplique a todas las columnas, por lo que el siguiente enfoque debe considerarse una referencia práctica y no una fórmula fija para la resolución de problemas.
ÍNDICE
1. Tres tipos típicos de daños en los componentes internos de las columnas
2. Patrones de síntomas y lógica diagnóstica
3. Comprobaciones sistemáticas antes de decidir apagar el sistema
Algunos problemas relacionados con las columnas de destilación generan una presión a la hora de tomar decisiones mucho mayor que otros.
A menudo, las inundaciones pueden solucionarse reduciendo el caudal. La formación de espuma puede controlarse con un agente antiespumante adecuado. Una relación de reflujo inadecuada puede corregirse ajustando las condiciones de funcionamiento. Estos problemas suelen poder mitigarse sin necesidad de detener la columna.
Los daños en el interior de las columnas son de otro tipo.
Cuando las bandejas, los empaques, los distribuidores de líquido o sus estructuras de soporte sufren daños físicos, los ajustes operativos no suelen bastar para corregir el problema subyacente. La solución práctica puede requerir la parada de la unidad, la apertura de las bocas de acceso y la realización de una inspección interna, seguida de la reparación o sustitución de los componentes dañados.
Una parada es una de las decisiones con mayores repercusiones en las operaciones de destilación. Una parada no planificada puede interrumpir la producción, provocar pérdidas de producto y obligar a las unidades conectadas, tanto aguas arriba como aguas abajo, a reducir su capacidad o a detenerse también.
Por este motivo, los operadores que se enfrentan a síntomas que pueden indicar daños internos suelen probar varios ajustes operativos antes de decidirse a realizar una inspección. Este enfoque es razonable, pero presenta una limitación importante: Los cambios en el funcionamiento no pueden reparar una bandeja dañada, un lecho de relleno colapsado o un distribuidor deformado.
Por qué es importante un diagnóstico preciso
El diagnóstico de los daños en el interior de las columnas plantea una dificultad fundamental: La confirmación física suele requerir la apertura de la columna, mientras que la propia apertura de la columna conlleva importantes consecuencias operativas y económicas.
Por lo tanto, la decisión debe basarse en pruebas indirectas previas a la parada. La presión diferencial, los perfiles de temperatura, los cambios en la pureza del producto y la respuesta de la columna a los ajustes de funcionamiento pueden evaluarse conjuntamente para determinar si el daño interno es la explicación más plausible.
Tres tipos típicos de daños en los componentes internos de las columnas
Los componentes internos de una columna pueden fallar de varias formas. Cada modo de fallo tiene un mecanismo físico diferente y suele dar lugar a una combinación distinta de síntomas de funcionamiento.
Desprendimiento o desplazamiento de la bandeja
Los platos se fijan a la carcasa de la columna mediante anillos de soporte, abrazaderas y otros elementos de sujeción. Si estos elementos se aflojan debido a la corrosión, las vibraciones o la fatiga térmica, un plato puede desprenderse parcial o totalmente de su estructura de soporte.
Una bandeja suelta pierde parte o la totalidad de su función de separación. Además, puede caer sobre las bandejas situadas debajo de ella, lo que podría provocar daños mecánicos adicionales.
Colapso del embalaje
El relleno estructurado puede colapsarse parcialmente si se instala de forma incorrecta o si se deforma su estructura de soporte.
En el caso del relleno aleatorio, los daños en la rejilla de soporte del relleno pueden provocar que los elementos del relleno caigan al depósito de la columna, dejando huecos en el lecho de relleno situado encima.
La región afectada pierde entonces superficie efectiva de contacto entre el gas y el líquido. Al mismo tiempo, el vapor puede fluir preferentemente a través de los huecos de baja resistencia creados por el colapso, lo que provoca la formación de canales y reduce aún más la eficiencia de separación.
Desalineación u obstrucción del distribuidor
Un distribuidor de líquido puede presentar una distribución irregular si se instala desnivelado, si su estructura de soporte se deforma o si se obstruyen algunos de sus orificios de distribución.
La distribución desigual del líquido resultante puede provocar que algunas zonas del relleno reciban un riego insuficiente, mientras que otras se vean sobrecargadas, lo que reduce la transferencia de masa efectiva a lo largo de la sección de relleno.
Patrones de síntomas y lógica diagnóstica
Es difícil diagnosticar los daños internos, ya que muchos de sus síntomas se solapan con los causados por problemas de funcionamiento habituales.
Sin embargo, los daños físicos en los componentes internos de la columna pueden generar varias señales características. El diagnóstico cobra mayor relevancia cuando estas señales se presentan conjuntamente, en lugar de cuando se analiza cada una de ellas de forma aislada.
Una disminución inesperada de la presión diferencial en la columna
En condiciones normales de funcionamiento, la presión diferencial de la columna suele aumentar a medida que aumenta la carga de vapor y líquido.
Sin embargo, si el relleno se colapsa o las bandejas se desprenden, la caída de presión a lo largo de la columna o de la sección afectada puede disminuir de forma inesperada, ya que se ha perdido parte de la resistencia normal al flujo de vapor.
Por lo tanto, una disminución de la presión diferencial acompañada de un empeoramiento del rendimiento de separación reviste especial importancia. Una menor caída de presión, por sí sola, no debe considerarse una prueba de daños internos.
Los ajustes operativos apenas aportan mejoras, o ninguna en absoluto
Si los ajustes operativos habituales no permiten restablecer la pureza del producto a sus valores normales, se debe considerar como posible causa un daño físico en los componentes internos de la columna.
Los cambios en la relación de reflujo, la carga del rehervidor y otros parámetros de funcionamiento suelen afectar al rendimiento de la separación. Si la columna responde muy poco o no responde en absoluto, es posible que el problema ya no sea principalmente de carácter operativo.
Cambios anómalos en el perfil de temperatura
Los daños internos alteran el contacto normal entre el vapor y el líquido y pueden modificar el perfil de temperatura a lo largo de la columna.
Si se producen daños en las bandejas de la sección de rectificación, las temperaturas en la zona afectada pueden aumentar de forma anómala. Si un lecho de relleno se colapsa a una altura determinada, el gradiente de temperatura a lo largo de esa sección puede volverse inusualmente plano, lo que indica una menor eficacia en la transferencia de masa.
Las tendencias históricas de temperatura resultan especialmente útiles en este contexto. Un cambio repentino respecto a un perfil anteriormente estable suele aportar pruebas diagnósticas más sólidas que una simple lectura de temperatura.
Deterioro repentino y persistente de la pureza del producto
Los problemas de pureza del producto provocados por las condiciones de funcionamiento suelen responder a las medidas correctivas. Una vez identificada y corregida la causa operativa, la calidad del producto puede recuperarse.
Los daños internos pueden dar lugar a un patrón diferente: La pureza del producto puede deteriorarse de forma repentina, pasando en ocasiones de cumplir las especificaciones a no cumplirlas en tan solo unas horas, sin que sea posible recuperarla a pesar de los ajustes operativos.
La combinación de un cambio repentino y la imposibilidad de recuperarse tiene mayor relevancia diagnóstica que la mera falta de pureza del producto.
Comprobaciones sistemáticas antes de decidir apagar el sistema
Antes de decidir cerrar y abrir la columna, se debe llevar a cabo una investigación sistemática para descartar, en la medida de lo posible, otras causas plausibles.
Paso 1: Descartar problemas relacionados con los instrumentos
Comprueba los instrumentos utilizados para identificar la anomalía.
Comprueba si:
- Las líneas de impulso del transmisor de presión diferencial están obstruidas o contienen líquido acumulado.
- Los pozo termométricos están sucios o provocan, por cualquier otro motivo, un retraso en la respuesta de la temperatura.
- Los analizadores en línea requieren una calibración o verificación.
Una lectura incorrecta de la presión diferencial o de la composición puede provocar síntomas que parezcan indicar un problema mecánico o del proceso.
Paso 2: Descartar cambios no detectados en las condiciones de funcionamiento
Comprueba si han cambiado las condiciones de contorno de la columna.
Revisar los cambios en:
- Composición del pienso
- Velocidad de avance y condiciones
- Condiciones de servicio
- Condiciones del proceso en la fase inicial
- Presión en la fase posterior del proceso o limitaciones operativas
- Otros cambios recientes que podrían afectar al rendimiento de las columnas
Puede parecer que una columna ha desarrollado un problema interno cuando, en realidad, está respondiendo a un cambio que se ha producido en otra parte del proceso.
Paso 3: Realizar pruebas de funcionamiento controladas
Dentro de los límites de funcionamiento seguros establecidos para la unidad, ajuste individualmente las variables de funcionamiento pertinentes y observe la respuesta de la columna.
En función del proceso y del diseño de la columna, estas pruebas pueden incluir modificaciones en:
- Índice de reflujo
- Funcionamiento del rehervidor
- Condiciones de alimentación o ubicación de la alimentación, siempre que la configuración del equipo permita dichos cambios
- Otros parámetros de funcionamiento controlables relevantes para la separación
Si un ajuste da lugar a una mejora significativa, aunque esta sea limitada o temporal, se deben seguir investigando las causas operativas y relacionadas con los procesos.
Si las adaptaciones razonables siguen sin producir ninguna respuesta o una respuesta mínima, aumenta la probabilidad de que se produzcan daños mecánicos en los componentes internos de la columna.
Paso 4: Evaluar las pruebas en su conjunto
La decisión final no debe basarse en una única medición anómala.
Evalúa conjuntamente cuatro grupos de pruebas:
- Variaciones en la presión diferencial de la columna
- Anomalías en el perfil de temperatura
- Falta de respuesta a los ajustes operativos
- Deterioro repentino y persistente de la pureza del producto
Si estos indicadores independientes apuntan de forma sistemática a daños internos y se han descartado de forma razonable los problemas de instrumentación y los cambios en las condiciones de funcionamiento, El cierre de la columna para realizar una inspección interna se convierte en una decisión técnicamente justificada.
El objetivo de este proceso de diagnóstico no es determinar el mecanismo exacto de la avería antes de abrir el columna. En muchos casos, eso resulta imposible. El objetivo práctico es recabar pruebas suficientes y coherentes para determinar si es poco probable que los ajustes operativos continuos resuelvan el problema y si procede realizar una inspección interna.
