Proyecto repHEN

Pocas personas, más allá de las que trabajan en una refinería, han oído hablar del fouling o ensuciamiento de los intercambiadores de calor. A primera vista, parece una cuestión técnica y compleja, algo muy alejado de la realidad de la gente. Sin embargo, se trata de un “ladrón energético” de primera magnitud, que dificulta los esfuerzos del sector para reducir sus emisiones de CO₂ y tiene un impacto directo en la economía mundial.

Un problema desconocido

En las refinerías, el crudo se precalienta en los intercambiadores de calor antes de su entrada en los hornos. Sin embargo, el paso constante de diversos tipos de fluidos motiva el progresivo ensuciamiento de estos equipos, que poco a poco ven reducida su capacidad para calentar el crudo. El resultado es que, cuando el crudo pasa a los hornos, es necesario gastar más energía para que alcance la temperatura requerida y continuar el proceso de destilación.

Este ensuciamiento de los intercambiadores de calor es un fenómeno común en las refinerías de todo el mundo, que obliga a estas instalaciones a consumir, según diversas fuentes, entre un 2% y un 3% más de energía, lo que equivale a un 0,25% del BIP de los países industrializados.

Es tal la magnitud del problema, que el Reino Unido desarrolló un programa a 3 años, con una inversión estimada de 15 millones de euros, para encontrar fórmulas que redujesen el impacto del fouling. Al mismo tiempo, universidades y centros de investigación trabajan en todo el mundo para saber por qué se produce y cómo se puede medir y prevenir.

repHEN, una solución innovadora

Nosotros también llevamos años buscando soluciones a este problema global. En 2010 desarrollamos una herramienta interna denominada repHEN, Repsol Heat Exchanger Network. Se trata de un modelo que simula las redes de intercambiadores para analizar su estado de conservación, comparar sus prestaciones en el estado actual y en estado “limpio” y calcular el gasto de energía extra, asociado al ensuciamiento, necesario para calentar el crudo.

La información generada ayuda a nuestros técnicos a diseñar la estrategia de limpieza más adecuada para los intercambiadores, ya que les permite conocer qué intercambiador se encuentra más sucio en cada momento o qué limpieza puede tener más impacto en la red sin tener que esperar a una parada general.

Y no es el único beneficio de esta herramienta. El análisis periódico del estado de los intercambiadores está ayudando a nuestros técnicos a adoptar nuevas medidas para prevenir su ensuciamiento, como el rediseño de equipos, la instalación de bypasses para sacarlos de servicio y limpiarlos con la unidad en marcha, o la adición de nuevos aditivos al crudo antes de introducirlo en la red.

Los intercambiadores de calor

Para entender bien el problema del ensuciamiento, es necesario conocer el papel que los intercambiadores de calor desempeñan en una refinería.

Cuando el crudo llega a una refinería, el primer paso consiste en calentarlo en unos hornos alimentados habitualmente con gas natural. De este modo se alcanza la temperatura requerida para luego separar los distintos productos en las columnas de destilación. Para evitar un gasto excesivo de energía en los hornos, el crudo se precalienta antes en los denominados intercambiadores de calor, aprovechando el calor disponible en otras corrientes.

¿Cómo funciona este sistema de intercambio de calor? En estos equipos, la corriente fría del crudo se pone en contacto (sin mezclar) con la corriente caliente de los productos que acaban de salir de la columna de destilación. De esta forma, se logra un doble beneficio: el crudo aumenta su temperatura antes de entrar en el horno, y los productos se enfrían para su envío a tanques de almacenamiento u otras unidades. Como resultado, el horno consume menos combustible, lo que reduce también las emisiones de CO₂ a la atmósfera.

El problema es que los intercambiadores, a medida que pasan los meses, se van ensuciando progresivamente. Depósitos de materia orgánica e inorgánica actúan como una capa aislante que dificulta el intercambio de calor y aumenta la resistencia al paso de los fluidos. El resultado es que el crudo se precalienta menos, por lo que este déficit de temperatura se debe compensar en el horno quemando más combustible.